東京工業大學等研究小組已成功開發出使用氮化銅在 p 型和 n 型中均表現出高導電載流子遷移率的半導體。

 氮化銅作為一種新型薄膜太陽能電池材料受到關注,因為它是一種僅由普通元素組成的半導體,具有適合太陽光譜的帶隙和高光吸收係數。但是,難以製造出高品質的結晶,作為半導體的特性至今未明。

 此次,課題組重點關注金屬銅的催化作用,設計了一種利用氨和氧化性氣體對銅進行直接氮化反應的新型氮化物合成方法。這使得生產高質量的氮化銅薄膜成為可能,這在過去是困難的。該方法得到的純氮化銅薄膜為n型半導體,是一種具有高電子遷移率的高性能半導體。

 半導體包括其中空穴負責導電的p型半導體和其中電子負責的n型半導體。在太陽能電池中,通過組合由相同材料製成的 p 型和 n 型半導體可以獲得高轉換效率。

 因此,為了製造p型半導體,我們嘗試基於第一性原理計算設計載流子摻雜,並製造了添加了被預測有效的氟離子的氮化銅。用原子分辨率的電子顯微鏡觀察和發射光的電子狀態分析進行評價時,發現它是p型半導體,其空穴遷移率高於典型氮化物氮化鎵的空穴遷移率。半導體,顯示出很高的價值。

 通過這種方式,我們實現了可以生產p型和n型的高質量氮化銅半導體。由於本次設計的合成方法適用於大面積和低成本,因此有望應用於使用相同材料的p型和n型半導體的廉價薄膜太陽能電池。

論文信息:【先進材料】] 通過直接氮化合成和矽內摻雜設計的高遷移率 p 型和 n 型氮化銅半導體

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