阪大,波長で電圧変化する塗布型デバイスを発見

大阪大学の研究グループは,独自に開発してきたアンチモン(Sb)系半導体を用いた塗布型デバイスにおいて,照射波長に応じて出力特性,特に電圧がダイナミックに変化する新現象を初めて発見した。この現象をWDPE(wavelength-dependent photovoltaic effect)と命名し,その詳細な挙動と電気的機構を明らかにした(ニュースリリース)。

イメージセンサの高解像度化のため,液晶フィルタによるピクセル多色化技術があるが,液晶フィルタを用いず単一素子で色が識別できるようになれば,デバイスの小型化・薄膜化につながる。

p-i-n型光電変換素子は,光を吸収して正電荷と負電荷を生成するi層,正電荷をi層から取り出し電極へ運ぶp層,負電荷をi層から取り出し電極へ運ぶn層から成る。p層は主に有機半導体,i層は鉛ペロブスカイト材料や無機材料,n層は酸化チタンなどの無機半導体がよく用いられる。

光電変換素子の電流–電圧(JV)出力特性はShockleyダイオード式が与える曲線で記述され,光の強度にしては,出力電流密度(短絡電流密度JSC)と比例関係にあるが,これまで波長の識別機能は発現しなかった。

研究グループは,独自プロセスにより成膜したSbSIやSbSI:Sb2S3複合膜が,波長によって異なる出力電圧(開放電圧)を示すことを発見した。この現象(WDPE)は新現象であり,さらに単一素子で色識別ができれば光センサとしても有用性がある。

研究で用いたデバイスは,照射波長の変化(紫外~可視光)により可逆的に出力電圧が変化する。紫外から可視域まで連続的に波長を変えた場合,開放電圧の変化幅も連続的に変化し,様々な波長の光を見分けられると考えられる。また,光強度によって短絡電流値が変化するので,光強度の識別も可能だという。

さらに,この現象の電気的機構を調査した結果,酸化チタン/SbSI(SbSI:Sb2S3)/有機半導体接合において,短波長光の照射によって接合界面に電荷トラップが一時的に形成されることでWDPEが発現する機構を見出した。

一方,WDPEの挙動とその機構には不明な点や課題点もあるという。短波長光の照射によって素子内でどのような化学変化が起こっているかは明らかでなく,また,波長応答には0.5~数秒の時間が必要であり,この応答時間を短くすることも必要。研究グループは,これらの不明点・課題点を解決していくことで,WDPEの有用性を大きく向上できるとしている。

その他関連ニュース

  • 京大,1視線でプラズマ中の原子輝線の発光分布推定 2022年09月27日
  • 京大,量子もつれ赤外分光法で広帯域測定を実現 2022年09月27日
  • オンセミのセンサ,デジタルシネマカメラに採用 2022年09月22日
  • 産総研ら,反応溶液とガスを分離する分光法を開発 2022年09月16日
  • SSS,セキュリティカメラ用イメージセンサー発売 2022年07月21日
  • 凸版印刷,ハイブリッド駆動ToFセンサを開発 2022年06月21日
  • 島津,原子吸光分光光度計を発売 2022年06月09日
  • 慶大,グラフェン光源による新赤外分析技術を開発 2022年04月19日