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光の「色」で電圧が変化する新現象を発見大阪大学

 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(光の色)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発見したと発表した。本現象を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。
 複数の半導体接合からなる光電変換素子は,太陽電池や光感応素子として,身のまわりで使われている非常に重要な技術である。特に近年はIoT社会の実現に向け,様々なセンサーの高機能化や小型化・薄膜化が求められている。光センサーも,高機能化に向けた“波長選択性”や“波長識別機能”の開拓が行われている。しかし,波長選択(特定の波長域,すなわち色域にのみ高い感度を有すること)は多くの報告例がある一方,波長識別はほとんど報告がなかった。光電変換素子の出力特性を記述するShockleyダイオードモデルにおいても照射波長の影響は含まれておらず,原理的に困難であった。
 今回,同グループは,独自の塗布プロセスにより作製したアンチモン・硫黄・ヨウ素(SbSI)素子およびSbSI:硫化アンチモン(Sb₂S₃)複合素子において,光の波長に応じて出力電圧が可逆に降下/回復する新現象を見出した。さらに,本現象が,酸化チタン,SbSI,一部の有機半導体から成る接合構造において特異的に発現することを見出し,本現象の電気的機構を明らかにした。今後,光センサーの高機能化や小型化・薄膜化への応用が期待される。

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