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桐蔭横浜大、「ペロブスカイト」で光ダイオードを開発-低電圧で電子増幅2400倍

日刊工業新聞
桐蔭横浜大、「ペロブスカイト」で光ダイオードを開発-低電圧で電子増幅2400倍

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開発した「ペロブスカイト光ダイオード」

桐蔭横浜大学大学院工学研究科の宮坂力教授らは、「ペロブスカイト」という結晶構造を持つ化合物を使い、
光を大電流に変換する光ダイオードを開発しています。


光検出感度は1W当たり620Aで、弱い光を大電流にする力は一般の光ダイオードに比べて約2400倍となっています。
材料は安価でペンキのように塗って大面積の光ダイオードを作れるとの事。

光ダイオードは光エネルギーを電子信号に変える半導体素子です。
一般にシリコンで作られ、一つの光子を一つの電子に変える働きをします。
一方、開発したペロブスカイト光ダイオードは外部から0.5-0.9Vの低電圧をかけると、
入射した光子が素子内で2400倍の電子に増幅されるとの事です。

増幅メカニズムは解明されていませんが、宮坂教授はペロブスカイトが持つ分極する特性が
影響していると推察しています。
電子を増幅する光ダイオードは、電子の雪崩現象を起こすアバランシェ光ダイオードが実用化済みです。
増幅率は5000-6000倍とペロブスカイトより大きいものとなっていますが、
駆動には数十Vの高電圧が必要になります。
また製造に高真空状態が必要で、材料にシリコンやガリウムヒ素の高品質な結晶を使うため高価となっており
一方ペロブスカイトは1平方メートル当たり200円程度で材料費は1/100以下で済むとの事です。

宮坂教授は2009年にペロブスカイトを使った太陽電池を開発しています。
今回は太陽電池としての発電性能を評価する過程で、ペロブスカイトに外部から低電圧をかけ、
光を照射すると大電流が流れることを発見しており、それを踏まえ、素子内で電子を受け取る
緻密な酸化チタン層に細かいバイパス構造を作り、光照射で大電流が流れる光ダイオードを開発しています。

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