会議発表用資料 平面結像型回折格子分光器によるテンダーX線発光分光

今園, 孝志  ,  西原弘晃  ,  浮田龍一  ,  笹井浩行  ,  長野哲也

2018-03-20
内容記述
テンダーX線発光分光法(概ね1~5 keV領域)は、電池材料等のオペランド計測技術の強力なツールとなっている。一般に高分解能結晶分光器が用いられるが、検出できるエネルギー範囲は広くないため、異なる元素からの発光線(同一元素でも例えばS-Kα1,2とKβ1)を同時計測するのは困難である。機能性デバイスから発せられる複数の発光線を広帯域に分光計測できるようになれば、多くの情報を得ることができるためオペランド計測に有用である。我々は、波長掃引することなく数百~千eV程度のエネルギー範囲を同時計測できる不等間隔溝凹面回折格子を利用した平面結像型分光器に着目した。入射角一定の条件下における利用可能エネルギーの上限拡張と分光範囲拡張を両立するために非周期Ni/C多層膜を反射膜とする多層膜回折格子を製作し、放射光を用いた評価実験により1~3.5 keV領域における回折効率の高効率化と広帯域化を確かめた。薄膜太陽電池として有望なCIS系太陽電池は、Ga等のドーパントによる光吸収層(CuInSe2)のバンドギャップエンジニアリングが可能である。電池特性を決めている光吸収層は電極やバッファ層等(1μm厚程度のオーバーレーヤー)によって埋もれている。Cu、In、Seの特性X線(L線)は1~3.5 keV領域にあり、その侵入長は大きい(数百~数μm)。つまり、当該領域のテンダーX線を励起光源に用いれば光吸収層を非破壊的に励起でき、また、発光線を検出できると考えられる。本研究では、上述の非周期Ni/C多層膜回折格子を搭載した平面結像型分光器を開発し、CIGS太陽電池(Gaをドープ)からの発光分光計測を試みた。励起源には電子線を用い、試料には携帯電話の保護カバーに付属のCIGS太陽電池を用いた。その結果、Cu、In、Ga、Seからの明瞭なLα1,2とLβ1(In-Lβ1を除く)に加え、電極からの発光線(Zn:Lα1,2、Lβ1、Mo:Lα1,2、Lβ1、Ll、Lη、Lβ3,4,6)の同時計測に成功した。Lα1とLα2を分解できていないものの、例えば、InとGaのLα1,2の半値幅はそれぞれ26.1 eVと4.6 eVであり、幅広いエネルギー帯域のテンダーX線の高分解能分光計測が回折格子分光器でも可能であることを示している。
第65回応用物理学会春季学術講演会

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