InN/Siモノリシックタンデム太陽電池の研究

• Project/Area Number: 04203217
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 山本 あき男 福井大学, 工学部, 教授 (90210517)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1992: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: タンデム太陽電池 / 窒化インジウム(InN) / シリコン(Si) / ヘテロエピタキシャル成津 / 有機金属気相成長(OMVPE)

Research Abstract

2接合タンデム太陽電池材料として禁止帯幅(Eg)の最適組合せである,Eg=1.9eVのInNとEg=1.1eVのSiを選び,Si基板上へのInNのヘテロエピタキシャル成長を基本とするInN/Siモノリシッタンデム太陽電池の作成を検討した。
(1)InNのMOCVD成長における基板の窒化効果 InNのMOCVD成長では,NH_3供給量が著しく多い成長条件を採用するため,かなりの低温で基板表面が窒化することが明らかとなり,窒化現象と成長膜の結晶性との関係を検討した。その結果,以下のことを明らかにした。Si(111)基板の場合には,窒化により非晶質状の窒化珪素膜が形成され,その上に成長するInNが多結晶化する。この現象は基板温度が450℃以上で顕著になる。なお,Si基板の窒化は,成長雰囲気に水素ガスを加えることにより大幅に低減できる。一方,サファイア(α-Al_2O_3)(0001)基板の場合には,Al_2O_3の窒化により表面に単結晶状のAlN膜が形成され,それによって,その上に成長するInNの結晶性が大幅に向上する。この現象は基板温度が800℃以上で顕著となり,この効果を利用することによりα-Al_2O_3(0001)基板上に高品質のInN単結晶膜を形成できる。
(2)InNの電気的,光学的特性の評価 α-Al_2O_3(0001)基板上に成長した高品質InN単結晶膜を用いて電気的,光学的特性を測定した。ホール測定によりキャリア濃度を評価したところ,通常の減圧(0.1気圧)成長では5x10^<20>cm^<-3>と極めて高いこと,常圧成長で約1x10^<20>cm^<-3>まで低下し,さらに減圧+常圧の二段階成長で2x10^<19>cm^<-3>まで低下できることが明かとなった。このようなキャリア濃度の低下は膜中の窒素空孔濃度の低減によるものと考えれらる。