バリウムシリサイド薄膜の高品質化による高効率Siベースタンデム型太陽電池の作製
| Project/Area Number |
19J21372
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山下 雄大 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | シリサイド半導体 / 界面層 / 薄膜太陽電池 / ヘテロ接合 / 太陽電池 / バリウムシリサイド / デバイスシミュレーション / ヘテロ界面 / パッシベーション |
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| Outline of Research at the Start |
資源が豊富なBaとSiからなるシリサイド半導体BaSi2をトップセルとし、Siをボトムセルに用いた「BaSi2-pn/Si-pnタンデム型太陽電池」による、高い変換効率と低い材料コストを両立する民生用太陽電池(η>30%)の実証を目指している。本研究では、この要素技術である(1)欠陥密度の制御 (2)pn接合の急峻化 (3)デバイス構造設計 に焦点を当て、研究を遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究では、BaSi2太陽電池の新規構造としてワイドギャップn型半導体とのヘテロ接合を検討し、ヘテロ界面におけるキャリアの再結合を防ぐ目的で、界面層の挿入を検討した。本年は引き続き、Zn1-xGexOy（ZGO）界面層に注目し、BaSi2との界面特性を調査した。
まず、ZGO薄膜をスパッタ法により堆積し、堆積温度が特性に与える影響を調査した。Zn組成は、基板温度が増加するにしたがって減少した。これは、Znの蒸気圧がGeに比べて大きく、堆積中および堆積後に、成膜された膜からZnが優先的に再蒸発したためであると考えられる。Ge組成から算出した電子親和力は3.2から2.9 eVまで変化した。これらの値は、BaSi2に対して小さなSpike型のバンドオフセットとなるため、再結合割合が小さいZGO/BaSi2ヘテロ界面を形成するのに適しているといえる。また、ZGO膜のバンドギャップは4-5 eVの範囲にあり、太陽光を透過するのに十分な大きさであった。以上より、50 °Cで成膜し、Ge組成が0.66のとき、界面層に最も適したバンドアライメントが得られることがわかった。
次に、ZGO/BaSi2積層構造を作製し、界面反応やパッシベーション効果について調査した。分光感度特性は、従来のパッシベーション膜であるa-Siを用いた試料と比較して、300-600 nmの短波長領域で分光感度が増加した。短波長領域におけるBaSi2の光吸収係数は非常に大きいため、ZGOキャップにより、表面の再結合が抑制されている可能性が高い。XPSによる調査の結果、ZGOキャップ時は、BaSi2最表面の酸化が抑制されることがわかった。以上の結果から、ZGOはBaSi2表面のパッシベーション層として機能し、同時にp-BaSi2層からZGO層を介した電子輸送を妨げないとわかった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(42 results)
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[Journal Article] Mechanisms of carrier lifetime enhancement and conductivity-type switching on hydrogen-incorporated arsenic-doped BaSi22021
Author(s)
Sho Aonuki, Zhihao Xu, Yudai Yamashita, Kazuhiro Gotoh, Kaoru Toko, Noritaka Usami, Andrew B. Filonov, Siarhei A. Nikitsiuk, Dmitri B. Migas, Denis A. Shohonov, Takashi Suemasu
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Journal Title
Thin Solid Films
Volume: 724
Pages: 138629-138629
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Atomic hydrogen passivation for photoresponsivity enhancement of boron-doped p-BaSi2 films and performance improvement of boron-doped p-BaSi2/n-Si heterojunction solar cells2020
Author(s)
Zhihao Xu, Takuma Sato, Louise Benincasa, Yudai Yamashita, Tianguo Deng, Kazuhiro Gotoh, Kaoru Toko, Noritaka Usami, Andrew B. Filonov, Dmitri B. Migas, Denis A. Shohonov, Takashi Suemasu
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Journal Title
Journal of Applied Physics
Volume: 127
Issue: 23
Pages: 233104-233104
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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