太陽電池効率向上のための高品質バンドギャップ非晶質半導体の成膜法

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650263
• Research Institution: Tokyo Polytechnic University
• Principal Investigator: 青木 彪 東京工芸大学, 工学部, 教授 (10023186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西川 泰央 東京工芸大学, 工学部, 助手 (90228172)
• Keywords: 非晶質ゲルマニウム / ECRプラズマCVD / 太陽電池 / 光電感度 / CPM / 局在準位密度 / フォトルミネッセンス / 水素エッチング

Research Abstract

太陽電池の効率向上のため、長波長帯に光電感度のある非晶質半導体aーGe:Hの高品質成膜法を研究した。
(1)水素ラジカル発生のためにエバソン形マイクロ波共振器を用いて水素プラズマ励起装置を構成した。そして石英管を介して、現在のヘリカル・アンテナ励起ECRプラズマCVD装置内に水素ラジカルを導き、圧力差により基板表面に水素ラジカルを照射するようにした。一方、ゲルマン・ガスはECRプラズマで分解した。
(2)基板表面に到来するいオン量及びイオン・エネルギ-分布と電子温度をElectrostatic Analyzerで測定しところ、水素プラズマ励起装置に加えるマイクロ波電力に対してそれらは変化せず、ECRプラズマCVD装置内のプラズマと水素プラズマ励起装置のそれは完全に分離されていることが分かった。基板付近の水素発光種(Hα)をOES(発光分光)で計測したが、水素プラズマ励起装置に加えるマイクロ波電力に対して変化は見られず、石英管により導入される水素はイオンや発光種になっていないことが分かった
(3)水素プラズマ励起装置のマイクロ波電力0〜200Wに対して、光電感度、フォトルミネッセンスを測定した結果、最適条件(100W)が存在し、光電感度AMI100で約20倍、77KのフォトルミネッセンスはcーGeの1.6倍であった。120KではAMI100より弱い10^<16>photon/cm^2・SのHeNeレ-ザ-に対し5桁以上という良好な光電感度を得た。
(4)長波長帯のCPMデ-タをガウス分布形欠陥とextended states間の遷移による光吸収と仮定し、局在準位密度を求めたところ、3.2×10^<15>/cm^3という高品質aーSi:Hに近い良好な結果を得た。
(5)最終条件下では活性化エネルギ-は光学的バンドギャップ1.14eVに対し0.48eVの最大を示した。
(6)FTIRによるGeH_2結合や成膜速度が上記最適条件で最低であることより、水素ラジカルによる水素エッチングが高品質化に寄与していると結論した。

Research Products

• [Publications] Takeshi AOKI: "Effects of Atomic Hydrogen Injection on ECR Plasma Deposition of aーGe:H" Jr.of NonーCrystalline Solids. 1374138. 749-752 (1991)
• [Publications] Takeshi AOKI: "Optimum Conditions for Producing High Quality aーGe:H Films" Jpn.J.Appl.Phys.
• [Publications] Takeshi AOKI: "Evaluation of Defect Density of aーGe:H Films by CPM(constant current method)" Jpn.J.Appl.Phys.