フレキシブルアモルファスシリコン太陽電池モジュールの薄膜積層構造の耐久性向上

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650088
• Research Institution: TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 中村 春夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40134829)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島村 佳伸 東京工業大学, 工学部, 助手 (80272673) ; 轟 章 東京工業大学, 工学部, 助教授 (50211397) ; 小林 英男 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016487)
• Keywords: 界面 / 水素拡散 / 破壊 / 変形 / 分子動力学 / Fe-Hポテンシャル

Research Abstract

アモルファスシリコン(α-Si)太陽電池のフレキシブルモジュールなど数10nm〜数100nmの多層薄膜電極の界面は,高温・高湿状態で界面剥離を生じる可能性があり,薄膜電極の剥離・断線による電気的特性劣化が懸念されるので,耐環境性や強度特性試験が実施されている.界面剥離を生じる力学的環境としては,製膜時の残留応力,環境温度変化に伴う熱応力,応力集中が挙げられる.加えて,屋外環境で使用されるモジュールの場合には,防湿被膜表面から侵入する水素原子の金属界面強度に及ぼす影響が注目されている.そこで本研究では,結晶界面を有するα鉄の自由表面からの水素の侵入を2種類のFe-Hポテンシャル(Markworth型,Olander型)を用いて分子動力学(MD)解析し,負荷に伴う界面の変形・破壊特性に及ぼす水素の影響を検討するとともに,その結果を実際の水素侵入メカニズムと比較・検討し,より現実的なモデルを提案し,その有効性を示した.得られた結果をまとめれば以下の通りである.
(1) 仮定するFe-Hポテンシャルによりα鉄の自由表面からの水素の侵入挙動や界面の変形・破壊挙動は異なる.(2) 水素は界面破壊・はく離を助長するが,その主因子は,負荷ひずみと水素濃度である.(3) 実際の水素侵入のメカニズムに立脚し,仮定するポテンシャルと実際の水素の挙動との対応を明らかにした.(4) 水素化物の挙動にはMarkworthポテンシャルが対応し,これは界面の脆性的な破壊を助長する.一方,水素イオンの挙動にはOlanderポテンシャルが対応し,これは界面の延性的な破壊を助長する.(5) 両ポテンシャルの水素が混在した現実的なモデルを考案し,このモデルでは水素の侵入がより助長され,界面破壊がより内部でも生じることを明らかにした.
以上から,界面はく離強度向上には,製膜時の残留応力緩和と防湿皮膜を通して侵入する水蒸気の阻止が重要と考えられる.

Research Products

• [Publications] 中村 春夫: "自由表面からの水素拡散に及ぼすひずみ,界面及び温度の影響" 日本機械学会創立百周年記念北陸信越支部シンポジウム講演論文集. 977-1. 349-350 (1997)
• [Publications] 中村 春夫: "水素の存在形態が金属界面の変形・破壊挙動に及ぼす影響の分子動力学解析" 第4回分子動力学シンポジウム前刷集(日本材料学会). 83-88 (1988)
• [Publications] 中村 春夫: "水素の存在形態による金属界面の変動・破壊挙動の分子動力学解析" 機械学会平成10年度材料力学部門講演会・講演論文集. 98-5. 225-226 (1998)