2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15F15358
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
深田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90302207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SUBRAMANI THIYAGU 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2015-11-09 – 2018-03-31
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| Keywords | シリコン / ナノ構造 / 太陽電池 / 遷移金属酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、新規太陽電池セルに利用するシリコンナノ構造の形成制御として、ナノワイヤ型とナノホール型の2種類の構造を対象にし、ナノインプリント法および無電解エッチング法による形成制御法を確立した。具体的には、ナノインプリント法では、石英製のモールドのパターンを制御することで、ナノワイヤおよびナノホールの直径および密度制御が可能になった。ドライエッチングの際の表面エッチングを防止することで、表面ダメージを軽減し、ナノ構造の構造制御も可能にした。フレキシブル太陽電池への応用を考えて、フレキシブルシリコン薄膜を形成するための独自の実験機器を開発し、フレキシブルシリコン薄膜の開発も行なった。現時点では、フレキシブルシリコン薄膜の厚みは100μm程度であり、サイズ（面積）は1インチ程度となっている。今後、更なるサイズの拡大を行う予定である。
シリコンナノ構造とp型遷移金属酸化物とのヘテロ接合形成に関しては、酸化バナジウム膜をp型遷移金属酸化物の第一候補として研究し、ホール伝導層および電子のブロッキング層としての性能を電気的特性評価により調べた。その結果、ホール伝導層としての良好な特性を示すことが分かった。今後は、ニッケル、モリブデン、銅、タングステン酸化物へも研究を発展させる。また、電子スピン共鳴測定により、金属酸化物のシリコン表面欠陥のパッシベーション効果に関して調べた結果、遷移金属酸化物は良好なホール伝導特性を示すと同時に、表面欠陥のパッシベーションにも役立つことが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要にも記載した通り、交付申請書に記載したほぼ全ての計画を達成できているといえる。
新規太陽電池セルに利用するシリコンナノ構造の形成制御として、ナノワイヤ型とナノホール型の2種類の構造の制御法を確立できており、ナノ構造の直径、密度、構造、表面形状の制御を可能としている。また、太陽電池の新しい機能としてフレキシブルな特性を付与するために、シリコン基板の薄片化と再利用を可能にする新しい手法の開発を装置開発から行い、1インチサイズではあるが、フレキシブルなシリコン薄膜の作製に成功している。
更に、遷移金属酸化物の利用に関しても研究を開始し、バナジウム酸化物に関して、良好なホール伝導特性とシリコン表面のパッシベーション効果を実証することができている。
以上により、研究の進捗はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
シリコンナノ構造とp型遷移金属酸化物からなるヘテロ接合に関して、太陽電池セルを形成し、太陽電池特性を評価する。同様に、オールシリコンから形成され、フレキシブル特性を持つ新規なシリコンナノ構造太陽電池セルの作製および評価を行なう。変換効率の向上に重要な短絡電流、開放電圧、および構造因子について詳細に調べ、変換効率を向上させるための構造の最適化を行なう。更に、I-V曲線を解析することでシリーズ抵抗及びシャント抵抗を計算し、電極材料の抵抗及び接合などのリークに関する情報から何が問題であるかを明確にする。電極材料の抵抗が問題の場合は、セル形成後にアニールを実施することで低抵抗化を図る。接合リークに関しては、シェル形成前のウェットエッチングとシェル形成条件の最適化を行う。以上により、n型シリコンナノ構造/ p型遷移金属酸化物へテロ接合およびオールシリコンからなる太陽電池セルの特性を最大限に引き出し、高効率化を実現する。
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