Innovative paste-type solar cell

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K13720
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 加藤 喜峰 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60380573)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 太陽電池 / ペースト / シリコン微結晶 / 遊星ボールミル

Outline of Annual Research Achievements

革新的塗布型新太陽電池を製作するための基礎プロセスの検討を行ってきている。安価であるSiのナノ結晶粒子ペーストを製作・塗布して太陽電池を製造するための基礎プロセスの構築を行った。高純度Si原料を遊星ボールミリングによりナノサイズ化し、ペースト状にした後、安価な金属やカーボン基板などにp型、n型Siペーストをそれぞれ塗布することにより、太陽電池に必要なpn接合を製作した。ミリング中のＳｉの酸化を防ぐために還元性溶媒中と不活性ガス中でミリングを行い、購入したFTIR装置で酸化を抑えられることが確認できた。
グローブボックス中に脱酸素・脱水分カラムを通して酸素・水分を除去した高純度Arガスを導入し、酸素濃度は25ppm以下に、露点も－36℃以下に抑えられた。このガスを電気炉内のガラス管にも導入し、熱処理中の雰囲気が上記の状態になるように電気炉内を改良した。またIR加熱炉では急速熱処理を1100-1300℃で数秒ほど行うことでどのように成膜できるかを確認している。さらに、ミリングポットも新たに購入して、pとn型半導体のペースト製作を分けて行うことが出来るようにした。
Fe基板などは膨張係数が大きいため、今年度新たにカーボン基板を用いてその上にペーストを塗って、pn接合の製作を試みた。約900℃で真空アニールをすることにより、整流性を得る事に成功した。実用化には安価なカーボン基板を用いる事が出来ることが確認できた。今後、カーボン基板上の密着性向上のため他元素の薄膜のコーティング等が必要かどうかを検討していく。
カーボン基板においてもプレス機で膜を基板に密着させてから、アニーリングした。このプレスにより膜の密着度が上がり、剥がれが少なくなることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は新たにカーボン基板を試み、またさらに低い酸素濃度と露点のArガスを用いることで、より高温でのプロセスが可能となった。しかし、Siペーストは依然としてまだわずかに酸化されていることが購入したFTIRで確認できた。さらにデバイス特性を上げていくには、よりSiの還元を促進していかなければならない。
Ｓｉ微結晶粒子ペーストを金属基板に固着させる方法として強力な超音波を用いて、Ｓｉ微結晶粒子を金属基板に固着させる手法を試みたが、振動子と基板を強く抑つけることが超音波の強力な振動により困難であることが分かった。また、プレス機などで振動子と基板を抑えると、共振点の位置が変わってしまい、プレス機と振動子を一体で一から設計をやり直す必要があることが分かり、本研究での時間と資金だけでは実現不能と言う結論に達した。
ただし、プレス機によるプレスにおいては効果が見られ、結晶性や密着性の向上が確認できた。

Strategy for Future Research Activity

1. カーボン基板・コーティング材の最適化: カーボン基板はまだ始めたばかりであるが、どのようなコーティングが必要か今後検討する。SiとCは融点が高く、お互いに固着することは難しいため、密着性は向上しないと考えられる。そのため、C基板にあらかじめスパッタでSiと化合しやすい材料をコーティングすれば、密着力が向上するものと考えられる。ただし、コーティング材から不純物や金属イオンが半導体に拡散して、デバイス特性を阻害しないように注意しなければならない。
2. 瞬間熱処理: Siペーストの酸化を低減させるために赤外線加熱炉での瞬間熱処理を試みる。これまでは30分～60分間程度の熱処理を行っていたが、この間に酸化が進むためできるだけ瞬時の熱処理を試みる。
3.　上記に示したように、プレス工程は必要不可欠であることが確認できたため、来年度にグローブボックスに入るサイズのプレス機などを購入予定である。

Causes of Carryover

次年度は配分予定額より大きな金額の装置(小型プレス機)への支出が見込まれるため繰越をした。

Remarks

本研究の内容は特許出願予定のため、一切の公表をこれまで控えてきたため、論文や学会発表がありません。ご了承下さい。