2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of three-dimensional periodically arranged structures of size-controlled silicon nanoparticles based solar cells and high cell performance
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17K05107
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
佐藤 慶介 東京電機大学, 工学部, 教授 (70366384)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | シリコンナノ粒子 / 不純物ドーピング / テクスチャー構造 / ナノ粒子配列制御 / 無機有機太陽電池 / 発電効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、スピンコーターを用いて、下地のテンプレートシリコン基板（2年目に作製した逆ピラミッド構造、ナノワイヤアレイ構造を使用）上に粒径制御したp型またはn型シリコンナノ粒子（1年目に確立した粒径制御技術を用いてp型ナノ粒子では4.0 nmの平均粒径、n型ナノ粒子では3.8 nmの平均粒径を使用）を3次元的に配列させたときのナノ粒子の配列状態について評価した。その結果、各種テンプレート基板においてナノ粒子の3次元周期配列構造を形成させることができ、ナノ粒子の周期的配列制御技術を確立した。次に、下地のテンプレート基板（2年目に作製したピラミッド構造、逆ピラミッド構造、ナノワイヤアレイ構造を使用）上に粒径制御したp型またはn型ナノ粒子を3次元周期配列させ、そのナノ粒子表面に導電性ポリマーを被覆させた太陽電池を作製し、その性能評価を行った。この太陽電池では、ナノ粒子内へのリン/ボロンの添加方法の最適化、添加温度と添加時間の最適化によるナノ粒子内のリン/ボロンのキャリア濃度の制御、分級処理によるナノ粒子のサイズ制御、ナノ粒子表面の親水化処理によるナノ粒子/導電性ポリマー間の親和性の制御により、最大で10.7%の発電効率を達成した。さらに、今年度はp型ナノ粒子と導電性ポリマーをピラミッド構造のテンプレート基板上に塗布した試料に対して、電子輸送層である酸化亜鉛（ZnO）を導入した太陽電池の作製を行い、その性能評価を行った。この太陽電池では、ZnO膜に対して膜厚の最適化、加熱温度による結晶構造の最適化により、キャリア輸送効率を増大させることができた。その結果、短絡電流密度を10%以上に向上させる方法を見出し、最大で8.61%の発電効率が得られた。
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