2018 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of oxygen-doped semiconducting silicides for top-cell materials in Si-based tandem solar cells
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17K18865
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 禁制帯幅 / タンデム / トップセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、禁制帯幅が1.3eVでSi基板上に高品質成長可能なBaSi2を用い、格子間位置(4cサイト)にSi原子数の約10%に相当する酸素原子を侵入させたBaSi2:O膜をSi(111)面にエピタキシャル成長し、光吸収端を評価することで1.6eV以上の禁制帯幅を実現することを目的とする。BaSi2膜中に酸素を導入する薄膜堆積方法として、これまで注力してきた分子線エピタキシー法に変えてスパッタ法を選び、2017年度は、スパッタ法によるBaSi2膜の形成と、酸素がBaSi2の格子間位置に存在するか否かをどのように検証するか、これら２つに絞って研究した。その結果、第一原理計算から酸素がBaSi2の4cサイトに入った場合、Ramanスペクトルで、593cm-1付近に、ピークが出現することが分かった。また、BaSi2膜のラマンスペクトルから、その波数位置にピークが確かに存在することが分かった。
2018年度は、酸素に代えて炭素が禁制帯幅に与える影響を調べた。炭素源としてSiCを選び、SiCターゲットをBaSi2ターゲットと同時にスパッタすることで、BaSi2膜に炭素をドーピングして、禁制帯幅拡大の可能性を含めて、光学特性を評価した。
その結果、炭素が1cc当たり10の21乗の中盤程度入ること、また、炭素導入により、禁制帯幅が拡大することが分かった。現状では、禁制帯幅の拡大は0.1eVに留まっており、この値は、第一原理計算の予想とほぼ一致する。禁制帯幅拡大を大きくするには、炭素の量を増やす必要がある。また、予想外のこととして、炭素を導入したBaSi2膜は分光感度が極端に増大した。これについては、今後、詳しく調べる予定である。
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