2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Novel High-Performance Semiconductor Bonding Mediated by Monolayer Materials for the Realization of Ultrahigh-Efficiency Solar Cells
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18H01475
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田辺 克明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60548650)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 半導体接合 / ウェハ貼り合わせ / 機能性材料 / 光電子デバイス / ハイドロジェル / 波長変換材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウェハ接合は低結晶欠陥密度の格子不整合ヘテロ構造形成法であることから、高効率な多接合太陽電池の作製法として期待されている。本研究では、新規高機能ウェハ接合技術の提案および実験的実証を行った。世界に先駆け、半導体界面に接着性と柔軟性に富むハイドロジェルを導入することで、微粒子や表面の粗さといった接合阻害要因を緩和し、かつ高い光透過性と導電性を有する接合を実現した。さらに、ハイドロジェルに波長変換材料を担持することによって接合形成と光学的機能発現を同時に生み出す接合技術の開発を行った。
ハイドロジェルを介した接合について、代表的なハイドロジェルであるポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、アガロースの3種類について実験・評価を行った。条件の検討を経て、高い機械的接合強度、導電性、光透過性、また、接合形成の際の表面ラフネス許容度を得た。
さらに、本手法によって、太陽電池とSiウェハを接合（太陽電池/Siウェハ）し、太陽電池単体との性能比較を行った。下層のSiウェハには発電能力はなくバルク抵抗も無視小であるため、これらの比較によって、接合によって生じた界面抵抗による発電効率の損失を見積もることができる。光I-V特性測定における太陽電池/Siウェハと太陽電池単体との発電効率の比較から、ハイドロジェルを半導体界面に導入することで生じるロスを1割未満に抑えることができ、多接合太陽電池応用への有用性が示された。
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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
ハイドロジェル、波長変換材料といった機能性材料を介した新規半導体接合技術の開発を行うことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では短波長の光を長波長側に変換するダウンコンバージョンの波長変換材料を用いた．しかし，多接合太陽電池への応用の観点からは，長波長の光を短波長側に変換するアップコンバージョンの光学的機能発現がより望まれる．近年，太陽光程度の比較的強度が弱い光でもアップコンバージョンを起こすことができる波長変換材料が研究室レベルで開発されており，それらを用いた接合を行うことで，ダウンコンバージョン，アップコンバージョンいずれの波長変換材料でも適応可能な半導体接合技術を確立したい．
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