2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of high conversion efficiency silicon solar cells with silicon nanowire surface
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18K03498
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
吉田 晴彦 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90264837)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 英喜 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (50364039)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シリコン系太陽電池 / シリコンナノワイヤ / パッシベーション / 界面特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、シリコンナノワイヤ表面にパッシベーション膜を成膜し、パッシベーション膜の被覆性と安定性、更に、パッシベーション膜／シリコンナノワイヤの界面特性に関する詳細な知見を得ることにより、シリコンナノワイヤのポテンシャルを最大限に生かしキャリアの再結合(損失)を極力抑える技術を開発することが目的である。
H30年度は主に(1)シリコン基板上でのシリコンナノワイヤの成長パラメータ、(2)光の反射率及びキャリアライフタイムとナノワイヤ長の関係、(3)パッシンベーション膜の成膜条件や熱処理条件とパッシベーション膜／シリコンの界面特性の関係について検討した。
(1)の検討ではPt触媒によるシリコンナノワイヤの成長条件(Pt析出条件やエッチング条件)とナノワイヤ長の関係についてSEMを用いて評価した。その結果、エッチング時間とナノワイヤ長には線形関係があるが、銀析出時間が長いサンプルではエッチング時間が短くなるとナノワイヤが形成されないことがわかった。(2)の検討ではナノワイヤ長が0～15μｍのサンプルに対してSiO2膜を成膜し光の反射率及びキャリアライフタイムを評価した。その結果、反射率はいずれのサンプルでも数％に抑制できるが、キャリアライフタイムはワイヤ長が長くなるほど短くなることがわかった。(3)の検討ではナノワイヤを形成していないシリコン基板にSiNx膜やGaOx膜を成膜し、成膜条件や熱処理条件とパッシベーション膜中の固定電荷及びパッシベーション膜／シリコン界面の界面トラップの関係についてC-V法及びXPS法により評価した。SiNx膜については電極形成時の熱処理条件について検討し2段階熱処理法を提案した。また、GaOx膜については300℃程度の成膜温度が最も特性が向上し、成膜後の低温水素アニールが効果的であることを見出した。
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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
H30年度の実施計画では、(1)受光面での光の反射やシリコンナノワイヤでの光の吸収の観点からシリコン基板上でのシリコンナノワイヤの成長パラメータを検討し、その制御パラメータを明らかにし、光の表面反射をなくし短波長側での光の吸収が増加する条件を見い出すこと、(2)パッシベーション膜をシリコンナノワイヤ上に成膜し、パッシベーション膜の被覆性や安定性を調べることによって、パッシベーション膜の成膜条件や被覆性等の観点からシリコンナノワイヤのサイズについて検討することを予定していた。これらの検討については成長パラメータ及び光の表面反射の検討についてはおおむね順調に進展しており、さらにライフタイムの検討を行った。しかし、光の吸収及び被覆性については十分に検討できておらず次年度以降も引続き検討する予定である。
また、H31(R元)年度以降に予定していた非真空プロセスで成膜可能なミストCVD法を用いて成膜したパッシベーション膜の成膜条件や熱処理条件とパッシベーション膜／シリコンの界面特性の関係については今年度着手することができており、次年度以降に予定しているパッシベーション膜／シリコンナノワイヤ構造に対して、有益な知見が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H31(R元)年度には、(1)H30年度に検討したパッシベーション膜／シリコンナノワイヤ構造に対して、パッシベーション膜／シリコンナノワイヤの界面特性について検討する。H30年度に得られた知見と界面特性の検討結果からキャリアの再結合が抑制される条件を明らかにする。パッシベーション膜／シリコンナノワイヤ界面の電気特性評価には、C-V法やI-V法を用いて界面特性や絶縁特性について詳細に検討する。(2)より低コストの太陽電池を開発するために、従来太陽電池に用いられている成膜方法よりも大量生産が可能なLIAスパッタ法や非真空プロセスで成膜可能なミストCVD法を用いて成膜したパッシベーション膜や有機薄膜の被覆性や安定性についてもH30年度の検討をさらに推進する。
R2年度には、(1)低コストに向けたパッシベーション膜に対して、パッシベーション膜／シリコンナノワイヤの界面特性と作製条件の関係を明らかにする。
(2)これまでに検討したパッシベーション膜に対して、さらに太陽電池モジュールの作製プロセス中に受ける熱履歴に対してその熱安定性も検討し最終的に最適なパッシベーション膜／シリコンナノワイヤの組み合わせ及び作製条件を見い出し、変換高率の高いシリコンナノワイヤ太陽電池の実現を目指す。
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Research Products
(2 results)
