2019 Fiscal Year Research-status Report
高効率フレキシブル太陽電池に向けたGaAsPN混晶の結晶成長
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19K04488
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
山根 啓輔 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80610815)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 化合物太陽電池 / 結晶成長 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
“III-V/Siヘテロ成長”と“ウエハ接合”という正反対のアプローチを組み合わせ、従来利用されている化合物基板上では達成不可能な低環境負荷かつ大面積(直径300 mm以上)の化合物多接合太陽電池の作製手法を開発することを全体構想としている。これを実現するため、申請者が開発した低欠陥ヘテロ成長技術を発展させ、高効率III-V族太陽電池を開発する。さらに、新開発した薄膜転写プロセス（特許出願済）により量産性を飛躍的に向上させる。本研究では学術的核心をなす未踏領域の希薄窒化物半導体(GaAsPN)の 成長メカニズムおよび物性値を解明する。
昨年度には、GaAsPNの成長条件最適化にむけて、その母材となるGaPについて、結晶表面への吸着原子の表面拡散長の測定から成長メカニズムを考察した。ガリウム（Ga）とリン（P）を同時供給する場合に比べて、両者を交互に供給することで、表面原子の拡散長が飛躍的に増加することが示された。これに伴い、交互供給することにより成長島の拡大に顕著な異方性が生じることが分かった。さらに、本結果は、Si基板上にIII-V族半導体を成長する際に発生するアンチフェーズドメイン（APD）という欠陥を消滅させる際に活用できる結果である。並行して、成長した結晶を用いて太陽電池の作製も進めた。Si基板上二接合太陽電池に必要とされる1.7eVのバンドギャップを持つGaAsPN (N=5%) の単接合セルを試作した。結果として20％を超える外部量子効率をバンド端エネルギー付近で確認することができた。
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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
結論として、GaAsPNの成長メカニズムの解明に向けて順調に研究を進めることができた。当初予定していた計画の一つである交互供給の成長様式への影響を解明することができ、その現象が結晶の高品質化に向けてどのように役立つかを見出すことができた。また、本研究の中心課題である“GaAsPNの結晶成長”を単層膜評価にとどまらず、デバイスレベルで検証できるところまで進めることができたことは大きな成果といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はGaAsPNの結晶成長実験を継続し、デバイス化を通して、高品質化に必要な要点を明確にしていく。特に結晶表面のステップが成長様式（組成や表面原子の拡散長）に与える影響を調べ、将来的な不純物ドーピングやナノ構造の組み込みに向けた基礎検討を行う。
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| Causes of Carryover |
結晶成長実験を当初の予定よりも前倒しですすめるこができたため、装置冷却用の液体窒素や結晶成長時に用いる基板などの費用を節約することができた。関連して、デバイス化に必要な構造設計など理論計算に費やすエフォートが増えたため、残金が生じた。
次年度は結晶成長およびデバイス作製実験に注力するため、1年目に使用できなかった消耗品や進捗によってはデバイスシミュレータ用PCなどの購入を予定している。
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