2022 Fiscal Year Annual Research Report
nanostructuring on semiconductor surface for optical management by high-pressure hydrogen plasma
| Project/Area Number |
20H02049
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
大参 宏昌 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00335382)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 水素プラズマ / 表面処理 / 無反射 / 特殊加工 / 太陽電池 / シリコン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、省Si資源・高効率な薄型c-Si太陽電池の製造・普及に向け、廉価・無毒な水素ガスからなる高圧プラズマを用い、波長200～1100 nmの入射光に対して無反射と光閉じ込めを実現する機能性ナノ構造を廉価・低環境負荷に創成する加工プロセスの学理を構築することにある。昨年度の成果から、加工雰囲気中に窒化種と酸化種の同時供給が必要であることが明らかとなったため、SiNマスク材、ならびにSiO2の水素プラズマによるエッチング特性を調査した。その結果、後者は前者に比べ3倍エッチングされやすい事が分かった。また、Siのドーパントタイプとその濃度を種々変化させ、得られる加工特性を調べた。その結果、Bドープのp型Si、ならびにPドープのn型Siの両タイプにおいて濃度によらず、ナノコーンの創成が可能であることが明らかとなった。このことから、プラズマ中の水素系イオンと固体表面での電荷交換に続くラジカル反応が、ナノコーン創成に寄与していないことが示唆され、陽極酸化におけるポーラスSiの創成反応とはメカニズムを異にすることが明らかとなった。また、広範囲の光波長に亘り低反射率表面を実現すること、さらにはプラズマシース厚さを推定することを目的として、アルカリ溶液エッチングにより形成した高さ数十ミクロンのマイクロピラミッド表面へのナノコーン形成を行った。その結果、マイクロピラミッド表面へナノコーン構造が重畳したハイブリッド構造を形成可能なことが明らかとなり、ナノコーンは、マイクロピラミッドを構成する表面の垂線方向に形成されるのではなく、基板の垂線方向に形成される事が分かった。このことからシース厚さは、百μm以上のオーダーであると言える。
本手法により形成されるナノコーン構造の付与により、ハイドープSiでは、350nmから1750nmに亘る波長域において、反射率が1％以下となる表面が実現できた。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
