2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of conductive passivation layer using silicon nanocrystals
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20K15127
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
後藤 和泰 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40821690)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / シリコン / 保護膜 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、ナノ結晶シリコンをシリコン酸化膜中に複合化させた導電性保護膜の高性能化を行い、さらに太陽電池への実装も行った。加えて、水素プラズマ処理を用いてさらなる性能の向上についても取り組んだ。
まず、導電性保護膜のナノ結晶層となる水素化アモルファスシリコンオキサイド（a-SiOx:H）成膜時の炭酸ガス流量比の依存性を調査した。炭酸ガス流量比を0.1から1.0まで変化させた際、炭酸ガス流量比が0.1のものでは保護膜の一部が結晶化して、保護性能の指標となる再結合電流が67 fA/cm^2と高い値を示したのに対し、炭酸ガス流量比が1.0のものでは13 fA/cm^2と低い値が得られ保護膜として機能していることが分かった。また、n型の多結晶シリコンの膜厚や成膜時の水素ガス流量の影響も調査したところ、膜厚が35 nmかつガスドーピング濃度が8.3%において再結合電流が11 fA/cm^2かつ接触抵抗率が23.8 mOhm cm^2と良好な接合特性を示した。
上述の条件出しを行い、太陽電池を作製した。提案構造を用いることにより、ダイオード特性が観測された。また、擬似太陽光を照射をすることで24 mA/cm^2短絡電流と617 mVと開放電圧が得られることが分かった。絶対値の改善は必要とするが、太陽電池として動作することを確認できた。
さらに、太陽電池性能の向上を目指して水素プラズマ処理を用いた接合特性の改善にも取り組んだ。水素プラズマ処理を用いることにより、保護性能から計算される潜在開放電圧が697 mVから最大722 mVまで向上することができた。
今後は、水素プラズマ処理の最適化や太陽電池構造とプロセスの改善に取り組み、ナノ結晶を用いた高性能な導電性保護膜の実現を目指す。
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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
本研究は、順調に進展している。
本年度は、当初の計画通り導電性保護膜のナノ結晶層となる水素化アモルファスシリコンオキサイド（a-SiOx:H）成膜時の炭酸ガス流量比の依存性を調査した。その結果、シリコンナノ結晶のサイズに顕著な変化はないものの、ナノ結晶相の炭酸ガス流量比が小さくなるにつれて保護膜の結晶化が誘起され、それにより保護性能は低下して導電性能が向上するという予想通りの結果が得られた。保護性能と導電性を制御する重要な知見が得られたと考えている。また、水素導入による電気的特性の向上にも着手が始められており、保護膜としての特性向上の初期的な知見を得られた。提案した導電性保護膜の実現を加速する結果が得られたと考えている。さらに、開発した導電性保護膜を太陽電池へ実装し、開発した導電性保護膜が太陽電池として動作することを確認できた。さらなる性能の向上は必要であるが、研究は順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素プラズマ処理により、接合特性が大きく向上することを示すことができた。しかし、水素プラズマ処理のパラメーターは処理温度、処理時間、投入電力、圧力、水素流量、電極間距離など多くのパラメーターがるが、まだ処理温度しか依存性を確かめられていない。そこで、その他のパラメーターについても依存性を調査して最適化を進める。加えて、なぜ再結合電流や接触抵抗率がそのような挙動を示すのかについても学内外の研究者と連携しつつ水素の分析を進めて理解を深めてゆく。
また、太陽電池構造とプロセスの改善に取り組み、導電性保護膜を用いた太陽電池の高性能化を目指す。開放電圧に関しては、保護性能の改善が必要と考えられるため、上述した水素プラズマを用いた水素化処理による改善を狙う。短絡電流と曲性因子については、まずは太陽電池の電極構造と電極形成プロセスによるものが律速していないかを検討する。マスクレス露光装置とスパッタ製膜によるパターン電極の形成に挑戦したい。その後、表面の凹凸構造や反射防止膜などの光閉じ込め構造を用いて太陽電池特性の向上も狙ってゆきたい。
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