量子・光ナノ構造制御による高効率シリコン系太陽電池に関する研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25249139
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 和田 一実 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30376511)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寒川 誠二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30323108)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 薄膜シリコン太陽電池 / 高効率化 / 面内光ガイディング / ナノシリコン球 / 共鳴散乱現象 / シリコン量子細線 / ゲルマニウム量子細線 / バイオテンプレート極限加工

Outline of Annual Research Achievements

1.　光ナノ構造の制御
本テーマでは、量子ナノ構造太陽電池と薄膜太陽電池の二層構造をプロトタイプ化することをゴールとし、ここでは太陽電池に入射した光を面内にガイドする(lateral light guiding, LLG)する、層の形成を狙って研究を進めた。具体的にはシリカ球はオパール状堆積が可能なことが知られるため、ここではシリカ球の代わりに共鳴散乱に必要な屈折率の高いSi球を堆積する手法の開発を進めた。Si球径は、太陽光の散乱に最も適した直径100nm程度のものを用意し、超音波振動器を用いて、水、エタノールなどの溶媒中にナノSi球を分散し、基板上に堆積した。この結果、高出力の超音波振動器により、ナノSi球のコロイド状分散状態を実現することができることを確認した。しかし、Si球コロイドを基板上に滴下する際に超音波振動を停止すると、直ちに凝集が生じてしまい、分散状態の寿命は極めて短いと言う問題のあることが分かった。Si球ではオパール状の分散堆積が困難なことを明らかとした。
2.量子ナノ構造の制御
本テーマでは、ゲルマニウム量子ナノワイヤー構造の形成技術の確立をゴールとして、バイオテンプレート極限加工を用いてゲルマニウムナノワイヤーの形成に関する検討を行った。結晶成長後のゲルマニウム表面にシリコンを蒸着することで表面ラフネスを低減すると共にバイオテンプレート・フェリチィンを高密度に配置することに成功し、フェリチィン内包鉄コアをマスクに直径10nmで高さ100nmの高アスペクトの高密度ゲルマニウムナノワイヤー構造の作製に初めて成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Si球の理想的なオパール堆積が出来ていない。

Strategy for Future Research Activity

本年度は最終年度であり、シリコン基板を用いた散乱層形成法の確立を進める。特に、オパール堆積が難しいことから、まずは凝集状態にあるSi球による散乱能の測定を進めることとする。その結果から凝集Si球が散乱層として有効性を把握した上で、その太陽電池のLGG効果の確認を進める。
本年度はゲルマニウム量子ナノワイヤー構造の直径制御を実現するために酸素中性粒子ビームによるナノワイヤー側壁酸化を実現し、量子サイズ効果を確認する。