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

2015 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 / ケルマニウム量子細線 / バイオテンプレート局面加工

Outline of Annual Research Achievements

1. 光ナノ構造の制御
本テーマでは、薄膜太陽電池構造のプロトタイプ化をゴールとし、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。ここでは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球は、太陽光の散乱に最も適した直径300nm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、レジスト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一旦実現されたナノSi球のコロイド状分散状態を実現後、Si基板に滴下すると直ちに凝集が始まり、多段のSi球堆積層が形成される。これが予想以上に高い光の散乱を生じる現象を見いだした。この多段層に光を照射し、散乱された光がLLGされる効果を検出した。Auショットキー電極を形成し、ナノSi散乱層により長距離伝搬した光を電気として検出した。以上により、LLGにより薄層Si太陽電池の高効率化に直接つながる成果を得た。
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を進めた。結晶成長後のゲルマニウム表面にSiを蒸着することで表面ラフネスを低減し、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た。フェリチィン内包鉄をマスクに直径10nm、高さ100n mの高アスペクト比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。室温フォトルミネッセンス法により1300nm付近の波長にピークを有する発光を検出することに成功した。この結果は、直径10nmのゲルマニウムの量子細線からの発光の理論値と一致することから、量子細線を実現できたことを示している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。