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2015 Fiscal Year Annual Research Report

金属誘起層交換成長を利用したガラス基板上へのSiナノ構造太陽電池の作製

Research Project

Project/Area Number 26600049
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

深田 直樹  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90302207)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords結晶工学 / シリコン / 結晶成長 / 太陽電池 / 多結晶薄膜 / ナノワイヤ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、シリコン(Si)ナノワイヤからなる新しい太陽電池材料をSiではない異種基板上、例えば安価なガラス基板上に形成することを目的としている。
そこで、アルミニウム(Al)誘起層交換成長(AIC)法と呼ばれる技術を利用し、石英ガラス基板上へのSi結晶膜の形成実験を行った。具体的には、石英ガラス基板上にAlをスパッタリングにより堆積し、その後Siを堆積する。膜厚比、アニール温度、アニール時間に対する結晶化の条件を透過電子顕微鏡(TEM)観察、電子後方散乱(EBSD)測定およびラマン分光測定により調べ、結晶化条件の最適化条件について調べた。その結果、Al/Siをそれぞれ50nm堆積し、400℃でAICを行なうことで、最大384μmのグレインサイズを達成できた。この値は、これまでにAIC関連で報告されている中で最大のグレインサイズである。この形成されたグレイン内部の結晶配向を調べた結果、面内垂直方向は99%の割合で(111)に配向していることも分かった。更に、形成できたSi多結晶膜をテンプレートとして、その上にアモルファスSi薄膜を形成し、その後のアニールによる結晶化過程を調べた結果、固相エピタキシャル成長の実現を証明できた。更に、AICで形成したSi多結晶膜上にSiナノワイヤの成長を行なうこともできた。以上の結果から、本研究で形成されたSi多結晶膜はガラス基板上に太陽電池を作製する際の良好なテンプレートとして使用できるといえる。

  • Research Products

    (19 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] High Efficiency Hybrid Solar Cells Using Nanocrystalline Si Quantum Dots and Si Nanowires2015

    • Author(s)
      Mrinal Dutta, Lavanya Thirugnanam, Pham Van Trinh, and Naoki Fukata
    • Journal Title

      ACS NANO

      Volume: 9 Pages: 6891-6899

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b03268

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Bonding and electronic states of boron in silicon nanowires characterized by infrared synchrotron radiation beam2015

    • Author(s)
      N. Fukata, W. Jevasuwan, Y. Ikemoto, and T. Moriwaki
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 7 Pages: 7246-7251

    • DOI

      10.1039/C5NR00427F

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Transfer-free synthesis of highly ordered Ge nanowire arrays on glass by controlling the growth direction2015

    • Author(s)
      M. Nakata, K. Toko, W. Jevasuwan, N. Fukata, and T. Suemasu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 107 Pages: 133102

    • DOI

      10.1063/1.4932054

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vertically Aligned Ge Nanowires on Flexible Plastic Films Synthesized by (111)-Oriented Ge Seeded Vapor–Liquid–Solid Growth2015

    • Author(s)
      Kaoru Toko, Mituki Nakata, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata, and Takashi Suemasu
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Inter.

      Volume: 7 Pages: 18120-18124

    • DOI

      10.1021/acsami.5b05394

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-temperature UV ozone-treated high efficiency radial p-n junction solar cells: N-Si NW arrays embedded in a p-Si matrix2015

    • Author(s)
      M. Dutta and N. Fukata
    • Journal Title

      Nano Energy

      Volume: 11 Pages: 219-225

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2014.10.028

    • Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Fabrication of Silicon Nanowire Solar Cells by Metal Catalyzed Electroless and Nano-imprint lithography2016

    • Author(s)
      Junyi Chen, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata
    • Organizer
      春季第63回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Formation of Large-grain polycrystalline Si Layer on Quartz by Al-induced Crystallization for Thin-Film Solar Cells2016

    • Author(s)
      Joko Suwardy, Wipakorn Jevasuwan,Kaoru Toko, Takashi Suemasu, Naoki Fukata
    • Organizer
      春季第63回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] プラスチック上Ge薄膜の結晶方位制御と垂直配向ナノワイヤ合成2016

    • Author(s)
      都甲 薫、中田 充紀、大谷 直生、Jevasuwan Wipakorn、深田 直樹、末益 崇
    • Organizer
      春季第63回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Si Nanowire Formation using Al-Catalyst with Various Substrate Temperatures2016

    • Author(s)
      ジェバスワン ウィパコーン, 深田 直樹
    • Organizer
      春季第63回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Hybrid SiNW-based solar cells and hydrogenation for efficiency enhancement2015

    • Author(s)
      W. Jevasuwan, K. Nakajima, Y. Sugimoto, N. Fukata
    • Organizer
      Pacifichem 2015
    • Place of Presentation
      Hawaii (USA)
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hybrid solar cells using nanocrystalline Si quantum dots and Si nanowires2015

    • Author(s)
      Mrinal Dutta, Lavanya Thirugnanam, Pham Van Trinh and Naoki Fukata
    • Organizer
      Nanowire 2015
    • Place of Presentation
      Barcelona(Spain)
    • Year and Date
      2015-10-25 – 2015-10-31
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hybrid Nanoimprint SiNW-based Solar cell Fabrication with Efficiency Enhancement by Hydrogen Annealing2015

    • Author(s)
      Wipakorn Jevasuwan, Kiyomi Nakajima, Yoshimasa Sugimoto and Naoki Fukata
    • Organizer
      SSDM 2015
    • Place of Presentation
      Hokkaido (Japan)
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Siナノ構造太陽電池2015

    • Author(s)
      深田直樹
    • Organizer
      第26回シリサイド系半導体研究会
    • Place of Presentation
      ウィルあいち(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-16
    • Invited
  • [Presentation] Solid Phase Epitaxy of Si Film on poly-Si Seed Layer formed by Aluminum-induced Crystallization2015

    • Author(s)
      Joko Suwardy, Wipakorn Jevasuwan, Kaoru Toko, Takashi Suemasu, Naoki Fukata
    • Organizer
      秋季第75回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Nanoimprint SiNW-based Solar Cells fabrication and p-matrix coverage optimization2015

    • Author(s)
      ジェバスワン ウィパコーン, 中島清美, 杉本喜正, 深田 直樹
    • Organizer
      秋季第75回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Fabrication of Silicon Nanowire Solar Cells by Metal Catalyzed Electroless Etching in HF Solution2015

    • Author(s)
      Junyi Chen, Wipakorn Jevasuwan, Naoki Fukata
    • Organizer
      秋季第75回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Synthesis and Fabrication of Si Nanowire-based Solar Cells2015

    • Author(s)
      Wipakorn Jevasuwan, Kiyomi Nakajima, Yoshimasa Sugimoto, and Naoki Fukata
    • Organizer
      WCAM 2015
    • Place of Presentation
      Chongqing (China)
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks]

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/FUKATA_Naoki-j.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 分子終端シリコンナノ粒子を利用した太陽電池2015

    • Inventor(s)
      深田直樹、ダッタムリナル
    • Industrial Property Rights Holder
      NIMS
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-103575
    • Filing Date
      2015-05-21

URL: 

Published: 2017-01-06  

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