| Project/Area Number |
22KJ0358
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| Project/Area Number (Other) |
21J20404 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
青貫 翔 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 薄膜太陽電池 / シリサイド半導体 / バリウムシリサイド / ポストアニール / 伝導型制御 / 光学特性 |
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| Outline of Research at the Start |
新規環境半導体であるバリウムシリサイド（BaSi2）の太陽電池への応用を目指す。BaSi2は資源が豊富な元素のみで構成され，太陽電池に適した諸物性を有する。光入射によりBaSi2層において生成したキャリアを取り出すためのキャリア輸送層とBaSi2層の高品質な接合の形成が高効率動作に向けて重要である。本研究では，上記界面における欠陥評価を元に高品質化への端緒をつかみ，20％のエネルギー変換効率を目指す。さらに，本手法をGe基板上へ展開し，30％を超えるエネルギー変換効率を有するBaSi2/Geタンデム型太陽電池を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，n型BaSi2膜の高品質化，および太陽電池応用に向けたシミュレーションを行った。BaSi2のn型ドーパントであるPとAsを用いてn型BaSi2薄膜を作製し，物性の評価を行った。Pについては，BaSi2中での拡散係数の導出，およびイオン注入を用いた太陽電池応用に着手した。これまでBaSi2太陽電池に用いられていたSbと比較して2桁小さい拡散係数を示し，イオン注入を用いたBaSi2太陽電池の初動作を実証した。この成果は，あらゆる手法により作製したBaSi2膜に応用可能であり、新たなBaSi2太陽電池の設計方法を提示した。
次に，Asを添加したBaSi2薄膜の光学特性の向上にむけて，これまで高い光学特性を示してきたSi-rich条件で堆積したBaSi2膜への高温の加熱を行った。光学特性の評価には，太陽電池の光電流を決定するパラメーターである，分光感度を測定した。加熱しない試料と比較して，1000°Cで2分間の加熱後に分光感度が約3倍に向上した。この結果は，n型不純物を添加したn型BaSi2薄膜において、最も高い分光感度である。さらに，これまで高い分光感度を示していた，Bを添加したp型BaSi2薄膜と同程度の光学特性であり、BaSi2太陽電池の設計自由度が大幅に拡大した。
上記の結果をもとに，n型BaSi2薄膜の太陽電池応用に向けて，デルフト工科大学との共同研究によりシミュレーションを用いた太陽電池設計を行った。 太陽電池の基本構造はpn接合であるため，n型BaSi2光吸収層にはp型BaSi2層のキャリア輸送層が候補になる。しかし，p型BaSi2は光吸収係数が大きく，n型BaSi2膜での光電流密度が制限される。そこで，ワイドバンドギャップ半導体に着目し，最適な構造を決定した。
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