超薄型結晶Ｓｉ太陽電池の製造を可能とする大気圧プラズマ高速成膜技術の開発

• 研究課題/領域番号: 22246017
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 安武 潔 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80166503)
• 研究分担者: 垣内 弘章 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10233660) ; 大参 宏昌 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (00335382)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 32,630千円 (直接経費: 25,100千円、間接経費: 7,530千円); 2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2012年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2011年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2010年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: シリコン / 大気圧プラズマCVD / 大気圧プラズマ酸化 / エピタキシャル成長 / 表面パッシベーション / 太陽電池 / 超薄型Si結晶太陽電池 / 多結晶Si / 高速成膜 / ポーラスSi

研究概要

超薄型結晶Si太陽電池の低コスト製造の要素技術となる大気圧プラズマプロセス（Siエピタキシャル成長および酸化）技術を開発した。
大気圧プラズマCVDにおいて、プリカーサ濃度の安定したSi成長を実現するため、熱流体解析結果に基づいた水冷電極システムを開発した。これによりSiH4利用の高効率化（従来の約2倍）、低電力条件での高速成膜、および均一なin-situドーピングが可能となった。
Siの大気圧Heプラズマ酸化により界面特性の優れたSiO2膜を形成し、低表面再結合速度を実現した。また、大気開放条件下でのArプラズマ酸化プロセスを開発し、He同様の優れた特性のSiO2形成条件を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Atmospheric-pressure low-temperature plasma processes for thin film deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kakiuchi, H. Ohmi and K. Yasutake
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. A 巻: vol.32 (published online 31 October 2013) 号: 3
  • DOI: 10.1116/1.4828369
• [雑誌論文] Voltage distribution over capacitively coupled plasma electrode for atmosphericpressure plasma generation (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Shuto, F. Tomino, H. Ohmi, H. Kakiuchi and K. Yasutake
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 号: 1 ページ: 202-202
  • DOI: 10.1186/1556-276x-8-202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface properties of SiOxNy layer on Si prepared by atmospheric-pressure plasma oxidationnitridation (2013)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhuo, Y. Sannomiya, Y. Kanetani, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi and K. Yasutake
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 号: 1 ページ: 201-201
  • DOI: 10.1186/1556-276x-8-201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface properties of SiOxNy layer on Si prepared by atmospheric-pressure plasma oxidation-nitridation (2013)
  • 著者名/発表者名: Zeteng Zhuo
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 掲載確定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of SiO2/Si structure with low interface state density by atmospheric-pressure VHF plasma oxidation (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhuo, Y. Sannomiya, K. Goto, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi and K. Yasutake
  • 雑誌名: Current Appl. Phys 巻: vol.12 ページ: S57-S62
  • DOI: 10.1016/j.cap.2012.04.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] An atomically controlled Si film formation process at low temperatures using atmospheric-pressure VHF plasma (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake, H. Kakiuchi, H. Ohmi, K. Inagaki, Y. Oshikane and M. Nakano
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: vol.23 号: 39 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/39/394205
  • 査読あり
• [雑誌論文] An atomically controlled Si film formation process at low temperatures using atmospheric-pressure VHF plasma (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yasutake, H.Kakiuchi, H.Ohmi, K.Inagaki, Y.Oshikane, M.Nakano
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens. Matter 巻: 23 ページ: 1-22
  • 査読あり
• [学会発表] 大気圧プラズマを用いたSi 薄膜形成プロセスの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安武潔
  • 学会等名: 第67回マテリアルズ・テーラリング研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-04-12
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Open Air Plasma Oxidation Process for Crystalline Si Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, Y. Kanetani, T. Yamada, H. Ohmi, H. Kakiuchi and K. Yasutake
  • 学会等名: International Workshop on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] 大気圧プラズマ酸化によるAlOx/SiO2/Siスタック構造の形成と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原裕平，金谷優樹，山田高寛，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2014年度 精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] 大気開放プラズマ酸化による太陽電池用Si表面パッシベーョン技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤原裕平，金谷優樹，山田高寛，大参宏昌，垣内弘章，安武潔
  • 学会等名: 2013年度 精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] 大気圧VHFプラズマによるシリコン表面パッシベーションプロセスの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三宮佑太, 後藤一磨, 卓澤騰, 金谷優樹, 山田高寛, 大参宏昌, 垣内弘章, 安武潔
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] エピタキシャルSi 太陽電池形成のための大気圧プラズマCVD 技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金谷優樹,後藤一磨,三宮佑太,卓澤騰,山田高寛,大参宏昌,垣内弘章,安武潔
  • 学会等名: 2012年度 精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] エピタキシャルSi太陽電池形成のための大気圧プラズマCVD技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金谷優樹, 後藤一磨, 三宮佑太, 卓澤騰, 山田高寛, 大参宏昌, 垣内弘章, 安武潔
  • 学会等名: 2012年度精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] Surface passivation of Si by atmospheric-pressure plasma oxidation at low temperatures (2012)
  • 著者名/発表者名: 卓澤騰, 三宮佑太, 後藤一磨, 山田高寛, 大参宏昌, 垣内弘章, 安武潔
  • 学会等名: 2012年度精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma Processes for Preparation of Si-Based Thin Films (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake, H. Ohmi, T. Yamada, H. Kakiuchi
  • 学会等名: 59th AVS International Symposium
  • 発表場所: Tampa (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma Processing for Si Photovoltaics (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake, H. Ohmi, T. Yamada and H. Kakiuchi
  • 学会等名: 2012 Kyrgyz-Japan Solar Energy Workshop
  • 発表場所: Bishkek (Kyrgyz)
  • 招待講演
• [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma Processes for Preparation of Si-Based Thin Films (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake
  • 学会等名: 59th AVS International Symposium
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Atmosperic-Pressure Plasma Processing for Si Photovoltaics (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake
  • 学会等名: 5th Int. Sym. on Atomically Controlled Fabrication Technology (ACFT-5)
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Formation of Passivation Films for Si Surfaces by Atmospheric-Pressure VHF Plasma Oxidation (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhuo (K. Yasutake)
  • 学会等名: 5th Int. Sym. on Atomically Controlled Fabrication Technology (ACFT-5)
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma Processing for Si Photovoltaics (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake
  • 学会等名: 2012 Kyrgyz-Japan Solar Energy Workshop
  • 発表場所: Bishkek, Kyrgyz
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧プラズマ酸化による太陽電池用Si表面パッシベーション技術の開発―大気圧プラズマ酸化によるSiO2の低温高速形成― (2012)
  • 著者名/発表者名: 金谷優樹（安武潔）
  • 学会等名: 2012年度 精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 九州工業大学
• [学会発表] 大気圧プラズマ酸化によるSiO2の低温形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三宮佑太（安武潔）
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] Atmospheric-Pressure VHF Plasma Oxidation Process for Passivation of Si Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhuo (K. Yasutake)
  • 学会等名: 精密工学会 2012年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学
• [学会発表] Atmospheric-Pressure Plasma Oxidation Process for Si Surface Passivation (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Sannnomiya, K.Goto, ZT.Zhuo, Y.Kanetani, T.Yamada, H.Ohmi, H.Kakiuchi, K.Yasutake
  • 学会等名: 15th International Conference on Thin Films
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Atmospheric-Pressure Plasma Processes for Efficient Formation of Functional Thin Films at Low-Temperatures (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yasutake, H.Ohmi, T.Yamada, H.Kakiuchi
  • 学会等名: 4th Int.Symp.on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Formation of SiO_xN_y Films for Passivation of Si Surfaces by Atmospheric-Pressure Plasma Oxidation (2011)
  • 著者名/発表者名: ZT.Zhuo, K.Goto, Y.Sannomiya, Y.Kanetani, T.Yamada, H.Ohmi, H.Kakiuchi, K.Yasutake
  • 学会等名: 4th Int.Symp.on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] 大気圧プラズマ酸化による太陽電池用Si表面パッシベーション技術の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 後藤一磨, 卓澤騰, 三宮佑太, 金谷優樹, 山田高寛, 大参宏昌, 垣内弘章, 安武潔
  • 学会等名: 2011年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] 大気圧プラズマを用いたシリコン表面パッシベーションプロセスの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 三宮佑太, 後藤一磨, 卓澤騰, 金谷優樹, 山田高寛, 大参宏昌, 垣内弘章, 安武潔
  • 学会等名: 精密工学会2011年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2011-06-30
• [学会発表] 大気圧・超高周波プラズマの生成とSiおよびその化合物の低温・高速成膜 (2010)
  • 著者名/発表者名: 垣内弘章
  • 学会等名: 表面技術協会 材料機能ドライプロセス部会および関西支部 表面物性研究会合同研究会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2010-11-19
• [学会発表] 大気圧プラズマを用いたSi 薄膜形成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安武潔,大参宏昌,山田髙寛,垣内弘章
  • 学会等名: 日本学術振興会プラズマ材料科学第153委員会第98回研究会「高速・高品質化を実現する先端プラズマ技術 (シリコン薄膜形成)
  • 発表場所: 弘済会館(東京)
  • 年月日: 2010-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧プラズマを用いたSi薄膜形成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安武潔, 大参宏昌, 山田高寛, 垣内弘章
  • 学会等名: 日本学術振興会プラズマ材料科学第153委員会第98回研究会「高速・高品質化を実現する先端プラズマ技術(シリコン薄膜形成)」
  • 発表場所: 弘済会館(東京)
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] プラズマCVDの基礎～大気圧プラズマによる薄膜形成～ (2010)
  • 著者名/発表者名: 垣内弘章
  • 学会等名: 第4回プラズマエレクトロニクスインキュベーションホール
  • 発表場所: 国立中央青少年交流の家(静岡県御殿場市)
• [学会発表] 薄型結晶Si太陽電池のための大気開放プラズマ酸化プロセスの開発
  • 著者名/発表者名: 藤原裕平,金谷優樹,山田高寛,大参宏昌,垣内弘章,安武潔
  • 学会等名: 精密工学会 2013年度関西地方定期学術講演会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] 大気圧プラズマを用いたSi薄膜形成プロセスの開発
  • 著者名/発表者名: 安武 潔
  • 学会等名: 第67回マテリアルズ・テーラリング研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 招待講演
• [図書] 超精密加工と表面科学 -原子レベルの生産技術-(大阪大学グローバルCOE プログラム高機能化原子制御製造プロセス教育研究拠点/精密工学会超精密加工専門委員会編), 半導体表面パッシベーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 安武潔
  • 出版者: 大阪大学出版会
• [図書] 超精密加工と表面科学 第2部1章2 「半導体表面パッシベーション」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安武潔
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: 大阪大学出版会
• [図書] 大気圧プラズマの生成制御と応用技術(監修 小駒益弘),大気圧プラズマCVD によるシリコン薄膜の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安武潔,垣内弘章,大参宏昌
  • 出版者: サイエンス & テクノロジー, 改訂版
• [図書] 改訂版「大気圧プラズマの生成制御と応用技術」（監修 小駒益弘）第5章 第1節 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安武潔
  • 総ページ数: 23
  • 出版者: サイエンス＆テクノロジー
• [図書] 改訂版「大気圧プラズマの生成制御と応用技術」第5章第1節"大気圧プラズマCVDによるシリコン薄膜の形成"(監修小駒益弘) (2012)
  • 著者名/発表者名: 安武潔, 垣内弘章, 大参宏昌
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー
• [図書] in Generation and Applications of Atmospheric Pressure Plasmas (eds. M. Kogoma et al.), Preparation of Si-based thin films using atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutake, H. Kakiuchi and H. Ohmi
  • 出版者: Nova Science Publishers
• [図書] "Preparation of Si-based thin films using atmospheric pressure plasma chemical vapour deposition" in Generation and Applications of Atmospheric Pressure Plasmas Eds : M.Kogoma, M.Kusano, Y.Kusano (2011)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Yasutake, Hiroaki Kakiuchi, Hiromasa Ohmi
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc.
• [備考]
  • URL: http://www-ms.prec.eng.osaka-u.ac.jp/
• [備考] 低温・高速で高品質を実現する大気圧プラズマCVD法の開発
  • URL: http://www-ms.prec.eng.osaka-u.ac.jp/jpn/study/APPCVD.html