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ヘテロ接合界面を有するタンデム型太陽電池のバンド構造を考慮した透明導電膜の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2854
補助金の研究課題番号 22J13507 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関公益財団法人高輝度光科学研究センター (2023)
明治大学 (2022)

研究代表者

西原 達平  公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, 研究員 (90985144)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードTCO / Carrier Mobility / HAXPES / Workfunction / Tandem Solar Cell / 太陽電池 / 透明導電膜
研究開始時の研究の概要

高効率ペロブスカイト/結晶Siタンデム太陽電池作製へ向けた新規透明導電膜の開発を行う。In2O3に対して、ZrやTiをドープしたIZrO及びITiO
をスパッタリング法で適切な物性値を有する薄膜の形成に取り組み、硬X線光電子分光法(HAXPES)の角度分解測定を用いることでバンドアライ
メントの評価を行う。加えて、C-V測定や電圧印可HAXPESなどの電気特性評価より、ZrやTiが形成する準位の影響を検討する。

研究実績の概要

ヘテロ接合界面を有するタンデム太陽電池として、トップセルにペロブスカイト太陽電池、ボトムセルに結晶Si太陽電池を用いたペロブスカイト/結晶SiCタンデム太陽電池の高効率化へ向けた透明導電膜(Transparent Conductive Oxide film: TCO)の開発に取り組んだ。トップセルの表面側およびトップセルとボトムセルの中間層として、1.35 wt%のZrをIn2O3にドープしたIZrO(Zr-doped In2O3)、ボトムセルの裏面用TCOとして、1 wt%のWをIn2O3にドープしたIWO(W-doped In2O3)に着目し、TCO膜特性やバンド構造評価に加えて、界面の化学結合状態やバンドベンディング評価を行った。IZrOは、膜厚20 nmで24.6 cm2/Vsのキャリア移動度を達成し、従来の100 nm程度の膜厚でのIZO(Zn-doped In2O3)やITO(Sn-doped In2O3)と同程度のキャリア移動度を実現した。IZrOとSnO2界面では、SnO2の価電子帯上端が上方向に曲がっている可能性が示唆され、IZrOの仕事関数が影響していると考えられる。また、ボトムセル裏面用TCOとして着目したIWOにおいて、膜厚と成膜時の酸素流量を反射率の観点から最適化した。Si基板側とIWO膜界面で発生するプラズモン吸収とIWO内部で発生するフリーキャリア吸収のトレードオフにより反射率が決定されることが明らかとなった。従来膜厚の100 nm程度よりも厚膜化およびIWO中の酸素欠損を抑制するために高酸素流量が必要であることが分かった。これらを基に作成したペロブスカイト/結晶Siタンデム太陽電池において、24.5%の変換効率の達成に成功した。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Assessing hard X-ray photoelectron spectroscopy as a new evaluation method for studying protein adsorption on anisotropic hydroxyapatite ceramics model2024

    • 著者名/発表者名
      Onuma Erika、Nishihara Tappei、Ogura Atsushi、Aizawa Mamoru
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 132 号: 1 ページ: 16-23

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23144

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2024-01-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Process Damage to Crystalline Silicon by Transparent Conductive Oxide Film Deposition2023

    • 著者名/発表者名
      Kojima Haruki、Nishihara Tappei、Ito Yuta、Lee Hyunju、Gotoh Kazuhiro、Usami Noritaka、Hara Tomohiko、Nakamura Kyotaro、Ohsita Yoshio、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      2023 IEEE 50th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)

      巻: - ページ: 1-3

    • DOI

      10.1109/pvsc48320.2023.10359745

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of hard x-ray photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation x-ray up to 30 keV2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuno Satoshi、Seo Okkyun、Takagi Yasumasa、Nishihara Tappei
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 94 号: 11 ページ: 115113-115113

    • DOI

      10.1063/5.0169836

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of Proteins Adsorbed on Hydroxyapatite Ceramics with a Preferred Orientation to a-Plane2023

    • 著者名/発表者名
      Onuma Erika、Honda Takayuki、Yoshimura Hideyuki、Nishihara Tappei、Ogura Atsushi、Kanzawa Nobuyuki、Aizawa Mamoru
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 13 号: 9 ページ: 1318-1318

    • DOI

      10.3390/cryst13091318

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] HAXPESによる結晶シリコンヘテロ接合型太陽電池の課題解明2022

    • 著者名/発表者名
      NISHIHARA Tappei、HARA Tomohiko、TSUKUSHI Taiga、OHSHITA Yoshio、OGURA Atsushi
    • 雑誌名

      表面と真空

      巻: 65 号: 8 ページ: 361-366

    • DOI

      10.1380/vss.65.361

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • 年月日
      2022-08-10
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Zr-doped In2O3 film for the interlayer of perovskite/crystalline silicon tandem solar cells2023

    • 著者名/発表者名
      Tappei Nishiahara, Hyunju Lee, Ryuji Kaneko, Yoshio Ohshita, Atsushi Wakamiya, Atsushi Masuda, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      50th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of process damage to crystalline silicon by transparent conductive oxide film deposition2023

    • 著者名/発表者名
      Haruki Kojima, Tappei Nishihara, Yuta Ito, Hyunju Lee, Kazuhiro Gotoh, Noritake Usami, Tomohiko Hara, Kyotaro Nakamura, Yoshio Ohshita, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      51st IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Issues in Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells by HAXPES2023

    • 著者名/発表者名
      Tappei Nishihara, Hyunju Lee, Yoshio Ohshita, Atsushi Ogura, and Satoshi Yasuno
    • 学会等名
      30th NREL Silicon Workshop
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of hard X-ray photoelectron spectroscopy excited by photon energy up to 30 keV2023

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Yasuno, Okkyun Seo, Yasumasa Takagi, and Tappei Nishihara
    • 学会等名
      15th International Conference on Electronic Spectroscopy at Structure
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 硬X線光電子分光法による高アスペクト比トレンチにALD製膜したSiN膜の分析2023

    • 著者名/発表者名
      小椋厚志、西原達平、横川凌、大槻友志、加賀谷宗仁
    • 学会等名
      第87回半導体・集積回路技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] HAXPES II ビームライン BL46XUの現状2023

    • 著者名/発表者名
      安野聡、髙木康多、保井晃、Seo Okkyun、西原達平
    • 学会等名
      第20回 SPring-8 産業利用報告会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Surface Texturing on Three-dimensional Flexibility of c-Si Wafer2023

    • 著者名/発表者名
      Koki Ide, Tappei Nishihara, Kyotaro Nakamura, Yoshio Ohshita, Tomoyuki Kawatsu, Toshiki Nagai, Noboru Yamada, Hayato Kobayashi, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      40th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of carbon and oxygen in Si on degradation of carrier selective contact cell performance2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohshita, K. Kimura, T. Hara, T. Nishihara, and A. Ogura
    • 学会等名
      40th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Clarifying issues in solar cells by band structure using HAXPES2023

    • 著者名/発表者名
      Tappei Nishihara, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Measurement Techniques at the Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy in BL46XU at SPring-82023

    • 著者名/発表者名
      T. Nishihara, S. Yasuno, Y. Takagi, A. Yasui, O. Seo, T. Osaka, M Sugahara, Y. Senba, H. Yamazaki, T. Koyama, S. Shimizu, T. Saito, H. Ohashi, N. Kawamura, K. Nakajima, K, Motomura, M. Sato, Y. Tamenori, M. Yabashi
    • 学会等名
      60 years of Synchrotron Radiation in Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 30 keV励起硬X線光電子分光法へ向けた深い内殻準位を使用したエネルギー校正方法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      西原達平, 安野聡, 髙木康多, Seo Okkyun
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 30 keV励起硬X線光電子分光法の開発と応用2023

    • 著者名/発表者名
      安野聡, Seo Okkyun, 髙木康多, 西原達平
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 30 keV励起硬X線光電子分光装置の開発2023

    • 著者名/発表者名
      西原達平, 安野聡, 髙木康多, Seo Okkyun
    • 学会等名
      第37回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Zr-doped In2O3 film for the interlayer of perovskite/crystalline silicon tandem solar cells2023

    • 著者名/発表者名
      Tappei Nishihara, Hyunju Lee, Ryuji Kaneko, Yoshio Ohshita, Atsushi Wakamiya, Atsushi Masuda, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      50th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2端子型ペロブスカイト/結晶Siタンデム太陽電池の中間層としてのZr添加In2O3膜の検討2022

    • 著者名/発表者名
      西原達平、Lee Hyunju、大下祥雄、小椋厚志
    • 学会等名
      第83回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of Zr-doped Indium Oxide Film with High Transmittance in a Wade Wavelength Region for Tandem Solar Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Tappei Nishihara, Hyunju Lee, Yoshio Ohshita, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      The 8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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