金属超微粒子を施した半導体を用いる高効率・低コストの新型太陽電池

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05453191
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中戸 義禮 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029502)
• 研究分担者: 八重 真治 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (00239716) ; 小林 光 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90195800)
• キーワード: シリコン / LB膜 / ポーラスシリコン / 結晶欠陥 / 再結合準位 / 光起電力 / フタロシアニン

研究概要

n型シリコン(n-Si)半導体上に金属超微粒子をまばらに施すことを特長とする、新型の湿式および固体型太陽電池について、高効率化を目指して、昨年度に引き続き、研究を行った。白金超微粒子のLB膜を利用することによりn-Si半導体上の白金超微粒子の密度(粒子間距離)を制御できることはすでに報告したが、今年度は、この方法を用いて、開回路光電圧(V_<oc>)の白金微粒子密度依存性、V_<oc>の温度依存性、白金微粒子を付けたn-Si半導体電極における少数キャリア(ホール)の拡散長の実験的決定とその白金微粒子密度に対する依存性について、定量的研究を行った。これにより、白金微粒子の密度が小さい場合には、常温付近において、少数キャリア(電子)による飽和暗電流密度が少数キャリア(ホール)によるものに比べて無視できるほど小さくなり、理想的な少数キャリア支配の太陽電池が得られて、非常に大きいV_<oc>が発生することを明らかにした。また、金属を超微粒子状(ないしは超微細なアイランド状)に付ける新しい方法として、最近注目されているポーラスシリコンの利用を試み、ポーラスシリコンの上に白金を斜め方向から真空蒸着することによって金属を超微細なアイランド状に付けることができ、このような簡単な方法で0.59Vという高いV_<oc>が得られることを明らかにした。さらに、超微細な白金アイランドを施したn-Si半導体上に酸化インジウムスズ(ITO)膜を蒸着した方式の固体太陽電池について、高効率化を試み、白金アイランドを施したn-Si半導体上に直接ITO膜を蒸着した場合には、n-Si表面に多くの欠陥(再結合準位)が生成して、V_<oc>が小さくなるが、白金アイランドを施したn-Si半導体上に、まず薄い銅フタロシアニン膜を蒸着し、この上にITO膜を蒸着した場合には、上記のような欠陥(再結合準位)の生成が抑えられ、0.58Vという高いV_<oc>が得られることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] R.Hinogami: "Efficient Photoelectrochemical Reduction of Carbon Dioxide on a p-Type Silicon (p-Si) Electrode Modified with Very Small Copper Paricles." Chem.Lett.1725-1728 (1994)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Improvement in Hydrogen Photoevolution Efficiency for Platinum-Deposited Indium Phosphide Electrodes by the Removal of Surface States." Jpn.J.Appl.Phys.33. 6065-6070 (1994)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Surface states in the band-gap for Pt-deposited p-Inp photoelectrochemical cells." Appl.Surf.Sci.81. 399-408 (1994)
• [文献書誌] S.Yae: "Preparation of a Langmuir-Blodgett Layer of Ultrafine Platinum Particles and Its Application to n-Si for Efficient Photoelectrochemical Solar Cells." J.Electrochem.Soc.141. 3077-3081 (1994)
• [文献書誌] S.Yae: "Efficient Photoelectrochemical Solar Cells Equipped with an n-Si Electrode Modified with Colloidal Platinum Particles." J.Electrochem.Soc.141. 3090-3095 (1994)
• [文献書誌] Y.Nakato: "Improvement of Characteristics of New-Type Solar Cells,Having a “Transparent Conductor/Thin Sio_2 Layer with Ultrafine Metal Particles as Conductive Chennels/n-Si" Junction." Sol.Energy Mater.Sol.Cells. (in press). (1995)
• [文献書誌] T.Ishida: "Structures and Properties of Electron-beam-evaporated Indium Tin Oxide Films as Studied by x-ray Photoelectron Spectroscopy and Work-function Measurements." J.Appl.Phys.73. 4344-4350 (1993)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Increases in Photovoltage of “Indium Tin Oxide/Silicon Oxide/Mat-textured n-Silicon"Junction Solar cells by Silicon Preoxidation and Annealing Processes." J.Appl.Phys.74. 4756-4761 (1993)
• [文献書誌] T.Ishida: "Dependence of Photovoltages of Spray-deposited Indium Tin Oxide/Silicon Oxide/Silicon Junction Solar cells on Spray Solvents." J.Electrochem.Soc.141. 1357-1361 (1994)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Improvement of n-Si Photoelectrochemical Cells by the Use of Aceton + Methanol Mixtures as Electrolyte Solvents." J.Electroanal Chem.371. 53-58 (1994)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Zin Oxide/n-Si Junction Solar cells Produced Spray-pyrolysis Method." J.Appl.Phys.(in press). (1995)