界面の制御によるMIS型太陽電池の高効率化

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08218241
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小林 光 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90195800)
• 研究分担者: 加藤 博雄 高エネルギー物理学研究所, 放射光実験施設, 助手 (20152738)
• キーワード: 太陽電池 / MIS / シリコン / KCN′ / 界面準位 / トラップ準位 / 第一原理計算 / 酸化膜

研究概要

〈ITO/シリコン酸化膜/n型シリコン〉構造を持つ太陽電池に、KCN処理(0,1M KCNに数秒浸しその後沸騰水で10分洗浄)を施すことにより、光起電力と曲線因子が向上することを見いだした。多結晶シリコンを基板とする太陽電池では、KCN処理によって暗電流密度の温度依存性が増加すると共に、暗電流密度が減少した。これは、シリコンの空乏層中のトラップ密度が減少することによって、暗電流のメカニズムがtrap-assisted multistep tunnelingからthermionic-assisted tunnelingに変化するためであると結論した。さらに、電極のコンダクタンスの測定から、KCN処理によるトラップ密度の大幅な減少も観測された。
単結晶シリコンを基板に用いる太陽電池についても、KCN処理を施すことにより、光励電力が増加した。暗電流密度の温度依存性の測定から、エネルギー障壁高が約0.1eV増加することが分かった。CNの電子親和力は3.9eVと非常に大きいため、シリコン表面またはシリコン酸化膜中にCN^-イオンとして存在していると考えられる。CN^-イオンの存在によってシリコン酸化膜中で電位勾配が生じ、シリコンのバンドエッジが上方にシフトすることによって、シリコン中のエネルギー障壁高が増加し、光起電力が増加したと結論した。また、電極コンダクタンスの測定及び、我々が開発した"バイアス電圧印加時のXPSスペクトルの測定"の結果、界面準位密度がKCN処理により減少することが分かった。クラスターモデルを用いた第一原理計算の結果、シリコンダングリングボンドにCN^-の炭素原子が結合し、その構造が直線的であることが分かった。また、ダングリングボンドにCN^-が吸着することによって、シリコンのバンドギャップ内からエネルギー準位が除去されることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] H.Kobayashi: "Interface states in the Si band-gap obtained from xPS measurements under biases" Surf.Sci.357・358. 455-458 (1996)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Interface state-induced shift of the oxide and semiconductor core levels for metal-oxide-semiconductor devices" J.Appl.Phys.80(3). 1578-1582 (1996)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Interface states at ultrathin oxide /Si(III) interfaces obtained from x-ray photoelection spectroscopy measurements under biases" Appl.Phys.Lett.69(15). 2276-2278 (1996)
• [文献書誌] Y.Yamashita: "Spectroscopic observation of interface stutes of ultrathin silicon oxide" J.Appl.Phys.79(9). 7051-7057 (1996)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Low temperature catalytic formation of si-based metal-oxide-Semiconductor structure" J.Appl.Phys.80(7). 4124-4128 (1996)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "A new method for the growth of silicon oxide layers below 300℃ by use of caatalytic activity of patinum overlayers" Appl.Surf.Sci.
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Interface states for MOS devices with an ultrathin oxide layer" The Physics and Chomistry of SiO_2 and the Si-SiO_2 interface. 3. 497-508 (1996)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Palladium-Promoted oxidation of Si at low temperatures" Appl.Surf.Sci.
• [文献書誌] Y.Yamashita: "Effects of interface roughness on the density of interface states at ultrathin oxide/Si interfaces:XPS measurements under biases" Appl.Surf/Sci.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "New method for observazion of interface states in the semiconductor band-gap:XPS measurements under biases" J.Res.Inst.Tohoku Univ.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] K.Namba: "Effect of chemical oxide layers on platinum-enhanced oxidation of silicon" J.Appl.Phys.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Improvement of 〈indium-tik-oxide/silicon oxide/n-Si〉 junction solar cell characteristics by cyanido treatment" J.Appl.Phys.(印刷中). (1997)