高効率・低コストの太陽電池用の多結晶シリコン薄膜の新しい製造法の開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480102
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中戸 義禮 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (70029502)
• 研究分担者: 八重 真治 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (00239716)
• キーワード: 電析 / 溶融塩 / 多結晶シリコン / 薄膜材料 / 四塩化ケイ素 / 終端結合 / フラットバンド電位

研究概要

本研究は、新しい電気化学的な方法で低コストかつ高品質の多結晶シリコン薄膜を製造し、これを用いて新型の高効率・低コストな太陽電池を作製することを目的に行った。新しい電気化学的な方法とは、シリコンの原料として安価な四塩化ケイ素を用い、溶融塩を電解質として、電解還元により陰極基板上に薄膜を析出させるというものである。これまで塩化リチウム・塩化カリウムなどの無機系の溶融塩を検討してきたが、これには四塩化ケイ素が不溶という問題があった。このため、本研究では、有機系の三塩化アルミニウム・塩化ノルマルブチルピリジニウム(BPC)混合溶融塩を用いた。BPCは合成により得た。この混合溶融塩は四塩化ケイ素を高濃度に溶解することを確かめた。また、この混合溶融塩は常温で液体である。陰極材料としては、単結晶n型シリコン、グラッシーカーボン、白金などの板を用いた。0.1M四塩化ケイ素を添加した場合、0.4Vvs.Al/Al^<3+>付近からカソード電流が流れはじめ、四塩化ケイ素の還元が確認された。ただし、不純物として水(ないしはこれが四塩化ケイ素と反応して生成する塩酸)が溶融塩に混入していたため、1.0V辺りに水素の発生と酸化による電流ピークが生じた。良質のシリコンを得るためには、今後、この微量の水(塩酸)を徹底的に取り除く必要がある。シリコン表面上へのシリコンの電気化学的析出機構を調べるため、原子レベルで平坦化されたシリコン単結晶表面上における終端結合とその性質について調べた。この結果、シリコン板をハロゲン化水素酸中に浸すとハロゲン終端結合が生成し、これによってシリコン電極のフラットバンド電位がシフトすることが見出された。今後、溶融塩中のシリコン表面の終端結合について詳しく調べ、電析過程との関係を調べていく予定である。

研究成果

• [文献書誌] K.Kawakami: "Improvement in Photovoltage and Stability of Porous n-Si Electrodes Coated with Platinum by Regulation of the Thickness of Nanoporous Layers" J.Phys.Chem.B. 101・23. 4508-4513 (1997)
• [文献書誌] R.Hinogami: "Modification of Semiconductor Surface with Ultrafine Metal Particles for Efficient Photoelectrochemical Reduction of Carbon Dioxide" Appl.Surf.Sci.121/122. 301-304 (1997)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Improvement of 〈indium-tin-oxide/silicon oxide/n-Si〉 junction solar cell characteristics by cyanide treatment" J.Appl.Phys.81. 7630-7634 (1997)
• [文献書誌] M.Fujitani: "Modulation of Flat-band Potential and Increase in Photovoltage for n-Si Electrodes by Formation of Halogen Atom Terminated Surface Bonds" Chem.Lett.1041-1042 (1997)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Improvement of Electrical Characteristics of 〈Indium Tin Oxide/Silicon Oxide/Polycrystalline n-Si〉 Solar Cells by a KCN Treatment" J.Electrochem.Soc.144・8. 2893-2897 (1997)
• [文献書誌] R.Hinogami: "An Approach to Ideal Semiconductor Electrodes for Efficient Photoelectrochemical Reduction of Carbon Dioxide by Modification with Small Metal Particles" J.Phys.Chem.B. 102・6. 974-980 (1998)