2018 年度研究成果報告書

シリサイド半導体への酸素添加によるSiタンデム太陽電池用トップセルの開拓

研究課題

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研究課題/領域番号	17K18865
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
研究分野	電気電子工学およびその関連分野
研究機関	筑波大学
研究代表者	末益崇筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
研究期間 (年度)	2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード	タンデム型太陽電池 / トップセル / 禁制帯幅 / スパッタ法 / 吸収端
研究成果の概要	スパッタ法により炭素(C)または酸素(O)ドープBaSi2膜を形成し、光学吸収端および分光感度特性を調べた。その結果、C濃度が1cc当たり10の21乗台のCドープBaSi2膜の形成に成功した。また、分光感度特性はアンドープBaSi2膜に比べて、著しく向上した。この結果は、BaSi2膜中のSi空孔をC原子が置換したためと考えている。さらに、Cドープによる禁制帯幅拡大を示唆する結果が得られた。一方、Oをドープした試料では、禁制帯幅の拡大が見込まれる酸素濃度が1cc当たり10の21乗台で、BaSi2の結晶が崩れることが判明した。このため、O濃度の高濃度ドープは難しいといえる。
自由記述の分野	電子工学、結晶成長工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	低炭素社会を実現するには、市場の9割を占める結晶Si太陽電池のエネルギー変換効率の大幅な向上が欠かせない。このためには、結晶Siと組み合わせて、2接合タンデム型太陽電池を形成する必要がある。その場合、最適な半導体の禁制帯幅は 1.6～1.7eVであるが、Si基板上に高品質で製膜が可能な、そのような半導体が限られることがボトルネックになっていた。本研究では、炭素ドープBaSi2において、禁制帯幅拡大を示唆する結果が得られたこと、さらに、炭素濃度が1cc当たり10の21乗台においても、分光感度が極端に大きいことを実証した。このため、BaSi2は、トップセル材料として有力な候補であるといえる。