研究課題
本研究では、民生用の太陽電池で30%超の変換効率を実現するため、資源が豊富なBaとSiからなるシリサイド半導体BaSi2をトップセルとしたSiベースタンデム型太陽電池を実現することを目的としている。本年度は、タンデム型太陽電池の要素技術であるBaSi2太陽電池の高効率化に向けて、BaSi2太陽電池のデバイスシミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、実験的に測定したn-kデータを用い、光吸収スペクトルを計算した。層構造は、現状最も高い変換効率が得られている構造を踏襲し、表面からn+-BaSi2/p-BaSi2/ p+-BaSi2とした。3Dテクスチャ構造による反射防止・光閉じ込め効果を検証したところ、表面構造をテスクチャとすることで波長700-1100 nmの反射率が減少し、BaSi2による光吸収が1.2 mA/cm2増加した。また、p-BaSi2における光吸収を阻害する最も大きい要因は、表面の電子選択層（ETL）であるn+-BaSi2内での寄生吸収であることがわかった。光吸収係数の大きいBaSi2をETLに用いる限り、この寄生吸収は避けられない。そこで、ETLに禁制帯幅の大きなn+-AZOを用いたn+-AZO/p-BaSi2ヘテロ接合太陽電池を検討したところ、寄生吸収が著しく減少した。光電流はホモ接合時と比べて10 mA/cm2以上増加し、表面テクスチャ構造を用いると最大で30.23 mA/cm2に達した。さらに、この知見を元に実際にMBE法で上記デバイスを作製し、その太陽電池デバイス動作を初めて実証した。BaSi2太陽電池のデバイス設計を、シミュレーションをベースに行ったのはこれが初めてである。また、動作を実証した太陽電池構造は従来のものよりも作製が容易であり、安価なBaSi2太陽電池の産業応用を推進する大きな意味をもつ。
2: おおむね順調に進展している
本年度(1年目)は当初計画（高品質結晶の成膜）の達成に加え、3年目に行う予定であったBaSi2太陽電池のデバイス設計について、デルフト工科大学の協力を得ることで遂行できたため。
来年度は、本年度には遂行しきれなかった、バンドアライメントを元にした電気的シミュレーションに移行する。動作実証した際の実験データをシミュレーションで説明し、改善する。また、pn接合界面の高効率化を目指す。
すべて 2020 2019 その他
すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件)
Japanese Journal of Applied Physics
巻: 59 ページ: SFFA09～SFFA09
https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab6b7a
Solar Energy Materials and Solar Cells
巻: 205 ページ: 110244～110244
10.1016/j.solmat.2019.110244
巻: 59 ページ: SFFA07～SFFA07
10.35848/1347-4065/ab70a8
Applied Physics Express
巻: 13 ページ: 051001~051001
10.35848/1882-0786/ab8725
巻: 12 ページ: 055506～055506
10.7567/1882-0786/ab14b9
Journal of Applied Physics
巻: 126 ページ: 215301～215301
10.1063/1.5128690
巻: 12 ページ: 061005～061005
10.7567/1882-0786/ab2062
巻: 12 ページ: 111001～111001
10.7567/1882-0786/ab476f
巻: 59 ページ: SFFA01~SFFA01
10.7567/1347-4065/ab5b7a
巻: 59 ページ: SFFA04~SFFA04
10.7567/1347-4065/ab65ae
