ナノ表面・界面制御による超薄型シリコン太陽電池の高効率化に関する研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246001
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小長井 誠 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40111653)
• 研究分担者: 宮島 晋介 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (90422526)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 太陽電池 / 太陽光発電 / ヘテロ接合 / シリコン太陽電池

研究概要

ヘテロ接合構造を有するシリコン太陽電池は、今後の変換効率向上の決め手とされている。一般的にヘテロ接合には、水素化アモルファスSiが用いられ、優れたパッシベーション効果によって高い開放電圧が得られるが、製膜条件によっては、界面にエピタキシャル層が形成され、パッシベーション効果が著しく劣化するという問題があった。そこで、本研究では、ワイドギャップでエピタキシャル成長が起こりにくいアモルファスSiOあるいはナノ結晶3C-SiCを用いて、パッシベーション効果を高める研究を行った。その結果、開放電圧708 mVで変換効率20.1 %という期待通りの値が得られ、当初の研究目標を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Amorphous silicon oxide passivation films for silicon heterojunction solar cells studied by hydrogen evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Nakada, Shinsuke Miyajima, and Makoto Konagai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 04ER13, 5
• [雑誌論文] Preparation of Al-doped hydrogenated nanocrystalline cubic silicon carbide by VHF-PECVD for heterojunction emitter of n-type crystalline silicon solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hamashita, Shinsuke Miyajima, and Makoto Konagai
  • 雑誌名: SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 巻: vol.107 ページ: 46-50
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2012.07.029
• [雑誌論文] "Development of the Transparent Conductive Oxide Layer for Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide/Silicon Heterojunction Solar Cells with Aluminum Oxide Passivation Layers (2012)
  • 著者名/発表者名: Junpei Irikawa, Shinsuke Miyajima, Tatsuro Watahiki and Makoto Konagai
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: vol.51, No.2 ページ: 02BP04, 4
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.02BP04
• [雑誌論文] Preparation of p-type Hydrogenated Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide / n-type Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells by VHF-PECVD (2012)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hamashita, Yasuyoshi Kurokawa, and Makoto Konagai
  • 雑誌名: Energy Procedia 巻: vol.10 ページ: 14-19
• [雑誌論文] Improvement of Rear Surface Passivation Quality in p-Type Silicon Heterojunction Solar Cells Using Boron-Doped Microcrystalline Silicon Oxide (2011)
  • 著者名/発表者名: Suttirat Rattanapan, Tatsuro Watahiki, Shinsuke Miyajima, Makoto Konagai
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 50 ページ: 082301-1-082301-4
• [雑誌論文] High Efficiency Hydrogenated Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide/Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells Using an Optimized Buffer Layer (2011)
  • 著者名/発表者名: Junpei Irikawa, Shinsuke Miyajima, Tatsuro Watahiki, Makoto Konagai
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 4 ページ: 092301-1-092301-3
• [雑誌論文] "Effects of Annealing and Atomic Hydrogen Treatment on Aluminum Oxide Passivation Layers for Crystalline Silicon Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Junpei Irikawa, Shinsuke Miyajima, Shuhei Kida, Tatsuro Watahiki, and Makoto Konagai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 012301-1-012301-5
• [雑誌論文] Modeling and simulation of heterojunction crystalline silicon solar cells with a nanocrystalline cubic silicon carbide emitter (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Miyajima, Junpei Irikawa, Akira Yamada, and Makoto Konagai
  • 雑誌名: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 109 ページ: 054507, 6
• [雑誌論文] High-quality nanocrystalline cubic silicon carbide emitter for crystalline silicon heterojunction solar cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Miyajima, Junpei Irikawa, Akira Yamada and Makoto Konagai
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: 97 ページ: 023504, 3
• [雑誌論文] High Quality Aluminum Oxide Passivation Layer for Crystalline Silicon Solar Cells Deposited by Parallel-Plate Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Miyajima, Junpei Irikawa, Akira Yamada and Makoto Konagai
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 3 ページ: 012301, 3
• [学会発表] 結晶Si 太陽電池用n 型nc-3C-SiC:H ヘテロエミッタの高品質化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水一希,EricAteto,宮島晋介,小長井誠
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] Evaluation of a-SiO:H passivation films for application to SHJ solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Nakada, Shinsuke Miyajima and Makoto Konagai
  • 学会等名: PVSEC-23
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 20131028-1101
• [学会発表] Amorphous Silicon Oxide Passivation Films for Silicon Heterojunction Solar Cells Studied by Hydrogen Evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Nakada, Shinsuke Miyajima and Makoto Konagai
  • 学会等名: SSDM2013
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka
  • 年月日: 20130924-27
• [学会発表] Si ヘテロ接合太陽電池用a-SiO:H 薄膜のパッシベーション効果評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中田和吉、宮島晋介、小長井誠
  • 学会等名: 第10回 「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • 発表場所: 金沢市
  • 年月日: 20130523-24
• [学会発表] Effect of chemical polish etching on performance of nanocrystalline cubic silicon carbide / crystalline silicon heterojunction solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Ateto E. Omondi, Junpei Irikawa, Shinsuke Miyajima, Makoto Konagai
  • 学会等名: The 22th Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 20121105-09
• [学会発表] Application of intrinsic amorphous silicon oxide films as passivation layers for textured heterojunction solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Nakada and Makoto Konagai
  • 学会等名: 27^<th> European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
  • 発表場所: Frankfurt
  • 年月日: 20120924-28
• [学会発表] ヘテロ接合Si 太陽電池用i-a-SiO:H パッシベーション膜の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口裕美子,綿引達郎,小長井誠
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス
  • 年月日: 20120911-14
• [学会発表] Conductive-AFM法を用いたp型ナノ結晶3C-SiC:H薄膜の結晶性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 浜下大輔、黒川康良、小長井誠
  • 学会等名: 第9回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 20120531-0601
• [学会発表] a-SiO:H薄膜によるヘテロ接合太陽電池のパッシベーション効果向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中田和吉, 小長井誠
  • 学会等名: 第9回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 20120531-0601
• [学会発表] Al_2O_3 を用いた結晶Si 系パッシベーション技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 入川淳平、小長井誠
  • 学会等名: 平成24年 応用物理学会応用電子物性分科学会研究例会「結晶シリコン太陽電池最前線」
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20120100
• [学会発表] シリコン太陽電池における革新技術開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小長井誠
  • 学会等名: 日本学術振興会 半導体界面制御技術第154委員会第6回講習会
  • 発表場所: 東京大学先端知ビル武田ホール
  • 年月日: 2012-10-24
• [学会発表] HIGH EFFICIENCY HYDROGENATED NANOCRYSTALLINE CUBIC SILICON CARBIDE / CRYSTALLINE SILICON HETEROJUNCTION SOLAR CELLS USING AN OPTIMIZED BUFFER LAYER (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Irikawa, S. Miyajima, T. Watahiki and M. Konagai
  • 学会等名: 21^<st> International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 20111128-1202
• [学会発表] "EFFECT OF DEPOSITION TEMPERATURE OF MICROCRYSTALLINE SILICON OXIDE EMITTERS FOR HETEROJUNCTION SOLAR CELLS (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nakada, T. Watahiki and M. Konagai
  • 学会等名: 21^<st> International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 20111128-1202
• [学会発表] Development of the TCO Layer for Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide / Silicon Heterojunction Solar Cells with Aluminum Oxide passivation layers (2011)
  • 著者名/発表者名: Junpei Irikawa, Shinsuke Miyajima, Tatsuro Watahiki and Makoto Konagai
  • 学会等名: 2011 International conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] CHARACTERIZATION OF INTRINSIC HYDROGENATED AMORPHOUS Si1-XOX LAYERS FOR HIGH EFFICIENCY HETEROJUNCTION SI SOLAR CELLS (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumiko Yamaguchi, Tatsuro Watahiki and Makoto Konagai
  • 学会等名: 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 20110905-08
• [学会発表] n 型へテロ接合Si 太陽電池用i-a-Si_xO_<1-x>:H 界面パッシベーション膜の高品質化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山口裕美子,綿引達郎,小長井誠
  • 学会等名: 第8回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • 発表場所: じゅうろくプラザ、岐阜
  • 年月日: 20110630-0701
• [学会発表] p 型□c-SiO:H 窓層を用いたn 型シリコンヘテロ接合型太陽電池の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中田和吉、綿引達郎、小長井誠
  • 学会等名: 第8回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • 発表場所: じゅうろくプラザ、岐阜
  • 年月日: 20110630-0701
• [学会発表] p 型ナノ結晶3C-SiC:H 窓層を用いたヘテロ接合型結晶シリコン太陽電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 浜下大輔、黒川康良、小長井誠
  • 学会等名: 第8回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • 発表場所: じゅうろくプラザ、岐阜
  • 年月日: 20110630-0701
• [学会発表] Effects of the Deposition Conditions of p-type Hydrogenated Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide on n-type Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cell Performance (2011)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hamashita, Yasuyoshi Kurokawa, Makoto Konagai
  • 学会等名: 37^<th> IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • 発表場所: Seattle, Washington, USA
  • 年月日: 20110619-24
• [学会発表] Preparation of p-type Hydrogenated Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide / n-type Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells by VHF-PECVD (2011)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hamashita, Yasuyoshi Kurokawa, Makoto Konagai
  • 学会等名: E-MRS 2011 SPRING MEETING
  • 発表場所: NICE, FRANCE
  • 年月日: 20110509-13
• [学会発表] Aluminum Doped Hydrogenated Nanocrystalline Cubic Silicon Carbide Films Deposited by VHF-PECVD for p-type Window Layer of Silicon Based Thin-Film Solar Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hamashita, Shinsuke Miyajima, Akira Yamada, Makoto Konagai
  • 学会等名: 35th IEEE PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE
  • 発表場所: Hawaiian Convention Center, Honolulu
  • 年月日: 20100620-25
• [図書] 太陽電池の動作シミュレーション, 小長井誠・植田譲共編「太陽電池技術ハンドブック」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮島晋介
  • 総ページ数: 376
  • 出版者: Ohmsha
• [備考]
  • URL: http://solid.pe.titech.ac.jp/
• [備考] イノベイティブPV 奨励賞 中田和吉、宮島晋介、小長井誠 Si ヘテロ接合太陽電池用a-SiO:H 薄膜のパッシベーション効果評価第10回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム、金沢市