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2011 年度 実績報告書

シリコン量子ワイヤを用いた次世代太陽電池材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22860022
研究機関東京工業大学

研究代表者

黒川 康良  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (00588527)

キーワード太陽電池 / 量子効果 / バンドギャップ制御 / シリコンナノワイヤ / 光閉じ込め / エッチング / 第三世代 / ナノ構造
研究概要

本年度は、ナノシリカ粒子をマスクとし、エッチングを行うMetal Assisted Etching with Silica nanoparticles(MACES)法より、シリコンナノワイヤ(SiNW)アレイの粒径制御を行った。その結果、従来の方法では、直径30~150nmのばらつきが存在したが、MACES法ではナノシリカ粒子の粒径(30nm)と同等の直径を有するSiNWアレイの作製に成功した。また、溶液のpHを変化させることで、負に帯電したナノシリカ粒子の濃度を制御し、正に帯電したシリコンウエハ上にクーロン力を用いて吸着させるという方法により、SiNW密度の制御にも成功した。
量子サイズ効果を発現させるにはさらなる直径の低減が必要であったため、酸化及びフッ酸蒸気エッチングを行った。その結果、この方法でSiNW粒径を低減することができることを確認した。また、SiNWアレイの品質を向上させるため、シリコンの表面パッシベーション膜として有効なAl_2O_3を原子層堆積法により、SiNW全体を覆うように製膜することに成功し、そのパッシベーション効果により、表面再結合速度の低減を確認した。また、SOI基板を利用して発電層がSiNWである初期的な太陽電池構造を作製し、開放電圧110mVを得ることができた。最後に、量子効果を考慮したデバイスシミュレーションを行い、SiNW直径とともにそのバンドギャップだけでなく、開放電圧も増加させることができることを確認した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) 図書 (1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Metal-Assisted Chemical Etching Using Silica Nanoparticle for the Fabrication of a Silicon Nanowire Array2012

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kato, Yuya Watanabe, Yasuyoshi Kurokawa, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 雑誌名

      JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      巻: 51 ページ: 02BP09

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.02BP09

    • 査読あり
  • [学会発表] Silicon nanowire solar cells prepared by metal assisted chemical etching with silica nanoparticles2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuyoshi Kurokawa, Shinya Kato, Yuya Watanabe, Akira Yamada, Makoto Konagai
    • 学会等名
      8th Workshop on the Future Direction of Photovo ltaics
    • 発表場所
      Tokyo(invited)
    • 年月日
      20120308-20120309
  • [学会発表] Preparation of a Diameter-controlled Silicon Nanowire Array by Metal Assisted Chemical Etching using SUica Nanoparticles (MACES)2011

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kato, Yuya Watanabe, Yasuyoshi Kurokawa, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 学会等名
      4th International Forum on Multidisciplinary Education and Research for Energy Science
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      20111217-20111221
  • [学会発表] PREPAEATION OF AL_2O_3-EMBBEDEDSILICON NANOWIRE ARRAYS USINGATOMIC LAYER DEPOSITION2011

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kato, Yuya Watanabe, Yasuyoshi Kurokawa, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 学会等名
      The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-21)
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20111127-20111202
  • [学会発表] Preparation of a Diameter-controlled Silicon Nanowire Array by Metal Assisted Chemical Etching using Silica Nanoparticles (MACES)2011

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kato, Yuya Watanabe, Yasuyoshi Kurokawa, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 学会等名
      Solid State Devices and Materials 2011
    • 発表場所
      Nagoya
    • 年月日
      20110928-20110930
  • [学会発表] 太陽電池応用へ向けたシリコンナノワイヤの作製2011

    • 著者名/発表者名
      渡邊裕也,加藤慎也,黒川康良,山田明,太田最実,丹羽勇介,廣田正樹
    • 学会等名
      第72回秋季応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      20110829-0902
  • [学会発表] Investigation on the Open-circuit Voltage of Silicon Nanowire Solar Cell Structure for the Application to All Silicon Tandem Solar Cells2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuyoshi Kurokawa, Shinya Kato, Yuya Watanabe, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 学会等名
      7th International Conference on Si Epitaxy and Heterostructures (ICSI-7)
    • 発表場所
      Leuven, Belgium
    • 年月日
      20110828-20110901
  • [学会発表] Preparation of Silicon Nanowire Arrays for the Application to the Next Generation Photovoltaics Materials2011

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kato, Yuya Watanabe, Yasuyoshi Kurokawa, Akira Yamada, Yoshimi Ohta, Yusuke Niwa, Masaki Hirota
    • 学会等名
      7th International Conference on Si Epitaxy and Heterostructures (ICSI-7)
    • 発表場所
      Leuven, Belgium
    • 年月日
      20110828-20110901
  • [学会発表] 量子効果を考慮したシリコンナノワイヤ太陽電池の電気伝導特性の解析2011

    • 著者名/発表者名
      黒川康良,加藤慎也,渡邊裕也,山田明
    • 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
      Gifu
    • 年月日
      20110630-0701
  • [学会発表] Metal assisted chemical etchingによるシリコンナノワイヤアレイの作製2011

    • 著者名/発表者名
      加藤慎也,渡邊裕也,黒川康良,山田明
    • 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
      Gifu
    • 年月日
      20110630-0701
  • [図書] 超高効率太陽電池・関連材料の最前線第4章第2項2011

    • 著者名/発表者名
      黒川康良、山田繁、小長井誠
    • 総ページ数
      137-147
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [備考]

    • URL

      http://solid.pe.titech.ac.jp/

  • [産業財産権] 太陽電池およびその製造方法2011

    • 発明者名
      太田最実、丹羽勇介、福本貴文、山田明、黒川康良、加藤慎也
    • 権利者名
      太田最実、丹羽勇介、福本貴文、山田明、黒川康良、加藤慎也
    • 産業財産権番号
      特願2011-128544
    • 出願年月日
      2011-06-08

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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