Ｓｉ量子ナノワイヤーを用いた革新的太陽電池の研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24656203
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山田 明 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40220363)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 太陽電池 / シリコン / ナノワイヤー / 量子効果

研究概要

シリカナノ粒子をマスクとした金属誘起エッチング法を用いて、直径30nmのSiナノワイヤー（Si NW）の作製に成功した。走査型顕微鏡像からは、シリカナノ粒子の直径とほぼ等しいSi NWが形成されていること、透過型電子顕微鏡像からは、形成後のSi NWがダイヤモンド構造を保っていることを確認した。次にSi NWのパッシベーション手法として原子層成長（ALD）法を提案、ALD-Al2O3をパッシベーション膜として用いることでキャリア寿命100μsec（アニール後）を実現した。最後に長さ7μmのSi NWを用いて太陽電池を作製、変換効率1.2%を達成し、当初の研究目的を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of carrier diffusion length in silicon nanowire arrays using atomic layer deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, Y. Kurokawa, S. Miyajima, Y. Watanabe, A. Yamada, Y. Ohta, Y. Niwa, M. Hirota
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 ページ: 361-368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical assessment of silicon nanowire arrays fabricated by metal-assisted chemical etching (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, Y. Kurokawa, Y. Watanabe, Y. Yamada, A. Yamada, Y. Ohta, Y. Niwa, Hirota
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 ページ: 216-221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Approach to the Investigation of Performance of Silicon Nanowire Solar Cells Embedded in a SiO2 Matrix (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa, S. Kato, Y. Watanabe, A. Yamada, M. Konagai, Y. Ohta, Y. Niwa, and M. Hirota
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 11PE12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal-Assisted Chemical Etching using Silica Nanoparticle for the Fabrication of a Silicon Nanowire Array (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, Y. Watanabe, Y. Kurokawa, A. Yamada, Y. Ohta, Y. Niwa, M. Hirota
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 02BP09
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Quantum Size Effect on the Performance of Solar Cells with a Silicon Nanowire Array Embedded in SiO2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y . Kurokawa, S. Kato, Y. Watanabe, A. Yamada, M. Konagai, Y. Ohta, Y. Niwa, Hirota
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 巻: 1439 ページ: aa10-05
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of effective silicon nanowire arrays (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kurokawa, S. Kato, A. Yamada
  • 学会等名: 23^<rd> International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2013-10-29
• [学会発表] シリコンナノワイヤ太陽電池応用に向けた表面パッシベーション材料の探索 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田康晴, 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,日本
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] Influence of surface recombination on the performance of SiNW solar cells and the preparation of a passivation film (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, Y. Watanabe, Y. Kurokawa, A. Yamada, Y. Ohta, Y. Niwa, M. Hirota
  • 学会等名: Materials Research Society Symposium Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20121125-30
• [学会発表] Optical properties of silicon nanowire arrays themselves prepared with metal assisted chemical etching (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, S. Kato, Y. Kurokawa, A. Yamada, O. Yoshimi, Y. Niwa
  • 学会等名: 22nd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 20121105-09
• [学会発表] シリコンナノワイヤアレイへのパッシベーション膜の作製と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤慎也, 渡邊裕也, 黒川康良, 山田明,太田最実, 丹羽勇介, 廣田正樹
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ
  • 発表場所: 仙台, 日本
  • 年月日: 20120730-31
• [学会発表] Atomic Layer Deposition (ALD)を用いたシリコンナノワイヤアレイのパッシベーション膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤慎也, 渡邊裕也, 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, 日本
  • 年月日: 20120531-0601
• [学会発表] 酸化シリコンに埋め込まれたシリコンナノワイヤアレイ太陽電池の量子サイズ効果による特性変化解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 黒川康良, 加藤慎也, 渡邊裕也, 山田明, 太田最実, 丹羽勇介, 廣田正樹
  • 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, 日本
  • 年月日: 20120531-0601
• [学会発表] Effect of the Quantum Size Effect on the Performance of Solar Cells with a Silicon Nanowire Array Embedded in SiO2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa, S. Kato, Y. Watanabe, A. Yamada, M. Konagai, Y. Ohta, Y. Niwa, M. Hirota
  • 学会等名: Materials Research Society Symposium Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20120409-13
• [備考]
  • URL: http://solid.pe.titech.ac.jp