高効率太陽電池作製のためのGe添加によるn型Si欠陥制御

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26390052
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: ムカンナン アリバナンドハン 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (50451620)
• 研究分担者: 早川 泰弘 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00115453) ; 稲富 裕光 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 教授 (50249934)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: シリコン / シリコンゲンルニウム / 太陽電池 / 寿命 / ドーピング / X線透過法

研究実績の概要

シリコン太陽電池の変換効率は約20 %であり、変換効率のさらなる向上が求められている。太陽電池の変換効率を高くするためには、結晶欠陥発生を抑制することが必要である。本研究は、太陽電池の変換効率を向上させるために、偏析係数の大きなゲルマニム(Ge)に注目し、(1) Ge添加がSi結晶中のボイド欠陥形成および光照射による結晶品質劣化に及ぼす効果と(2) P及びSb添加多結晶Siにおける欠陥とキャリア寿命に対するGe添加効果および(3)SiGeバルク結晶成長を実施した。n型添加濃度を一定にし、Ge濃度を変えたSi結晶を一方向性凝固法で成長させた。また、比較のために同じ冷却速度成長条件でGe無添加結晶を成長させた。その結果、Ge低濃度添加の場合、Si結晶の劣化が抑制される現象を見出した。これは、Ge-空孔の複合体が不均一核形成センターとして働くことで、酸素析出物を形成し、その結果として格子間酸素濃度が減少することが要因であった。さらに、温度差徐冷法によるGa添加均一組成SiGeバルク結成長技術を開発するために、X線透過法を用いてGe融液中へSi結晶の溶解過程とSiGe結晶成長過程をその場観察し、温度勾配の効果を明らかにした。結晶溶解と成長過程に対して溶液対流が大きな影響を及ぼすことが示された。この知見を利用し、GaおよびSb添加均一組成SiGeバルク結晶を成長させた。

研究成果

• [雑誌論文] High Power Factor of Ga-doped Compositionally Homogeneous Si0.68Ge0.32 Bulk Crystal Grown by the Vertical Temperature Gradient Freezing Method (2015)
  • 著者名/発表者名: M.OMPRAKASH, M.ARIVANANDHAN, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, D.K. ASWAL, S.BHATTACHARYA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI, S.MOORTHY BABU and Y.HAYAKAWA
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: in print ページ: in print
  • DOI: DOI: 10.1021/cg501776h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Viscosity of Molten InSb, GaSb and InxGa1-xSb Alloy Semiconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: K.SAKATA, M.MUKAI, Y.INATOMI, T.ISHIKAWA, G.RAJESH, M.ARIVANANDHAN and Y.HAYAKAWA
  • 雑誌名: Int. J. Thermophysic 巻: 35 ページ: 352-360
  • DOI: 10.1007/s10765-014-1582-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tailoring the Bismuth Telluride Nanostructures by A Scalable Sintering Process and Its Thermoelectric Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: P.ANANDAN, M.OMPLRAKASH, M.ARIVANANDHAN, D.RAJAN BABU, T.KOYAMA and Y.HAYAKAWA
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 16 ページ: .7956-7962
  • DOI: 10.1039/c4ce00837e
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Hippuric Acid on Crystal Growth, Structural and Optical Properties of ZTS Single Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: A.KUMARESH, R.ARUN KUMAR, M.ARIVANANDHAN and Y.HAYAKAWA
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 巻: 401 ページ: 874-877
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.01.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Growth of Ternary Alloy Semiconductor and Preliminary Study for Microgravity Experiment at the International Space Stations (2014)
  • 著者名/発表者名: K.SAKATA, M.MUKAI, M.ARIVANANDHAN, G.RAJESH, T.ISHIKAWA Y.INATOMI and Y.HAYAKAWA
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 巻: 12 ページ: Ph31 - Ph35
  • DOI: 10.2322/tastj.12.Ph_31
  • 査読あり
• [学会発表] Growth of Homogeneous P-type and N-type Si1-xGex for Thermoelectric Application (2015)
  • 著者名/発表者名: Y.HAYAKAWA, M.ARIVANANDHAN, M.OMPRAKASH, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, Y.OKANO, T.OZAWA. Y.INATOMI, D.K.ASWAL, S.BHATTACHARYA and S.MOORTHY BABU
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICONN 2015
  • 発表場所: SRM University, Kattankulathur, Kancheepuram,India
  • 年月日: 2015-02-04 – 2015-02-06
  • 招待講演
• [学会発表] Growth of Compositionally Homogeneous P-type SiGe Bulk and Thermoelectric Properties” (2015)
  • 著者名/発表者名: M.OMPRAKASH, M.ARIVANANDHAN, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, D.K.ASWAL, S.BHATTACHARYA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI, S. MOORTHY BABU and Y.HAYAKAWA
  • 学会等名: 2015 International Symposium toward the Future of Advanced Researches
  • 発表場所: Shizuoka University. Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-01-27 – 2015-01-28
• [学会発表] Phonon-drag Contribution to Seebeck Coefficent in p-type Si, Ge and Si-Ge (2015)
  • 著者名/発表者名: V.MANIMUTHU, M.OMPRAKASH, Y.SUZUKI, F.SALLEH, M.ARIVANANDHAN, Y.KAMAKURA, Y.HAYAKAWA and H.IKEDA
  • 学会等名: 2015 International Symposium toward the Future of Advanced Researches
  • 発表場所: Shizuoka University. Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-01-27 – 2015-01-28
• [学会発表] Thermoelectric Chracteristics of Ge and SiGe Nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: V.MANIMUTHU, M.OMPRAKASH, F.SALLEH, M.ARIVANANDHAN, Y.HAYAKAWA and H.IKEDA
  • 学会等名: SRM University - Shizuoka University Joint Symposium
  • 発表場所: Shizuoka University, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-07
• [学会発表] The impact of Ge Codoping on Grown-in Microdefects and Photovoltaic Characteristics of B-doped Czockralski Grown Si Crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: M.ARIVANANDHAN, R.GOTOH, K.FUJIWARA, S.UDA, Y.HAYAKAWA and K.KONAGAI
  • 学会等名: The Forum on the Science and Technology of Silicon Materials 201
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-22
• [学会発表] Thermoelectric Characteristics of Si- and Ge-on-Insulator Layers for Predicting Those of SiGe Nanostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: V.MANIMUTHU, S.YOSHIDA, Y.SUZUKI, F.SALLEH, M.ARIVANANDHAN, Y.KAMAKURA, Y.HAYAKAWA and H.IKEDA
  • 学会等名: The Forum on the Science and Technology of Silicon Materials 2014
  • 発表場所: Hamamatsu,Japan
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-21
• [学会発表] Thermoelectric Properties of Compositionally Homogeneous Ga-doped SiGe Bulk Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.HAYAKAWA, M.OMPRAKASH, M.ARIVANANDHAN, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI and S. MOORTHY BABU
  • 学会等名: 12th European Conference on Thermoelectricity (ECT2014)
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] Growth of Compositionally Homogeneous P-type Si1-xGex Bulk Crystal for Thermoelectric Application (2014)
  • 著者名/発表者名: M.OMPRAKASH, M.ARIVANANDHAN, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI, S.MOORTHY BABU, D.K. ASWAL, S. BHATTACHARYA and Y.HAYAKAWA
  • 学会等名: 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス,北海道札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-29
• [学会発表] In-situ Observation of Dissolution and Growth Processes of Si1-xGex in Different Temperature Gradient (2014)
  • 著者名/発表者名: M.OMPRAKASH, M.ARIVANANDHAN, H.MORII, T.AOKI, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI, S.MOORTHY BABU and Y.HAYAKAWA
  • 学会等名: 13th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia 2014)
  • 発表場所: Riga Technical University, Riga, Latvia
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Growth of InGaSb Alloy Semiconductor Crystal under 1G Condition as A Preliminary Study for Microgravity Experiment at International Space Station (2014)
  • 著者名/発表者名: V.NIRMAL KUMAR, M.ARIVANANDHAN, G.RAJESH, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, Y.INATOMI, K.SAKATA, T.ISHIKAWA, M.TAKAYANAGI, S.KAMIGAICHI, T.OZAWA, Y.OKANO and Y.HAYAKAWA
  • 学会等名: 13th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia 2014)
  • 発表場所: Riga Technical University, Riga, Latvia
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Ga Doped Si1-xGex Bulk Crystal with Homogenous Compositon and Its Thermoelectric Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: M.OMPRAKASH, V. NIRMAL KUMAR, M.ARIVANANDHAN, T.KOYAMA, Y.MOMOSE, H.IKEDA, H.TATSUOKA, Y.OKANO, T.OZAWA, Y.INATOMI, S.MOORTHY BABU and Y.HAYAKAWA
  • 学会等名: International Conference and Summar School on Advanced Silicide Technology 2014
  • 発表場所: Tokyo University of Science, Katsushika Campus, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-21
• [学会発表] Seebeck Coefficient of Germanium-on-Insulator for High-Sensitive Infrared Photodetector (2014)
  • 著者名/発表者名: V.MANIMUTHU, S.YOSHIDA, Y.SUZUKI, F.SALLEH, M.ARIVANANDHAN, Y.HAYAKAWA and H.IKEDA
  • 学会等名: 2014 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
  • 発表場所: Kanazawa Bunka Hall, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-03
• [備考]
  • URL: http://maruhan.rie.shizuoka.ac.jp/