a-Si:H/c-Siヘテロ接合界面近傍のボイド構造解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K04663
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: 松木 伸行 神奈川大学, 工学部, 准教授 (30373450)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 永康 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (00391889) ; 上殿 明良 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374) ; ORourke Brian 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60586551)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 水素化アモルファスシリコン / 結晶シリコン / ヘテロ接合太陽電池 / 界面微視的構造 / 分光偏光解析 / 新評価手法確立

Outline of Annual Research Achievements

水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）と結晶Si（c-Si）とにより構成されるa-Si:H/c-Siヘテロ接合太陽電池の変換効率は、現在Si系太陽電池の中で最も高い26.3%（株式会社カネカ、産業技術総合研究所）に到達した。同太陽電池が高効率を達成できる一番大きな理由は、a-Si:H/c-Si界面における次の2点の電気的特性に拠っている：(1)c-Si表面において電気的欠陥となる未結合手をa-Si:Hが安定的に終端することによって再結合損失を抑制している (2)a-Si:Hとc-Siのバンドギャップの大きな違い（それぞれ1.7 eVと1.1 eV）によって電気的障壁が形成されることにより、好ましくない電流の逆流を著しく低減している（逆飽和電流の抑制）。現象論的には上記の理由で高効率が達成できることがわかっているものの、実際原子レベルの微視的な視点では、a-Si:H/c-Si界面の構造とその電気的特性との相関が未解明であった。特に、a-Si:H側には、界面付近に「ボイド」と呼ばれるいわゆる「鬆（す）が入ったような状態」である空隙構造が形成されることが知られており、これが電気特性にどのような影響があるのか、ということがまだよくわかっていない。これまでに、陽電子消滅法により求めたボイド体積と、分光偏光解析から求めた光学定数（誘電関数ε=ε1-iε2における吸収に関する項ε2の最大値）が簡潔な線形関係となることを見出した。上述の相関関係に基づき間接的に求めたa-Si:H内ボイド体積が界面電気特性にどのような影響を与えるかについて解析を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

a-Si:H/c-Siヘテロ界面近傍におけるボイドサイズを陽電子消滅の測定結果に基づき求め、分光偏光解析により求めた光学定数との相関関係を確定した。また界面電気測定（電流―電圧測定および容量―電圧測定）を行いa-Si:H層のボイド構造状態が内部形成電位に影響を与えていることを観察した。また、共同研究者およびその他の研究者達とともに研究会を開催し、試料作製と計測や分析における研究体制の強化を進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

より広範な作製条件により形成したa-Si:H/c-Siヘテロ接合構造に対して陽電子消滅計測、分光偏光解析、電気特性計測を行い、界面構造と太陽電池特性との相関についての考察を進める。また、文部科学省ナノテクノロジープラットフォームにおける計測支援を利用するととともに研究会における議論を通じて研究の深化を促進させる。

Causes of Carryover

当初購入を予定していた理化学系消耗品の使用方法を再検討した結果、消費量を減少させることができたため、次年度に購入を繰り下げることとして次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

試薬、基板、ガス、払拭用不織布、保護衛生品（手袋）を含む理化学系消耗品の購入費として充当する予定である。