成果報告書詳細
管理番号20110000000646
タイトル*平成22年度中間年報 新エネルギー技術研究開発 革新的太陽光発電技術研究開発(革新型太陽電池国際研究拠点整備事業)高度秩序構造を有する薄膜多接合太陽電池の研究開発(擬単結晶固相成長技術)
公開日2011/7/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名学校法人東海大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
(1)研究背景と目標
高効率薄膜太陽電池を実現するためには、積層型太陽電池の最下層を担う高品質かつ高赤外光吸収を実現する新材料が必要であり、結晶系薄膜シリコンゲルマニウム(SiGe)及びゲルマニウム(Ge)の開発を進めている。しかし、薄膜の主流である微結晶では結晶粒が小さく多くの粒界欠陥が存在し、特にGe の未結合手が強いp 型欠陥を形成するため充分な特性を得ることが難しい。本提案では、より単結晶に近い薄膜を作製することで、粒界欠陥の大幅な低減を目指している。図1 は本提案が目指す構造であり、大粒径結晶シード層を形成し、その上に結晶性の高い発電層を成長させることで実現する。
大粒径シード層はアルミ誘起結晶化(AIC)による形成を検討している。AIC とはアモルファスGe(a-Ge)とアルミ(Al)の積層膜を加熱処理することで、両相が層交換を伴いながら低温で結晶化していく現象であり、比較的大きなシード結晶の形成を模索している。また、発電層の成長はアモルファス膜からの固相成長法(SPC)によって行うことを検討しており、大面積かつ低価格な手法として期待している。本報告では、AIC によるシード層作製技術が確立するまでの予備検討として、結晶Si 基板上でのGe のSPC について検討している。
英文要約Title: Exploring multi-junction thin-film solar cells with highly ordered structures (Development of semi-single crystalline SiGe films for infrared absorbers)(FY2008-2012) FY2010 Annual Report
Infrared-sensitive photovoltaic films are necessary for bottom cells of multi-junction cells for obtaining extremely high efficiency thin film solar cells. We have investigated crystalline SiGe and Ge films as such matrials. In this work, we pursue the fabrication of crystalline seed layers and the growth of semi-single crystalline SiGe and Ge on the seed layers
The SiGe seed layers were fabricated by aluminium-induced induced crystallization (AIC) using Al/a-SiGe bilayers. The AIC processes are usually conducted at lower temperatures than the eutectic temperature of binary Al-Ge alloy (420°C). However, the AIC processes below the eutectic temperature take quite long time and thus are not suitable for mass production. Therefore, we tried to fabricate the seed layers at slightly higher temperature (450°C) than the eutectic temperature in order to obtain more efficient AIC processes. The results indicate that island structure SiGe crystalline with a (111) orientaion is formed by the AIC. In the island parts, the layer exchange due to the AIC was observed and not between island parts. The island SiGe crystalline can be used as the seed for the crystalline growth, and it is an important result in the project. Controlling the size and distance between islands is a next subject.
The growth of crystalline films on a seed layer was investigated by solid phase crystallization (SPC). The SPC is a suitable method for mass-production because it can be done only by the deposition of amorphous materials and thermal annealing. In this work, a-Ge films were deposited on single crystalline Si substrates by electron beam evaporation, and investigated the SPC of Ge on single crystalline Si. The results indicate that epitaxial growth was observed across the interface between Si and Ge, and continued to at least 1 μm thickness. The SPC is one of the effective methods to prepare the narrow gap photovoltaic materials. Low cost fabrication of the amorphous materials and a reduction of defects in the grown crystalline are nest subjects
A pin-type photovoltaic device with an n-type window of the HIT structure was fabricated using the crystalline Ge film grown on a p-type crystalline Si substrate. The spectrum of quantum efficiency shows a slight photoelectiric effect in the Ge layer and the conversion efficiency is 0.05%. The reasons of low efficiency are probably defects in the Ge layer and interface, and improper electrical field in the hetero-junction. It is the first trial for applying the crystalline Ge films prepared by the SPC and rather suggests a potential of this material.
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