成果報告書詳細
管理番号20110000000834
タイトル*平成22年度中間年報 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(室温レーザードーピングプロセスの研究開発)
公開日2011/7/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
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
本テーマでは、極限シリコン結晶太陽電池の実現に向けた“原料製造”から“太陽電池セル”での一貫した複数の技術開発の中で、高効率・低コストを目的とした次世代プロセス技術として、レーザーを用いた室温不純物ドーピングに関して、次の二つの要素技術開発と素子作製プロセスへの適用の実証研究を行う。
(1) ドーピング濃度ならびに深さ制御技術の開発
室温レーザードーピングの要素技術として、ドーピング濃度ならびに深さの制御技術を開発する。適切な波長のレーザービームを選択強度をレーザーパワーならびに形状や基板走査速度を変えて制御し高濃度ドーピングを目指す。最終的に高品位電子物性を有するドーピング層ならびに接合界面を実現することを目標とする。 図1 レーザードーピング装置の概略図図1 に基本的な装置の概略を示す。光学レンズにより集光したレーザービームを不純物拡散剤を塗布してある基板に照射する。基板
温度は室温で大気中に設置してある。基板位置をX-Y ステージにより走査し、任意の場所にドーピングを行う。
適切な波長(紫外域(355nm)ならびに可視域(532nm))のレーザービームを選択し、照射強度をレーザーパワーや走査速度を変えて制御しレーザードーピングを試みた。ビーム形状を光学的に整形することにより一様で再現性の良い濃度プロファイルを目指した。
英文要約Title:High Performance PV Generation System for the Future. R and D on Ultimate Wafer-based Si Solar Cells. (Laser Doping Process at Room Temperature) (FY2010-FY2012) FY2010 Annual Report 
Research and development of laser doping technique are investigated. Laser process is expected as a novel doping method at very low temperatures, and can be utilized for very thin wafers in the next generation. In addition, high throughput capability without photolithography is preferable to make high efficiency cell configuration at low cost with mass-production scale. This project contains two major subjects; 1. High controllability of density and depth of doping, and 2. Narrow local doping with desired sizes and patterns. Two laser systems with ultraviolet (355 nm) and visible (532nm) wavelength were used. Substrates of Si covered by thin films containing doping precursors were irradiated by the focused laser beam at room temperature. Substrates were moved automatically by the x-y stage to form doping region. The size of laser beam was 6-30 micrometers in diameter. The intensity at the irradiated spot was varied by changing the scanning speed of the x-y stage and the focal point of the lens. The maximum doping density was in the range of 10E20cm-3 both in the case of p and n type doping using Boron and Phosphorus, respectively. It will yield low series resistance. Doping depth was found to be in the range of 100-300 nm and 500-3500 nm in the case of 355nm and 532nm lasers, respectively. The morphology of irradiated area was investigated in cases of various irradiation intensities. At the low energy density, the surface was very smooth. The surface was roughened with increasing irradiation energy. It is caused by the fundamental laser doping process. The surface was melted by the laser, and crystal growth of silicon was occurred from the melted solution when the laser beam was stopped. The size of formed cavity was the same as the beam diameter, and local doping was realized. The relationship between the surface morphology and the electronic properties of the doped region should be revealed in near future.
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