成果報告書詳細
管理番号20110000000835
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(ナノ表面・界面制御による超薄型シリコン・ヘテロ接合太陽電池)
公開日2011/7/30
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人東京工業大学
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
本研究では、薄型Si ウェハに対する高効率へテロ接合型太陽電池の開発を目的として、5cm/s 以下の低い再結合速度を実現するための裏面パッシベーション膜の技術開発とセル化技術の実証を行う。
【1】 ナノ界面制御によるアモルファス酸化アルミニウムパッシベーション膜の技術開発
【2】 超薄型シリコンヘテロ接合太陽電池の開発
以下で、具体的な研究開発の内容、ならびに平成22 年度の成果をまとめる。
【1】 ナノ界面制御によるアモルファス酸化アルミニウムパッシベーション膜の技術開発
研究内容:
超薄型Si 太陽電池の高効率化の要素技術として、裏面パッシベーション用原子層制御アモルファス酸化アルミニウム(a-AlOx:H)を開発する。上記開発に必要不可欠な原子層堆積装置を導入する。また有機金属CVD 法によるa~AlOx:H の堆積を行い、界面特性の評価を行う。固定電荷量の評価にはC-V 測定を用いる。固定電荷の生成機構に関して詳細に調べ、高密度化への指針を得る。
平成22 年度の成果:
a-Al1-xOx:H 膜はSi との界面に負の固定電荷を有するため、p 型Si 基板のパッシベーション膜として非常に適した材料であり、薄型結晶Si 太陽電池への応用が期待される。本研究では、PECVD法により作製したa-Al1-xOx:H 膜に適切なアニールを施すことでp 型Si 基板へ優れたパッシベーション効果を有することを示し、結晶Si 太陽電池への応用を行った。またa-Al1-xOx:H/Si 界面における負の固定電荷の生成の起源を調べるため、水素を含めた原子組成と固定電荷密度の関係について研究を行った。
英文要約Title: High Performance PV Generation System for the Future. R and D on Ultimate Wafer-based Si Solar Cells. (Research on high efficiency very thin Si heterojunction solar cell with nano-level controlled surface and interface )(FY2010-2012)FY2010, Tokyo Institute of Technology
(1) The passivation quality of a-Al1-xOx:H strongly depends on the negative fixed charge density (Qs) at the interface of a-Al1-xOx:H/Si interface. Therefore it is very important to understand the mechanism of producing negative fixed charge at the interface. To investigate the origin of the negative fixed charge in a-Al1-xOx:H/Si interface, we evaluated the relation between Qs and atomic concentration of H, Si, Al and O in a-Al1-xOx:H/Si structures by using the C-V measurement and ERDA/RBS technique. The Qs increased by annealing the layers at 475C. This is due to the decrease in Al-O-H bonding near the interfaces by the desorption of hydrogen from the layer. However, the Qs decreased by atomic hydrogen treatment (AHT) even though the hydrogen content didn't increased obviously. Instead, the Al, Si and O content had changed clearly by AHT. This result indicated that those atomic ratio near the interface is very important to control Qs at the a-Al1-xOx:H/Si interface. Based on this result, we introduced the very thin Si oxide layer between a-Al1-xOx:H/Si interface and found that the negative fixed charge was generated efficiently even with lower annealing temperature. In addition, we introduced the atomic layer deposition system for the deposition of Al1-xOx:H layer to control and investigate the interface properties in details.  (2) Nanocrystalline (nc) 3C-SiC:H is a promising material as a window layer for Si heterojunction solar cells. However, a great amount of atomic hydrogen is required to fabricate this material at low temperature and those atomic hydrogen also damages the interface of nc-3C-SiC:H/c-Si substrate at the initial stage of growth. To fabricate the heterojunction solar cell using p-nc-3C-SiC:H with good interface properties, we introduced the a-Si1-xCx:H buffer layer between p-nc-3C-SiC:H and n-Si substrate to protect the surface of Si substrate from atomic hydrogen. By controlling the thickness of the buffer layer, we obtained the surface recombination velocity of as low as 40 cm/s. As a result, the open circuit voltage (Voc) of the solar cell improved from 499 mV to 648 mV. We achieved the solar cell efficiency (active area) of 17.0% (Voc: 0.648 V, Jsc: 35.9 mA/cm2, FF: 0.732) without using textured substrate. (3) We fabricated the Si heterojunction solar cells with n-type nc-3C-SiC as an emitter and a-Al1-xOx:H as a rear side passivation layers. Up to now, we obtained the solar cell with the efficiency of 16.3% (Voc: 630 mV, Jsc 33.4 mA/cm2, FF: 0.773).
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