成果報告書詳細
管理番号20110000001033
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業 調査研究「効率2倍で低コストな太陽電池を可能にする金属テープの探索研究」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名株式会社鹿児島TLO
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約本調査事業は、現状の薄膜シリコン太陽電池並みのコストで2倍の効率を持つ太陽電池の開発に必要な単結晶シリコン薄膜を形成するための最適な金属テープを見出し、作製することを目的とした。
 まず最初に、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、ステンレス(SUS304)を室温にて加工度95、96、97、98、99%まで圧延し、その後、融点の1/2、2/3、3/4の温度で熱処理した。銅とニッケルに関して、単結晶のように結晶方位が3軸とも揃った配向金属テープの作製に成功した。
次に、銅およびニッケルの配向金属テープ上に、Siが基板上にエピタキシャル成長する条件でSi薄膜の作製を実施した。しかしながら、配向銅テープ及びニッケルテープの何れを用いた場合でも、Siは成膜中に金属テープ内に全て吸収されてしまい、単結晶Si薄膜の作製は極めて困難であることを明らかにした。
続いて、銅及びニッケルと格子定数が非常に近いスズドープ酸化インジウム(ITO)を配向銅テープ及びニッケルテープ上にエピタキシャル成長させ、その上にSi薄膜をエピタキシャル成長させることを試みた。しかしながら、Si薄膜がエピタキシャル成長できる成膜条件の下では、ITOバッファ層上にSiが堆積したら即座に酸化されてしまい、SiはITOバッファ層上にエピタキシャル成長しないことを明らかにした。
 最後に、配向銅テープ上に酸化物のバッファ層をエピタキシャル成長させ、その上にその上にSi薄膜をエピタキシャル成長させることを試みたところ、Si薄膜は良好な2軸配向状態であることが確認できた。即ち、バッファ層を介することで、Cuテープ上に単結晶的にSiが2軸配向したSi薄膜を作製することが出来ていることが分かった。
本調査研究の結果、世界で初めて、金属テープ上に単結晶のように結晶方位が揃ったSi薄膜の作製に成功した。圧延と熱処理によって単結晶的に結晶方位を2軸とも揃えたCuテープを用いることで、単結晶のように結晶方位が揃った擬似単結晶Si薄膜の作製が可能になることを見出した。
 また、太陽電池の市場規模や技術状況の調査を行った。太陽光発電は国の目指す低炭素社会を実現するためにも適した新エネルギーであり、太陽電池も今後普及していくことが推測される。技術的には薄膜Si系太陽電池を中心とした新しいタイプの太陽電池、発電効率の増加、コスト削減を目指した開発が進められていることがわかった。
英文要約The purposes of this research project are that we discover the optimum metal tape which enables us to achieve single crystalline Si thin films on them, and that we establish the fabrication conditions for the metal tape.
First, Al, Fe, Cu, Ni, SUS304 (a kind of a stainless steel) tapes are cold-rolled at room temperature, then annealed at 1/2, 2/3 and 3/4 of their melting points. For Cu and Ni, we have succeeded in obtaining biaxially crystal oriented metal tapes.
Next, we tried to deposit Si thin films directly on the biaxially crystal oriented Cu and Ni tapes under the film growth conditions that enable Si to grow epitaxially on the single crystal substrates. However, Si thin films were not grown on the Cu and Ni tapes, because Si was absorbed in the Cu and Ni tapes. We found that it is almost impossible to grow Si thin films on the Cu and Ni tapes epitaxially.
Then, we tried to deposit Si thin films on the ITO (tin-doped indium oxide) buffered biaxially crystal oriented Cu and Ni tapes. However, under the film growth conditions that enable Si to grow epitaxially on the single crystal substrates, Si thin films were not grown on the ITO buffer layers, because Si was oxidized immediately after the Si was deposited on the ITO buffer layer. We found that it is almost impossible to grow Si thin films on the ITO buffered Cu and Ni tapes epitaxially.
Finally, we tried to deposit Si thin films on the biaxially crystal oriented Cu tape with an oxide buffer layer. We successfully achieved the single-crystalline-like Si thin film (biaxially crystal oriented Si thin film) on the buffered biaxially crystal oriented Cu tape film.
We firstly developed the single-crystalline-like Si thin film on the metal tape. We found that the usage of the biaxially crystal oriented Cu tape enables us to fabricate the single-crystalline-like Si thin film by using the epitaxially grown oxide buffer layer.
 And, we research market, technology and patent of photovoltaic generation. It is new energy suitable to achieve the low carbon society at which the country aims. So, we guess that it will spread more.
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