成果報告書詳細
管理番号20130000000564
タイトル平成20年度-24年度成果報告書 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 (ヘテロ接合デバイス化-超高周波プラズマ)
公開日2014/5/9
報告書年度2008 - 2012
委託先名三菱重工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成20年度-平成24年度 成果報告書 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(ヘテロ接合デバイス化-超高周波プラズマ)

本研究開発では、ボトムセルとして用いられるナローバンドギャップ材料を光電変換層に用い、開放電圧と温度特性の向上を実現するためにヘテロ接合を用いたデバイス化技術の開発を行った。(1) ヘテロ接合界面処理技術の開発:Ge系材料を使用したボトムセル作製に向け、単結晶Ge基板を用いてヘテロ接合太陽電池を作製し、Ge系材料の処理方法や、ナローバンドギャップ材料に対するヘテロ接合の有効性を検証し、デバイス特性の向上を試みた。特にヘテロ接合界面に注目し、結晶Geの物性とバンドダイヤグラムを考慮した結果、ホスフィン(PH3)を用いた界面処理を施すことで、処理なしと比較し変換効率が2.4倍に向上することを見出した。また、ヘテロ接合層の製膜条件などを最適化することで、変換効率を6.54%まで高めた。この太陽電池の温度特性は理論計算から求まるGeホモ接合太陽電池より優れており、ヘテロ接合構造適用による温度特性の改善を実証した。(2) ヘテロ接合界面の評価:デバイス特性を改善するため、界面に存在する不純物量計測やバンド構造を測定し、ヘテロ接合界面の評価を行った。この評価結果とデバイス特性とを比較することで、デバイス作製条件を再度検討し、VOC向上に非常に有効であるデバイス作製プロセスを見出した。目標値の変換効率9%は未達であるが、本デバイス作製プロセスを適用することで片面ヘテロ接合構造であるにもかかわらず、従来VOC向上に有効とされるBack Surface Field(BSF)構造を適用したGeホモ接合太陽電池の世界記録を上回るVOC=0.270Vを実現し、変換効率は7.61%まで向上した。本研究開発では単結晶Ge基板を用いてデバイス化技術の開発を行ったが、よりバンドギャップの広いSiGe系材料を用いることで、バンドギャップ増加によるVOC向上により目標値の変換効率9%達成が期待できる。
英文要約Title: Research and Development of Thin Film Multi-Junction Solar Cells with Highly Ordered Structures (Hetero-junction device - VHF (Very High Frequency) Plasma) (FY2008-2012) Final Report

We have developed the solar cell fabrication process using narrow bandgap materials with hetero-junction to realize the improvement of the open-circuit voltage and the temperature coefficient. (1) Development of the surface treatment process. : We have investigated the fabrication process of the hetero-junction solar cell using c-Ge substrate for developing to the Ge based materials. We have attempted the improvement of the solar cell properties through verifying the effect of the surface preparation before the hetero-junction formation and the effect of the hetero-junction on narrow bandgap materials. Especially, we focused on the hetero-junction interface and the c-Ge physical properties. As a result, it was found that the phosphine (PH3) exposure treatment was effective for improvement of the photovoltaic performance of the c-Ge hetero-junction solar cells. The conversion efficiency of the solar cell with PH3 exposure treatment was became 2.4 times larger than that of the solar cell without PH3 exposure treatment. In addition, the conversion efficiency increased up to 6.54% by the adjustment of other conditions. This hetero-junction solar cell showed better temperature coefficient of the conversion efficiency than the ideal homo-junction solar cell (calculated value). This result indicated the benefit of the hetero-junction for improvement of the temperature coefficient. (2) Evaluation of the hetero-junction interface. : For further improvement of the solar cell properties, we have measured the hetero-junction interface. It was found that the particular fabrication process was effective for increasing VOC by the results of the interface evaluation and the solar cell properties. By applying this process, the VOC and the conversion efficiency increased up to 0.270V and 7.61%. The VOC was higher than that of the world record c-Ge homo-junction solar cell with BSF (Back Surface Field) structure, in spite of the single-sided hetero-junction structure. Although this research was carried out using c-Ge substrate from the viewpoint of the material supply, it is expected that the target conversion efficiency of 9% will be achieved due to VOC improvement by applying the developed fabrication process to Si-Ge based materials that have wider bandgap than c-Ge.
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