Mechanistic Understanding and Process Development of Electrodeposition of Doped-Si Thin Film

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本研究では、エネルギー負荷の低い新規な太陽光発電デバイス用シリコン（Si）薄膜形成手法の提案を視野に、基礎的な反応機構解析の知見に基づくプロセス設計を通じてSi電解析出（電析）法を確立することを目指している。特にSi媒体を太陽光発電デバイスとして適用するためp-n接合界面の形成が重要であるとし、そのための手法開発が主な目標である。さらにそれにあたって必要となる電析反応機構の解明にも力点を置き、計算化学手法や分光計測に着目して当該系に適用可能な独自の解析系の構築とその応用による反応解析を進めている。従来までの研究では、電析によって得られるSi薄膜の高純度化とそれにあたり重要となる不純物混入機構の解明、そして、それらも踏まえたドーパント共析の手法開発が課題となっていた。検討開始初年度である２１年度の検討においては、電析Si薄膜の更なる高純度化、ドーパント共析、及びそれらメカニズムの基礎解析など一連の検討に着手でき、電析後の後処理工程の最適化が高純度化に対し有効である点が確認された他、ドーパント共析プロセスを試験的に構築しp-n接合界面が試作できていた。これを踏まえて２２年度は、薄膜高純度化とp-n接合界面形成手法開発の更なる検討を推進した。薄膜高純度化においては、２１年度に引き続き電析後の後処理の最適化に加え、電解液中におけるSi薄膜の前駆体であるSiCl4の濃度を高めることが可能な高圧環境電解系を利用することによる高純度化も検討した。その結果、後処理工程として熱処理が有効であること、及び、２気圧の高圧環境下での電析により薄膜純度を高められる可能性があることが見出された。p-n接合界面形成においては特に、p型Si薄膜の形成が課題となったが、条件最適化の結果、種々のパラメータの中でも特に電位の制御が重要であることを見出し、p-n接合界面形成の高精度制御の方針が得られた。