シリコンヘテロ接合太陽電池用アモルファス窒化ガリウム電子選択コンタクトの実現

硅异质结太阳能电池非晶氮化镓电子选择性接触的实现

• 批准号: 19J23461
• 负责人: 白取 優大
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J23461/
• 关键词: 結晶シリコン太陽電池; シリコンヘテロ接合太陽電池; III族窒化物材料

前年度までに、結晶シリコン/窒化ガリウム(GaN)電子選択コンタクトにおいて、GaN層のキャリア濃度およびGaNに接合させる金属の仕事関数が太陽電池特性に大きな影響を与えることをデバイスシミュレーションを用いて明らかにした。良好な太陽電池特性を得るためには、GaN層のキャリア濃度が概ね10^19 cm^-3程度必要であることが示唆されている。結晶シリコン/GaN電子選択コンタクトを有する太陽電池を作製し、その特性を評価した。作製した太陽電池の光照射時の電流電圧特性を測定した結果、2%程度の変換効率が得られた。 作製した太陽電池において、GaN層は室温下で製膜を行っている。室温下で製膜したGaN層の電気的特性から、室温製膜では高いキャリア濃度が得られていないことが示唆されており、結果として高い太陽電池特性が得られなかったと考えられる。そこで、GaN層を高温下で製膜したところ、基板温度500℃程度で10^19 cm^-3程度のキャリア濃度が得られることを明らかにした。更に詳細な検討を行うため、シリコンヘテロ接合太陽電池の電子選択コンタクトとして一般的に用いられるn-a-Si:Hをスパッタで製膜し、結晶シリコン/n-a-Si:Hヘテロコンタクトを形成した。このヘテロ接合試料の電流電圧特性を調べたところ、ショットキー特性であった。結晶シリコン/n-a-Si:H間の伝導体不連続は小さいので、本来であればオーミック特性が得られる。そこで、デバイスシミュレーションを用いてこのヘテロ接合試料を解析したところ、n-a-Si:Hスパッタ時に下地層に多量の欠陥を誘起し、フェルミレベルピニングが生じるとショットキー特性となることを明らかにした。これらの検討により、窒化ガリウムの高温製膜と低ダメージスパッタの適用により高効率結晶シリコン/GaNヘテロ接合太陽電池で高効率が得られることを明確にした。

直到上一年，已经使用设备模拟来澄清说，在晶体硅/甘油（GAN）电子中，选择性接触，GAN层的载体浓度以及键入GAN的金属的功能对太阳能电池的特性产生了重大影响。已经提出，为了获得良好的太阳能电池性能，通常需要大约10^19cm^-3左右的GAN层的载体浓度。制造了具有结晶硅/GAN电子选择性接触的太阳能电池，并评估了其性能。在光照射期间测量了制造的太阳能电池的电流 - 电压特性，并获得了约2％的转化效率。在如此生产的太阳能电池中，GAN层是在室温下形成的。在室温下形成的GAN层的电性能表明，在室温膜中未获得高载体浓度，因此认为未获得高太阳能电池性能。因此，揭示了在高温下形成GAN层时，在约500°C的底物温度下，载体浓度约为10^19 cm^-3。为了进行进一步的详细检查，N-A-SI：H，通常用作硅异质结太阳能电池中的电子选择性接触，通过溅射形成形成结晶硅/N-A-SI：H杂心性。检查了该异质结样品的电流 - 电压特性，并发现具有Schottky特征。由于晶硅/n-a-si：h之间的导体不连续性很小，因此在原始情况下可以获得欧姆性质。因此，当使用设备仿真分析异缝样品时，发现在N-A-SI：H溅射过程中，在基础层中有大量缺陷，而发生费米级固定固定时，它将变成Schottky属性。这些研究清楚地表明，通过施加高温氮化壳膜的形成和低破坏性溅射，可以通过高效率结晶硅/GAN杂联太阳能电池来实现高效率。

项目成果

対向ターゲットスパッタ法による高品質i-a-Si:H層の形成とシリコンヘテロ接合太陽電池への応用

面向靶溅射法形成高质量i-a-Si:H层及其在硅异质结太阳能电池中的应用

• 发表时间: 2019
• 作者: 白取優大;宮島晋介
• 通讯作者: 宮島晋介

シリコン太陽電池電子選択層応用へ向けたスパッタ法による窒化ガリウムの室温形成

溅射法室温形成氮化镓在硅太阳能电池电子选择性层中的应用

• 发表时间: 2020
• 作者: 白取優大;宮島晋介
• 通讯作者: 宮島晋介

高濃度ホウ素ドープシリコンターゲットを用いたp型微結晶シリコンの作製と評価, 第82回 応用物理学会秋季学術講演会

使用高硼掺杂硅靶材的p型微晶硅的制备与评价，第82届日本应用物理学会秋季学术会议

• 发表时间: 2021
• 作者: 白取 優大;宮島 晋介
• 通讯作者: 宮島 晋介

Impact of bilayer structures on the surface passivation quality of high‐rate‐sputtered hydrogenated amorphous silicon for silicon heterojunction solar cells

双层结构对硅异质结太阳能电池用高速率溅射氢化非晶硅表面钝化质量的影响

• DOI: 10.1002/pip.3298
• 发表时间: 2020
• 期刊: Progress in Photovoltaics: Research and Applications
• 作者: Bin Mohd Zulkifly Faris Akira;Shiratori Yuta;Nakada Kazuyoshi;Miyajima Shinsuke
• 通讯作者: Miyajima Shinsuke

Device simulation of silicon heterojunction solar cell with InGaN electron selective contact

InGaN电子选择性接触硅异质结太阳能电池的器件模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuta Shiratori;Shinsuke Miyajima
• 通讯作者: Shinsuke Miyajima