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

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。

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。