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規則化フォトニックナノワイヤZnO/Cu2O太陽電池の電気化学形成と高効率化

有序光子纳米线ZnO/Cu2O太阳能电池的电化学形成和高效率

基本信息

批准号：
21K14717
负责人：
Khoo PeiLoon
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

低コスト超高効率Si系多接合太陽電池のトップセルとして電気化学手法で形成される超低コストn-ZnO/p-Cu2O酸化物太陽電池が期待されている。本研究課題では、自己組織化酸化アルミニウム(Anodic Aluminium Oxide、AAO)を用いた規則フォトニックナノ構造化Cu2O/ZnO太陽電池の電気化学的形成技術を確立し、ナノ構造化による光誘導・散乱効果を活用することによって光吸収活性層を拡大し高短絡電流密度化・高効率化することを検討している。前述したような形状をもったZnOナノワイヤやCu2Oナノ構造を電気化学製膜で作る手法と技術は存在しないため、著者は薄膜AAOを用いた独自的なナノ構造制御技術の確立に挑んだ。汎用性高い基板FTO上に真空蒸着、<111>-Au/Siの上にRFスパッタリングを用いて薄膜アルミニウムを形成させ、低温シュウ酸溶液に陽極酸化させて薄膜AAOを形成した。形成された薄膜アルミニウムはX線回折法（XRD）及び原子間力顕微鏡（AFM）で評価した。真空蒸着された薄膜Alの算術平均粗さは約30 nmほど粗く、形成されたAAOは不均一だった。走査型顕微鏡（FESEM）で表面・断面を観察した結果、Al粒界及び基板表面が薄膜AAOへの影響及び機構を検討した。一方、<111>-Au/Si 基板上RFスパッタリングで形成されたAl薄膜の表面粗さは約10倍低い3 nmで、鏡面のような外観だった。また、XRDで評価した結果、より高い（111）Alのピークが検出され、配向及び結晶性の向上を示した。40 Vの陽極酸化電圧で、均一且つほぼ垂直な薄膜AAO（ポア直径約50 nm）を形成することができ，電気化学製膜手法に適した導電膜上直接薄膜AAOを形成する手法の有効性を証明した．

The formation of ultra-low-temperature n-ZnO/p-Cu2O acid solar cells by electrochemical methods is expected to improve the efficiency of Si-based multi-junction solar cells. This research topic is to establish the electrochemical formation technology of structured Cu2O/ZnO solar cells using self-organized anodic oxide (AAO), and to explore the application of photoinduced scattering effect in structured Cu2O/ZnO solar cells to increase the photoabsorption active layer, increase the short-term current density and improve the efficiency. The above mentioned ZnO structure and Cu2O structure and electrochemical film preparation techniques exist and are used independently. Vacuum evaporation on universal high temperature substrate FTO, RF separation on Au/Si, and formation of thin film AAO in low temperature acid solution<111>The formation of thin films was evaluated by X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). The arithmetic average thickness of Al in vacuum evaporated thin films is about 30 nm. FESEM surface and cross-section observation results, Al grain boundary and substrate surface film AAO effect and mechanism were discussed. The surface roughness of the Al thin film formed on a square, -Au/Si substrate is about 10 times lower than that of the Al thin film.<111>The XRD results show that (111) Al is highly crystalline, oriented and crystalline. 40 V anodic acidification voltage, uniform and thin vertical thin film AAO (diameter of about 50 nm) to form the film, electrochemical film formation method is suitable, conductive film directly on the film to form the method is effective.