環境低負荷な鉄とシリコンからなるベータ鉄シリサイド半導体を用いた太陽電池の検討

使用由铁和硅制成的对环境影响较小的β-硅化铁半导体的太阳能电池的研究

• 批准号: 14655236
• 负责人: 舟窪 浩
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655236/
• 关键词: 鉄シリサイド; 太陽電池; MOCVD; エピタキシャル

太陽電池は、クリーンなエネルギーで大規模な施設を必要としないため、エネルギー問題を解決する切り札として長年期待され研究されてきたが、現在までに十分普及しているとは言えない。その根本的な理由として、現在検討されているシリコン系のものは本質的に変換効率が最大13%と低く、構造が複雑となるため、低コスト化が測れないことが挙げられる。従って効率向上は不可欠要素であるが、現在検討されている高効率な太陽電池材料はガリウム-砒素(GaAs)等の化合物半導体で、資源埋蔵量及び人体への安全性、環境への負荷から考えると、屋外に設置して大量に使用することは現実味がない。これに対し地殻資源埋蔵量が豊富な鉄とシリコンから構成される化合物半導体であるベータ鉄シリサイド(β-FeSi_2)は、30%以上と高い理論効率の太陽電池が作成可能と予測されている。しかも構成元素の鉄とシリコンの分離回収が可能であるというリサイクル性にも富み注目される材料である。申請者はこれまでにβ-FeSi_2について研究を行なってきており、MOCVD法によってSi基板上に高品質の1μm膜厚のエピタキシャル薄膜を作製し、高品質のエピタキシャル薄膜の作製に成功した。本年度は、上記研究成果を受けて太陽電池作成のための基礎特性の把握を行うことを目的とした。その結果、以下の結論を得た。1)β相をエピタキシャル成長させる基板の条件は、格子整合よりむしろイオンが均一な面で構成されていることが重要である事が明らかになった。2)電気伝導度およびその温度依存性は、Fe/Si比や結晶構造(非晶質、多結晶、エピタキシャル成長)に大きく依存せず、安定している事がわかった。3)PL発光に影響を及ぼす重要な因子として、欠陥の関与が予想され、Siの拡散が重要な役割を果たしていることが明らかになった。

Solar cells are needed for large-scale installation, and the problem of solar cells has been solved for many years. The basic reason for this is that the current model is designed to reduce the conversion rate of the system to a maximum of 13%, and the structure is designed to reduce the conversion rate of the system to a maximum of 13%. High efficiency solar cell materials include compound semiconductors such as GaAs, resource storage capacity, safety of human body, environmental load, and outdoor installation. For this reason, it is possible to predict the production of solar cells with high theoretical efficiency of more than 30% and high iron content (β-FeSi_2) in compound semiconductors. The separation and recovery of iron from its constituent elements are possible, and the separation and recovery of iron from its constituent elements are possible. The applicant has successfully prepared a high-quality 1μm thin film on Si substrate by MOCVD. This year's research results are based on the understanding of the basic characteristics of solar cells. The results and conclusions below were obtained. 1)β-phase growth conditions, lattice integration, uniform surface composition, important things, 2)Temperature dependence of electrical conductivity, Fe/Si ratio, crystalline structure (amorphous, polycrystalline, crystalline growth), stability, etc. 3)PL emission is an important factor in light emission, and the light emission is important in light emission.

项目成果

Kensuke Akiyama, Seishiro Ohya, Hiroshi Funakubo: "β-FeSi_2 Thin Film Preparation by ECR Plasma-Enhanced MOCVD"Transactions of Materials Research Society of Japan. 28(3). 805-808 (2003)

Kensuke Akiyama、Seishiro Ohya、Hiroshi Funakubo：“通过 ECR 等离子体增强 MOCVD 制备 β-FeSi_2 薄膜”日本材料研究学会汇刊 28(3) (2003)。

Kensuke Akiyama, Takeshi Kimura, Takashi Suemasu, Fumio Hasegawa, Yoshihito Maeda, Hiroshi Funakubo: "Growth of Epitaxial β-FeSi_2 Thin Film on Si(001) by Metal Organic Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. (印刷中).

Kensuke Akiyama、Takeshi Kimura、Takashi Suemasu、Fumio Hasekawa、Yoshihito Maeda、Hiroshi Funakubo：“通过金属有机化学气相沉积在 Si(001) 上生长外延 β-FeSi_2 薄膜”Jpn.J.Appl.Phys..（打印）期间）。

Kensuke Akiyama, Seishiro Ohya, Hiroshi Funakubo: "Preparation of β-FeSi_2 thin film by metal organic chemical vapor deposition using iron-carbonyl and mono-silane"Thin Solid Films. (印刷中).

Kensuke Akiyama、Seishiro Ohya、Hiroshi Funakubo：“使用羰基铁和甲硅烷通过金属有机化学气相沉积制备 β-FeSi_2 薄膜”固体薄膜（正在出版）。

Kensuke Akiyama: "Composition Dependence of Constituent Phase of Fe-Si Thin Film Prepared by MOCVD"Journal of Crystal Growth. 237-239. 1951-1955 (2002)

Kensuke Akiyama：“MOCVD 制备的 Fe-Si 薄膜的组成相的成分依赖性”晶体生长杂志。