ダイヤモンド状炭素膜を利用した太陽光発電素子の試作

使用类金刚石碳膜的太阳能发电元件的试制

• 批准号: 14655268
• 负责人: 大竹 尚登
• 金额: $ 2.11万
• 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-14655268/
• 关键词: 太陽光発電素子; ダイヤモンド状炭素膜; 化学気相成長; アモルファス炭素; アニーリング; ワイヤー状素子

高圧合成単結晶(100)ダイヤモンド及びシリコン基板上に窒素及びボロンをドーピングしながらダイヤモンド状炭素(DLC)膜を合成した後,電極を付けて太陽光発電素子を作製し,この素子にXeアークランプ光を照射し,発電特性の評価を行った.合成は,13.56MHzのRFプラズマCVD法により行った.素子は入射光側からAu/a-C:H/n-Si(p-Si)またはBドープダイヤモンド/In-Gaという構造である.これらの膜についての測定及び素子の出力測定により以下に示す結果が得られた.1.作製した太陽光発電素子の出力測定を行ったところ,窒素ガスを導入することで開放端電圧が0.12Vから0.30Vに上昇し,短絡電流密度も1.2倍に向上することがわかった,また,トリメチルボロンによりボロンをドーピングすることにより,開放端電圧はほとんど変化しないが,短絡電流密度が2.2倍に上昇することがわかった.従って,キャリア密度はドーピングにより上昇しているものと思われる.ただし,膜自身の欠陥密度が大きいことが問題である.2.アニーリングの効果について検討した.その結果,大気中で300℃のアニーリングを行うことによって,開放端電圧が約3倍に上昇し,短絡電流密度も6倍向上することがわかった.これは膜の欠陥が再結合により減少することによると思われる.ただし,温度を450℃と高くすると発電効率は低下する.3.ダイヤモンド基板を用いて同様に作成したDLC素子にXeアークランプ(強度;100mW/cm^2)を照射して出力特性を測定したところ,開放端電圧Voc=1.3mV,短絡電流密度Isc=0.66nA/cm^2が得られた.これにより炭素系材料のみによる太陽光発電素子の発電が確認された.以上の結果から,ダイヤモンド状炭素膜が将来の太陽光発電素子として十分なポテンシャルを有していること,欠陥の低減が今後の課題であることを明らかにした.

High pressure synthesis of single crystal (100) and high temperature carbon (DLC) film on the substrate of high temperature and high temperature synthesis of high temperature carbon (DLC) film synthesis, the electrode is prepared by solar light emitter, the element is irradiated with Xe light, the evaluation of electrical characteristics. Synthesis, 13.56MHz RF, CVD method. Au/a-C:H/n-Si(p-Si) and In-Ga structure on the incident light side. The measurement of the film thickness and the measurement of the output of the solar cell are shown below. 1. The measurement of the output of the solar cell is carried out. The open terminal voltage is 0.12 V and the short circuit current density is 1.2 times higher. The open terminal voltage changes, and the short-circuit current density increases by 2.2 times. The number of visitors to the site is increasing. The film itself has a high density of defects. 2. The film itself has a high density of defects. As a result, the voltage at the open end increases by about 3 times, and the current density at the short end increases by 6 times. This is the first time I've ever seen you. For example, when the temperature is 450℃, the transmission efficiency is low. 3. When the substrate is used in the same way, the DLC element is irradiated with the same intensity (100mW/cm^2), and the output characteristic is measured. The open terminal voltage Voc= 1.3 mV, and the short-circuit current density Isc= 0.66 nA/cm^2 are obtained. The solar emission of carbon based materials was confirmed. As a result, carbon films in the shape of a diamond are expected to be the future solar emitters.

项目成果

大竹 尚登: "ダイヤモンドの気相合成とその応用"精密工学会誌. 68・12. 1511-1515 (2002)

Naoto Otake：“金刚石的气相合成及其应用”日本精密工程学会杂志68・1515（2002）。

岩重 景, 青木佑一, 大竹尚登: "プラズマCVD法によるアモルファス炭素膜の合成と電気的特性の評価"第11回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集. 207-208 (2003)

Kei Iwashige、Yuichi Aoki、Naoto Otake：“等离子体CVD法非晶碳薄膜的合成及电性能评价”第11届机械材料与材料加工技术会议论文集207-208（2003）。

Y.Aoki, K.Iwashige, N.Ohtake: "Photovoltaic Characterization of a-C:H Films Prepared by Plasma CVD"IEEE Conference Record-Abstracts 2003 IEEE Int.Conf.Plasma Sci.. 03CH37470. 360-360 (2003)

Y.Aoki、K.Iwashige、N.Ohtake：“等离子 CVD 制备的 a-C:H 薄膜的光伏特性”IEEE 会议记录摘要 2003 IEEE Int.Conf.Plasma Sci.. 03CH37470。