キャリヤ閉じ込め効果を用いた新構造超薄型高効率太陽電池の開発

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本研究は、異なった禁制帯幅を持つ異種半導体のヘテロ接合を用いて、光により励起生成されたキャリヤを閉じ込めて高効率で電流を取り出せる新構造太陽電池を設計・製作することを目的としている。本年度は、セル構造の最適化ならびにセル製作プロセスの開発を行い、高効率セルヲ試作した。1.光電変換効率の理論的検討ヘテロ接合による電位障壁のため、光生成キャリヤはシリコン内に閉じ込められ、表面結合による損失が提言される。基板薄膜化によるバルク内再結合の炉減少の効果がさらに付加される。表面テクスチャ-構造ならびに裏面反射鏡による光の閉じ込め効果を考慮した理論的計算結果によると、変換効率は基板厚減少とともに増加し、厚さ約40μmで最大24%を超える値が得られることが分かった。2.新構造太陽電池の試作超薄基板を形成するための無損傷エッチング工程を開発し、薄膜化による新構造太陽電池動作特性の改善を実験的に検証した。低損傷プロセスとして有望である光CVD法を用いて、広禁制帯幅半導体非晶質SiN膜をSi上に低温で堆積し、広/狭禁制帯幅半導体ヘテロ接合による電位井戸を形成した。試作素子においては広い波長領域にわたって一様な内部量子効率が得られ、表面再結合速度が低減されていることが確認でき、光生成キャリヤSi内に効果的に閉じ込められていることが分かった。基板厚を薄膜化した試作素子において、光照射短絡電流密度は基板厚減少とともに一様に増加し、最小50μmでは、通常の厚さの場合の約2倍の値が達成でき、理論計算を裏付ける結果が得られた。以上の成果により当初の目的は達成できたと考えられる。今後電荷分離用pn接合や電流収集電極形成プロセスの最適化により高効率太陽電池を早急に実現したい。