界面の制御によるMIS型太陽電池の高効率化

〈ITO/シリコン酸化膜/n型シリコン〉構造を持つ太陽電池に、KCN処理(0,1M KCNに数秒浸しその後沸騰水で10分洗浄)を施すことにより、光起電力と曲線因子が向上することを見いだした。多結晶シリコンを基板とする太陽電池では、KCN処理によって暗電流密度の温度依存性が増加すると共に、暗電流密度が減少した。これは、シリコンの空乏層中のトラップ密度が減少することによって、暗電流のメカニズムがtrap-assisted multistep tunnelingからthermionic-assisted tunnelingに変化するためであると結論した。さらに、電極のコンダクタンスの測定から、KCN処理によるトラップ密度の大幅な減少も観測された。単結晶シリコンを基板に用いる太陽電池についても、KCN処理を施すことにより、光励電力が増加した。暗電流密度の温度依存性の測定から、エネルギー障壁高が約0.1eV増加することが分かった。CNの電子親和力は3.9eVと非常に大きいため、シリコン表面またはシリコン酸化膜中にCN^-イオンとして存在していると考えられる。CN^-イオンの存在によってシリコン酸化膜中で電位勾配が生じ、シリコンのバンドエッジが上方にシフトすることによって、シリコン中のエネルギー障壁高が増加し、光起電力が増加したと結論した。また、電極コンダクタンスの測定及び、我々が開発した"バイアス電圧印加時のXPSスペクトルの測定"の結果、界面準位密度がKCN処理により減少することが分かった。クラスターモデルを用いた第一原理計算の結果、シリコンダングリングボンドにCN^-の炭素原子が結合し、その構造が直線的であることが分かった。また、ダングリングボンドにCN^-が吸着することによって、シリコンのバンドギャップ内からエネルギー準位が除去されることが分かった。

〈ITO/シリコン酸化膜/n型シリコン〉構造を持つ太陽電池に、KCN処理(0,1M KCNに数秒浸しその後沸騰水で10分洗浄)を施すことにより、光起電力と曲線因子が向上することを見いだした。多結晶シリコンを基板とする太陽電池では、KCN処理によって暗電流密度の温度依存性が増加すると共に、暗電流密度が減少した。これは、シリコンの空乏層中のトラップ密度が減少することによって、暗電流のメカニズムがtrap-assisted multistep tunnelingからthermionic-assisted tunnelingに変化するためであると結論した。さらに、電極のコンダクタンスの測定から、KCN処理によるトラップ密度の大幅な減少も観測された。単結晶シリコンを基板に用いる太陽電池についても、KCN処理を施すことにより、光励電力が増加した。暗電流密度の温度依存性の測定から、エネルギー障壁高が約0.1eV増加することが分かった。CNの電子親和力は3.9eVと非常に大きいため、シリコン表面またはシリコン酸化膜中にCN^-イオンとして存在していると考えられる。CN^-イオンの存在によってシリコン酸化膜中で電位勾配が生じ、シリコンのバンドエッジが上方にシフトすることによって、シリコン中のエネルギー障壁高が増加し、光起電力が増加したと結論した。また、電極コンダクタンスの測定及び、我々が開発した"バイアス電圧印加時のXPSスペクトルの測定"の結果、界面準位密度がKCN処理により減少することが分かった。クラスターモデルを用いた第一原理計算の結果、シリコンダングリングボンドにCN^-の炭素原子が結合し、その構造が直線的であることが分かった。また、ダングリングボンドにCN^-が吸着することによって、シリコンのバンドギャップ内からエネルギー準位が除去されることが分かった。