量子ドットによる歪み誘起バンドギャップ変化を利用した太陽電池用材料の創製

利用量子点应变引起的带隙变化创建太阳能电池材料

基本信息

批准号：
14050011
负责人：
宇佐美徳隆
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究においては、ナノスケールGe量子ドット構造を内包するSi結晶の作製と、高効率太陽電池材料としての有用性について検討を行った。太陽電池の基本構造は、ナノスケールGe量子ドットとSiの積層構造をpn接合の空乏層内に導入した構造である。高効率化実現のためには、Ge量子ドットによって吸収されるSiを透過する太陽光長波長成分が、光電流として有効に発電に寄与することが要請される。その実現にためには、再結合中心の少ない良質な結晶作製技術の確立するとともに、Geドットのポテンシャル形状とpn接合による内部電界の制御により有効に光励起キャリアを取り出せるデバイス構造設計が重要となる。今年度は、Si基板上にGe量子ドット積層構造を作製し、太陽電池に加工して動作確認を行うとともに、分光感度特性評価によりSiを透過する長波長域での感度発現を目標として研究を遂行した。試料は、ジシランとゲルマンを原料とするガスソース分子線エピタキシー法により作製した。P型Si(100)基板上に、8原子層のGeと39nmのSiを繰り返しの基本構造として10〜100回積層した後に、1μmのSiキャップ層を成長した。太陽電池への加工プロセスは、表面にスピンコートしたOCD溶液からの不純物拡散によるn型層の形成、裏面・表面への電極用金属の蒸着からなり、高効率化のために一般的プロセスとして取り入れられている表面テクスチュア形成、反射防止膜形成、BSF構造などは取り入れていない。作製した太陽電池の分光感度特性を評価したところ、Geドットを内包するデバイスにおいては、Si太陽電池を透過する波長域において感度が発現した。長波長での量子効率は、積層回数を増加させるに伴い増加した。よって、Geで吸収された光の一部は発電に寄与していることが確認できた。今後は、デバイス構造やプロセスの最適化により、Si太陽電池を上回る変換効率を実現することが課題である。

在这项研究中，我们研究了含有纳米级量子点结构的Si晶体及其作为高效的太阳能电池材料的有用性。太阳能电池的基本结构是一种结构，在该结构中，将纳米级量子点的层压结构和Si的层压结构引入到PN连接的耗尽层中。为了达到高效率，要求通过GE量子点吸收的SI的长波长太阳能有效地有助于发电作为光电流。为了实现这一目标，重要的是要建立几乎没有重组中心的高质量晶体制造技术，并设计可以通过控制PN连接的GE DOTS和内部电场的潜在形状来有效地提取光激励载体的设备结构。今年，在SI底物上制造了GE量子点层压结构，并处理到太阳能电池中并确认操作，并进行了研究，目的是在长波长范围内产生灵敏度，从而通过光谱敏感性传输SI，从而通过光谱特征传播SI。通过使用Diasilane和Demane作为原材料来制备样品。在P型Si（100）底物上，将8个原子层和39 nm Si的原子层叠层10至100倍，作为重复的基本结构，然后生长了1μmSiCap层。太阳能电池的处理过程包括通过从表面上旋转的OCD溶液扩散形成N型层，并在背面和表面上沉积的电极沉积金属，并且不融合表面纹理形成，抗反应膜形成，BSF结构等，这些结构通常用于高效率。当评估制造的太阳能电池的光谱灵敏度特性时，在包含通过SI太阳能电池传输的波长中的GE点的设备中发现了灵敏度。长波长的量子效率随堆叠数量的增加而增加。因此，已经证实，GE吸收的一些光导致了发电。未来的挑战是通过优化设备结构和过程来实现超过SI太阳能电池的转化效率。