高効率太陽電池作製のためのGe添加によるn型Si欠陥制御

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シリコン太陽電池の変換効率は約20 %であり、変換効率のさらなる向上が求められている。太陽電池の変換効率を高くするためには、結晶欠陥発生を抑制することが必要である。本研究は、太陽電池の変換効率を向上させるために、偏析係数の大きなゲルマニム(Ge)に注目し、(1) Ge添加がSi結晶中のボイド欠陥形成および光照射による結晶品質劣化に及ぼす効果と(2) P及びSb添加多結晶Siにおける欠陥とキャリア寿命に対するGe添加効果および(3)SiGeバルク結晶成長を実施した。n型添加濃度を一定にし、Ge濃度を変えたSi結晶を一方向性凝固法で成長させた。また、比較のために同じ冷却速度成長条件でGe無添加結晶を成長させた。その結果、Ge低濃度添加の場合、Si結晶の劣化が抑制される現象を見出した。これは、Ge-空孔の複合体が不均一核形成センターとして働くことで、酸素析出物を形成し、その結果として格子間酸素濃度が減少することが要因であった。さらに、温度差徐冷法によるGa添加均一組成SiGeバルク結成長技術を開発するために、X線透過法を用いてGe融液中へSi結晶の溶解過程とSiGe結晶成長過程をその場観察し、温度勾配の効果を明らかにした。結晶溶解と成長過程に対して溶液対流が大きな影響を及ぼすことが示された。この知見を利用し、GaおよびSb添加均一組成SiGeバルク結晶を成長させた。