広禁制帯幅半導体との複合による極限高効率シリコン太陽電池の開発

本研究は、Siならびにそれに格子整合して成長させた広禁制帯幅半導体との複合材料系を用い、太陽光の広波長領域にわたって光エネルギーを最大限有効に活用し、30%を越える極限高効率を達成する新構造Si太陽電池と開発することを目的とする。具体的にはSiに格子整合するGaPを緩衝層とし、その上に最適な禁制帯幅を持つGaP系広禁制帯幅半導体を成長させ、Siとの複合太陽電池構造を形成する。(1)高品位結晶の精密制御成長と評価、(2)価電子制御と高効率素子の試作、の2つの課題を中心に据え研究を遂行した。有機金属気相成長法において、原料供給量を制御し、GaP系混晶半導体の組成比を変化させ、禁制帯幅を精密に制御することに成功した。成長温度、原料流量比、など高品位単結晶を得るための最適成長条件を確立した。高効率素子の実現には価電子制御と接合形成が不可欠である。とくに、複合化に必須のGaPとSiとの素子接合に、高濃度に不純物を添加したトンネル接合を設けることを試みた。添加原料の選択により、GaP系半導体では報告されている中では最高の濃度を達成した。不純物濃度とトンネル電流特性の関連を明らかにし、複合構造素子に最適なトンネル接合の形成技術を確立することが急務である。

本研究は、Siならびにそれに格子整合して成長させた広禁制帯幅半導体との複合材料系を用い、太陽光の広波長領域にわたって光エネルギーを最大限有効に活用し、30%を越える極限高効率を達成する新構造Si太陽電池と開発することを目的とする。具体的にはSiに格子整合するGaPを緩衝層とし、その上に最適な禁制帯幅を持つGaP系広禁制帯幅半導体を成長させ、Siとの複合太陽電池構造を形成する。(1)高品位結晶の精密制御成長と評価、(2)価電子制御と高効率素子の試作、の2つの課題を中心に据え研究を遂行した。有機金属気相成長法において、原料供給量を制御し、GaP系混晶半導体の組成比を変化させ、禁制帯幅を精密に制御することに成功した。成長温度、原料流量比、など高品位単結晶を得るための最適成長条件を確立した。高効率素子の実現には価電子制御と接合形成が不可欠である。とくに、複合化に必須のGaPとSiとの素子接合に、高濃度に不純物を添加したトンネル接合を設けることを試みた。添加原料の選択により、GaP系半導体では報告されている中では最高の濃度を達成した。不純物濃度とトンネル電流特性の関連を明らかにし、複合構造素子に最適なトンネル接合の形成技術を確立することが急務である。