化学反応精細制御による高品質シリコン薄膜の低温成長と特性評価

薄膜太陽電池用として種々の材料が研究対象となっているが、中でも水素化アモルファスシリコン薄膜は直接遷移型の吸収が得られ可視光領域における光吸収係数に優れること、また光電変換デバイスとして用いた場合に高い開放電圧値が得られることなど、太陽電池材料として魅力的な特徴を持つ。一方でこの材料では光照射による欠陥密度の増大、すなわち光劣化現象が観測されており、本材料を用いたデバイスの特性低下が観測されることから、その抑制技術が必要となっている。本研究では水素化アモルファスシリコン薄膜における光劣化現象の抑制技術について検討を行った。水素化アモルファスシリコン薄膜における光劣化現象と、膜中に数at.%含まれるsi-H_2結合密度との間には相関性があり、その密度を減じることが光安定な膜を作製する上で必要な条件となっている。一般に高い基板温度条件においてSi-H_2結合密度の低減化は可能であるが、デバイス作製時、あるいは工業化を視野に入れた場合に高温条件は不利であることから、本研究では低温度条件において膜中Si-H_2結合密度の低減化を図る技術について検討を行った。メッシュをカソードと基板電極間に設置した三電極構造によるVHFプラズマCVD法による製膜を行うことで、従来の手法では膜中に2〜3at.%含まれる膜中Si-H_2結合密度を、基板温度250℃において0at.%(〜5×10^<20>cm^<-3>)まで低減下することに成功した。得られた膜は高い光安定性を示し、優れた電気特性を示す。また得られた膜を発電層に用いて太陽電池を試作した。通常の膜では初期効率に対して光劣化率が約20%程度であるが、本研究で得られた膜ではその光劣化率が5%と極めて低い値が得られ、これは本手法で作製したアモルファスシリコン薄膜の高い光安定性を反映した結果と考えられる。

薄膜太陽電池用として種々の材料が研究対象となっているが、中でも水素化アモルファスシリコン薄膜は直接遷移型の吸収が得られ可視光領域における光吸収係数に優れること、また光電変換デバイスとして用いた場合に高い開放電圧値が得られることなど、太陽電池材料として魅力的な特徴を持つ。一方でこの材料では光照射による欠陥密度の増大、すなわち光劣化現象が観測されており、本材料を用いたデバイスの特性低下が観測されることから、その抑制技術が必要となっている。本研究では水素化アモルファスシリコン薄膜における光劣化現象の抑制技術について検討を行った。水素化アモルファスシリコン薄膜における光劣化現象と、膜中に数at.%含まれるsi-H_2結合密度との間には相関性があり、その密度を減じることが光安定な膜を作製する上で必要な条件となっている。一般に高い基板温度条件においてSi-H_2結合密度の低減化は可能であるが、デバイス作製時、あるいは工業化を視野に入れた場合に高温条件は不利であることから、本研究では低温度条件において膜中Si-H_2結合密度の低減化を図る技術について検討を行った。メッシュをカソードと基板電極間に設置した三電極構造によるVHFプラズマCVD法による製膜を行うことで、従来の手法では膜中に2〜3at.%含まれる膜中Si-H_2結合密度を、基板温度250℃において0at.%(〜5×10^<20>cm^<-3>)まで低減下することに成功した。得られた膜は高い光安定性を示し、優れた電気特性を示す。また得られた膜を発電層に用いて太陽電池を試作した。通常の膜では初期効率に対して光劣化率が約20%程度であるが、本研究で得られた膜ではその光劣化率が5%と極めて低い値が得られ、これは本手法で作製したアモルファスシリコン薄膜の高い光安定性を反映した結果と考えられる。