シリコン多結晶の微細組織制御と高効率薄膜太陽電池への応用

硅多晶微结构控制及其在高效薄膜太阳能电池中的应用

• 批准号: 10F00058
• 负责人: 宇佐美 徳隆
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00058/
• 关键词: Si多結晶; Al誘起層交換成長法; 太陽電池; その場観

本研究では、組織制御された高品質なSi薄膜多結晶による高効率薄膜太陽電池の実現のため、ガラス基板上に、<111>配向し、キャリアの再結合中心となるランダム粒界や欠陥を低減した大粒径(数十～数百ミクロン)で表面平坦性に優れたSi薄膜多結晶の実現を目指す。成長の基本技術として、Al誘起層交換成長法について検討を行い、成長過程のモフォロジー・結晶構造・電子状態変化などを「その場観察」することにより、そのメカニズムを根源的に解明し、新たな成長技術の開発のための指導原理を構築することを目的とする。成長温度とSi薄膜の方位分布の関係を調べたところ、熱処理温度の増加に伴い、{111}面が占める割合が減少し、{100}面の割合が増加した。さらに、試料断面の方位解析を行ったところ、Siが特定の方位に配向している場合でも、Alの方位はランダムであり、Alの粒径はSiと比較して、遥かに小さいことがわかった。これまでの報告では、熱処理時に形成されるAl酸化物とSiのエピタキシャル関係により、Siの優先方位が決定されるとされていたが、本研究の結果は、Siの優先方位と、Alの方位が無関係であることを示している。この結果から、我々は優先方位が、全自由エネルギーを最小化するようなメカニズムで決定されていると考えた。つまり、低温で成長速度が遅い場合は、表面エネルギーの小さいSi{111}が支配的となり、高温で成長速度が速い場合には、ラフ面であるSi{100}が支配的となるというモデルである。

This study で は, organization system of imperial さ れ た な Si thin film more high quality crystal に よ る high working rate of thin film solar cell の be presently の た め, ガ ラ ス substrate に, < 111 > match to し, キ ャ リ ア の recombination center と な る ラ ン ダ ム LiJie や owe 陥 を low cut し た large particle size (dozens to hundreds of ミ ク ロ ン) で surface flatness に optimal れ た Si thin film crystallization の more be Now を refers to す. Growth の basic technical と し て, exchange of Al induced layer growth process に つ い て beg を 検 い, growing process の モ フ ォ ロ ジ ー, crystal structure, electron state - the な ど を "そ の 観 examine" す る こ と に よ り, そ の メ カ ニ ズ ム を roots に interpret し, new た な growth technology の 発 の た め の guiding principle を build す る こ と を purpose と す る. と Si thin film growth temperature の bearing distribution の masato is を adjustable べ た と こ ろ temperature, thermal 処 の raised plus に い, {111} plane が of め る cut が reduce し, {100} surface が raised の cut plus し た. さ ら に の azimuth resolution, sample section line を っ た と こ ろ, Si に が の specific azimuth match to し て い る occasions で も, Al の bearing は ラ ン ダ ム で あ り, Al の size は Si と comparison し て, remote か に small さ い こ と が わ か っ た. こ れ ま で の report で は, hot 処 さ に formation during れ る Al acidification content と Si の エ ピ タ キ シ ャ ル masato is に よ り, Si の preferred orientation が decided さ れ る と さ れ て い た が, this research results の は, Si の preferred orientation と, Al の azimuth が no masato で あ る こ と を shown し て い る. こ の results か ら, I 々 は preferred orientation が, whole free エ ネ ル ギ ー を minimize す る よ う な メ カ ニ ズ ム で decided さ れ て い る と exam え た. つ ま り, low temperature で growth が 遅 は い occasions, surface エ ネ ル ギ ー の small さ い Si {111} が と dominated な り, high-temperature で が growing speed い occasions に は, ラ フ surface で あ る Si {100} が と dominated な る と い う モ デ ル で あ る.

项目成果

In-situ observation of polycrystalline Si thin films grown using Al-doped ZnO on glass substrates by the aluminum-induced crystallization

原位观察通过铝诱导结晶在玻璃基板上使用掺铝 ZnO 生长的多晶硅薄膜

• 发表时间: 2010
• 作者: M.Jung;A.Okada;T.Saito;T.Suemasu;N.Usami
• 通讯作者: N.Usami

On the controlling mechanism of microstructures in polycrystalline Si thin film by Al-induced crystallization

铝诱导晶化对多晶硅薄膜微观结构的控制机制

• 发表时间: 2010
• 作者: N.Usami;M.Jung;T.Suemasu
• 通讯作者: T.Suemasu

In situ observation of polycrystalline Si thin films grown using Al-doped ZnO on glass substrate by the Al-induced crystallization

原位观察 Al 掺杂 ZnO 在玻璃基板上通过 Al 诱导晶化生长的多晶 Si 薄膜

• 发表时间: 2011
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys.
• 作者: M.Jung;A.Okada;T.Saito;T.Suemasu;C.Y.Chung;Y.Kawazoe;N.Usami
• 通讯作者: N.Usami

Impact of Al-doped ZnO layer on growth of polycrystalline Si thin films by the aluminum-induced layer exchange method

Al掺杂ZnO层对铝诱导层交换法生长多晶硅薄膜的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: M.Jung;A.Okada;T.Saito;T.Suemasu;N.Usami
• 通讯作者: N.Usami