多機能性透明導電膜を用いた銅ペーストシリコン太陽電池の開発

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本研究では、Al添加ZnO(AZO膜)に着目し、これまでの研究でAZO膜を用いたCuペーストセル特性は既存のAgセルを超える世界初の結果を得ている。一方で、実用化のためには、AZOのCu拡散バリア性、導通性、密着性を学術的観点から調査し、Cu/AZO/Si間での界面反応の解明及び伝導機構を理解する必要がある。AZO膜の膜厚、Cuペースト配線の焼成温度、雰囲気、時間を変化させた太陽電池セル試料を作製し、各パラメータに対する特性変化とその起因する原因究明を行った。C-V測定によりAZOのCu拡散バリア性はAZO膜の膜厚が5nm以上必要であることが分かったが、還元温度475℃以上ではCuのSiへの拡散が確認された。Cu/AZO、AZO/Si間における界面反応変化を組織観察し、各界面で形成された界面反応層の組成分析、化学結合状態を同定した。また、Cu/AZO/Si間の界面接触抵抗を算出することで、既存Agセルのそれと比較するとともに、エネルギーバンド構造を明確にした。スパッタ蒸着によってSi基板に成膜されたAZO膜は、膜厚の増加に伴って、結晶性が向上し、キャリア濃度が変化した。このことがCu/AZO間のバンド構造、特に空乏層幅が変化し界面接触抵抗率に大きく寄与することが明らかになった。また、銅ペーストの焼成条件はCu粒子の焼結性及び有機溶媒の除去を目的とした酸化雰囲気下での焼成、酸化したCuの還元のための還元雰囲気下で焼成から成る。これらの焼成雰囲気と温度に対するセル特性への影響は、いずれも焼成温度、時間に比例してセル特性が劣化した。これらの原因は、酸化焼成ではAZO/Si間の絶縁性の界面反応層の形成が界面接触抵抗の増加、還元焼成ではCu/AZO/Si間の密着性の低下が原因であることが分かった。