表面・界面物性制御による極低反射率結晶シリコン太陽電池の超高効率化

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今年度は、太陽電池裏面でのキャリア再結合を低減するために、太陽電池裏面にシリコンナノクリスタル（nc-Si）層を形成し、ホウ素を拡散してBSFを形成する手法について検討を行った。KPFM法を用いた伝導帯下端のエネルギー観察と、XPSを用いた価電子帯上端のエネルギー観察によってnc-Si層のバンド構造を調査したところ、nc-Si層のバンドギャップは、バルクシリコンよりも最大で0.7 eV程度大きいことが分かった。このnc-Si層にホウ素を拡散することで、より大きな電位差を有するBSFが形成できると考えられる。化学的転写法では、フッ化水素酸と過酸化水素水の混合液に極微量（1 ppm）の銀イオンを添加することで、表面からバルクに向かって空孔率が小さくなるnc-Si層が形成できる。このnc-Si層では、空孔率の勾配に応じて表面からバルクに向かって屈折率が連続的に大きくなることで、極低反射表面が得られるが、nc-Si層のバンドギャップはバルクから表面に向かって緩やかに変化する。一方、化学的転写法の反応液中に銀イオンを添加しない場合、nc-Si層中のシリコンナノ結晶のサイズがある程度均一なnc-Si層が形成される。このnc-Si層を形成した場合、極低反射表面は得られないが、バルクシリコン/nc-Si層界面で急激にかつ大きくバンドギャップが拡大することが、KPFM法とXPSを用いたエネルギー観察からわかった。すなわち、前者のnc-Si層を「勾配タイプ」、後者のnc-Si層を「均一タイプ」のnc-Si層とした場合、均一タイプのnc-Si層ではより強力な電界が形成されることが分かった。実際にこの均一対応のnc-Si層に対してホウ素を拡散し、BSFを形成したところ、通常の結晶シリコンに対してホウ素を用いてBSFを形成した場合よりも効果的にキャリア再結合が防止できることを示す結果が得られた。