Ge基板上へのBaSi2薄膜太陽電池の作製と高効率タンデム型太陽電池の実現

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本研究では，n型BaSi2膜の高品質化，および太陽電池応用を行った。BaSi2のn型ドーパントであるPについて，拡散係数の導出，およびイオン注入を用いた太陽電池応用に着手した。これまでBaSi2太陽電池に用いられていたSbと比較して2桁小さい拡散係数を示し，イオン注入を用いたBaSi2太陽電池の初動作を実証した。この成果は，あらゆる手法により作製したBaSi2膜に応用可能であり，新なBaSi2太陽電池の設計方法を提示した。同様に，Bを用いたイオン注入によりBaSi2太陽電池を作製し，スパッタ法により作製したBaSi2膜へと応用した。これまでスパッタ法を用いた同時供給により作製したB-doped BaSi2膜はp型伝導を示さなかったが，Bのイオン注入により安定したp型伝導を初めて示した。さらに，p型BaSi2/n型Si接合型太陽電池の初実証に結実した。光学特性の向上においては，これまで高い光学特性を示してきたSi-rich条件で堆積したBaSi2膜への水素供給を行った。化学量論比の条件で堆積したBaSi2膜への最適な水素供給時間に比べ，短い供給時間で光学特性が向上した原因について，実験結果と理論計算の双方より考察を行い，その原理を解明した。第一原理計算はベラルーシ大学のMigas先生との共同研究により遂行した。上記の結果をもとに，n型BaSi2膜の太陽電池応用に向けて，デルフト工科大学との共同研究により光学シミュレーションソフトを用いた太陽電池設計を行った。太陽電池の基本構造はpn接合であるため，n型BaSi2光吸収層にはp型BaSi2層のキャリア輸送層が候補になる。しかし，p型BaSi2は光吸収係数が大きく，n型BaSi2膜での光電流密度が制限される。そこで，ワイドバンドギャップ半導体に着目し，最適な構造を決定した。