Mechanistic Understanding and Process Development of Electrodeposition of Doped-Si Thin Film

掺杂硅薄膜电沉积的机理理解和工艺开发

基本信息

批准号：
21K04668
负责人：
國本雅宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、エネルギー負荷の低い新規な太陽光発電デバイス用シリコン（Si）薄膜形成手法の提案を視野に、基礎的な反応機構解析の知見に基づくプロセス設計を通じてSi電解析出（電析）法を確立することを目指している。特にSi媒体を太陽光発電デバイスとして適用するためp-n接合界面の形成が重要であるとし、そのための手法開発が主な目標である。さらにそれにあたって必要となる電析反応機構の解明にも力点を置き、計算化学手法や分光計測に着目して当該系に適用可能な独自の解析系の構築とその応用による反応解析を進めている。従来までの研究では、電析によって得られるSi薄膜の高純度化とそれにあたり重要となる不純物混入機構の解明、そして、それらも踏まえたドーパント共析の手法開発が課題となっていた。検討開始初年度である２１年度の検討においては、電析Si薄膜の更なる高純度化、ドーパント共析、及びそれらメカニズムの基礎解析など一連の検討に着手でき、電析後の後処理工程の最適化が高純度化に対し有効である点が確認された他、ドーパント共析プロセスを試験的に構築しp-n接合界面が試作できていた。これを踏まえて２２年度は、薄膜高純度化とp-n接合界面形成手法開発の更なる検討を推進した。薄膜高純度化においては、２１年度に引き続き電析後の後処理の最適化に加え、電解液中におけるSi薄膜の前駆体であるSiCl4の濃度を高めることが可能な高圧環境電解系を利用することによる高純度化も検討した。その結果、後処理工程として熱処理が有効であること、及び、２気圧の高圧環境下での電析により薄膜純度を高められる可能性があることが見出された。p-n接合界面形成においては特に、p型Si薄膜の形成が課題となったが、条件最適化の結果、種々のパラメータの中でも特に電位の制御が重要であることを見出し、p-n接合界面形成の高精度制御の方針が得られた。

这项研究旨在通过基于基本反应机理分析的知识来建立一种通过过程设计建立SI电分析方法（电沉积）方法，目的是提出一种新型硅（SI）薄膜形成方法，用于具有低能负载的太阳能发电器件。特别是，由于SI媒体被用作太阳能发电设备，因此据说形成P-N结接口很重要，主要目标是为此目的开发一种方法。此外，我们还专注于阐明为此目的所需的电沉积反应机制，并着重于计算化学方法和光谱测量，以构建可以应用于系统的独特分析系统，并使用其应用进行反应分析。先前的研究是改善通过电沉积获得的Si薄膜的纯度的挑战，阐明了这项研究中重要的杂质污染机制，并考虑了考虑这些问题的掺杂剂肠道切除术的方法。 In the study in 2021, the first year of the study, we were able to begin a series of studies, including further improving the purity of electrolytic Si thin films, dopant eutecticity, and basic analysis of these mechanisms, and it was confirmed that optimization of post-treatment steps after electrolytic deposition is effective for improving the purity, and we were able to construct a dopant eutectic process on a trial basis to create a p-n junction 界面。考虑到这一点，在2012财年中，对薄膜高纯度的发展以及形成P-N结界面的方法的发展进行了进一步的考虑。为了提高薄膜的纯度，除了在2021财年中优化沉积后处理后，我们还通过利用高压环境电解系统来研究纯度的提高，该系统可以增加SICL4的浓度，这是电解质中SI膜的前体的浓度。结果，发现热处理作为治疗后步骤有效，并且在2 atm的高压环境下进行电穿孔可以增强薄膜的纯度。在P-N结界面的形成中，P型Si薄膜的形成已成为一个问题，但是由于条件优化，已经发现，在各种参数中，潜在的控制尤其重要，并且已经获得了对P-N交界处的高精度控制策略。