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。

在本研究中，为了提出一种用于低能量负载光伏器件的新型硅（Si）薄膜形成方法，我们将基于基本反应机理的知识，通过工艺设计开发Si电解沉积（电沉积）方法。我们的目标是建立这一点。特别是，p-n结界面的形成对于将Si介质应用于光伏器件非常重要，主要目标是开发用于此目的的方法。此外，我们还致力于阐明其所需的电沉积反应机理，并以计算化学方法和光谱测量为重点，构建可应用于该系统的独特分析系统，并应用该系统进行反应分析。系统。。先前的研究重点是提高电沉积获得的硅薄膜的纯度，阐明重要的杂质引入机制，并开发基于这些因素的掺杂剂共析沉积方法。在2021财年的研究中，即研究的第一年，我们能够开始一系列的研究，例如沉积的Si薄膜的进一步纯化、掺杂剂共析物以及对其机理的基本分析，并且我们将改进后续研究。除了确认优化对于实现高纯度有效外，还尝试构建了掺杂剂共析工艺，并成功制造了 p-n 结界面。基于此，2012年度，我们进一步推进了提高薄膜纯度和开发p-n结界面形成方法的研究。为了提高薄膜的纯度，我们将像2021年一样继续优化电沉积后的后处理，并采用高压环境电解系统，可以提高电解液中Si薄膜前驱体SiCl4的浓度我们还考虑了提高纯度的方法。结果发现，热处理作为后处理步骤是有效的，并且可以通过在2个大气压的高压环境下进行电沉积来提高薄膜的纯度。在形成p-n结界面时，p型Si薄膜的形成是一个特殊问题，但通过优化条件，我们发现在各种参数中控制电位尤为重要，并且我们发现控制获得了精确控制的策略，该势对于形成p-n结界面特别重要。