広禁制帯幅半導体との複合による極限高効率シリコン太陽電池の開発

与宽带隙半导体结合开发极高效率硅太阳能电池

• 批准号: 06558069
• 负责人: 冬木 隆
• 金额: $ 4.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 1995
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06558069/
• 关键词: 広禁制帯幅半導体; 高効率太陽電池; 有機金属気相成長法; タンデム型太陽電池; ヘテロエピタキシ-

本研究は、Siならびにそれに格子整合して成長させた広禁制帯幅半導体との複合材料系を用い、太陽光の広波長領域にわたって光エネルギーを最大限有効に活用し、30%を越える極限高効率を達成する新構造Si太陽電池と開発することを目的とする。具体的にはSiに格子整合するGaPを緩衝層とし、その上に最適な禁制帯幅を持つGaP系広禁制帯幅半導体を成長させ、Siとの複合太陽電池構造を形成する。(1)高品位結晶の精密制御成長と評価、(2)価電子制御と高効率素子の試作、の2つの課題を中心に据え研究を遂行した。有機金属気相成長法において、原料供給量を制御し、GaP系混晶半導体の組成比を変化させ、禁制帯幅を精密に制御することに成功した。成長温度、原料流量比、など高品位単結晶を得るための最適成長条件を確立した。高効率素子の実現には価電子制御と接合形成が不可欠である。とくに、複合化に必須のGaPとSiとの素子接合に、高濃度に不純物を添加したトンネル接合を設けることを試みた。添加原料の選択により、GaP系半導体では報告されている中では最高の濃度を達成した。不純物濃度とトンネル電流特性の関連を明らかにし、複合構造素子に最適なトンネル接合の形成技術を確立することが急務である。

这项研究采用硅和与其晶格匹配生长的宽带隙半导体的复合材料系统，最大限度地有效利用太阳光的宽波长范围内的光能，并实现极高的目标。硅太阳能电池结构，以实现更高的效率。具体而言，采用与Si晶格匹配的GaP作为缓冲层，在其上生长具有最佳带隙宽度的GaP基宽带隙半导体，形成与Si的复合太阳能电池结构。我们围绕两个问题开展研究：（1）高质量晶体的精确控制生长和评估，（2）高效器件的价电子控制和原型制作。在金属有机气相外延中，我们通过控制原材料的供应量和改变GaP基混晶半导体的组成比，成功地精确控制了禁带宽度。建立了获得高质量单晶的最佳生长条件，如生长温度和原料流量比。价态控制和结形成对于实现高效器件至关重要。特别是，我们尝试在 GaP 和 Si 之间的器件结中添加高浓度杂质来创建隧道结，这对于复合材料的形成至关重要。通过选择添加剂原材料，我们实现了 GaP 基半导体报道的最高浓度。迫切需要阐明杂质浓度与隧道电流特性之间的关系，建立复合结构器件的最佳隧道结形成技术。

项目成果

T.Fuyuki: "Heteroepitaxial growth of InGap for extremely high-efficiency 2-terminal tandem solar cell with Si" Solar Energy Materials and Solar Cells. 35. 33-38 (1994)

T.Fuyuki：“InGap 的异质外延生长，用于具有 Si 的极高效率 2 端串联太阳能电池”太阳能材料和太阳能电池。

T. Fuyuki: "Assesment of combined TCO/metal rear contact for thin film amorphous silicon solar cells" Solar Energy Materials and Solar Cells. 39. 1-9 (1995)

T. Fuyuki：“薄膜非晶硅太阳能电池的组合 TCO/金属后接触的评估”太阳能材料和太阳能电池。

T.Fuyuki: "Silicon-based 2 terminal tandem solar cells with lattice-matched buffer layers" Memoirs of the Faculty of Engineering,Kyoto Univ.56. 97-116 (1994)

T.Fuyuki：“具有晶格匹配缓冲层的硅基2端子串联太阳能电池”京都大学工程学院回忆录56。

T. Fuyuki: "Preferentially-oriented polycrystalline Si growth for thin film solar cells using SiH2Cl2 decomposed in plasma" Proceedings of First World Conference on Photovoltaic Enerqy Conversion. 1383-1386 (1994)

T. Fuyuki：“利用等离子体中分解的 SiH2Cl2 进行薄膜太阳能电池的优先取向多晶硅生长”第一届世界光伏能量转换会议论文集。