ゲルマニウム基板上へのバリウムシリサイド薄膜太陽電池作製とガラス基板上への展開

锗基板上硅化钡薄膜太阳能电池的制造及其在玻璃基板上的部署

• 批准号: 15J02139
• 负责人: 髙部 涼太
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02139/
• 关键词: 太陽電池; シリサイド半導体; 分子線エピタキシー; 点欠陥; 表面パッシベーション; 硬Ｘ線光電子分光

本年度は、BaSi2太陽電池の更なる高効率化に向け、光吸収層の高品質化を行った。一般に、多元素を同時供給する化合物半導体の成長では、それぞれの堆積レート比が結晶の諸特性に大きな影響を与えることが知られている。よって、高品質な化合物薄膜太陽電池を作製するうえで、それぞれの原子比を制御することが重要である。そこで、BaとSiの堆積レート比RBa/RSiを変えたBaSi2/Si(111)を作製し、結晶性や電気・光学特性を評価することで、BaSi2 pnホモ接合作製に向けた光吸収層の高品質化を目指した。まず、X線回折と反射高速電子回折により、RBa/RSiが1.0から5.1までの範囲でBaSi2がエピタキシャル成長することを確認した。次に、分光感度測定を行った結果、RBa/RSiの変化に対して分光感度スペクトルが敏感に変化し、RBa/RSi=2.2の試料で分光感度が最大になった。また、キャリア密度を測定したところ、RBa/RSi=2.2に近付くごとに電子密度が減少し、RBa/RSi=2.0～2.6の試料ではn型伝導からp型伝導に変化した。また、最少のホール密度は1×10^15 cm-3であり、従来のキャリア密度よりも一桁程度小さい値であった。更に、第一原理計算により、BaSi2中のSi空孔がバンドギャップ中に局在準位を形成し、ドナーとして働きうることが予測された。よって、MBE成長中のRBa/RSiが最適値から外れたときにSi空孔が生成され、それらがドナー不純物として働いていると考えられる。また、RBa/RSiが2.0～2.6の範囲でBaSi2の伝導型がn型からp型に変わった理由は、Si空孔等の密度がSi基板に残留していた汚染B密度を下回ったために起こったと考えている。以上より、BaSi2太陽電池の特性改善のためには、RBa/RSiを精密に制御することが重要であることが分かった。

今年，我们改进了光吸收层的质量，以进一步提高BaSi2太阳能电池的效率。通常，在同时供给多种元素的化合物半导体的生长中，已知各元素的沉积速率比对晶体的各种性能有很大影响。因此，在生产高质量的化合物薄膜太阳能电池时，控制各自的原子比非常重要。因此，我们制备了具有不同Ba和Si沉积速率比、RBa/RSi的BaSi2/Si(111)，并以高质量为目标评估了结晶度和电/光学性能。首先，我们通过X射线衍射和反射高速电子衍射证实BaSi2是外延生长的，RBa/RSi在1.0到5.1的范围内。接下来，作为光谱灵敏度测量的结果，光谱灵敏度光谱对RBa/RSi的变化敏感地变化，并且对于RBa/RSi＝2.2的样品，光谱灵敏度最大。另外，测定载流子密度时，随着接近RBa/RSi＝2.2，电子密度降低，在RBa/RSi＝2.0～2.6的样品中，导电性从n型变化为p型。此外，最小空穴密度为1×10^15 cm-3，比传统载流子密度小约一个数量级。此外，第一性原理计算预测BaSi2中的Si空位在带隙中形成局域能级，并且可以充当施主。因此，认为在MBE生长期间，当RBa/RSi偏离最佳值时，会产生Si空位，并且这些空位充当施主杂质。另外，当RBa/RSi在2.0～2.6范围内时，BaSi2的导电类型从n型变为p型的原因是Si空位等的密度变得低于B污染的密度。我想是的。由上可知，RBa/RSi的精确控制对于改善BaSi2太阳能电池的特性具有重要意义。

项目成果

Band alignments at native oxide/BaSi2 and amorphous-Si/BaSi2 interfaces measured by hard x-ray photoelectron spectroscopy

通过硬 X 射线光电子能谱测量原生氧化物/BaSi2 和非晶硅/BaSi2 界面的能带排列

• 发表时间: 2016
• 作者: Kohjiro Satoshi;Hirayama Fuminori;R. Takabe
• 通讯作者: R. Takabe

Impact of Ba to Si deposition rate ratios during molecular beam epitaxy on carrier concentration and spectral response of BaSi2 epitaxial films

分子束外延过程中 Ba 与 Si 沉积速率比对 BaSi2 外延薄膜载流子浓度和光谱响应的影响

• DOI: 10.1063/1.4994850
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Ryota Takabe;Tianguo Deng;Komomo Kodama;Yudai Yamashita;Takuma Sato;Kaoru Toko;and Takashi Suemasu
• 通讯作者: and Takashi Suemasu

Fabrication and characterization of BaSi2 films on Ge(111) substrates by molecular beam epitaxy

Ge(111)衬底上分子束外延BaSi2薄膜的制备与表征

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryota Takabe;Kaoru Toko;Kosuke O. Hara;Noritaka Usami;and Takashi Suemasu
• 通讯作者: and Takashi Suemasu

Ba/Siフラックス比の異なるundoped BaSi2/Si(111)のMBE成長

不同 Ba/Si 通量比的未掺杂 BaSi2/Si(111) 的 MBE 生长

• 发表时间: 2017
• 作者: 松田冬樹;手塚真樹;川上則雄;髙部 涼太，T. Deng，小玉 小桃，山下 雄大，都甲 薫，末益 崇
• 通讯作者: 髙部 涼太，T. Deng，小玉 小桃，山下 雄大，都甲 薫，末益 崇

Photoresponse measurement of highly oriented BaSi2 films on Ge(111) using solid phase epitaxy templates

使用固相外延模板测量 Ge(111) 上高度取向 BaSi2 薄膜的光响应

• 发表时间: 2016
• 作者: Rihito Kuroda;Shigetoshi Sugawa;R. Takabe
• 通讯作者: R. Takabe