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

Ge衬底上BaSi2薄膜太阳能电池的制作及高效叠层太阳能电池的实现

• 批准号: 22KJ0358
• 负责人: 青貫 翔
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0358/
• 关键词: 薄膜太陽電池; シリサイド半導体; バリウムシリサイド; ポストアニール; 伝導型制御; 光学特性

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。

在这项研究中，我们提高了n型BaSi2薄膜的质量并将其应用于太阳能电池。我们已经开始推导BaSi2 的n 型掺杂剂P 的扩散系数，并通过离子注入将其应用于太阳能电池。它的扩散系数比 BaSi2 太阳能电池中使用的 Sb 低两个数量级，并首次展示了使用离子注入的 BaSi2 太阳能电池的操作。该结果可应用于任何方法生产的BaSi2薄膜，并提出了一种设计BaSi2太阳能电池的新方法。类似地，通过使用B的离子注入来制造BaSi 2 太阳能电池，并将其应用于通过溅射制造的BaSi 2 膜。此前，通过溅射同时供给制备的B掺杂BaSi2薄膜并未表现出p型传导，但通过B离子注入首次证明了稳定的p型传导。此外，还首次实现了p型BaSi2/n型Si结太阳能电池的演示。为了改善光学性能，向在富硅条件下沉积的BaSi2薄膜提供氢，迄今为止该薄膜已表现出很高的光学性能。利用实验结果和理论计算，研究了与化学计量比条件下沉积的BaSi2薄膜的最佳供氢时间相比，短供氢时间改善光学性能的原因，并阐明了其背后的原理。第一性原理计算是与白俄罗斯大学米加斯教授合作进行的。基于上述成果，我们与代尔夫特理工大学联合研究，利用光学模拟软件设计太阳能电池，旨在将n型BaSi2薄膜应用于太阳能电池。由于太阳能电池的基本结构是pn结，因此p型BaSi2载流子传输层是n型BaSi2光吸收层的候选层。然而，p型BaSi2具有较大的光吸收系数，这限制了n型BaSi2薄膜中的光电流密度。因此，我们专注于宽带隙半导体并确定了最佳结构。

项目成果

Effects of Ba-to-Si deposition rate ratios on the electrical and photoresponse properties of arsenic-doped n-type BaSi2 films

Ba/Si 沉积速率比对砷掺杂 n 型 BaSi2 薄膜电学和光响应性能的影响

• DOI: 10.1016/j.tsf.2021.138969
• 发表时间: 2021
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: Aonuki Sho;Yamashita Yudai;Toko Kaoru;Suemasu Takashi
• 通讯作者: Suemasu Takashi

原子状水素パッシベーションによるSi-rich BaSi2膜の光学特性向上及び第一原理計算による機構考察

通过原子氢钝化改善富硅BaSi2薄膜的光学性能以及使用第一性原理计算的机理考虑

• 发表时间: 2022
• 作者: 青貫 翔;都甲 薫;D. Migas;末益 崇
• 通讯作者: 末益 崇

B-ion-implanted p-BaSi2膜の伝導型制御および太陽電池応用

B离子注入p-BaSi2薄膜的电导率控制及太阳能电池应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 青貫 翔;都甲 薫;末益 崇
• 通讯作者: 末益 崇

8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion

第八届世界光伏能源转换大会

• 发表时间: 2022

High optical performance of pseudo-single-crystal semiconductors formed on glass using layer-exchanged Ge seed layer

使用层交换Ge种子层在玻璃上形成的赝单晶半导体的高光学性能

• 发表时间: 2020
• 作者: T. Nishida;T. Suemasu;and K. Toko
• 通讯作者: and K. Toko