Development of a New Method to Prepare Polycrystalline Silicon Thin Films for High-Efficiency and Low-Cost Solar Cells

开发一种制备高效低成本太阳能电池多晶硅薄膜的新方法

基本信息

  • 批准号:
    09480102
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    1997
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1997 至 1999
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research has been made with the aim at developing a new electrochemical method to prepare polycrystalline silicon (Si) thin films for high-efficiency and low-cost solar cells of a new type. In the new method, cheap silicon tetrachloride (SiClィイD24ィエD2), as the silicon source, was electrochemically reduced at the cathode (conductive substrate), with a molten salt used as the electrolyte. Much effort has been made to solve the problems of a very low solubility of SiClィイD24ィエD2 in the molten salt and of resulting inhomogeneous deposition of polycrystalline Si thin films. A mixed salt of aluminum trichloride and n-butylpyridinium chloride dissolved SiClィイD24ィエD2 in high concentrations, but its use was limited only below 100℃, resulting in the deposition of amorphous Si films. It was finally found that the use of a rotating cathode, only a half of it being immersed in the electrolyte, together with an eutectic melt of lithium chloride and potassium chloride as the electrolyte, gave a fairly homogeneous polycrystalline Si films. In parallel to these studies, basic studies have been made on the fabrication of a new junction appropriate for the use of polycrystalline Si films. It was found that Si-H termination bond could be converted to Si-X (X=halogen) bonds by immersin in concentrated hydrogen halide solutions containing a small amount of an oxidant, which led to shifts in the Si band edges. Interestingly, immersion of atomically flat n-Si (111) surfaces in a hydrogen iodide solution led to formation of ordered iodine nano-rods. Similar nano-rods of nickel were also formed when it was electrochemically deposited. Solid-state solar cells of a new type, "n-Si/p-CuI/ITO", gave a high open-circuit photovoltage (Voc) of 0.617 V, close to a theoretical value.
这项研究的目的是开发一种新的电化学方法,以制备多晶硅(SI)薄膜,以提高新型类型的高效和低成本太阳能电池。在新方法中,作为硅源,便宜的四氯化硅(Sicli D24)在阴极(导电底物)的电化学上降低,并用用作电解质的熔点。已经付出了很多努力来解决Sicli D24E D2在熔融盐中的非常低溶液的问题,并导致多晶Si薄膜的不均匀沉积。三氯化铝和N-叔丁基吡啶二氮的混合盐以高浓度溶解的Sicli D24E D2溶解,但其使用仅限制在100°以下,导致无定形SI膜沉积。终于发现,使用旋转阴极,其中只有一半浸入电解质中,以及氯化锂和氯化钾的共晶熔体作为电解质,产生了相当均匀的多晶Si膜。与这些研究并行,已经对适合使用多晶Si膜的新连接的制造进行了基础研究。发现Si-H终止键可以通过浸入浓缩的氢化氢溶液中,将含量少量的氧化液转化为Si-X(X =卤素)键,从而导致Si带边缘的变化。有趣的是,在碘化氢溶液中浸入原子扁平的N-Si(111)表面导致形成有序的碘纳米棒。当电化学沉积时,还形成了类似的纳米棒。新型“ N-Si/p-Cui/ITO”的固态太阳能电池的高开路光电压(VOC)为0.617 V,接近理论值。

项目成果

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专利数量(0)
K. Murakoshi: "Anisotropic Agglomeration of surface-Modified Gold Nanoparticles in Solution and on Solid Surfaces"Jpn. J. Appl. Phys.. (in press).
K. Murakoshi:“表面改性金纳米颗粒在溶液中和固体表面上的各向异性团聚”Jpn。
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Fujitani: "Modulation of Flat-band Potential and Increase in Photovoltage for n-Si Electrodes by Formation of Halogen Atom Terminated Surface Bonds" Chem.Lett.1041-1042 (1997)
M.Fujitani:“通过形成卤素原子终止表面键来调节 n-Si 电极的平带电势和增加光电压”Chem.Lett.1041-1042 (1997)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M. Ishida: "Structural Control of Semiconductor Surfaces on Atomic an Nanometer Scales for Efficient Solar Energy Conversion"Z. Phy Chem. 212. 99-106 (1999)
M. Ishida:“原子纳米级半导体表面的结构控制以实现高效太阳能转换”Z。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Ishida: "Structural Control of Semiconductor Surfaces on Atomic and Nanometer Scales for Efficient Solar Energy Conversion" Z.Phy Chem.(in press). (1998)
M.Ishida:“在原子和纳米尺度上对半导体表面进行结构控制以实现高效太阳能转换”Z.Phy Chem.(正在出版)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Morisawa: "Electrochemical Metal Deposition on Atomically Nearly-Flat Silicon Surfaces Accompanied by Nano-Hole Formation" Electrochim.Acta. (in press). (1998)
K.Morisawa:“原子近平坦硅表面上的电化学金属沉积伴随纳米孔的形成”Electrochim.Acta。
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