半導体ナノワイヤを用いた高効率多接合型太陽電池の研究

利用半导体纳米线的高效多结太阳能电池的研究

基本信息

批准号：
14J01520
负责人：
中井栄治
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01520/
关键词：
ナノワイヤ太陽電池化合物半導体結晶成長

项目摘要

今年度は先行研究で得たデバイス作製手法や知見を生かし、化合物半導体ナノワイヤを用いた多接合型太陽電池構造案のミドルセルの1つに相当するInGaAs（約1.1eV）ナノワイヤアレイ太陽電池の作製を行った。しかしながら、直列抵抗が4.72Ω/cm2と大きく、表面電極として用いた透明導電膜とナノワイヤ間の接触抵抗を下げる必要があった。そこで、本研究ではn型ドーパントとしてTESnを用いたコンタクト層の導入を提案した。これは高濃度ドーパントとして使用できることに加え、Snを含有する透明導電膜ITOとの接触性の良さも期待できるためである。しかしながら従来の結晶成長時のドーピング手法に従ってTESnを導入すると、ナノワイヤ形状に強く影響を与え、横方向成長を促進する結果となった。軸方向にpn接合を形成するために、パルスドーピング手法を用いて実効的なTESn分圧を細かく制御することで、縦方向にSnドープしたコンタクト層を得ることに成功した。コンタクト層の導入によりデバイスの直列抵抗を0.132Ω/cm2まで低減することに成功し、短絡電流密度が18.2mA/cm2、電圧が0.544、FFが0.721で、発電効率7.14％を達成した。また、関連研究では透明絶縁性樹脂を用いたナノワイヤアレイの剥離手法ならびに剥離後の成長用基盤再利用を提案した。特に剥離したナノワイヤアレイ構造の裏面に金属電極を真空蒸着法で堆積することで、約2μmと薄く、空間占有率13％と隙間の多い構造ながら、約400nmから900nmの波長範囲で平均82.7％の光吸収率を実証した。これらの結果から、低コストかつ高効率化が求められる次世代型太陽電池として、ナノワイヤアレイ構造が持つ可能性と優位性を実証することができた。

本财年，我们将利用之前研究中获得的器件制造方法和知识来制造InGaAs（约1.1 eV）纳米线阵列太阳能电池，这是拟议的使用化合物半导体纳米线的多结太阳能电池结构的中间电池之一。去了。然而，串联电阻高达4.72Ω/cm2，需要降低纳米线与用作表面电极的透明导电膜之间的接触电阻。因此，在本研究中，我们建议引入使用 TESn 作为 n 型掺杂剂的接触层。这是因为，除了可以用作高浓度掺杂剂之外，还可以期待与含Sn透明导电膜ITO的良好接触。然而，当在晶体生长过程中根据传统掺杂技术引入TESn时，它强烈影响纳米线形状并促进横向生长。为了在轴向形成pn结，我们通过脉冲掺杂技术精细控制有效TESn分压，成功获得了垂直Sn掺杂接触层。通过引入接触层，我们成功地将器件的串联电阻降低至0.132Ω/cm2，并实现了短路电流密度18.2mA/cm2、电压0.544、FF 0.721、发电效率7.14% 。在相关研究中，我们提出了一种使用透明绝缘树脂的纳米线阵列剥离方法，并在剥离后重复使用生长基板。特别是，通过使用真空蒸发在剥离的纳米线阵列结构的背面沉积金属电极，该结构很薄，约为2μm，并且具有13%的空间占用率，并且具有许多间隙，证明了光吸收率。这些结果证明了纳米线阵列结构作为需要低成本和高效率的下一代太阳能电池的潜力和优越性。