シリコン結晶膜の転写とナノ多孔粒子の導入による極薄フレキシブル太陽電池の高効率化

通过转移硅晶体薄膜和引入纳米多孔粒子提高超薄柔性太阳能电池的效率

基本信息

批准号：
22K04879
负责人：
佐藤慶介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Denki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04879/
关键词：
ナノ材料太陽電池フレキシブル転写エネルギー効率

项目摘要

本研究課題では、極薄フレキシブル太陽電池の発電効率と大気環境下での耐久性の向上を図るべく、フレキシブル基板上への極薄シリコン結晶膜の転写技術、シリコンナノ多孔粒子の表面改質技術、多孔部分への導電性ポリマーの浸透度向上技術を確立し、さらに、光電変換層に導入する電子/正孔輸送層と高屈折層を最適化することで、高発電効率ならびに大気環境下での高耐久性を有する極薄フレキシブル太陽電池を創製することである。今年度取り組んだ内容としては、フレキシブル基板上への極薄シリコン結晶膜の転写技術について検討を行った。本研究では、シリコン基板表面にスピンコーターを用いて剥離用テンプレート材料として酸化グラフェン膜を塗布し、その上にスパッタリング装置を用いて極薄シリコン結晶膜を堆積させた。酸化グラフェン膜の塗布に関しては、酸化グラフェン分散溶液を作製し、酸化グラフェンの濃度を可変させてシリコン基板表面への塗布を行った。その結果、0.3wt%の濃度に対してシリコン基板表面に一様に塗布されていることを確認した。また、極薄シリコン結晶膜に関しては、発電層として使用するため、太陽光の反射率を低減でき、高い吸収率を得ることができるナノワイヤ構造に加工する必要がある。そのため、光吸収率とナノワイヤ長の最適化を図ったところ、約800nmの極薄シリコン結晶膜において良好な結果を得ることができた。極薄シリコン結晶膜の転写に関しては、テープによるテンプレート材料からの剥離を行ったところ、極薄シリコン結晶膜の剥離領域が小さく、シリコン基板からの剥離に課題が残った。引き続き、剥離用テンプレート材料の改良を行うことで極薄シリコン結晶膜の剥離領域の拡張を図る必要がある。

在本研究项目中，为了提高超薄柔性太阳能电池在大气环境中的发电效率和耐久性，我们将开发将超薄硅晶体薄膜转移到柔性基板上的技术以及硅纳米多孔颗粒的表面改性技术。，多孔部分的导电端口通过建立提高铰刀渗透性的技术以及优化光电转换层中引入的电子/空穴传输层和高折射层，我们实现了极高的发电效率和大气条件下的高耐久性，目的是创造薄型柔性。太阳能电池。作为今年工作的一部分，我们研究了超薄硅晶体薄膜到柔性基板上的转移技术。在这项研究中，使用旋涂机将氧化石墨烯薄膜作为模板材料剥离到硅基板的表面上，并使用溅射装置在其顶部沉积超薄硅晶体薄膜。关于氧化石墨烯膜的应用，制备氧化石墨烯分散溶液，改变氧化石墨烯的浓度并将其涂敷至硅基板表面。结果，证实硅基板表面以0.3wt％的浓度均匀地涂覆。此外，由于超薄硅晶体薄膜用作发电层，因此需要将其加工成纳米线结构，以减少太阳光的反射率并获得高吸收率。因此，通过优化光吸收率和纳米线长度，我们能够在800 nm左右的超薄硅晶体薄膜上获得良好的结果。关于超薄硅晶体膜的转印，当使用胶带将其从模板材料上剥离时，超薄硅晶体膜被剥离的面积很小，并且在将其从硅剥离时仍然存在问题基材。随后，需要通过改进剥离模板材料来扩大超薄硅晶膜的剥离面积。