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高効率フレキシブル太陽電池基盤技術

  • 工学部/工学研究科

教授 宇佐美 徳隆[うさみ のりたか]

http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/photonics/

シーズの概要

クリーンなエネルギー源である太陽電池のさらなる普及には①省スペースで大きな出力を得るための高いエネルギー変換効率②さまざまな場所に取り付けることが可能な軽量・フレキシブル性③光暴露した状態で長く利用できる高耐久性を兼ね備えた太陽電池の創製が希求されています。我々は、フレキシブル性が発現する100ミクロン厚以下のシリコン基板をベースとする太陽電池に、資源が豊富な元素で構成され、高い耐久性を有するシリサイド半導体を積層することで高効率フレキシブル太陽電池の実現を目指しています。

この研究の新規性・独創性

我々は、薄型シリコン基板にも適用可能な独自の光マネジメント用フォトニックナノ構造形成技術や、高性能パッシベーション技術を保有しています。また、トップセルに適用可能な新規半導体材料として、資源が豊富な元素で構成される半導体であるバリウムシリサイドの研究開発を行っています。バリウムシリサイドは、バンドギャップ、光吸収係数、少数キャリア寿命などが太陽電池応用に適した値をもっています。我々は、空気中で安定なバリウムシリサイド顆粒を原料とする真空蒸着法によって、シリコン基板上に単相かつa軸配向したシリサイド薄膜を得る独自技術を保有しています。化合物を蒸発源としているため気相組成と基板温度の制御が高品質な膜を成長する鍵となります。予め基板表面に高濃度ドープしたシリコン膜や、異種元素との混晶膜を成膜しておくことで、電子物性制御も可能です。

産学連携を目指した応用研究

 大学の小型成膜装置で得られた知見をベースに、大面積基板に均質にシリサイド薄膜を成長する応用研究に展開することで、高効率フレキシブル太陽電池の社会実装を加速することができます。太陽電池だけで平均走行距離に必要な電力を供給可能な次世代自動車、経済的インパクトの大きい建材一体型太陽電池の開発、CO2排出量ゼロを達成するネットゼロエネルギーハウスの実現も夢ではないと考えています。

一言アピール

我々は、研究成果の迅速な社会還元を意識し、研究資源が豊富で安全であり社会的受容性にも優れたシリコンをベースとする材料を主たる研究対象に選定し、研究の出口を明確にして研究を実施しております。産学連携研究にも、研究の初期段階から積極的に取り組んでまいりたいと思います。

キーワード

バリウムシリサイド、光マネジメント、タンデム型太陽電池、フレキシブル太陽電池

保有技術

  • 結晶成長・結晶加工技術(バルクからナノまで)
  • 太陽電池作製プロセス・評価技術
  • 半導体光学特性・電気的特性評価技術
  • 微細構造評価技術

主な機器

  • ガスソース分子線エピタキシー装置
  • プラズマCVD装置
  • ALD装置
  • ナノ空間分光顕微鏡
  • 少数キャリア寿命測定装置
  • ソーラーシミュレータ
  • 蛍光イメージング

主な特許

  • 特開 2015-220371 半導体装置およびその製造方法
  • 特開2016-008316 MSi2(MはMg、Ca、Sr、Ba、Raから選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属)膜の製造方法
  • 特開2016-031984 光吸収材料及びその製造方法、光吸収材料前駆体、並びに表面構造体

主な論文

  • Exploring the Potential of Semiconducting BaSi2 for Thin-Film Solar Cell Application, Journal of Physics D: Applied Physics 50, 023001 (2017).
  • p-BaSi2/n-Si heterojunction solar cells with conversion efficiency reaching 9.0%, Applied Physics Letters 108, 152101 (2016).
  • Fabrication of single-phase polycrystalline BaSi2 thin films on silicion substrates by vacuum evaporation for solar cell applications, Japanese Journal of Applied Physics 54, 08KC03 (2015).
  • Determination of bulk minority-carrier lifetime in BaSi2 earth-abundant absorber films by utilizing a drastic enhancement of carrier lifetime by post-growth annealing, Applied Physics Express 6, 112302 (2013).