大平 圭介 研究室

大平 圭介 准教授

環境・エネルギー領域
大平研究室  大平 圭介 准教授

シリコン系次世代太陽電池の研究開発―クリーンエネルギー社会の実現をめざして

瞬間熱処理による多結晶シリコン薄膜形成

本研究室では、シリコン(Si)を用いた新たな太陽電池の創出に、さまざまなアプローチを駆使して取り組んでいます。

一つは、ガラス基板上に非晶質Si膜を堆積し、フラッシュランプアニール(FLA)によって多結晶Si膜を形成する手法です。FLAは、瞬間的には晴天時の太陽光の何万倍もの強度をもつパルス光を照射する技術です。ここでポイントとなるのは、ミリ秒という照射時間です。短すぎると膜表面しか結晶化せず、長すぎるとガラス基板を損傷してしまうため、太陽光を充分に吸収する膜厚の多結晶Si膜を得るには、適した時間での熱処理が重要になります。

こうした結晶化について、メカニズムの解明も行っています。FLAによってある一か所で結晶化が起きると、非晶質状態と結晶状態とのエネルギー差により発熱が起き、近傍の領域の結晶化を誘起する、というように、あたかもドミノ倒しのような機構で横方向に結晶化が進みます。FLAによる結晶化は、こうした現象を応用しています。

触媒化学気相堆積法による太陽電池開発

化学気相堆積法(CVD)の中で工業的に主流であるプラズマCVDは、加速した電子を衝突させて原料ガス分子を分解する方法ですが、プラズマ損傷により、基板と薄膜との界面に欠陥を生成してしまう可能性があります。太陽電池では、薄膜界面の状態が発電効率に大きく影響します。

私たちは、本学松村英樹教授により開発された、Cat-CVD(Catalytic Chemical Vapor Deposition:触媒化学気相堆積)法を用いた、結晶Siに非晶質Siを堆積するヘテロ接合太陽電池形成に取り組んでいます。Cat-CVD法では、真空チャンバー内で、加熱した触媒体の表面で、原料ガスを接触分解反応により分解してラジカルにし、基板に堆積させます。この薄膜堆積法では、プラズマ損傷の影響が無いため、良好な結晶Si/非晶質Si界面を得ることができ、これまでに、世界最高水準の低表面再結合速度を実現しています。本研究は、松村研究室との共同で進めています。

液体Siプロセスによる太陽電池開発

下田研究室との共同研究として、液体Siプロセスによる太陽電池にも挑んでいます。
出発材料はシクロペンタシラン(CPS)という、5個のSi原子が環状につながり、各Siに2個の水素が結合した化合物です。CPSから光重合でポリシランを生成し、溶媒に溶かしてSiインクを作ります。Siインクを基板に均一に塗布し、焼成します。この塗布・焼成工程を3回行い、p型Si膜、光吸収層の真性(i型)Si膜、n型Si膜の3層の非晶質Si層を形成します。液体プロセスは、Siの固体やガス材料を用いるプロセスに比べて、材料利用効率が飛躍的に向上します。
この画期的なプロセスによるSi薄膜太陽電池の実用化に向けて、高効率、高品質化を進めています。

大平VOICE

化石燃料や原子力に依存しない世界を創りたい、それに貢献できる太陽電池を創ろう!という思いをかかえ続けて、2012年1月、大平研究室がスタートしました。本研究室では、必ず太陽電池に関わる研究を行うことができます。太陽電池に関心の高い方を歓迎いたします。


大平研究室の紹介
(2:14)

シリコン系次世代太陽電池の研究開発

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