大平研究室 大平 圭介 准教授

Photo: 大平 圭介 准教授

〈専門分野〉太陽電池、半導体工学、薄膜形成
〈キーワード〉グリーンイノベーション、デバイス物理、半導体物性、太陽電池

新規プロセス技術を駆使したシリコン系次世代太陽電池の開発

研究内容

 地球上に豊富に存在するシリコンを用いた太陽電池は、現在でも市場の大部分を占めており、また今後も、太陽光発電技術の主役であり続けることが期待されています。しかし一方で、さらなる低コスト化、高効率化が求められており、そのためにはより一層の技術的なブレークスルーが必要です。当研究室では、以下の新技術に着目し、シリコン系高効率太陽電池実現のための基盤技術の確立を目指しています。

1.瞬間熱処理よる太陽電池用多結晶シリコン薄膜形成

 キセノンランプにおけるミリ秒台の瞬間放電を利用したフラッシュランプアニール(FLA)は、数十J/cm2という、瞬間的には地上における太陽光の数万倍の強度のパルス光を照射できます。当研究室では、この手法を、安価なガラス基板上への多結晶シリコン薄膜の形成に応用する検討を行っています。非晶質シリコン膜をガラス基板上に形成し、一度のFLA光照射を行うだけで、膜厚4μm以上の多結晶シリコン膜が形成できます。水素を含有した非晶質シリコン膜を前駆体に用いると、結晶化後も膜内に多量の水素原子が残留し、シリコンの未結合手が終端されるため、低欠陥の多結晶シリコン膜が形成でき、高効率薄膜太陽電池用材料としての利用が期待されます。このFLAによる非晶質シリコン膜の結晶化の現象解明および制御と、形成される多結晶シリコン薄膜の太陽電池応用について研究を行っています。

岩崎研究室イメージ

2.触媒化学気相堆積(Cat-CVD)の太陽電池応用

 加熱した触媒体線での接触分解反応により原料ガスを分解して薄膜を形成するCat-CVD法は、膜堆積時の基板材料への損傷を低減でき、結晶シリコン表面でのキャリアの再結合を大幅に抑制可能な高品質パッシベーション膜を形成できることから、バルク結晶シリコン太陽電池の高効率化が期待されます。Cat-CVD法の研究開発の中心である松村特任教授のグループと共同で、本テーマに取り組んでいます。

3.液体シリコンプロセスの太陽電池応用

 真空プロセスを使用せずに非晶質シリコン薄膜などを形成できる液体シリコンプロセスは、材料の無駄を極限まで減らせるため、太陽電池の製造コストを大幅に低減できる可能性を有しています。下田教授のグループとの共同で、太陽電池応用を目指した研究開発を進めています。

使用装置

フラッシュランプアニール装置、Cat-CVD装置、太陽電池特性評価装置、各種薄膜物性評価装置

過去5年間の主な研究業績

  1. Trinh Cham Thi, K. Koyama, K. Ohdaira, and H. Matsumura, Passivation Quality of A Stoichiometric SiNx Single Passivation Layer on Crystalline Silicon Prepared by Cat-CVD and Successive Annealing, Jpn. J. Appl. Phys., 53, 022301-1-6 (2014).
  2. Y. Sakuma, K. Ohdaira, T. Masuda, H. Takagishi, Z. Shen, and T. Shimoda, Effect of Annealing and Hydrogen Radical Treatment on the Structure of Solution-Processed Hydrogenated Amorphous Silicon Films, Jpn. J. Appl. Phys., 53, 04ER07-1-5 (2014).
  3. K. Ohdaira and H. Matsumura, Liquid-Phase Explosive Crystallization of Electron-Beam-Evaporated a-Si Films Induced by Flash Lamp Annealing, J. Cryst. Growth, 362, 149-152 (2013).
  4. K. Ohdaira and H. Matsumura, Flash-Lamp-Induced Explosive Crystallization of Amorphous Germanium Films Leaving Behind Periodic Microstructures, Thin Solid Films, 524, 161-165 (2012).
  5. Trinh Cham Thi, K. Koyama, K. Ohdaira, and H. Matsumura, Passivation Characteristics of SiNx/a-Si and SiNx/Si-rich SiNx Stacked Layers on Crystalline Silicon, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 100, 169-173 (2012).
連絡先

大平 圭介/E-mail:ohdaira@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1563 FAX:0761-51-1563
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/ohdaira/home.htm

当研究室では、太陽電池の高効率化に向けた先端技術に着目しますが、その根幹にある基礎科学をより重視して研究を進めたいと考えています。また、研究を通じて、太陽電池分野に貢献できる、自主性の高い人材の育成にも努めます。