大面積III-V多接合太陽電池に関する研究

無転位・単結晶希薄窒化物半導体の成長技術の探求

ステータス基礎実証実用化準備

概要

“III-V/Siヘテロ成長”と“ウエハ接合”という正反対のアプローチを組み合わせ、従来利用されている化合物基板上では達成不可能な低環境負荷かつ大面積(直径150 mm以上)の化合物多接合太陽電池の作製技術の研究開発を行なっています。具体的には、本研究室が開発した世界最高レベルの低欠陥(10⁵cm^-2)ヘテロ成長技術と新開発の薄膜転写プロセス(特許出願済)により量産性を飛躍的に向上させ、高効率III-V族太陽電池の開発を目指しています。

研究キーワード

従来技術

化合物半導体を使用した太陽電池は高い変換効率を発揮しますが、環境負荷低減や大面積化の観点でメリットが十分に活かしきれていません。

優位性

Siに原子間隔が等しく、かつエネルギーバンドを自在に設計できる混晶材料を新たに開発することにより、大面積・高効率太陽電池の実現を可能になります。

特徴

《大面積化合物半導体太陽電池の開発構想》

Si基板上に高効率GaAsPN太陽電池薄膜構造をヘテロ成長し、ウエハ接合技術により、薄膜構造を低価格基板(例：ポリカーボネイト)に転写し太陽電池デバイスを製作
分離したSi基板の再利用方法を確立
量産性に優れた高効率セル製作が可能となる

本構想実現には、構造欠陥を回避するため原理的にSi格子整合系材料で、かつ、太陽電池応用に2.0eV以下のバンドギャップ材料である必要がありますが、その材料結晶成長が困難なため開発されていません。本研究では、リン(P)系希薄窒化物混晶を考案し、バンドギャップ2.0eV以下のSi格子整合系材料のデバイス化を目指しました。

従来の成長技術で、成長の極初期にガリウム液滴の形成によるSi基板のメルトバックエッチングが生じることを解明し、原料供給量を変調した成長方法を世界で初めて考案しました。

【成果】