【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.21】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0181

利用課題名 / Title

BaSi₂薄膜太陽電池のガラス基板への展開

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

CVD,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,太陽電池/ Solar cell

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

末益 崇

所属名 / Affiliation

筑波大学大学院数理物質科学研究群

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

佐藤　匠

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

渡邉　拓

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-152：熱CVD

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

BaSi₂は禁制帯幅1.3eVの半導体であり、光吸収係数が薄膜太陽電池として実用化されているCIGS系と同等程度に大きい。また、資源が豊富な元素のみで構成されるため、薄膜太陽電池の新しい材料として研究されている[1-3]。これまでに、Si基板上のホモ接合型やヘテロ接合型太陽電池で、最高10%程度のエネルギー変換効率が達成されている。今後は、BaSi₂の高い光吸収係数を生かして真に薄膜太陽電池を目指すため、Si基板ではなくガラス基板への展開が重要である。本研究では、BaSi₂のSiとの親和性を残しつつ、ガラス基板上に形成するため、多結晶n⁺-Si層/W層/ガラス基板構造を形成し、その上に、スパッタ法でBaSi₂膜の形成を試みた。

実験 / Experimental

ガラス基板(Corning EAGLE XG)にRFスパッタ法にて、膜厚300nmのW膜を室温で堆積した。その後、試料を東北大学に送付して、熱CDV法にて厚さ150nmのn⁺-Si膜(電子密度 6x10¹⁸ cm^-3)を堆積し、n⁺-Si/W/SiO₂基板を形成した。このような基板を750℃に昇温し、BaSi₂とBaの2つのターゲットを同時にスパッタして、厚さ300nmのBaSi₂膜を形成すべく実験を行った。直径1mmのITO電極をスパッタ法で形成し、ウエットエッチングによりメサ構造を形成し、AM1.5照射下での光生成キャリアの分離を調べた。BaSi₂膜の形成は、Raman分光法で確認した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1に、メサ構造形成前 (w/o wet etching)、メサ構造形成後の試料部分(w/wet etching)、さらに、エッチングによりBaSi₂膜を除去したエリアのRamanスペクトルを示す。BaSi₂のSi四面体の振動に由来するピーク (Ag, Eg, Fg)が現れているため、BaSi₂膜が形成できたといえる。また、BaSi₂膜を除去したエリアは、Si膜がむき出しになっていると考えられ、520cm^-1付近に結晶SiのTOフォノンに由来する振動ピークが得られた。以上の結果から、多結晶n⁺-Si膜上に確かにBaSi₂膜が形成され、さらに、エッチングによりメサ構造の形成が確認された。
図2に、AM1.5照射下の外部量子効率スペクトルを示す。BaSi₂の禁制帯幅に相当する950nmよりも短波長領域でスペクトルが立ち上がっており、BaSi₂膜内で生成したキャリアが、外部に取り出せたといえる。今後、BaSi₂膜上にホール輸送層を堆積することで、光生成キャリアの取り出しが促進される。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. 試料のRamanスペクトル

図2 試料の外部量子効率スペクトル

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

(参考文献)
[1] T. Suemasu and N. Usami, J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 023001 (2017).(謝辞)
熱CVD法によるn⁺-Si膜の堆積では、渡邉拓様にお世話になりました。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件