利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23RO0008

利用課題名 / Title

太陽電池の製作と基礎実験

利用した実施機関 / Support Institute

広島大学 / Hiroshima Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

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）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

成膜・膜堆積,熱処理,ドーピング,電気計測,太陽電池/ Solar cell,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation

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)

佐々木康子

所属名 / Affiliation

広島大学附属高校

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

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

山田真司

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

RO-221：酸化炉
 RO-226：燐拡散炉
 RO-227：汎用熱処理装置

報告書データ / Report

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

高校 2 年生に対して、「先端研究実習」というカリキュラムを実施している。最新技術の一端を知ることを目的としている。その一つとして太陽電池について学ぶプログラムがあり、広島大学ナノデバイス研究所で作製した太陽電池ウェーハを使い、電極形成を生徒各自で行い、動作確認・測定・評価をおこなった。クリーンルーム内の設備と作業を見学した。

実験 / Experimental

広島大学ナノデバイスに作製依頼した太陽電池ウェーハに、生徒各自が電極形状を工夫し太陽電池を作製した。作製依頼したウェーハは、2 インチの P 型基板に、最初に酸化炉にて酸化膜をつけ、鏡面側のみリン拡散炉にてリン拡散を行い N 型にドープしたものである。電極作製は、ＩｎＳｎ半田での半田付け練習を行った後に、太陽電池ウェーハの裏面側にベタの電極を作製し、受光面となる表面には効率を考えながら各自電極形状を工夫して 15 枚作製した。動作確認は、窓辺の直射日光を光源とし、低電圧用ＤＣモータの回転で確認した。発電性能の出力特性（Ｉ－Ｖ特性）の測定は、明るさを一定とした白熱電球で、電流計と電圧計を使い、負荷抵抗のダイヤル可変抵抗器を変化させて測定した。また、自動測定器による測定も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

変換効率は、9.3～1.5％であった。Fig .1 は、最大効率を記録した太陽電池ウェーハの写真と発電性能の出力特性（I-V 特性）の測定結果である。
　他の生徒の内 3 名は 1 回目の測定結果を見て、電極のパターンの修正を行い、性能改善を試みた。 Fig .2～Fig .7 は、その修正前後の太陽電池ウェーハの写真と出力特性（I-V 特性）の測定結果である。
　Fig .2 と Fig .3 は、性能改善に成功した生徒の場合の修正前後のウェーハ写真と出力特性で、Table.1 は測定結果の主な項目の比較による改善結果である。
電極ﾊﾟﾀｰﾝの修正（半径方向の接続を追加）で電極の直列抵抗は全データの最大抵抗値（23.75Ω）から最小抵抗値（2.34 Ω）に大幅に下がった。元々開放電圧が全データの中で最大であったので、最大出力電力も 1.59mW→6.52mW と 4.1 倍に改善された。
Fig .4 と Fig .5 および Table 2 も同様に改善を試みた例である。
Fig .4 と Fig .5 は、電極ﾊﾟﾀｰﾝの修正（直角方向の接続ラインを 3 本追加）を行ったが、直列抵抗は微増し（2.50Ω）→ （3.13Ω）、短絡電流も若干低下、最大出力電力も 5.68mW→5.26mW と減少した。しかし、開放電圧は変わらず並列抵抗は増加（改善：177Ω→250Ω）されている。電極の追加が受光面積の減少として性能に現れたのかもしれない。
Fig .6 と Fig .7 および Table3 の場合は、直列抵抗の減少はできたが、性能改善がわずかであった生徒の場合の修正前後のウェーハ写真と出力特性である。電極ﾊﾟﾀｰﾝの修正（羽根を追加）で電極の直列抵抗は（3.41Ω）→（3.0Ω）となったが、並列抵抗は（389Ω）→（328Ω）と低下、開放電圧も短絡電流も僅かに下がったが、最大出力電力は微増となった。効率は 7.2％のままであるが、最大出力を示すポイントが高電圧側に少し移動し FF が 0.584→0.610 と改善された。