【公開日：2024.10.21】【最終更新日：2024.10.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TU0117
利用課題名 / Title
BaSi2/電子輸送層ヘテロ接合構造の太陽電池の研究
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）計測・分析/Advanced Characterization（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）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
キーワード / Keywords
シリコン基材料・デバイス, 光学材料・素子, エネルギー関連材料,太陽電池/ Solar cell,電子顕微鏡/ Electronic microscope,集束イオンビーム/ Focused ion beam
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 数理物質系 物理工学域
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
DU Rui,竹中 晴紀,佐藤 匠
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
今野 豊彦,兒玉 裕美子
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-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-507：集束イオンビーム加工装置
TU-508：集束イオンビーム加工装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
バリウムシリサイド(BaSi2)は豊富な元素で構成される半導体であり、禁制帯幅が1.3eVと太陽電池に相応しく、また、光吸収係数が大きいため、薄膜太陽電池材料として注目されている。これまでの研究で、Si基板上にホモ接合太陽電池、p-BaSi2/n-Si等の種々のヘテロ接合型太陽電池が形成され、太陽電池動作が実証されており、BaSi2の光吸収層としてのポテンシャルが確認されてきた[1,2]。本研究は、次のステップとして、BaSi2太陽電池のガラス基板上への展開を目指し、BaSi2の電子輸送層として期待されるa-SiC/TiNとのヘテロ接合を形成し、電子顕微鏡により評価した。BaSi2の電子親和力は3.2eVであり、a-SiCは約3.5eVである。また、TiNの仕事関数は5eVに近いため、BaSi2で生じた光生成電子はTiNへ輸送されると期待される[3]。
実験 / Experimental
ガラス基板上にRFスパッタ法によりTiN(200 nm)/a-SiC(5 nm)を室温で堆積し、その後、基板温度を650度に上げてBaSi2およびBaターゲットの同時スパッタにより、BaSi2膜 (250 nm)を堆積した。試料をFIBで切り出し、透過型電子顕微鏡(TEM)で断面構造を観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1(a)に断面TEM像、図1(b)に高分解像を示す。これより、a-SiC膜がBaSi2膜およびTiN膜の間に残って存在することが確認された。また、高分解像より、BaSi2は高温堆積により結晶化が進んでいる一方で、SiCは期待していたようにアモルファスの状態で存在すると言える。この試料について分光感度を測定したところ、膜厚方向に0.5Vのバイアス印加時に、最大で2 A/Wを達する値が得られ、良好な光学特性を示した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 (a) BaSi2/a-SiC/TiN構造のTEM像、(b)高分解TEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] T. Suemasu and N. Usami, Journal of Physics D: Applied Physics 50, 023001 (2017).[2] T. Suemasu and D. B. Migas, Physica Status Solid A 219, 2100593 (2022).[3] R. Du, S. Aonuki, H. Hasebe, K. Kido, H. Takenaka, K. Toko, M. Mesuda, and T. Suemasu, Japanese Journal of Applied Physics 62, SD1015 (2023).
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)
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Rui Du, Formation of High-Photoresponsivity BaSi2 Films by Radio-Frequency Sputtering and Evaluation of a BaSi2/TiN/Glass Heterojunction by Transmission Electron Microscopy, ACS Applied Materials & Interfaces, 16, 52595-52603(2024).
DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.4c06859
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- R. Du, H. Takenaka, T. Sato, Y. Koda, M. Mesuda, K. Toko, and T. Suemasu, 71st JSAP Spring meeting, 24a-12k-7, Tokyo, March 24, 2024.
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