基板伝導型の選定

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ヘテロ接合界面での再結合抑制に必要。その他にも、c-Geの欠陥準位がVBM付近に存在す るため、c-Ge(p)を用いた場合、欠陥密度が高いとフェルミレベルが VBM 側に引き戻されるた め、拡散電位の低下も招く。

③ ヘテロ接合界面の障壁が少数キャリアの捕集の妨げにならないこと

a-Si:H(p)/c-Ge(n)のように1eV近い障壁が存在すると生成した電子正孔対を電流として取り出

しが不可能になる。

最も高い変換効率を示した(d) c-Si(n)/c-Ge(n)は上記の条件を満たす特性が得られており、高効率 な太陽電池太陽電池が得られる構造の候補として挙げられる。

- 28 - じ計算条件である。

シミュレーションで求めたバンドダイヤグラムを図3-8に、IV特性を図3-9に示す。Al電極との界面 のDitを考慮しない場合をオーミック接触、Ditを考慮してフェルミレベルがCNLによってピニングされた 場合をショットキー接合として記載している。ショットキー接合が形成された場合、Al裏面電極近傍のバ ンドに大きな曲がりが生じていることがわかる。太陽電池としての動作を考えた場合、c-Ge 基板内で 生成された電子正孔対のうち、ショットキー接合を形成している Al 電極側からは電子を取り出す必要 がある。これは、ショットキー接合の順方向電流に相当し、図 3-9 でも短絡状態ではオーミック接触の 場合と同等の電流が得られている。しかし、最適動作点付近まで電圧が印加されると、逆方向バイア スが印加された状態となり、電流が減少し、F.F.及び変換効率も低下している。

図 3-10にショットキー接合が形成された場合のc-Si(p)/c-Ge(n)構造の太陽電池と、オーミック接触 のa-Si:H(n)/c-Ge(p)及びc-Si(n)/c-Ge(p)構造の太陽電池特性シミュレーション結果を示す。ショットキ ー接合が形成されると、c-Ge(p)基板を用いた場合より変換効率が低くなってしまう。一般的に、ヘテロ 接合太陽電池の裏面電極の製膜はヘテロ接合層形成後に行われる。これは、良好なヘテロ接合界面

-0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

-2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0

Current (A)

Voltage (V)

p-type

n-type

図3-7 c-Ge(p)、c-Ge(n)基板のIV特性計測結果

-6.5 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0

0 20 40 60 80 100

Energy (eV)

Distance from front side electrode (nm) Ohmic Schottky

EC

EF

EV

(a) near the front side electrode

-6.5 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0

-100 -80 -60 -40 -20 0

Energy (eV)

Distance from back side electrode (nm) Ohmic

Shottky

(b) near the back side electrode

EC

EF

EV

図3-8 c-Ge(n)とAl電極間の接合が異なる場合のバンドダイヤグラムシミュレーション結果。(a)

は表面電極近傍、(b)は裏面電極近傍のバンドダイヤグラムを示す。図中のECは伝導帯、EVは価 電子帯、EFはフェルミレベルを示す。

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を得るためには、界面の清浄性や接合形成前の界面処理が重要であるためと考えられ、裏面電極が 先に製膜されていると、ヘテロ接合界面が汚染され、特性を低下させる恐れがある。ショットキー接合 を回避するため、裏面電極製膜の前処理などを検討する余地は残されていると考えられるが、a-Si:H などのヘテロ接合層製膜済みの基板に対して処理を行う必要があり、制約が多くなることが予想され る（特に、a-Si:Hなど低温CVDプロセスで得られたヘテロ接合層を用いる場合、高温の熱処理は適用 できない）。このため、本研究では、裏面電極とオーミック接触を形成し、Ditを低減すればc-Ge(n)基板 よりも高効率化が見込まれるc-Ge(p)基板を採用することに決定した。

0 10 20 30 40 50

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Current Density (mA/cm2)

Voltage (V)

Ohmic Schottky

図3-9 c-Ge(n)とAl電極間の接合が異なる場合のIV特性シミュレーション結果

0 10 20 30 40 50

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Current Density (mA/cm2)

Voltage (V)

a-Si:H(n)/c-Ge(p) c-Si(p)/c-Ge(n) c-Ge(n):Schottky c-Ge(p):Ohmic

c-Si(n)/c-Ge(p)

図 3-10 c-Ge(n)（ショットキー接合）とc-Ge(p)（オーミック接触）太陽電池の IV特性シミュレーション結果

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