都甲　薫　助教｜つくばの研究機関から有望な技術シーズの紹介

テーマNo.

ガラス基板上に作成したゲルマニウム薄膜による高効率・低コスト太陽電池の開発

アルミニウム誘起成長法を利用してガラス基板上に大粒径のp型多結晶ゲルマニウムを成長させ、高品質p型ゲルマニウム光吸収層のエピタキシャルテンプレート層とする。この上にn型ゲルマニウム層を形成し、pn接合を有するゲルマニウム太陽電池を作成する。更に、InGaAsとInGaP等の短波長光吸収層をエピタキシャル成長することにより、ガラスを基板とした高効率タンデム型太陽電池の開発を目指す。

所属	筑波大学　数理物質系・物理工学域
氏名・職名	都甲　薫　助教
研究テーマ名	高効率・低コスト太陽電池の創出に向けたゲルマニウム薄膜/ガラスの開発
応用想定分野	低コスト化な宇宙用タンデム型太陽電池、及び高効率な家庭用薄膜太陽電池

技術紹介

　本研究では、既にアルミニウム誘起成長法を使ってp型多結晶ゲルマニウムを225°C10時間の熱処理でガラス基板上に成長させることに成功した。今後、このp型ゲルマニウム層をテンプレートとして高品質ゲルマニウムをエピタキシャル成長させ、その上にn型ゲルマニウムを積層させることでゲルマニウムpn接合による太陽電池の開発を行う。更にこのゲルマニウムpn接合の上にInGaAsとInGaPを積層することで高効率タンデム型太陽電池の開発を目指す。将来的にはプラスチック基板上にゲルマニウムpn接合を構成し、その上にアモルファス・シリコンを積層することで安価な薄膜太陽電池の開発も行う。

技術の特徴

　現在の宇宙用高効率太陽電池は単結晶ゲルマニウム基板上にゲルマニウムpn接合を作成し、その上に化合物異種材料（InGaAs＋InGaP）を積層したタンデム型構造である。しかし、単結晶ゲルマニウム基板の材料費が高価であることから応用は宇宙用に限られている。本技術を使うことで、単結晶ゲルマニウム基板の代わりに安価なガラス基板やプラスチック基板を使うことができることから、安価で汎用性の高い、高効率なタンデム型太陽電池を実現できる。

既存技術、競合技術との比較優位点

　既存の宇宙用タンデム型高効率太陽電池に比べてゲルマニウム基板が不要でガラス基板が利用できる点からコスト面で明らかに有利となる。
　同じ手法でガラスやプラスチック基板上にゲルマニウムのpn接合を形成し、その上にアモルファス・シリコンを積層することで安価な薄膜太陽電池も実現できる。（下表）

従来技術との比較

特許出願状況

出願番号：特願2011-288652: 「ガラス上における大粒径ゲルマニウム層の化学気相成長法」(発明者：都甲薫，末益崇)

研究者からのメッセージ

　NEDOプロジェクト等への共同申請をしていただける企業との連携を希望しています。

参考：

筑波大学　大学院数理物質科学研究科　環境半導体・磁性体研究室: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ecology/

発表論文：

K. Toko. et al. Electrical properties of poly-Ge on glass substrate grown by two-step solid-phase crystallization. Solid-State Electronics.2009, 53, p. 1159.
K. Toko. et al. Highly (111)-oriented Ge thin films on insulators formed by Al-induced crystallization. Applied Physics Letters. 2012, 101, p. 072106.
K. Toko. et al. Temperature-dependent Al-induced crystallization of amorphous Ge thin films on SiO2 substrates. Journal of Crystal Growth. (In press).

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