국가 선진 산업 과학 기술 연구소 [Ishimura Kazuhiko의 회장] (이하 "AIST"라고 언급) ( "AIST"제로 방출 국제 공동 연구 센터로 언급 됨) [Yoshino Akira 회장, Yoshino Akira 회장, 연구 센터 이사 Matsui Takuya 수석 수석 연구원 및 SAI Hitoshi의 수석 연구원은 Collar Cell Research Team의 Sai Hitoshi Seniation Sensication과 같습니다 리서치 인스티튜트 (Fraunhofer ISE), 독일원자 층 증착 방법텍스처 구조그리고 결정질 실리콘에서House이 산화 티타늄 박막을 양성 전극쪽에 배치 하였다결정질 실리콘 스피드 바카라 전지|를 생산했습니다 전환 효율이 20%를 초과하여 실질적으로 사용하는 것으로 나타났습니다 이번에 개발 된 기술은 저비용 재료 및 공정을 통해 구멍 추출 재료를 사용하여 기존의 결정질 실리콘 스피드 바카라 전지를 능가하는 성능을 제공 할 수 있으며, 고효율 및 저렴한 스피드 바카라 전지를 실현할 것으로 예상됩니다 이 기술에 대한 자세한 내용은 10 월 22 일 (East Daylight Time)의 Academic Journal of the American Chemical Society를 참조하십시오ACS 응용 재료 및 인터페이스에서 온라인으로 게시 됨
(왼쪽) 제조 된 스피드 바카라 전지의 구조 개념 다이어그램 (오른쪽 상단) 전달 전자 현미경 표면의 스피드 바카라 전지 광 발광 표면의 구조 개념 다이어그램의 예
스피드 바카라 발전에 사용되는 스피드 바카라 전지는 광 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 장치이며, 다양한 재료가 대규모 스피드 바카라 발전소에서 건물, 자동차 및 인테리어에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다 가장 널리 사용되는 결정질 실리콘 스피드 바카라 전지판 (현재 시장의 90% 이상)은 상업적으로 이용 가능한 제품의 약 20%의 전환 효율을 가지고 있지만 전환 효율과 제조 비용 사이에는 상충 관계가 있습니다 미래에, 비용 경쟁력이 뛰어난 전원으로서 스피드 바카라 발전의 도입을 촉진하기 위해서는 동시에 스피드 바카라 전지의 높은 효율과 저렴한 비용을 달성해야합니다
AIST는 스피드 바카라열 발전의 확산을 촉진하기 위해 다양한 스피드 바카라 전지의 개발과 새로운 제조 공정의 연구 및 개발을 촉진하고 있습니다 이들 중에서, 몇몇 NM의 박막은 저온에서 결정질 실리콘의 표면에 형성되고, 종래의 필름이 사용된다PN Junction우리는 9630_9660 | 모델보다 더 높은 전환 효율을 달성하기 위해 연구 및 개발을 수행하고 있습니다
지금, 우리는 광전 전극 및 광학 코팅 재료로 널리 사용되는 산화 티타늄에 초점을 맞추고,이 박람회에서 결정성 실리콘 스피드 바카라 전지에서 불 활성화 된 실리콘 스피드 바카라 전지 및 실리콘에서 외부로의 전파를 제거하기위한 기술에 대한 연구 및 개발을 수행했습니다
또한, 일부 개발은 NEDO (National Research and Development Corporation New Energy and Industry and Industric Technology Development Organization)의 프로젝트 "고성능 및 신뢰할 수있는 스피드 바카라 광 발전을위한 발전 비용을 줄이기위한 기술 개발 (2018 ~ 2019)에 의해 지원되었습니다 또한 산화 티타늄은 AIST 나노 프로세싱 시설에서 생산되었으며, 교육 문화, 스포츠, 과학 및 기술부의 "나노 기술 플랫폼"프로젝트에서 지원합니다
결정질 실리콘 스피드 바카라 전지에서, 광 흡수 실리콘의 광 실행 된 전자 및 구멍은 각각 음성 및 양성 전극으로부터 선택적으로 추출되지만, 결정질 실리콘의 표면은 많은 결함이있는 경우, 포토 소진으로 인해 전자가 사라지고 재시체가 사라집니다 따라서, 표면 결함을 전기적으로 비활성화하는 기능이 필요하다 이 기능을 가진 일반적인 자료는비정질 실리콘그러나, 비정질 실리콘은 가시 광선을 흡수하고 에너지 손실을 초래하기 때문에, 수신 표면에 가능한 한 얇은 표면에서 비정질 실리콘을 만들어야한다 또한, 비정질 실리콘 필름 형성은 일반적으로 큰 자본 투자 및 유지 보수 비용을 포함합니다 따라서, 우리는 무정형 실리콘보다 투명하고 저렴한 비용으로 제조 될 수있는 물질로서 산화 티타늄에 중점을 두었습니다
이번에는 티타늄과 수증기를 함유 한 유기 금속 복합체를 사용하여 산화 티타늄을 형성했습니다 피라미드 모양의 질감 구조를 갖는 N- 타입 결정질 실리콘의 표면 상에 약 5 nm 두께의 비정질 티타늄 산화 티타늄을 증착 한 후,주석 도핑 된 산화서 (ITO)의 투명 전극 형성되었고,은 (Ag) 그리드 전극이 추가 형성되었고,이를 양성 전극으로 사용 하였다 음성 전극의 경우이종 접합식 결정질 실리콘 스피드 바카라 전지에 일반적으로 사용되는 구조를 사용하여 제조되었다 양의 전극 측에서 의사-단축으로 조사 될 때, 스피드 바카라 전지의 성능을 평가 하였다 양성 전극으로서 티타늄을 사용하는 스피드 바카라 전지에서, 산화 티타늄 필름이없는 스피드 바카라 전지와 비교하여, 실리콘상에서 ITO로 직접 형성된다개방 회로 전압200mV에서 500 mV로 증가했습니다 이것은 산화 티타늄이 결함 불 활성화 능력 및 구멍 선택성을 갖는 것을 나타냅니다 그러나, 텍스쳐 구조를 갖는 결정질 실리콘 상에 산화 티타늄 박막이 직접 형성 될 때, 결함 불 활성화 능력 및 구멍 선택성은 불충분했다 따라서, 산화 티타늄을 형성 한 후, 수소 혈장을 표면 상으로 조사하고, 결함 불 활성화 능력 및 홀 선택성을 동시에 개선하고, 스피드 바카라 전지의 개방 회로 전압이 670 mV로 개선되었다 산화 티타늄은 실리콘뿐만 아니라 다양한 재료에 대해 높은 전자 선택성을 갖는 것으로 알려져 있으며 유기 스피드 바카라 전지와 같은 음성 전극 재료에 사용됩니다 처음으로, 산화 티타늄은 구멍 선택성 및 결함 불 활성화 능력을 갖고, 양성 전극으로서 기능한다는 것이 입증되었다 기존의 것과 완전히 반대되는 특성을 나타내는 메커니즘에 대한 조사의 결과로, 산화 티타늄 및 결정질 실리콘의 계면에 존재하는 티타늄, 실리콘, 산소 및 수소로 구성된 intermixed 층의 조성 및 분포는 결함 불 활성화 능력 및 홀 선택성을 제어 할 수 있음이 밝혀졌다 구멍을 선택적으로 추출 할 때 산화 티타늄의 새로운 기능이 산화 티타늄의 적용을 확장 할 것으로 기대됩니다
그림 1 : (왼쪽) 스피드 바카라 전지의 전류 전압 특성 및 (오른쪽) 평평한 결정질 실리콘에서 산화 티타늄으로 만든 단면의 고해상도 전달 전자 현미경 이미지
오른쪽 그림에서, 조성물 분석에서 티타늄, 실리콘, 산소 및 수소로 만들어진 복합 층이 결정질 실리콘과 산화 티타늄 사이의 계면에서 형성되었다는 것을 확인했다
이시기에 개발 된 티타늄 산화 티타늄을 사용한 스피드 바카라 전지는 400-600 nm의 파장을 갖는 비정질 실리콘을 사용한 기존의 이종 접합 결정 실리콘 스피드 바카라 전지보다 높다양자 효율단락 전류 밀도대략 20 ma/cm2증가했습니다 이것은 비정질 실리콘입니다Bandgap이것은 산화 티타늄의 밴드 갭이 17 eV에 비해 34 eV이며, 산화 티타늄의 우수한 투명성은 양의 전극의 광 흡수로 인한 손실을 감소시킨다 이 스피드 바카라 전지의 성능 개선의 여지가 여전히 있지만, 전환 효율은 211% (타사 측정)의 날짜까지 단락 전류 밀도의 효과적인 개선으로 달성되었습니다 이 값은 기존의 이종 접합 결정질 실리콘 스피드 바카라 전지 (223%)의 성능과 비슷합니다
그림 2 : (상단) 참조 스피드 바카라 스펙트럼 (에어 질량 15 글로벌) 및 (하단) 스피드 바카라 전지의 외부 양자 효율 스펙트럼 제작
외부 양자 효율에서, 우리는 오늘날 우리가 개발 한 티타늄 산화 티타늄을 사용하여 스피드 바카라 전지를 기존의 비정질 실리콘을 사용하여 스피드 바카라 전지와 비교합니다 단락 전류 밀도는 또한 기준 스피드 바카라 스펙트럼의 생성물 및 외부 양자 효율 스펙트럼의 적분으로부터 결정된다
이번에 개발 된 빛의 수신 표면에서 티타늄 산화물 필름을 사용하는 스피드 바카라 전지는 약 400 nm 이하의 파장을 갖는 UV 조사로 인해 열화 될 것이며 향후 UV 내성을 개선해야한다는 것이 밝혀졌다 반면, 비 조명이 발생하지 않는 표면에 산화 티타늄이 설치되면 UV 광선이 도달하지 않으므로 악화는 관찰되지 않습니다 지금까지, P- 타입 결정질 실리콘의 비-가석 수용 표면에 산화 티타늄을 갖는 스피드 바카라 전지는 약 20%의 전환 효율을 달성 할 수 있고 광 조사로 인해 악화되지 않는다는 것이 확인되었다 P 형 결정질 실리콘은 스피드 바카라 전지 시장에서 가장 인기가 있으며, 이번에 개발 된 기술은 N- 타입 결정질 실리콘뿐만 아니라 P- 타입 결정질 실리콘을 사용한 스피드 바카라 세포를 포함하여 다양한 유형의 결정질 실리콘 스피드 바카라 세포에도 적용될 수 있습니다
향후 더 높은 효율을 목표로하지만 UV 저항을 개선하기 위해 연구 개발을 계속 추구 할 것입니다 또한, 이전에 전자 추출 층으로 만 기능하는 것으로 생각 된 산화 티타늄 산화 티타늄은 정당한 특성을 나타내며, 산화 티타늄과 실리콘 사이의 계면에서 구멍이 운반되는 메커니즘을 명확하게 할 것입니다 또한, 다양한 무기 및 유기 스피드 바카라 전지 및 이들의 실리콘과의 조합탠덤 스피드 바카라 전지, 광전 화학 장치, 반도체 장치 등에 대한 응용 프로그램도 고려할 것입니다
잡지 이름 :ACS 응용 재료 및 인터페이스
논문의 제목 : 원자 계층 퇴근 tioxNanolayers는 실리콘 스피드 바카라 전지에서 효율적인 구멍 선택적 패시브 접촉으로 기능
저자 : Takuya Matsui,* Martin Bivour, Martin Hermle, Hitoshi Sai