研究内容のご紹介

 エネルギー・環境問題や新産業創製といった社会的課題の解決には、太陽電池の地球規模での拡大を可能とする革新的な結晶の開発や、従来にない機能を持つ光・電子デバイスの実現などのブレイクスルーが必要です。
 私たちは、結晶成長メカニズムや結晶の機能発現メカニズムの根源的解明といった結晶物理の基礎研究と、その学理に基づいた応用研究を併行して推進することにより、高効率太陽電池や光電子集積回路の要素デバイスのベースとなるような新たなバルク結晶やナノ結晶の創製を目指します。
 真に社会貢献を行うことを見据え、太陽光発電・エレクトロニクス産業の基盤材料であるシリコンと、シリコンと整合性のよい材料を対象として研究を推進します。

1.太陽電池用超高品質シリコンインゴットの研究
 太陽電池市場をリードするシリコンバルク結晶太陽電池の高効率化は太陽光発電の普及に対して即効性のある緊急課題です。私たちは、結晶成長過程における欠陥発生メカニズム、太陽電池製造プロセスにおける不純物の挙動や電気的特性への影響などを、複雑な多結晶組織をモデル化する独自の基礎研究手法により追究します。得られた知見を活用し、太陽電池材料としてのポテンシャルを最大限に引き出すことのできるバルク結晶のミクロな多組織組織・ナノスケールの欠陥・不純物の設計と制御を行い、超高品質シリコンインゴットの低コスト成長技術の開発と高効率太陽電池の創製を目指します。

2.シリコンヘテロ接合太陽電池に関する研究
 次世代セルの要素プロセス技術の確立と、さらにその先の理想シリコン結晶太陽電池の基盤技術構築への貢献を目指し、アモルファスシリコン(a-Si)を深化させた高性能パッシベーション膜の設計指針や、バンドエンジニアリングを駆使した新規ヘテロ接合材料についての基礎研究を実施しています。

3.ナノ構造を利用した高効率太陽電池に関する研究
 中長期的な視点で太陽光発電の大幅な発電コスト低減を実現するには、結晶シリコン太陽電池の理論効率の限界を超える新たな原理の導入が不可欠です。私たちは、ナノワイヤーやドットによる量子サイズ効果や、光とフォトニックナノ構造の相互作用を太陽電池の高効率化に利用することを目指しています。

4.バリウムシリサイド薄膜の成長技術開発と応用に関する研究
 化学的安定性と原料の省量化が両立可能で、光劣化のない薄膜太陽電池材料として注目されているバリウムシリサイドの成長技術を量産技術との整合性に優れた真空蒸着法をベースに研究しています。これまでに、多様な基板上への薄膜成長や、物性評価を進めており、薄膜太陽電池の実現へと展開していきます。

5. Wafer-equivalentなSi薄膜結晶の成長技術開発
 低コスト・大面積基板上にSiバルク基板結晶と同等な品質の薄膜(Wafer-equivalentな薄膜)結晶が実現できれば、ディスプレイと集積回路の融合や、建材一体型太陽電池など多様な応用が期待されます。ガラスを溶融しない低温で平衡状態に近い成長が実現できる金属誘起結晶化法をベースに、結晶化駆動力や界面エネルギーを制御する異種元素利用と、結晶成長過程のその場観察を組み合わせて、新たな結晶成長技術の開発を目指します。

6.歪みを制御した高性能シリコン系半導体に関する研究
 次世代の超高性能トランジスタの実現に向け、正孔の有効質量の低下による移動度向上が予想される「圧縮歪み」シリコン薄膜の成長技術として、イオン注入による欠陥制御を利用した新たな手法の開発に取り組んでいます。また量子コンピュータの基盤材料として同位体精製した高品質歪みシリコン薄膜の成長に関する研究を行っています。