実験計画ガイド シングルセル 解析を よ - 10x Genomics...2 シングルセル遺伝子発現解析を始めよう生物や組織、病気の状況に応じた遺伝子発現の違いは、これまで数多くの
微小角入射X線散乱および高エネルギーXPSによる...
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微小角入射X線散乱および高エネルギーXPSによる 太陽電池用アモルファスシリコン薄膜の評価 太陽電池用アモルファスシリコン薄膜の評価 （富士電機のフィルム太陽電池） デ グ 富士電機ホールディングス（株） 富士電機システムズ（株） 高野章弘 1
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微小角入射X線散乱および高エネルギーXPSによる太陽電池用アモルファスシリコン薄膜の評価太陽電池用アモルファスシリコン薄膜の評価
（富士電機のフィルム太陽電池）
デ グ富士電機ホールディングス（株）富士電機システムズ（株）
高野章弘
1
経営方針
富士電機グループは、創業以来「最小の資源とエネルギー消費で、最高の
効率を提供する製品・技術を追求してきたメーカー」としてノウハウと実績を蓄積し おり 新市場における大きな可能性を有し ます蓄積しており、この新市場における大きな可能性を有しています。
この「エネルギー・環境」を成長の軸に位置付け、事業ポートフォリオの変革を目指していきます。
2
富士電機グループの概要
富士電機ホ ルデ ングス（株）
2010年3月期売上高 ： 6,912億円 （連結）
富士電機ホールディングス（株）従業員数 ： 23,524人
富士電機システムズ（株） 富士電機デバイス
2009年10月に吸収合併
富士電機アドバンストテクノロジー（株）（ 究開発部 ）
富士電機システムズ（株）富士電機機器制御（株）（電機システム部門）
富士電機デバイステクノロジー（株）（電子デバイス部門）
（研究開発部門）
富士電機リテイルシステムズ（株）
（リテイルシステム部門）
3
（リテイルシステム部門）
富士電機のフィルム太陽電池
・世界一の軽量太陽電池を実現（1kg/m2）・フレキシブル（割れない）でデザイン性に富む
4
フレキシブル（割れない）でデザイン性に富む
・優れた生産性と将来の低コスト化の高いポテンシャル
太陽光発電事業拡大
富 電機 ジ ポ ネ 販売事業 加 パ デ富士電機は、セル/モジュールのコンポーネント販売事業に加え、パワーコンディショナや系統制御などの関連技術を融合させた太陽光発電システム事業に着手、当社固有の優れた製品･技術力とエンジニアリングを活かした高効率な太陽光発電システムを提供する予定です。
5http://www.fujielectric.co.jp/about/news/09031201/index.html
【参考】スマートグリッド
富士電機製フレキシブル太陽電池
透明電極
太陽光↓↓↓
トップi
pITO
短波長光を吸収する
トップセル層
ﾎﾞﾄﾑi
pn
1μm 長波長光を吸収する
ボトムセル層
フィルム基板を用いたフレキシブル太陽電池 基板
n
ﾎ ﾄﾑi
裏面金属電極
フィルム基板５０
a-Si/a-SiGe 2層太陽電池
フレキシブル太陽電池 基板
背面金属電極５０μm
a Si/a SiGe 2層太陽電池
軽量 大面積 フレキシブル
6
軽量・大面積・フレキシブル
富士電機製フレキシブル太陽電池
軽量・大面積・フレキシブル
①ガラス基板を使用しない⇒軽量化
②直列接続構造を外部配線無しに形成可能（絶縁性基板）②直列接続構造を外部配線無しに形成可能（絶縁性基板）
③基板の熱容量が小さく、昇温・降温時間が秒オーダーで良い
④基板を 単位 括処理④基板をロール単位で一括処理
⑤モジュールを曲げ加工できる（フレキシブル）
7高スループット製造プロセスによる低コスト化
富士電機のフィルム太陽電池
モジュール製造[調達+製造]時（1kW製造時）のCO2放出量
LC-CO2 （CO2ライフサイクルアセスメント）
[ ] 2
・単結晶Si太陽電池 1,350kg/kW・多結晶Si太陽電池 980kg/kW多結晶Si太陽電池 980kg/kW・a-Si/微結晶Si 790kg/kW・CIS 680kg/kWg
・F-Wave 609kg/kW
※F-Waveについては、熊本工場の直近4ヶ月のエネルギー使用量とモジュール生産量より算出。他太陽電池は、みずほ総研報告書データ。
結 系 使 量が なく 製造時 ﾞ 消費量も さ
8
・結晶系に比べてｼﾘｺﾝ使用量が少なく、製造時ｴﾈﾙｷﾞｰ消費量も小さい。・ｶﾞﾗｽやｱﾙﾐﾌﾚｰﾑを使用していない。
富士電機システムズ（株） 太陽電池熊本工場
現在の生産能力：24MW/年
フィルム（1m幅・2200m長さ）を取り扱う生産ラインを導入した
9
ィ （ 幅 長 ）を取り扱う 産ラ を導入
富士電機システムズ（株） 太陽電池熊本工場
10
導入事例（鋼板一体型）
11
導入事例
12
フィルム太陽電池デバイス構造（SCAF構造）
直列接続孔Series -connection holes
集電孔Current -collection holes
透明電極明電Transparent electrode
a-Si層a-Si layers
金属電極Metal electrode
パタ ニング溝 背面電極プラスチック フィルム基板
Pl ti fil b t tパターニング溝Scribed lines for unit cell separation
背面電極
Back-side electrode
Plastic film substrate
SCAF : Series-Connection through Apertures Formed on Film Substrate
13フィルムの特徴を最大限に活かすことができるデバイス構造
フィルム型太陽電池の製造プロセス
直列ホール形成直列ホール形成パンチ装置
直列ホ ル形成パンチ装置
直列ホ ル形成
金属電極形成 ロールツーロール（電極）製膜装置金属電極形成 ロールツーロール（電極）製膜装置
集電ホール形成集電ホール形成
ステ ピングロ ル製膜装置ステ ピングロ ル製膜装置ステッピングロール製膜装置発電層形成 ステッピングロール製膜装置発電層形成
14レーザパターニング装置レーザパターニング
レーザパターニング装置レーザパターニング
Roll-to-Roll（ステッピングロール）製膜装置
(1) 軽量フィルム基板2000mフィルム(160kW /プロセス)(160kW / プロセス)⇒ 200 kg 以下/ ロール
(2) 大量生産(3) 品質コントロール( ) 品質
(大気開放無しに、全ての層構成を形成する。)
フィルム基材 製膜室
CVD & Sputtering Chambers
フィルム基材
共通真空槽内に、CVD室とスパッタリング室が設置されている
15巻きだしロール 巻き取りロール
リング室が設置されている。
これまでに開発してきた技術
①スルーホールコンタクト（SCAF構造）太陽電池設計技術Jpn. J. Appl. Phys.,43,(2004) 7976.
②ステッピングロール製膜装置技術Sol. Energy Mater. & Solar Cells, 66,(2001) 107.
③放電周波数制御（Vpp制御）によるアモルファスシリコン高速製膜技術Jpn. J. Appl. Phys.,41,(2002) L323.Jpn J Appl Phys 42 (2003) L1312Jpn. J. Appl. Phys.,42,(2003) L1312.
④選択的反応性スパッタリングによる低温・高速テクスチャー電極形成技術Jpn. J. Appl. Phys.,43,(2004) L277.p pp y , ,( )
⑤大面積均一透明電極形成技術Jpn. J. Appl. Phys.,43,(2004) 7976.
⑥大面積金属屋根一体型太陽電池モジュール・製造技術Jpn. J. Appl. Phys.,43,(2004) 7976.
16⑦超高速レーザパターニング装置・プロセス
Vpp制御によるアモルファスシリコン高速製膜技術
製膜速度とa-Si:Hシングルセル特性
（放電周波数依存性）
7.5
8
%) 27 12MHz
6 5
7
7.5en
cy (
% 27.12MHz
6
6.5
d E
ffici
e
13.56MHz
5
5.5
tabi
lized
4
4.5St
シングルセル
17
0 5 10 15 20 25 30 35 40Deposition Rate (nm/min)
気相中の高次シランの発生【高速製膜時】
気相反応 電子エネルギーが大きいと、Hが少ない
製膜面へ
Si
HSi
Si
HHe-
Si
HSi
Si
H
SiSi
HHSiSi
Si
HHe-
SiSi
HHHHe-e-
SiH
H
H
SiSi
H
H
SiH
H
H
Si
SiH
H
SiSiHH
HH
HHH
SiSiSiSi
H
HSiSi
HH
HH
欠陥、劣化の原因前駆体
H
HSi
HH
H
HSi
H
H
H
HH
HHSi
H
SiSi
HHHHH
高いエネルギーを持つ電子により、過度 分解された前駆体が生成
SiH
H
Si
H
HHSiH
H
Si
H
HHSiSiHH
HH
Si
H
SiSi
HH
HHHHH
過度に分解された前駆体が生成。気相中で高分子に成長する。
⇒表面拡散不足により膜質が劣化
H
Si
H SiH
Si
H
H
Si
H SiH
Si
H
HH
Si
H
SiSi
HH SiSiHH
Si
H
SiSi
HH
18高次シランに成長
⇒表面拡散不足により膜質が劣化する。 HHHH
Vpp制御によるアモルファスシリコン高速製膜技術
高周波プラズマのピークツーピーク電圧（Vpp）はプラズマポテンシャルと相関を持つ。
100 100
0
50
VVpp0
50
VDC
Vpp
Vpp
-100
-50
Vs_ave
Vs max
H2Frequency 13 MHzGas Pressure 67 Pa
Vpp
VDC
Vpp
Vpp = 240V-100
-50
Vs_ave
Vs maaxH2Frequency 92.3 MHz axVpp = 90V
-200
-150
0 5 10 15 20 25 30
_
Vs_min
Power 30 WVpp 240V
-200
-150
0 5 10 15 20 25 30
Vs_maax
Vs_min
Frequency 92.3 MHzGas Pressure 67 PaPower 30 W
Vpp = 90V
0 5 10 15 20 25 30Position (Z) [mm]GND
electrodePoweredelectrode
0 5 10 15 20 25 30Position (Z) [mm]GND
electrodePoweredelectrode
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Vpp制御によるアモルファスシリコン高速製膜技術
Relationship among time mean average of plasma potential(Vs), self-bias(Vdc), and VppSheath Sheath
Grand Electrode RF Electrode
Sheath SheathGrand Electrode RF Electrode
424)
2(
21V VppVdcVppVdcVpps (Vpp>>Vdc)PlasmaPlasma
Plasma
Vs is proportional to VppSubstrate
0Vdc
VppVs0Vdc
VppVs Vs relates...El t t t (T )
ion(+)
Electron temperature (Te)Energy difference between Vs and grand potential
L T L hi h il f i
0Vs
Low Te Less higher silane formation
Low energy difference Low ion bombardment
Low Vs
20
0 difference
Vpp制御によるアモルファスシリコン高速製膜技術
8
927.12MHz
Vppはプラズマポテンシャルとは異なり
計測が容易なパラメータであるため
7
8
(%)
計測が容易なパラメ タであるため、
量産装置の製膜条件を決める指標とし
て非常に有効。
5
6
定化効率
13.56MHzて非常に有効。
Vpp低下
3
4安定
プラズマポテンシャルの低下シングルセル
20 100 200 300 400 500 600 700 800
Vpp / V電子温度の低下
Vpp / V
膜厚300nmのアモルファスシリコンをi層とする
シングルセルを形成
気相中高次シラン生成の防止
21
シングルセルを形成。
Vppと安定化効率の関係を求めた。 膜質の向上
Vpp制御によるアモルファスシリコン高速製膜技術
低Vpp製膜条件の適用による高速製造したa-Si:H/a-SiGe:HタンデムSCAFセルの特性
製膜速度を 倍以上にしても 従来と同等のセ 特性が得られる
0.4
製膜速度を5倍以上にしても、従来と同等のセル特性が得られる
0.3
0.35 安定化後
0.2
0.25
ent (
A)
0.1
0.15Cur
r
Voc=110.1VIsc=0.362AFF=0 614
0
0.05
FF 0.614Efficiency=8.2%
22
0 20 40 60 80 100 1200
Voltage (V)
Vppと変換効率の関係
23
微小角入射X線散乱
24実験レイアウト（写真：JASRI 佐藤提供）
微小角入射X線散乱
25
微小角入射X線散乱
原子動径分布関数に関しては、Vppおよび光照射有無による有意な違いは見られなかった
26
有意な違いは見られなかった。
高エネルギーXPS
Si周辺の結合状態についても、Vppあるいは光照射有無による有意な違いは見られなかった
27
有意な違いは見られなかった。
ラマン散乱スペクトル
28
TOモードの半値幅に、Vpp依存性が見られる。（中距離秩序の違いを反映か？）
まとめ
①プラズマCVD製膜プロセスで、高周波印加電極の電圧振幅（Vpp）をモニターすることで、間接的にプラズマの状態を観測（ pp）を す 、間接 ラ 状態を観測することが可能。
②V を低減させると 良質な シリ 薄膜を形成②Vppを低減させると、良質なアモルファスシリコン薄膜を形成することができる。（高速でも高効率な太陽電池が得られる。）
③アモルファスシリコンは、光照射により初期劣化を起こし、その後安定化する。
④異なるVpp、光照射の有無のサンプルについて、微小角入射X線散乱と高 ネルギ XPSの測定を行 たが 有意な差射X線散乱と高エネルギーXPSの測定を行ったが、有意な差は見られなかった。
29⑤ラマン散乱スペクトルは、Vpp依存性を示した。
