IMECが開発するSiナノワイヤー太陽電池，量子効果を利用して変換効率30％超へ

IMECが目指すSiナノワイヤー太陽電池（IMECのデータ）

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最新の開発状況（IMECのデータ）

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　次々世代の太陽電池に向けて，さまざまなアイデアが太陽電池分野に集まりつつある。その一つが，基板上に細いワイヤー状のSi（Siナノワイヤー）を並べるアイデアである。米General Electric Co.を含めて，世界各地で開発が進んでいる。

　開発者の多くは，ワイヤー状にすることでSiの使用量を減らして低コスト化したり，生い茂るSiナノワイヤーによって光の反射を減らすことを主な目的としている。

　これに対してベルギーIMECは，Siナノワイヤーによる量子効果の活用を狙う。IMECが2009年11月9日に東京で開催した「IMEC Executive Seminar」で，Program Director PhotovoltaicsのJef Poortmans氏が，Siナノワイヤー太陽電池の現在の開発状況を明らかにした。

　IMECが目指すのは，Si基板上にSiナノワイヤーを形成した太陽電池である。Si基板のバンドギャップが1.1eVに対して，量子効果を活用したSiナノワイヤーは同1.7〜1.8eVになる。バンドギャップの異なるSi基板とSiナノワイヤーを組み合わせれば，高効率化が期待できる。Poortmans氏によると「実現すれば変換効率は約33％になる」という。

　現在IMECは，太陽電池に適したSiナノワイヤーの試作を試みている。バンドギャップ1.7〜1.8eVを目指す場合，Siナノワイヤーの直径は2〜4nmまで細くする必要がある。この極めて細いSiナノワイヤーを形成するためにIMECは，次世代半導体の製造に向けて開発が進むEUV露光を活用した。

　ただし，EUV露光とエッチングを使っても，直径が40〜65nmのSiナノワイヤーしか形成できなかった。そのため，直径40〜65nmのSiナノワイヤーを酸化した後，HFガスで酸化部分を除去してさらに細くした。この手法によって，現時点で直径8〜25nm程度のSiナノワイヤーを得ている。そのほかの目標であるSiナノワイヤーのピッチ（90nm）と長さ（500nm）は，EUV露光とエッチングの時点で実現できた。

　今後は，EUV露光とエッチングで直径30nmとし，続く酸化とHFガスで直径3nmまで細くする。太陽電池に適した直径3nmのSiナノワイヤーを得られれば，太陽電池としての特性の確認に進むことになる。

　量子効果を利用したSiナノワイヤーの実現には，ワイヤーの微細化のほかに，EUV露光に代わる安価な製造方法の開発も欠かせない。次々世代の太陽電池の実現に向けて，さらなる技術革新が求められている。

日経マイクロデバイスでは，効率40％超を目指した革新技術が集まる「超高効率太陽電池フォーラム 2009（12/16）」を開催します。

また，基礎から学びたい方に向けて，太陽電池入門セミナー「結晶Siから量子まで，基礎から理解する太陽電池（12/11）」を開催します。