エキシマパルスレーザ成膜（PLD）は、太陽電池（ソーラー）を
改善するための優れたフィルムを作成します。

課題

太陽電池（ソーラー）などの光電子デバイスはすべて、デバイス互換性のある堆積法を用いた機能性薄膜材料が開発されることで恩恵を受けます。 ハライドペロブスカイト太陽電池（ソーラー）の有機接触層など、太陽電池（ソーラー）の種類によっては、デバイスの繊細な層に載せる透明導電電極の堆積が大きな課題となっています。 通常この問題は、無機バッファ層を使用すると解決します。 トゥウェンテ大学のモニカ・モラレス・マシス氏が、パルス発振レーザ成膜（PLD）によって、バッファを用いない半透明ペロブスカイト太陽電池（ソーラー）の高品質透明電極の製作が可能かどうかを調査しました。 （低損傷の堆積に加え、PLDは太陽電池（ソーラー）製造には欠かせません。） 幸い、Coherentの248 nm KrFエキシマレーザが、再現性と拡張性に優れたPLDを実現するソリューションを可能にしました。

ソリューション

グループでは、248 nmの高パルスエネルギーエキシマレーザを使って4インチウェハ上にPLDを施すことで、ハライドペロブスカイト太陽電池（ソーラー）上に透明導電電極（TCO）の堆積を再現できることを実証しました。 モラレス・マシス氏は「PLDは複合圧電材料向けなどに確立されている技術です。 私たちはその技術を太陽電池（ソーラー）材料向けに利用できるか研究しています。太陽電池（ソーラー）向けには、少なくともスパッタリング堆積（一般的に普及している方法）と同等の拡張性と堆積率が必須です。 COMPexレーザがパルス間安定性とビーム均一性の両面で提供する優れた安定性は、膜の均一性と厳格な層厚制御に欠かせません」と話します。

モラレス・マシス氏のグループは、TCO膜を形成するため、Twente Solid State Technology（TSST）のPLDシステムを使用しています。システムではターゲット固体上をエキシマレーザが行き来し、材料を昇華させて、作業中絶え間なく回転している円形プラットフォーム上に設置された基板上に堆積させます。 これにより、4枚の太陽電池（ソーラー）基板を含むホルダ上に均一な膜を堆積させます。

成果

高堆積圧・室温でPLD堆積したZrドープIn2O3 TCO膜は、半透明のハライドペロブスカイト太陽電池（ソーラー）で15.1%という電力変換効率を実証しました。 これはバッファなしの積層で実証され、「低損傷の」堆積法としてのPLDの可能性を確かなものにしました[1]。 グループではPLDのさらなる優位性、つまり複合材料の化学量論的移動を活用しようと、 現在ハライドペロブスカイトのPLD[2]の研究を始めています。 溶液を使わず広範囲に数分でこうしたハライドペロブスカイト膜を形成できれば、今後の太陽電池（ソーラー）生産に役立つでしょう。

[1] Y. Smirnov et al. DOI: https://doi.org/10.1002/admt.202000856
[2] V. Kiyek et al. DOI: https://doi.org/10.1002/admi.202000162

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