由名古屋大學、大阪大學、東北大學、奈良先端科學技術大學院大學組成的共同研究團隊發表成功地印刷製作出矽鍺半導體，此項技術將可望有助於高效率多接合太陽電池的低成本化。堆疊了多個化合物半導體薄膜太陽電池的多接合太陽電池雖可實現30%以上的能源轉換效率，但高昂的製造成本成為其商業化的障礙。尤其是做為化合物半導體薄膜之磊晶生長用半導體基板的鍺基板佔了製造成本的50%以上，因此也出現對於低價材料替代品的需求。
有鑑於此，研究團隊展開了在低價矽基板上製作矽鍺薄膜之低成本製造技術的開發，期以此取代鍺基板。研究團隊利用Toyo Aluminium公司製造之含有鋁、鍺合金的漿料印刷於矽基板上，並在非真空條件下進行數分鐘的熱處理。透過熱處理促使矽基板表面與漿料溶解，形成含有鋁-鍺-矽的溶液成分。當在降溫過程中形成過飽和狀態時，矽鍺薄膜在矽基板上形成磊晶生長。透過化學處理去除殘留在表面上的漿料，即可獲得生長在矽基板上的矽鍺半導體膜。
經過熱處理後，在矽基板上連續形成厚度超過10 μm的膜。分別混合鋁與鍺製成的混合漿料在升溫時會導致漿料的不均勻熔化，促使殘留漿料的化學處理變得困難，但新合金漿料未發生此類現象。此外，研究團隊利用X射線繞射儀對樣品實施了倒易晶格空間圖譜(Reciprocal Lattice Space Map)測量，藉此確認了鍺的數量從矽基板往表面逐漸增加，且其組成梯度具有抑制結晶中原子散亂的效果。由於最表面的鍺成分約為90%，因此做為化合物半導體磊晶生長用基板，被視為具有與鍺同等級的機能。今後雖有必要展開大面積化或更進一步之化合物半導體薄膜生長研究，但此項成果將可望促進顯著低成本化之超高效率多接合太陽電池的開發。
資料來源：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20220913_02web_silicone.pdf