アモルファスシリコンとは

正解：C. Siの未結合手(ダングリングボンド)を水素で終端して、欠陥準位を減らすから

水素を含まないアモルファスシリコンには、網目の乱れのために相手のいない結合手(ダングリングボンド)が10¹⁹〜10²⁰ cm⁻³程度もあり、それがつくる準位がバンドギャップの中ほどで電子や正孔を捕まえてしまいます。そのため、ドーパントを加えてもフェルミ準位がほとんど動かず、光で生じたキャリアもすぐ再結合します。水素がSi-H結合でこれを終端すると欠陥密度は10¹⁵〜10¹⁶ cm⁻³程度まで下がり、リンやホウ素でn型やp型にできるようになりました。水素はドナーとして働くものではなく、ふつうの成膜条件では膜は非晶質のままです(水素で強く薄めたシランからは微結晶膜もできますが、別の目的です)。光を当て続けると欠陥が増えるステブラー・ロンスキー効果も、この水素と関係しています。

正解：B. 可視光の吸収係数が結晶より大きく1 µm以下の膜で吸収できるが、電子の移動度は2〜3桁小さい

結晶シリコンは間接遷移型で、可視光のうち波長の長い光の吸収が弱いため、太陽電池にはふつう100 µm以上の厚さの基板が使われます。a-Si:Hでは長距離の周期性がなく、遷移の前後で運動量を保存する制約がゆるむので、可視光の吸収係数が結晶より大きくなり、厚さ1 µm以下の膜で光を吸収できます。一方で、乱れた網目がつくるバンド端のすその準位でキャリアが捕まるため、電子の移動度は約1〜10 cm²/(V·s)と、結晶シリコンの約1400 cm²/(V·s)より2〜3桁小さくなります。そのため高速の論理回路には向かず、約300℃で大面積に成膜できる利点を生かして、液晶ディスプレーの画素のTFTや薄膜太陽電池に使われてきました。バンドギャップ約1.7 eVで可視光をよく吸収し、透明電極にはなりません。