| Project/Area Number |
22K04209
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Nagano National College of Technology |
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Principal Investigator |
百瀬 成空 長野工業高等専門学校, 情報エレクトロニクス系, 准教授 (00413774)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 化合物半導体 / 薄膜太陽電池 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代薄膜太陽電池の候補であるCZTSは，Seを添加することで，①禁制帯幅Egの狭小化（電流の生み出しが増加）と，②結晶サイズの大型化（生まれた電流の取り出しに有利）が生じ，太陽電池の出力が増大する。しかし，②を最大限引き出そうとSeの添加量を増やすと①のEgが狭くなりすぎてしまい（出力電圧が低下），実用化を狙う出力を得るには電圧低下を抑える必要がある。本研究では，CZTSへSeとともにGe（結晶の大型化と，Eg拡張の効果がある）も添加することで，SeとGeの相乗効果によるさらに大型な結晶と，電圧を低下させない程度に調整されたEgを兼ね持つCZTS薄膜の製膜条件を確立させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は「Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜にSeとGeの両方を添加し，CZTS系薄膜太陽電池の出力性能を最大限に伸ばす手法とメカニズムを明らかにする」ことを最終目的に研究を遂行している。Cu-Zn-Sn-Ge膜の封管内での硫化・セレン化中にGeの大部分が再蒸発してしまう問題に対して，Zn極薄層をキャップするアプローチを進めていたが，令和5年度はCu-Zn-Sn-Ge膜／Cu-Zn-Sn膜の二層構造を硫化・セレン化する方法を試みた。その結果，Geの再蒸発を防ぐことに加え，混晶結晶の成長が促進されることがXRDピークやSEM像の比較により顕著に見られたほか，CdSバッファ層とのヘテロ接合太陽電池の開放電圧，短絡電流，曲線因子のすべてが改善した。また，これまでの実験により，Ge/(S+Ge)比を0.4以上に上げることができるようになり，Se/(S+Se)：0～1，Ge/(Sn+Ge)：0～0.45の範囲内で二次元的に変化させ1.05～1.84eVまでの光吸収層の作り分けができるようになった。従来のCu2ZnSn(S,Se)4と比べ出力電圧の低下を抑えながら高い出力電流を維持した太陽電池を製作できた他，この系での多接合太陽電池への応用も期待できるデータを集めることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上記の成果を原著論文として発表すること，膜の上層／下層での組成（バンド幅）傾斜の形成に着手できておらず，展開を急ぐ必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
キャップ処理などによってGe再蒸発を防止する効果とSeとGeの添加比による膜物性の変化を体系的にまとめ学術論文として投稿する。また，Cu-Zn-Sn-Ge膜／Cu-Zn-Sn膜の二層構造における組成，物性の傾斜を厚さ方向分析等により明らかにし，デバイス性能に有利な各層条件を調整する。
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