カルコパイライト型薄膜太陽電池の新型窓層の作製に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09680486
• Research Institution: Wakayama National College of Technology
• Principal Investigator: 山口 利幸 和歌山工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (60191235)
• Keywords: 硫化カドミニウム亜鉛 / 太陽電池用窓層 / 溶液成長法 / 格子整合 / 窓効果 / 太陽電池

Research Abstract

クリーンで無尽蔵な太陽エネルギーを利用した太陽光発電が注目されており、低価格で高効率な太陽電池を開発することが重要である。最近、カルコパイライト型Cu(In,Ga)Se_2薄膜太陽電池で17%を越える変換効率が得られたことから、有力な候補のひとつになっている。しかしながら、さらなる高効率化のためには太陽電池で理論的に最適なバンドギャップに近づけた活性層を用いる必要があり、我々はバンドギャップが約1.4eVで大粒径のCu(In,Ga)Se_2薄膜を作製できることを明らかにした。ところが、この材料を用いて太陽電池を作製する場合、従来使用されていた窓層(CdS)では格子不整合率が増加する問題が生じる。本研究では、従来のCdSに比べて、Cu(In,Ga)Se_2の0≦Ga≦1のすべての範囲で完全に格子整合可能な(Cd,Zn)Sに着目し、溶液成長法により当該新型窓層を作製することを目的としている。格子整合型窓材料を作製するために、ヨウ素系化合物からの溶液成長法により(Cd,Zn)S薄膜の作製を行った。各原料溶液を80℃で予備加熱した後、混合と同時に錯化材のアンモニアを添加する新しい成膜プロセスを考案し、錯化材添加量依存性を検討した。その結果、錯化材の添加量により、薄膜中へのZnの取り込まれ量やバンドギャップを制御可能であることが判明した。さらに、Znの取り込みに有効な錯化材量を一定にして、Cd源とZn源の混合比を変化させて成膜した結果、(Cd,Zn)S薄膜中のZn混晶比やバンドギャップを連続的に制御させることができた。窓層作製前処理としてのKCNおよびアンモニア処理がCu(In,Ga)Se_2薄膜や太陽電池の特性に与える影響を検討したが、その特性に変化は認められなかった。さらに、太陽電池を試作した結果、開放電圧304mV、短絡電流37.3mA/cm^2、曲線因子0.433、変換効率4.91%が得られ、太陽電池への光取込量が増大し、太陽電池の短絡電流を改善できることを実証することができた。

Research Products

• [Publications] 山口 利幸: "Preparation and characterization of(Cd,Zn)S thin films by chemical bath deposition for photovoltaic devices" Thin Solid Films. (印刷中).
• [Publications] 山口 利幸: "カルコパイライト型薄膜太陽電池の窓効果改善型のバッファー層の作製" 三元多元機能性材料研究会平成9年度成果報告集. 103-106 (1998)
• [Publications] 山口 利幸: "カルコパイライト型薄膜太陽電池の試作" 和歌山工業高等専門学校研究紀要. 33号. 23-27 (1998)
• [Publications] 山口 利幸: "Preparation and characterization of(Cd,Zn)S thin films by chemical bath deposition for photovoltaic devices" Abstact Book of 14th International Vacuum Congress/10th International Conference on Solid Surface. 107-107 (1998)
• [Publications] 山口 利幸: "溶液成長法による太陽電池用(Cd,Zn)S薄膜の作製と評価" 第58回応用物理学会講演会講演予稿集. 1314-1314 (1997)
• [Publications] 竹内 伸次: "セレン法によるCu(In,Ga)Se_2薄膜への窓層形成前処理の効果" 平成9年電気関係学会関西支部連合大会講演論文集. G242-G242 (1997)