Study on high efficiency of ultra low cost Cu2O heterojunction solar cells

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K04723
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮田 俊弘 金沢工業大学, 工学部, 教授 (30257448)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 亜酸化銅 / 太陽電池 / 大面積化 / 低コスト

Outline of Annual Research Achievements

【①Cu2O表面へのダメージフリーな大面積ｎ形半導体薄膜成膜技術の確立】
本年度は前年度に装置作製並びに基礎的準備実験を終えた、独自に開発した基板へのプラズマダメージを大幅に軽減できる高周波重畳直流マグネトロンスパッタ装置を駆使して、セルの大面積化技術及び高スループット化技術の確立を目標として、Cu2O表面へのダメージフリーな大面積ｎ形半導体薄膜成膜技術の確立を目標に研究を実施した。具体的には、新規なｎ型半導体層として、先行研究においてPLD法を用いて優れた光起電力特性を実現できたZnO,Ga2O3,及びZn-Ge-O系等の各種半導体材料を採用するCu2O太陽電池の光起電力特性に対するスパッタ成膜時の基板配置の幾何学的位置関係依存性、高周波/直流電力比依存性、スパッタガス圧依存性、n型半導体層膜厚依存性等の成膜条件の最適化を実施し、最適成膜条件を明らかにできた。加えて、スパッタ成膜時におけるCu2O表面の過度な酸化を抑制する新技術として、スパッタガス中への水素ガス添加法を提案し、水素ガス導入条件を最適化することにより、変換効率3.74％を実現できた。この値は、実用的な大面積高速成膜を達成可能なスパッタ法を採用して作製したCu2O系太陽電池における世界最高変換効率である。
【②太陽電池パネルの試作】及び【太陽電池パネルの長期太陽光暴露試験の実施】
５cm角以上の大面積太陽電池セルの作製にチャレンジしたが、最大２．５ｃｍ各の太陽電池の作成にとどまった。これは、予想以上に大面積かつフラットなCu2Oシートの作製技術の確立が困難であったためである。しかしながら、２．５ｃｍ各の太陽電池セルの作成には成功し、最高変換効率約２％を実現できた。今後さらなる大面積化を検討する。また、太陽電池パネルの長期太陽光暴露試験については、十分な検討をすることができなかった。今後の課題である。