2015 Fiscal Year Research-status Report
欠陥低減機構の解明および高効率レアメタルフリー環境調和太陽電池の創製
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15K05980
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
田中 久仁彦 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30334692)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 寛治 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70126481)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 薄膜太陽電池 / ポテンシャル搖動 / 発光分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu_2ZnSnS_4(CZTS)太陽電池ではZnサイトのCuがポテンシャル搖動を引き起こし，これが効率低下の原因となっている可能性が指摘されている．本申請では組成比を変化させたCZTSの発光分光を中心に分析することで，ポテンシャル搖動量を低減する方法を模索し，効率改善を図ることを目的としている．27年度は様々な組成比のCZTSをスパッタ法で作製して，そのポテンシャル搖動量を発光スペクトルから見積った．作製した試料の組成比により3つのグループA(Zn/Sn>1.0)，B( Zn/Sn<1.0, Cu/(Zn+Sn)<1.0), C (Zn/Sn<1.0, Cu/(Zn+Sn)>1.0)に分けた．試料は532 nmのレーザーで励起し，励起強度を0.04～40W/cm2で，試料温度を5～300Kで変化させた．A, Bともに1.22 eV, 1.31 eVにピークを持つ発光ならびに，バンドからバンドテールへの遷移による発光である1.5 eVより高エネルギー側へ裾を引く発光を示すことがわかった．Cは異相を含み複雑な発光スペクトルを示していたため，分析は行わなかった．A,B発光スペクトルよりポテンシャル搖動の大きさを求めた結果，Znが多い方が，搖動が少ない傾向にあることがわかった．ただし，測定装置の関係で低エネルギー側のスペクトルを正確に測れていないことと，まだ，試料数が少ないことが課題である．また，ホール効果は膜のひび割れのため測ることができず，搖動量と移動度の関係を調べることはできなかった．低エネルギー側の観測系を整備できたので，今後はさらに効率よく発電するCu-poor, Zn-rich領域並びに化学量論比組成領域の発光を詳しく調べる予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の最終目的は太陽電池の発電効率を下げるポテンシャル搖動を減らし，効率を改善することである．そのため初年度は様々な組成比のCZTS薄膜を作製し，ポテンシャル搖動量ならびにキャリアの移動度を見積もりそれらの比較からポテンシャル搖動が効率に与える影響を調べることを目標としていた．しかし，ホール効果は膜のひび割れのために観測することができず，キャリア移動度とポテンシャル搖動との関係は判明しなかった．一方で，Znを大目にするとポテンシャル搖動が減る傾向にあることが判明した．このことから，今後効率改善をするにはZn大目な領域を中心に検討し，さらにポテンシャル搖動が減る組成比を調べ，その結果を基に更なるポテンシャル搖動を減らす指針を得ればよいということがわかった．この様にキャリア移動度とポテンシャル搖動との関係は明らかにでき
なかったものの，ポテンシャル搖動を減らす，つまり発電効率を改善させるための指針は得られたのでおおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
効率改善するにはポテンシャル搖動を減らすことが重要となる．最近，いくつかの研究機関より低温で非常にゆっくりアニールをすることによりポテンシャル搖動を減らせることがわかってきた．しかし，長時間アニールは工業的には不利であるためそれ以外でポテンシャル搖動を減らす方法を検討する必要がある．Cuをかなり減らす(相対的にZn大目)にすれば搖動量が減るという提案もされているので，今後は初年度よりもさらに細かく組成比を制御しポテンシャル搖動が減る組成領域の検討を行う．また，CZTSはCu_2SnS_3(CTS)がZnSを取り込んで生成されることが知られているので，当初の予定通り，加熱処理時間や温度を変化させ，CTSがZnSを取り込む途中段階の発光スペクトルを調べポテンシャル搖動を調べ，搖動を減らすCZTS作製過程の検討をしていく予定である．
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| Causes of Carryover |
残額111円は少額だったため使用せず翌年度に持ち越すこととした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
残額111円は少額であるため特に使用計画はない．28年度予算とあわせて使用予定である．
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Research Products
(4 results)
