2018 Fiscal Year Annual Research Report
バンドエンジニアリングで実現する世界最高効率Inフリー化合物薄膜太陽電池の開発
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16H04336
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 硫化物 / 薄膜 / カルコゲン化合物 / インジウムフリー / 銅錫ゲルマニウム硫化物 / バンドギャップ制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，希少元素In や毒性元素Se を含まない４元系材料Cu2(Sn,Ge)S3に着目した。Cu2(Sn,Ge)S3薄膜の作製技術の確立とともに最適なデバイス作製技術を検討し，Inフリー化合物を用いた高効率薄膜太陽電池の実現を目指して，以下の取り組みを行った。
１．Cu2(Sn,Ge)S3薄膜の作製技術の確立
Cu,Sn,Ge,Sの同時蒸着装置を用いて，様々なGe組成を持ったCu2(Sn,Ge)S3薄膜の製膜条件の検討を行った。基板温度300度，硫黄セル温度150度（クラッキング温度800度）下で，Cuセル温度1050～1100度，Snセル温度920～985度，Geセル温度1110～1215度において，組成比Cu/(Sn+Ge)=0.96～2.73，Ge/(Sn+Ge)=0.14～0.67のCu2(Sn,Ge)S3系薄膜が得られ，セル温度の制御によるGe/(Sn+Ge)組成比の制御条件を明らかにした。
２．Na添加による太陽電池の高効率化
Naフリーガラス基板（EAGLE XG）を用いて，Na添加の影響について調査した。Cu2SnS3同時蒸着膜にNaFを積層し，熱処理をすることによって結晶成長を行い，得られたCu2SnS3薄膜を用いて Glass/Mo/Cu2SnS3/CdS/ZnO:Al/Al構造の太陽電池を作製し，光起電力特性を評価した。Na添加しなかった試料と比較して，僅かにNa添加した試料は，結晶粒径が著しく増大し，光起電力特性が向上するが，Naの過剰な添加は異相を生じ，光起電力特性が低下するため，添加量の最適値があることを明らかにした。また，Cu2GeS3薄膜においてもCu2SnS3系と同様にNa添加しなかった試料と比較して，Na添加した試料において光電変換特性が向上することを見出した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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