2016 Fiscal Year Research-status Report
ユビキタス元素化合物を用いた多接合型薄膜太陽電池材料の開発
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16K06713
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
今井 基晴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物質合成グループ, グループリーダー (90354159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅澤 直人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス拠点, 主幹研究員 (20455273) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バリウムシリサイド / 太陽電池材料 / 置換効果 / バンドギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、薄膜太陽電池材料として有望な物性を示すユビキタス元素化合物BaSi2のバンドギャップ（Eg）における元素置換効果を明らかにし、そこからBaSi2多接合型太陽電池を可能にする材料を探索することを行う。具体的には、Ba1-xSrxSi2等の元素置換試料を合成し、Ba原子等を置換することによるBaSi2の結晶構造及びEgの変化を、実験、計算の両面から調べる。BaSi2において、Ba原子は異なる二つの結晶学サイトA1、A2を、Si原子は異なる三つの結晶学サイトSi1、Si2、Si3を占めており、それぞれの元素に対し複数の置換サイトを持っているので、それぞれの元素に対して置換サイトが一つしかない二元系Ⅲ-Ⅴ化合物半導体とは異なるEgに対する置換効果が期待される。このようにして得られたEg制御に関する知見を用いてBaSi2多接合太陽電池を作成する際に必要な材料を開発することを目指す。
当該年度においては、Ba1-xSrxSi2の単結晶試料を育成し、X線回折を用いて結晶構造を決定し、A1、A2サイトのSr占有率のx依存性を決定した。単結晶育成は、アーク溶融法と再熔融凝固法の組み合わせで行った。先ずモル比(1-x):x のBaSi2とSrSi2の混合物からアーク溶融法を用いてBa1-xSrxSi2を合成した。この試料をBNルツボに入れた後に、アルゴン雰囲気下で石英管に封入し、電気炉を用いて1470Kまで加熱し再度溶融し徐冷することにより単結晶試料を育成した。育成した試料の組成を電子プローブマイクロ分析（EPMA）用いて評価した結果、x = 0～0.8までの試料が得られていることが分かった。CCD型単結晶X線回折装置を用いて、育成した単結晶試料の結晶構造を決定した結果、A1サイトを占有しているBa原子が優先的にSr原子と置換することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H28年度は、Ba1-xSrxSi2の単結晶試料(0 =< x =< 0.8)を育成し、X線回折を用いて結晶構造を決定し、A1、A2サイトのSr占有率のx依存性を決定した。これで当該年度に予定されていた研究は終了した。BaSi2に関して第一原理計算を行い、電子状態と光学的性質に関する知見を得ている。更に、翌年度予定されていた拡散反射法による光吸収係数の測定を、一部の試料では行っている。以上のことから、研究は当初の計画以上に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、合成したBa1-xSrxSi2の光吸収係数を拡散反射法により測定し、Egを決定する。更に、BaSi2、Ba0.5Sr0.5Si2、SrSi2の電子構造、光吸収係数の第一原理計算を密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算コードVASPまたはPHASEを用いて行う。Sr原子がA1またはA2サイトを置換した場合、のバンド構造計算を行い、BaSi2のそれと比較する。更に、複素誘電率を計算し、複素誘電率から光吸収係数を計算する。また、状態密度、部分状態密度を計算し、Sr原子がどのようにBa、Si原子の原子軌道に影響して、Egを変化させているか、解明する。
更に、BaSi2のBa原子をCa原子に置換した場合の結晶構造、光学的性質に関する研究も行う。時間があれば、Si原子をX原子(X = C or Ge)で部分置換した試料BaSi2-yXyのT1、T2、T3サイトの占有率、EgのX元素濃度依存性に関する研究を行う。
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| Causes of Carryover |
研究分担者の梅澤が海外企業に転出し、科研費応募資格を喪失したため、彼を組織から削除した。そのため、彼の分担である第一原理計算を研究代表者が引き継いだ。代表者が第一原理計算を行うには、H29年度の第一原理計算コードPHASEの保守費用が必要となったため、そのための金額を残した。更に計算を手伝ってもらうための研究協力者への謝金のための金額も残した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H29年度の第一原理計算コードPHASEの保守費用および研究協力者への謝金として使用する。
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[Presentation] BaSi2の電子構造2017
Author(s)
今井基晴, KUMARMukesh, 梅澤直人
Organizer
第64回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
パシフィコ横浜（横浜）
Year and Date
2017-03-14 – 2017-03-17
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