2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thin-film multi-junction solar-cell materials that consist of earth-abundant elements
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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, 機能性材料研究拠点, 上席研究員 (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梅澤 直人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス拠点, 主幹研究員 (20455273) [Withdrawn]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。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の開発を目指す。
当該年度においては、Ba1-xCaxSi2の合成、結晶構造の決定、拡散反射法を用いたEgの決定を行った。合成した試料を電子プローブマイクロ分析した結果、Caはx～0.07までBaと置換することが明らかになった。Ca原子はBaSi2のBa原子と置換しないとされていた従来の結果とは異なる。BaSi2に対するCaの固溶限は、Srのそれ（x～0.8）に比べてかなり小さい。Ba1-xCaxSi2の格子定数はxとともに減少し、x～0.07で0.9%等方的に減少する。単結晶結晶構造解析からA1サイトのBa原子が、Ca原子と置換することが分かった。この点はA1サイトのBa原子が優先的にSr原子と置換したBa1-xSrxSi2の結果と似ている。Egはｘの増加とともに減少し、1.24eVから1.17eVまで減少した。この減少量はBa1-xSrxSi2のときよりも大きい（1.23eV@x = 0.097）。
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