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2016 Fiscal Year Research-status Report

新規Ag系化合物薄膜太陽電池の創製

Research Project

Project/Area Number 16K14551
Research InstitutionMiyakonojo National College of Technology

Principal Investigator

赤木 洋二  都城工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (10321530)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords化合物太陽電池 / 硫化物 / 銀錫硫化物
Outline of Annual Research Achievements

将来の大規模量産を賄いうる新たな安全かつレアメタルフリー化合物太陽電池材料の探索研究が必須となっており、本研究では、新規Ag系化合物太陽電池材料として期待されるAg8SnS6結晶薄膜の作製法の確立とAg8SnS6太陽電池の高効率化を実現するための技術開発を目指している。今年度は、特に薄膜作製法の確立と材料の光学的性質を明らかにすることを目指し、真空蒸着法により成膜したglass/Ag/Sn、glass/Ag/SnSプリカーサ膜を、H2S 雰囲気中で300~500℃の温度で熱処理を行った薄膜より、以下の成果を得た。ここで、出発原料のAg:Snは8:1もしくは2:1のモル比で秤量し、AgおよびSnもしくはSnSを蒸着する際の基盤温度を室温もしくは300℃として成膜を行った。
1. glass/Ag/Sn、glass/Ag/SnSプリカーサ膜を熱処理することで、Ag8SnS6結晶に帰属したピークが確認できた。
2. 加熱した基板上にプリカーサ膜を成膜すると、加熱しない場合に比べて、熱処理後に薄膜中のボイドが減少していることを明らかにした。
3. Sn単体を原料として成膜する場合(glass/Ag/Sn)よりもSnSを原料として成膜した場合(glass/Ag/SnS)の方が、熱処理後に薄膜中のボイドが減少していることを明らかにした。
4. 光学的特性である透過率と反射率から光吸収係数を計算すると104cm-1以上の値を持ち、またバンドギャップを見積もると、約1.3eVの値が得られ、太陽電池材料として有望な物性を有していることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究では、新規Ag系化合物太陽電池として期待されるAg8SnS6において、結晶薄膜の作製法の確立と太陽電池の高効率化を実現するための技術開発を目指している。
真空蒸着法を用いてAg とSnもしくはSnSを積層したプリカーサ膜を成膜し、硫化水素雰囲気中で熱処理することで、高品質な薄膜を得る作製条件の検討および材料の光学的性質の評価を行った。その結果、加熱した基板上にプリカーサ膜を成膜すると、加熱しない場合に比べて、熱処理後に薄膜中のボイドが減少していることを明らかにした。また、Sn単体を原料として成膜したglass/Ag/Snプリカーサ膜を用いた場合よりも、SnSを原料として成膜したglass/Ag/SnSプリカーサ膜を用いた場合の方が、熱処理後に薄膜中のボイドが減少していることを明らかにした。さらに、太陽電池材料としてのポテンシャルを確認するため、これらの薄膜の透過率と反射率から光吸収係数を計算すると104cm-1以上の値を持ち、またバンドギャップを見積もると、約1.3eVの値が得られ、太陽電池用材料として極めて優秀な光学的性質を有していることが分かった。しかしながら、X線回折装置による結晶構造解析において、熱処理の温度によっては、帰属できない回折ピークも確認されており、これらの解析を進めていく必要がある。

Strategy for Future Research Activity

太陽電池のデバイス化に向け、当初の予定通り、Ag/Sn比を変化させたときのAg8SnS6薄膜の作製と評価を行う。さらに、薄膜の伝導型制御や高品質化を期待してSbもしくはBi添加薄膜の作製と評価を行う。また、これまでの作製した薄膜において、熱処理の温度によっては、X線回折法による帰属できない回折ピークも存在していた。それをラマン分光等を用いて、薄膜中の異相の存在の有無について明らかにし、単相のAg8SnS6薄膜を作製するための成膜条件・熱処理条件の検討を行う。
さらにAg8SnS6薄膜の熱処理条件を変化させて太陽電池デバイスを作製し、光起電力の熱処理依存性について明らかにすることを目指す。

  • Research Products

    (35 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results)

  • [Journal Article] Comparison of buffer layers on SnS thin-film solar cells prepared by co-evaporation2017

    • Author(s)
      Aimi Yago, Shohei Sasagawa, Yoji Akaki, Shigeyuki Nakamura, Hiroto Oomae, Hironori Katagiri and Hideaki Araki
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 14 Pages: 201600194

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cu2SnS3薄膜におけるCu-Snプリカーサ作製時の基板温度の影響2017

    • Author(s)
      畠田幸之介,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Journal Title

      2016年度 多元系機能性材料研究会 年末講演会論文集

      Volume: - Pages: 40-42

    • Open Access
  • [Journal Article] SnS/Ag/glassプリカーサの硫化の影響2017

    • Author(s)
      有馬万琴,秋田駿斗、田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Journal Title

      2016年度 多元系機能性材料研究会 年末講演会論文集

      Volume: - Pages: 43-46

    • Open Access
  • [Journal Article] Cu2SnS3太陽電池作製条件の検討2017

    • Author(s)
      宮田悠史、荒木秀明、中村重之, 瀬戸悟、山口利幸、赤木洋二
    • Journal Title

      都城工業高等専門学校 研究報告

      Volume: 51 Pages: 15-22

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 真空蒸着法により作製したSnS薄膜の評価2017

    • Author(s)
      岩崎和也、中村重之、荒木秀明、赤木洋二
    • Journal Title

      都城工業高等専門学校 研究報告

      Volume: 51 Pages: 23-28

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 硫化法による(Cu,Ag)2SnS3薄膜の作製と太陽電池への応用2017

    • Author(s)
      中嶋崇喜,畑山耕一,山口利幸, 荒木秀明, 中村重之, 瀬戸悟, 赤木洋二, 笹野順司, 伊崎昌伸
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜 (神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] 硫化法によるAg-Sn-S薄膜の作製2017

    • Author(s)
      秋田駿斗,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度 電気学会九州支部高専研究講演会
    • Place of Presentation
      都城工業高等専門学校(宮崎県・都城市)
    • Year and Date
      2017-03-05
  • [Presentation] 真空蒸着法を用いた(Cu,Ag)2SnS3薄膜の作製2017

    • Author(s)
      田之上幸輝,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度 電気学会九州支部高専研究講演会
    • Place of Presentation
      都城工業高等専門学校(宮崎県・都城市)
    • Year and Date
      2017-03-05
  • [Presentation] 真空蒸着法を用いたCu2SnS3薄膜の作製2017

    • Author(s)
      畠田幸之介,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度 電気学会九州支部高専研究講演会
    • Place of Presentation
      都城工業高等専門学校(宮崎県・都城市)
    • Year and Date
      2017-03-05
  • [Presentation] Ag8SnS6薄膜の作製及び評価2017

    • Author(s)
      有馬万琴,秋田駿斗、田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度 電気学会九州支部高専研究講演会
    • Place of Presentation
      都城工業高等専門学校(宮崎県・都城市)
    • Year and Date
      2017-03-05
  • [Presentation] CATS薄膜太陽電池の作製と特性評価2016

    • Author(s)
      中嶋崇喜, 畑山耕一, 山口利幸, 荒木秀明, 中村重之, 瀬戸悟, 赤木洋二, 笹野順司, 伊﨑昌伸
    • Organizer
      第6回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      小山工業高等専門学校(栃木県・小山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-11
  • [Presentation] Ag系化合物太陽電池の現状について2016

    • Author(s)
      赤木洋二、有馬万琴,秋田駿斗、田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸
    • Organizer
      第6回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      小山工業高等専門学校(栃木県・小山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-11
  • [Presentation] Cu2SnS3薄膜におけるプリカーサ作製時の基板温度の影響2016

    • Author(s)
      畠田幸之介,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      第6回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      小山工業高等専門学校(栃木県・小山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-11
  • [Presentation] Ag8SnS6薄膜作製に向けた熱処理条件の検討2016

    • Author(s)
      有馬万琴,秋田駿斗、田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      第6回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      小山工業高等専門学校(栃木県・小山市)
    • Year and Date
      2016-12-10 – 2016-12-11
  • [Presentation] SnS/Ag/glassプリカーサの硫化の影響2016

    • Author(s)
      有馬万琴,秋田駿斗、田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度応用物理学会「多元系化合物・太陽電池研究会」年末講演会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究所、ふくしま磐梯熱海温泉 ホテル華の湯(福島県・郡山市)
    • Year and Date
      2016-12-09 – 2016-12-10
  • [Presentation] Cu2SnS3薄膜におけるCu-Snプリカーサ作製時の基板温度の影響2016

    • Author(s)
      畠田幸之介,荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度応用物理学会「多元系化合物・太陽電池研究会」年末講演会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究所、ふくしま磐梯熱海温泉 ホテル華の湯(福島県・郡山市)
    • Year and Date
      2016-12-09 – 2016-12-10
  • [Presentation] Cu-Ag-Sn薄膜の硫化水素による熱処理の影響2016

    • Author(s)
      田之上幸輝、荒木秀明、中村重之、瀬戸悟, 山口利幸、赤木洋二
    • Organizer
      平成28年度応用物理学会「多元系化合物・太陽電池研究会」年末講演会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究所、ふくしま磐梯熱海温泉 ホテル華の湯(福島県・郡山市)
    • Year and Date
      2016-12-09 – 2016-12-10
  • [Presentation] 硫化法による低環境負荷型(Cu,Ag)2SnS3 薄膜太陽電池の作製2016

    • Author(s)
      畑山耕一, 中嶋崇喜, 山口利幸,荒木秀明, 中村重之, 瀬戸悟, 赤木洋二, 笹野順司, 伊崎昌伸
    • Organizer
      平成28年電気関係学会関西連合大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学 中百舌鳥キャンパス(大阪府・堺市)
    • Year and Date
      2016-11-22 – 2016-11-23
  • [Presentation] Fabrication of Ag-Sn-S thin films by sulfurization of vacuum evaporated Ag/Sn and Ag/SnS precursors2016

    • Author(s)
      Hayato Akita, Yoji Akaki, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki, Satoru Seto, Toshiyuki Yamaguchi
    • Organizer
      26th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Marina Bay Sands Sands Expo and Convention Center (Singapore)
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of H2S Annealing for SnS Thin Films Deposited at High Substrate Temperature2016

    • Author(s)
      Yoji Akaki, Kazuya Iwasaki, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki
    • Organizer
      26th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Marina Bay Sands Sands Expo and Convention Center (Singapore)
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Sodium on Cu2SnS3 Thin Films Prepared By Co-Evaporation2016

    • Author(s)
      Hideaki Araki, Shohei Sasagawa, Yoji Akaki, Akiko Takeuchi, Hironori Katagiri
    • Organizer
      26th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Marina Bay Sands Sands Expo and Convention Center (Singapore)
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硫化法による(Cu,Ag)2SnS3 薄膜作製条件の検討2016

    • Author(s)
      中嶋崇喜,畑山耕一,山口利幸,荒木秀明,中村重之,瀬戸悟,赤木洋二
    • Organizer
      第77回秋季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 硫化法によるAg2SnS3薄膜の作製2016

    • Author(s)
      南愛海,笹川祥平,江部日南子,家後和美, 赤木洋二,山口利幸,中村重之, 瀬戸悟,片桐裕則,荒木秀明
    • Organizer
      第77回秋季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Effects of H2S annealing for Ag/Sn Thin Films Deposited by a Thermal Evaporation Method2016

    • Author(s)
      Yoji Akaki, Hayato Akita, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki, Satoru Seto, Toshiyuki Yamaguchi
    • Organizer
      20th International Conference on Ternary and Multinary Compound
    • Place of Presentation
      The Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina(Halle, Germany)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Substrate Temperature for Sn-S Thin Films Deposited by a Thermal Evaporation Method2016

    • Author(s)
      Yoji Akaki, Kazuya Iwasaki, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki
    • Organizer
      20th International Conference on Ternary and Multinary Compound
    • Place of Presentation
      The Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina(Halle, Germany)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of buffer layers on SnS thin-film solar cells prepared via co-evaporation2016

    • Author(s)
      A. Yago, S. Sasagawa, Y. Akaki, S. Nakamura, H Oomae, H. Katagiri and H. Araki
    • Organizer
      20th International Conference on Ternary and Multinary Compound
    • Place of Presentation
      The Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina(Halle, Germany)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of H2S annealing for Cu-Sn thin films of different Cu/Sn ratio2016

    • Author(s)
      Yuji Miyata, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki, Satoru Seto, Toshiyuki Yamaguchi, Yoji Akaki
    • Organizer
      20th International Vacuum Congress
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center (Busan, Korea)
    • Year and Date
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of H2S annealing for Sn and Sn-S thin films2016

    • Author(s)
      Yoji Akaki, Kazuya Iwasaki, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki
    • Organizer
      20th International Vacuum Congress
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center (Busan, Korea)
    • Year and Date
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of (Cu,Ag)2SnS3 thin films by sulfurization and application to photovoltaic devices2016

    • Author(s)
      Koichi Hatayama, Mitsuki Nakashima, Toshiyuki Yamaguchi, Hideaki Araki, Shigeyuki Nakamura, Satoru Seto, Yoji Akaki
    • Organizer
      20th International Vacuum Congress
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center (Busan, Korea)
    • Year and Date
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preparation of SnS thin films by close-space-sublimation method2016

    • Author(s)
      Hideaki Araki, Masato Abe, Aimi Yago, Hironori Katagiri, Yoji Akaki
    • Organizer
      20th International Vacuum Congress
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center (Busan, Korea)
    • Year and Date
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SnおよびSn-S薄膜の硫化水素による熱処理の影響2016

    • Author(s)
      赤木洋二、岩崎和也、中村重之、荒木秀明
    • Organizer
      第13回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      アオーレ長岡(新潟県・長岡市)
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [Presentation] Cu-Sn薄膜の硫化水素による熱処理の影響2016

    • Author(s)
      赤木洋二、宮田悠史、中村重之、荒木秀明、瀬戸悟, 山口利幸
    • Organizer
      第13回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      アオーレ長岡(新潟県・長岡市)
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [Presentation] Ag-Sn薄膜の硫化によるAg2SnS3薄膜の作製及び硫化温度依存性2016

    • Author(s)
      南愛海,佐野友美,笹川祥平,家後和美,赤木洋二,山口利幸,中村重之,瀬戸悟,荒木秀明
    • Organizer
      第13回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      アオーレ長岡(新潟県・長岡市)
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [Presentation] 硫化法による(Cu,Ag)2SnS3薄膜太陽電池の作製2016

    • Author(s)
      中嶋崇喜,畑山耕一,山口利幸,荒木秀明,中村重之,瀬戸悟,赤木洋二
    • Organizer
      第13回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      アオーレ長岡(新潟県・長岡市)
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [Presentation] 太陽電池への応用を目指したX2SnS3(X=Cu, Ag)系薄膜の作製2016

    • Author(s)
      荒木秀明,佐野友美,南愛海,笹川祥平,家後和美,赤木洋二,山口利幸,中村重之,瀬戸悟,片桐裕則
    • Organizer
      第13回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      アオーレ長岡(新潟県・長岡市)
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20

URL: 

Published: 2018-01-16  

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