2017 Fiscal Year Research-status Report
化合物薄膜太陽電池光吸収層に対する欠陥評価技術の開発とそれを用いた評価
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17K06345
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
伊藤 貴司 岐阜大学, 工学部, 教授 (00223157)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 光吸収 / 欠陥評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化合物薄膜太陽電池の光吸収層の光吸収から欠陥評価を可能とする評価技術の確立を目的とし、太陽電池構造でフーリエ変換光電流分光（FTPS）測定を行った。
従来法で測定した外部量子効率（EQE）による校正と光反射率の測定結果から、FTPS測定によるバンドギャップ内準位が関係する低エネルギー領域の光吸収に対応する内部量子効率（IQE）の絶対値評価を可能とした。窓層の層厚ならびに組成の異なるCu2ZnTs(S,Se)4薄膜太陽電池を測定し、得られたIQEスペクトルから、窓層の層厚によらず光吸収層のバンドギャップエネルギーを決定できることを示した。また、バンドギャップエネルギーより低エネルギー側に指数関数裾を観測した。この指数関数裾から得られるアーバックエネルギーはS/(S+Se)組成比に依存し変化することを見出した。また、この指数関数裾の要因の一つとして、CuとZnの置換欠陥によるバンド揺らぎが考えられた。以上の結果は、太陽電池構造でのFTPS評価によりその光吸収層の評価が可能であることを示している。よって、本測定法を用いた、太陽電池構造でその光吸収層の評価は、高効率化合物薄膜太陽電池の迅速な開発に貢献できるものと考えられる。
FTPS法にロックイン検出法を適用し、定常光である白色光を照射しながらCu2ZnTs(S,Se)4薄膜太陽電池の測定を行った。その結果、指数関数裾より低エネルギー領域において、通常のFTPS法では観測できなかった吸収を検出した。新たに検出したこの吸収は、バンドギャップ中の深い位置に存在する、欠陥準位に関係する可能性があると考えられた。
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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
当初、光吸収係数の絶対値化については、光学定数データベースを用いて、エレクトロリフレクタンス法によりバンドギャップエネルギーを決定し、それに対応する光吸収係数スペクトルを、光学定数データベースを用いて算出し、その高エネルギー領域の値に、フーリエ変換光電流分光（FTPS）法により得られた光吸収係数をフィッティングすることで、絶対値化を行う予定であった。実際に絶対値化に用いた方法は、当初の方法とは異なるが、バンドギャップ内準位が関係する低エネルギー領域の光吸収係数に相当する内部量子効率（IQE）の絶対値評価を可能とした。なお、測定した光反射率を用いた補正は、IQEの算出で行っており、当初の予定通り窓層等での照射光の減衰の影響を除去している。
ロックイン検出を適用したFTPS測定は可能とした。定常光である白色光の照射とロックイン検出を適用することで、通常のFTPS法では観測できなかった、指数関数裾より低エネルギー領域における吸収を検出した。これは、ロックイン検出適用によるS/N比向上が関係していると考えられる。
以上の点から、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
化合物薄膜太陽電池光吸収層における欠陥準位が関係する光吸収を明らかにすることを目的とし、以下のように進める。
フーリエ変換光電流分光（FTPS）法による光吸収係数測定を、化合物薄膜太陽電池に対して系統的に行う。なお、FTPS測定については、引き続き高精度化を行う。また、化合物薄膜太陽電池に対して、PA測定など欠陥評価に関する他の測定を系統的に行い、欠陥準位について調べる。
以上の結果をもとに、光吸収係数スペクトルと欠陥準位との相関性について調べ、化合物薄膜太陽電池光吸収層における欠陥準位が関係する光吸収について考察する。
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