Band structure control of multi-band gap semiconductors and its application to solar cell

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04956
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 鍋谷 暢一 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30283196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 俊 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (00020503) ; 村中 司 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20374788)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 太陽電池 / 格子歪

Outline of Annual Research Achievements

太陽電池は燃料を必要とせず、太陽光を照射するだけで半永久的に利用できるため、身近な電力源としての役割は大きい。しかし現在実用化されているSi系やCuInGaSe(CIGS)系半導体太陽電池の効率は十数パーセントであり、さらなる高効率化は必須である。
禁制帯中に中間バンドをもつマルチバンドギャップ半導体では中間バンドを介して光を吸収し自由キャリアを生成できる。本研究では、2.26eVの禁制帯幅をもつZnTeに局在準位を形成する酸素(O)を添加し、局在準位を高密度化して中間バンドを制御する。そしてZnTeO混晶を光吸収層をとするマルチバンドギャップ半導体太陽電池を作製することを目的とする。
ZnTeO混晶はZnTeを母体とするマルチバンドギャップ半導体であるが、O原子を取り入れることが困難である。その理由はZn-TeとZn-Oの結合長が25%程度異なり、結晶内の歪エネルギーが高くなるからである。
最終年度もValence Force Field法によってZnTeO混晶の歪エネルギーを原子レベルで計算した。O原子の位置はランダムに配置した。その結果、O組成は低い混晶ではO原子を中心として数原子以内の範囲に歪エネルギーの増加が集中していることがわかった。またZnSeOやZnSOなどの混晶と比較しても、ZnTeOは同じ酸素組成でも歪エネルギーがかなり大きいことが分かった。