2020 Fiscal Year Annual Research Report
Na添加を用いた結晶成長技術の革新による高効率Inフリー化合物薄膜太陽電池の開発
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19H02663
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
寺田 教男 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (20322323)
田中 久仁彦 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (30334692)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 硫化物 / 薄膜 / カルコゲン化合物 / 銅錫ゲルマニウム硫化物 / インジウムフリー / Na添加効果 / インジウムフリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu2SnS3（CTS）及びCu2GeS3（CGS）薄膜の作製プロセスの検討を行うため，熱処理中のin-situレーザーラマン分光が可能な測定系を構築した。構築した測定系を用いて同時蒸着CTS薄膜に対する測定を行い，窒素雰囲気下の室温から630℃までの熱処理過程において，熱膨張によると考えられる低波数側へのラマンスペクトルのシフトを観察するとともに，340cm-1付近の異相によると考えられるピークが昇温によって減少すること，CTSに帰属されるピークがシャープになり，結晶性が向上することを確認した。
また，CTS系薄膜太陽電池の高効率化への取り組みとして，CdS/CTS接合界面の電子構造に関する知見を得た。硫化法で作製したNa添加CTS薄膜の表面を低エネルギーArイオンビームにより露出させた試料を用いて，表面組成，電子構造及びそれらの超高真空中(UHV)熱処理による変化，CdS/CTS界面バンド接続をXPS-UPS/IPES及びそれらとCdSのステップ蒸着を組み合わせたin-situ測定により評価した。UHV熱処理前のCTS表面には低伝導帯下端を持つCu-richな相が存在し，UHV熱処理によってCu-poorな相に変化することが示唆される結果を得た。また，CdS/CTS界面の伝導帯オフセットは，界面再結合の抑制に有利とされるsmall spike型の伝導帯接続となることが示唆された。
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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
同時蒸着によって作製したCu2SnS3，Cu2GeS3薄膜を用いた太陽電池素子化を行い，CdSとの接合に対するアニール条件の検討などを進めた。また，熱処理のin-situレーザーラマン分光測定が可能な系を構築し，熱処理中の化合物相の変化や結晶性の向上などのin-situ観察が可能になった。
特にCTS薄膜に対しては，CdS/CTS界面の電子構造に関する知見を得るとともに，CTS主成分以外に副成分の存在から，CTS相の単相化の重要性を明らかにするなど，Cu2SnS3薄膜太陽電池の高効率化のための新たな指針が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cu2SnS3，Cu2GeS3薄膜の作製で得られた知見に基づいて，Cu2(Sn,Ge)S3（CTGS）薄膜の作製及びNa添加試料の作製と熱処理による結晶成長の検証を行うとともに，得られたCTGS薄膜を用いた太陽電池セルを作製し，作製プロセスの最適化に取り組むことで，高効率なCTGS薄膜太陽電池の作製を目指す。
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[Presentation] Ag添加Cu2SnS3熱発電素子2020
Author(s)
仲野茂翠,中村重之,志賀信哉,奥山哲也,加藤岳仁,荒木秀明,竹内麻 希子,山口利幸,赤木洋二,瀬戸悟,武田雅敏
Organizer
令和２年応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会年末講演会
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