2022 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, 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 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでのCu2SnS3（CTS）薄膜およびCu2GeS3（CGS）薄膜に対する研究成果に基づいて，Cu2(Sn,Ge)S3（CTGS）系薄膜に対するナトリウム（Na）添加による結晶性の向上や太陽電池特性の改善を実現するための薄膜作製プロセスの最適化に取り組んだ。
Cu，Sn，Ge，Sの同時蒸着装置を使用し，Mo付きEagleXGガラス基板上にCGS/CTS積層前駆体薄膜を作製した。この際に，CGS層およびCTS層の成膜時間を調整することでCGS/CTS積層膜厚比を変え，Cu2Sn1-xGexS3薄膜の[Ge]/([Ge]+[Sn])組成比xを制御した。このようにして，Cu-poor組成のCTGS前駆体薄膜を作製し，NaFを用いたNa添加と熱処理条件の検討を行った。これにより，熱処理時のGe硫化物の再蒸発を抑制し，高品質なCTGS薄膜を得るための条件を明らかにした。
得られたCTGS系薄膜を使用して，EagleXG/Mo/CTGS/CdS/ZnO:Al/Al構造の太陽電池素子を作製し，Na添加による太陽電池特性の改善について調査した。その結果，Na添加により太陽電池特性が著しく向上することを明らかにした。具体的には，[Ge]/([Ge]+[Sn])組成比がx=0.27および0.41の場合，それぞれ開放電圧Vocが0.34Vおよび0.38V，短絡電流密度Jscが27.2mA/cm2および22.6mA/cm2，曲線因子FFが0.49および0.52，変換効率PCEが4.53%および4.50%という結果が得られた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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