2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K05282
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
石塚 尚吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (60415643)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / CIS系太陽電池 / ワイドギャップカルコゲナイド / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
可視光の短波長成分を効率よく電気エネルギーに変換できるワイドギャップ（ここでは禁制帯幅1.6-2.0 eVの範囲をいう）カルコゲナイド薄膜デバイスは、結晶欠陥や界面欠陥による性能律速が実用化を阻んでいる。本研究は、そのような欠陥の解析と制御技術の確立を目的とし実施される。ワイドギャップカルコゲナイド薄膜による実用デバイス実現のための技術が確立されることで、民生普及が可能な安価で高性能、長期信頼性に優れるタンデム太陽電池や水分解水素生成デバイスへの展開が期待できる。研究課題２年目となる2020年度では、代表的なワイドギャップカルコゲナイド材料の一つである禁制帯幅1.7 eVのCuGaSe2のp-n接合界面の制御に注力し、バルクCuGaSe2薄膜の製膜方法だけでなく、薄膜表面の改質やn型バッファ層の製膜条件の検討などによる太陽電池デバイスの特性可制御性を検証した。当然、CuGaSe2太陽電池を構成する材料の物性評価だけでなく、実際にp-n接合光電変換デバイス（太陽電池）を作製し光応答特性の評価を行い、特にCuGaSe2薄膜表面構造とそれによって形成されるp-n接合界面特性の制御を実施した。2020年度の主な研究成果のうち、軽いLiから重いCsまでのアルカリ金属添加効果に関する部分についてはすでに論文化されている（S.Ishizuka et al., ACS Applied Materials & Interfaces 12 (2020) 2508-25065, Solar Energy 211 (2020) 1092-1101).CuGaSe2太陽電池デバイスのp-n接合界面制御に関する部分においても、順次論文化され社会発信される予定である。
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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
タンデム型太陽電池のトップセルとして期待される短波長光吸収材料であるCuGaSe2薄膜の作製とそれを用いた太陽電池デバイスを作製し、不純物添加制御等により物性制御（キャリア密度変化やそれに伴う空乏層幅変化、薄膜の表面Cu欠損相形成など）を行った。また、それにより薄膜材料物性と得られたデバイス特性との相関を評価し、短波長光吸収用ワイドギャップカルコゲナイド太陽電池の高性能化につながる学術的知見を得ている。得られた研究成果の発表（S.Ishizuka et al., ACS Applied Materials & Interfaces 12 (2020) 2508-25065, Solar Energy 211 (2020) 1092-1101）により、積極的な成果発信も行っており、着実な進捗が認められる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる2021年度では、ワイドギャップCuGaSe2薄膜太陽電池の高効率化に向けてこれまでに得られた学術的知見を実デバイスの高性能化に活かし、技術としての活用と特許化、また引き続き学術的側面から本課題で得られた新規発見事項の論文化を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
大規模感染症（COVID-19）の影響により学会や国際会議参加のための旅費使用の機会が無くなることにより生じた余剰予算は、2021年度のTEM観察やSIMS分析など、CuGaSe2薄膜の評価・解析に必要な外注分析費用に充てる予定である。
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