2022 Fiscal Year Annual Research Report
レジリエント社会構築のための高効率タンデム太陽電池の開発
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20H02636
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 明 東京工業大学, 工学院, 教授 (40220363)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 薄膜太陽電池 / カルコパイライト / 低電子親和力材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、レジリエント社会の実現に向けてタンデム太陽電池用Cu(In,Ga)S2（CIGS）トップセル、およびトップセル用Zn-Ge-Oバッファ層の開発を行っている。最終年度はCIGS太陽電池の高効率化、およびZn-Ge-Oバッファ層のCIGS太陽電池への適用を行なった。
本年度はCIS太陽電池へのGa添加を試みた。初めにCu-In-Ga金属プリカーサを同時蒸着法により作製、その後S雰囲気下でアニールすることによりCIGS光吸収層を作製した。その結果、III族元素と比較してCuの表面への拡散速度が速いこと、Gaと比較してInの拡散速度の方が速いことがX線回折、ラマン散乱分光、断面組成分析により明らかとなった。このため同時蒸着法により金属プリカーサを作製しても、アニール時に自然にGaの濃度勾配が裏面から表面に向けて形成されることが示された。この自然な濃度勾配により、少数キャリアである電子の裏面への拡散が抑制され、本年度は昨年度の変換効率3.7%を上回る7.2%の変換効率が達成された。
CIGSはワイドギャップ材料でありCIGSeと比較して電子親和力が小さく、電子親和力の小さなn型バッファ層が必要となる。本年度は、これまで開発してきたZn-Ge-OのCIGS太陽電池への適用を行なった。その結果、禁制帯幅3.67eVのZn-Ge-Oバッファ層を用いた太陽電池では高エネルギー領域での光吸収が見られず、CdSバッファ層の試料で17.8 mA/cm2、Zn-Ge-Oの試料で19.4 mA/cm2の短絡電流密度が得られた。しかし、開放電圧やFFの低下によりCdSと比べてZn-Ge-Oバッファの太陽電池は変換効率が減少した。これはZn-Ge-Oを150 nm製膜したことによる直列抵抗の増加、および界面特性劣化によるものと考えられ、今後の研究課題も明らかとなった。
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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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