Frontier of the compound thin-film solar cells with homojunction SnS

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01613
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Issei 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60821717)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳 博 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30361794)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 硫化スズ / 太陽電池 / スパッタリング / 電子構造 / 硫黄欠損 / フェルミ準位ピニング

Outline of Final Research Achievements

In this study, four main achievements were obtained. (1) XPS analysis of the SnS/MoO3 interface revealed that Fermi level pinning, which lowers the open circuit voltage of SnS solar cells, is caused by sulfur deficiency and interface defects, and that high open circuit voltage can be obtained by avoiding them. (2) We have demonstrated that high open-circuit voltage can be obtained by avoiding the causes of Fermi level pinning. (3) We developed a new deposition method using sulfur plasma to fabricate SnS thin films with reduced sulfur deficiency. (4) The electronic structure of SnS and related materials was clarified by using angle-resolved photoemission spectroscopy.

Free Research Field

無機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

SnSは環境適応型の太陽電池材料として期待されている。本研究では、SnS単結晶を用いた研究で、SnS太陽電池の高効率化を妨げる要因のひとつが硫黄欠損であることを明らかにするとともに、これらを回避することで実際に高い変換効率が得られることを実証した。加えて、より実用化に適した薄膜の形態において硫黄欠損を低減するための方策として、硫黄プラズマを用いた成膜手法を構築した。これらは、SnS太陽電池の今後の研究において礎となる科学的知見である。さらに、硫黄プラズマを用いた成膜手法が他の硫化物へと適用できることも明らかとし、工業的な活用が期待される。