The fabrication of novel compound semiconductors for high efficiency tandem solar cells

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04131
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: Ozaki Shunji 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80302454)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カルコパイライト構造半導体

Outline of Final Research Achievements

The CuxAg1-xInS2 crystals were grown by the vertical Bridgman method. In growing crystals, the ampoule was tilted and rotated to ensure uniform melting. As a result, crystals with no mixture of different phases were obtained. The X-ray diffraction measurements of the crystals show that the lattice constant ratio c/a changes significantly with a change in the Cu composition ratio. In optical absorption measurements of CuGaS2, an unusual temperature dependence of the bandgap energy was observed at low temperatures. This result has been successfully explained by considering the effects of thermal expansion and electron-phonon interaction.

Free Research Field

半導体光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CuInGaSe2半導体を使用したCIGS系太陽電池のエネルギー変換効率を向上させる方法の一つとしてタンデム型太陽電池の開発が期待されている。しかし、CIGS以外に光吸収層として使用する半導体材料は未定である。本研究では上部の光吸収層として新たにCuxAg1-xGaS2(CAGS)半導体を提案したが、CAGS半導体に関する研究はあまり行われておらず、エネルギーバンド構造をはじめ多くの基礎物性がわかっていない。CAGS半導体及び関連するI-III-VI族半導体結晶を育成し基礎電子物性を調べた本研究は、新規太陽電池開発において、また半導体電子物性の学術分野においても意義があると考えられる。