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2013 Fiscal Year Annual Research Report

粒界機能の積極的利用による新規多結晶系太陽電池材料の創出

Research Project

Project/Area Number 23656435
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

連川 貞弘  熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (40227484)

KeywordsCdTe / シリコン / 太陽電池 / 結晶粒界 / ポテンシャル障壁 / 第一原理計算 / ナノ結晶
Research Abstract

結晶粒界は粒内とは異なる電子構造をもつことから,しばしば特異な特性・機能を発現する。したがって,従来,変換効率低下の主因と考えられてきた結晶粒界を逆に積極的に利用することにより,新規な高効率多結晶太陽電池材料の開発が期待される。本研究では,粒界電子物性を明らかにし,粒界機能を有効に発現させるための粒界設計について検討することを目的としている。平成25年度は,主にCdTe多結晶に高頻度で存在する(111)Σ3粒界のキャリ再結合活性をカソードルミネッセンス(CL)を用いて測定を行い,第一原理計算に基づいて実験結果を理論的に考察した。
1. CdTeの(111)Σ3粒界についてCL観察を行ったところ,幾何学的には同じ性格の粒界であるにもかかわらず,CLコントラストが強い電気的に活性な粒界とコントラストの弱い電気的に不活性な粒界が存在することが見出された。CdTeの(111)Σ3粒界は,TeあるいはCd原子をコアとする極性界面となることが,H24年度の研究で明らかとなっており,本年度は引き続き第一原理計算により電子状態の解析を行った。その結果,Cdコアの(111)Σ3粒界では,Ev+0.19 eVの位置に界面準位が形成されるのに対し,Teコア(111)Σ3粒界では,バンドギャップ内にそのような界面準位は形成されないことが明らかとなった。したがって,CdTeの(111)Σ3粒界の電気活性は,粒界における極性に著しく依存することが明らかとなった。
2. 粒界をビルトインポテンシャルとして積極的に利用してキャリアの分離を促進させることにより,光ー電気変換効率の向上を図る目的で,ナノ結晶シリコン薄膜の作製を試みた。ガラス基板上にマグネトロンスパッタリング法によりアモルファスシリコンを成膜し,その後結晶化することにより粒径5-25nmのナノ結晶シリコン薄膜の作製に成功した。

  • Research Products

    (13 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Transmission electron microscopy/electron energy loss spectroscopy measurements and ab initio calculation of local magnetic moments at nickel grain boundaries2014

    • Author(s)
      K. Hirayama, S. Ii, S. Tsurekawa
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials

      Volume: 15 Pages: 015005 (6pp)

    • DOI

      10.1088/1468-6996/15/1/015005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of potential variations around grain boundaries in BaSi2 epitaxial films by Kelvin probe force microscopy2013

    • Author(s)
      M. Baba, S. Tsurekawa, K. Watanabe, W. Du, K. Toko, K. O. Hara, N. Usami, T. Sekiguchi, T. Suemasu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 142113 (4pp)

    • DOI

      10.1063/1.4824335

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reply to “Comment on direct measurement of local magnetic moments at grain boundaries in iron” by Stoger-Pollach2013

    • Author(s)
      K. Hirayama, S. Ii, S. Tsurekawa
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 69 Pages: 823-825

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2013.08.003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of bridging carbon nanofibers in cracks formed by heat-treating iron oxide thin sheets in acetylene gas2013

    • Author(s)
      T. Hikata, S. Okubo, Y. Higashi, T. Matsuba, R. Utsunomiya, S. Tsurekawa, K. Murakami, J. Fujita
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 3 Pages: 042127 (12pp)

    • DOI

      10.1063/1.4802966

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potential barrier at grain boundaries in polycrystalline silicon: influence of grain-boundary character and copper/iron contamination2013

    • Author(s)
      S. Tsurekawa, H. Takahashi, Y. Nishibe, T. Watanabe
    • Journal Title

      Philosophical Magazine

      Volume: 93 Pages: 1413-1424

    • DOI

      10.1080/14786435.2012.753482

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Potential barrier at grain boundaries in polycrystalline silicon and cadmium telluride for solar cells2013

    • Author(s)
      S. Tsurekawa, H. Takahashi, Y. Nishibe, S. Ods
    • Organizer
      International Symposum on EcoTopia Science
    • Place of Presentation
      Nagoya, Japan
    • Year and Date
      20131213-20131215
    • Invited
  • [Presentation] State-of-the-art grain boundary engineering towards development of new materials2013

    • Author(s)
      S. Tsurekawa, T. Watanabe
    • Organizer
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS (THERMEC'2013)
    • Place of Presentation
      Rio Hotel, Las Vegas, USA
    • Year and Date
      20131202-20131206
    • Invited
  • [Presentation] Quantitative analyses by transmission electron microscopy and those application to the grain boundary phenomena2013

    • Author(s)
      S. Ii, S. Tsurekawa, K. Tsuchiya
    • Organizer
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS (THERMEC'2013)
    • Place of Presentation
      Rio Hotel, Las Vegas, USA
    • Year and Date
      20131202-20131206
    • Invited
  • [Presentation] Investigation about Grain Boundary Character in Semiconducting BaSi2 by Kelvin Probe Force Microscopy2013

    • Author(s)
      M. Baba, S. Tsurekawa, K. O. Hara, N. Usami, K. Toko, T. Suemasu
    • Organizer
      23rd Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      20131028-20131101
  • [Presentation] Potential barrier height at grain boundaries in BaSi2 epitaxial thin films studied by Kelvin probe force microscopy2013

    • Author(s)
      M. Baba, S. Tsurekawa, W. Du, K. Toko, K. O. Hara, N. Usami, T. Suemasu
    • Organizer
      2013 JSAP-MRS Joint Symposia
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Characterization of grain boundary properties in BaSi2 epitaxial films on Si(111) and Si(001) by Kelvin probe force microscopy2013

    • Author(s)
      M. Baba, S. Tsurekawa, K. Nakamura, Du Weijie, S. Koike, K. Toko, K. O Hara, N. Usami, T. Suemasu
    • Organizer
      39th IEEE Photovoltaic Specialist Conference
    • Place of Presentation
      Tampa, USA
    • Year and Date
      20130616-20130621
  • [Presentation] 多結晶Cdeにおける粒界ポテンシャル障壁

    • Author(s)
      中村聡志,小田智士,連川貞弘,平山恭介
    • Organizer
      第55回日本顕微鏡学会九州支部総・学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス
  • [Remarks] 熊本大学大学院自然科学研究科産業創造工学専攻 材料組織・界面制御学研究室HP

    • URL

      http://www.msre.kumamoto-u.ac.jp/~mice/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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