2013 Fiscal Year Research-status Report
超臨界流体埋め込み成膜による三次元接合型化合物半導体太陽電池の真の実現と高効率化
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25630353
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80583351)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 超臨界流体 / 化合物太陽電池 / 太陽電池 |
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| Research Abstract |
近年、CIS系化合物太陽電池の更なる効率向上のため、色素増感太陽電池に利用されている三次元的接合を用いた、3D-CIS太陽電池が研究されている。先行研究ではCIS光吸収層の成膜法にALD法やスプレー成膜法が採用されているが、TiO2多孔質膜深部へのCIS光吸収層の成膜が難点であり、意図通りの三次元的接合の形成を可能とする浸透性に優れた成膜法の適用が必要であった。このような背景の下、我々は理想的な3D-CIS太陽電池構造の達成を目的とし、多孔質膜内部への物質の充填プロセス雰囲気として優れる超臨界流体を利用したCuInS2埋め込み成膜プロセスを検討・評価した。
CIS成膜はCu-In前駆体膜の成膜とその硫化の二段階で行った。Cu-In前駆体膜の成膜では、超臨界流体成膜法を採用し、Cu,Inそれぞれの有機金属前駆体を超臨界CO2中に溶解させ、170℃の加熱により、Cu-In膜を成膜した。その結果、TiO2多孔質膜の空隙にCu-Inが任意組成で均一に埋め込み成膜可能であることが示された。続く硫化プロセスでは、我々の開発した超臨界流体硫化プロセスを適用した。本手法は、超臨界エタノール中に硫黄を高濃度で溶解させ、前駆体膜の低温・高速での硫化を可能とするものである。本手法の適用により、TiO2多孔質膜内部に成膜されたCu-In前駆体膜の硫化によるCuInS2の作製に成功した。SEM-EDXを用いた断面の元素マッピングやXRDによる結晶構造解析、さらに紫外可視光吸収スペクトルによるバンドギャップ解析から、複雑構造内において、目的の組成、光学特性を有する化合物半導体CuInS2が均一に成膜されていることが確認されている。
これらの事から、CIS光吸収層の成膜法に超臨界流体成膜・硫化法を採用することで、理想的な3D-CIS太陽電池構造の達成に大きく近づくことができたと考えられる。
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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
当初計画通り、初年度において、多孔質TiO2膜（TiO2粒径100nm）中へのCu-In前駆体薄膜の超臨界流体を用いた埋め込み成膜とその硫化に成功している。SEM-EDXを用いた断面の元素マッピングやXRDによる結晶構造解析、さらに紫外可視光吸収スペクトルによるバンドギャップ解析から、複雑構造内において、目的の組成、光学特性を有する化合物半導体CuInS2が均一に成膜されていることが確認されており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り、次年度においては、より微細粒径のTiO2粒子(TiO2粒径:50nm, 10nm)で構成された多孔質膜中への埋め込みを実現する。
さらに本手法で作製された膜を利用した太陽電池セルを試作し、太陽電池変換効率の粒径依存性を解明することで、化合物半導体太陽電池における3次元接合構造のナノ化による変換効率向上効果を明らかとし、3D-CIS太陽電池の実用化ポテンシャルの検証を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
平成26年度請求額と合わせ、より微細粒径のTiO2粒子(TiO2粒径:50nm, 10nm)で構成された多孔質膜中への埋め込みを実現するための試薬購入に使用する。
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