2013 Fiscal Year Research-status Report
低環境負荷材料CZTSナノワイヤを用いた太陽電池の形成と評価
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25790024
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
清水 智弘 関西大学, システム理工学部, 准教授 (80581165)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / ナノワイヤ / CZTS |
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| Research Abstract |
本研究では環境低負荷太陽電池CZTSの高エネルギー変換効率化をめざし、ナノワイヤ状に形成したCZTSを光吸収層とした太陽電池の作製・評価を試み、さらにナノワイヤ密度や形状を制御して、高エネルギー変換効率化のための指針を得ることを目的とする。
H25年度はまず自己組織陽極酸化アルミナナノホール中にCZTSメッキ形成し、ナノワイヤ化を試みた。CZTSナノワイヤ化に先立ち、薄膜でのCZTSのメッキ条件および硫化熱処理条件の検討を行った。CZTS前駆体の硫化熱処理に通常硫化源として用いられる硫化水素や硫黄粉末を用いず、比較的取り扱いの容易な二硫化炭素を用いることで単相のCZTS薄膜を形成することに成功した。本結果より、CZTS前駆体の硫化熱処理装置の安全性やコストなどの改善が期待できる。得られたメッキ条件、硫化処理条件をもとにアルミナナノホール中にCZTSの埋め込み形成を試みた。はじめにCuSn/CuZn合金膜をAAOナノホール中に埋め込み、直径約80nmのCZTSナノワイヤ前駆体が形成されていることを確認した。さらに前駆体の硫化処理を試みたが、硫化処理中にナノワイヤ内にカーゲンダルボイドが形成され、ナノワイヤが切断してしまうことがわかった。これらのカーゲンダルボイドはCZTS薄膜中でも観測されるが、ナノホール中で形成した場合、ナノワイヤと基板との接触をボイドが完全に阻害してしまうため、深刻な問題となることが明らかとなった。そこで、ボイドが出来にくい構造として、ナノワイヤ状に加工した基板上にCZTSをメッキ形成し、コアシェル形状のCZTSナノワイヤの形成を試みることとした。自己組織ポリスチレン球とメタルアシストエッチングを組み合わせることで、基板のナノワイヤ化と、その上部に電界めっきのためのMo電極を形成し、CZTSナノワイヤ構造体形成のためのテンプレート形成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度の予定は陽極酸化アルミナ中へのCZTSナノワイヤの形成と太陽電池構造の作製、さらに、ソーラーシミュレーターを用いてI-V特性など太陽電池特性の評価を行い、ナノワイヤ形状が発電効率に与える影響を調べることであった。
陽極酸化アルミナナノホール中にカーゲンダルボイドが形成されてしまうため、当初予定されていた手法ではCZTSナノワイヤの形成が困難であることがわかった。そこで、新たにボトムアップ的な手法で基板をナノワイヤ状に形成し、その上にCZTSのコアシェルナノワイヤ構造を形成する方法に切り替えたためやや計画に遅れが生じている。しかしながら、新たな手法でCZTSナノワイヤの形成が可能であることが確認できたため、今後は予定通り計画を遂行できると考えている。また、太陽電池構造の形成については、メッキで形成した薄膜上試料では作製に成功しているため、おおむね計画通りに進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
陽極酸化アルミナナノホール内ではカーゲンダルボイドの影響により、CZTSナノワイヤの形成が困難であることがわかった。今後は、ボイドが残りにくいCZTSナノワイヤ構造体の形成手法に切り替えることとした。具体的にはナノワイヤ状に加工した基板に電解めっきによりCZTSを堆積することでナノワイヤコアシェル構造の形成を試みる。新たに提案した構造はボイドの発生を抑えるだけでなく、発電により発生したキャリアを素早く集めることができるためさらなる発電効率の高効率化も期待できる。今後は新たに形成したCZTSナノワイヤ構造体上に太陽電池構造を形成し、ナノワイヤ形状(サイズ)と発電効率の関係を明らかにする予定である。
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Research Products
(7 results)
