2014 Fiscal Year Annual Research Report
新規カルコパイライト型リン化物の探索と太陽電池への応用
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26289279
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00375106)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
X-Sn-P (X = Mg, Ca, Ba) 系における実験については、まず、Ma-Sn-P系について取り組んだ。これまでの研究により、Ma-Sn薄膜をスパッタリングにより成膜した場合、Ma2Snの形成により、Sn粒子の粗大化をを抑制し、微細な組織を有することが分かっている。そこで、当初の実験予定を入れ替え、このMa-Snをリン化することで、MaSnP2薄膜の作製を試みた。Zn-Sn系と同様の条件でリン化を行ったところ、MgSnP2の形成は確認できなかった。そこで、当初の予定に組み込んでいた、平衡実験による等温断面図の作成を行った。500Cでの平衡実験試料のXRD結果からは、MgSnP2は確認されず、Sn, Mg(OH)2のみが同定された。これは、平衡実験後にはMgSnP2が形成されていたものの、分析する過程で大気中の水分と反応して分解したのか、そもそもMgSnP2が平衡相として存在しないのかいずれかは、現在のところ分からない。
一方、Cd-Sn-P系については、実験的に作成したZn-Cd-Sn-P４元系状態図から、500Cでは(Zn,Cd)SnP2が全率固溶系であることを確認した。さらに、状態図に基づいて溶液成長を行い、(Zn,Cd)SnP2バルク結晶を得た。この結晶に関して、拡散反射率測定によりバンドギャップを見積もったところ、1.35eVであり、固溶体形成によりバンドギャップが制御できることがわかった。次に、Cd-Sn膜のリン化によるCdSnP2成膜を試みた。当初、スパッタリングでCd-Sn膜の成膜を行う予定であったが、種々の検討の結果、Cdの毒性等を考慮して、水溶液からの電解めっきにより成膜を行うこととした。めっきで成膜を行う場合、特にSnに関しては、スパッタリングよりも平滑な膜が得られることを見出しており、今後、平滑なリン化物薄膜の作製が期待できる。
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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
Mg-Sn-P系に関しては、カルコパイライト相が平衡相として存在していない可能性があり、本年度の結果から他の系に注力することが有効であることがわかった。
一方、Cd-Sn-P系に関しては、バルク結晶であるものの固溶体の作製に成功しており、バンドギャップの制御にも成功している。また、成膜手法についても、平滑な表面組織を得るためにはスパッタリングよりも電解めっきの方が有効であることを見出している。
以上、当初の研究予定とは順序が異なるものの、ZnSnP2の薄膜表面組織改善に向けていくつかの有効な方針を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは、CdSnP2, (Zn,Cd)SnP2の成膜に注力する。リン化前の薄膜に対してXRDによる相同定、SEM-EDXによる組成分析および表面観察に加えて、レーザー顕微鏡による膜表面の凹凸の観察を行い、化合物形成と組織との相関を明らかにする。
また、リン化後の薄膜については、組織観察等に加えて、分光光度計による光学的特性およびホール測定による電気的特性を調べる。
他の系に関しては、平衡実験によりカルコパイライト相の存在を確認する。カルコパイライト相が確認された系に関しては、スパッタリングにより前駆体薄膜の作製を試みる。特に、Caを用いた系については、出発材料としてCa3P2を用いる必要があり、これを用いたときの化合物形成と組織との相関を明らかにする。また、これらのリン化物が大気中で取り扱い可能かどうかも調査する。以上により、ZnSnP2組織改善に対して有効な系かどうかを判断する。
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