2015 Fiscal Year Annual Research Report
太陽電池用レアメタルフリー単結晶基板の作製技術の開発と禁制帯幅制御
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26289378
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
吉野 賢二 宮崎大学, 工学部, 教授 (80284826)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 高効率太陽電池材料 / 半導体 / バルク結晶成長 / 基礎物性評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、太陽電池開発において特に重要である低コスト・低毒素・高効率を達成し得る可能性を持つ新規材料である化合物半導体Cu2ZnSnS4 (CZTS)、Cu2ZnSnSe4 (CZTSe)、Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe)は、レアメタルを使用しておらず、現在高い変換効率を達成しているCu(In, Ga)Se2 (CIGS)の代替材料として期待されている。これまでに基礎研究であるCZTS、CZTSe単結晶技術を確立し、単結晶を用いて電気伝導メカニズムおよび光生成キャリアの緩和、局在ダイナミクスを中心とした報告を行ってきたCZTSおよびCZTSe結晶は、融点以上でケステライト相と異相が混在するため、混晶のCZTSSeも融点以上でケステライト相と異相が存在すると予想される。そのため、融点からの成長に適しておらず、融点以下で溶媒から析出成長させるTHM（移動ヒーター）法を利用した。縦型の３ゾーンの電気炉であり、急激な温度勾配を備えていることが特徴である。急激な温度勾配を利用して、溶媒が拡散しやすくしている。これまでに、CZTS、CZTSe多結晶を用いて、直径10 mmのCZTS、CZTSe単結晶の作製に成功した。本年度、高品質なCZTTSe多結晶作製し、それを用いて、Sn溶媒量の最適化、組成ごとの電気炉の最適温度プロファイルを突き止めた。このことにより、高品質で直径10 mmのCZTSSe単結晶の作製に成功した。この溶液成長技術を用いて、大型CZTSSe単結晶成長技術を世界で初めて確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Cu2ZnSn(SSe)4（CZTTSe）多結晶作製し、組成（S/Se)ごとのSn溶媒量の最適化、組成ごとの電気炉の最適温度プロファイルを突き止めた。このことにより、高品質で直径10mmのCZTSSe単結晶の作製に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cu2ZnSn(SSe)4（CZTTSe）単結晶の伝導型はp型をした。これは太陽電池の吸収層として用いる場合において有効であるが、ホモ接合を目指す場合、n型、すなわちpn制御技術の確立が必要になる。そのため、組成の制御、ドーピングを検討する。同時に、バンドギャップを光吸収測定から求め、太陽電池の吸収層として適する組成比も突き止める。
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| Causes of Carryover |
３月に支払う予定の人件費に差額が生じたため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験の消耗品（薬品）に使用する。
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