2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on fabrication of next-generation CZTSSe thin film solar cells using abundant elements in resources
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26420888
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| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
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Principal Investigator |
山口 利幸 和歌山工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (60191235)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 薄膜太陽電池 / 化合物薄膜 / 連続成膜法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生可能エネルギーへの期待が一層高まり、安全・安心な太陽光発電が注目されている。本研究では、稀少元素のInやGaを含まず、資源上の制約が少なく、原材料費が安価であるという利点を持っている、次世代型のCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の高性能化を目指して、成膜技術を検討することを目的とする。
連続成膜法において結晶性向上を目指して基板温度を上昇させることを検討したが、膜中のSnの減少が問題となることが判明した。そのため、連続成膜法と熱処理法を組み合わせた新たな成膜法を考案した。Cu2ZnSnSe4化合物を用いて、CZTSe、Zn+Sn+Se 、Se+NaFの順に連続成膜した薄膜を硫黄と錫の混合雰囲気中で熱処理することで、Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜中のSn量が化学量論組成比に近く、かつS/(S+Se)比が0.95付近に制御できた。このS/(S+Se)比は、太陽光スペクトルに整合する活性層のバンドギャップの理論最適値1.4～1.5eVに対応している。この薄膜を用いてCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池を作製した結果、連続成膜法のみで作製した場合の開放電圧244[mV]より大きな460[mV]を得ることができた。さらに、連続成膜した薄膜をセレンと錫の混合雰囲気中で熱処理することで、S量=0のCu2ZnSnSe4薄膜の大粒径化を実現できた。太陽電池の効率では前年度の記録を更新できなかったが、新たな成膜法の作製条件を最適化することで更なる効率の向上が期待できる。
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