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太陽電池の変換効率の向上を目指したCZTS薄膜組成の制御技術の開発

Research Project

Project/Area Number 17H00405
Research Category

Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field 工学Ⅳ(材料・生物工学系)
Research InstitutionNagaoka National College of Technology

Principal Investigator

神保 和夫  独立行政法人国立高等専門学校機構長岡工業高等専門学校, 教育研究技術支援センター, 技術専門職員

Project Period (FY) 2017
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥550,000 (Direct Cost: ¥550,000)
Fiscal Year 2017: ¥550,000 (Direct Cost: ¥550,000)
KeywordsCZTS / 太陽電池 / 組成制御
Outline of Annual Research Achievements

○研究目的
CZTSは汎用材料である4つの元素Cu, Zn, Sn, Sから成る化合物半導体であり、これを光吸収層として利用したものがCZTS太陽電池(レアメタルを含まない)である。本研究にて、CZTSターゲット(Cu, Zn, Sn, Sから成る薄膜原料)を用いた3源同時スパッタにより、太陽電池として高い変換効率が得られるCZTS薄膜組成を見い出す。
○研究方法
3源同時スパッタにより、組成の異なる3つのCZTSターゲットの電力を調整することで、薄膜の組成制御を試みた。用意した各ターゲットから得られる薄膜組成は、Cu-rich(【PointA】Cu=24.1%, Zn=9.71%, Sn=11.7%, S=54.6%)、Cu-poor, Zn-rich(【PointB】Cu=22.0%, Zn=14.0%, Sn=11.5%, S=52.5%)、Cu-poor(【PointC】Cu=22.8%, Zn=13.4%, Sn=13.9%, S=52.7%)の3つである。薄膜作製には、3inchカソードと独立したRF電源を3基づつ備えたTokki社製のSPM-303スパッタリング装置を用いた。試料の組成はXRFで測定した後、加熱処理を施した。さらに、Glass/Mo/CZTS/buffer/AZO/Al構造の太陽電池を作製し、電池特性の評価を行った。
○研究成果
3つのCZTSターゲットの電力を調整することで、薄膜の組成制御を行うことができた。電力をPointB : 80W, PointC : 40Wに固定しPointAを0~80Wまで変化させると、熱処理後の組成比率Cu/(Zn+Sn)は0.98~0.87にかけて極めてリニアに推移した。さらに、ソーラーシミュレータを用いてJ-V測定を行った結果、変換効率ηが0.91~3.59%まで増加した。また、同手法を用いて作製した金属組成比Cu=44~46%, Zn=28~30%, Sn=24~26%に含まれる前駆体においては、太陽電池を構成した際に比較的高い効率が得られた。この組成範囲内の前駆体を用いてη=4.78%, V_<oc>=619mV, J_<sc>=13.1mA/c㎡, FF=0.59%を確認した。本取り組みがCZTS薄膜組成の制御技術の1つとして有効である事を示唆している。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (2 results)

All 2017

All Presentation (2 results)

  • [Presentation] PRECISE COMPOSITION CONTROL OF CZTS THIN FILMS BY STACKED COPPER-TIN TOP LAYER2017

    • Author(s)
      神保和夫, 島宗洋介, 佐藤優子, 片桐裕則
    • Organizer
      PVSEC-27(Photovoltaic Science and Engineering Conference)
    • Place of Presentation
      びわ湖大津プリンスホテル(滋賀県)
    • Year and Date
      2017-11-14
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] CZTS ターゲットを用いた組成制御に関する取り組み2017

    • Author(s)
      神保和夫, 佐藤優子, 島宗洋介, 片桐裕則
    • Organizer
      第14回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム(主催 : 日本学術振興会第175委員会)
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス豊田講堂(愛知県)
    • Year and Date
      2017-07-20
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2018-12-20  

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