| 研究課題/領域番号 |
13650022
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
応用物性・結晶工学
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| 研究機関 | 長岡工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
片桐 裕則 長岡工業高等専門学校, 電気電子システム工学科, 教授 (30149918)
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| 研究分担者 |
大石 耕一郎 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (90300558)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2001年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
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| キーワード | 太陽電池 / 薄膜 / CZTS / 硫化 / 変換効率 / 曲線因子 / 環境半導体 / 薄膜太陽電池 / 光吸収層 / Cu2ZnSnS4 / ACホール効果 |
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| 研究概要 |
環境負荷の小さな太陽電池を開発するために、Cu_2ZnSnS_4(CZTS)を光吸収層とした新型薄膜太陽電池を作製した。CZTS薄膜は、約1.5eVの禁制帯幅と10^4cm^<-1>台の大きな光吸収係数をもっている。これらの光学的特性は、CZTS薄膜が光吸収層として極めて有望であることを示している。さらに、CZTS薄膜は希少元素や有毒性元素を構成元素として含まないことから、Cd-free界面層との組み合わせによって、近い将来に無毒性薄膜太陽電池の実用化が期待できる。
これまで我々は、Cu, Sn, ZnSの積層蒸着プリカーサを気相硫化することによってCZTS薄膜の作製を行ってきた。ZnO:Al/CdSおよびCZTSのヘテロ接合で得られた最良の変換効率は5.45%であった。
本研究では、3種類の異なるプリカーサを用いたCZTS系薄膜太陽電池の特性を調査した。これらは、(1):これまでと同じCu/Sn/ZnS積層プリカーサ、(2):積層順を変更したSn/Cu/ZnS改良型プリカーサ、(3):プリカーサ中の硫黄含有量の増加と内部拡散の促進を意図したCu/SnS2/ZnSの5周期プリカーサである。CZTS光吸収層の組成の最適化とプリカーサ積層順、硫化条件を最適化することによって、本研究では、4.53%の変換効率を達成した。また、多周期プリカーサを用い、高真空中でアニール処理することによって最高曲線因子0.66を達成した。従来の積層プリカーサによるCZTS薄膜と比較して、多周期プリカーサによるCZTS薄膜の表面形状は大幅に改善されていることが明らかとなった。
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