| 研究課題/領域番号 |
19K05282
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
石塚 尚吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (60415643)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 化合物薄膜 / 太陽電池 / エネルギー変換 / 薄膜 / 半導体 / ワイドギャップ / カルコゲナイド / カルコパイライト / CIS系太陽電池 / ワイドギャップカルコゲナイド / CIGS・CGS / エネルギー変換素子 / 欠陥物性・制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
結晶欠陥や界面欠陥による性能律速が実用化を阻んでいるワイドギャップ（ここでは禁制帯幅1.6-2.0 eV）カルコゲナイド薄膜デバイスにおいて、欠陥の解析と制御技術の確立を目指す。技術が確立されることで、民生普及が可能な安価で高性能、長期信頼性に優れる太陽電池や水分解水素生成装置の実現が期待できる。代表的なワイドギャップカルコゲナイド材料の一つである禁制帯幅1.7 eVのCuGaSe2に着目し、薄膜粒内や界面の欠陥制御を行う。材料物性の評価だけでなく、光電変換デバイスを作製し光応答特性の評価も行う。多元系カルコゲナイドの欠陥解析と制御技術を学術的知見として体系化し、実用デバイスへの展開を目指す。
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| 研究成果の概要 |
従来の民生用太陽電池は、単接合で太陽光を効率よく吸収し電気に変換する機能に主眼が置かれていた。近年、ショックレー・クエイサー限界を超えてより高効率なエネルギー変換が目指せる多接合型太陽電池など、太陽光発電の研究開発は新たなステージに突入し、さらなる高性能化が目指されている。民生用多接合型太陽電池の実現のためには、従来の結晶系Si（禁制帯幅1.1 eV）とは異なる、より大きな禁制帯幅を有し、且つ安価なトップセル材料の研究開発が必要とされる。本研究課題はカルコパイライト系CuGaSe2（禁制帯幅1.7 eV）に着目し、短波長光を効率よく変換する有望な材料としてその可能性を検証・追求した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Cu(In,Ga)Se2（CIGS）太陽電池に代表されるカルコパイライト系化合物薄膜太陽電池においては、その組成比等の制御により禁制帯幅を広範囲で制御が可能である。しかし理論予測に反し、禁制帯幅の増加に伴い開放電圧の伸びの鈍化や曲線因子の低下が見られ、広禁制帯幅CIGS系材料の高品質化は長年の課題であった。本研究では、広禁制帯幅CIGS系材料の一つである三元系CuGaSe2に着目し、その欠陥制御とデバイス高性能化に取り組んだ。結果、第三者機関測定値としてCuGaSe2太陽電池の世界最高効率を実現し、広禁制帯幅CIGS系材料が有望なタンデム型太陽電池材料と成り得ることを実証した。
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