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多接合太陽電池を指向した剥離ー再接合可能かつ最適禁制帯幅を有す化合物発電層の創出

研究課題

研究課題/領域番号 20K14780
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関立命館大学

研究代表者

西村 昂人  立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 助教 (80822840)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード多接合型太陽電池 / 化合物半導体 / カルコパイライト / 二次元層状物質 / ファンデルワールス力 / 界面密着性 / 剥離技術 / 固液界面 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 素子剥離 / 多接合太陽電池 / Cu(In,Ga)Se2
研究開始時の研究の概要

本研究では、従来の単接合型太陽電池を遥かに凌駕する性能が期待される多接合型太陽電池のトップセル発電層として有望なCu(In,Ga)Se2(CIGS)系に着目し、(1)高真空における固液界面を介した結晶制御法の開発による高品質な1.65eV禁制帯幅のCIGS薄膜材料を創出する。また、(2)豊富な材料群で既に開発されている1.1 eV禁制帯幅のボトムセルとの自在な多接合化に向けて、ガラス基板上で作製したCIGS太陽電池のCIGS/Mo界面の密着性制御による「素子剥離法」を確立し、ボトムセルとの「再接合」を可能とする新奇な多接合化技術を開拓する。

研究成果の概要

高品質なトップセル用Cu(In,Ga)Se2(CIGSe)薄膜の形成に向けて,固液界面を介した結晶成長法の開発に取り組んだ.Cu過剰な条件下におけるCu-Se液相を介したフラックス成長によりCIGSeの結晶粒径の増大を確認することができた.CIGSe成長段階においてSe元素の供給時間を設けることにより,Cu(2-x)Se前駆体の化学平衡制御のためCIGSe膜の表面には均一なCu欠損層が形成することが分かった.約600度のCIGSe成膜温度に伴うボトムセルの熱的劣化回避するため,MoSe2層状物質を用いた剥離法技術を開発し,半透明構造トップセルの作製に成功した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,従来の単接合型太陽電池を超える性能が期待される多接合型太陽電池のトップセル発電層として有望なCu(In,Ga)Se2(CIGSe)系に着目し,(1)固液界面を介した結晶制御法の開発による高品質な禁制帯幅1.65 eVのCIGSe薄膜材料を創出する.また,(2)豊富な材料群で既に開発されている禁制帯幅1.1 eVのボトムセルとの自在な多接合化に向けて,ガラス基板上で作製したCIGSe太陽電池のCIGSe/Mo界面の密着性制御による素子剥離法を確立する.

報告書

(3件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 化合物薄膜太陽電池の素子剝離技術と機能開拓2022

    • 著者名/発表者名
      西村 昂人、峯元 高志
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 91 号: 1 ページ: 27-30

    • DOI

      10.11470/oubutsu.91.1_27

    • NAID

      130008138613

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2022-01-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunable‐Conduction‐Band InーZnーO‐Based Transparent Conductive Oxide Deposited at Room Temperature2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida Taichi、Nishimura Takahito、Chantana Jakapan、Mavlonov Abdurashid、Kawano Yu、Negami Takayuki、Minemoto Takashi
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: - 号: 13 ページ: 2200061-2200061

    • DOI

      10.1002/pssa.202200061

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Silver-alloyed wide-gap CuGaSe2 solar cells2021

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Takahito、Doi Atsuya、Chantana Jakapan、Mavlonov Abdurashid、Kawano Yu、Minemoto Takashi
    • 雑誌名

      Solar Energy

      巻: 230 ページ: 509-514

    • DOI

      10.1016/j.solener.2021.10.055

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Device design for high-performance bifacial Cu(In,Ga)Se2 solar cells under front and rear illuminations2021

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Takahito、Chantana Jakapan、Mavlonov Abdurashid、Kawano Yu、Masuda Taizo、Minemoto Takashi
    • 雑誌名

      Solar Energy

      巻: 218 ページ: 76-84

    • DOI

      10.1016/j.solener.2021.01.075

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Application of Two-Dimensional MoSe2 Atomic Layers to the Lift-Off Process for Producing Light-Weight and Flexible Bifacial Cu(In, Ga)Se2 Solar Cells2020

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Takahito、Hamada Naoto、Chantana Jakapan、Mavlonov Abdurashid、Kawano Yu、Masuda Taizo、Minemoto Takashi
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 号: 10 ページ: 9504-9508

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01557

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Production Techniques for Flexible-Lightweight Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Takahito Nishimura*, Abdurashid Mavlonov, Jakapan Chantana, Yu Kawano, Takayuki Negami, and Takashi Minemoto
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Peeling Technique by Two-Dimensional MoSe2 Atomic Layer for Bifacial-Flexible Cu(In,Ga)Se2 solar cells2021

    • 著者名/発表者名
      Takahito Nishimura*, Abdurashid Mavlonov, Jakapan Chantana, Yu Kawano, and Takashi Minemoto
    • 学会等名
      The 28th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD'21)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Peeling Technique by Two-Dimensional MoSe2 Atomic Layer for Bifacial-Flexible Cu(In,Ga)Se2 solar cells2021

    • 著者名/発表者名
      Takahito Nishimura, Abdurashid Mavlonov, Jakapan Chantana, Yu Kawano, and Takashi Minemoto
    • 学会等名
      The 28th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD21)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 両面受光-軽量型Cu(In,Ga)Se2太陽電池を志向したMoSe2原子層間剥離によるLift-off法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      西村 昂人, 濱田 尚澄, Jakapan Chantana, Abdurashid Mavlonov, 河野悠, 増田 泰造, 峯元 高志
    • 学会等名
      令和2年度 多元系化合物・太陽電池研究会年末講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Lift-off Process using Layered-Grown MoSe2 Atomic Film for Lightweight and Flexible Bifacial Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells2020

    • 著者名/発表者名
      Takahito Nishimura, Naoto Hamada, Jakapan Chantana, Abdurashid Mavlonov, Yu Kawano, Taizo Masuda, and Takashi Minemoto
    • 学会等名
      The 30 th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-30)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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