| 研究課題/領域番号 |
21H01613
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 一誓 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60821717)
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| 研究分担者 |
柳 博 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30361794)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
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| キーワード | 硫化スズ / 太陽電池 / スパッタリング / 電子構造 / 硫黄欠損 / フェルミ準位ピニング / SnS / ホモ接合 / 薄膜太陽電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
SnSは、豊富で安全な元素からなり、光を吸収する能力が高いため、次世代の化合物太陽電池材料として期待されている。SnSは通常p型半導体であるため、CdSなどのn型半導体と組み合わせることで太陽電池が研究されてきたが、その変換効率は5%で頭打ちとなっている。本研究では、代表者らが最近作製に成功したn型SnS薄膜と、従来のp型SnS薄膜を組み合わせることで、高効率なSnS薄膜太陽電池の実現を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、主に４つの成果が得られた。①SnS/MoO3界面のXPS解析から、SnS太陽電池の開放電圧を低下させるフェルミ準位ピニングの原因が硫黄欠損や界面欠陥であり、それらを回避すれば高い開放電圧が望めることを明らかにした。②フェルミ準位ピニングの原因を回避した界面を作製し、実際に高い開放電圧が得られることを実証した。③硫黄欠損を低減したSnS薄膜を作製する手法として、硫黄プラズマを用いた新たな成膜手法を構築した。④角度分解光電子分光を用いてSnSや関連材料の電子構造を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
SnSは環境適応型の太陽電池材料として期待されている。本研究では、SnS単結晶を用いた研究で、SnS太陽電池の高効率化を妨げる要因のひとつが硫黄欠損であることを明らかにするとともに、これらを回避することで実際に高い変換効率が得られることを実証した。加えて、より実用化に適した薄膜の形態において硫黄欠損を低減するための方策として、硫黄プラズマを用いた成膜手法を構築した。これらは、SnS太陽電池の今後の研究において礎となる科学的知見である。さらに、硫黄プラズマを用いた成膜手法が他の硫化物へと適用できることも明らかとし、工業的な活用が期待される。
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