異種半導体界面制御に基づく高効率Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４薄膜太陽電池

• 研究課題/領域番号: 23686056
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 峯元 高志 立命館大学, 理工学部, 准教授 (80373091)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円); 2013年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2012年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2011年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
• キーワード: 太陽電池 / 半導体 / 結晶成長 / 高効率太陽光発電素子

研究概要

Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜作製時の課題であった硫化後の欠陥の抑制と組成制御について調査した。硫化後のドーム状欠陥改善のために、CZTプリカーサ作製時にあえて酸素を導入し、硫化時にその酸素と硫黄を置換させることにより、硫化時の体積増加を抑制した。その結果、ドーム状欠陥のない平坦なCZTS薄膜を得ることができた。次に、プリカーサ作製時に、Cu、Zn、Snを基板上にそれぞれ順番に成膜することにより、プリカーサの組成を制御した。その結果、組成制御されたCZTS薄膜で変換効率2%を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of Cu_2ZnSnS_4 thin film morphology using CuZnSnO precursor fabricated by sputtering (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Ishino, K. Fukushima, T. Minemoto
  • 雑誌名: Current Applied Physics 巻: 13 号: 9 ページ: 1861-1864
  • DOI: 10.1016/j.cap.2013.06.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Quality Improvement of CuInS_2 Thin Film by Two Step Fabrication Method with Bismuth addition (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Fukamizu, D. Hironiwa, T. Minemoto
  • 雑誌名: Applied Mechanics and Materials 巻: 372 ページ: 563-566
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.372.563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zn(O,S):Al Films Prepared by Radio Frequency Magnetron Sputtering for Transparent Electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Julayhi, T. Minemoto
  • 雑誌名: Applied Mechanics and Materials 巻: 372 ページ: 567-570
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.372.567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain boundary character change of Cu(In,Ga)Se_2 thin film with high temperature deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Higuchi, N. Usami, T. Minemoto
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: 10 号: 7-8 ページ: 1035-1037
  • DOI: 10.1002/pssc.201200833
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bufferless Cu(In,Ga)Se_2 solar cells using Zn(O,S):Al transparent electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Julayhi, T. Minemoto
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: 10 号: 7-8 ページ: 1026-1030
  • DOI: 10.1002/pssc.201200802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Buffer-less Cu(In,Ga)Se_2 solar cells by band offset control using novel transparent electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto, J. Julayhi
  • 雑誌名: Current Applied Physics 巻: 13 号: 1 ページ: 103-106
  • DOI: 10.1016/j.cap.2012.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial layer formation at ZnO/CdS interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, A. Komatsu, H. Nohira, K. Nakanishi, T. Minemoto, T. Ohta, H. Takakura
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 258 号: 20 ページ: 8090-8093
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.04.177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of compositional ratio of Zn(O,S) window layer in CuInS_2 solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Hamazaki, Y. Oda , S. Fukamizu , A. Yamamoto, T. Minemoto, H. Takakura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 10S ページ: 10NC10-10NC10
  • DOI: 10.1143/jjap.51.10nc10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain Boundary Character Distribution on the Surface of Cu(In,Ga)Se_2 Thin Film (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto, Y. Wakisaka, H. Takakura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 3R ページ: 031203-031203
  • DOI: 10.1143/jjap.50.031203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of sputtered ZnO_<1-x>S_x buffer layer for Cu(In, Ga)Se_2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Okamoto, T. Minemoto, H. Takakura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 4S ページ: 04DP10-04DP10
  • DOI: 10.1143/jjap.50.04dp10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sputtered ZnO-based buffer layer for band offset control in Cu(In,Ga)Se_2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto, A. Okamoto, H. Takakura
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 号: 21 ページ: 7568-7571
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2010.12.117
  • 査読あり
• [学会発表] 裏面側に高欠陥密度層をもつCu(In,Ga)Se_2太陽電池の性能シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 芦田直輝, 田雅, 植垣光, 廣庭大輔, 峯元高志
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、神奈川県
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] Device Modeling on Optimum Absorber Bandgap Profile of Cu(In,Ga)(S,Se)_2 Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Murata, T. Minemoto
  • 学会等名: 23rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2013-10-31
• [学会発表] Theoretical analysis of optimum bandgap profile of Cu(In,Ga)Se_2 solar cells with optical and defect properties (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Murata, J. Chantana, D. Hironiwa, K. Aoyagi, N. Kataoka, T. Minemoto
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Research trend and future direction of chalcogenide thin-film solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: International Renewable and Sustainable Energy Conference 2013
  • 発表場所: Ouarzazate (Morocco)
  • 年月日: 2013-03-06
• [学会発表] Cu-Zn-Sn-O precursor fabricated by sputtering for Cu_2ZnSnS_4 thin film (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Ishino, K. Fukushima, T. Minemoto
  • 学会等名: 22nd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hangzou (China)
  • 年月日: 2012-11-07
• [学会発表] Current status and future of chalcogenide thin-film solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: The 2nd International Conference on CIGS Solar Cells and Electronic Materials
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2012-10-15
• [学会発表] Cu-Zn-Sn-OプリカーサのS化によるCu_2ZnSnS_4薄膜の成長 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石野亮, 福島和宏, 峯元高志
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学、愛媛県
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Optimization of compositional ratio of Zn(O,S) window layer in CuInS_2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hamazaki, Y. Oda , S. Fukamizu , A. Yamamoto, T. Minemoto, H. Takakura
  • 学会等名: 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hilton Seahawk, Fukuoka
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Optimization of compositional ratio of Zn(O,S) window layer in CuInS2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Hamazaki, Y.Oda, S.Fukamizu, A.Yamamoto, T.Minemoto, H.Takakura
  • 学会等名: 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hilton Seahawk, Fukuoka
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Interface engineering on Cu(In,Ga)Se_2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: The 1st International Conference on CIGS Solar Cells and Electronic Materials
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] Interface engineering on Cu(In,Ga)Se2 solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Minemoto
  • 学会等名: The 1st International Conference on CIGS Solar Cells and Electronic Materials
  • 発表場所: National Taiwan University, Taipei(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] Hetero Junction Engineering for High Efficiency Cu(In,Ga)Se_2 Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: WINC Aichi, Nagoya
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Hetero Junction Engineering for High Efficiency Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Minemoto
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: WINC Aichi, Nagoya(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Theoretical analysis of optimum bandgap profile of Cu(In,Ga)Se2 solar cells with optical and defect properties
  • 著者名/発表者名: M. Murata, J. Chantana, D. Hironiwa, K. Aoyagi, N. Kataoka, T. Minemoto
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
• [学会発表] Device Modeling on Optimum Absorber Bandgap Profile of Cu(In,Ga)(S,Se)2 Solar Cells
  • 著者名/発表者名: M. Murata, T. Minemoto
  • 学会等名: 23rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
• [学会発表] 裏面側に高欠陥密度層をもつCu(In,Ga)Se2 太陽電池の性能シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 芦田 直輝, 村田 雅, 植垣 光, 廣庭 大輔, 峯元 高志
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、神奈川県
• [学会発表] Cu-Zn-Sn-O precursor fabricated by sputtering for Cu2ZnSnS4 thin film
  • 著者名/発表者名: R. Ishino, K. Fukushima, T. Minemoto
  • 学会等名: 22nd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hangzou, China
• [学会発表] Cu-Zn-Sn-OプリカーサのS化によるCu2ZnSnS4薄膜の成長
  • 著者名/発表者名: 石野 亮, 福島 和宏, 峯元 高志
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学、愛媛県
• [学会発表] Current status and future of chalcogenide thin-film solar cells
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: The 2nd International Conference on CIGS Solar Cells and Electronic Materials
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Research trend and future direction of chalcogenide thin-film solar cells
  • 著者名/発表者名: T. Minemoto
  • 学会等名: International Renewable and Sustainable Energy Conference 2013
  • 発表場所: Ouarzazate, Morocco
  • 招待講演
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/re/takakuralab/
• [産業財産権] 光電変換装置およびその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 福島 和宏、森 俊江、峯 元 高志、石野 亮
  • 権利者名: 学校法人立命館、プロマティック株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-155110
  • 出願年月日: 2012-10-04
  • 外国
• [産業財産権] 光電変換装置およびその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 福島 和宏、森 俊江、峯元 高志、石野 亮
  • 権利者名: プロマティック株式会社、学校法人立命館
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-155110
  • 出願年月日: 2012-10-04