太陽電池用レアメタルフリー単結晶基板の作製技術の開発と禁制帯幅制御

• 研究課題/領域番号: 26289378
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 吉野 賢二 宮崎大学, 工学部, 教授 (80284826)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2015年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 太陽電池 / 化合物半導体 / レアメタルフリー / 電気特性 / 高効率太陽電池材料 / 半導体 / バルク結晶成長 / 基礎物性評価

研究成果の概要

低毒素・低コスト太陽電池として注目されているCu2ZnSn(S, Se)4 のバルク単結晶を最適な温度特性及び錫溶媒量により作製した。S/Se比を増加することにより禁制帯幅が増加し、フェルミレベル付近のキャリアの状態密度も増加した。バンドテイル内における欠陥はCZTSeサンプルの方が少なく、これはCZTSe太陽電池が現状CZTS太陽電池よりも高い変換効率を示す一つの要因であることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] University of Utah(米国)
• [雑誌論文] Na-doped Cu2ZnSnS4 single crystal grown by traveling-heater method (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Nagaoka, Michael A. Scarpulla, Kenji Yoshino
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 453 ページ: 119-123
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.08.014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cation ratio fluctuations in Cu2ZnSnS4 at the 20nm length scale investigated by analytical electron microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Jeffery A. Aguiar, Mehmet E. Erkan, Dennis S. Pruzan, Akira Nagaoka, Kenji Yoshino, Helio Moutinho, Mowafak Al-Jassim and Michael A. Scarpulla
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 巻: 213 号: 9 ページ: 2392-2399
  • DOI: 10.1002/pssa.201600060
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution growth of chalcopyrite compounds single crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Nagaoka, Yoshitaro Nose, Hideto Miyake, Michael A. Scarpulla and Kenji Yoshino
  • 雑誌名: Renewable Energy 巻: 79 ページ: 127-130
  • DOI: 10.1016/j.renene.2014.10.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocarrier Dynamics in undoped and Na-doped Cu2ZnSnS4 Single Crystals Revealed by Ultrafast Time-resolved Terahertz Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Le Quang Phuong, Makoto Okano, Genki Yamashita, Masaya Nagai, Masaaki Ashida, Akira Nagaoka, Kenji Yoshino, Yoshihiko Kanemitsu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 9-14
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.04.012
  • NAID: 210000137542
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Free-carrier dynamics and band tails in Cu2ZnSn(SxSe1−x)4: Evaluation of factors determining solar cell efficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Le Quang Phuong, Makoto Okano, Genki Yamashita, Masaya Nagai, Masaaki Ashida, Akira Nagaoka, Kenji Yoshino, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.115204
  • NAID: 120005678156
  • 査読あり
• [雑誌論文] 低コスト化合物太陽電池のための高品質バルク結晶の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永岡章、吉野賢二
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 巻: 60 ページ: 739-745
• [雑誌論文] Temperature-dependent photocarrier recombination dynamics in Cu2ZnSnS4 single crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: L. Q. Phuong, M. Okano, Y. Yamada, A. Nagaoka, K. Yoshino, and Y. Kanemitsu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 8 ページ: 081907-081907
  • DOI: 10.1063/1.4866666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermo-physical properties of Cu2ZnSnS4 single crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Nagaoka, K. Yoshino, K. Aoyagi, T. Minemoto, Y. Nose, T. Taniyama, K. Kakimoto, and H. Miyake
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 巻: 393 ページ: 167-170
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2013.11.077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of sodium on electrical properties in Cu_2ZnSnS_4 single crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Nagaoka, Hideto Miyake, Tomoyasu Taniyama, Koichi Kakimoto, Yoshitaro Nose, Michael A. Scarpulla and Kenji Yoshino
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 15 ページ: 1521011-4
  • DOI: 10.1063/1.4871208
  • 査読あり
• [学会発表] Growth and transport properties of CZTSSe single crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Nagaoka, M. A. Scarpulla1, Y. Nose, K. Yoshino
  • 学会等名: PVSEC-25 conference
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4単結晶成長と電気伝導特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永岡 章, 吉野 賢二, 野瀬 嘉太郎, 柿本 浩一, Michael A. Scarpulla
  • 学会等名: 第７回半導体材料・デバイスフォーラム
  • 発表場所: ネストホテル（熊本市）
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] ケステライト化合物Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4単結晶中の固有散乱メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 永岡章，Michael A. Scarpulla, 吉野賢二, 野瀬嘉太郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 移動ヒーター法によるCZTSSe単結晶成長 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永岡章, 吉野賢二, 柿本浩一, 野瀬嘉太郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [図書] Copper Zinc Tin Sulfide-Based Thin Film Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Nagaoka and Kenji Yoshino (Kentaro Ito (Editor) )
  • 総ページ数: 449
  • 出版者: WILEY