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2016 年度 実績報告書

銅アンチモン、銀アンチモン硫化物薄膜の精密合成と太陽光エネルギー変換への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H03850
研究機関甲南大学

研究代表者

池田 茂  甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)

研究分担者 原田 隆史  大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 技術専門職員 (00379314)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード化合物半導体 / 太陽電池 / 光電気化学エネルギー変換 / 不定比性 / バルク結晶
研究実績の概要

銅(あるいは銀)、アンチモン、硫黄からなるCu(Ag)-Sb-S化合物が、薄膜太陽電池および水の光分解電極等の太陽エネルギー変換のための新材料となる可能性があることを、これまでの研究で見出している。しかし、これらの材料の基礎物性は十分に分かっておらず、さまざまな組成(Cu(Ag) / Sb / S含有比率)をもつバルク固体や薄膜も得られていない。本研究の第1の目的は、このようなCu(Ag)-Sb-S化合物の中でも、高い光起電力が期待されるワイドギャップ材料(1.6~1.8 eV)であるCuSbS2、Cu12Sb4S13、AgSbS2、Ag3SbS3化合物に着目して、それらの単相バルク固体と薄膜を精密合成し、構造と物性との関係を明らかにすることである。第2の目的は、得られる基礎的な知見に基づいて太陽エネルギー変換デバイスを作製し、高機能化を実現することである。
本年度は昨年度の研究で明らかにしたCuSbS2不定比範囲内において、キャリア濃度と移動度の物性面から最適になるようなCuSbS2バルク結晶の作製と検証を行った。とくに、これまでの知見から適当な組成と考えられているSbサイトにCuが入ったアンチサイト欠陥が積極的に形成し、なおかつ、ドナー準位の生成が起こりにくと予測されているSが量論から過剰になる条件でのバルク結晶の作製に注力した。現在のところ、キャリア濃度と移動度の両方の物性において、広く研究されているCu2ZnSnS4化合物に相当する特性が得られた。しかしながら、実用太陽電池材料であるCu(In,Ga)Se2化合物に比較すると、その物性は移動度で劣っており、最終年度さらに詳細な条件検討が必要であると考えている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

CuSbS2化合物については、その光エネルギー変換への応用可能性を実証するための重要な結果が得られており、当初期待していたような学術面での成果が十分に得られていると考えている。一方で、予定していた太陽エネルギー変換系への応用や、別の組成の銅-アンチモン硫化物やの合成と物性評価については、来年度の研究で鋭意検討する必要があると考える。そのため、総合評価として、(2)おおむね順調に進展しているとした。

今後の研究の推進方策

CuSbS2化合物を使った光エネルギーデバイスへの応用を進めるほか、CuSbS2化合物バルク結晶作成において得られた知見を活かして、様々な新材料の物性評価を行うことで、光エネルギー変換材料探索の新たな方法論として、本研究方法が提案できるよう研究を進展させたいと考えている。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Photoelectrochemical Water Reduction over Ag-Alloyed Wide Gap Cu(In,Ga)S2 Thin Film Photocathodes2017

    • 著者名/発表者名
      W. Septina, M. Sugimoto, D. Chao, Q. Shen, S. Nakatsuka, Y. Nose, T. Harada, S. Ikeda
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 ページ: 12502-12508

    • DOI

      10.1039/C7CP01348E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Indium Doping on Surface Optoelectrical Properties of Cu2ZnSnS4 Photoabsorber and Interfacial/photovoltaic Performance of Cadmium Free In2S3/Cu2ZnSnS4 Heterojunction Thin Film Solar Cell2016

    • 著者名/発表者名
      F. Jiang, C. Ozaki, Gunawan, T. Harada, Z. Tang, T. Minemoto, Y. Nose, S. Ikeda
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 28 ページ: 3283-3291

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.5b04984

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impact of Precursor Compositions on Structural and Photovoltaic Properties of Spray-deposited Cu2ZnSnS4 Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      T. H. Nguyen, T. Harada, J. Chantana, T. Minemoto, S. Nakanishia, S. Ikeda
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 9 ページ: 2414-2420

    • DOI

      10.1002/cssc.201600641

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Solar Cell Properties of Cu2ZnSnS4 Thin Film Fabricated by A spray Pyrolysis Technique2017

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. H. Nguyen, T. Harada
    • 学会等名
      Global Photovoltaic Conference (GPVC) 2017
    • 発表場所
      光州(光州)
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoelectrochemical Hydrogen Evolution from Water Using Modified Chalcopyryte Thin Films2017

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. Kawaguchi, S. Fujikawa, T. Harada, S. Nakanishi
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP 2017)
    • 発表場所
      立命館大学(京都)
    • 年月日
      2017-03-02 – 2017-03-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Copper-based Kesterite Thin Films Using A Facile Spray Deposition Technique2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, S. Fujikawa, T. . Nguyen, T. Harada, S. Nakanishi, S. Ikeda
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP 2017)
    • 発表場所
      立命館大学(京都)
    • 年月日
      2017-03-02 – 2017-03-05
    • 国際学会
  • [学会発表] 太陽電池および水分解反応に用いる半導体薄膜における光電気化学測定の実際2016

    • 著者名/発表者名
      池田茂
    • 学会等名
      第26回キャラクタリゼーション講習会プログラム「触媒および表面の解析に役立つキャラクタリゼーションの基礎と実際」
    • 発表場所
      大阪工業大学(大阪)
    • 年月日
      2016-12-06 – 2016-12-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrogen Evolution from Water Using Modified Chalcogenide Photocathodes2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, F. Jiang, Q. Shen, Y. Nose, and T. Harada
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science (PRiME)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center (Honolulu)
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スプレー熱分解法によるCu2ZnSnS4薄膜太陽電池の作製2016

    • 著者名/発表者名
      川口誉人、Nguyen Thi Hiep、藤川祥太朗、Jakapan Chantana、原田隆史、中西周次、Chantana Jakapan、峯元高志、池田 茂
    • 学会等名
      77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Structural and Solar Cell Properties of Cu2ZnSnS4 Thin Film Fabricated by a Facile Spray Pyrolysis Method2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. H. Nguyen, S. Fujikawa, T. Harada
    • 学会等名
      20th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
    • 発表場所
      Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina (Halle)
    • 年月日
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] 化合物薄膜太陽電池の研究動向2016

    • 著者名/発表者名
      池田茂
    • 学会等名
      第9回ワークショップ「固体材料合成および評価技術の新展開」
    • 発表場所
      福島県光雲閣(二本松)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
    • 招待講演
  • [学会発表] 化合物半導体薄膜を用いる太陽光エネルギー変換2016

    • 著者名/発表者名
      池田茂
    • 学会等名
      名古屋大学グリーン自然科学国際教育研究プログラムIGERシンポジウム「高機能性材料・省エネルギー材料の最前線」
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 年月日
      2016-08-18 – 2016-08-18
    • 招待講演
  • [学会発表] A Highly Efficient Kesterite Thin Film Solar Cells Obtained by a Facile Spray Pyrolysis Method Electrochemical Technique2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM)
    • 発表場所
      Suntec (Singapore)
    • 年月日
      2016-07-04 – 2016-07-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cu2ZnSnS4-based Thin Film Solar Cells with More Than 8% Conversion Efficiency Obtained by Using A Spray Pyrolysis Technique2016

    • 著者名/発表者名
      T. H. Nguyen, T. Harada, S. Nakanishi, S. Ikeda
    • 学会等名
      43rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 発表場所
      Oregon Convention Center (Portland)
    • 年月日
      2016-06-05 – 2016-06-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Photocathode Material for Water Splitting Based on a Kesterite Thin Film Modified with an Indium Sulfide/Cadmium Sulfide Double Layer and Platinum Deposites2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, F. Jiang, T. Harada
    • 学会等名
      26th IUPAC International Symposium on Photochemistry
    • 発表場所
      大阪市中央公会堂(大阪)
    • 年月日
      2016-04-03 – 2016-04-08
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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