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太陽光は石油などに替わる有望なエネルギーとして最近とみに注目されているが、そのキーテクノロジーが高効率・低価格な太陽電池の実現である。そこで世界的に研究されているのがカルコパイライト構造を持つ化合物半導体として知られるCuInSe_2やCuInS_2などのCIS薄膜を光吸収層とする薄膜太陽電池である。太陽電池が宇宙空間でのエネルギー確保という観点から有効な発電手段であることは従来より指摘されているが、CIS薄膜太陽電池が宇宙という極めて厳しい環境下でどのような特性変化を示すかについてはほとんど報告例がない。
本研究はCIS薄膜をベースとする太陽電池が宇宙空間での利用を前提としたとき非常に有力な候補になる可能性があることを実験的に確認することを目的としている。そこで初年度はまず、太陽電池セルの試作および基礎評価を行った。基板はガラスを用い、その上に導電層であるMoを成膜、さらにその上に光吸収層となるCIS薄膜をArFエキシマレーザー(福井工業高等専門学校)を用いたアブレーション法により作製した。バッファ層として用いるCdSは溶液成長させた。また、窓層であるZnOはRFスパッタ装置(福井工業高等専門学校)で成膜した。また本研究においては、薄膜の厚さを高精度に制御することが高効率CIS薄膜太陽電池の電気的特性を安定化させる大きな要因であると予想されるため、スパッタ装置のメインチャンバーに膜厚モニターを付加した。
作製したCIS薄膜の結晶構造や組成、表面状態等をX線回折や電子顕微鏡、光電子分光法などを用いて評価し、おおむね予想した膜質が実現されていることを確認できた。しかしそれらの薄膜を組み合わせて太陽電池セルを試作してみたところ、所定の性能が発揮されていないことが判明した。これは薄膜界面における結晶格子の不整合に起因すると思われ、セルの作製環境のさらなる清浄化が必要である。
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