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2018 年度 実績報告書

バンドエンジニアリングで実現する世界最高効率Inフリー化合物薄膜太陽電池の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H04336
研究機関長岡工業高等専門学校

研究代表者

荒木 秀明  長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード太陽電池 / 硫化物 / 薄膜 / カルコゲン化合物 / インジウムフリー / 銅錫ゲルマニウム硫化物 / バンドギャップ制御
研究実績の概要

本研究では,希少元素In や毒性元素Se を含まない4元系材料Cu2(Sn,Ge)S3に着目した。Cu2(Sn,Ge)S3薄膜の作製技術の確立とともに最適なデバイス作製技術を検討し,Inフリー化合物を用いた高効率薄膜太陽電池の実現を目指して,以下の取り組みを行った。
1.Cu2(Sn,Ge)S3薄膜の作製技術の確立
Cu,Sn,Ge,Sの同時蒸着装置を用いて,様々なGe組成を持ったCu2(Sn,Ge)S3薄膜の製膜条件の検討を行った。基板温度300度,硫黄セル温度150度(クラッキング温度800度)下で,Cuセル温度1050~1100度,Snセル温度920~985度,Geセル温度1110~1215度において,組成比Cu/(Sn+Ge)=0.96~2.73,Ge/(Sn+Ge)=0.14~0.67のCu2(Sn,Ge)S3系薄膜が得られ,セル温度の制御によるGe/(Sn+Ge)組成比の制御条件を明らかにした。
2.Na添加による太陽電池の高効率化
Naフリーガラス基板(EAGLE XG)を用いて,Na添加の影響について調査した。Cu2SnS3同時蒸着膜にNaFを積層し,熱処理をすることによって結晶成長を行い,得られたCu2SnS3薄膜を用いて Glass/Mo/Cu2SnS3/CdS/ZnO:Al/Al構造の太陽電池を作製し,光起電力特性を評価した。Na添加しなかった試料と比較して,僅かにNa添加した試料は,結晶粒径が著しく増大し,光起電力特性が向上するが,Naの過剰な添加は異相を生じ,光起電力特性が低下するため,添加量の最適値があることを明らかにした。また,Cu2GeS3薄膜においてもCu2SnS3系と同様にNa添加しなかった試料と比較して,Na添加した試料において光電変換特性が向上することを見出した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Preparation of (Cu,Ag)2SnS3 Thin‐Film Solar Cells by Sulfurizing Metal Precursors Featuring Various Ag Contents2019

    • 著者名/発表者名
      Shigeyuki Nakamura, Panha Eang, Toshiyuki Yamaguchi, Satoru Seto, Yoji Akaki, Hironori Katagiri, Hideaki Araki
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi A

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/pssa.201800872

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Cu doping on CdTe thin-film solar cells in substrate configuration2019

    • 著者名/発表者名
      Tamotsu Okamoto, Ayuki Murata, Yusuke Hayashi, Daichi Watanabe, Hideaki Araki, Hironori Katagiri
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: SBBF08-1 - 5

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aafe62

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Cu2ZnSn(S,Se)4 thin-film solar cells by sulfurization using Cu2ZnSnSe4 and KF compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Yamaguchi, Mitsuki Nakashima, Kazuki Uenishi, Hiroyuki Naoi, Hideaki Araki, Hironori Katagiri, Junji Sasano, Masanobu Izaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: SBBF03-1 - 5

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaf879

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of sodium addition on CTS thin-film solar cells fabricated on alkali-free glass substrates2018

    • 著者名/発表者名
      Shohei Sasagawa, Genki Nishida, Akiko Takeuchi, Hironori Katagiri, Hideaki Araki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 08RC11-1 - 5

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.08RC11

    • 査読あり
  • [学会発表] フォトルミネッセンス法を用いた(NaxCu1-x)ySnS3の特性評価 Ⅱ2019

    • 著者名/発表者名
      前田隆宏, 荒木秀明, 田中久仁彦
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 硫化法による(Cu,Ag)2SnS3薄膜太陽電池の作製条件の検討2019

    • 著者名/発表者名
      中嶋崇喜, 田中大地, 山口利幸, 荒木秀明, 片桐裕則, 笹野順司, 伊﨑昌伸
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 同時蒸着によるCu2GeS3薄膜の作製と太陽電池への応用2019

    • 著者名/発表者名
      戸田来人, 荒木秀明
    • 学会等名
      平成30年度第二ブロック研究情報交換会
  • [学会発表] Planar 型BiI3薄膜太陽電池の作製2018

    • 著者名/発表者名
      稲生穂乃香, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] (NaxCu1-x)2SnS3化合物の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      山田慧亮, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] SnS薄膜太陽電池の高効率化におけるバッファー層の検討2018

    • 著者名/発表者名
      吉沢舞凜, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] Cu2SnS3薄膜太陽電池における金属プリカーサの検討2018

    • 著者名/発表者名
      大塚招吾, 大橋亮太, 渡邉奏汰, 吉沢舞凜, 稲生穂乃香, 戸田来人, 山田慧亮, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] アルカリフリー基板を用いたCu2SnS3薄膜太陽電池の作製2018

    • 著者名/発表者名
      大橋亮太, 渡邉奏汰, 大塚招吾, 吉沢舞凜, 稲生穂乃香, 戸田来人, 山田慧亮, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] アルカリフリー基板を用いた(Cu,Ag)2SnS3薄膜太陽電池の作製2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉奏汰, 大塚招吾, 大橋亮太, 吉沢舞凜, 稲生穂乃香, 戸田 来人, 山田慧亮, 荒木秀明
    • 学会等名
      第8回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム
  • [学会発表] 同時蒸着SnS薄膜太陽電池における光吸収層薄膜の硫化・エッチング処理の検討2018

    • 著者名/発表者名
      家後和美, 荒木秀明, 大平圭介
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会 in 京都
  • [学会発表] フォトルミネッセンス法を用いた (NaxCu1-x)ySnS3の特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      前田隆宏, 荒木秀明, 田中久仁彦
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Cu2ZnSnSe4化合物プリカーサの硫化法により作製したCu2ZnSn(S,Se)4薄膜へのKF添加効果2018

    • 著者名/発表者名
      中嶋崇喜, 上西一熙, 直井弘之, 山口利幸, 荒木秀明, 片桐裕則, 笹野順司, 伊﨑昌伸
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Cu2ZnSn(S,Se)4 Thin Film Solar Cells Fabricated by Sulfurization Using Cu2ZnSnSe4 and KF Compounds2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, M. Nakashima, K. Uenishi, H. Naoi, H. Araki, H. Katagiri, J. Sasano, M. Izaki
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of H2S annealing for Ag-Sn-S Thin Films Deposited by a Thermal Evaporation Method2018

    • 著者名/発表者名
      Yoji Akaki, Kyohei Yoshinaga, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki, Satoru Seto, Toshiyuki Yamaguchi
    • 学会等名
      21st International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-21)
    • 国際学会
  • [学会発表] (Cu,Ag)2SnS3 thin film solar cells using sulfurized metal precursors with varied Ag content2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeyuki Nakamura, Panha Eang, Toshiyuki Yamaguchi, Satoru Seto, Yoji Akaki, Hironori Katagiri, Hideaki Araki
    • 学会等名
      21st International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-21)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of H2S annealing for Sb-doped Ag-Sn-S Thin Films Deposited by a Thermal Evaporation Method2018

    • 著者名/発表者名
      Yoji Akaki, Kyohei Yoshinaga, Shigeyuki Nakamura, Hideaki Araki, Satoru Seto, Toshiyuki Yamaguchi
    • 学会等名
      21st International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-21)
    • 国際学会
  • [学会発表] KF addition to (Cu,Ag)2SnS3 thin films prepared by sulfurization process2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsuki Nakashima, Shun Hirano, Toshiyuki Yamaguchi, Hideaki Araki, Hironori Katagiri, Yoji Akaki, Junji Sasano, Masanobu Izaki
    • 学会等名
      21st International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-21)
    • 国際学会
  • [図書] 次世代の太陽電池・太陽光発電 -その発電効率向上,用途と市場の可能性-(分担執筆「第3章 第6節 CTS系太陽電池」)2018

    • 著者名/発表者名
      荒木秀明, 他
    • 総ページ数
      556
    • 出版者
      情報技術協会
    • ISBN
      978-4-86104-707-7

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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