| 研究課題/領域番号 |
16K14551
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| 研究機関 | 都城工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
赤木 洋二 都城工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (10321530)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 銀系化合物太陽電池 |
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| 研究実績の概要 |
将来の大規模量産を賄いうる新たな安全かつレアメタルフリー化合物太陽電池材料の探索研究が必須となっており、本研究では、新規Ag系化合物太陽電池材料として期待されるAg8SnS6結晶薄膜の作製法の確立とAg8SnS6太陽電池の高効率化を実現するための技術開発を目指している。
昨年は、glass/Ag/Sn、glass/Ag/SnSプリカーサ膜を真空蒸着法で成膜し、H2S 雰囲気中で300～500℃の熱処理を行い、薄膜を作製した。蒸着時の出発原料のAg:Sn比は8:1もしくは2:1のモル比で秤量し、AgおよびSnSを蒸着する際の基盤温度を室温もしくは300℃として成膜を行った。
基盤を加熱しながら蒸着すると、熱処理温度が低温(300℃)においてもAg8SnS6結晶に帰属した回折ピーク強度が十分に大きくなった。原料としてSnを用いるよりもSnSを用いることで、熱処理後の薄膜中のボイドが減少することがわかった。また、SnSを基盤加熱しながら蒸着することでも、熱処理後の薄膜中のボイドが減少することがわかった。透過率と反射率から光吸収係数を計算すると104cm-1以上の値を持ち、またバンドギャップを見積もると、約1.3eVの値が得られ、Ag8SnS6薄膜が太陽電池材料として有望な物性を有していることが明らかとなった。
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| 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
真空蒸着法を用いてSnSとAgを積層したプリカーサ膜を成膜し、硫化水素雰囲気中で熱処理することで、高品質な薄膜を得る作製条件の検討を行った。必要に応じて、Sb添加薄膜を作成した。熱処理の条件は、昨年と同様である。
まずは、積層順についての検討を行った。今年は、glass/SnS/Agプリカーサを成膜し、その後、昨年と同様な熱処理を行った。昨年の、glass/Ag/SnSプリカーサを用いた場合と比較して、ハンドギャップ付近の透過率の急激な変化の仕方が、より鋭くなり、熱処理時の反応性が向上したと考える。
次に、出発原料Ag:Sn比の検討を行った。Ag:Sn比を8:1と7:1にして、glass/SnS/Agプリカーサを成膜し、熱処理した。透過率の測定おいて、出発原料比を7:1にするとバンドギャップ以下の透過率が減少した。ストイキオメトリーからAgを少なくしたため、未反応なAg等が存在していたために、本来、透過する光が反射あるいは散乱した結果であると考える。
さらに、Sb添加効果についての検討を行った。Sbを添加するために、glass/SnS/Ag/Sb2S3プリカーサを成膜し、熱処理した。ここで、Sbの添加量は1mol.%とした。Sbを添加することで、Ag8SnS6結晶のX線回折強度が、全ての熱処理温度で増加したが、特に、低温(300℃)での増加が顕著であった。また、Sb添加薄膜の透過率を測定すると、バンドギャップ以下の透過率が上昇した。これらの結果から、Sbを添加することで固相反応が促進されたと考える。
最後に太陽電池の作成を行った。glass/Mo/(Cu,Ag)2SnS3/CdS/ZnO/Ga:ZnO/Al薄膜太陽電池を作成し、効率の測定を行ったところ、開放電圧244mV、短絡電流36.9mA/cm2、曲線因子0.45、変換効率4.07%となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、作製出来ている薄膜には、SnS結晶と考えられる未反応物質が含まれている。その結晶を反応させ、Ag8SnS6単相膜を作製するために、(1) Agを過剰な薄膜を作製する、(2) Sbの添加量を増加させ、固相反応を促進させる、(3) 熱処理温度を、2～3段階に変化させる、といった3つの方法により、改善を試みる。
また、現在作製している太陽電池はCuを含んでいるため、Cuを含まないAg系の太陽電池の作製に着手し、光電変換効率の向上を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
1000円以下の残額のため、必要な消耗品等を購入することができなかった。次年度の予算と合算し、購入する予定である。
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