| 研究課題/領域番号 |
19K04483
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
柴田 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 招聘研究員 (70357200)
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| 研究分担者 |
反保 衆志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20392631)
今中 康貴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, ステーション長 (70354371)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / 化合物半導体 / 少数キャリア寿命 |
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| 研究実績の概要 |
2019年度は、主な測定対象物質であるCZTSe（Cu2ZnSnSe4）について、薄膜の作製技術を最適化し、高品質な多結晶薄膜を作製する技術の開発を行った。実験の結果として、CZTSe薄膜の結晶品質は、成膜中におけるSe蒸気の供給量に強く依存することを見出し、最適なSe蒸気供給量を発見して高品質なCZTSe薄膜を得ることに成功した。その結果として、そのCZTSe薄膜で作製した太陽電池は12.0%という高い変換効率を示し、これはCZTSe太陽電池としては、世界最高の変換効率である。得られた太陽電池の外部量子効率（EQE）スペクトルを測定した結果、Se蒸気の供給量に依存して少数キャリア拡散長が大きく変化していることを見出し、最適条件で作製された太陽電池においては、少数キャリア拡散長が増大していることが明らかとなった。この結果は、最適条件で作製されたCZTSe薄膜は少数キャリア移動度が増大している可能性を示唆しており、移動度スペクトルを高精度で測定できる試料を作製できたことを示唆している。また本計画で必要となる強磁場を使った磁気輸送計測については、測定装置の準備が順調に進展している。また2019年度は、移動度スペクトルの計算プログラムについても検討を行い、より高精度な計算結果を得るための方法を検討し、実際にプログラムの中に反映させる方法を検討した。
今後は、2019年度に開発した成膜技術を利用してCZTSe薄膜の高品質薄膜を作製し、移動度スペクトルの測定を行って少数キャリア移動度の決定を行う計画である。また少数キャリア移動度とデバイス性能との関係を明らかにし、高性能な化合物薄膜太陽電池を得るための開発指針を考察する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
移動度スペクトルを高精度で測定するためには、高移動度の高品質な測定試料を準備することが必要である。そのため2019年度は、主な測定対象物質であるCZTSe（Cu2ZnSnSe4）について、薄膜の作製技術を最適化し、高品質な多結晶薄膜を作製する技術の開発を行った。実験の結果として、CZTSe薄膜の結晶品質は、成膜中におけるSe蒸気の供給量に強く依存することを見出し、最適なSe蒸気供給量を発見して高品質なCZTSe薄膜を得ることに成功した。その結果として、そのCZTSe薄膜で作製した太陽電池は12.0%という高い変換効率を示し、これはCZTSe太陽電池としては、世界最高の変換効率である。得られた太陽電池の外部量子効率（EQE）スペクトルを測定した結果、Se蒸気の供給量に依存して少数キャリア拡散長が大きく変化していることを見出し、最適条件で作製された太陽電池においては、少数キャリア拡散長が増大していることが明らかとなった。この結果は、最適条件で作製されたCZTSe薄膜は少数キャリア移動度が増大している可能性を示唆しており、移動度スペクトルを高精度で測定できる試料を作製できたことを示唆している。また本計画で必要となる強磁場を使った磁気輸送計測については、測定装置の準備が順調に進展している。また2019年度は、移動度スペクトルの計算プログラムについても検討を行い、より高精度な計算結果を得るための方法を検討し、実際にプログラムの中に反映させる方法を検討した。
以上の結果として、2019年度は移動度スペクトルの研究を行うための基礎環境が整ったが、CZTSe薄膜の高品質化および移動度スペクトルの計算方法の検討に予想以上の時間を費やすこととなり、実際のデータの取得作業および解析作業は、やや遅延している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度に開発した成膜技術を利用してCZTSe（Cu2ZnSnSe4）薄膜の高品質薄膜を作製し、移動度スペクトルの測定を行って少数キャリア移動度の決定を行う予定である。また、少数キャリア移動度の測定に用いた薄膜と同一の薄膜を用いて、時間分解フォトルミネッセンス測定等により少数キャリア寿命を求めると共に、太陽電池を作製して少数キャリア拡散長を求める。それらのデータを組み合わせることにより、移動度スペクトルの概算値を見積もることが可能になるため、得られた結果を移動度スペクトルの方法で得られた結果と比較検討し、移動度スペクトルの方法によって得られた結果の妥当性を評価する。また少数キャリア移動度とデバイス性能との関係を明らかにし、高性能な化合物薄膜太陽電池を得るための開発指針を考察する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度は、主な測定対象物質であるCZTSe（Cu2ZnSnSe4）について、薄膜の作製技術を最適化し、高品質な多結晶薄膜を作製する技術の開発を行った。しかしながら、この開発に予想以上の時間を費やすこととなり、開発は完了したがほぼ開発のみで2019年度を終了した。この作業は基本的に既存の装置を利用して研究を遂行することが可能であったために多くの予算を必要とはせず、結果として予定していた支出の一部が行われない結果となった。また移動度スペクトルの計算方法の検討にも予想以上の時間を費やすこととなったが、この作業も多くの予算を必要とはしないため、結果として予定していた支出の一部が行われない結果となった。
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