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2013 年度 実績報告書

結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23656395
研究機関東京大学

研究代表者

溝口 照康  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)

キーワード太陽電池 / 光吸収層 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 / 粒界 / カルコパイライト型化合物 / バンドギャップ
研究概要

本申請研究によりCIS系化合物の粒界原子構造を明らかにし,界面における欠陥形成挙動を定量化する.さらに得られた原子構造と欠陥構造からバンド構造を明らかにし,粒界が物性に及ぼす影響をしらべる.以上の研究から機能との相関性を明らかにすることを目指す.
平成25年度においてはCIS粒界を作成し,その粒界の走査透過型電子顕微鏡(STEM)像観察と,第一原理バンド計算により定量化することに成功した.具体的には,CIS双晶には幾つかの準安定構造が存在し,それらの粒界エネルギーは一般的な機能材料の粒界エネルギーと比較しても非常に小さいことが明らかとなった.
また,同粒界構造のバンドギャップとベンディングを第一原理ハイブリッド汎関数法により調べた.その結果,バンドギャップやベンディングの変化が,粒界Seの配位環境と相関性があることが明らかとなった(APL2014).さらに,同粒界における点欠陥形成エネルギーを系統的に調べた結果,プロセス環境であるSeリッチ雰囲気下においては粒界への空孔偏析がほとんど起こらないという結果を得た.(J. Ceram. Soc. Jpn. 2014)
以上の結果から,CISに多数存在するΣ3粒界においては点欠陥の偏析は起きず,Σ3粒界におけるバンドギャップ変化やベンディングは粒界の異常配位形成に伴うものであることが明らかとなった.
さらに,平成25年度においては表面保護層に使われるアモルファス物質についてSTEM観察を行い,アモルファス中の単一原子観察に成功した(ACS Nano2013).また発電された電力をためる蓄電材料についても,第一原理計算,XANESなどにより構造解析を行い,ドーパントや欠陥の構造を明らかにすることに成功している.(APL 2013, JAP2013, Sci. Rep. 2013).
以上,本申請研究においては太陽電池光吸収層や表面電極,保護層,蓄電材料に関して総合的な研究を行い,材料開発上重要な知見を得ることに成功した.

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] "The atomic structure, band gap, and electrostatic potential at the (112)[1-10] twin grain boundary of CuInSe2"2014

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Mizoguchi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 104 ページ: 153904-1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Defect formation energetics at the grain boundary in CuInSe2 using first-principles calculations"2014

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi and T. Mizoguchi
    • 雑誌名

      J. Ceram. Soc. Jpn

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "First principles study on oxygen vacancy formation in rock salt-type oxides MO (M: Mg, Ca, Sr and Ba)"2013

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto and T. Mizoguchi
    • 雑誌名

      Ceram. Inter.

      巻: 39 ページ: S287-S292

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "The influence of neighboring vacancies and their charge state on the atomic migration of LaAlO3"2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto and T. Mizoguchi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 ページ: 211910-1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Atomic Scale Identification of Individual Lanthanide Dopants in Optical Glass Fiber"2013

    • 著者名/発表者名
      T. Mizoguchi, S. D. Findlay, A. Masuno, Y. Saito, K. Yamaguchi, Y. Ikuhara, and H. Inoue
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 7 ページ: 5058-5063

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Periodic Nanowire Array at Crystal Interface"2013

    • 著者名/発表者名
      A. Nakamura, T. Mizoguchi, K. Matsunaga, T. Yamamoto, N. Shibata, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 7 ページ: 6297-6302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Effect of local coordination of Mn on Mn-L2,3 edge electron energy loss spectrum"2013

    • 著者名/発表者名
      S. Nishida, S. Kobayashi, A. Kumamoto, H. Ikeno, T. Mizoguchi, I. Tanaka, Y. Ikuhara, T. Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 114 ページ: 054906-1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Atomic resolution chemical bond analysis of oxygen in La2CuO4"2013

    • 著者名/発表者名
      M. Haruta, T. Nagai, N. R. Lugg, M. J. Neish, S. D. Findlay, M. Nagao, K. Kurashima, L. J. Allen, T. Mizoguchi, and K. Kimoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.,

      巻: 114 ページ: 083712-1-8.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Atomic structure of titania nanosheet with vacancies"2013

    • 著者名/発表者名
      M. Ohwada, K. Kimoto, T. Mizoguchi, Y. Ebina, and T. Sasaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 3 ページ: 2801-1-5.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Stabilization of metastable ferroelectric Ba12xCaxTi2O5 by breaking Ca-site selectivity via crystallization from glass"2013

    • 著者名/発表者名
      A. Masuno, C. Moriyoshi, T. Mizoguchi, T. Okajima, Y. Kuroiwa, Y. Arai, J. Yu, H. Inoue, Y. Watanabe
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 3 ページ: 3010-1-6.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] " An estimation of molecular dynamic behaviour in a liquid using core-loss spectroscopy"2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsui, K. Seki, H. Hibara, T. Mizoguchi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 3 ページ: 3503-1-7.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] " High pressure infrared and X-ray Raman studies of aluminum nitride"2013

    • 著者名/発表者名
      M. Pravica, N. Bhattacharya, Y. Liu, J. Robinson, WS Au, T. Mizoguchi, Z. liu, Y. Xao
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b)

      巻: 250 ページ: 726-731.

    • 査読あり
  • [学会発表] 「第一原理計算によるカルコパイライト型化合物の粒界構造設計」2014

    • 著者名/発表者名
      山口裕之、溝口照康
    • 学会等名
      応用物理学会 学術講演大会
    • 発表場所
      相模原,神奈川
    • 年月日
      20140319-20140319
    • 招待講演
  • [学会発表] 「電子セラミックスプロセスのための原子分解能材料解析」2013

    • 著者名/発表者名
      溝口照康
    • 学会等名
      第144回電子セラミック・プロセス研究会
    • 発表場所
      湘南工科大学,神奈川
    • 年月日
      20131214-20131214
    • 招待講演
  • [学会発表] "Atomic structure and potential barrier at grain boundary of CuInSe2"2013

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, H. Hiramatsu, H. Hosono, T. Mizoguchi
    • 学会等名
      Electron Microscopy & Multiscale Modeling 2013 (EMMM 2013),
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20131110-20131110
  • [学会発表] “CuInSe2における粒界原子構造と欠陥形成挙動”2013

    • 著者名/発表者名
      山口裕之、平松秀典、細野秀雄、溝口照康
    • 学会等名
      日本セラミックス協会電子材料部会 第33回エレクトロセラミックス研究討論会
    • 発表場所
      つくば,茨木
    • 年月日
      20131024-20131024
    • 招待講演
  • [学会発表] ペロブスカイト型酸化物における欠陥形成と原子拡散の第一原理計算2013

    • 著者名/発表者名
      溝口照康,山本貴志
    • 学会等名
      日本セラミックス協会電子材料部会 第33回エレクトロセラミックス研究討論会
    • 発表場所
      つくば,茨木
    • 年月日
      20131024-20131024
    • 招待講演
  • [学会発表] "Identification and characterization of defects in functional materials: first principles calculation and STEM-EELS"2013

    • 著者名/発表者名
      Teruyasu Mizoguchi
    • 学会等名
      PRICM-8
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      20130806-20130806
    • 招待講演
  • [学会発表] “The study of grain boundary atomic structures in photovoltaic cell material CuInSe2”2013

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Mizoguchi
    • 学会等名
      ISAM4 2013
    • 発表場所
      Komaba, Tokyo
    • 年月日
      20130722-20130722
  • [学会発表] “Ab initio study on defect formation and atomistic migration in perovskite oxides”2013

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Mizoguchi
    • 学会等名
      10th PacRIM
    • 発表場所
      Sandiego, USA
    • 年月日
      20130604-20130604
  • [図書] "アクチノイド物性研究のための計算科学入門"2013

    • 著者名/発表者名
      小無 健司、湊 和生 編 第3章「第一原理計算の応用」執筆担当
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      一般社団法人 日本原子力学会

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公開日: 2015-05-28  

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