粒界機能の積極的利用による新規多結晶系太陽電池材料の創出

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656435
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 連川 貞弘 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (40227484)
• 研究協力者: 山室 賢輝 熊本大学, 工学部, 技術専門職員
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 太陽電池 / 粒界 / ポテンシャル障壁 / 電気伝導 / CdTe / Si / KFM / 第一原理計算

研究概要

本研究では，微細多結晶でありながら高い光電変換効率が得られるCdTeに着目し，その粒界電子物性の理解に基づいた粒界設計により新規な太陽電池材料を創出するための原理を得ることを目的とした。CdTe粒界のポテンシャル障壁高さは粒界性格に依存するとともに，粒界の極性（Cd極性，Te極性）に著しく影響されること, 粒界に偏析するClは粒界ポテンシャル障壁を高める効果があることを明らかにした。これらの結果より，粒界はbuilt-in potential（内蔵電界）として作用し，粒界近傍で光生成された電子－正孔対の分離を促進することにより，光―電気変換効率向上に寄与すると結論づけられた。

研究成果

• [雑誌論文] Potential barrier at grain boundaries in polycrystalline silicon : influence of grain-boundary character and copper/iron contamination (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsurekawa, H. Takahashi, Y. Nishibe, T. Watanabe
  • 雑誌名: Philos Mag 巻: 93 ページ: 1413-1424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of potential variations around grain boundaries in BaSi_2 epitaxial films by Kelvin probe force microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Baba, S. Tsurekawa, K. Watanabe, W. Du, K. Toko, K.O. Hara, N. Usami, T. Sekiguchi, T. Suemasu
  • 雑誌名: J Appl Phys 巻: 103 ページ: 142113
  • DOI: 10.1063/1.4824335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of grain boundary properties in BaSi_2 epitaxial films on Si(111) and Si(001) by Kelvin probe force microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Baba, S. Tsurekawa, K. Nakamura, D. Weijie, S. Koike, K. Toko, K.O. Hara, N. Usami, T. Suemasu
  • 雑誌名: Proc. 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC 2013) ページ: 535-538
  • DOI: 10.1109/PVSC.2013.6744207
  • 査読あり
• [学会発表] State-of - the-art grain boundary engineering towards development of new materials (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsurekawa, T. Watanabe
  • 学会等名: Intern. Conf. on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2013)
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 20131202-06
• [学会発表] Characterization of grain boundaries in BaSi2 epitaxial films on Si(111) and Si(001) by Kelvin probe force microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Baba, S. Tsurekawa, K. Nakamura, Du Weijie, S. Koike, K. Toko, K. O. Hara, N. Usami, T. Suemasu
  • 学会等名: 39th IEEE Photovoltaic Specialist Conf
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 20130616-21
• [学会発表] Potential barrier at grain boundaries in polycrystalline silicon and cadmium telluride for solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsurekawa
  • 学会等名: Intern. Symp. On EcoTopia Science
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2013-12-14
• [学会発表] 多結晶 cdTe における粒界ポテンシャル障壁 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村聡志, 小田智士, 連川貞弘, 平山恭介
  • 学会等名: 第55回日本顕微鏡学会九州支部総会・学術講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス, 福岡
  • 年月日: 2013-12-14
• [学会発表] 太陽電池用多結晶 Si およびCdTe 粒界におけるポテンシャル障壁 (2012)
  • 著者名/発表者名: 連川貞弘
  • 学会等名: 日本金属学会セミナーセミナー「材料科学科学的アプローチによる太陽電池研究の最前線」
  • 発表場所: エッサム神田ホール, 東京
  • 年月日: 2012-10-12
• [学会発表] CdTe{111}/Σ3 粒界の電子構造の第一原理計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村聡士, 連川貞弘
  • 学会等名: 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部合同学術講演大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場, 北九州
  • 年月日: 2012-06-09
• [図書] 材料科学的アプローチによる太陽電池研究の最前線 (2013)
  • 著者名/発表者名: 連川貞弘, 他
  • 総ページ数: 17-25
  • 出版者: 日本金属学会
• [備考]
  • URL: http://www.msre.kumamoto-u.ac.jp/~mice/
• [産業財産権] カーボンナノ構造体の製造装置およびカーボンナノ構造体の製造方法 (2012)
  • 発明者名: 日方威, 大久保総一郎, 連川貞弘
  • 権利者名: 日方威, 大久保総一郎, 連川貞弘
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2012-198377
  • 出願年月日: 2012-09-10