| 研究課題/領域番号 |
26281054
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
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| 研究分担者 |
田路 和幸 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10175474)
横山 俊 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (30706809)
下位 法弘 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40624002)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 低炭素社会 / CIGS太陽電池 / 水溶液中合成 / 塗布 / ナノ粒子 |
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| 研究実績の概要 |
気相法など従来のCIGS(Cu(InGa)Se2)太陽電池合成法には、均質化が困難、形成時に必要量の数10倍以上の原料を浪費する、量産に不向き、など実用化上の大きな障害があった。一方、我々は、世界で初めて、CIGS太陽電池の基礎となる均質なCu-In (CI)合金ナノ粒子を常温の水溶液中で合成することに成功した。
そこで本研究では、計算科学を利用した金属錯体の単一化／平衡状態維持と還元反応速度(電位)の強制一致手法を、三元系(CIS)／四元系(CIGS)の均質単結晶合金ナノ粒子を合成するための手法に拡張し、合成したCIGS合金ナノ粒子を用いて、“塗る”という極めて簡単な操作でCIGS太陽電池を形成する技術を開発する事を目的とした。
錯生成定数を用いて各種金属錯体を単一化可能な条件を見出した。これらの錯体種と還元電位は比例関係にあり、両者の相関から、Cu錯体及びIn錯体の還元電位を一致させるためにアスパラギン酸を用いる必要があることを明らかとした。本条件に従って還元反応を進行することで、CIGSの前駆物質であるCuIn合金ナノ粒子を水溶液中で合成することに成功した。本研究で開発された前駆物質を基板表面上に“塗り”、均質な膜を形成するための条件を解明し、その塗布基盤を用いてセレン化反応を進行させたところ、均質な化合物太陽電池膜を形成することが出来た。この化合物太陽電池は、表面が平坦であり、量子効率及びCIS/CdS界面でのpn接合が改善し、開放電圧が大きく上昇したため、2.3%の変換効率を示すことが出来た。
即ち、塗布という簡単な方法で高効率な化合物太陽電池を形成可能であること、更に効率を向上させるためには結晶性を向上させることで直列抵抗を低減させ、短絡電流密度及び曲線因子を向上させること、が必要であることを明らかとした。
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| 現在までの達成度 (段落) |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額の使用計画 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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