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2015 年度 実績報告書

新規カルコパイライト型リン化物の探索と太陽電池への応用

研究課題

研究課題/領域番号 26289279
研究機関京都大学

研究代表者

野瀬 嘉太郎  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00375106)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード太陽電池 / カルコパイライト / 固溶体 / リン化物
研究実績の概要

X-Sn-P(X=Mg,Ca,Ba)系における実験については,今年度はCa-Sn-P系について取り組んだ。Mg-Sn-P系と同様,まずは平衡実験によりカルコパイライト相の存在確認を行った。Caの出発材料としては市販のCa3P2を用いた。その結果,Mg-Sn-P系と同様,カルコパイライト相の存在は確認できず,水酸化物と思われる化合物がXRDで同定された。以上のことから,アルカリ土類金属を用いた場合は,空気中の水分との反応が避けられないため,すでにカルコパイライト相の存在が確認できているCd-Sn-P系に注力することとした。
Cd-Sn-P系については,前年度までにバルク結晶の育成方法を確立していたため,本年度は結晶の物性評価と薄膜作製を行った。まず,フラックス法により作製したバルク結晶の物性評価を行ったところ,従来の報告の通り,バンドギャップは1.1eV,キャリアタイプはn型であった。ZnSnP2はp型伝導を示すことから,ZnをCdに変えることでキャリアタイプが変わることは興味深い。続いて,リン化法によるCdSnP2薄膜の作製を試みた。前年度の結果から前駆体のCd-Sn膜は電解めっきにより作製する予定であったが,装置を改良することによりスパッタリングで成膜が可能となったため,これにより成膜を行った。リン化条件の検討を行い,単相のCdSnP2膜を得ることに成功した。また,リン化後のCdSnP2膜は最稠密面である(112)面に配向していることがわかった。表面形態については,ZnSnP2膜に見られたような数ミクロンの大きさの突起物は確認されず,比較的平坦であった。これは,当初の目論見どおりCd-Sn系の金属間化合物形成が関わっていると考えられ,今後調査していく予定である。

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

これまでに,いくつかの元素に関しては調査が終わっており,有力な候補はCdSnP2であると結論付けている。したがって,最終年度は当初の予定通りZnSnP2とCdSnP2との固溶体薄膜の作製に注力できる。また,CdSnP2薄膜の表面形態はZnSnP2よりも平坦であることがわかっており,固溶体形成によりZnSnP2薄膜の表面形態改善が期待できる。

今後の研究の推進方策

まず,CdSnP2薄膜の表面の平坦性の要因を特定する。Cd-Sn系の金属間化合物が関わっていると考えられるが,前駆体のCd-Sn膜にはその存在は確認されない。一方で,前駆体Cd-Sn膜のSn粒径はZn-Sn膜の粒径の10分の1程度であり,この微細化がリン化後の表面形態に影響を及ぼしていると考えられる。そこで,Cd-Sn膜のリン化過程を調査する。これと平行して,Zn-Cd-Sn前駆体膜の作製に取り組む。現在のところ,3元同時スパッタもしくは,Cd-Sn/Zn積層,Zn/Cd-Sn積層の3パターンを検討する予定である。これらの前駆体膜およびリン化条件の検討を行い,(Zn,Cd)SnP2固溶体膜の作製条件を確立する。作製した固溶体膜については各種分析を行い,表面形態および物性への影響を明らかにすると共に,ZnSnP2太陽電池の高効率化への指針を得る。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Growth and Characterization of indium-doped Zn3P2 bulk crystals2016

    • 著者名/発表者名
      R. Katsube, H. Hayashi, A. Nagaoka, K. Yoshino, Y. Nose, Y. Shirai
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 ページ: 041201

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.041201

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of ZnSnP2 thin films by phosphidation2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka, Y. Nose, T. Uda
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 589 ページ: 66-71

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2015.04.020

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bulk crystal growth and characterization of ZnSnP2 compound semiconductor by flux method2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka, H. Nakamoto, Y. Nose, T. Uda, Y. Shirai
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi (c)

      巻: 12 ページ: 520-523

    • DOI

      10.1002/pssc.201400291

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ラマン分光法を用いたZnSnP2における規則-不規則変態挙動の調査2016

    • 著者名/発表者名
      中塚滋, 岩田晃樹, 野瀬嘉太郎, 原田隆史, 池田茂, 白井泰治
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] 金属Zn薄膜のリン化による高配向Zn3P2薄膜の作製2016

    • 著者名/発表者名
      勝部涼司, 野瀬嘉太郎, 白井泰治
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] カルコパイライト型リン化物の結晶成長と太陽電池2016

    • 著者名/発表者名
      野瀬嘉太郎
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部平成27年度第3回講演会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2016-02-05
    • 招待講演
  • [学会発表] リン化法によるCdSnP2薄膜の作製2015

    • 著者名/発表者名
      井上亮輔, 中塚滋, 勝部涼司, 野瀬嘉太郎, 白井泰治
    • 学会等名
      資源素材学会関西支部 第12回 若手研究者・学生のための研究発表会
    • 発表場所
      キャンパスプラザ京都
    • 年月日
      2015-12-11
  • [学会発表] Development of photovolataics using chalcopytite phosphide semiconductor2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Nose
    • 学会等名
      11th China SoG Silicon and PV Power Conference (CSPV-11)
    • 発表場所
      Hangzhou, China
    • 年月日
      2015-11-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 規則-不規則変態を利用したZnSnP2のバンドギャップ制御2015

    • 著者名/発表者名
      中塚滋, 野瀬嘉太郎, 白井泰治
    • 学会等名
      第76回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
  • [学会発表] 規則-不規則変態を利用した半導体材料の物性制御2015

    • 著者名/発表者名
      野瀬嘉太郎, 中塚滋
    • 学会等名
      平成27年度資源・素材学会関係学協会合同秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      2015-09-10
    • 招待講演
  • [図書] "太陽光と光電変換機能"第1章6.カルコパイライト型リン化物のバルク・薄膜結晶成長と太陽電池への展開2016

    • 著者名/発表者名
      野瀬嘉太郎(共著)
    • 総ページ数
      307
    • 出版者
      シーエムシー出版

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公開日: 2017-01-06  

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