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2016 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 / pn接合 / リン化物
研究実績の概要

本年度は,まず,(Zn,Cd)SnP2の成膜に取り組んだ。スパッタリングによりZn-Cd-Sn前駆体を作製し,これをリン化することで成膜を試みた。前駆体に関しては前年度の結果を踏まえて,電解めっきではなく,スパッタリングによって成膜することとした。しかし,装置の都合上,3元同時スパッタリングを行うことが現時点で困難であり,また,これまで使用してきたリン化用の炉の再整備に時間がかかったため,本研究項目は今後の検討課題とした。
一方で,当初の計画にはなかったが,ZnSnP2, CdSnP2のキャリアタイプの違いを利用したpn接合形成に取り組んだ。ZnSnP2,CdSnP2のバルク結晶をフラックス法により作製し,これらをリン蒸気雰囲気下で熱処理を行い,拡散接合させた。その結果,接合面全面ではないものの,一部の領域でZn, Cdの相互拡散が見られ,接合を確認できた。この試料に対して,スパッタリングにより電極を作製し,Cu/p-ZnSnP2/n-CdSnP2/Sn試料を作製した。これを用いて電流-電圧特性を評価したところ,整流作用が確認された。この試料には,電極としてCuおよびSnを用いているが,これらはそれぞれZnSnP2, CdSnP2に対してオーミック電極となることを以前の研究で確認している。したがって,観察された整流作用はZnSnP2/CdSnP2界面がpn接合を形成していることに起因すると結論付けた。さらに,ダイオード特性を解析したところ,再結合電流成分が大きく電流ロスが大きいことがわかった。今後,これをデバイスとして応用するためには,界面構造の最適化が必要であると考えられる。

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。

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。

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。

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。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Solar cells using bulk crystals of rare metal-free compound semiconductor ZnSnP22017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka, N. Yuzawa, J. Chantana, T. Minemoto, Y. Nose
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (a)

      巻: 214 ページ: 1600650

    • DOI

      10.1002/pssa.201600650

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Order-Disorder Phenomena and Their Effects on Bandgap in ZnSnP22017

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

      J. Phys. Chem. C

      巻: 121 ページ: 1040-1046

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b11215

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ZnSnP2 thin-film solar cell prepared by phosphidation method under optimized Zn/Sn atomic ratio of its absorbing layer2017

    • 著者名/発表者名
      N. Yuzawa, J. Chantana, S. Nakatsuka, Y. Nose, T. Minemoto
    • 雑誌名

      Curr. Appl. Phys.

      巻: 17 ページ: 557-564

    • DOI

      10.1016/j.cap.2017.02.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Band offset at the heterojunction interfaces of CdS/ZnSnP2, ZnS/ZnSnP2 and In2S3/ZnSnP22016

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

      J. Appl. Phys

      巻: 119 ページ: 193107

    • DOI

      10.1063/1.4950882

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 金属/多元系半導体界面の構造と電子輸送特性-リン化物太陽電池を例として-2016

    • 著者名/発表者名
      野瀬嘉太郎, 中塚滋
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会・日本金属学会関西支部 鉄鋼プロセス研究会・材料化学研究会 平成28年度第2回合同研究会
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター,大阪
    • 年月日
      2016-12-19
    • 招待講演
  • [学会発表] カルコパイライト型リン化物におけるホモpn接合形成2016

    • 著者名/発表者名
      井上亮輔, 中塚滋, 野瀬嘉太郎
    • 学会等名
      第1回フロンティア太陽電池セミナー
    • 発表場所
      京都大学化学研究所,京都
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-18
  • [学会発表] ZnSnP2太陽電池における界面構造の最適化2016

    • 著者名/発表者名
      中塚滋, 明里駿祐, Jakapan Chantana, 峯元高志, 野瀬嘉太郎
    • 学会等名
      第1回フロンティア太陽電池セミナー
    • 発表場所
      京都大学化学研究所,京都
    • 年月日
      2016-11-17 – 2016-11-18
  • [学会発表] Photovoltaic performance of ZnSnP2 bulk crystals with the efficiency over 1%2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka,S. Akari, J. Chantana, T. Minemoto, Y. Nose
    • 学会等名
      Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-26)
    • 発表場所
      Marina Bay Sands, Singapore
    • 年月日
      2016-10-24 – 2016-10-28
    • 国際学会
  • [学会発表] カルコパイライト型リン化物におけるホモpn接合形成2016

    • 著者名/発表者名
      井上亮輔, 中塚滋, 野瀬嘉太郎
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] ZnSnP2バルク太陽電池の光電特性に裏面電極材料が与える影響2016

    • 著者名/発表者名
      中塚滋, 明里駿祐, Jakapan Chantana, 峯元高志, 野瀬嘉太郎
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Fabrication of solar cells based on ZnSnP2 bulk crystals2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka,N. Yuzawa, S, Akari, J. Chantana, T. Minemoto, Y. Nose
    • 学会等名
      20th International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-20)
    • 発表場所
      Halle, Germany
    • 年月日
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Bandgap Tuning of ZnSnP2 through the Order-Disorder Transition2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nakatsuka, Y. Nose, Y. Shirai
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      Kyoto , Japan
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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