2016 Fiscal Year Annual Research Report
銅アンチモン、銀アンチモン硫化物薄膜の精密合成と太陽光エネルギー変換への応用
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15H03850
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
池田 茂 甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 隆史 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 技術専門職員 (00379314)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / 太陽電池 / 光電気化学エネルギー変換 / 不定比性 / バルク結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅（あるいは銀）、アンチモン、硫黄からなるCu(Ag)-Sb-S化合物が、薄膜太陽電池および水の光分解電極等の太陽エネルギー変換のための新材料となる可能性があることを、これまでの研究で見出している。しかし、これらの材料の基礎物性は十分に分かっておらず、さまざまな組成（Cu(Ag) / Sb / S含有比率）をもつバルク固体や薄膜も得られていない。本研究の第１の目的は、このようなCu(Ag)-Sb-S化合物の中でも、高い光起電力が期待されるワイドギャップ材料（1.6~1.8 eV）であるCuSbS2、Cu12Sb4S13、AgSbS2、Ag3SbS3化合物に着目して、それらの単相バルク固体と薄膜を精密合成し、構造と物性との関係を明らかにすることである。第２の目的は、得られる基礎的な知見に基づいて太陽エネルギー変換デバイスを作製し、高機能化を実現することである。
本年度は昨年度の研究で明らかにしたCuSbS2不定比範囲内において、キャリア濃度と移動度の物性面から最適になるようなCuSbS2バルク結晶の作製と検証を行った。とくに、これまでの知見から適当な組成と考えられているSbサイトにCuが入ったアンチサイト欠陥が積極的に形成し、なおかつ、ドナー準位の生成が起こりにくと予測されているSが量論から過剰になる条件でのバルク結晶の作製に注力した。現在のところ、キャリア濃度と移動度の両方の物性において、広く研究されているCu2ZnSnS4化合物に相当する特性が得られた。しかしながら、実用太陽電池材料であるCu(In,Ga)Se2化合物に比較すると、その物性は移動度で劣っており、最終年度さらに詳細な条件検討が必要であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CuSbS2化合物については、その光エネルギー変換への応用可能性を実証するための重要な結果が得られており、当初期待していたような学術面での成果が十分に得られていると考えている。一方で、予定していた太陽エネルギー変換系への応用や、別の組成の銅-アンチモン硫化物やの合成と物性評価については、来年度の研究で鋭意検討する必要があると考える。そのため、総合評価として、（２）おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
CuSbS2化合物を使った光エネルギーデバイスへの応用を進めるほか、CuSbS2化合物バルク結晶作成において得られた知見を活かして、様々な新材料の物性評価を行うことで、光エネルギー変換材料探索の新たな方法論として、本研究方法が提案できるよう研究を進展させたいと考えている。
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