2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26281054
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 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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| Outline of Annual Research Achievements |
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、挑戦的萌芽研究にて、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ことを目的として研究を行っている。
原料溶液中での金属錯体を単一化するために計算予測を行い、それを元に調整した溶液中の錯体構造をESI-TOF-MSで分析し、同時に、その還元電位測定を行った。これらの検討結果から、Cu及びInからなる合金ナノ粒子(CuIn及びCu2In)を合成する事に成功した。更に、気相中反応を伴うものの、Se化により発電効率３％の太陽電池化が可能となる事を明らかとした。
以上より、CISを合成可能となったが、効率向上のためにはCIGS化が必要となる。但し、Gaは常温では液体であり、同時に難還元性のため、通常の手法では還元できない。そこで、計算予測のみではなく、化学反応速度制御をすることでCu-In-Gaナノ粒子を合成する事を試みた。その結果、15%程度のGaを含有する三元系合金ナノ粒子を合成することを可能とする手法を見出しつつある。
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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
水溶液中で金属錯体を単一化し、その電位を一致させることで、Cu-In合金ナノ粒子を合成可能としており、その太陽電池化は可能であることが明らかとなっている。効率向上のためにGaを含有することが必須となるが、Gaの特性上、容易には合金化できないと予測されていたが、ナノ粒子中に優位な量で含有可能な手法を見出している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下についての研究開発を行う。
平衡の達成と錯生成定数の変化を同時に制御し、三種及び四種の金属錯体の還元反応速度(電位)を一致させる条件を解明することで、均質単結晶CIGS合金ナノ粒子合成方法を明らかとする。還元反応速度はCV等で評価する(高橋、横山、下位)
ナノ粒子間の接合を保持した状態で塗布し高効率のCIGS太陽電池を形成する技術の開発を行う(高橋、田路、横山)
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| Causes of Carryover |
次年度に計画的且つ効率的に研究を進展させる事を念頭に置いて、基金の一部を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究の更なる進展のために、研究科内では使用できない装置等の使用を検討する。更に、本技術の周知のため、国内及び国際会議に積極的に参加する事を計画している。繰り越した予算はこれらのために使用する。
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