2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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26289279
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00375106)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / カルコパイライト / 固溶体 / リン化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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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
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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