局所瞬時加熱によるCZTS/CdS結晶再成長メカニズムの解明

通过局部瞬时加热阐明 CZTS/CdS 晶体再生长机制

• 批准号: 21K04142
• 负责人: 島宗 洋介
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Nagaoka National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04142/
• 关键词: CZTS; 化合物薄膜太陽電池; 結晶成長; レーザー

CZTS化合物薄膜太陽電池の積層構造として、ソーダライムガラス基板/下部電極Mo/光吸収層CZTS/n型バッファーCdS/窓層Al-dope ZnOを形成し、表面から波長445nmのレーザーを照射した。レーザーパワーは66-220mW、レーザーヘッドモジュールのX方向への走査速度を50-100mm/min、Y方向への走査ピッチ距離を0.5mmとした。Z方向には試料表面とレーザーヘッド間距離を可変とし、試料表面でのレーザー光スポット径φを0.40-0.70mmとした。レーザー出力、X方向走査速度、レーザースポット径から、試料表面に入射するレーザー光の単位時間、単位面積当たりに入射するエネルギー密度(mJ/mm2sec)を求め、エネルギー密度0-220J/mm2secの範囲において、結晶状態および太陽電池特性を調べた。エネルギー密度126mJ/mm2secまでは、結晶状態と太陽電池特性に顕著な変化は見られなかった一方、エネルギー密度135-153mJ/mm2secの範囲において、X線回折でCZTS由来の回折スペクトルの強度増大と半値幅縮小、ならびに電子顕微鏡観察において結晶粒径が水平方向で大きくなっていることを確認した。さらに太陽電池特性では短絡電流密度が5.8mA/cm2から9.7-11.9mA/cm2に大きく改善した。これによりエネルギー変換効率が1.2%から1.9-2.8%に向上した。外部量子効率分析の結果、波長500-1000nmの領域で量子効率に改善が見られたことから、CZTS結晶再成長によりキャリア再結合中心となる結晶欠陥が低減されたと考えられる。一方、エネルギー密度220mJ/mm2secでは、CZTS/CdS界面での相互拡散が顕著に起り、pn接合を破壊する傾向が見られた。以上より、結晶欠陥低減による変換効率改善を実現する最適エネルギー密度の存在を明らかにした。

The multilayer structure of CZTS compound thin film solar cell is formed by irradiation with a wavelength of 445 nm on the surface of the substrate/lower electrode Mo/light absorption layer CZTS/n-type CdS/Al-dope ZnO. 66 - 220 mW, 50 - 100 mm/min, 0.5 mm/min, X direction, X direction, Y direction, X direction, X direction, Y direction, Y direction. The distance between the sample surfaces in the Z direction can be varied from 0.40 mm to 0.70 mm. The output, X-direction walking speed, diameter, incident light unit time on the sample surface, unit area, incident light unit density (mJ/mm2sec), crystal state, and solar cell characteristics were adjusted. The density of CZTS is 126 mJ/mm2sec, the crystalline state and the characteristics of solar cells are different. The density of CZTS is 135 - 153 mJ/mm2sec. The intensity of CZTS is increased by X-ray reflection. The amplitude of CZTS is reduced by half. The crystal particle size is increased in the horizontal direction. The short-circuit current density of solar cells has been greatly improved from 5.8mA/cm2 to 9.7 - 11.9mA/cm2. The average conversion rate of these products ranges from 1.2% to 1.9 - 2.8%. Results of external quantum efficiency analysis, quantum efficiency improvement in the region of wavelength 500 - 1000 nm, CZTS crystal regrowth, crystal recombination center, crystal deficiency, decrease, etc. The CZTS/CdS interface has a tendency to scatter and break apart at a density of 220 mJ/mm2 sec. The existence of the optimum density of the crystal is clearly demonstrated by the improvement of the conversion efficiency due to the decrease of the crystal.

项目成果

酸化Mo の硫化によるCZTS 薄膜太陽電池性能変化

Mo氧化物硫化导致CZTS薄膜太阳能电池性能变化

• 发表时间: 2022
• 作者: Hironori Seki;Nitipon Puttaraksa;Hidetaka Hayashi;Ippei Yagi;Satoshi Uchida;Yasuyuki Ishii;Hiroyuki Nishikawa;山之内 幹，神保 和夫，島宗 洋介
• 通讯作者: 山之内 幹，神保 和夫，島宗 洋介

CZTS Solar Cell Fabrication by Robust Process Using Annealing

使用退火的稳健工艺制造 CZTS 太阳能电池

• 发表时间: 2021
• 作者: Nanako Mori;Kazuo Jimbo;Yosuke Shimamune
• 通讯作者: Yosuke Shimamune

Mo電極の硫化条件が与えるCZTS太陽電池への影響

Mo电极硫化条件对CZTS太阳能电池的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 山之内幹;神保和夫;島宗洋介
• 通讯作者: 島宗洋介

CZTS薄膜太陽電池のポストアニールによる特性変化

CZTS薄膜太阳能电池后退火引起的特性变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 島宗 洋介;田巻 拓道;神保 和夫
• 通讯作者: 神保 和夫

レーザー照射によるポストアニールのCZTS薄膜太陽電池へ与える影響

激光辐照后退火对CZTS薄膜太阳能电池的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 田巻拓道;神保和夫;島宗洋介
• 通讯作者: 島宗洋介