ペロブスカイト型硫化物を基盤とする次世代型太陽電池材料の開発

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本研究の対象物質であるペロブスカイト型硫化物BaZrS3は、太陽電池材料として有望な電子構造を有し、巨大な吸収係数を示すだけでなく、化学的耐久性が高く、毒性元素も含まないことから、次世代型太陽電池材料の候補物質として近年注目を集めている。しかしながら、キャリア制御に関して課題を残している。太陽電池応用を見据えた際にキャリア極性・濃度の制御は不可欠であり、化学ドーピング等の手法によって自在に制御できるのが理想的であるが、BaZrS3においては適したドーパントが見つかっておらず、化学ドーピングによるn型、p型伝導、キャリア濃度の制御は未だに報告されていない。このような背景から本研究では、BaZrS3における化学ドーピングによるキャリア制御を目標とし、本年度は最適な化学ドーパント種の探索を行った。先行研究で報告されているBaZrS3の各原子サイトの欠陥生成エネルギーを参考に、各原子サイトで適当な物質合成プロセスを検討、考察し化学ドーピングを試みた。その結果、少なくともバルク多結晶体においてドーパントの種類によってキャリア極性が反転し、ドーパント量に従ってキャリア濃度が変化する結果が得られた。以上の結果を太陽電池応用に展開するためには薄膜試料で同様の結果を得る必要がある。バルク多結晶体の結果から選定したドーパントを用いて多結晶薄膜でもキャリア制御を試みたがこちらは現状成功していない。