太陽電池の変換効率の向上を目指したCZTS薄膜組成の制御技術の開発

开发CZTS薄膜成分控制技术，旨在提高太阳能电池的转换效率

• 批准号: 17H00405
• 负责人: 神保 和夫
• 金额: $ 0.35万
• 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 Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H00405/
• 关键词: CZTS; 太陽電池; 組成制御

○研究目的CZTSは汎用材料である4つの元素Cu, Zn, Sn, Sから成る化合物半導体であり、これを光吸収層として利用したものがCZTS太陽電池(レアメタルを含まない)である。本研究にて、CZTSターゲット(Cu, Zn, Sn, Sから成る薄膜原料)を用いた3源同時スパッタにより、太陽電池として高い変換効率が得られるCZTS薄膜組成を見い出す。○研究方法3源同時スパッタにより、組成の異なる3つのCZTSターゲットの電力を調整することで、薄膜の組成制御を試みた。用意した各ターゲットから得られる薄膜組成は、Cu-rich(【PointA】Cu=24.1%, Zn=9.71%, Sn=11.7%, S=54.6%)、Cu-poor, Zn-rich(【PointB】Cu=22.0%, Zn=14.0%, Sn=11.5%, S=52.5%)、Cu-poor(【PointC】Cu=22.8%, Zn=13.4%, Sn=13.9%, S=52.7%)の3つである。薄膜作製には、3inchカソードと独立したRF電源を3基づつ備えたTokki社製のSPM-303スパッタリング装置を用いた。試料の組成はXRFで測定した後、加熱処理を施した。さらに、Glass/Mo/CZTS/buffer/AZO/Al構造の太陽電池を作製し、電池特性の評価を行った。○研究成果3つのCZTSターゲットの電力を調整することで、薄膜の組成制御を行うことができた。電力をPointB : 80W, PointC : 40Wに固定しPointAを0～80Wまで変化させると、熱処理後の組成比率Cu/(Zn+Sn)は0.98～0.87にかけて極めてリニアに推移した。さらに、ソーラーシミュレータを用いてJ-V測定を行った結果、変換効率ηが0.91～3.59%まで増加した。また、同手法を用いて作製した金属組成比Cu=44～46%, Zn=28～30%, Sn=24～26%に含まれる前駆体においては、太陽電池を構成した際に比較的高い効率が得られた。この組成範囲内の前駆体を用いてη=4.78%, V_<oc>=619mV, J_<sc>=13.1mA/c㎡, FF=0.59%を確認した。本取り組みがCZTS薄膜組成の制御技術の1つとして有効である事を示唆している。

研究目的CZTS是一种复合半导体，由四个通用元件Cu，Zn，SN和S和CZTS太阳能电池（不包括稀有金属）组成，将其用作光吸收层。在这项研究中，我们发现了CZTS薄膜组成，可以通过使用CZTS靶（由CU，Zn，SN和S）同时溅射来实现高转化效率作为太阳能电池。 ○研究方法：我们试图通过同时溅射三个来源来调整具有不同组成的三个CZT靶标的功率来控制薄膜的组成。 The three thin film compositions obtained from each of the prepared targets are Cu-rich ([PointA] Cu=24.1%, Zn=9.71%, Sn=11.7%, S=54.6%), Cu-poor, Zn-rich ([PointB] Cu=22.0%, Zn=14.0%, Sn=11.5%, S=52.5%), and Cu-poor ([PointC] Cu = 22.8％，Zn = 13.4％，SN = 13.9％，s = 52.7％）。为了制造薄膜，使用了Tokki SPM-303溅射装置，配备了三个3英寸阴极和三个独立的RF电源。使用XRF测量样品的组成，然后进行热处理。此外，制造了具有玻璃/MO/CZTS/缓冲/AZO/AL结构的太阳能电池，并评估了电池特性。 ○通过调整三个CZT靶标的功率，可以控制薄膜的组成来进行研究结果。当功率在B：80W和C点C：40W和A点A固定时，热处理后的组成比/（Zn+SN）将其更改为Cu/（Zn+SN），从而极度线性地从0.98变为0.87。此外，使用太阳能模拟器进行了J-V测量，转化效率η从0.91增加到3.59％。此外，使用相同方法产生的前体，其中包含在金属组成比中，Cu = 44-46％，Zn = 28-30％和SN = 24-26％，当构建太阳能电池时，获得了相对较高的效率。使用此组合范围内的前体，η= 4.78％，V_ <oc> = 619mv，J_ <SC> = 13.1mA/cm2，FF = 0.59％。这种方法表明，该计划作为CZTS薄膜组成的控制技术有效。

项目成果

PRECISE COMPOSITION CONTROL OF CZTS THIN FILMS BY STACKED COPPER-TIN TOP LAYER

通过堆叠铜锡顶层对 CZTS 薄膜进行精确成分控制

• 发表时间: 2017
• 作者: 神保和夫;島宗洋介;佐藤優子;片桐裕則
• 通讯作者: 片桐裕則

CZTS ターゲットを用いた組成制御に関する取り組み

使用 CZTS 靶材进行成分控制的相关工作

• 发表时间: 2017
• 作者: 神保和夫;佐藤優子;島宗洋介;片桐裕則
• 通讯作者: 片桐裕則