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。

○ Research purposes CZTS universal materials include Cu, Zn, Sn, S, etc. Compound semiconductors are used as light absorption layers for CZTS solar cells. In this study, CZTS thin films (Cu, Zn, Sn, S) were prepared from three sources simultaneously, and the high conversion efficiency of solar cells was obtained.○ Research methods: 3 sources of electricity, 3 components of CZTS, 3 components of thin films, etc. The thin film composition was composed of Cu, 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%). Thin film manufacturing, 3inch solution, independent RF power supply, SPM-303 solution by Tokki The composition of the sample was determined by XRF and heat treatment was performed. In this paper, Glass/Mo/CZTS/buffer/AZO/Al solar cells are fabricated and evaluated.○ Research results 3. The power regulation of CZTS and the composition control of thin films Power PointB : 80W, PointC : 40W, fixed PointA: 0~80W, composition ratio Cu/(Zn+Sn) after heat treatment: 0.98~0.87. The results of J-V measurement showed that the conversion rate increased from 0.91 to 3.59%. The metal composition ratio of Cu=44~ 46%, Zn=28~ 30%, Sn=24~26%, and the composition ratio of the precursor and solar cell are relatively high. The precursor in the composition range was confirmed by η= 4.78%, V_<oc>=619mV, J_<sc>=13.1mA/c㎡, FF=0.59%. The present invention relates to a method for manufacturing CZTS thin films.

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