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Optimization of electronic structure in eco-friendly and low-cost CTS-system thin film solar cell

环保低成本CTS系统薄膜太阳能电池电子结构优化

基本信息

批准号：
22K20355
负责人：
金井綾香
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20355/
关键词：
硫化物薄膜化合物太陽電池伝導帯傾斜構造 Cu2SnS3 Cu2(Sn1-xGex)S3

项目摘要

本研究では次世代CTS系太陽電池における高効率新規電子輸送構造を実現するために、伝導帯下端のエネルギー位置をGe/(Ge+Sn)組成比(以後、x比)の変化により容易に制御できるCu2(Sn1-xGex)S3 (CTGS)固溶体材料に着目し、本年度はCTGSにおけるx比の変化が、薄膜の電気特性や欠陥特性にどのような影響を与えるのかについて調査を行った。具体的成果を以下に記す。(1) x比の増加とともに結晶粒径が増加することが観測され、Ge添加によりCTGSの結晶成長が促進することが分かった。しかし、x比が0.2近傍になると粒は島状に成長し、裏面電極が露出する箇所も観測されたため、x比が多い領域で成膜することは素子としては不向きである可能性が示唆された。(2) EDSマッピング分析より、CTGS表面における粒界付近にGeとOが多く存在していることを観測した。仮に粒界に酸化ゲルマニウムのような化合物が形成されていた場合、生成する電子の移動を阻害し、移動度などに影響が生じることが示唆された。(3) フォトルミネッセンス法により異なるx比のCTGS薄膜における活性化エネルギー (Ea)を推測したところ、x ~ 0.2までであればEaはx比の増減に関わらず、アクセプター準位のエネルギー位置は浅いまま変化しないことが明らかになった。従って、(2)のx比の増加に伴うキャリア濃度の減少はGeに由来するドナー源の生成が影響していることが示唆された。以上を踏まえ、本研究の目的である組成傾斜構造を施したCTGS薄膜太陽電池を実現する際には、(1)~(3)のCTGS薄膜における結晶成長および光学・電気特性の観点からx比の領域は0.0 ~ 0.2の範囲に制御することが重要であることが明らかになった。

In this study, the electron transport structure of the next generation CTS solar cell with high efficiency was studied. The change of Ge/(Ge+Sn) composition ratio at the lower end of the conduction band was easy to control.(Sn1-xGex)S3 (CTGS) solid solution material is focused on, this year CTGS ratio change, thin film electrical characteristics and poor characteristics of the impact of investigation and research. Specific results are described below. (1)The increase of x ratio and crystal particle size can promote the growth of CTGS. For example, if the x ratio is 0.2, the particles will grow in an island shape, and the inner electrode will be exposed. (2)EDS analysis, CTGS surface close to Ge, O In the case of particle acidification, the movement of electrons is inhibited, and the mobility is affected. (3)The activation rate (Ea) of CTGS thin films with different x ratios is estimated to be higher than that of CTGS thin films with different x ratios. However, the increase in the x-ratio of (2) accompanied by a decrease in the concentration of kerria has an impact on the generation of Ge sources. The objective of this study is to make CTGS thin film solar cells with tilt structure and crystal growth of CTGS thin films (1)~(3). The crystal growth of CTGS thin film solar cells with tilt structure and crystal growth of CTGS thin film solar cells with tilt structure is important for the crystal growth of CTGS thin film solar cells.