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カルコパイライト構造を有するワイドギャップ化合物半導体を用いた太陽電池の高効率化

使用黄铜矿结构的宽禁带化合物半导体提高太阳能电池的效率

基本信息

批准号：
13J08705
负责人：
平井義晃
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2014
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08705/
关键词：
CIGS 太陽電池 ZnSe 界面再結合デバイスシミュレーション分子線エピタキシー

项目摘要

【研究内容】本研究の目的は、高いGa組成を有するCu(InGa)Se_2(CIGS)とCdSバッファ層界面での再結合を抑制し、変換効率を向上させることである。その背景には、CIGSのGa組成増加に従いバッファ層として用いられるCdSとのヘテロ界面におけるキャリア再結合が増加し、開放電圧が低下するという問題がある。昨年度は、この問題の解決法として、CIGS表面に価電子帯オフセットΔE_vを形成させることが有効であることを理論的に明らかにした。本年度は実デバイスにおけるCdS/CIGS界面にZnSeを挿入することで、界面再結合の抑制による変換効率の向上を試みた。【研究成果】■CIGS上へのZnSe製膜法の確立ZnSeの緻密な膜厚制御を実現するため、MBE装置を用いた原子層堆積法を行った。Zn及びSeのフラックス圧力をそれぞれ1×10^<-4>及び1×10^<-3>Paに制御し、インターバルを2秒間として交互に基板へ照射した結果、原子層堆積に相当するZnSeの製膜レートを実現した。■CIGS/CdS界面へのZnSe挿入効果平均バンドギャップ約1.4eVを有するCIGS上に、Gaを添加したZnSeを膜厚10nm堆積させた結果、世界最高レベルの変換効率14.8%を実現した。この時、ZnSe:Gaの挿入によって開放電圧を0.725Vまで向上させる事に成功しており、CdS/CIGS界面におけるΔE_v形成が界面再結合の抑制に有効であることを実験的に示した。【本年度における研究成果の意義】高いGa組成を有するCIGSの高効率化は、Ga組成の増加に伴う開放電圧の低下が原因で世界的に困難な状況である。このような現状において、CdS/CIGS界面にΔE_vを形成することで開放電圧の向上が可能であることを実験的に示した本研究は、今後のCIGS太陽電池の高効率化の指針となる。

[Research content] The purpose of this study is to suppress the recombination of the high Ga composition and CdS layer interface and improve the conversion efficiency.そのBackground には, CIGS のGa composed of に従いバッファlayer として Use いられるCdS とのヘテロ interface におけるキャリアrecombine がincreaseし, open voltage がlow するという problem がある. Last year's solution to the problem, CIGS surface electronicsトΔE_vをforms the させることがeffective であることを theory of に明らかにした. This year, the CdS/CIGS interface has been inserted into the ZnSe interface, and the interface recombination has been suppressed and the conversion efficiency has been improved. [Research results] ■The ZnSe film formation method on CIGS has established a dense and thin film thickness control system for ZnSe, and the MBE device has adopted an atomic layer deposition method. Zn and びSeのフラックス姧力をそれぞれ1×10^<-4>和び1×10^<-3>Paにcontrolし、インタThe results of the interaction between the substrate and the irradiation of the substrate in 2 seconds and the atomic layer deposition are equivalent to the film formation of ZnSe and the results are shown. ■CIGS/CdS interface ZnSe insertion effect average バンドギャップapproximately 1.4eVを有するCIGS上に、G As a result of the addition of ZnSe, the film thickness was 10 nm, and the world's highest conversion efficiency of 14.8% was achieved.この时、ZnSe:GaのINSERT によってOpen voltage を0.725V までUP させる事に Success しており、 The CdS/CIGS interface is effective in inhibiting the formation of ΔE_v and interfacial recombination. [The significance of this year's research results of this year] The high Ga composition has contributed to the high efficiency of CIGS, and the Ga composition has increased and the open voltage has been reduced, which has contributed to the difficult situation in the world.このような Current status において、CdS/CIGS interface にΔE_vをformation することでOpen current pressure のUPがIt is possible that this research is an indication of the current situation and is an indicator of future improvements in the efficiency of CIGS solar cells.