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高効率太陽電池のための新規多元系材料の単結晶成長と基礎物性の解析

高效太阳能电池新型多组分材料的单晶生长和基本物理性能分析

基本信息

批准号：
13J10330
负责人：
永岡章
金额：
$ 1.47万
依托单位：
University of Miyazaki
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

项目摘要

エネルギー問題を解決するキーテクノロジーの代表格である太陽電池は、現在様々な材料、手法で活発に研究がおこなわれており、低コスト、高効率達成が急務とされている。その中でも、新規材料であるケステライト化合物Cu_2ZnSn(S, Se)_4(=CZTSSe)は、レアメタルを含まず、且つ構成元素が地球上に豊富にあるため低コストであり世界中で活発に研究されている。しかしながら、薄膜太陽電池への応用研究が先行しており、基礎研究であるバルク単結晶成長や基礎物性評価の報告は非常に少ない現状である。基礎研究が少ない原因として、これらの材料は融液からの冷却過程において複雑な相転移を示すため、一般的な融液成長からの単結晶成長が非常に困難であるからである。本研究では、CZTS系単結晶成長確立と単結晶を用いた基礎物性評価という基礎研究に注目し、まだまだ未知な物性を明らかにすることにより、更なる太陽電池高効率化への知見を提供する事を目的として取り組んできた。本研究で得られている高品質なCZTSe単結晶を用いて、ホール効果温度変化測定から電気的特性である伝導メカニズム、キャリアの活性化エネルギー等の解明を行った。その結果、CZTSeもCZTSと同様に化学量論組成においても固有点欠陥の多い材料であり、この多数存在する点欠陥間をキャリアが移動するホッピング伝導が支配的であることを突き止めた。Cu(In, Ga)Se_2(CIGS)太陽電池の高効率化に必要なNaをドーピングし、電気的特性に与える影響を調査し、0.1 mol%以下でNaをドーピングすることでキャリア濃度、移動度が向上することを明らかにし、低温100K以下で支配的である不純物散乱の影響を低減することを突き止め、CZTS材料では世界初の電気的特性に与えるNa効果の報告した。これらの良質な単結晶から得られた評価結果は、更なる高効率化へ知見を与えるとともに、CZTS薄膜多結晶を評価するうえで重要なリファレンスになる。

Solar cell materials and methods are the key to solving the problem of solar cell production. The research on solar cell production is urgent, low cost and high efficiency. Cu_2ZnSn(S, Se)_4(=CZTSSe) is a new type of material, and its constituent elements are rich on earth and low in the world. Research on the application of thin film solar cells has been advanced, basic research has been carried out, and reports on the basic physical properties of single crystal growth have been very rare. Basic research is very difficult for melt growth and crystal growth in general. In this study, CZTS system crystal growth was established, basic physical properties were evaluated, basic research was focused on, unknown physical properties were identified, and knowledge of solar cell high efficiency was provided. In this study, we have obtained the solution of high quality CZTSe crystals, temperature change measurement, electrical characteristics, activation, etc. The results show that CZTS and CZTS have the same chemical composition. Cu(In, Ga)Se_2(CIGS) solar cell high efficiency is necessary for Na concentration, electrical characteristics and other effects of investigation, 0.1 mol% or less Na concentration, mobility to increase the light, low temperature below 100K control impurity scattering effect to reduce, sudden stop, CZTS material to the world's first electrical characteristics and Na effect report. The results of the evaluation of the high quality single crystals and the evaluation of the high efficiency single crystals of CZTS thin films are very important.