In_2Se_3多結晶薄膜を用いた高効率薄膜太陽電池の開発

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欠損性ウルツ鉱構造を有するγ-In_2Se_3は、禁制帯幅1.9eVの直接遷移型半導体であり、タンデム型太陽電池のトップセル用材料として適している。前年度までにγ-In_2Se_3のエピタキシャル成長に成功し、強い励起子発光を示すなど優れた光学的特性を有することを明らかにしてきた。また、MBE法によりγ-In_2Se_3多結晶薄膜の作製を試みてきたが、作製した膜にはα-In_2Se_3(禁制帯幅1.4eV)がかなり含まれていた。本研究では、製膜条件の制御によりIn_2Se_3多結晶薄膜の構造制御を行った。In_2Se_3多結晶薄膜は、製膜温度を400℃または500℃として、ガラス基板上に1時間製膜した。VI/III比は1〜60の範囲で変化させた。膜厚は約1.2μmである。X線回折測定の結果よりVI/III比が10以上と大きいときには、γ-In_2Se_3とα-In_2Se_3両方の回折ピークが観測されているが、VI/III比を4以下と小さくすることにより、α相をほとんど含まないγ-In_2Se_3多結晶薄膜が得られていることがわかった。しかし、VI/III比を1とさらに小さくすると、組成比が1:1の層状構造を有するInSeが形成されることがわかった。また、光導電率スペクトルの測定から、VI/III比が10以上と大きい場合には吸収端が1.4eV付近であるのに対して、VI/III比を4以下にすると吸収端が1.9eV付近にシフトし、α相による吸収がほとんどないことが明らかとなった。