新しい多元系化合物半導体の物性解明と高効率薄膜太陽電池への応用

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本研究では、低コスト・高効率薄膜太陽電池の開発が期待されるCu_2ZnSnS_4(以下CZTSと略す)薄膜の作製と物性評価、さらには太陽電池の試作を目的に研究を進めている。本年度は次の成果が得られた。(1)ハイブリッドスパッタ法によるCZTS薄膜の作製と評価銅を高周波マグネトロンスパッタ法により、錫を直流マグネトロンスパッタ法により、亜鉛、硫黄を真空蒸着法により、それぞれ堆積させるハイブリッドスパッタ法を用いてCZTS薄膜の作製を行った。基板温度をあらかじめある一定以上の温度に設定した後、各元素を順番に堆積し、結晶化を図った。その結果、400℃の基板温度で作製した薄膜において、化学量論的組成を有する単相のCZTS薄膜が得られた。この薄膜の光吸収特性を評価した結果、太陽電池用材料として非常に適した特性を有することが明らかとなった。(2)太陽電池窓層としてのテルル化亜鉛系薄膜の作製と評価テルル化亜鉛(ZnTe)は2.26eVの禁制帯幅を有することから、CZTS太陽電池を作製する際の窓層材料の候補の一つとして有用である。そこで、ZnTe薄膜の作製、および加工技術の開発を行った。薄膜の作製には有機金属気相成長法を用い、原料にはジメチル亜鉛、ジエチルテルルを使用した。p型ドーピングのために燐を添加した薄膜を作製し、そのドーピング効果に関する知見を得た。また、シンクロトロン光を用いたZnTeのエッチング加工に関する実験を行い、Arガス中でのシンクロトロン光照射におけるエッチング特性を明らかにした。