シリコン太陽電池の高効率化に向けたCu(In,Ga)S_2薄膜の成長と構造の検討

用于提高硅太阳能电池效率的Cu(In,Ga)S_2薄膜的生长和结构研究

• 批准号: 16760259
• 负责人: 大石 耕一郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagaoka National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760259/
• 关键词: Cu(In,Ga)S_2; カルコパイライト構造; 溶融法; 光音響分光法; 逆格子マップ測定; 太陽電池; Cu(In,Ga)S2; スファレライト構造; 真空蒸着

本研究は、将来的にSiとCu(In,Ga)S_2のヘテロ接合太陽電池やSi太陽電池とのタンデム構造を検討することを目的として計画した。しかしながら、平成16年10月の新潟県中越地震により、これまでに準備してきた試料作製に必要な設備と施設を失ったため、現状で実施可能であることや本研究への寄与を勘案し、溶融法によるCu(In,Ga)S_2結晶の作製と結晶学的・光学的評価を行ってきた。試料は、構成元素単体であるCu(5N), In(5N), Ga(6N), S(6N)を3.0×10^<-3>Pa以下で石英アンプル内に真空封入し、1,150℃で溶融して作製した。InとGaの充填比率を変えて試料を作製し、x=0.0から1.0の間で組成の異なるCuIn_<1-x>Ga_xS_2を得た。平成17年度までに、粉末X線回折(XRD)による格子定数の算出と組成との関係を検討した。また、光音響分光法(PAS)による禁制帯幅の評価とその組成依存性を検討した。その結果、Si太陽電池をボトムセルとした2セル・タンデム構造で求められるトップセルの禁制帯幅の範囲(1.6-2.0eV程度)に対応する組成の範囲がx=0.2-0.6であることを実験的に示した。平成18年度は、X線逆格子マップ測定による結晶学的評価を中心に検討した。特に結晶性の優れるCuInS_2のへき開結晶が単結晶であることを示し、結晶方位を特定した。また、フォトルミネッセンスを、x=0.5-1.0の結晶について約15Kで測定し、組成に伴う発光スペクトルのシフトを観察した。研究代表者らはこれまでに〕x=0.0(CulnS2),0.5,1.0(CuGaS_2)でのSi基板上への薄膜成長を報告している。将来的な、x=0.2-0.6の範囲での薄膜太陽電池の実現に向けて、平成18年度後半より、薄膜成長に必要な設備の再構築を、溶融法による結晶作製・評価と並行して行っている。

This study aims to investigate the structure of Si and Cu(In,Ga)S_2 solar cells in the future. In October 2016, the Niigata earthquake occurred, and the preparation of the sample was carried out. The necessary equipment was missing and the present situation was possible. The study was carried out on the investigation of Cu(In,Ga)S_2 crystallization, crystallographic and optical evaluation. The sample was prepared by melting the constituent elements Cu(5N), In(5N), Ga(6N), S(6N) under 3.0×10^<-3>Pa in a vacuum sealed quartz chamber at 1,150℃. In Ga filling ratio is different from that of CuIn_<1-x>Ga_xS_2. In the 17th year of Heisei, X-ray diffraction (XRD) of powder was used to calculate the composition of lattice parameters and to discuss the relationship between them. The composition dependence of the inhibition band is discussed by PAS. As a result, the Si solar cell has a structure with a range of inhibition band (about 1.6-2.0eV) and a composition range of x=0.2-0.6. In the 18th year of Heisei, X-ray reverse lattice measurement was carried out in the center of crystallographic evaluation. CuInS_2 is characterized by excellent crystallinity and crystal orientation. The temperature of the crystals with x=0.5-1.0 was determined at about 15K. The composition of the crystals was observed. The growth of thin films on Si substrates with x=0.0(CulnS_2), 0.5, 1.0 (CuGaS_2) was reported. In the future, the development of thin film solar cells in the range of x=0.2-0.6 will be carried out in the second half of 2018, the necessary equipment for thin film growth will be reconstructed, and the crystallization process will be evaluated in parallel with the solution method.