Ｐ－ＫＦＭを用いたＣＩＧＳ系太陽電池材料中の光励起キャリアダイナミクスの解明

使用 P-KFM 阐明 CIGS 太阳能电池材料中的光激发载流子动力学

基本信息

批准号：
16J07317
负责人：
龍顕得
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07317/
关键词：
Photo-assisted KFM CIGS solar cell Photovoltage Grain boundary

项目摘要

Ga組成による光キャリアの再結合プロセスに対して調べた結果、Ga組成が高い試料で速い再結合の割合rと遅い再結合の時定数τが増加することが分かった。ここでのrは、全体の起電力の中で速い再結合で消えてしまう起電力の割合で、速い再結合はCIGS内もしくはCIGS/CdS界面で生じるband to band 再結合や欠陥による再結合を含めて考えている。上記の結果は、以下の二つの結果を元に理解することができる。i) 光起電力と光強度依存性を調べた結果、Ga組成が高い試料で光強度依存性が強いことが分かった。従って、Ga組成が高い試料ではSRH再結合、すなわち欠陥を介した速い再結合がより支配的に起こっていることが考えられる。ii) 表面ポテンシャルを測定した結果、従来の結果と同様、結晶粒界にあるBuilt-in potentialはGa組成が高い試料ではより小さくなることが確認された。Built-in potentialが小さくなると、電子と正孔の空間分離による再結合の抑制効果が弱まるため、高Ga組成の試料ほど再結合の頻度が高くなることが考えられる。次に、照射光の強度と光キャリアの再結合プロセスの関係を調べた。弱励起下では光励起キャリアのほとんどが速い再結合プロセスで消えてしまうのに対して、強励起状態になると速い再結合プロセスの割合が占める分が減っていくことが分かった。まず弱励起条件において、光起電力は発生するもののrが1に近い、という実験結果は、生成された電子がCdS層を乗り越えずCIGS層中のCdS層との界面付近に集まった電子によって光起電力が発生することを意味していると考えている。一方、励起光が強くなるにつれてrが低下することが示されており、これは、強励起条件ではn型領域への十分な数の電子の流入が生じ、それによる光起電力が支配的になる、というモデルで理解できる。

GA组成对光载体重组过程的研究表明，快速重组R的速率和高GA组成的样品中缓慢重组的时间常数τ增加。在这里，R是在整个电动力中快速重组消失的电动力的百分比，并且认为快速重组被认为包括CIGS内或CIGS/CDS界面和由于缺陷引起的CIGS/CDS界面和重组的带对带重组。可以根据以下两个结果来理解上述结果：i）研究了光伏和光强度的依赖性，并发现在高GA组成的样品中，光强度依赖性很强。因此，人们认为SRH重组（即通过缺陷快速重组）在具有高GA组成的样品中更为主要发生。 ii）由于测量了表面电位，因此可以证实，如常规结果，在具有高GA组成的样品中，晶界的内置电势较小。当内置电势降低时，由于电子和孔的空间分离而抑制重组的效果会减弱，并且人们认为在样品中增加了重组，而GA组成较高。接下来，研究了辐照光的强度与光载体的重组过程之间的关系。已经发现，在弱激发下，大多数光激发载体在快速重组过程中消失，而当强烈激发的情况下，快速重组过程的比例降低了。首先，实验结果表明，尽管在弱激发条件下产生了光伏功率，但R接近1表示生成的电子不会克服CDS层，并且在CIGS层中与CDS层的界面附近收集，但要产生光伏电源。另一方面，随着泵送光变得更强烈，R显示出R的减小，从该模型中可以理解到足够数量的电子流入N型区域的模型在较强的激发条件下发生，从而导致光伏功率占主导地位。