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Cu2SnSe3薄膜太陽電池の開発
In(インジウム)などのレアメタルを使用しないCu2ZnSnS4 (Cu:銅 Zn:亜鉛 Sn:錫 S:硫黄)薄膜太陽電池は、バンドギャップ1.5eVと太陽電池にとって理想的なバンドギャップを有し、光吸収係数は104cm-1と高い数値をもち、薄膜太陽電池の光吸収層に適した材料の一つです。その中でも、本研究グループではCu2SnSe3(以下CTSe, Se:セレン)薄膜太陽電池の研究をCZTS薄膜太陽電池の前段階として行っています。 CTSeはバンドギャップが0.8eVであり、太陽光スペクトルのうち、長波長側に優れた光吸収特性を持っています。一方で、CTSeの変換効率は未だ報告されておらず、太陽電池の光吸収材料としての応用が期待されています。
CTSeは上記の通りバンドギャップが小さい材料であるため、多接合型太陽電池のボトム層への応用も期待されています。そのため、異なるバンドギャップをもつ幾つかの薄膜太陽電池と組み合わせることにより、単接合太陽電池と比較し、太陽光スペクトルの大部分を利用可能です。
CTSeの成膜方法として、私達のグループでは主にスパッタ法にて前駆体を作成した後、セレン化法を用いています。スパッタ法は、金属ターゲット上にプラズマを発生させ、Cu、SnをMo上に堆積させています。 その後、ランプ加熱装置を用い、約550℃の高温でセレン粉と共に前駆体を熱処理し、CTSe結晶の成長を促しています。セレン化にあたり、結晶成長のため高温化で熱処理を行うと、蒸気圧の高いSnがCTSe膜中から再蒸発してゆき、組成ズレならびに空隙を生じます。 そこで現在、セレン化スズとセレンの2つを入れた状態で高温熱処理を行い、セレン化雰囲気のコントロールにより組成ズレと空隙の抑制を検討しています。 この方法の採用により、従来法より高いセレン化圧力を維持し、膜内からのSnの抜けを防ぎ、空隙の発生および組成比の変化を抑ようと試みています。
図1 CTSeの断面図 図2 CTSe表面図
