【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24SH0046
利用課題名 / Title
薄膜太陽電池材料の研究
利用した実施機関 / Support Institute
信州大学 / Shinshu Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
太陽電池/ Solar cell
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
百瀬 成空
所属名 / Affiliation
長野工業高等専門学校 情報エレクトロニクス系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
橋本佳男,山本明旦定
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
Cu2ZnSnS4にSeまたはGeを加えることによりバンドギャップのエネルギーを制御し、結晶品質を向上し太陽電池への応用が期待される。しかし、Cu–Zn–Sn–Geプリカーサの封管硫化法による製膜に際しては、Geが揮発するため、Ge組成の減少した膜しか得られない。これを解決するため、プリカーサの上に、Cu–Zn–Snキャップを積層して硫化する方法を検討した。さらに、熱処理時間の結晶品質に与える影響を検証した。
実験 / Experimental
ZnとSnの合金板とGeチップをCuターゲット上に載せ、同時スパッタによりCu–Zn–Sn–Geプリカーサを作製した。本研究では、プリカーサの膜厚の6分の1の膜厚のCu–Zn–Sn合金キャップ層をプリカーサ上に堆積した。プリカーサは、SとSe雰囲気で520℃3時間または6時間熱処理し、Cu2Zn(Sn,Ge)(S,Se)4薄膜を作製した。出来上がった膜の組成はEDSで調べた。当初予定では、形成された膜の組成プロファイルを共用設備のオージェ電子顕微鏡で計測する予定であったが、試料が間に合わず実施できなかった。
結果と考察 / Results and Discussion
キャップ層を用いるだけでは、Ge組成は減少し、（112）X線回折ピークは低角度側にシフトするが、熱処理時間を3時間以上に伸ばすことで、Geの揮発は抑えられ、X線回折における半値幅も減少した。対照的に、キャップ層がなければ、熱処理時間を増やすことは、Ge組成の減少とX線回折の半値幅の増大につながった。この結果は、Cu–Zn–Sn–Geプリカーサについては、キャップ層を設け、十分なS,Se化反応を行うことによりGeの揮発を抑えCu2Zn(Sn,Ge)(S,Se)4薄膜を形成するのに有効であることを示す。なお、この6時間の熱処理を行った試料で、変換効率2.7％の太陽電池を作製することができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- S. Nishimura, S. Takahashi, N. Momose, M.T.H. Yamamoto, Y. Hashimoto, "Effects of Cu-Zn-Sn capping layer and annealing time on the growth of Cu2Zn(Sn,Ge)(S,Se)4 alloy thin films” EM-NANO2025 (Fukui, June 11-14, 2025)発表予定
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件