成果報告書詳細
管理番号20150000000863
タイトル平成24年度ー平成26年度成果報告書 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 CZTS薄膜太陽電池の高効率化技術の研究開発(大面積サブモジュールの高効率化技術の研究開発)
公開日2016/5/24
報告書年度2012 - 2014
委託先名ソーラーフロンティア株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約本研究では、Cu2ZnSn(Se, S)4 (CZTS系)薄膜太陽電池の高効率化技術の開発を行った。特に、量産展開も視野に入れたサブモジュールの高効率化を行った。当初7cm角程度のサブモジュール効率は9.2%であった。まず初めにCZTS系光吸収層のバンドギャップを最適化し、SeリッチのCZTS系光吸収層で電池特性を改善した。しかしながら光吸収層をSeリッチにした場合、バッファ層にZnが拡散してフィルファクターが低下する事がわかった。そこで、バッファ層製膜プロセスを改善によりZn拡散を抑制し、サブモジュール変換効率10.8%を達成した。次に高効率CIS系薄膜太陽電池と同様に、光吸収層内に2重バンド傾斜の導入を試みた。まずS/(S+Se)比のプロファイル制御による裏面側のバンド傾斜を導入し、変換効率11.0%を達成した。しかしながら、裏面バンド傾斜を導入した場合、裏面側にZnSが偏析しフィルファクターを低下させる事がわかった。そこで、プリカーサ製膜プロセスの最適化により裏面ZnSを抑制し、変換効率11.4%を達成した。表面バンド傾斜については、シミュレーションにより13%以上の変換効率が達成される見込みが立ったが、導入が困難であることがわかった。最後にバッファ層の改善を行い、ハイブリッドバッファ層の導入による界面接合の改善により変換効率11.8%を達成した。上記サブモジュール変換効率は世界最高効率であり、本研究成果は将来のCZTS系薄膜太陽電池の実用化に向けて大きく貢献した。
英文要約Purpose of this study was the improvement of conversion efficiency on Cu2ZnSn(Se, S)4 (CZTS-based) thin-film solar cells. Especially, we focused on the efficiency improvement of CZTS-based submodules. At first, a bandgap on the CZTS-based absorber was optimized by tuning its S/(Se+S) ratio, and the Se-rich absorber showed better performance. However, in this case, there was a fill factor dropping due to a Zn diffusion from the CZTS-based absorber to the buffer layer. Then the Zn diffusion was restricted by the process tuning of the buffer deposition, which resulted in an achievement of 10.8% efficiency on the CZTS-based submodule. For further efficiency improvement, a double graded band structure was applied to the CZTS-based absorber just like a high efficiency Cu(In, Ga)(Se, S)2 solar cells. The backside band grading was introduced by tuning the S/(Se+S) ratio profile, and the submodule efficiency of 11.0% was achieved. However, in this case, there was a problem of a ZnS segregation at the backside. Then the ZnS segregation was restricted by the optimization of the precursor deposition process, and we achieved the efficiency of 11.4% on the CZTS-based submodule. Over 13% efficiency was estimated by a numerical simulation for the introduction of the front-side band grading, however, there was much difficulty in realizing the front-side band grading. The buffer layer as well as the CZTS-based absorber was also improved, and finally the 11.8% efficiency was achieved by applying the hybrid buffer layer. These results greatly contributed to the roadmap toward a commercialization of CZTS-based solar cells.
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