池田　茂　准教授｜NEDO助成若手研究者

レアメタルフリー無機化合物薄膜太陽電池の非真空作製法に関する研究

超低コスト製造プロセス開発に向けたレアメタルフリー無機化合物薄膜太陽電池の非真空作製法を駆使する事により、プロセスと材料の両面で現行の太陽電池を大転換する新技術を開発する研究です。CZTS太陽電池では最高レベルの10％を超える変換効率の達成を目指した超低コスト太陽光発電を実現できると考えられます。

研究機関・所属	大阪大学　太陽エネルギー化学研究センター
氏名・職名	池田　茂　准教授
研究テーマ名	超低コスト製造プロセス開発に向けたレアメタルフリー無機化合物薄膜太陽電池の非真空作製法に関する研究
応用想定分野	屋外使用の太陽電池

技術紹介

　近年、商用電力コストよりも低コストに発電できる丈夫な太陽電池を、元素戦略に基づき、かつ、安全面で問題無い材料を用いて、簡便なプロセスで実現することが望まれています。
　このような将来の太陽光発電に求められる要請を満足する新たな化合物薄膜太陽電池の材料およびプロセスを研究開発しています。
　レアメタル（インジウム）を含まないCu₂ZnSn(Se,S)₄(CZTS)化合物からなる光吸収層の電析による作製、従来スパッタ（真空プロセス）で製膜されるZnO透明電極（TCO）の常圧CVDによる製膜、これらの新技術を組み合わせた、「オール非真空プロセス」化合物薄膜太陽電池の開発に取り組み、CZTS太陽電池では最高レベルである10％を超える変換効率の達成を目指しています。

【図の説明】　超低コスト太陽電池の構造

技術の特徴

（１）: 研究中の無機薄膜太陽電池の構成は、ガラス基板（研究終了後はガラスレス）＋裏面電極＋Cu₂ZnSn(Se,S)₄光吸収層＋バッファ（n型）層＋ZnO透明電極（Zn-TCO）から成り立っています。この太陽電池を低コスト化する要素技術として、常圧CVDよるZnO透明電極と電析によるCZTS光吸収層の作製を取り入れています。光吸収層のCZTSはレアメタル(In)を含まない新たな材料です。
（２）: 2 μmのCZTS光吸収層の作製に電析、バッファ層（上図参照）の作製に化学析出法（溶液法）、ZnO透明電極の作製に、原子層堆積方式による常圧CVDというユニークな方法を取り入れることで、オール非真空プロセスによって太陽電池を作製するところが、技術の大きな特徴になっています。

従来技術との比較

特許出願状況

特願2012-044831（2012年 2月29日）
「混合結晶、混合結晶製造方法、太陽電池、太陽電池製造方法及び電析浴」発明者：池田茂、特許出願人：池田茂

研究者からのメッセージ

　本研究が達成されれば、従来の真空プロセスとインジウムを用いるCIGS太陽電池に比べて、簡便なプロセスとレアメタルを含まない化合物薄膜による低コストな太陽電池を作製できます。
　また、ZnO透明電極の作製法として開発している方法は、従来のスパッタリングのような真空技術とは違う常圧のプロセスであり、新たな低コスト透明電極作製法として期待されます。

参考：

松村研究室大阪大学太陽エネルギー化学研究センター: http://www.rcsec.osaka-u.ac.jp/research.html

発表論文：