特集 学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 20 化，Mo 上に NaF 成膜）．Cu-poor CIGSuf 膜（Cu/ （In PVSEC-23 に参加して ＋Ga）＝0.8, Ga/（In＋Ga）＝0.11）を犠牲層上に 3 段 中 野 翔 平 Shohei NAKANO 電子情報学専攻修士課程 2年 階蒸着により作製した．次に吸収層を反転させるた めにリフトオフ法を適用した．Mo 層を裏面電極と して CIGSuf 膜上に堆積し，エポキシ接着剤を使用 して別の SLG 基板をその上部の Mo 層に接着し 1．はじめに た．最後に，CIGSuf/犠牲層界面の剥離により元の 私は，2013 年の 10 月 29 日から 11 月 1 日の 4 日 基板から SLG/接着剤/Mo/CIGSuf 構造になるように 間，台湾の台北で開催された Photovoltaic Science スタックを剥がした．その構造上に CdS のバッフ and Engineering Conference 23（PVSEC-23）に参加 ァー層と i-ZnO/ZnO : Al 窓層を堆積することで太陽 しました．この学会で私は「Cu-poor Cu （In, Ga）S2 so- 電池を作製した．電極を得るために，シャドウマス lar cells prepared using lift-off process」という題目で クを介して Ni/Al を蒸着した． ポスター発表を行いました． lift-off 法前の Cu-poor CIGSuf 膜を調べるために 斜入射 X 線回折（GIXRD）測定を行った．引き剥 2．研究背景 がし前後の CIGSuf 膜を走査型電子顕微鏡（SEM） Cu（ In, Ga）S（CIGSuf）固溶体は Ga/In 比比率に 2 で観察し，波長分散形 X 線分光器（WDS）を用い 応じて 1.5 から 2.43 eV のバンドギャップを持つこ て吸収体の組成を推定した．太陽電池特性を 25℃ とができる．そのため，タンデム構造のトップセル でシミュレーションされたエアマス 1.5 照度で波長 に CIGSuf 吸収層を用いる．Cu-poor CIGSuf 吸収層 依存外部量子効率（EQE）と電流密度−電圧（J-V） から高効率の太陽電池を得ることが困難であること 曲線を測定することによって調べた． はよく知られている．その理由の一つは，n 型の Cu （In, Ga）5S8 との二相の偏析であり，Cu/In 比がわず 4．結果および考察 かに 1 を超えるときでさえ存在するためである．第 GIXRD による lift-off 前 CIGSuf 薄膜の X 線入射 二の理由は，Cu-poor 膜が低キャリア密度であるた 角度に対する Cu（ In, Ga）5S（440） /CIGSuf（112）と 8 めである．3 段階同時蒸着による Cu-poor 膜は 2 段 CIGSuf （204）/CIGSuf（112）強度比を図 1 に示す．X 階目で Cu-excess に 3 段階後で Cu-deficiency に達 する．したがって，ある程度まで膜の下の部分で Cu-excess の有益な効果（単相，大きな粒径，高キ ャリア密度）が保っていると考えられる．Cu-poor 膜の表面よりも裏面に接合を置くことによって良好 な太陽電池を達成することができると考えられる． 本研究では，3 段階蒸着法により Cu-poor CIGSuf 薄膜を作製し，lift-off 法を用いて太陽電池を作製 し，評価した． Fig. 1 3．実験方法 Mo を成膜した soda lime glass（SLG）上に 3 種 類の犠牲層を用いた（1 : Mo の硫化，2 : Mo の酸 ― S-7 ― Cu（In, Ga）5S（440） /CIGSuf（ 112）and 8 CIGSuf（204）/CIGSuf（112）intensity ratio by GIXRD as a function of X-ray incidence angle of CIGSuf films（Cu/（In ＋Ga）＝0.80）before lift-off process. 線入射角度が大き く な る に つ れ て Cu（ In, Ga）5S8 は亀裂が確認されておらず，引き剥がし前の表面よ （440）/CIGSuf （112）強度比が小さくなっていること りも滑らかだった．表 1 に示すように引き剥がした がわかった ． こ の こ と か ら ， 表 面 近 く で Cu（ In, CIGSuf 表面上から Mo 犠牲層によりわずかな Mo Ga）5S8 の偏析を確認できた．GIXRD では，Cu/（In が残っていた． ＋Ga）＝0.95∼0.98 の膜では Cu（In, Ga）5S8 のピーク Cu（ In, Ga） 5S8 の偏析があるにもかかわらず，効 は観察できなかったが，TEM では，Cu/（In＋Ga） 果的に逆さまに吸収層を反転することによって， ＜1.00 の膜で Cu（In, Ga）5S8 結晶を観察できた． lift-off 法を用いて作製した Cu-poor CIGSuf 太陽電 SEM 像からすべての犠牲層の条件で CIGSuf 面 池の変換効率は 2.3％（Cu/（In＋Ga）＝0.95）を得ら れた． Table 1 Mo/（Cu＋In＋Ga＋S＋Mo）ratio of Cu （In, Ga）S2 absorbers with three kinds of sacrificial layer after lift-off process. the sacrificial layer Mo/ （Cu＋In＋Ga ＋S＋Mo） ［％］ lift-off 法を用いて作製した Cu-poor の波長による EQE を図 2 に示す．EQE からバンドギャップが 1.71 eV 以上であり，全体の組成（1.6 eV）から予 想されるよりもはるかに高い．これは，3 段階蒸着 膜の Ga/ （In＋Ga）の傾きから容易に説明できる． nothing 0.36 Sulfurization of Mo 0.28 deposition of NaF（15 nm）on Mo 0.32 deposition of NaF（25 nm）on Mo 0.27 本研究では，lift-off 法を用いて 3 段階蒸着法によ Oxidization of Mo 0.37 り Cu-poor Cu （In, Ga）S2 薄膜を作製し，太陽電池を 5．結論 作製した．Cu（ In, Ga） 5S8 の偏析があるにもかかわ らず，効果的に逆さまに吸収層を反転することによ って，lift-off 法を用いて作製した太陽電池の変換効 率は 2.3％ を得られた．1.71 eV 以上のバンドギャ ップは全体の組成（1.6 eV）から予想されるよりも はるかに高かった． 6．おわりに 今回のポスターセッションは，初めての学会発表 であったため緊張していたものの大変良い経験にな Fig. 2 Wavelength-dependent EQE of Cu-poor 3-stage Cu（ In, Ga ）S2 solar cell using lift-off process. For comparison, the EQE of Cu-rich and stoichiometry Cu（In, Ga）S2 solar cells（Ga/ （In＋Ga）ratio is nearly equal）without lift-off process（normal） . りました．この経験を今後の研究活動に活かしたい と考えております．最後に，学会参加に際してご指 導賜りました海川龍治教授および研究室の方々に深 く御礼申し上げます． ― S-8 ―
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