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環境負荷の低い太陽電池を実現へ、n型硫化スズ単結晶の大型化に成功

2020年8月29日

東北大学は2020年8月21日、次世代太陽電池材料として有望とされるn型硫化スズ単結晶の大型化に成功したと発表した。希少金属や有毒元素を一切含まない硫化スズは環境負荷の小さい次世代太陽電池材料として期待されており、その実用化を後押しする成果だという。

硫化スズを用いた太陽電池で高い発電効率を実現するためには、伝導特性の異なるp型とn型の硫化スズを組み合わせたpnホモ接合を作り、発電効率を下げる要因となる欠陥を減らすことがポイントになる。しかし、p型の硫化スズは簡単に作製できるのに対し、n型の硫化スズは作製が難しく、pnホモ接合の太陽電池の試作には至っていないという。そのため、pnホモ接合を容易に試作可能な、幅10mmを超える大型のn型の硫化スズ結晶を作ることが硫化スズ太陽電池の実用化に向けた突破口とされている。

そこで東北大学の研究チームは、n型硫化スズ結晶の大型化の実現に向けて、研究単結晶を育成する「フラックス法」の組成を見直した。この新しいフラックス法で育成した結果、硫化スズにn型伝導をもたらすために添加した塩素や臭素のハロゲン成分が結晶の大型化に大きく寄与することを発見した。

育成した硫化スズ単結晶 出典:東北大学

この大型化技術を用いることで、最大で幅24mmまでn型硫化スズ単結晶を大型化することに成功したという、また、得られた硫化スズの構造や電気特性を詳細に調べたところ、高い結晶性、高い電子の伝導性、適切なフェルミ準位を持つ、非常に良質なn型単結晶であることがわかった。

今回の成果について東北大学は、硫化スズのpnホモ接合を実現できるようになったことで、硫化スズ太陽電池の開発速度の劇的な上昇が期待でき、実用化に向けた突破口が開けたことで、環境に優しく高効率な硫化スズ太陽電池の実現に大きな期待が持てるとしている。

 

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