クリーンな次世代太陽電池!サイエンス!硫化スズ太陽電池!大きなn型半導体とp型半導体で!硫化スズ半導体太陽電池が出来た!

Pocket

pnホモ接合硫化スズ太陽電池の作製プロセスと発電特性!

クリーンな次世代太陽電池!サイエンス!硫化スズ太陽電池!大きなn型半導体とp型半導体で!硫化スズ半導体太陽電池が出来た!

 

東北大学や米国立再生可能エネルギー研究所などは、有害な物質を含まない硫化スズのみで次世代の太陽電池を作成することに成功した。

太陽光のエネルギーを電気に変える「変換効率」の高い太陽電池は、希少な金属や有害な物質を含んでいる場合があるが、硫化スズ製は含まない。

試作品の変換効率は現時点で従来の3分の1程度だが、飛躍的に向上する可能性があるという。

低コストで環境に優しい太陽電池として期待される。

高い変換効率を達成するには硫化スズのみで作ることが必要だが、電子を多く含むn型半導体の作成に成功していた、

発電に欠かせないp型半導体を取り込むのが容易になり、

今回n型とp型の硫化スズ半導体のみからなる太陽電池ができた。

別の材料のn型半導体で作った硫化スズ太陽電池の変換効率の最高値は5%程度だった。

今回作成した太陽電池の変換効率は流れる電流が小さいために1.4%にとどまる。

ただし、取り出せる電圧は過去の最高値に匹敵し、膜を作る方法を最適化すれば、流れる電流も大きくできるという。

まずは3年後に10%の変換効率を達成し、2030年ごろの実用化をめざす。  

日経新聞。

 

 

次世代太陽電池のイメージ!


クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発!!

 

[クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発]    

東北大学、米・国立再生可能エネルギー研究所(NREL)、山梨大学らの研究グループは2021年3月、

pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を作製し、360mVという高い開放電圧の取り出しに成功したと発表した。

持続可能な材料で構成する硫化スズ太陽電池の高効率化に寄与する成果だという。

東北大学らの研究グループは2021年3月、pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を作製し

360mVという高い開放電圧の取り出しに成功したと発表した。

pnホモ接合の硫化スズ太陽電池の実現は、世界初の成果だという。

硫化スズは、希少金属や有害元素を一切含まず、地球上に豊富に存在する安全な元素のみで構成される。

そのため、クリーンな次世代太陽電池の材料として注目されている。

硫化スズ太陽電池は、これまでp型の硫化スズとn型の異種材料を組み合わせたpnヘテロ接合タイプの試作改良が進められてきた。

しかし、発電効率の低さが課題となっていた。同じ硫化スズで伝導特性の異なるp型とn型を組み合わせた

pnホモ接合を用いれば発電効率の向上が見込めるが、その作製は難しく、これまでpnホモ接合太陽電池の成功例はなかったという。

 研究グループは2020年8月に、n型硫化スズ単結晶の大型化に成功。これにより、10mmを超えるn型単結晶を入手することが容易となった。

今回、このn型硫化スズ単結晶の上にp型硫化スズをスパッタリング法により成膜し、pnホモ接合太陽電池を作製。

成膜条件に改良を加えてない試作品において、360mVの高い開放電圧の取り出しに成功した。 

試作品の変換効率は1.4%と既報のpnヘテロ接合太陽電池には届かなかったものの、大型のn型単結晶を

用いることでさまざまな条件で多数のp型層の成膜が可能であり、pnホモ接合の

最適化が加速できることから、今後高い変換効率の実現が期待されるとしている。    

スマートジャパン より。

 

 

「硫化スズ太陽電池」で世界初の新材料、高い開放電圧を確認!


「硫化スズ太陽電池」で世界初の新材料、高い開放電圧を確認!!

 

[「硫化スズ太陽電池」で世界初の新材料、高い開放電圧を確認]    

東北大学、米・国立再生可能エネルギー研究所(NREL)、山梨大学らの研究チームは3月9日、世界初となるpnホモ接合の硫化スズ太陽電池を作製し、高い開放電圧の取り出しに成功したと発表した。

硫化スズは、希少金属や有害元素を一切含まず、地球上に豊富に存在する

安全な元素のみで構成されるため、クリーンな次世代太陽電池の材料として期待されている。

硫化スズを用いた太陽電池は、これまでp型の硫化スズとn型の異種材料を組み合わせた

pnヘテロ接合の太陽電池が試作・改良されてきたが、発電効率は5%程度で頭打ちになっていた。

同じ硫化スズで伝導特性の異なるp型とn型を組み合わせたpnホモ接合を用いれば

発電効率の向上を妨げる欠陥を減らせるが、n型硫化スズの作製は容易ではなく、

これまでpnホモ接合太陽電池の成功例はなかった。

研究グループは、2020年8月にn型硫化スズ単結晶の大型化に成功したと発表。

10mmを超えるn型単結晶が容易に入手可能になり、太陽電池作製時のハンドリングが飛躍的に向上した。

このn型硫化スズ単結晶の上にp型硫化スズをスパッタリング法により成膜することで

pnホモ接合太陽電池を作製し、成膜条件に一切の改良を加えてない試作品でも360mVの高い開放電圧の取り出しに成功した。

 この試作品の数値は、20年にわたって研究開発が続けられてきた

pnヘテロ接合硫化スズ太陽電池のチャンピオンデータに匹敵し、pnホモ接合太陽電池の高いポテンシャルを実証した。

試作品の変換効率は1.4%と既報のpnヘテロ接合太陽電池には届かなかったが、大型のn型単結晶を

用いることで種々の条件で多数のp型層の成膜が可能でpnホモ接合の最適化が加速できることから、高い変換効率の実現が期待される。    

メガソーラビジネス より。

 

 

p型の硫化スズとn型硫化スズの大型単結晶!


クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発!!

[クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発]    

東北大学、米・国立再生可能エネルギー研究所(NREL)、山梨大学らの研究グループは2021年3月、

pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を作製し、360mVという高い開放電圧の取り出しに成功したと発表した。

持続可能な材料で構成する硫化スズ太陽電池の高効率化に寄与する成果だという。

東北大学らの研究グループは2021年3月、pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を作製し、

360mVという高い開放電圧の取り出しに成功したと発表した。

pnホモ接合の硫化スズ太陽電池の実現は、世界初の成果だという。 

硫化スズは、希少金属や有害元素を一切含まず、地球上に豊富に存在する安全な元素のみで構成される。

そのため、クリーンな次世代太陽電池の材料として注目されている。 

硫化スズ太陽電池は、これまでp型の硫化スズとn型の異種材料を

組み合わせたpnヘテロ接合タイプの試作改良が進められてきた。

しかし、発電効率の低さが課題となっていた。

同じ硫化スズで伝導特性の異なるp型とn型を組み合わせたpnホモ接合を用いれば

発電効率の向上が見込めるが、その作製は難しく、

これまでpnホモ接合太陽電池の成功例はなかったという。 

研究グループは2020年8月に、n型硫化スズ単結晶の大型化に成功。

これにより、10mmを超えるn型単結晶を入手することが容易となった。

今回、このn型硫化スズ単結晶の上にp型硫化スズをスパッタリング法により成膜し、pnホモ接合太陽電池を作製。

成膜条件に改良を加えてない試作品において、360mVの高い開放電圧の取り出しに成功した。

pnホモ接合硫化スズ太陽電池の作製プロセスと発電特性  

試作品の変換効率は1.4%と既報のpnヘテロ接合太陽電池には届かなかったものの、

大型のn型単結晶を用いることでさまざまな条件で多数のp型層の成膜が可能であり、

pnホモ接合の最適化が加速できることから、今後高い変換効率の実現が期待されるとしている。    

ECO信頼サービス より。

 

 

P-type SnSとn-type SnS!


硫化スズ太陽電池の高効率化への独自技術を実証~次世代ソーラーパネルの実現に前進~!!

 

[硫化スズ太陽電池の高効率化への独自技術を実証~次世代ソーラーパネルの実現に前進~]   

硫化スズ太陽電池は希少金属や有害元素を一切含まないため、クリーンエネルギーの普及を担う次世代ソーラーパネルへの実装が期待されています。

東北大学多元物質科学研究所の川西咲子助教、鈴木一誓助教らのグループは、

pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を世界に先駆けて作製し、高い開放電圧の取り出しに成功しました。

硫化スズ太陽電池を高効率化するポイントは、p型とn型の硫化スズを組み合わせたpnホモ接合を作ることです。

しかし、容易に作製可能なp型と異なり、n型硫化スズの作製は困難なため、pnホモ接合太陽電池の作製例はありませんでした。

研究グループは、2020年8月に大型化に成功したn型硫化スズ単結晶を用いることで、

pnホモ接合からなる硫化スズ太陽電池の作製を実現し、pnヘテロ接合の硫化スズ太陽電池の

チャンピオンデータに匹敵する360mVの高い開放電圧の取り出しに成功しました。

これは、pnホモ接合の硫化スズ太陽電池の高い性能を実証するもので、

今後の研究開発による更なる変換効率の向上が期待されます。

本研究成果は、2021年2月25日にSoral RRL誌に掲載されました。    

EurekAlert! より

 

 

次世代太陽電池のイメージ!


スズと硫黄の化合物! 905 Kを超える高温では、SnSはβ-SnSへの二次相転移を起こします!

 

硫化スズ(II) 化合物

英語から翻訳-硫化スズ(II)は、スズと硫黄の化合物です。化学式はSnSです。

その自然発生は、希少鉱物であるヘルゼンバーガイトに関係しています。

905 Kを超える高温では、SnSはβ-SnSへの二次相転移を起こします。

近年、立方晶系に基づいたπSnSとして知られるSnSの新しい多形が存在することが明らかになりました。

ウィキペディア(英語)

 

 

pnホモ接合で高効率な太陽電池の実現へ!

硫化スズ単結晶の大型化に成功!pnホモ接合で高効率な太陽電池の実現へ!

 

[硫化スズ単結晶の大型化に成功――pnホモ接合で高効率な太陽電池の実現へ 東北大学]    

東北大学は2020年8月21日、硫化スズ結晶の大型化に成功したと発表した。高効率な太陽電池の実現への突破口となるという。

昨今応用の進むCdTe太陽電池やCIGS系太陽電池は高効率な発電が可能だが、希少金属や有毒元素を含む。

一方、硫化スズ(II)は希少金属や有毒元素を一切含まず、地球上に豊富に存在する無毒な元素のみで構成されている。

そのことから、環境に優しい次世代太陽電池の材料候補として期待を集めている。

硫化スズ(II)を利用した太陽電池の発電を高効率化する手段としては、伝導特性の異なるp型とn型を

組み合わせたpnホモ接合を作り、発電効率を下げる欠陥を減らす方法が知られている。

しかし、p型硫化スズが容易に作製できるのに対して、n型硫化スズは

容易に作製できないため、pnホモ接合の太陽電池はまだ試作されていなかった。

また、過去20年にわたり、p型硫化スズをn型の異種材料と

組み合わせたpnヘテロ接合による太陽電池の試作と改良が繰り返されてきた。

しかし、その発電効率は頭打ち状態で、応用には至っていない。

そのため、硫化スズ太陽電池の実用化に向けた突破口は、

pnホモ接合を容易に試作可能な幅10mm以上の大型のn型硫化スズ結晶を作製することにある。

そこで研究者らは、n型硫化スズ結晶を大型化するため、単結晶を育成するフラックス法に用いるフラックス組成を見直した。

そして、組成を大幅に改良した新しいフラックスで育成した結果、硫化スズにn型伝導をもたらすために

フラックスに添加した塩素や臭素のハロゲン成分が、結晶の大型化にも大きく寄与することが発見された。

研究では、この大型化技術を用い、最大で幅24mmにまでn型硫化スズ単結晶のサイズの大型化に成功。

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、高い電子伝導性、

適切なフェルミ準位を備える非常に良質なn型単結晶であることが示された。

n型単結晶の大型化の成功により、pn接合の試作時のハンドリングが大幅に容易になるほか、

さまざまなp型層の成膜条件でpnホモ接合を同時に複数個試作できるという。

pnホモ接合により、pnヘテロ接合では頭打ちであった状況を一蹴し、

硫化スズ太陽電池の開発が大幅に進むことが期待できる。     

fabcross より。

 

 

次世代太陽電池のイメージ!


硫化スズ!硫化第一スズSnS!灰黒色の結晶,あるいは黒色無定形粉末!

 

[硫化スズ]   

(1) 硫化スズ (II) ,硫化第一スズ  SnS 。

灰黒色の結晶,あるいは黒色無定形粉末。

融点 880℃,沸点 1230℃。比重 5.08。水に不溶。

水酸化アルカリおよび硫化アルカリ溶液と反応しない。濃塩酸,熱濃硫酸と反応して溶ける。

重合触媒として使用される。

(2) 硫化スズ (IV) ,硫化第二スズ  SnS2 。

金属光沢のある黄金色葉状物質。

脂感がある。比重 4.51。水および希酸に不溶。

[日本大百科全書(ニッポニカ)の解説]    

スズと硫黄(いおう)の化合物。2価と4価のものが知られる。

(1)硫化スズ(Ⅱ) スズ(Ⅱ)塩の酸性溶液に硫化水素を通ずると水和物として得られる。

褐黒色の結晶。水素により金属に還元され、空気中で熱すると酸化スズ(Ⅳ)になる。

硫化アルカリには不溶だが、ポリ硫化アンモニウム(黄色)に溶けてチオスズ酸塩を生じる。

酸性にすると硫化物が沈殿する。濃塩酸に溶ける。

(2)硫化スズ(Ⅳ) 化学式SnS2、式量182.8。

スズ(Ⅳ)塩溶液に硫化水素を通して得られる。

工業的にはスズ箔(はく)、硫黄華、塩化アンモニウムを融解してつくられ、

黄金黄色のうろこ状物質で、金箔、金粉の代用品として用いられることがあり、

偽金あるいは彩色金mosaic goldともよばれる。

黄金色、六方晶系の鱗片(りんぺん)状結晶。空気中で安定である。

王水、熱アルカリ、硫化アルカリ溶液に溶ける。

(3)三流化二スズ 化学式Sn2S3。式量333.6。

硫化スズ(Ⅱ)と計算量の硫黄の混合物を強熱して得られる黄色結晶。比重4.9。

SnIISnIVS3である。濃塩酸でSnSとSnS2になる。

[化学辞典 第2版の解説]    

【Ⅰ】硫化スズ(Ⅱ):SnS(150.78).可溶性のスズ(Ⅱ)塩水溶液に硫化水素を通じると,茶黒色の粉末として得られる.

また,スズと硫黄を直接加熱すると,灰黒色の結晶として得られる.

岩塩型構造の斜方晶系結晶.密度5.08 g cm-3(0 ℃).融点880 ℃,沸点1230 ℃.

水にほとんど不溶.濃塩酸に溶け,アルカリを加えると水酸化スズ(Ⅱ)を沈殿するが,

過剰には溶ける.多硫化アンモニウム水溶液にはトリチオスズ(Ⅳ)酸塩となって溶ける.

空気中で強熱または硝酸で処理すると酸化されて酸化スズ(Ⅳ)になる.

分析試薬,重合反応の触媒,軸受剤などに用いられる.

[CAS 1314-95-0]【Ⅱ】硫化スズ(Ⅳ):SnS2(182.84).二硫化スズともいう.

塩化スズ(Ⅳ)塩の酸性水溶液に硫化水素を通じると黄色コロイド状の沈殿として得られる.

また,硫黄とスズはくを塩化アンモニウム共存下で直接加熱すると,黄金色の六方晶系板状晶として得られる.

密度4.5 g cm-3.水にほとんど不溶,硝酸,塩酸に不溶.

アルカリにはヘキサヒドロキソスズ(Ⅳ)酸塩とトリチオスズ(Ⅳ)酸塩になって溶ける.

硫化アルカリ,硫化アンモニウムに溶けてトリチオスズ(Ⅳ)酸塩になる.

空気中で加熱すると酸化スズ(Ⅳ)と二酸化硫黄になり,王水と加熱すると酸化スズ(Ⅳ)と硫酸になる.

彩色金,モザイク金ともいい,黄金色で変化をうけにくいので,

金色顔料(塗料)としてラッカーやニスなどに用いられる.[CAS 1315-01-1]    

コトバンク より。

 

 

従来材料の特長+SnSの特長!


SnSとは?! SnSはSn(すず, Tin) と S(硫黄, Sulfur)という、資源量の豊富な2つの元素!化合物半導体!

 

[当チームでは、SnS (硫化スズ,Tin(II) Sulfide, Tin mono sulfide) 薄膜の物性調査と太陽電池の 作製を行っています。]    

「SnSとは?」  

SnSはSn(すず, Tin) と S(硫黄, Sulfur)という、資源量の豊富な2つの元素から構成される化合物半導体です。

この材料は、Cu(In,Ga)Se2やCdTe等の従来材料が持つ優れた光学特性、電気特性、生産性に加え、

Cd(カドミウム)などの毒性の強い元素を使わず、またIn(インジウム)やTe(テルル)等の希少元素を使いません。

* K. H. Wedepohlの報告[1]によると、陸地の地殻中の存在度は

Snが2.3*10-4% (0.00023%), Inが50*10-7% (0.000005%), Teが5*10-7% (0.0000005%)

このようにSnS薄膜は、従来の化合物薄膜太陽電池材料に比べ、埋蔵量の多い材料を用いています。

将来、太陽電池が現状より遥かに大量生産されるようになっても、高効率なSnS太陽電池を実現することにより、

原料の面で制限を受けずに造り続けられるようになると私達は考えています。

「SnSの基礎物性について」  

SnS太陽電池の構成!

SnSはII-VI族(Snが2価の役割を行う)の半導体で、電気特性はp型を示します。

また、同じII-VI族半導体であるCdTeと同様に昇華性を持ち、蒸着法[2]、気層化学成長(CVD)法[3]、

硫化法[4]、 スパッタリング法[5]、昇華法[6]等々、様々な手法での成膜が可能な材料です。

加えて、化合物太陽電池の光吸収層として精力的に研究されている

Cu(In,Ga)(S,Se)2 , Cu2(Zn,Sn)(S,Se)4 等と比較し、2元素のため組成制御が容易である点も特長の1つです。

私達のグループの報告したSnS膜[2]は、約1.3eVの光学バンドギャップを持ち、

キャリア密度は1015~1017cm-3、 ホール移動度は薄膜で6.0cm2/Vsを超える優れた値となっており、

高い変換効率に繋がる光吸収材料として研究を続けています。

SnSの最も高い変換効率としては、他研究機関にて4.63%(開口面積:0.24cm2)が報告されています[3]。

本グループの実験

現在は、バッファー層のCdSを均一に成膜するために前処理によるエッチング

および超音波洗浄の検討を行っており、今後はSnS 光吸収層の粒径を増大させ

Voc とFFを改善するためにH2S雰囲気化でアニールを行うことや、SnS層のNa添加量 を

制御するために新たにSnS 光吸収層の上にNaF層を電子ビーム蒸着法によって 成膜する予定です。

(この時SLGの代わりに無アルカリガラスであるEAGLE XGを用います。)     

RITSUMEIKAN より。

 

 

pnホモ接合硫化スズ太陽電池の作製プロセスと発電特性!

硫化スズ(錫)  スズと硫黄の化合物で,スズが2価と4価の化合物がある!!

 

[硫化スズとは・意味] 

平凡社 世界大百科事典

硫化スズ(錫)  

スズと硫黄の化合物で,スズが2価と4価の化合物がある。

硫化スズ(Ⅱ)

化学式SnS。スズ(Ⅱ)塩の水溶液に硫化水素を通じると茶黒色の沈殿として得られる。

金属スズと硫黄を加熱して得られる硫化スズ(Ⅱ)は灰色の結晶。斜方晶系に属し,密度は5.08g/cm3。

融点880℃,沸点1230℃。高温ではスズと硫化スズ(Ⅳ)とに不均化する傾向がある。

岩塩型構造で,水にはほとんど溶けない(溶解度は18℃で1.36×106g/100g H2O程度)。

濃塩酸に可溶。多硫化アンモニウム水溶液にはチオスズ酸(Ⅳ)イオンSnS32となって溶ける。

硫化アンモニウム水溶液には溶けない。空気中で加熱すると酸化スズ(Ⅳ)となる。

硫化スズ(Ⅳ)

化学式SnS2。スズ(Ⅳ)塩の酸性水溶液に硫化水素を通じると,黄色コロイド状の沈殿として得られる。

またスズ箔と硫黄を塩化アンモニウム共存下で直接加熱すると,ヨウ化カドミウム型構造をもつ黄金色六方晶系板状の結晶として得られる。

彩色金とも呼ばれ,顔料に用いられる。密度は4.5g/cm3。

加熱すると酸化スズ(Ⅳ)と二酸化硫黄となるため,融点,沸点は測定されていない。

水にほとんど不溶(18℃で1.46×105g/100g H2O程度)。硝酸および塩酸には不溶だが,

水酸化ナトリウム水溶液にはスズ酸イオンとチオスズ酸イオンとになって溶ける。

硫化ナトリウム,硫化アンモニウム,ポリ硫化アンモニウムに溶けてチオスズ酸(Ⅳ)イオンとなる。

王水と加熱すると酸化スズと硫酸になる。    

excite  より。

 

硫化スズ太陽電池に全て入れ替わるでしょう!

次世代の太陽電池!硫化スズ太陽電池に全て入れ替わるでしょう!!

 

今日のまとめ。

東北大学や米国立再生可能エネルギー研究所などは、有害な物質を含まない

硫化スズのみで次世代の太陽電池を作成することに成功した。

太陽光のエネルギーを電気に変える「変換効率」の高い太陽電池は、

希少な金属や有害な物質を含んでいる場合があるが、硫化スズ製は含まない。

試作品の変換効率は現時点で従来の3分の1程度だが、飛躍的に向上する可能性があるという。

低コストで環境に優しい太陽電池として期待される。

クリーンな次世代太陽電池!サイエンス!硫化スズ太陽電池!大きなn型半導体とp型半導体を組み合わせた! 

クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発! 

「硫化スズ太陽電池」で世界初の新材料、高い開放電圧を確認! 

クリーンな「硫化スズ太陽電池」の実現へ前進、世界初の新材料を開発! 

スズと硫黄の化合物!

905 Kを超える高温では、SnSはβ-SnSへの二次相転移を起こします! 

硫化スズ単結晶の大型化に成功!

pnホモ接合で高効率な太陽電池の実現へ! 

硫化スズ!硫化第一スズ  SnS!

灰黒色の結晶,あるいは黒色無定形粉末! 

SnSとは?! 

SnSはSn(すず, Tin) と S(硫黄, Sulfur)という、資源量の豊富な2つの元素!

化合物半導体! 

硫化スズ(錫)  

スズと硫黄の化合物で,スズが2価と4価の化合物がある!

今日はクリーンな次世代太陽電池について研究してきました!

硫化スズ太陽電池は世界初の新材料で、高い開放電圧で、クリーンな硫化スズ太陽電池の実現へ前進中!

高性能の可能性を秘めていて次世代の太陽電池は、この硫化スズ太陽電池に全て入れ替わるでしょう!

それほどの高いポテンシャルが期待されています!!

Pocket

コメントを残す

このサイトはスパムを低減するために Akismet を使っています。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください

ABOUTこの記事をかいた人

私はかなり高齢な建築家です。出身は伊豆の湯ヶ島で多くの自然に触れて育ちました。少年時代の思い出も記事になっています。趣味が多くカテゴリーは多義に渡ります。今は鮎の友釣りにハマっています。自然が好きで自然の中に居るのが、見るのが好きです。ですので樹木は特に好きで、樹木の話が多く出てきます。 電子書籍作りも勉強して、何とか発売できるまでになりました。残り少ない人生をどう生きるかが、大事です。