彦根根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救った
と伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井
伊軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（か
ぶと）を合体させて生まれたキャラクタ－。
全固体電池時代到来
全固体電池の設計が飛躍的に向上すれば、電気自動車の性能を阻む主要な
障壁が取り除かれ、将来のEVはより安全で、より効率的に、より長持ちす
るものとなる。電気自動車(EV)の採用は、技術の進歩と持続可能な輸送に
対する消費者の関心の高まりに牽引されて、世界中で加速しているが、現
代のすべてのEVに電力を供給。現在のリチウムイオン電池は、依然として
重大な課題に直面している。高コスト、限られた走行距離、長い充電時間
が、依然として普及の最大の障害であり、バッテリーの寿命や安全性に関
する懸念も一因となっている。
そこで登場するのが、次世代のバッテリー。全固体電池は、EV業界のゲー
ムチェンジャーと見なされており、これらの問題の多くに対処することを
約束。可燃性の液体電解質を固体の電解質に置き換えることで、効率、エ
ネルギー密度、安全性を大幅に向上させることができる。全固体電池の開
発は、その可能性にもかかわらず、技術的なハードル、特に固体電解質が
電池の電極と出会う場所で発生する抵抗にで遅れてきた。この抵抗により、
電力を効果的に供給する能力が制限される可能性があります。現在、マギ
ル大学の研究者たちは、最も根強い課題のひとつを克服できるブレークス
ルーを達成。彼らの新しく革新的なデザインは、少量のポリマーで満たさ
れた多孔質セラミックメンブレンを使用して、界面抵抗を排除し、リチウ
ムイオンがより自由に流れるようなる。
「これにより、バッテリーの性能が向上するだけでなく、業界の主要な目
標の1つである高電圧動作用の安定した界面が作製される」と、マギル大
学材料工学科のGeorge Demopoulos教授言う。現在のリチウムイオン電
池セルは通常、3.6V〜3.7Vで動作、劣化のリスクがある前に最大4.2Vで動
作。対照的に、マギル大学で開発された全固体電池は、4.8Vの高電圧で大
幅な劣化なしに顕著な安定性を示す。このように高電圧を安全に処理する
能力は、電気自動車のバッテリーの航続距離と寿命を延ばすために重要。
研究者のテストでは、バッテリーは高いエネルギー密度を維持しながら、
200回以上の充電サイクルに耐えることを実証された。これは初期段階の
結果、さらなる開発とテストにより、通常は1,000〜2,000サイクルの範囲
である現在のリチウムイオン電池セルに匹敵するか、それを超える可能性
がある。原図設計は、398 Wh/kgのエネルギー密度で達成し、高性能EVバ
ッテリーの米国先進バッテリー共同事業体の目標である350 Wh/kgを含む、
現在の業界目標を上回わる。このブレークスルーは、これらの全固体電池
を動力源とする将来のEVが、車両の総重量を減らしながら、1回の充電で
より遠くまで走行できる。
この研究は、今月、Cell Reports Physical Science誌に掲載されます。「こ
の発見により、電気自動車用の次世代のより安全で効率的なバッテリーの
構築に近づくことができる」と言う。
【掲載論文】
・4.8-V all-solid-state garnet-based lithium-metal batteries with stable interface
⬛ 酸化タングステン(WO3) を使用しCZTS太陽電池を高効率化
10月28日、中国とマレーシアの研究者は、酸化タングステン緩衝層と裏面
磁場ケステライト層を特徴とする銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)セルの新しい構
造を模倣実験した。この構成でシミュレートされたデバイスは、1.2Vの開
回路電圧と83.37%のフィルファクターを達成。この構成でシミュレートさ
れたデバイスは、1.2Vの開回路電圧と83.37%のフィルファクターを達成。
、Energy Reports誌に掲載された"Efficiency enhancement of CZTS solar cell
with WO3 bufferlayer using CZTSe BSF layer"
【要約】
無毒で低コスト、バンドギャップ直接材料である銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)
は有望な薄膜太陽電池の候補です。CZTS太陽電池の効率を向上させる努力
として、この作業は環境に優しい酸化タングステン(WO3)は、バンドギャ
ップが高く、電気伝導性に優れているため、バッファー層として使用され
ている。さらに、Cu2ZnSnSeの4(CZTSe)は、アブソーバー層とバックコン
タクト層の間に挟まれたバックサーフェスフィールド(BSF)層として使用
される。新構造 Pt/CZTSe/CZTS/WO3/ZnOが提案され、BSF層のある構造
とない構造の比較研究が行する。この研究では、太陽電池容量シミュレー
タ(SCAP-1D)シミュレーションソフトウェアを使用して、層の厚さ、動作
温度、さまざまなバックコンタクト層、アクセプター、およびBSF層の欠
陥がCZTS太陽電池の性能にどのように影響するかを調査します。WOを用
いたCZTS太陽電池の効率3提案された新しい構造では、29.37 % という高
い効率で大幅に改善される。
【鍵語】
CZTS太陽電池、WOの3バッファ層、CZTSe BSF層、SCAPS-1Dの効率向上
【緒言】省略
2.調査方法
2.1 提案構造
図1(a)はBSF層のないセルを示しており、Moをバックコンタクト層、CZTS
をアブソーバー層、WOとしています3をバッファレイヤーとして、ZnOを
ウィンドウレイヤーとして使用。図1(b)は、(a)と同様の構造ですが、CZTS
とPtの間にBSF層としてCZTSe層を追加。追加のBSF層を挿入すると、p-p+
接合が形成され、内蔵電位が作成されます。これにより、バックコンタク
ト領域に強い電界が生成され、キャリアの再結合が最小限に抑えられ、光
電子の収集が促進されます。透明な窓層は、入射光の反射を減らし、より
多くの光がデバイスの吸収層に入ることを可能にし、それによって全体的
な効率を向上する。さらに、ウィンドウ層(ZnOのバンドギャップは3.3 eV)
は、高エネルギー光子を吸収するのに十分な高いバンドギャップを持っ。
(Ghosh et al., 2022) また、ウィンドウレイヤーは、時間の経過とともに
デバイスのパフォーマンスを低下させる可能性のある湿気や汚染物質など
の環境要因に対する保護バリアを提供する。The WO3バッファ層は、バン
ドミスマッチ、キャリア再結合、および界面化学反応の問題を効果的に軽
減し、それによりZTS太陽電池の電荷分離と収集の効率を向上できる。吸
収層の主な機能は、光子を吸収した後に電荷キャリアを生成し、大きな再
結合損失なしにそれぞれの電極に輸送する。バッファ層WO3はn型半導体
で、吸収層CZTSはp型。両者が接触すると、n型層からの電子がp型層に拡
散し、p型層からの正孔がn型層に拡散。この拡散は、電荷キャリアの濃度
勾配により発生。pn接合は、他のさまざまな太陽電池と同様に、吸収層
とバッファー層の間に形成され、これはデバイスにとって不可欠な部分(
Rao et al., 2016)。ZnO層は、反射防止コーティングと透明導電性酸化物
の両方として機能する(Hussain et al., 2015)。
図1.提案された構造 (a) ZnO/WO3/CZTS/Pt および (b) ZnO/WO3/CZTS/
CZTSe/Pt.
本研究では、CZTS アブソーバーとのオーミック接触させる高い仕事関数
を持つ Pt を標準バックコンタクト層を選択 (Rachidy et al., 2022)。CZTSe
は、その優れた光電子特性、非毒性、および地球に豊富な成分(Rachidy et al.
, 2022)により、BSF層として推奨。CZTS薄膜は、p型導電性を示し、太陽
電池の変換効率向上に最適な1.44〜1.51 eVのバンドギャップを有し、高い
光吸収性を示す。これまでの研究では、ZnOの優れた光学的および電気的
特性により、ZnOを利用することで太陽電池の性能を大幅に向上できる。
(Bencherif, 2022, Paul et al., 2022)。本研究では窓層としてZnOを選択。
数値解析を活用することは、デバイスの機能を把握する上で貴重であると
証明されている。SCAPS-1Dソフトウェアは、実際に製造せずに提案の太
陽電池を分析ツールとして採用されている(Zhang et al., 2023)。材料パラ
メータは文献に基づいる。SCAPSにおける半導体のシミュレーションは、
連続方程式、ポアソン方程式、電子/正孔輸送方程式などの方程式に依存、
再結合メカニズムをモデル化する(Jamil et al., 2022)。
そしてGp電子と正孔の生成速度を表し、μnそしてμp電子と正孔の移動度
を表し、ξ電界を表し、Dは拡散係数、τ電子と正孔の寿命を示し、ε誘電率
を示し、ψ静電ポテンシャルを意味し、qは電子電荷、pt(x)そしてnt(x)はト
ラップされた電子と正孔の濃度を示し、NDそしてNあるドナー濃度とアク
セプター濃度を表す。（中略）
3.結果と考察
3.1 エネルギーバンドの図
ヘテロ接合における光生成キャリアのキャリアの再結合と輸送に影響を与
える重要なパラメータは、エネルギーバンドの配置です。BSF層を有する
CZTS太陽電池のエネルギーバンド図を図2に示します。バッファ層のエネ
ルギーバンドは、吸収層よりも低い。広帯域のエネルギーバッファ層を使
用すると、バッファ層によって吸収される光子の割合がごくわずかになる
可能性がある。オフセットバンドの伝導率が高いと電流が減少し、太陽電
池の効率が低下。したがって、光子の輸送を確保するためには、バンド伝
導オフセットを0.2〜0.5 eVの範囲にする必要がある(Minemoto et al., 2001)。
バッファ層の伝導バンドオフセットが小さいことが最適です。負のオフセ
ットは開回路電圧を低下させ、それによって変換効率を低下させます。逆
に、伝導帯の正のオフセットが大きいと、CZTS吸収体が生成する電子のエ
ネルギー障壁が生じます(Nagoyaet al., 2011)。CZTS/WOのインターフェ
ースに崖のような配置が現れる。
CZTSのバンド伝導の最小値はWO3のバンド伝導の最小値よりも高いため。
これは、負のバンド オフセットが存在し、再結合パスがインターフェイス
に存在することを意味します。負のバンドオフセットは、CZTS/WOでの
インターフェーストラップ状態の形成につながる可能性がある。インター
フェイス。これらの状態は、キャリアを捕獲し、組み換えの可能性を高め
ることができる。界面トラップは、バンドギャップ内の中間エネルギー準
位として機能し、太陽電池の効率を低下させる非放射再結合プロセスを促
進。負のバンドオフセットによって引き起こされる再結合は、直接的にVcc
太陽電池の(Wang et al., 2010)。その間、崖のような柵のため、光によっ
て活性化された電子がブロックされ、FF">FFのは限られる(Santoni et al., 2013)。
図3から、ドーピング濃度が増加すると組換えが減少することが明らかにな
うる。そこで、BSF層として高濃度にドープされたCZTSe層を用い、組換
え損失を克服する。
以下、紙面の都合で割愛
【掲載論文】
・https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484724005365
・https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.08.045
⬛ 使用済みソーラーパネルから高純度シリコン粉末を回収する新技術
韓国の研究者は、熱重力分離法と湿式重力分離法(WGS)を使用して、使用
済みPVモジュールの再生シリコン粉末からEVAを分離し、「最小限」の化
学薬品を使用しています。提案された技術は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、
または炭化ケイ素へのアップサイクルのための原料として再利用できるシ
リコン粉末を提供。2024年10月29日 エミリアーノ・ベリーニ
めの太陽光発電(PV)リサイクルプロセスと技術の有効性を調査。従来の硝
酸溶解、溶媒および超音波照射、溶媒溶解などの複雑なプロセスの簡素化
を容易にするために、さまざまな機械的分離プロセスが確立されている。
これらのプロセスは、プロセスの効率と有効性を高める設計である。また、
リサイクルSi粉末からEVAを分離する方法を考案し、水素水溶液を使用し
WGSプロセス考案した。O2, HNO3、および異なる比重を持つNaCl。NaCl
溶液を使用するWGSプロセスは、優れた性能を示し、EVAの94%以上を除
必要なエネルギー入力を減らし、CO2の生成を73%削減熱プロセスと比較。
この技術は、循環型経済への移行を促進し、カーボンニュートラルな取り
組みを強化する。本研究では、効率的PVリサイクルプロセス確立し、熱・
湿式重力分離プロセスを用いて太陽電池廃棄物モジュールから高純度シリ
コン粉末を回収する先進的リサイクル技術を開発する。 【掲載誌参考】
