Hydrometallurgy

[PY1-46] Synthesis of Cu-In-S₂ nanoparticles for compound solar cells in aqueous solution by controlling sulfurization reaction rate of metal ions

○Kohei Sato¹, Shun Yokoyama¹, Hideyuki Takahashi¹, Kazuyuki Tohji¹ (1. Tohoku university)

Keywords:renewable energy, alloy nanoparticles, compound solar cells, sulfurization reaction rate, synthesis in aqueous solution

化石燃料の大量消費に伴う、地球温暖化及びエネルギー資源の枯渇の問題を解決するため、クリーンな再生可能エネルギーとして太陽電池デバイスの研究が精力的に行われている。これまで、太陽電池の大幅な普及を目的に、製造コストが比較的低いCuIn(Se,S)₂（以下、CISと表記）を光吸収材料に使用した太陽電池の開発が進められている。しかし従来のCIS製造過程には、高エネルギー消費でイニシャルコストが高い、などの課題があり、新たな合成法の開発が必要である。そこで我々は、溶液内の金属錯体種を単一種に制御することにより還元反応速度を制御し、均質で単相な合金ナノ粒子が合成可能な手法の開発を行ってきた。本手法の錯体制御技術を応用することで、水溶液中でCIS₂粒子が合成可能であると考えられる。その為には、Cu⁺とIn³⁺の水溶液中での硫化反応速度を制御する必要があり、この反応速度はギブズ自由エネルギー変化(以下ΔG)と相関があると推察される。そこで本研究では、CIS₂粒子を水溶液中で合成することを目的に、適切な錯化剤を両金属イオンに配位させ、中間体を形成し、疑似的なΔGを制御することにより、硫化反応速度の制御に試み、Cu-In-S系粒子が合成できた可能性が示唆された。