材料科学：CdTe太陽電池製造のための薄膜成長後の安価で毒性のない活性化工程
Nature 511, 7509 doi: 10.1038/nature13435
現在、テルル化カドミウム（CdTe）は、薄膜太陽電池市場で主流となっている技術の基盤材料として確固たる地位を確立している。実験室での効率が20％に近いCdTe系の研究開発では、発電原価をさらに下げて1 W当たり0.5 USドル未満にし、環境影響を最小限にすることが目標となっている。製造工程の中心的部分には、CdCl2を用いた多結晶薄膜CdTeへのドーピングが含まれる。CdCl2は、CdTe/CdS界面に光起電接合を形成し、粒界を不動態化するよう作用するので、高いデバイス効率の実現に不可欠である。そうしたドーピングは25年以上前に開発されてからほとんど普遍的な処理法になっているが、CdCl2は価格が高く（1 g当たり約30セント）、水溶性の有毒カドミウムイオン源になるという2つの重大な欠点があり、作業者にとっても製造時の環境にとってもリスクとなっている。今回我々は、1 g当たり1セント未満の毒性のないMgCl2を用いて作製した太陽電池が、CdCl2処理した対照群と同じ効率（約13％）を示すことを実証する。これらの太陽電池は、活性層のホール密度（9 × 1014 cm−3）が同等で、CdTe薄膜の重要なp型ドーパントであるClとOの不純物プロファイルも類似している。また、予想に反して、CdCl2処理を行った太陽電池とMgCl2処理を行った太陽電池のMg濃度は同程度である。その理由はMgがソーダライムガラス基板から拡散してきたからであり、Mgの存在はデバイス性能に不利にならない。一方、NaCl、KCl、MnCl2などの他の安価な塩化物で処理すると、電気的に活性な不純物が導入され、デバイス性能が損なわれる。今回の結果は、既存の製造工程でCdCl2をそのままMgCl2に置き換えられるため、環境リスクの最小限化とCdTe太陽電池の製造原価の低減を同時に実現できることを示している。
