量子井戸太陽電池の特性向上および多接合デバイスへの応用

• Project/Area Number: 15J03447
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: トープラサートポン カシディット 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 太陽電池 / 量子井戸 / 移動度 / モデリング / 最適化 / 量子井戸太陽電池 / キャリア輸送 / 光電流 / 理論モデル / 電子と正孔 / 実効移動度 / 擬似バルク近似 / 特性予測

Outline of Annual Research Achievements

多重量子井戸（MQW）においてはポテンシャル障壁によってキャリアが自由に動くことができず，複雑な動きをしている．太陽電池へ応用するためにはキャリアの動きを解明し，定量的にモデリングする必要がある．昨年度までは複雑なキャリア輸送を実効移動度として近似できることを提案したが，理論的にはどのように求められるかは明らかになっていなかった．今年度はその実効移動度の定式化に着目した．
解析の結果，MQWからのキャリアの脱出過程を計算で見積もることができ，実験結果との良い一致が確認できた．これはMQW構造内の実効移動度を定式化した世界初の理論モデルであり，MQW太陽電池はもちろんのこと，MQWレーザやMQW受光器にも適用できる幅の広い応用の理論といえる．さらに構造パラメータから簡単に実効移動度を計算できるモデルになっているため，MQW構造の最適化ツールとしても成り立っている．
それに加え，電流連続式を用いて解析すると，「光照射していない際の擬フェルミ準位」と「光照射した際の光電流」には密接な関係があることを発見し，MQW太陽電池の暗電流特性を明らかにした．その結果，発光ダイオードとしてのエレクトロルミネッセンスと太陽電池としての量子効率の関係性を解析的に示すモデルの構築に成功した．
上記の複数のモデルを同時に考えることでMQW太陽電池の諸特性を解析的に記述できるようになった．特にMQWの実効移動度がどれだけ必要か，その必要な実効移動度を達成するMQWを実現するにはどのような構造にすればいいかを初めて定量的に答えられるようになった．本研究で主に扱っているInGaAs/GaAsP系のMQWの必要最小限の実効移動度が1 cm2/Vsであることが示され，この値を実現するにはどのような構造設計をすればいいかの最適構造を提案した．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Arizona State University(米国)
• [Int'l Joint Research] IRDEP(フランス)
• [Int'l Joint Research] IRDEP(France)
• [Int'l Joint Research] Arizona state university(米国)
• [Journal Article] Investigation and modeling of photocurrent collection process in multiple quantum well solar cells (2018)
  • Author(s): Kasidit Toprasertpong、Tomoyuki Inoue、Yoshiaki Nakano、Masakazu Sugiyama
  • Journal Title: Solar Energy Materials and Solar Cells Volume: 174 Pages: 146-156
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2017.08.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GaAsP/Si tandem solar cells: Realistic prediction of efficiency gain by applying strain-balanced multiple quantum wells (2018)
  • Author(s): Boram Kim、Kasidit Toprasertpong、Agnieszka Paszuk、Oliver Supplie、Yoshiaki Nakano、Thomas Hannappel、Masakazu Sugiyama
  • Journal Title: Solar Energy Materials and Solar Cells Volume: 180 Pages: 303-310
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2017.06.060
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effective mobility for sequential carrier transport in multiple quantum well structures (2017)
  • Author(s): Kasidit Toprasertpong、Stephen M. Goodnick、Yoshiaki Nakano、Masakazu Sugiyama
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 7 Pages: 075441-075441
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.075441
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigation of miniband formation and optical properties of strain-balanced InGaAs/GaAsP superlattice structure embedded in p-i-n GaAs solar cells (2017)
  • Author(s): A. Fukuyama, K. Matsuochi, T. Nakamura, H. Takeda, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano, H. Suzuki, T. Ikari
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Issue: 8S2 Pages: 08MC07-08MC07
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08mc07
  • NAID: 210000148228
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of low-V/III-ratio metalorganic vapor-phase epitaxy on GaAs solar cells (2017)
  • Author(s): Hao Xu、Kasidit Toprasertpong、Amaury Delamarre、Hassanet Sodabanlu、Kentaroh Watanabe、Yoshiaki Nakano、Masakazu Sugiyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Issue: 8S2 Pages: 08MC06-08MC06
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08mc06
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electroluminescence-based quality characterization of quantum wells for solar cell applications (2017)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Inoue, A. Delamarre, K. Watanabe, J. -F. Guillemoles, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 464 Pages: 94-99
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.10.056
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Absorption threshold extended to 1.15 eV using InGaAs/GaAsP quantum wells for over-50%-efficient lattice-matched quad-junction solar cells (2016)
  • Author(s): K. Toprasertpong, H. Fujii, T. Thomas, M. Fuhrer, D. Alonso-Alvarez, D. J. Farrell, K. Watanabe, Y. Okada, N. J. Ekins-Daukes, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • Journal Title: Progress in Photovoltaics: Research and Applications Volume: 24 Issue: 4 Pages: 533-542
  • DOI: 10.1002/pip.2585
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effective drift mobility approximation in multiple quantum-well solar cell (2016)
  • Author(s): Kasidit Toprasertpong, Tomoyuki Inoue, Kentaroh Watanabe, Takashi Kita, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano
  • Journal Title: Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering Volume: 9743 Pages: 974315-974315
  • DOI: 10.1117/12.2209611
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Microscopic observation of carrier-transport dynamics in quantum-structure solar cells using a time-of-flight technique (2015)
  • Author(s): K. Toprasertpong, N. Kasamatsu, H. Fujii, T. Kada, S. Asahi, Y. Wang, K. Watanabe, M. Sugiyama, T. Kita, and Y. Nakano
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 107 Issue: 4 Pages: 043901-043901
  • DOI: 10.1063/1.4927612
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Comparison of electron and hole mobilities in multiple-quantum-well solar cells using a time-of-flight technique (2015)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Tanibuchi, H. Fujii, T. Kada, S. Asahi, K. Watanabe, M. Sugiyama, T. Kita, and Y. Nakano
  • Journal Title: IEEE Journal of Photovoltaics Volume: 5 Issue: 6 Pages: 1613-1620
  • DOI: 10.1109/jphotov.2015.2470131
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 多重量子井戸太陽電池のキャリア回収モデル (2017)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，渡辺健太郎，中野義昭，杉山正和
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 量子構造太陽電池における光電的相反関係の拡張 (2017)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット、デゥラマレー アモリ、渡辺健太郎、中野義昭、ジャンフランソワ ギルモー、杉山正和
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Carrier collection model and design rule for quantum well solar cells (2017)
  • Author(s): Kasidit Toprasertpong、Boram Kim、Yoshiaki Nakano、Masakazu Sugiyama
  • Organizer: 44th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electroluminescence and reciprocity relation in multiple quantum well solar cells (2017)
  • Author(s): Kasidit Toprasertpong、Amaury Delamarre、Kentaroh Watanabe、Yoshiaki Nakano、Jean-Francois Guillemoles、Masakazu Sugiyama
  • Organizer: 27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多重量子井戸太陽電池における実効移動度近似の妥当性検証 (2016)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，井上智之，渡辺健太郎，喜多隆，杉山正和，中野義昭
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Electroluminescence-based quality characterization of quantum wells for solar cell applications (2016)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Inoue, A. Delamarre, K. Watanabe, M. Paire, L. Lombez, J. -F. Guillemoles, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • Organizer: 18th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • Place of Presentation: San Diego, CA, USA
  • Year and Date: 2016-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 量子井戸太陽電池におけるキャリア輸送と移動度のバルク近似による解析 (2016)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，井上智之，渡辺健太郎，喜多隆，杉山正和，中野義昭
  • Organizer: 第35回電子材料シンポジウム
  • Place of Presentation: ラフォーレ琵琶湖（滋賀県守山市）
  • Year and Date: 2016-07-06
• [Presentation] Photocurrent collection mechanism and role of carrier distribution in p-i-n quantum well solar cells (2016)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Inoue, A. Delamarre, K. Watanabe, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • Organizer: 43rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • Place of Presentation: Portland, OR, USA
  • Year and Date: 2016-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 量子井戸太陽電池における電子と正孔の走行時間および実効移動度の評価 (2016)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，谷渕泰三，加田智之，朝日重雄，渡辺健太郎，杉山正和，喜多隆，中野義昭
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Effective drift mobility approximation in multiple quantum-well solar cell (2016)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Inoue, K. Watanabe, T. Kita, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • Organizer: SPIE Photonics West 2016
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2016-02-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] InGaAs/GaAsP歪量子井戸におけるミスフィット転位の観察 (2016)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，藤井克司，杉山正和，中野義昭
  • Organizer: 第5回結晶工学未来塾
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
• [Presentation] Potential of quantum structures towards lattice-matched 4-junction solar cells (2015)
  • Author(s): K. Toprasertpong
  • Organizer: High-Efficiency Materials for Photovoltaics 2015
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キャリア走行時間測定法を用いた量子井戸太陽電池内の電子と正孔の移動度の解析 (2015)
  • Author(s): トープラサートポン カシディット，谷渕泰三，藤井宏昌，加田智之，朝日重雄，渡辺健太郎，杉山正和，喜多隆，中野義昭
  • Organizer: 第34回電子材料シンポジウム
  • Place of Presentation: ラフォーレ琵琶湖（滋賀県守山市）
  • Year and Date: 2015-07-15
• [Presentation] Comparison of electron and hole mobilities in multiple quantum well solar cells using a time-of-flight technique (2015)
  • Author(s): K. Toprasertpong, T. Tanibuchi, H. Fujii, T. Kada, S. Asahi, K. Watanabe, M. Sugiyama, T. Kita, and Y. Nakano
  • Organizer: 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • Place of Presentation: New Orleans, LA, USA
  • Year and Date: 2015-06-14
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Kasidit_Toprasertpong
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Kasidit_Toprasertpong/contributions