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Hot carrier dynamics in quantum dot superlattice solar cells

Research Project

Project/Area Number 17K14659
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

Harada Yukihiro  神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsホットキャリア / 太陽電池 / 量子ドット超格子 / ホットキャリア型太陽電池 / 電子・電気材料 / 量子閉じ込め / 半導体物性 / 光物性 / 高効率太陽光発電材料・素子
Outline of Final Research Achievements

We demonstrated hot-carrier extraction in GaAs solar cells containing InAs/GaAs quantum dot superlattices functioning as a light absorber. The excitation energy was tuned below the GaAs band gap. The band edge of the GaAs energetically selects hot carriers generated in the quantum dot superlattices. Carrier temperature exceeding 1000 K was estimated according to the excitation photon density dependence of the open-circuit voltage and the short-circuit current density.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子井戸構造をホットキャリア吸収層とする研究がアメリカやフランスなどで進められてきているが、量子井戸における2次元状態密度よりも量子細線や量子ドット超格子における1次元状態密度の方が高いホットキャリア温度が達成可能である。InAs/GaAs量子ドット超格子においてホットキャリア電流の取り出しを実証した本研究成果は、1次元状態密度を利用したホットキャリア型太陽電池動作の実証に向けた重要な知見となる。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Hot-carrier generation in a solar cell containing InAs/GaAs quantum-dot superlattices as a light absorber2018

    • Author(s)
      Daiki Watanabe, Naoto Iwata, Shigeo Asahi, Yukihiro Harada, and Takashi Kita
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 11 Issue: 8 Pages: 082303-082303

    • DOI

      10.7567/apex.11.082303

    • NAID

      210000136312

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  • [Journal Article] Optimal Band Gap Energies for Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells with Partial Absorptivity2018

    • Author(s)
      Yukihiro Harada, Tetsuhiro Matsuo, Shigeo Asahi, and Takashi Kita and Takashi Kita
    • Journal Title

      Proceedings of the 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition

      Volume: - Pages: 126-128

    • DOI

      10.4229/35THEUPVSEC20182018-1CV.4.26

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fundamental Device Characteristics of Hot Carrier Solar Cell Using InAs/GaAs Quantum Dot Superlattices.2017

    • Author(s)
      渡部 大樹、原田 幸弘、喜多 隆
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 66 Issue: 9 Pages: 629-633

    • DOI

      10.2472/jsms.66.629

    • NAID

      130006083115

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 半導体量子ドット超格子におけるホットキャリアダイナミクス2017

    • Author(s)
      原田 幸弘
    • Journal Title

      電気評論

      Volume: 642 Pages: 67-71

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      原田幸弘、岩田尚之、朝日重雄、喜多隆
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      Y. Harada, J. Yamada, D. Watanabe, S. Asahi, and T. Kita
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      Y. Harada, T. Matsuo, S. Asahi, and T. Kita
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      35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
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      原田幸弘、朝日重雄、喜多隆
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      原田 幸弘、朝日 重雄、喜多 隆
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      第65回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] InAs/GaAs量子ドット超格子を用いたホットキャリア型太陽電池動作実証2018

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      岩田 尚之、渡部 大樹、原田 幸弘、朝日 重雄、喜多 隆
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      第65回応用物理学会春季学術講演会
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      日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会平成29年度第1回研究会
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      朝日 重雄、草木 和輝、原田 幸弘、喜多 隆
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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      原田 幸弘、山田 淳也、渡部 大樹、朝日 重雄、喜多 隆
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      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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      平尾 和輝、朝日 重雄、海津 利行、原田 幸弘、喜多 隆
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      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells Incorporating a Voltage Booster Hetero-Interface2017

    • Author(s)
      S. Asahi, K. Kusaki, Y. Harada, and T. Kita
    • Organizer
      The 27th Photovoltaic Science and Engineering Conference
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  • [Presentation] Efficient Two-Step Photocurrent in Intermediate Band Solar Cells Using Highly Homogeneous InAs/GaAs Quantum-Dot Superlattice2017

    • Author(s)
      K. Hirao, S. Asahi, T. Kaizu, Y. Harada, and T. Kita
    • Organizer
      The 27th Photovoltaic Science and Engineering Conference
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-04-28   Modified: 2020-03-30  

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