モノライクIII-V族化合物薄膜をベースとした高効率フレキシブル太陽電池の開発
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20J20462
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
西田 竹志 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | InGaAs / 多結晶 / 層交換 / GaAs / 粒径制御 / 太陽電池 |
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| Outline of Research at the Start |
再生可能エネルギーを利用した持続可能社会の実現には、高い変換効率をもちながらどこにでも設置できる新しい太陽電池が求められる。これまで高効率（>30%）な太陽電池は、III-V族化合物半導体とその多接合化によって達成されてきた。一方、軽くて柔らかいプラスチックを基板としたフレキシブル太陽電池は、効率で劣るものの汎用性は高い。
本研究では、「プラスチック上モノライクGaAs膜」の結晶成長・デバイス化技術を構築し、転写レス・フレキシブル太陽電池として最高の変換効率（20%、従来値の2倍）の実証を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高効率フレキシブル多接合薄膜太陽電池の創出を目指し、最終年度となる本年度は、主に以下の課題に取り組んだ。
(i) InGaAs膜のガラス上合成および近赤外分光感度の実証
太陽光発電ロードマップでは、「汎用基板上における赤外光吸収層の開発」が重要課題として挙げられている。赤外光吸収材料を絶縁基板上に合成する研究は古くから行われてきたが、小粒径な多結晶膜であることに起因し、分光感度が得られた例はなかった。InGaAsは、その組成変調により、赤外光の吸収が可能な材料である。そこで、我々の得意とする「層交換Geシード技術」をInGaAs膜に応用することで、近赤外領域における分光感度の発現を目指した。その結果、ガラス上合成したInGaAs膜として最大粒径（>300 μm）を獲得すると共に、In組成比の増加に伴う分光感度吸収端の遷移が確認された。絶縁基板上の合成膜で近赤外領域の分光感度特性を実証した初めての成果である。
(ii) GaAsおよびInGaAs薄膜のプラスチック上合成
上記の成果に加え、我々は、フレキシブル薄膜太陽電池に向けたプラスチック基板上InGaAs薄膜の合成を検討した。基板の歪みはGeシード層の結晶成長を阻害したが、Ge成長条件の変調により100 μmに及ぶ結晶粒径を得ることに成功した。本Ge層をシードとして500℃でInGaAs膜をエピタキシャル成長した結果、プラスチック基板上に合成したInGaAs膜として初めてとなる分光感度の取得に成功した。次世代の高効率フレキシブル太陽電池開発に資する成果である。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
