| Project/Area Number |
20K05075
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 慎也 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10775844)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | シリコン / 量子ドット / プラズマ / 太陽電池 / ベイズ最適化 / 水素 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，次世代の太陽電池材料として注目されるシリコン量子ドット積層膜を高品質化するアプローチとして，水素プラズマ処理を採用する．シリコン量子ドット積層膜を水素プラズマに曝露することで，水素が膜中にどのように入っていき，拡散し，シリコン原子と結合を形成するか多角的な評価手法により解明する．これにより，水素が効率的にシリコン量子ドット積層膜中の欠陥を終端する条件を見出す．最終的にはシミュレーションにて太陽電池の高変換効率が得られている1e16cm-3台の欠陥密度を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
The bandgap of silicon quantum dots (Si-QDs) can be tuned by the quantum size effect and it is possible to fabricate solar cells with active layers tuned to ambient light. To reduce the defect density in Si-QD active films is one of issues. In this study, hydrogen plasma treatment (HPT) was conducted to decrease the defect density in Si-QD active layers. Since HPT has 6 process parameters, a Bayesian optimization approach was adopted to find the optimal conditions. Photosensitivity (PS) was adopted as the objective function for BO. The PS is obtained by dark and photo conductivities of Si-QD active layers. As a result, the PS was improved from 22.7 to 347.2 with 7 cycles BO processes. Under the optimal conditions, Si-QD solar cells were fabricated. The open-circuit voltage and fill factor of 689 mV and 0.67 were obtained, respectively. These values are the highest among conventional Si-QD solar cells. Such significant improvements were achieved with the combination of BO and HPT.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
今回の研究にて、シリコン量子ドット太陽電池の開放電圧と曲線因子はそれぞれ689mVと0.67に達した。これらの特性値は同様のデバイスの中でも最高値であり、BOとHPTを組み合わせたことで吸収層の大幅な性能向上を達成できた結果と考えられる。本研究成果はプラズマプロセスへのベイズ最適化の有用性を示すとともにシリコン量子ドット太陽電池のポテンシャルも示した点で学術的には意義がある。シリコン量子ドットを用いた太陽電池は環境光にチューニングが容易にできることから、IoT用電源として用いることができ、IoTセンサネットワーク構築のための電源としても有望である。
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