A novel stacked structure of intermediate band cells for higher efficiency
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22K04211
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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 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
八木 修平 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (30421415)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 中間バンド型太陽電池 / 高効率太陽電池 / 2段階光吸収電流 / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、将来の超高効率太陽電池の候補である「中間バンド型太陽電池」について、狭ギャップサブセルを隣接積層した新しいデバイス構造を提案する。十分な光吸収を得にくい中間バンド-伝導帯間の光学遷移をサブセルが担い透過損失・電圧低下を防ぐとともに、中間バンド内のキャリアをトンネル接合層を介して引き抜くことで再結合損失を防ぐ。デバイスシミュレーションから最適バンドギャップの組み合わせを明らかにして実用的なデバイス設計を行うとともに、分子線エピタキシーによる試作セル評価を通して、提案するデバイスの動作実証および中間バンド型太陽電池の動作原理に基づくエネルギー変換効率の向上を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案する中間バンドセルとシングルギャップセルのタンデム構造について、詳細平衡モデルによる変換効率の解析を行い、中間バンド(IB)-伝導帯(CB)間の光吸収率およびシャント抵抗の影響を調べた。通常の中間バンド型太陽電池では、最適なエネルギーギャップの組み合わせにおける1sun照射下での変換効率は約46%であるが、IB- CB間の光吸収率を減少させることで著しく減少し、光吸収率が0になるとCB-価電子帯(VB)間エネルギーに相当するシングルギャップセルの変換効率16%に一致した。一方、IBとのトンネル接合を介してVBを接続したシングルギャップセルとのタンデム構造では、IB- CB間の光吸収率の減少に対して変換効率の減少はなく、さらに、中間バンドセルのCB-IB間に1Ωcm^2の小さなシャント抵抗を導入しても、30%以上の変換効率を保つことがわかり、提案のセル構造の有効性が明らかになった。
動作実証実験に向けては、トップセルとして用いる中間バンド材料として、希釈窒化物半導体混晶であるGaAsNおよびGaPNを検討した。試作セルに対し複数波長の光を照射し電流応答を観測した結果、いずれの材料においても微量窒素の添加により形成される中間バンドを介した2段階の光励起による電流生成が生じることを実験的に確認するとともに、レート方程式を基にしたキャリアダイナミクスの解析を行った。詳細な励起波長依存性を調べた結果、特にGaPNを吸収層とした場合、バンド端の低エネルギー側に形成されるテイル準位の存在が、2段階光励起電流の生成に重要な役割を果たすことが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
詳細平衡モデルによる動作解析で、本研究で提案する新規セル構造の有効性を示すことが出来た。また、実証実験に向けて中間バンドセル動作に関する基礎的なデータが得られたことで、着実に準備を進めることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
動作実証実験に用いるタンデム構造を結晶成長するとともに、実証実験で必要な3端子構造とするためのデバイスプロセスの検討およびマスク設計を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
