2018 Fiscal Year Annual Research Report
Asymmetric-waveguide-coupled multi-striped orthogonal photo-photocarrier-propagation solar cell
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16H04221
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
石橋 晃 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30360944)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 隆志 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40393730)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 非対称導波路構造 / 集光システム / 離散的併進対称性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光電変換デバイスにおいて、光とフォトキャリアの進行方向を直交させ、太陽光の吸収とフォトキャリアの収集効率の最適化を両立して、太陽光全スペクトルに対し光電変換を実行することにより、高効率で素子寿命も長い太陽電池を目指してきた。従来の導波路は、光導波方向についてその順方向と逆方向に関して、対称構造を持っており、基本的に光を導波するコア層をクラッド層で連続的に挟み込んだ構造により光の漏れを防ぐとともに、閉じ込めを行って導波させるため、光を外から導波路コア層に導入することが極めて難しく、光集光において非常に困難な点が多くあった。３Dプリンティングを活用して同心円状に配置した周期配 列放物線ミラーと円錐状の形状を持つテーパー状導波路を結合した新しい非対称導波路構造を作製して、この端に太陽電池を配することで、集光系としてこのシステムが機能し、実際に面入力配置にて太陽電池を結合して約3.5倍の集光システムとして動作することを実証した。更にシミュレーションによって、この非対称導波路構造を更に進化させ、クラッド層の各部分において不連続構造を持たせることで、コア層は解放構造を持ちつつも光そのものは閉じ込めるという今までにない準解放コア層具有の新型導波路の動作原理確認に成功した。各非連続クラッド層の幾何学的構造は、導波方向に沿って、その最後端においてコア層に対してタンジェンシャルに接するような構造を持たせ、これにより、コア層内の光は、導波方向に沿って高効率で導波されるとともに、クラッド層の非連続性とコア層の準解放性によって、導波路コアに対し導波方向の複数ポイントにおいて外界から光の導入を可能にできることをシミュレーションにより確認した。離散的併進対称性を有する全く新しい導波路の概念を案出し、シミュレーションにより、この優れた導波特性を有する新しい集光型の太陽電池の実現可能性を示すことに成功した。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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