2019 Fiscal Year Annual Research Report
High-efficiency photon-up-conversion at hetero-interface and application to solar cells
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18K18862
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
喜多 隆 神戸大学, 工学研究科, 教授 (10221186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / ヘテロ界面 / 量子ドット / アップコンバージョン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽電池には原理的に避けることができない大きな透過損失や熱損失があり、入射太陽エネルギーの一部は利用できない。これによって、太陽電池の変換効率は非集光時の単接合型太陽電池では32％が限界である。この限界を突破するには新しい原理で動作する太陽電池が不可欠である。本研究では、半導体ヘテロ界面において2段階の光吸収で高効率なエネルギーのアップコンバージョンを実現し、本来なら透過して損失となる広い光スペクトル領域をアップコンバージョンによって利用することによってこれまでの太陽電池変換効率の限界を突破する高効率化を実現することを目的にした。2019年度は下記の研究を実施した。
（１）エピタキシャルヘテロ界面の作製と界面基礎物性評価：分子線エピタキシー技術を用いてInAs量子ドットを挿入したAlGaAs/GaAsを作製し、基礎特性を評価した。また、太陽電池デバイス構造を作製して、バイアスを制御した精密な光電流特性の評価によってキャリア引き出し効率を明らかにすることができた。
（２）アップコンバージョンメカニズムの解明：プラズマ共鳴特性を解析して赤外応答の増強効果を明らかにした。
（３）アップコンバージョンの高効率化：アップコンバージョンしたキャリアを効率よく取り出すことが重要であり、太陽電池のバイアスを変化させた特性評価によってキャリア引き出しが最大化する条件を明らかにした。
（４）太陽電池セルの試作・基礎特性評価:デバイスシミュレーションを実施して出力特性を最大化するヘテロ界面位置を明らかにして、太陽電池セルを試作した。光電流と再結合発光を定量的に評価することで、アップコンバージョン太陽電池の特徴を実証することに成功した。
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