2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of solar cell architectures using quantum nanostructures for fundamentally increasing the power conversion efficiency
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18KK0145
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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)
朝日 重雄 神戸大学, 工学研究科, 特命助教 (60782729)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 量子ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的な太陽電池は半導体のp型とn型の間に不純物を含まない真性層をサンドイッチした単接合構造であり、その変換効率は透過損失や熱損失などによって非集光時では約30%が限界であることが知られている。われわれは、量子ナノ構造を利用して透過損失や熱損失を低減させ、根本原理に基づき変換効率を向上させる研究に取り組んでいる。特に、独自に開発した半導体ヘテロ界面に量子ドットを挿入した量子ナノ構造において世界最高効率の2段階光励起を実現し、太陽電池が吸収する太陽光スペクトル領域を拡大することに成功した。本国際共同研究では、太陽電池研究において世界最高峰のニューサウスウェールズ大学（オーストラリア）と共同して研究を実施し、若手研究者を派遣して量子ナノ構造における２段階光励起過程を定量的に明らかにすることを目的にしている。本年度の具体的な成果は以下のとおりである。
（１）デバイスシミュレータを用いてAlGaAs/InAs QD/GaAsヘテロ構造を真性層に内包するp-n構造の最適設計を行い、実績がある分子線エピタキシー技術を用いて太陽電池構造を作製した。ヘテロ界面における2段階光励起スペクトル特性を明らかにして、近赤外から中赤外における高効率な光吸収を確認した。また、太陽電池の基礎特性を明らかにするため、光電流特性と再結合発光特性を同時に計測することによってヘテロ界面におけるキャリアの蓄積効果とキャリアの引き出し特性を明らかにした。
（２）研究分担者の若手研究者・朝日をUNSWに派遣して研究打ち合わせを行い、令和元年6月から約1か月滞在して本格的に実験を開始する計画を立てた。また、バンド内光吸収に関する準備実験で優れた成果が得られたために国際共著論文を執筆しており、年内の出版を目指している。
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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
本国際共同研究では、太陽電池研究において世界最大且つ先導的機関であるニューサウスウェールズ大学（UNSW）（オーストラリア）と共同して研究を実施する。UNSWは最高精度の太陽電池評価技術を有しており、特に、UNSWが有するフェムト秒レベルの超高速過渡光吸収分光技術は量子構造太陽電池の定量評価に極めて有効な手段である。本年度すでに研究分担者の若手研究者・朝日を派遣して、UNSWでの研究打ち合わせを行い、令和元年6月から約1か月滞在して本格的に実験を開始する計画を立てることができた。また、バンド内光吸収に関する準備実験で優れた成果が得られたために国際共著論文を執筆しており、年内の出版を目指している。
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| Strategy for Future Research Activity |
UNSWにおける超高速過渡光吸収分光実験を実施し、その結果を踏まえて量子ドットを内包するヘテロ界面における多重光励起過程を解明し、アップコンバージョンの高効率化を決定する物理を解明してその成果を太陽電池へ実装する。
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| Causes of Carryover |
光電流測定精度を向上させるための設備備品（主にアクティブ除振台）を2019年1月に発注し、納期が4月初旬となったため当該助成金が発生した。すでに納品は完了し、計画に変更はない。
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Research Products
(8 results)
