2020 Fiscal Year Annual Research 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, 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 |
一般的な単接合太陽電池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、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）と共同して研究によっ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。本年度はコロナ禍において若手研究者の派遣が困難であったため、神戸大学とニューサウスウェールズ大学の両拠点でそれぞれ研究を推進しながらオンラインで研究成果の交換とと議論を重ねて研究を実施した。具体的な成果は以下の通りである。
（１）デバイスシミュレータを用いて極性の意異なるGaAs基板上にAlGaAs/InAs QD/GaAsヘテロ構造を真性層に内包する太陽電池構造の最適設計を行い、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。
（２）作製した新型太陽電池に対して、朝日が2019年7月にニューサウスウェールズ大学に滞在した際に持参したデバイスをニューサウスウェールズ大学でし発光、光電流特性、吸収端、再結合特性などを詳細に評価し、それぞれの相補的関係性を明らかにした。
（３）これらの成果をもとに電子あるいは正孔を蓄積した量子ナノ構造における２段階光励起メカニズムを解明するとともに、太陽電池デバイス特性のシミュレーションを実施して太陽電池出力特性を予測した。
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