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2020 Fiscal Year Annual Research Report

マルチバンドギャップ半導体を用いた中間バンド型太陽電池における光電変換機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19H02661
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

田中 徹  佐賀大学, 理工学部, 教授 (20325591)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 齊藤 勝彦  佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 助教 (40380795)
郭 其新  佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (60243995)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords中間バンド型太陽電池 / マルチバンドギャップ半導体 / テルル化亜鉛
Outline of Annual Research Achievements

(1)マルチバンドギャップ半導体ZnTeOを用いた中間バンド型太陽電池において、ZnTeOにClをドープすると二段階光吸収電流特性が向上することが明らかとなったが、中間バンド→伝導帯の光励起効率を向上するためには、中間バンドの電子の占有確率をさらに増加することが必要であることから、中間バンドの状態密度が異なる様々なO濃度のZnTeOに対してClの系統的ドーピングを行い、太陽電池の二段階光吸収電流との関係を明らかにした。その後、ZnCdTeOに対しても同様の実験を行い、ZnTeOで得られた結果と同様の効果があることを明らかにした。
(2)前年度に引き続き、(1)で作製したZnTeO中間バンド型太陽電池に対して、中間バンドに励起されたキャリアの隣接した層の伝導帯への脱出メカニズムを解明するため、ZnTeO中間バンド型太陽電池の外部量子効率や二段階光吸収電流の温度依存性や欠陥評価を行い、脱出パスの評価を行った。
(3)中間バンドを介した再結合を抑制することを目指して、材料・構造設計の観点から、中間バンドに隣接して価電子帯への遷移が非許容となるようなエネルギーバンドの形成や、伝導帯から中間バンドへの遷移が非許容となる状態にすることができないか、理論的考察を進めた。
(4)伝導帯の障壁は光励起キャリアの輸送を阻害し、取り出し効率の低下を招く。従来用いているZnTeO/ZnTe構造の場合、0.3eV程度の伝導帯オフセットが存在することから、深い領域で生成された電子は中間バンドに緩和している可能性がある。ZnTeOにCdを添加したZnCdTeO混晶では伝導帯のエネルギーを低エネルギー側へシフトできることが申請者らの研究により明らかとなっているので、ZnCdTeOにClを添加した中間バンド型太陽電池を作製し、キャリア取出し効率への効果を明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

各項目ともに研究計画に沿っておおむね順調に研究を進めてきている。

Strategy for Future Research Activity

2020年度に得られた結果をもとにして、以下のように研究を進める。
ZnTeO系中間バンド型太陽電池の二段階光吸収電流の増加を目的として、キャリア取り出し効率の向上に繋がるエネルギーバンド構造の設計と試作を行う。具体的にはZnCdTeO薄膜中のCd、O濃度の制御とブロック層に用いているZnTe薄膜についてもドーピングによる電気伝導度の制御を行う。これらを用いた太陽電池を試作し、光励起キャリアの取り出し効率の改善状況を評価する。また、中間バンドを介した再結合を抑制することを目指して、材料・構造設計の観点から、さらに理論的考察をすすめる。

  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Lawrence Berkeley National Laboratory/University of California at Berkeley(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Lawrence Berkeley National Laboratory/University of California at Berkeley
  • [Int'l Joint Research] 香港城市大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      香港城市大学
  • [Journal Article] Structural, optical, and electrical properties of WZ- and RS-ZnCdO thin films on MgO (100) substrate by molecular beam epitaxy2021

    • Author(s)
      HyoChang Jang, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz, Tooru Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 867 Pages: 159033(6pages)

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.159033

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of oxygen flow rate during the growth of Al-doped ZnCdO thin films by MBE2021

    • Author(s)
      HyoChang Jang, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Tooru Tanaka
    • Organizer
      2021年第68回応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2021年3月16日, 16a-Z24-1.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ZnTeO 中間バンド型太陽電池の ブロック層へのClドーピングによる効果2021

    • Author(s)
      七種 朗, 齊藤 勝彦, 郭 其新, 田中 徹
    • Organizer
      2021年第68回応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2021年3月17日, 17a-Z35-6.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Growth of low resistive Al-doped ZnCdO thin films with rocksalt structure for Transparent Conductive Oxide2020

    • Author(s)
      HyoChang Jang, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Tooru Tanaka, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz
    • Organizer
      47th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Virtual Meeting, June 15-August 21, 2020.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子線エピタキシー法によるPドープZnTe薄膜のアニール効果2020

    • Author(s)
      三島 聖也, 齊藤 勝彦, 郭 其新, 山根 啓輔, 若原 昭浩, 田中 徹
    • Organizer
      第17回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム, 2020年10月15日, オンライン, PD-22.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MBE法を用いて成長したPドープZnTe薄膜のアニール効果2020

    • Author(s)
      三島 聖也, 齊藤 勝彦, 郭 其新, 田中 徹
    • Organizer
      2020年度応用物理学会九州支部学術講演会, オンライン, 2020年11月29日, 29Ba-2.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ブロック層にClドープZnTeを用いたZnTeO中間バンド型太陽電池の作製と評価2020

    • Author(s)
      七種 朗, 齊藤 勝彦, 郭 其新, 田中 徹
    • Organizer
      2020年度応用物理学会九州支部学術講演会, オンライン, 2020年11月29日, 29Ba-3.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] IMPACT OF O2 FLOW ON PROPERTIES OF CU4O3 THIN FILMS FABRICATED BY RF SPUTTERING2020

    • Author(s)
      Md Abdul Majed Patwary, Chun Yuen Ho, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz, Tooru Tanaka
    • Organizer
      30th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-30) & Global Photovoltaic Conference 2020 (GPVC 2020), November 8-13, 2020, Jeju, Korea (Hybrid), T6-03-OP-5.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] HIGH TRNASMITTANCE TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDES OF ROCKSALT-AL-DOPED ZNCDO FOR FULL SPECTRUM SOLAR CELLS2020

    • Author(s)
      HyoChang Jang, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz, and Tooru Tanaka
    • Organizer
      30th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-30) & Global Photovoltaic Conference 2020 (GPVC 2020), November 8-13, 2020, Jeju, Korea (Hybrid), P2-T6-28.
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 佐賀大学光半導体研究室

    • URL

      http://www.sc.ec.saga-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2021-12-27  

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