2019 Fiscal Year Research-status Report
A proof-of-concept study of heat recovery solar cell
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19K04523
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
上出 健仁 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (50454062)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱回収型太陽電池 / 結晶シリコン / 開放電圧 / 温度特性 / 熱電変換 / ホットキャリア太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来棄てられている自身の排熱の一部を熱電変換による熱起電力として回収することのできる新概念太陽電池「熱回収型太陽電池」の原理実証を行うことを目標とする。熱回収型太陽電池の特色は「正の温度特性」をもつこと、つまり、開放電圧や変換効率が光吸収体の温度上昇とともに向上することである。R1年度では、本目標の達成に向け、正の温度特性をもつ二種類の熱回収型太陽電池とそれに関連するホットキャリア太陽電池について以下の研究の進展が得られた。
1. 熱回収型太陽電池について正の温度特性がキャリアの非輻射再結合や高温化に伴う半導体材料のバンドギャップ縮小が存在しても損なわれずに顕在すること、さらに正の温度特性が得られるためにエネルギー選択層材料に求められる熱電物性などデバイス設計の理論的指針を現実的なモデルに基づき明らかにした。
2. 熱電変換素子をエネルギー選択層の代わりに代替した構造を考案し、結晶シリコンと市販のビスマステルル(BiTe)熱電材料を利用することでも、設計最適化により結晶シリコン単体セルのSQ限界を超える熱回収型太陽電池が得られる可能性があることを理論的に示した（熱回収型太陽電池 タイプII）
3. 結晶シリコンとBiTe系熱電素子を組み合わせた熱回収型太陽電池を作成し開放電圧の正の温度特性を確認した。
4. 太陽電池の非平衡理論に基づき、ホットキャリア太陽電池のI-V特性と安定性に調べ新たな知見を得た。安定で高効率なホットキャリア太陽電池を実現するためには、オージェ再結合係数の大きな光吸収層を利用するべきという一つの設計指針を得た。
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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
より現実的な理論モデルに基づき熱回収型太陽電池のデバイス物理をしらべ、その設計指針についていくつかの知見を得たこと。原理実証に向け、実験的な進展が得られたこと（熱回収型太陽電池（タイプII）の試作を行い開放電圧における効果を確認した）。関連するホットキャリア太陽電池についても、提案者オリジナルの太陽電池の非平衡理論に基づく理論解析を行い、新たな知見が得られたこと。以上により、本研究目標に向かい着実な進展が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱回収型太陽電池（タイプIとタイプII）の試作を続け、開放電圧のみならず効率の上で正の温度特性を確認することを目標とする。
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| Causes of Carryover |
R1年度は理論面の強化（開発の指針となる実デバイスに適したモデル計算）を主に行い、実験については研究室が保有する試料・機器などを用い試作機による予備的実験を行ったため、使用額が生じなかった。R1年度の未使用額は翌年度以降の実験に使用する。
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