Control of the nano-interface of heterojunction quantum dot solar cells and improvement of the charge separation efficiency for multiple excitons

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02565
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Shen Qing 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊田 太郎 電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576) ; 早瀬 修二 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任教授 (80336099)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 量子ドット / 光励起キャリアダイナミクス / ホットキャリア / 太陽電池

Outline of Final Research Achievements

Various interfaces in quantum dot solar cells were modified with organic molecules and inorganic materials, and due to their synergistic effect, it was possible to reduce the non-radiative recombination loss of photoexcited carriers and improve the balance between charge carrier extraction. As a result, the energy conversion efficiency of the PbS quantum dot solar cell was 15.45%, achieving the world's highest performance of the PbS quantum dot solar cell. We also evaluated the ultrafast relaxation dynamics of photoexcited carriers in quantum dots and found that the composition and surface states of quantum dots have a large effect on the relaxation of the hot carrier dynamics. This will be valuable basic data for the realization of multiple exciton-generating quantum dot solar cells in the future.

Free Research Field

ナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の研究成果の一つとしては量子ドット太陽電池の各種界面における相乗効果を持つパッシベーション方法の開発である。開発された手法とその発想は、量子ドット太陽電池の光電変換特性を向上させる新たなアイデアを提供するだけでなく、他のヘテロ接合太陽電池や発光ダイオード（LED）にも応用可能であり、今後、さらなる高性能な光電変換デバイスへの展開が期待される。また、量子ドットの組成と表面状態は量子ドットにおけるホットキャリアの緩和に大きい影響を与えることが判明した。これらの実験結果は次世代太陽電池の候補である多重励起子生成型量子ドット太陽電池の実現のために貴重な基礎データを提供できる。