2021 Fiscal Year Research-status Report
Absolute photoluminescence spectroscopy for diagnosis and optimization of next-generation quantum nano solar cells
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20K05254
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Industrial Sclence and Technology |
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Principal Investigator |
玉置 亮 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 戦略的研究シーズ育成プロジェクト, 研究員(任期有) (10767742)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中間バンド型太陽電池 / 量子ドット太陽電池 / 一般化プランク則 / 絶対値発光分光 / ホットキャリア効果 / 出力電圧維持 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代量子ナノ構造太陽電池の候補である量子ドット中間バンド型太陽電池において、室温で観測された集光による電圧回復を示唆する効果をより詳細に理解するために、絶対値発光分光の低温での励起光強度依存性から、集光下での量子ドット基底状態における擬フェルミレベル分裂の非線形増大の振舞いについて解析した。多重積層InAs/GaAs量子ドット太陽電池において、低温集光下における絶対値PLスペクトルの測定を行った。一般化プランク則を用いて絶対値PLスペクトルを解析し、InAs量子ドット基底状態とGaAsバンド端それぞれについて、擬フェルミレベル分裂の励起密度依存性を定量評価した。GaAsバンド端発光については温度によらず、室温と同様にダイオード方程式から導かれる理論曲線とよく一致した。一方でInAs量子ドット基底状態については、室温の方が擬フェルミレベル分裂の非線形増大はより顕著であり、低温では理論曲線と一致する傾向を示した。
高倍集光下における電圧回復効果として、量子ドット中間バンド型太陽電池におけるホットキャリア効果についても検討を行った。ワイドバンドギャップのバリア層を有するInAs/AlGaAs量子ドット太陽電池において、絶対値PLスペクトルに対して一般化プランク則を用いた定量評価を行う際に、キャリア温度についてもパラメータとして解析することで、高倍集光下における擬フェルミレベル分裂とキャリア温度を抽出した。その結果、集光による擬フェルミレベル分裂の増大に加え、ホットキャリア効果による電圧向上が期待される結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度から研究機関を異動したことに加え新型コロナウイルスの影響もあり、昨年度までに構築した顕微分光による絶対値発光分光系やクリーンルームでの分子線エピタキシー（MBE）装置を利用した実験を行うことが難しく、当初予定していたフェーズ２以降における光閉じ込めナノ構造における実験の進捗に影響が出ている。一方で、現所属で構築しているシングルショット分光法を用いた超高速光ダイナミクス計測の手法は、本研究課題における次世代量子ナノ構造太陽電池の光キャリアダイナミクスを解明していく上でも有効であると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
絶対値発光分光を時間・空間分解分光に拡張した時空間局所分光に向けて、引き続き顕微分光系に超短パルスレーザーを組み合わせた光学系の構築を行うとともに、シングルショット分光法との融合による高感度・高速検出についても検討を進める。光マネジメント構造についてはシミュレーションに基づいたデバイス実装を目指して、次世代量子ナノ構造太陽電池における出力電圧の向上に資する設計指針の解明と最適化設計を実現する。時空間局所分光による量子ドット中間バンド型太陽電池における擬フェルミレベル分裂の直接計測と、光マネジメント構造とナノ構造バンドエンジニアリングの最適設計とデバイス実装により、「電圧維持」の要件達成と中間バンド型動作の原理実証に向けたデバイス設計指針を見出すことで、革新的原理に基づく次世代デバイスの特性向上に資する知見を得る。
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