2022 Fiscal Year Annual Research 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 / 超高速分光 / テラヘルツ分光 / シングルショット分光 |
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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、高効率化に向けた要件の一つである電圧維持の達成に向けた最適設計の解明を目指した。最終年度は、量子ナノ構造における擬フェルミレベル分裂(内部電圧に相当)を与える光キャリアダイナミクスの直接計測に向けて、テラヘルツシングルショット分光法の検討を行った。テラヘルツ帯は数meVの低エネルギーであり、テラヘルツ時間領域分光法によりサブピコ秒の時間分解能で光キャリア応答を観測することができる。本研究では、チャープパルス分光法における波形歪みを解消する手法により、広帯域・高感度でのシングルショットテラヘルツ波形計測が可能であることを示した。
これまで実施した研究により、多重積層InAs/GaAs量子ドット太陽電池において、絶対値発光(PL)スペクトルの電圧バイアス依存性、温度依存性、集光度依存性を詳細に調べることにより、量子ナノ構造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。高倍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と組み合わせることで、さらなる電圧向上が見込まれることを明らかにした。光閉じ込め構造についてはFabry-Perot共振器型に対して、積層方向に対する増強電場と量子ナノ構造の位置制御を行うことにより、10倍以上の光電場増強が得られる見積もりを得た。以上より、絶対値発光分光による量子ナノ構造太陽電池における擬フェルミレベル分裂の直接計測により、「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し、革新的原理に基づく次世代高効率デバイスの特性向上に資する知見を得た。
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