2021 Fiscal Year Research-status Report

量子ドット太陽電池のキャリア収集効率改善に向けた3次元障壁層の開発

Research Project

Project/Area Number	20K15183
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	庄司靖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, 研究員 (20827357)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	量子ドット / 中間バンド型太陽電池 / 量子ナノ構造 / 結晶成長 / 分子線エピタキシー
Outline of Annual Research Achievements	本研究では量子ドットなどのナノ構造を使って太陽電池の変換効率を向上させることを目的としている。当該方式では量子ナノ構造内で光生成されたキャリアを再び光によって取り出す―2段階の光学遷移を利用する。これにより理論上は電流値の増大が生じるが、実際に作製されたデバイスでは光吸収によって生成されたキャリアが太陽電池構造内を伝導する際に、量子ナノ構造に捕獲されてることで損失となっている。そこで本研究ではワイドギャップ材料であるAlAsSbを量子ドットの周囲に成長することで、上記のキャリア捕獲を抑制する構造を作製し、量子ナノ構造太陽電池における再結合損失を抑制させて変換効率を改善することを目的としている。本年度はInGaAs量子ドットの周囲にAlAsSbを成長し、さらにAlGaAsで埋め込む構造について積層成長を試みた。当該構造について積層成長を行ったあとも1層目と同じようなナノ構造が確認され、良好な積層構造が形成できていることが明らかとなった。一方、GaSb量子ドットに対しても同様に積層構造を作製したが、走査型透過電子顕微鏡を用いて積層構造の断面を解析したところ、転位が多く発生している様子が観察された。このことから、GaSb量子ドットに対してAlAsSbを導入するには構造最適化が必要であることがわかった。そのため、GaSb量子ドットについてはAsを導入することで局所的な歪みの発生を減少させることに取り組み、同構造において結晶品質およびキャリア寿命が良好となる組成を明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 新型コロナウイルス感染予防対策としてテレワークが増加したことにより、実験回数が制限され、作製条件の最適化などにおいては影響が出ているが、当初の計画に近い構造は形成できている。また太陽電池構造の作製にもすでに着手しており、おおむね順調に進んでいると判断する。
Strategy for Future Research Activity	計画通り、これまで得られた知見をもとに量子ナノ構造を導入した太陽電池の作製および高効率化に取り組む。また、作製したデバイスに対して疑似太陽光を照射した状態で電流電圧特性を測定することでAlAsSb層がキャリア収集率にもたらす効果を評価する。
Causes of Carryover	新型コロナウイルスの影響により、計画時には想定していなかったテレワークや装置の立ち下げが必要となった。これにより、物品費の購入額が少なくなった。加えて、学会等は基本的にオンラインで開催されていたため、旅費を利用する機会がなかった。なお、2021年度内に契約(発注)した分のうち、一部の物品と分析に関しては2022年4月納品となったため、2022年度の直接経費として計上される。2021年度の発注分は919,658円であり、当初の予定額から大きく逸脱はしていない。繰越分は次年度の物品購入費および分析費等にあてる予定である。