Development of three-dimensional barrier layer for improving carrier collection efficiency in quantum dot solar cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15183
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30010:Crystal engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Shoji Yasushi 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 (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 Final Research Achievements

We investigated structures that reduce the recapture of photogenerated carriers by semiconductor quantum dots, which is an issue, in realizing highly efficient intermediate-band quantum dot solar cells. As a result, we succeeded in improving the carrier collection efficiency of the quantum dot solar cells by providing three-dimensional wide-gap barrier layers on the semiconductor quantum dots formed using lattice strain. This achievement is considered to be one of the elemental technologies for improving the efficiency of intermediate-band quantum dot solar cells.

Free Research Field

半導体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

持続可能社会に向けて太陽光発電の導入量拡大が期待されている。高効率太陽電池は小面積でも大きな発電量が得られるため、その普及は用途の拡大に繋がり、これまでにない太陽電池の利用法を創出する。本研究は理論上において既存の太陽電池の発電効率を上回る高効率中間バンド型太陽電池の実現に向けた技術を示した。現状では、当該太陽電池の発電効率は低い値に留まっているが、本成果で得られたような要素技術を組み合わせることで高効率化が可能である。また、本成果は量子構造を用いる他の半導体デバイスの高性能化にも有効と考える。