2010 Fiscal Year Annual Research Report
フォトン・フォトキャリア直交型マルチストライプ半導体光電変換素子の研究
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22350077
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
石橋 晃 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30360944)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 講師 (50360946)
海住 英生 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (70396323)
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| Keywords | 有機半導体デバイス / 無機・有機ハイブリッド / 微粒子半導体デバイス / 無機半導体デバイス |
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| Research Abstract |
バルクSi太陽電池、薄膜半導体太陽電池に続く、第3世代の高光電変換効率をもつ太陽電池の重要性は極めて大きい。従来の素子構造では、太陽光の入射方向と生成したフォトキャリアの移動方向が平行である為、光吸収とフォトキャリアの収集の間にはトレードオフがあり、両者を同時に最適化することは難しかったが、太陽光の進行方向とキャリアの移動方向を直交させることで、このトレードオフを解消できる可能性がある。特に、昇降順を最適化したマルチストライプのフォトン-キャリア直交型の新型光電変換素子構造では、光源のスペクトル全体に亘る光電変換が可能であるため、高い変換効率が得られると期待される。その為の基礎として、まず有機バルクヘテロ接合太陽電池の開放端電圧の起源に関する解析を行い、太陽光スペクトルを広く覆うための素材探しの指針を得た。次に要素技術の観点から、半導体層を挟み込む電極として極薄ながら極めて平坦な金属薄膜をフレキシブルな樹脂基板上で得られることを実験的に示した。また、有機半導体よりなるマルチ半導体ストライプ作製を試みたところ、複数のストライプを十分な厚みを以って形成することは容易ではないことが判明しため、アモルファス半導体材料を用いて光照射条件を変えることで、異なるバンドギャップを有する半導体層を形成することを試みた。a-Siを出発物質として用いて、これにレーザ光照射を行うことによって、微粒子Si層を形成することができた。アモルファス相が2000Åあれば結晶相との区別が可能であり、波長514nmのレーザーで結晶化可能であることが分かった。照射条件を変えることで、バンドギャップの異なる半導体マルチストライプを形成できることが示唆された。当該μc-Si層の吸収係数の逆数より幅広に照射域を設定することにより、高い変換効率が可能な上記マルチストライプ構造が作製できると期待される。また、上記新構造半導体を作製するための高清浄環境としてClean Unit System Platform(CUSP)を大きく進展させ、国内外での知財権へと繋げた。
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