2012 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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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 光電変換素子 / 有機半導体デバイス / 無機・有機ハイブリッド / 無機半導体デバイス / フォトンフォトキャリア直交性 |
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| Research Abstract |
光の進行方向とキャリア移動方向が直交するマルチストライプ フォトン-キャリア直交型光電変換素子では、太陽光スペクトル全体に亘る光電変換が可能で、高変換効率が期待される。
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に関する指針を得た。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で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、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のレーザー照射条件制御による、バンドギャップの異なる半導体マルチストライプの形成が示された。
光入射方向とキャリア移動方向を直交させるべく、素子端面から励起光を入射させI-V特性を得た。光電変換効率ηを光電変換層厚ｄの関数としてプロットすると、従来の垂直入射モードでは、光吸収量に支配されて変換効率が決まるｄの小さい領域でも、端面入射配置では高い変換効率が得られた。単一ストライプ構造であるが、光入射方向と生成フォトキャリアの移動方向が直交する上記光電変換素子の優位性を実証した。
マルチストライプへ展開すべく、Si基板へGeやCを拡散し、5mm程の幅広SiC/Si/SiGe 3ストライプの形成を試みた。SiGe、Si、SiCセルのI-V測定において、開放端素子電圧Vocが0.24V、0. 42V、0.62Vと変化し、系統的シフトを確認した。今後バンドギャップを最適化し、光をSiCからSiGe側へ入れる事で、太陽光スペクトルの広いバンド幅に亘って光電変換できることを示している。理論計算結果と合わせ、フォトンフォトキャリア直交型マルチストライプ光電変換素子実現に向けた原理確認ができた。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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