2013 Fiscal Year Research-status Report
直接遷移／間接遷移ハイブリッド型超格子を用いた薄膜太陽電池の研究
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25420298
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
河原塚 篤 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (40329082)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 超格子 / 間接遷移 / 直接遷移 / GaAs / AlAs / InAs / 混晶 |
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| Research Abstract |
本年度は、GaAs/AlAs超格子を用いた太陽電池の実装と特性評価、特に本研究提案のエッセンスである直接／間接ハイブリッド構造の原理の実証に重点をおいて研究を進めた。分子線エピタキシー法を用いたGaAs/AlAs超格子太陽電池の製作を行った。X線回折測定による構造解析を行い、直接／間接ハイブリッド構造の実現に十分な構造精度をもつ素子の製作が可能であることを確認し、デバイスプロセスおよび光学特性の評価に着手している。
また理論解析の要素技術として、GaAs/AlGaAs超格子太陽電池の吸収率の評価を行った。これまでに開発した二次元系における吸収係数の計算手法を用いて活性層の厚さに対する吸収率スペクトルを理論的に評価するとともに、実際に太陽電池を製作し、外部量子効率（EQE）スペクトル測定の結果と比較した。この結果製作した超格子太陽電池は励起子吸収効果を取り入れた計算の結果と良く一致することが明らかになった。活性層の厚さを変えた素子を製作しEQEスペクトルの測定を行ったところ、２μｍの活性層で十分に入射光を吸収できることが明らかになった。この結果は、理論計算により求めた吸収率スペクトルは実験結果を定量的に説明できることを示しており、超格子太陽電池の構造設計に開発した理論解析手法が極めて有効であることを実証した。
さらにバンドギャップの最適化を目指したInGaAs/InAlAs超格子系の基礎研究としてバルク３元混晶系を用いた直接／間接ハイブリッド構造の検討に着手し、計算手法の実装を行うとともに、非混和域の検討を含め、実際の結晶成長の実現にむけた解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の大きな目標であるGaAs/AlAs超格子を用いた直接／間接ハイブリッド構造太陽電池の実装に関しては、結晶成長および構造解析の結果、十分な精度で実現可能であること確認し光学測定に着手しており、研究はおおむね順調に進展している。また理論解析に関しても計算手法の開発、実装を行うとともにより広い材料系での実現について検討を始めており一定の進展があった。また理論解析の定量性を実験的に確認できたことは、解析手法の有効性を示し研究をスムーズに進展させるうえで大きな成果であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
理論解析については、解析手法の開発を含め順調に進展しており、今後より広い材料系に対して解析を行うとともに順次成果を発表していく。
今後の目標として光学測定による直接／間接ハイブリッド構造の実証に重点をおいて研究を進めていく。これには間接遷移バンドの光学特性の評価が不可欠であり、実験手法の確立とともにその評価解析に関する考察が必要である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
直接／間接ハイブリッド構造のエッセンスである間接バンドの実験用に、光学測定機器の購入を予定していたが、理論解析の比重が大きかったことおよび現有設備による実験を行ったために、当初予定にくらべ光学部品の購入が少なかった。次年度以降の発展的な実験に備え予算の繰り越しを行った。
次年度分として請求した予算と合わせ、特に反射スペクトルの測定の為に光学機器、部品を購入する予定。
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