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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of first-principles solar-cell simulator and design of innovative photovoltaic materials

Research Project

Project/Area Number 26286074
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

佐藤 和則  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60379097)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords第一原理計算 / 太陽電池 / 半導体 / 不純物 / 格子欠陥
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題ではこれまでに、ショックレー・クエイサー(SQ)理論に基づく効率計算、QSGW法による電子状態の精密計算などを用い、第一原理電子状態計算に基づく高効率太陽電池材料のシミュレーターの開発を進めてきた。最終年度であるH28年度には、これまでの知見を総合し、近年になって合成された擬ウルツ鉱型CuGaO2(CGO)に注目し、環境調和性の高い全酸化物太陽電池材料のデザインの為に、以下の3点について計算とデザインを行った。
(1)「 バンド構造の精密計算とSQ理論による効率限界の計算」: 結晶構造の精密な最適化を行い、CGOの計算には従来のHSE06計算で用いられているαパラメーターの微調整が必要であることを明らかにした。α=0.35とすることで、結晶構造と同時にバンドギャップをよく再現することができ、SQ理論によると薄膜においても25%程度の効率を達成する可能性があることが示唆された。
(2)「 p型伝導の起源とn型化の可能性の検討」: 格子欠陥や不純物の形成エネルギーの精密計算とCOHPと呼ばれる方法による化学結合解析に基づき、実験で観測されているp型伝導がCu空孔による可能性が高いことを突き止めた。同時に、Cu空孔の形成が非常に簡単に起こることから、不純物の添加によってもn型化することが非常に困難であることを指摘し、可能性の高い不純物としてCdを提案した。
(3) 「ZnOとの界面を用いたヘテロ構造太陽電池の提案」:CGOのn型化が難しいことから、本物質においては通常のpn接合による太陽電池の実現は困難である。しかし、ZnOとCGOの界面がタイプ2であることを第一原理計算により明らかにし、このヘテロ界面を用いることで全酸化物環境調和太陽電池の作成が可能であることを指摘した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Computational materials design for efficient red luminescence: InGaN codoped with Eu and the donor-acceptor pair of Mg and O2017

    • Author(s)
      A. Masago, M. Uemoto, T. Fukushima, K. Sato and H. Katayama-Yoshida
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys

      Volume: 56 Pages: 021001-1-5

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.021001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accurate energy bands calculated by the hybrid quasiparticle self-consistent GW method implemented in the ecalj package2016

    • Author(s)
      D. Deguchi, K. Sato, H. Kino, T. Kotani
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 55 Pages: 051201-1-8

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.051201

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Computational nano-materials design of self-organized nanostructures by spinodal nano-decomposition in Eu-doped GaN2016

    • Author(s)
      A. Masago, T. Fukushima, K. Sato and H. Katayama-Yoshida
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys

      Volume: 55 Pages: 070302-1-3

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.070302

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Microscopic origin of the ferromagnetism in GaAs-based DMS2017

    • Author(s)
      K. Sato, H. Morishita, V. A. Dinh, H. Katayama-Yoshida, T. Kakeshita
    • Organizer
      JSPS Core-to-Core Program “Computational Materials Design on Green Energy “, Summary International Symposium
    • Place of Presentation
      千里中央、大阪
    • Year and Date
      2017-03-21 – 2017-03-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 擬ウルツ鉱型CuGaO2のp型伝導の起源とn型化の設計指針2017

    • Author(s)
      奥村晴紀、佐藤和則、掛下知行
    • Organizer
      金属学会2017年春期講演大会
    • Place of Presentation
      首都大学東京
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [Presentation] GaAsベース磁性半導体における強磁性発現の微視的メカニズム2017

    • Author(s)
      佐藤和則、森下浩行、掛下知行、吉田博、福島鉄也
    • Organizer
      金属学会2017年春期講演大会
    • Place of Presentation
      首都大学東京
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [Presentation] QSGW法による電子状態の精密計算とタンデム型太陽電池材料のデザイン2016

    • Author(s)
      出口大幹、佐藤和則、小谷岳生、吉田博、掛下知行
    • Organizer
      金属学会2016年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-09-21 – 2016-09-23
  • [Presentation] 擬ウルツ鉱型β-CuGaO2の電子状態計算と太陽光エネルギー変換効率2016

    • Author(s)
      奥村晴紀、佐藤和則、掛下知行
    • Organizer
      金属学会2016年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-09-21 – 2016-09-23
  • [Presentation] 強磁性半導体EuOのキュリー温度に対する酸素欠陥とGdの同時ドーピングの効果2016

    • Author(s)
      冨田祐也、Dinh Van an、佐藤和則、掛下知行
    • Organizer
      金属学会2016年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-09-21 – 2016-09-23
  • [Presentation] Separated impurity band vs. merged impurity band in (Ga, Mn)As and (In, Mn)As2016

    • Author(s)
      V. A. Dinh, K. Sato, H. Katayama-Yoshida, T. Kakeshita
    • Organizer
      JSPS Core-to-Core Program “Computational Materials Design on Green Energy “
    • Place of Presentation
      Juelich, Germany
    • Year and Date
      2016-09-19 – 2016-09-30
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electronic structure of rare-earth doped GaN: Hybrid functional study with orbital polarization correction2016

    • Author(s)
      V. A. Dinh, K. Sato, H. Katayama-Yoshida, T. Kakeshita
    • Organizer
      The 9th International conference on physics and applications of spin-related phenomena in solids
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of co-doping by Gd substitution and O deficiency on electronic structure and Curie temperature of EuO2016

    • Author(s)
      Y. Tomita, V. A. Dinh, K. Sato, T. Kakeshita
    • Organizer
      The 9th International conference on physics and applications of spin-related phenomena in solids
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Separated Impurity Band vs Merged Impurity Band in GaMnAs and InMnAs2016

    • Author(s)
      V. A. Dinh, K. Sato, H. Katayama-Yoshida, T. Kakeshita
    • Organizer
      The 9th International conference on physics and applications of spin-related phenomena in solids
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Computational design of photovoltaic solar cell materials by controlling spinodal decomposition2016

    • Author(s)
      Kazunori Sato, Haruki Okumura, Tomoyuki Kakeshita, and Hiroshi Katayama-Yoshida
    • Organizer
      The 18th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications
    • Place of Presentation
      Jeji, Korea
    • Year and Date
      2016-07-03 – 2016-07-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] Computational nanomaterials design for nanospintronics: Room-temperature spintronics application in "Rare Earth and Transition Metal Doping of Semiconductor Materials Synthesis, Magnetic Properties and Room Temperature Spintronics"2016

    • Author(s)
      H. Katayama-Yoshida, K. Sato, T. Fukushima, A. Masago, M. Seike
    • Total Pages
      470 (うち担当 p. 3-42)
    • Publisher
      Woodhead Publishing
  • [Book] 「人工知能・機械学習・ディープラーニング関連技術とその活用」、計算機ナノマテリアルデザインとその応用2016

    • Author(s)
      吉田博、新屋ひかり、真砂啓、清家聖嘉、福島鉄也、佐藤和則
    • Total Pages
      296 (うち担当、第6節)
    • Publisher
      情報機構

URL: 

Published: 2018-01-16  

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