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3次元量子ドット超格子の作製評価と高効率太陽電池応用

研究課題

研究課題/領域番号 10J02281
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関筑波大学

研究代表者

庄司 靖  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード量子ドット / 太陽電池 / 中間バンド / 分子線エピタキシー / 結晶成長 / MBE
研究概要

本研究では、半導体量子ドットを用いて中間バンドを形成することで太陽電池の高効率化を図ることを目的としている。本年度は、長いキャリア寿命を有するInGaAs/GaAsSbタイプII量子ドット超格子セルをGaAs(311)B基板上に作製し評価した。その結果、タイプII構造の形成により、発光再結合損失が減少し、さらに中間バンドを介した2段階の光吸収レートが増大することを見出した。また、セルの特性としては非集光下において、J_<sc>=28.1mA/cm^2,V_<oc>=0.824V,FF=0.747が得られ、変換効率は17.3%を達成した。
次に、量子ドット内のキャリアが熱励起によって脱出する過程を抑制して2段階光吸収レートをさらに増大させるために、量子ドット超格子セルの母体材料としてバンドギャップエネルギーの大きいAIGaAsを用いることを検討した。本試料においては、価電子帯から伝導帯に励起された電子が量子ドット内に閉じ込められた後、赤外光を利用して再び伝導帯に励起される2段階光吸収過程の量子効率を最大で約4%まで向上させることに成功した。これは、母体材料のバンドギャップエネルギーを大きくしたことで、量子ドットの内のキャリアの熱励起が抑制され、光学遷移が向上したと考えられる。このとき、2段階光吸収による生成電流量はAM1.5太陽光スペクトル照射時における短絡電流値の12.6%を占めており、非常に高い値を得た。
上記の結果は、量子ドットから伝導帯への光学遷移が十分高いことを示唆しており、中間バンド型太陽電池において非常に有用な研究成果と考える。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2013 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (13件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Self-organized InGaAs/GaAs quantum dot arrays for use in high-efficiency intermediate-band solar cells2013

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji. Katsuhiro Akimoto, and Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 46 号: 2 ページ: 24002-24002

    • DOI

      10.1088/0022-3727/46/2/024002

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical properties of multi-stacked InGaAs/GaNAs quantum dot solar cell fabricated on GaAs (311)B substrate2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji. Katsuhiro Akimoto, and Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 112 号: 6 ページ: 64314-64314

    • DOI

      10.1063/1.4752733

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of spacer layer thickness on multi-stacked InGaAs quantum dots grown on GaAs (311) B substrate for application to intermediate band solar cells2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Kohei Narahara, Hideharu Tanaka, Takashi Kita, Katsuhiro Akimoto, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 号: 7 ページ: 74305-74305

    • DOI

      10.1063/1.3699215

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increase in photocurrent by optical transitions via intermediate quantum states in direct-doped InAs/GaNAs strain-compensated quantum dot solar cell2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada, Takayuki Morioka, Katsuhisa Yoshida, Ryuji Oshima, Yasushi Shoji, Tomoya Inoue, Takashi Kita
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 109

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-staqcked InGaAs/GaNAs quantum dot solar cell fabricated on GaAs (311)B substrate2010

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Ryuji Oshima, Ayami Takata, Takayuki Morioka, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Proceeding of IEEE Photovoltaic Specialists Conference

      巻: 35 ページ: 1859-1862

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-staqcked InAs/GaNAs quantum dots with direct Si doping for use in intermediate-band solar cells" Proceeding of 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference2010

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Morioka, Ryuji Oshima, Ayami Takata, Yasushi Shoji, Tomoya Inoue, Takashi Kita, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Proceeding of IEEE Photovoltaic Specialists Conference

      巻: 35 ページ: 1834-1837

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of 100 layer-stacked InAs/GaNAs strain-compensated quantum dots on GaAs(001) for application to intermediate band solar cell2010

    • 著者名/発表者名
      Ayami Takata, Ryuji Oshima, Yasushi Shoji, Kouichi Akahane, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Proceeding of IEEE Photovoltaic Specialists Conference

      巻: 35 ページ: 1877-1880

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of multi-stacked InAs/GaNAs self-assembled quantum dots on GaAs (001) grown using different As species

    • 著者名/発表者名
      Ayami Takata, Ryuji Oshima, Yasushi Shoji, Kouichi Akahane, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 高エネルギーギャップ母体材料を用いたInGaAs量子ドット太陽電池2013

    • 著者名/発表者名
      庄司靖, 秋本克洋, 岡田至崇
    • 学会等名
      第60回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      神奈川(神奈川工科大学)
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] InAs quantum dots grown on GaAsSb layer on different substrate orientation2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Katsuhiro Akimoto and Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
    • 発表場所
      Nara (Nara Prefectural New Public Hall)
    • 年月日
      2012-09-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] GaAs(311)B基板上InGaAs/GaAsSb量子ドット太陽電池2012

    • 著者名/発表者名
      庄司靖, 秋本克洋, 岡田至崇
    • 学会等名
      第73回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      愛媛(松山大学)
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] InGaAs/GaAsSb Type-II quantum dots for intermediate-band solar cell2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji. Katsuhiro Akimoto, and Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 発表場所
      Austin (Austin convention center)
    • 年月日
      2012-06-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] InGaAs量子ドット太陽電池における2段階吸収過程のバイアス依存性2012

    • 著者名/発表者名
      庄司靖, 秋本克洋, 岡田至崇
    • 学会等名
      第9回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • 発表場所
      京都(京都テルサ)
    • 年月日
      2012-05-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 中間バンド型量子ドット太陽電池における2段階光吸収過程2012

    • 著者名/発表者名
      庄司靖, 秋本克洋, 岡田至崇
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2012-03-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Multi-stacked quantum dots for application to high-efficiency intermediate band solar cells2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Kohei Narahara, Tomah Sogabe, Takuya Hoshii, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      International Symposium on Innovative Solar Cells 2012
    • 発表場所
      University of Tokyo, Tokyo
    • 年月日
      2012-03-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] EFFECT OF SPACER LAYER THICKNESS ON MULTI-STACK InGaAs QUAN TUM DOTS GROWN ON GaAs (311) B SUBSTRATE FOR USE IN INTERMEDIATE BAND SOLAR CELLS2011

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Kohei Narahara, Hideharu Tanaka, Takashi Kita, Katsuhrio Akimoto, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka
    • 年月日
      2011-11-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Current Enhancement in Direct Si-Doped InAs/GaNAs Strain-Compensated Quantum Dot Solar Cells2011

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Morioka, Yasushi Shoji, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 発表場所
      Washington State Convention Center, Seattle, USA
    • 年月日
      2011-06-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Control of size and density of multi-stacked self-organized InGaAs quantum dots grown on GaAs (311)B substrate2010

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Takayuki Morioka, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      Workshop on Information, Nano and Photonics Technology 2010
    • 発表場所
      Kobe University
    • 年月日
      2010-12-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Multi-stacked quantum dots for application to intermediate band solar cells2010

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Ryuji Oshima, Ayami Takata, Takayuki Morioka, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      3rd International symposium on Innovative solar cells
    • 発表場所
      Tokyo Tech Front
    • 年月日
      2010-10-07
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 高指数面基板上InGaAs量子ドット太陽電池の作製評価2010

    • 著者名/発表者名
      庄司靖、大島隆治、高田彩未、森岡孝之、秋本克洋、岡田至崇
    • 学会等名
      第7回次世代の太陽光発電システムシンポジウム
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2010-07-08
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] InGaAs/GaNAs quantum dot solar cell fabricated on GaAs(311)B substrate2010

    • 著者名/発表者名
      Multi-staqcked Yasushi Shoji, Ryuji Oshima, Ayami Takata, Takayuki Morioka, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 発表場所
      Hawaii Convention center USA
    • 年月日
      2010-06-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] Advanced Solar Cell Materials, Technology, Modeling, and Simulation (Chapter 10)2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada, Katsuhisa Yoshida, and Yasushi Shoji
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      IGI Global
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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