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量子井戸中間バンド太陽電池の作製と光学的評価

研究課題

研究課題/領域番号 14F04724
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東京大学

研究代表者

杉山 正和  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90323534)

研究分担者 DELAMARRE AMAURY  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
DELAMARRE Amaury  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード太陽電池 / 化合物半導体 / 量子構造 / 量子井戸 / フォトルミネッセンス / 中間バンド
研究実績の概要

量子井戸を挿入したIII-V族化合物半導体太陽電池に関して,集光下での開放電圧が同じバンドギャップを持つバルク材料による太陽電池に対して有意に増大する現象が昨年度確認されていた.今年度は,そのメカニズムを詳細に調査した.同一の構造を有するInGaAs/GaAsP量子井戸(20層)を光吸収層(i層)として用い,nおよびp層をGaAs,さらにバンドギャップの大きなInGaPと変化させた2種類の単接合太陽電池を作製した.太陽電池の熱力学的モデルによれば,開放電圧を決めるのは吸収層のバンドギャップであり,2つのセルは同一の開放電圧を示すはずである.しかし,光強度を太陽光の集光度として1~1000倍の範囲で変化させて開放電圧を測定したところ,InGaPを用いた場合のほうが1000倍集光で0.2 Vほど開放電圧が高くなった.これとは逆方向の実験として.上記2つの太陽電池に外部から電流注入してエレクトロルミネッセンスの強度を測定した.その結果,InGaPを用いた太陽電池においてGaAsを用いた場合と同一のエレクトロルミネッセンスの強度を得るためには,0.15 Vほど大きな外部電圧を必要とすることが分かった.これらの結果を,太陽電池のデバイスシミュレーションを併用しながら検討した結果,検討対象とした量子井戸挿入太陽電池においては電子・成功の分布が空間的に不均一であり,太陽電池内部において電子・正孔が空間的に熱力学的平衡を満たしていないことがわかった.この結果は,今後さらなる高効率化を目指して量子構造太陽電池の設計を最適化する際にきわめて重要な知見である.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental Demonstration of Optically Determined Solar Cell Current Transport Efficiency Map2016

    • 著者名/発表者名
      A. Delamarre, L. Lombez, K. Watanabe, M. Sugiyama, Y. Nakano, and J.-F. Guillemoles
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Photovoltaics

      巻: 6 号: 2 ページ: 528-531

    • DOI

      10.1109/jphotov.2016.2516249

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative optical measurement of chemical potentials in intermediate band solar cells2015

    • 著者名/発表者名
      Rale, P; Delamarre, A; El-Hajje; Tamaki, R; Watanabe, K; Shoji, Y; Okada, Y; Sugiyama, M; Lombez, L; Guillemoles, JF
    • 雑誌名

      JOURNAL OF PHOTONICS FOR ENERGY

      巻: 5 号: 1 ページ: 053092-053092

    • DOI

      10.1117/1.jpe.5.053092

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Quasi-Fermi level splitting evaluation based on electroluminescence analysis in multiple quantum-well solar cells for investigating cell performance under concentrated light2016

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, K. Toprasertpong, A. Delamarre, K. Watanabe, M. Paire, L. Lombez, J.-F. Guillemoles, M. Sugiyama, and Y. Nakano
    • 学会等名
      SPIE Photonics West
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-02-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial carrier collection efficiency imaging by luminescence2015

    • 著者名/発表者名
      A. Delamarre, L. Lombez, K. Watanabe, M. Sugiyama, J.-F. Guillemoles
    • 学会等名
      PVSEC-25
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2015-11-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of the Host Pin Diode Material in Multi-Quantum Well Solar Cells2015

    • 著者名/発表者名
      A. Delamarre, Y. Wang, Y. Nakano, J.-F. Guillemoles, M. Sugiyama
    • 学会等名
      The 30th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hambourg, Germany
    • 発表場所
      Hambourg, Germany
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of carrier collection and open-circuit voltage of multi-quantum well solar cells by luminescence2015

    • 著者名/発表者名
      Amaury Delamarre, Hiromasa Fujii, Kentaroh Watanabe, Laurent Lombez, Jean-François Guillemoles,Masakazu Sugiyama
    • 学会等名
      SPIE Photonic West; Symposium: Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices IV
    • 発表場所
      San Fransisco
    • 年月日
      2015-02-07 – 2015-02-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of solar cells operation by luminescence: Current and voltage analysis on CIGS and multi-quantum well solar cells2014

    • 著者名/発表者名
      Amaury Delamarre, Laurent Lombez, Pierre Rale, Gilbert El-Hajje, Daniel Ory, Myriam Paire, Hiromasa Fujii, Warakorn Yanwachirakul, Kentaroh Watanabe, Masakazu Sugiyama, Yoshiaki Nakano, Pierre Destruel, Jean-François Guillemoles
    • 学会等名
      IUMRS-ICA 2014 (The International Union of Materials Reseach Societies - International Conference in Asia 2014); Symposium E-1
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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