| 研究課題/領域番号 |
19H00768
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
喜多 隆 神戸大学, 工学研究科, 教授 (10221186)
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| 研究分担者 |
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
朝日 重雄 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60782729)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
2020年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
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| キーワード | 太陽電池 / 量子ドット / バンド内遷移 / 赤外光吸収 / バンド内光学遷移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子ナノ構造を利用するとバンド内のサブバンド間光学遷移によって赤外波長域に応答する光電変換が可能になる。これを太陽電池に応用すると、一般的な価電子バンド－伝導バンド間の光学遷移に加えてバンド内光学遷移が同時に発現し、太陽光の異なるスペクトル帯を幅広く吸収することによって太陽電池の変換効率を根本的に向上させることができる。本研究では、量子ナノ構造を利用してバンド内光学遷移分極制御の学理を追求し、ナノ構造の形状制御と不純物ドーピングによってバンド間光吸収に相当するような増感型バンド内光吸収を実現するとともに、可視域から赤外域までの広い波長帯域で感度を有する高効率光電変換デバイスに応用する。
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| 研究成果の概要 |
量子ナノ構造を利用するとバンド内のサブバンド間光学遷移によって赤外波長域に応答する光電変換が可能になる。これを太陽電池に応用すると、一般的な価電子バンド－伝導バンド間の光学遷移に加えてバンド内光学遷移が同時に発現し、太陽光の異なるスペクトル帯を幅広く吸収することによって太陽電池の変換効率を根本的に向上させることができる。本研究では、バンド内光学遷移始状態の電子占有率を制御してバンド間光吸収に相当するような強いバンド内光吸収を実現するとともに、高濃度不純物ドープ量子ドットにおける局在表面プラズモン形成によって近赤外および中赤外領域における光アンテナ効果を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
バンド内光学遷移分極の制御はヘテロ界面に量子ドットを１層だけ挿入することによって強いバンド内光吸収を実現した。この量子ドットとヘテロ界面を融合した量子ナノ構造におけるバンド内光学遷移エンジニアリングは光応答中心と光学遷移で励起される電子密度を独立して制御できる新しいアイデアであり、量子ドット形状による光学遷移選択の制御に加えて、量子ドット中の表面プラズモン閉じ込めによる光吸収増強効果も明らかとなり、高効率な太陽電池実現に必要な基礎特性を得ることができた。さらに、バンド内光学遷移エンジニアリングは近赤外域からテラヘルツ波長帯にまで及ぶ高感度な光センシングデバイス実現に波及すると期待できる。
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