| 研究課題/領域番号 |
19K04544
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
齋 均 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (50462825)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 太陽電池 / フォトニクス / 光吸収 / 薄膜シリコン / エナジーハーベスティング / エネルギーハーベスティング / フォトニック結晶 / アモルファスシリコン / フォトニック構造 / エナジーハーベスティング技術 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
IoT技術の発展に伴い、各種センサ・通信素子駆動用の独立電源として環境光から電力を得るエナジーハーベスティング用太陽電池（EHPV）への期待が高まっている。EHPVでは設置環境における入射光スペクトルに応じた光吸収増強が求められる。本研究では、フォトニック結晶に代表されるフォトニクス技術を活用して所望の波長帯の光吸収増強を図り、EHPVの発電効率の大幅向上を目指す。数値解析により単色光を含む典型的な入射光に対し光吸収増強効果を最大化するフォトニック結晶構造を探索し、これを解析・統合することで各環境に適した構造選定を可能とする。さらに解析結果を元に実際にEHPV素子を作製しその効果を実証する。
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| 研究成果の概要 |
IoT技術の発展に伴い、各種センサ・通信素子駆動用の独立電源として環境光から電力を得るエナジーハーベスティング用太陽電池（EHPV）への期待が高まっている。本研究では、EHPVの発電効率の向上を目的に、フォトニクス技術を活用した光吸収増強に関する実験的検証を行った。ガラス基板上にフォトニック結晶を形成し、その上に各層を堆積して薄膜シリコン太陽電池を形成した。検討の結果、フォトニック結晶において適切な単位構造の形状を選定し適切な周期・アスペクト比を選ぶことで、平坦基板に較べ、短絡電流密度が最大50%、発電効率が最大40％向上する結果を得た。本手法が発電効率向上に極めて有効であることが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光を電力に変換する太陽電池では、発電可能な波長域の入射光を最大限に吸収し、光電流として取り出すことが基本的に重要である。シリコンは、安定・無毒な優れた半導体材料として知られるが、太陽電池応用では光吸収係数が小さいことが欠点であり、特に薄膜シリコン太陽電池では、発電効率が光吸収で制限されてしまう。本研究では、透明基板に形成したフォトニック結晶構造を導入することにより、薄膜シリコン太陽電池の大幅な光吸収増強および発電効率の向上が可能であることを実証した。将来的なエナジーハーベスティング素子の効率向上に資する成果である。
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