| 研究課題/領域番号 |
22K04183
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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21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 局在表面プラズモン共鳴 / InAs/GaAs量子ドット / 太陽電池 / ホットキャリア / 量子ドット超格子 / ホットキャリア型太陽電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体量子ドットを利用したホットキャリア型太陽電池の実現に向けて、本研究では、半導体量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴による赤外領域での光電場増強効果に注目する。光励起キャリアによる局在表面プラズモン共鳴を利用することで、InAs/GaAs量子ドット超格子からの高効率なホットキャリア電流取り出しを実現し、ホットキャリア型太陽電池の高効率化技術を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、InAs/GaAs量子ドット超格子を内包する太陽電池において、局在表面プラズモン共鳴を利用した高効率なホットキャリア電流取り出しを実現し、単接合型太陽電池の変換効率限界を突破する、ホットキャリア型太陽電池の学理構築と高効率化技術の開発を目的とする。2023年度は、高密度InAs/GaAs量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴による自由キャリア吸収特性に関する研究を遂行した。具体的な研究成果は以下の通りである。
○2022年度の研究成果より、電子の擬Fermi準位の上昇に伴って、InAs/GaAs量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長は近・中赤外波長域において短波長側へシフトする。InAs/GaAs量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長を太陽光スペクトルの波長帯域に制御することによって、GaAs層での自由キャリア吸収による励起レートが1桁増大することを、有限要素法をベースとした光電磁場解析によって明らかにした。この計算結果は、AlGaAs/GaAsヘテロ構造で構成された2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池において、InAs/GaAs量子ドット近傍の電場増強効果を利用することでエネルギー変換効率の向上が期待できることを示唆している。
○InAs/GaAs量子ドットの面密度を高くすることによって、自由キャリア吸収の吸収率が増大し、局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長が長波長側へシフトすることを明らかにした。また、高い電子密度においては局在表面プラズモン共鳴による散乱は吸収よりも強くなることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
単接合型太陽電池の変換効率限界を突破するホットキャリア型太陽電池の実現に向けて、高密度InAs/GaAs量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴による光電場増強特性を解明した。量子ドットにおけるバンド内遷移はホットキャリア型太陽電池の変換効率を向上させるため、局在表面プラズモン共鳴による光電場増強効果を利用することによって、単接合型太陽電池の変換効率限界を突破するホットキャリア型太陽電池の実現が期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
単接合型太陽電池の変換効率限界を突破するホットキャリア型太陽電池の実現に向けて、2024年度は、局在表面プラズモン共鳴による光電場増強効果を考慮したInAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池の理論変換効率を明らかにする。
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