窒化物半導体歪み補償量子井戸によるマルチバンド太陽電池

• 研究課題/領域番号: 23686048
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 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)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円); 2013年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2012年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2011年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
• キーワード: 量子井戸 / 歪み補償 / 太陽電池 / サブバンド間吸収 / III-V化合物半導体 / 超格子 / in situ観察 / 窒化物半導体 / 2段階光電変換

研究概要

III-V族化合物半導体の量子井戸を用い，３準位系による２段階光電変換を実現し，50%以上のエネルギー変換効率が予測されているマルチバンド太陽電池の実現を目指した．まず，構造制御技術が確立しているInGaAs/GaAsP歪み補償量子井戸を用いた２段階光電変換を，トンネルによるキャリア輸送が可能な超格子構造について実証した．次に，高効率光電変換に適したワイドギャップ３準位系を形成するためのInGaN/AlGaN歪み補償量子井戸積層技術を構築し，従来のInGaN/GaN量子井戸に比べて良好な構造制御性おより発光特性を確認した．最後に本構造からの光励起キャリア取り出しについて基礎検証を行った．

研究成果

• [雑誌論文] A quantum-well superlattice solar cell for enhanced current output and minimized drop in open-circuit voltage under sunlight concentration (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiyama, Y. Wang; H. Fujii, H. Sodabanlu, K. Watanabe, Y. Nakano
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: v 46, n 2
• [雑誌論文] Growth of strain- compensated InGaN/AlN multiple quantum wells on GaN by MOVPE (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Anazawa, H. Sodabanlu, K. Fujii, Y. Nakano, M. Sugiyama
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: vol. 370, No. 1 ページ: 82-86
• [雑誌論文] Growth of strain-compensated InGaN/AlN multiple quantum wells on GaN by MOVPE (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazehiko Anazawa
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 370 ページ: 82-86
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.08.050
  • 査読あり
• [雑誌論文] A quantum-well superlattice solar cell for enhanced current output and minimized drop in open-circuit voltage under sunlight concentration (2013)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Sugiyama
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 46 号: 2 ページ: 24001-24011
  • DOI: 10.1088/0022-3727/46/2/024001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocurrent Generation by Two-Step Photon Absorption with Quantum-Well Superlattice Cell (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiyama, Y. Wang, K. Watanabe, T. Morioka, Y. Okada, Y. Nakano
  • 雑誌名: IEEE J. Photovoltaics 巻: v 2, n 3 ページ: 298-302
• [雑誌論文] Photocurrent Generation by Two-Step Photon Absorption with Quantum-Well Superlattice Cell (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Sugiyama, Y.Wang, K.Watanabe, T.Morioka, Y.Okada, Y.Nakano
  • 雑誌名: IEEE J.Photovoltaics 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] MOVPE-grown GaN/AlN resonant tunnelling diode : impact of interfacial non- abruptness (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Itoh, H. Sodabanlu, M. Sugiyama, and Y. Nakano
  • 学会等名: 17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
• [学会発表] MOVPE-grown GaN/AlN resonant tunnelling diode: impact of interfacial non-abruptness (2014)
  • 著者名/発表者名: Naruaki Itoh, Hassanet Sodabanlu, Masakazu Sugiyama, and Yoshiaki Nakano
  • 学会等名: 17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
• [学会発表] Simulation of intersubband transition in GaN-AlN multiple quantum wells (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Itoh, H. Sodabanlu, M. Sugiyama and Y. Nakano
  • 学会等名: 12th International Conference on Intersubband transition in quantum wells (ITQW 2013)
• [学会発表] GaN/AlNを用いたサブバンド間遷移光吸収のシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤成顕,ソダーバンルーハッサネット,杉山正和,中野義昭
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] 未開拓THz帯レーザ開発に向けたサブバンド間遷移に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤成顕,ソダーバンルーハッサネット,杉山正和,中野義昭
  • 学会等名: 第23回日本赤外線学会研究会
  • 発表場所: 防衛大学
• [学会発表] Impact of accumulated stress on the quality of InGaN/AlN MQWs on GaN grown by MOVPE (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Anazawa, H. Sodabanlu, K. Fujii, Y. Nakano and M. Sugiyama
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN 2012)
  • 発表場所: Sapporo, Japan (TuP-GR-34)
• [学会発表] Growth of Strain-Compensated InGaN/AlN MQWs on GaN by MOVPE (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Anazawa, H. Sodabanlu, K. Fujii, Y. Nakano, and M. Sugiyama
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-16)
  • 発表場所: Busan, Korea (MoA3-5)
• [学会発表] Growth of Strain-Compensated InGaN/AlN MQWs on GaN by MOVPE (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazehiko Anazawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-16)
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] Underlayer dependence of luminescence property for InGaN grown by MOVPE (2012)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Sugiyama
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN 2012)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（日本）
• [学会発表] Exploring the potential of quantum wells for efficiency enhancement in photovoltaic cells," Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Sugiyama, Y.Wang, Y.Wen, K.Watanabe, Y.Nakano
  • 学会等名: SPIE Photonic West
  • 発表場所: San Francisco, USA(Invited)
• [学会発表] Photocurrent Generation by Two-Step Photon Absorption with Quantum-Well Superlattice Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiyama, Y. Wang, K. Watanabe, T. Morioka, Y. Okada, Y. Nakano
  • 学会等名: Conference Record of the 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
• [学会発表] MOVPE法によるInGaN/AlN多重量子井戸の結晶成長および評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 穴澤風彦, ソダーバンルハッサネット, 藤井克司, 野義昭, 杉山正和
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学 (31a-ZE-8)
• [学会発表] Photocurrent Generation by Two-Step Photon Absorption with Quantum-Well Superlattice Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Sugiyama, Y.Wang, K.Watanabe, T.Morioka, Y.Okada, Y.Nakano
  • 学会等名: 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • 発表場所: Seattle, USA
• [学会発表] MOVPE法によるInGaN/AlN多重量子井戸の結晶成長および評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 穴澤風彦, ソダーバンルハッサネット, 藤井克司, 中野義昭, 杉山正和
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
• [学会発表] MOVPE法によるGaN/AlN共鳴トンネルダイオード構造の作製-窒化物量子井戸構造の解析-
  • 著者名/発表者名: 伊藤成顕,ソダーバンルーハッサネット,杉山正和,中野義昭
  • 学会等名: 電子デバイス研究会―機能ナノデバイスおよび関連技術―
  • 発表場所: 北海道大学
• [産業財産権] 発光ダイオード素子およびその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 杉山 正和 ,マニッシュ マシュー,中 野 義昭,ソダーバンル ハッサネット
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-099378
  • 出願年月日: 2013-05-10
  • 外国
• [産業財産権] 発光ダイオード素子およびその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 杉山正和，マニッシュマシュー，中野義昭，ソダーバンルハッサネット
  • 権利者名: 杉山正和，マニッシュマシュー，中野義昭，ソダーバンルハッサネット
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-099378
  • 出願年月日: 2013-05-10