太陽電池の効率向上へ向けた光電変換材料でのフォトニック結晶効果の探求

• 研究課題/領域番号: 23686050
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 冨士田 誠之 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40432364)
• 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: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円); 2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2012年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2011年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: フォトニック結晶 / 光電変換材料 / 光電変換素子 / 光吸収 / 太陽電池 / 光捕獲 / 光閉じ込め

研究概要

太陽電池は，光電変換材料において光を吸収し，キャリアを発生させることで，光を電気エネルギーへ変換するデバイスであり，いかに光の捕獲・吸収を効率よく行うかが，重要なポイントである．本研究では，フォトニックバンドによる光モードの制御が可能なフォトニック結晶の共振モード効果と材料との相互作用を最大化するための基本原理に関して理論検討を行い，フォトニック結晶による共振効果と材料で決まる吸収効果の整合をとると，光と材料との効率的な相互作用が生じ，吸収効果が増大するという原理をフォトニック結晶 光電変換素子を作製することで実証するとともに，太陽電池応用へ向けた広帯域動作のための設計指針を得た．

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of broadband optical absorption in photovoltaic devices by band-edge effect of photonic crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kawamoto, M. Fujita, and S. Noda
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: vol. 21, no. 17 ページ: 20111-20118
• [雑誌論文] Nanocavity brightens silicon (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita
  • 雑誌名: Nature Photon 巻: vol. 7, no. 4 ページ: 264-265
• [雑誌論文] Nanocavity brightens silicon (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 7 号: 4 ページ: 264-265
  • DOI: 10.1038/nphoton.2013.65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of broadband optical absorption in photovoltaic devices by band-edge effect of photonic crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kawamoto, M. Fujita, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 号: 17 ページ: 20111-20118
  • DOI: 10.1364/oe.21.020111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of photocurrent in ultrathin active-layer photodetecting devices with photonic crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Shigeta, M. Fujita, Y. Tanaka, A. Oskooi, H. Ogawa, Y. Tsuda, and S. Noda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: vol. 101, no. 16
• [雑誌論文] Enhancement of photocurrent in ultrathin active-layer photodetecting devices with photonic crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Shigeta, M. Fujita, Y. Tanaka, A. Oskooi, H. Ogawa, Y. Tsuda, and S. Noda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 16 ページ: 1611031-4
  • DOI: 10.1063/1.4759149
  • 査読あり
• [学会発表] フォトニック結晶を導入したµc-Si太陽電池の特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: Menaka De Zoysa,石崎賢司,梅田尚実,田中良典,藤田奨也,川本洋輔,重田博昭,冨士田誠之,野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原 (no. 18p-E16-5)
• [学会発表] フォトニック結晶を有するµc-Si太陽電池実構造の光吸収の理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中良典,川本洋輔,石崎賢司,Menaka De Zoysa,梅田尚実,藤田奨也,浅野卓,重田博昭,冨士田誠之,野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原 (no. 18p-E16-4)
• [学会発表] フォトニック結晶を導入した微結晶シリコン太陽電池の作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梅田尚実,Menaka De Zoysa,石崎賢司,田中良典,川本洋輔,藤田奨也,重田博昭,冨士田誠之,野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原 (no. 18p-E16-3)
• [学会発表] フォトニック結晶を用いたスーパーストレート型薄膜シリコン太陽電池の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 重田博昭,田中良典,冨士田誠之,石崎賢司,Menaka De Zoysa,野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原 (no. 18p-E16-1)
• [学会発表] フォトニック結晶構造を有する微結晶シリコン太陽電池の基礎検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石崎賢司,Menaka De Zoysa,田中良典,梅田尚実,川本洋輔,藤田奨也,重田博昭,冨士田誠之,野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原 (no. 18p-E12-1)
• [学会発表] A photonic-crystal terahertz-wave absorber and its application to terahertz communications (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kakimi, M. Fujita, M. Nagai, M. Ashida and T. Nagatsuma
  • 学会等名: The 4th Int. Sympo. THz NanoSci
  • 発表場所: Suita (TeraNano4)
• [学会発表] フォトニック結晶上への微結晶シリコン形成に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: Menaka De Zoysa,石崎賢司,川本洋輔,梅田尚実,田中良典,浅野卓,重田博昭,冨士田誠之,野田進
  • 学会等名: 第74回秋季応物学会
  • 発表場所: 京田辺 (no. 18a-A3-7)
• [学会発表] Capturing a terahertz wave by photonic-crystal slab (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kakimi, M. Fujita, M. Nagai, M. Ashida and T. Nagatsuma
  • 学会等名: 第32回電子材料シンポジウム(EMS32)
  • 発表場所: 守山
• [学会発表] Enhancement of optical absorption in solar cells by band-edge effect of photonic crystals. I−Formation of multiple bandedges− (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kawamoto, M. Fujita and S. Noda
  • 学会等名: The 10th Conf. Laser and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR2013)
  • 発表場所: Kyoto (ThP3-1)
• [学会発表] Terahertz-wave absorbers using a photonic crystal slab (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kakimi, M. Fujita, M. Nagai, M. Ashida and T. Nagatsuma
  • 学会等名: The 10th Conf. Laser and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR2013)
  • 発表場所: Kyoto (WC4-3)
• [学会発表] Capturing and absorbing a terahertz wave by a photonic-crystal slab (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kakimi, M. Fujita, M. Nagai, M. Ashida and T. Nagatsuma
  • 学会等名: 6th Global Symposium on Millimeter Wave 2013 (GSMM2013)
  • 発表場所: Sendai (no. M4-3)
• [学会発表] フォトニック結晶スラブを用いたテラヘルツ波吸収体 (2013)
  • 著者名/発表者名: 垣見亮磨, 冨士田誠之, 永井正也, 芦田昌明, 永妻忠夫
  • 学会等名: 第60回春季応物学会
  • 発表場所: 厚木 (no. 29p-D1-7)
• [学会発表] フォトニック結晶のバンド端共鳴効果による広帯域光吸収増大効果の実験的検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川本洋輔, Menaka De Zoysa, 石崎賢司, 梅田尚実, 田中良典, 重田博昭, 冨士田誠之, 浅野卓, 野田進
  • 学会等名: 第60回春季応物学会
  • 発表場所: 厚木 (no. 29a-C1-1)
• [学会発表] Enhancement of optical absorption in solar cells by band-edge effect of photonic crystals. I-Formation of multiple bandedges- (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kawamoto, M. Fujita and S. Noda
  • 学会等名: The 10th Conf. Laser and Electro-Optics Pacific Rim
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] フォトニック結晶のバンド端共鳴効果による広帯域光吸収増大効果の実験的検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川本洋輔, Menaka De Zoysa, 石崎賢司, 梅田尚実, 田中良典, 重田博昭, 冨士田誠之, 浅野卓, 野田進,
  • 学会等名: 第60回春季応用物理学会
  • 発表場所: 厚木
• [学会発表] Photocurrent enhancement in ultrathin silicon by the photonic band-edge effect (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita, H. Shigeta, Y. Tanaka, A. Oskooi, H. Ogawa, Y. Tsuda and S. Noda
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference 2012 (IPC2012)
  • 発表場所: Burlingame (no. MO2)
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] 光起電力素子の光電変換効率増大に向けたフォトニック結晶共振作用の最適化(IV) (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中良典, Ardavan Oskooi, 冨士田誠之, 重田博昭, 原潤一, 宮西晋太郎, 野田進
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 光起電力素子の光電変換効率増大に向けたフォトニック結晶共振作用の最適化(VI)～超格子構造の導入～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中良典, 川本洋輔, Ardavan Oskooi, 士田誠之, 重田博昭, 野田進
  • 学会等名: 第73回秋季応物学会
  • 発表場所: 松山 (no. 13p-B1-15)
• [学会発表] Enhancement of light emission and absorption in silicon photonic crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita, Y. Tanaka and S. Noda
  • 学会等名: 2012 Material Research Society Fall Meeting & Exhibit (MRS Fall 2012)
  • 発表場所: Boston (no. DD11.01)
• [学会発表] Trapping a terahertz wave in a photonic-crystal slab (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Kakimi, M. Fujita, M. Nagai, M. Ashida and T. Nagatsuma
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference 2012 (IPC2012)
  • 発表場所: Burlingame (no. WQ5)
• [学会発表] 光起電力素子の光電変換効率増大に向けたフォトニック結晶共振作用の最適化(IV) (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中良典, Ardavan Oskooi, 冨士田誠之, 重田博昭, 原潤一, 宮西晋太郎, 野田進
  • 学会等名: 第59回春季応物学会
  • 発表場所: 東京 (no. 15p-E-16)
• [学会発表] Photocurrent enhancement in ultrathin silicon by the photonic band-edge effect (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita, H. Shigeta, Y. Tanaka, A. Oskooi, H. Ogawa, Y. Tsuda and S. Noda
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference 2012
  • 発表場所: Burlingame
• [学会発表] Enhancement of light emission and absorption in silicon photonic crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Fujita, Y. Tanaka and S. Noda
  • 学会等名: 2012 Material Research Society Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston
  • 招待講演
• [学会発表] 光起電力素子の光電変換効率増大に向けたフォトニック結晶共振作用の最適化(VI)-超格子構造の導入- (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中良典, 川本洋輔, Ardavan Oskooi, 冨士田誠之, 重田博昭, 野田進
  • 学会等名: 第73回秋季応用物理学会
  • 発表場所: 松山
• [学会発表] Enhancement of optical absorption in solar cells by band-edge effect of photonic crystals. I −Formation of multiple bandedges−
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kawamoto, M. Fujita and S. Noda
  • 学会等名: The 10th Conf. Laser and Electro-Optics Pacific Rim
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] フォトニック結晶構造を有する微結晶シリコン太陽電池の基礎検討
  • 著者名/発表者名: 石崎賢司，MenakaDeZoysa，田中良典，梅田尚実，川本洋輔，藤田奨也，重田博昭，冨士田誠之，野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会,
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フォトニック結晶を用いたスーパーストレート型薄膜シリコン太陽電池の検討
  • 著者名/発表者名: 重田博昭，田中良典，冨士田誠之，石崎賢司，Menaka De Zoysa，野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フォトニック結晶を導入した微結晶シリコン太陽電池の作製
  • 著者名/発表者名: 梅田尚実，MenakaDeZoysa，石崎賢司，田中良典，川本洋輔，藤田奨也，重田博昭，冨士田誠之，野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フォトニック結晶を有するµc-Si太陽電池実構造の光吸収の理論解析
  • 著者名/発表者名: 田中良典，川本洋輔，石崎賢司，MenakaZoysa，梅田尚実，藤田奨也，浅野卓，重田博昭，冨士田誠之，野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] フォトニック結晶を導入したµc-Si太陽電池の特性評価
  • 著者名/発表者名: MenakaDeZoysa，石崎賢司，梅田尚実，田中良典，藤田奨也，川本洋輔，重田博昭，冨士田誠之，野田進
  • 学会等名: 第61回春季応物学会
  • 発表場所: 相模原
• [図書] ナノインプリント技術 「フォトニックナノ構造デバイスへの応用」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野田進，冨士田誠之（分担）
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: 電子情報通信学会