高効率太陽電池材料の高倍率集光時におけるキャリアの動的ふるまいの解明

• 研究課題/領域番号: 25289360
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 西岡 賢祐 宮崎大学, 工学部, 教授 (00377441)
• 研究分担者: 福山 敦彦 宮崎大学, 工学部, 教授 (10264368)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2013年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: 集光多接合型太陽電池 / 変換効率 / キャリア輸送 / ホール移動度 / 多接合太陽電池 / 高倍率集光動作 / 光照射Hall測定 / 最適設計シミュレーション / キャリア拡散 / 自然エネルギーの利用 / 多接合型太陽電池 / キャリア散乱

研究成果の概要

資源枯渇や環境問題の解決策として超高効率な集光型接合型太陽電池が注目されている。従来の太陽電池よりも高い変換効率が得られるが、未だその値が理論期待値よりも低い事が課題である。本研究では、疑似太陽光を照射しながらSiとGaAsのHall測定を実施し、集光太陽光照射によって光励起キャリアの輸送過程にどのような影響が生じるかを調べた。その結果、SiとGaAsともに集光度増加によってHall移動度が減少し、この減少割合は半導体中の不純物濃度が大きいほど小さかった。集光型太陽電池の変換効率改善には適切な不純物濃度が存在することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of miniband formation and optical properties of strain-balanced InGaAs/GaAsP superlattice structure embedded in p-i-n GaAs solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuyama, K. Matsuochi, T. Nakamura, H. Takeda, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano, H. Suzuki, T. Ikari
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 8S2 ページ: 08MC07-08MC07
  • DOI: 10.7567/jjap.56.08mc07
  • NAID: 210000148228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of conversion efficiency for partially static concentrator with III-Ｖ on Si solar cell (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ota, Kenji Araki, Kan-Hua Lee, Masafumi Yamaguchi, and Kensuke Nishioka
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings(13th International Conference on Concentrator Photovoltaic Systems(CPV-13)) 巻: 1881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Designing of long wavelength cut thin film filter for temperature reduction of concentrator photovoltaic (2016)
  • 著者名/発表者名: Nawwar Ahmad, Keisuke Hatakeyama, Yasuyuki Ota and Kensuke Nishioka
  • 雑誌名: MATEC Web of Conferences 巻: 65 ページ: 04002-04002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field test analysis of concentrator photovoltaic system focusing on average photon energy and temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: Husyira Al Husna，Yasuyuki Ota，Takashi Minemoto，Kensuke Nishioka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54
  • NAID: 210000145602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of operating temperature and energy output of concentrator photovoltaic module under concentration conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ota, Kensuke Nishioka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 12 ページ: 122301-122301
  • DOI: 10.7567/jjap.53.122301
  • NAID: 210000144656
  • 査読あり
• [学会発表] 疑似太陽光照射による単結晶Si基板のキャリア移動度変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立神秀弥, 髙内健二郎, 德田直樹 鈴木秀俊, 碇哲雄, 西岡賢祐, 福山敦彦
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Effect of barrier thickness on formation of miniband in InGaAs/GaAsP superlattice structure for solar cells application (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, K. Matsuochi, H. Takeda, H. Suzuki, T. Ikari, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano and A. Fukuyama
  • 学会等名: The European Materials Research Society Spring Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Excitons in InGaAs/GaAsP multi quantum well and super lattice solar cell structures investigated by a photothermal spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ikari, K. Matsuochi, T. Nakamura, H. Takeda, H. Suzuki, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano and A. Fukuyama
  • 学会等名: The European Materials Research Society Spring Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of Conversion Efficiency for Partially Static Concentrator with III-Ｖ on Si solar cell (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ota, Kenji Araki, Kan-Hua Lee, Masafumi Yamaguchi and Kensuke Nishioka
  • 学会等名: 13th International Conference on Concentrator Photovoltaic Systems
  • 国際学会
• [学会発表] IMM InGaP/GaAs/InGaAs三接合型太陽電池サブモジュールの屋外動作解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田靖之, 植田浩介, 高本達也, 西岡賢祐
  • 学会等名: 第14回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
• [学会発表] 疑似太陽光照射によるSi移動度のドーピング濃度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高内健二郎, 立神秀弥, 松田真輝, 鈴木秀俊, 西岡賢祐, 碇哲雄, 福山敦彦
  • 学会等名: 第14回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
• [学会発表] 歪緩和層を挿入した超格子太陽電池のキャリア輸送評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 魯家男, 武田秀明, 中村翼, 鈴木秀俊, 碇哲雄, K. Toprasertpong, 杉山正和, 中野義昭, 福山敦彦
  • 学会等名: 第14回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
• [学会発表] フォトルミネッセンス法による超格子太陽電池のキャリア輸送特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村翼, 武田秀明, 魯家男, 鈴木秀俊, トープラサートポン カシディット, 杉山正和, 碇哲雄, 福山敦彦
  • 学会等名: 平成29年秋季 第78回応用物理学会学術講演会
• [学会発表] Investigation of Carrier Thermal Excitation Process in GaAs-Inserted InGaAs/GaAsP Superlattice Solar Cell (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, H. Takeda, J. Lu, H. Suzuki, T. Ikari, K. Topraserpong, M. Sugiyama, and A. Fukuyama
  • 学会等名: 第36回電子材料シンポジウム
• [学会発表] Investigation of carrier transport mechanism in superlattice Solar Cells with strain relaxation layer (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Takeda, T. Nakamura, J. Lu, H. Suzuki, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, T. Ikari, A. Fukuyama
  • 学会等名: 27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of light irradiation on carrier mobility of n- and p-type silicon Substrates for solar cell application (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Matsuda, S. Tategami, K. Takauchi, T. Ikari, K. Nishioka, and A. Fukuyama
  • 学会等名: 27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Hall Mobility in n- and p-Si Substrates under Concentrated Light Irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tategami, K. Takauchi, N. Matsuda, T. Ikari, K. Nishioka, A. Fukuyama
  • 学会等名: Korea-Japan Top University League Workshop on Photovoltaics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Change of Carrier Concentration in p-Si Substrates under Concentrated Light Irradiation and Solar Cells Application (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takauchi, S. Tategami, N. Matsuda, T. Ikari, K. Nishioka, A. Fukuyama
  • 学会等名: Korea-Japan Top University League Workshop on Photovoltaics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of carrier thermal escape in GaAs interlayer inserted InGaAs/GaAsP super-lattice solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Lu, T. Nakamura, H. Takeda, H. Suzuki, T. Ikari, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano, A. Fukuyama
  • 学会等名: Korea-Japan Top University League Workshop on Photovoltaics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstration of Carrier Tunneling Transport in Stark Ladder Formed in Superlattice Solar Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, H. Takeda, H. Suzuki, T. Ikari, M. Sugiyama, A. Fukuyama
  • 学会等名: Korea-Japan Top University League Workshop on Photovoltaics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽電池における光照射下のキャリア移動度の変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 碇哲雄, 立神秀弥, 松田真輝, 髙内健二郎, 西岡賢祐, 福山敦彦
  • 学会等名: 第7回次世代太陽電池用材料研究会
• [学会発表] 超格子太陽電池におけるシュタルクラダー状態下でのキャリア輸送特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村翼, 鈴木秀俊, 碇哲雄, 杉山正和, 福山敦彦
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 疑似太陽光を用いたホール測定による単結晶Si基板の移動度とキャリア濃度の変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高内健二郎，立神秀弥，德田直樹, 鈴木秀俊, 西岡賢祐, 碇哲雄, 福山敦彦
  • 学会等名: 第8回半導体材料・デバイスフォーラム
  • 発表場所: くまもと県民交流館パレア
  • 年月日: 2016-11-15
• [学会発表] Effect of Light Irradiation on Carrier Mobility of n- and p-Type Si Substrates for Solar Cell Application (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Tokuda, S. Tategami, H. Suzuki, T. Ikari, K. Nishioka, A. Fukuyama
  • 学会等名: 26th Int. Photovoltaic Science and Engineering Conference and Exhibition (PVSEC-26)
  • 発表場所: Marina Bay Sands Expo
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] 疑似太陽光照射によるSiの移動度とキャリア濃度の変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 立神秀弥，徳田直樹，西岡賢祐，碇哲雄，福山敦彦
  • 学会等名: 第13回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム (学振175シンポ)
  • 発表場所: アオーレ長岡
  • 年月日: 2016-05-19
• [学会発表] 集光型および平板型太陽電池システムの屋外性能比較 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今井 健太，太田 靖之，西岡 賢祐
  • 学会等名: 第7回半導体材料・デバイスフォーラム
  • 発表場所: ネストホテル熊本
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] Outdoor performance comparison of concentrator photovoltaic and flat-plate systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenta Imai，Yasuyuki Ota，Kensuke Nishioka
  • 学会等名: 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • 発表場所: Hyatt Regency-New Orleans
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会
• [学会発表] Consideration of Current Mismatch in Multijunction Solar Cells for Concentrator Photovoltaic Using Field Test Results of Lens Transmittance (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nomura, T. Hirohata, Y. Ota and K. Nishioka
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-27
• [学会発表] Field Test Analysis of Concentrator Photovoltaic System Focusing on Average Photon Energy and Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Husyira Al Husna, Yasuyuki Ota, Takashi Minemoto and Kensuke Nishioka
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-27
• [学会発表] Estimating of Cell Temperature in Concentrator Photovoltaic Module Using Direct Normal Irradiance and Ambient Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Imai, K. Nomura, Y. Ota and K. Nishioka
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-27
• [学会発表] Solar Cell Size Influence on Actual Concentrator Photovoltaic Module Operation Estimated Using Finite Element Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ota and K. Nishioka
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-27
• [学会発表] Estimation of Thermal Stress in Concentrator Solar Cell under Thermal Cycle Test and Outdoor Operation (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ota, K. Nishioka
  • 学会等名: European PV Solar Energy Conference and Exhibition
  • 発表場所: RAI Convention & Exhibition Centre, Amsterdam
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] Proposition of a New Valid Utilization for Shirasu Volcanic Ash using Renewable Energy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kosei Sato
  • 学会等名: 2014 The 4th International Conference on Advanced Materials Research (ICAMR 2014)
  • 発表場所: SOFITEL MACAUAT PONTE 16, Macau
• [学会発表] Pattern Formation of Silicon Oxide Thin Film with InkMask (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuya Ito
  • 学会等名: 2013 2nd International Symposium on Quantum, Nano and Micro Technologies(ISQNM 2013)
  • 発表場所: Holiday Inn Singapore Atrium, Singapore
• [学会発表] Simple Anti-soiling Coating Based on Silica for Fresnel Lens of Concentrator Photovoltaic (2013)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Nishioka
  • 学会等名: PVSEC-23
  • 発表場所: Taipei International Convension Center, Taipei, Taiwan
• [学会発表] Seasonal variation of performance in concentrator photovoltaic system (2013)
  • 著者名/発表者名: Kei Nomura
  • 学会等名: E-MRS 2013 FALL MEETING
  • 発表場所: Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland
• [学会発表] Output estimation of concentrator photovoltaic using mapping of environmental factors and performance (2013)
  • 著者名/発表者名: Kei Nomura
  • 学会等名: 15th International Conference on Defects Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors(DRIP-XV)
  • 発表場所: Sound Garden Hotel, Warsaw, Poland
• [学会発表] Effect of Heat Treatment on High Purity Nanoporous Silica Formed from Volcanic Ash Deposit Shirasu (2013)
  • 著者名/発表者名: Kosei Sato
  • 学会等名: The 4th International Conference on Multi-Functional Materials and Structures (MFMS 2013)
  • 発表場所: The Eastin Grand Hotel Sathorn, Bangkok, Thailand