次世代太陽電池への提案：量子井戸島による光アップコンバージョンと効率向上

• 研究課題/領域番号: 25289362
• 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: 豊田工業大学
• 研究代表者: 神谷 格 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10374018)
• 研究協力者: テックス ディヴィッド ; 金光 義彦 ; 下村 憲一 ; 高林 紘 ; 山田 郁彦 ; チャン ユゥウェイ
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2013年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 半導体 / 量子構造 / 電子物性 / 太陽電池 / 結晶成長 / エネルギー変換 / MBE / 半導体物性

研究成果の概要

量子井戸島構造という新しい量子構造を用いた光アップコンバージョンについて検討を行った。　予備研究によりその機構をAuger過程によるものと推察していたが、それを支持する一連の結果を得た。　また、アップコンバージョンによる光電流の検出に成功し、複数光線励起を用い、光電流と蛍光計測とを組み合わせ、キャリアダイナミクスを明らかにした。　また、赤外から可視への変換だけでなく、安定な中間準位としても量子井戸島構造が有効である可能性を示し、変換効率の向上全般に利用し得る事を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Femtosecond upconverted photocurrent spectroscopy of InAs quantum nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, D. M. Tex, I. Kamiya, and Y. Kanemitsu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 号: 1 ページ: 013905-013905
  • DOI: 10.1063/1.4926569
  • NAID: 120005743599
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observation of strain in InAs quantum dots and cap layer during molecular beam epitaxial growth using in situ X-ray diffraction (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Shimomura, Hidetoshi Suzuki, Takuo Sasaki, Masamitu Takahasi, Yoshio Ohshita, and Itaru Kamiya
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 118 号: 18 ページ: 185305-185305
  • DOI: 10.1063/1.4935456
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature and light-intensity dependence of upconverted photocurrent generation in shallow InAs quantum structures (2014)
  • 著者名/発表者名: D. M. Tex, T. Ihara, I. Kamiya, and Y. Kanemitsu
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 号: 5S1 ページ: 05FV01-05FV01
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05fv01
  • NAID: 210000143898
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] InAs Quantum Well Islands – A Novel Structure For Photon Up-conversion From the Near IR To the Visible (2013)
  • 著者名/発表者名: Itaru Kamiya, David M. Tex, Kenichi Shimomura, Fumihiko Yamada, Ko Takabayashi, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 雑誌名: Proceedings of the 39th IEEE Photovoltaics Specialists Conference 巻: 2013 ページ: 3040-3044
  • 査読あり
• [学会発表] 表面In(Ga)As量子ドット仕事関数の歪依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林知弘、高林紘、下村憲一、Yuwei Zhang、山田郁彦、神谷格
  • 学会等名: 2016年春季第63回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Up-converted photoluminescence in InAs QD-based structures with confined state (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuwei Zhang and Itaru Kamiya
  • 学会等名: 2016年春季第63回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Epitaxial Growth of InAs-based Quantum Structures on GaAs (2015)
  • 著者名/発表者名: Itaru Kamiya
  • 学会等名: Collaborative Conference on Crystal Growth
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-12-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 21.nm-scale Workfunction Measurements on the Interface between Si and Surface Layers on the Crystalline Si Solar Cell using Kelvin Probe Force Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Yamada, Takefumi Kamioka, Kyotaro Nakamura, Yoshio Ohshita, Itaru Kamiya
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) Meeting on Vacuum Electronics
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 2015-11-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strain Control of InAs Quantum Dots on GaAs(001) by Molecular Beam Epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shimomura, I. Kamiya
  • 学会等名: 31st North American Molecular Beam Epitaxy Conference
  • 発表場所: Riviera Maya, Mexico
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] 20.Growth of InAs-based Quantum Structures and their Electronic Properties Controlled by Strain (2015)
  • 著者名/発表者名: Itaru Kamiya
  • 学会等名: SemiconNano 2015
  • 発表場所: Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of trapping processes on photocurrent generation efficiencies in quantum-dot intermediate-band solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: D. M. Tex, T. Ihara, I. Kamiya, and Y. Kanemitsu
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-6)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] 19.Understanding and Controlling Epitaxial Growth of Lattice Mismatched Materials Using InGaAs on GaAs (2014)
  • 著者名/発表者名: Itaru Kamiya
  • 学会等名: Collaborative Conference on Crystal Growth (3CG 2014)
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2014-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒励起光電流分光によるInAs量子構造の光キャリアアップコンバージョン過程と電子・正孔寿命の決定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田泰裕、David M. Tex、神谷格、金光義彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] Identification of trap states for two-step two-photon-absorption processes in InAs quantum structures for intermediate-band solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: David M. Tex, Itaru Kamiya, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 学会等名: 40th IEEE Photovoltaics Specialists Conference
  • 発表場所: Denver, CO, U.S.A.
  • 年月日: 2014-06-13
• [学会発表] InAs Quantum Well Islands – a Novel Structure For Photon Up-conversion From the Near IR To the Visible (2013)
  • 著者名/発表者名: Itaru Kamiya, David M. Tex, Kenichi Shimomura, Fumihiko Yamada, Ko Takabayashi, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 学会等名: 39th IEEE Photovoltaics Specialists Conference
  • 発表場所: Tampa, FL, U.S.A.
• [学会発表] Temperature dependence of highly efficient photocurrent generation in shallow InAs quantum structures (2013)
  • 著者名/発表者名: David M. Tex, Toshiyuki Ihara, Itaru Kamiya, and Yoshihiko Kanemitsu
  • 学会等名: 2013 Japan Society of Applied Physics – Materials Research Society Joint Symposia
  • 発表場所: 京都、同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] Controlling shapes of InAs two-dimensional structures on AlGaAs (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Takabayashi, David M. Tex, Kenichi Shimomura, Fumihiko Yamada, and Itaru Kamiya
  • 学会等名: 2013 Japan Society of Applied Physics – Materials Research Society Joint Symposia
  • 発表場所: 京都、同志社大学京田辺キャンパス