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高密度自己組織化量子ドットアレイの作製と光電変換メカニズムの解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 26246017
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 結晶工学
研究機関東京大学

研究代表者

岡田 至崇  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40224034)

研究協力者 玉置 亮  東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教
庄司 靖  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教
吉田 勝尚  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任研究員
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2016年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2015年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
2014年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
キーワード量子ドット太陽電池 / 中間バンド太陽電池 / 自己組織化量子ドット / 2段階光吸収過程 / 分子線エピタキシー / 量子ドット超格子 / 量子ドット / 2段階光吸収過程 / フーリエ変換光電流分光法 / 結晶成長 / 高効率太陽光発電材料・素子 / 太陽電池 / 半導体物性 / 量子ナノ構造 / 2段階光吸収 / 太陽光発電 / 量子効率
研究成果の概要

従来のpn接合間の最適なエネルギー位置に新たにバンド構造を導入した中間バンド型太陽電池が実現できると、エネルギー変換効率の理論値は60%(集光時)を上回り、現在の単結晶Si太陽電池の2~3倍の発電量が得られる。このような太陽電池を実現する素子構造として、高密度、高均一で周期配列させた量子ドット超格子(ドット結晶)が挙げられる。
本研究では価電子帯から中間バンドへ、また中間バンドから伝導帯への励起強度と時間遅れが光電流に及ぼす影響を網羅的に調べることにより、中間バンドの役割を明確にし、かつこのときの最適な集光条件を見出すことにより、電流整合の最適化及び高電圧化を図ることを目的とした研究を行った。

報告書

(5件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 6件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 13件、 招待講演 9件) 図書 (2件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] 国立科学研究センター(CNRS)(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] 国立科学研究センター(CNRS)(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] インペリアルカレッジロンドン/ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Multi-stacked GaSb/GaAs type-II quantum nanostructures for applica-tion to intermediate band solar cells2017

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shoji, Ryo Tamaki, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 7 号: 6 ページ: 065305-065305

    • DOI

      10.1063/1.4985722

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hybrid photovoltaic and thermoelectric module for high concentration solar system2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Takeshi Toyoda, Yoichi Tamura, Akinari Matoba, Toshiharu Minamikawa, Masayuki Tokuda, Megumi Masui, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1881 ページ: 100002-100002

    • DOI

      10.1063/1.5001453

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of Si doping and sunlight concentration on the performance of InAs/GaAs quantum dot solar cells2017

    • 著者名/発表者名
      Shunya Naito, Katsuhisa Yoshida, Naoya Miyashita, Ryo Tamaki, Takuya Hoshii, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Photonics for Energy

      巻: 7 号: 2 ページ: 025505-025505

    • DOI

      10.1117/1.jpe.7.025505

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient two-step photocarrier generation in bias-controlled InAs/GaAs quantum dot superlattice intermediate-band solar cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kada T.、Asahi S.、Kaizu T.、Harada Y.、Tamaki R.、Okada Y.、Kita T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 5865-5865

    • DOI

      10.1038/s41598-017-05494-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High density quantum dot solar cells for concentrating photovoltaics2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada, Yasushi Shoji, Chao-Yu Hung, Daniel J. Farrell, Tomah Sogabe
    • 雑誌名

      IEEE Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe

      巻: June ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/eeeic.2017.7977408

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of Cr Doped CuGaS2 Thin Films Synthesized By Chemical Spray Pyrolysis2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ahsan, S. Kalainathan, N. Miyashita, T. Hoshii, Y. Okada
    • 雑誌名

      Mechanics, Materials Science & Engineering MMSE Journal

      巻: 9

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiband modification of III-V dilute nitrides for IBSC application2017

    • 著者名/発表者名
      Nazmul Ahsan, Naoya Miyashita, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz, Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10099, Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices VI

      巻: - ページ: 100990I-100990I

    • DOI

      10.1117/12.2250700

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Insights on energy selective contacts for thermal energy harvesting using double resonant tunneling contacts and numerical modeling2016

    • 著者名/発表者名
      A. Julian, Z. Jehl, N. Miyashita, Y. Okada, J.-F. Guillemoles
    • 雑誌名

      Superlattices and Microstructures

      巻: 100 ページ: 749-756

    • DOI

      10.1016/j.spmi.2016.10.023

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Demonstration of the operation principles of intermediate band solar cells at room temperature2016

    • 著者名/発表者名
      E. López, A. Datas, I. Ramiro, P.G. Linares, E. Antolin, I. Artacho, A. Marti, A. Luque, Y. Shoji, T. Sogabe, A. Ogura, Y. Okada
    • 雑誌名

      Solar Energy Materials and Solar Cells

      巻: 149 ページ: 15-18

    • DOI

      10.1016/j.solmat.2015.12.031

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Intermediate band solar cells: Recent progress and future directions2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Okada, N. J. Ekins-Daukes, T. Kita, R. Tamaki, M. Yoshida, A. Pusch, O. Hess, C. C. Phillips, D. J. Farrell, K. Yoshida, N. Ahsan, Y. Shoji, T. Sogabe, and J-F. Guillemoles
    • 雑誌名

      Applied Physics Reviews

      巻: 2 号: 2 ページ: 021302-021302

    • DOI

      10.1063/1.4916561

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-Step Photon Absorption in InAs/GaAs Quantum-Dot Superlattice Solar Cells2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kada, S. Asahi, T. Kaizu, Y. Harada, T. Kita, R. Tamaki, Y. Okada, and K. Miyano
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 号: 20 ページ: 201303-201303

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.201303

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A hot-electron thermophotonic solar cell demonstrated by thermal up-conversion of sub-bandgap photons2015

    • 著者名/発表者名
      Daniel J. Farrell, Hassanet Sodabanlu, Yunpeng Wang, Masakazu Sugiyama, and Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 8685-8685

    • DOI

      10.1038/ncomms9685

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spectrally resolved interband and intraband transitions by two-step photon absorption in InGaAs/GaAs quantum dot solar cells2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Yasushi Shoji, Yoshitaka Okada, and Kenjiro Miyano
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Photovoltaics

      巻: 5 号: 1 ページ: 229-229

    • DOI

      10.1109/jphotov.2014.2368712

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficiency Estimations for Multijunction and Intermediate Band Solar Cells Using Actual Measured Solar Spectra in Japan2015

    • 著者名/発表者名
      Shunya Naitoh and Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Journal of Solar Energy Engineering

      巻: 137 号: 3 ページ: 034504-034504

    • DOI

      10.1115/1.4029382

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectrally resolved intraband transitions on two-step photon absorption in InGaAs/GaAs quantum dot solar cell2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Yasushi Shoji, Yoshitaka Okada, and Kenjiro Miyano
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 号: 7 ページ: 073118-073118

    • DOI

      10.1063/1.4893879

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of current collection in epitaxial lift-off InAs/GaAs quantum dot thin film solar cell and concentrated photovoltaic study2014

    • 著者名/発表者名
      Tomah Sogabe, Yasushi Shoji, Peter Mulder, John Schermer, Efrain Tamayo, and Yoshitaka Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 号: 11 ページ: 113904-113904

    • DOI

      10.1063/1.4896114

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Recent Progress of Quantum Dot Intermediate Band Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      岡田 至崇, 庄司 靖, 吉田 勝尚, 内藤 駿弥, 玉置 亮
    • 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
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Challenges and Progress on the Development of Quantum Dot Intermediate Band Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada, Yasushi Shoji, Ryo Tamaki
    • 学会等名
      2017 MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Type-II Quantum Dots for Application to Photon Ratchet Intermediate Band Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Yasushi Shoji, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      44th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hot Carrier Transportation Dynamics in InAs/GaAs Quantum Dot Solar Cell2017

    • 著者名/発表者名
      Tomah Sogabe, Kohdai Nii, Katsuyoshi Sakamoto, Koichi Yamaguchi, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      44th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 50-layer stacked InGaAs/GaAs quantum dot solar cell with light scattering structure2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Shoji, K. Watanabe, A. Ogura, Y. Okada
    • 学会等名
      33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In(Ga)As / Al0.2GaAs QUANTUM DOT INTERMEDIATE-BAND-ASSISTED HOT-CARRIER SOLAR CELL WITH FABRY-PEROT CAVITY2017

    • 著者名/発表者名
      Benoît Behaghel, Pierre Rale, Hung-Ling Chen, Laurent Lombez, Yasushi Shoji, Ryo Tamaki, Stéphane Collin, Yoshitaka Okada, Jean-François Guillemoles
    • 学会等名
      27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Progress of Quantum Dot Intermediate-Band Solar Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      26th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 発表場所
      Marina Bay Sands Expo and Convention Centre, Singapore
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Improvements in Quantum Dot Intermediate Band Solar Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Okada, Y. Shoji, S. Naito and R. Tamaki
    • 学会等名
      19th International Conference of Superlattices, Nanostructures and Nanodevices
    • 発表場所
      City University of Hong Kong, Hong Kong
    • 年月日
      2016-07-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Current Trends in High-Efficiency Ⅲ-ⅤNanostructured Solar Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week 2016 (CSW)
    • 発表場所
      Toyama International Conference Center, Japan
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal Linear Relationship on Two-Step Photon Absorption Processes in In(Ga)As Quantum Dot Solar Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Yasushi Shoji, Takeyoshi Sugaya, Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      43rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
    • 発表場所
      Oregon Convention Center, USA
    • 年月日
      2016-06-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子ドット中間バンド太陽電池の高効率化メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      岡田 至崇、庄司 靖、玉置 亮、吉田 勝尚、曽我部 東馬
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design optimization for two-step photon absorption in quantum dots by infrared photocurrent spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Tamaki, Yasushi Shoji, and Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      SPIE Photonics West Meeting
    • 発表場所
      アメリカ・サンフランシスコ
    • 年月日
      2016-02-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Si Doping on Performance of Quantum Dot Solar Cells2015

    • 著者名/発表者名
      S. Naitoh, N. Miyashita, K. Toprasertpong, R. Tamaki, T. Hoshii, M. Sugiyama, and Y. Okada
    • 学会等名
      31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU-PVSEC)
    • 発表場所
      ドイツ・ハンブルグ
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Optical Spectroscopy of QDs Intermediate Band Solar Cells2015

    • 著者名/発表者名
      P. Rale, B. Behaghel, A. Delamarre, N. Vandamme, D. Ory, S. Collin, L. Lombez, J.F. Guillemoles, R. Tamaki, Y. Shoji, and Y. Okada
    • 学会等名
      31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU-PVSEC)
    • 発表場所
      ドイツ・ハンブルグ
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of 1.0 eV GaInNAsSb Solar Cells for Multi-Junction Applications and Annealing Effects2015

    • 著者名/発表者名
      N. Miyashita, N. Ahsan, and Y. Okada
    • 学会等名
      31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU-PVSEC)
    • 発表場所
      ドイツ・ハンブルグ
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent Progress on Quantum Dot Intermediate Band Solar Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 27th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Dot Superlattice for High-efficiency Intermediate Band Solar Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      OSA Congress on Optical Nanostructures and Advanced Materials for Photovoltaics
    • 発表場所
      Canberra, Australia
    • 年月日
      2014-11-02 – 2014-11-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-organized QDs for intermediate-band solar cells2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      2014 Workshop on High-Efficiency Material for Photovoltaics (HEMP)
    • 発表場所
      Imperial College London, UK
    • 年月日
      2014-07-21 – 2014-07-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Intermediate Band Materials for High Efficiency Solar Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada
    • 学会等名
      The 41st International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films (ICMCTF)
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 次世代の太陽電池・太陽光発電 -その発電効率向上,用途と市場の可能性-2018

    • 著者名/発表者名
      共著
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      技術情報協会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] “Intermediate Band Solar Cells”, in Advanced Concepts in Photovoltaics2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Okada, Tomah Sogabe, and Yasushi Shoji
    • 総ページ数
      608
    • 出版者
      Royal Society of Chemistry, UK
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 東京大学 先端科学技術研究センター 岡田研究室

    • URL

      http://mbe.rcast.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] CNRS-RCAST NextPV

    • URL

      http://www.liapv.rcast.u-tokyo.ac.jp/NextPV/Home.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2015 実績報告書
  • [備考] Quantum Photovoltaics Group

    • URL

      http://www.imperial.ac.uk/quantum-photovoltaics

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] Semiconductor Physics Group

    • URL

      http://www.sp.phy.cam.ac.uk/research

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東京大学 先端科学技術研究センター 岡田研究室

    • URL

      http://mbe.rcast.u-tokyo.ac.jp/index.html

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      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-02-07  

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