| 研究課題/領域番号 |
14F04733
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
喜多 隆 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221186)
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| 研究分担者 |
WU XIAOJIE 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 量子ドット / 太陽電池 / エネルギー変換 |
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| 研究実績の概要 |
太陽電池は光子のエネルギーを直接電気に変換する点で非常にユニークである。半導体のpn接合を利用した太陽電池では、透過損失と熱損失などによって変換効率は最大でも30％程度になってしまう。特に、バンドギャップより小さなエネルギーの光が入射しても吸収されずに生じる透過損失が最も大きく、50％を超える次世代型の太陽電池の開発には透過損失の抑制が不可欠である。本研究では、バンドギャップ中に中間バンドを設けることによって従来は透過していた近赤外域の光を2段階の光励起によって効率よく吸収し、広帯域にわたって分布するブロードバンド太陽光スペクトルの光ハーベストを実現し、光電流を大幅に増加させて50％を超える太陽電池の実現を目指す。具体的には、InAs/GaAs量子ドット超格子によって中間バンドを形成し、中間バンドに励起した電子の励起・緩和過程を明らかにし、光励起効率を制御して、高効率な2段階光励起を実現する。本年度は量子ドット超格子における２段階光励起を顕在化させるため、以下の研究を実施した。
（１）量子ドット超格子バンド（中間バンド）を介した2段階光励起過程を明らかにするため、量子ドット超格子を真性層に含むpn接合太陽電池を試作し、バンド間を励起する第１励起とサブバンド間で中間バンドの電子を伝導バンドに励起する第２励起による2色分光を実施した。
（２）第1励起光と第2励起光の波長を独立に変えて、生成される光電流を精密に調べた。一連の実験によって、量子ドットの励起準位超格子バンドを励起した時に最も効率の良い第2光励起が生じることを初めて明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ストリークカメラを利用することによって、量子ドット超格子におけるキャリアダイナミックスが精密に評価できたため、予定していた計画を延滞無く実施することができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２８年度は中間バンド型太陽電池構造の最適化と変換効率の評価を実施する。具体的には以下のとおりである。高効率な２段階光励起で生成される光電流をロス無く外部に取り出すため、下記の点に注目して太陽電池デバイス構造の最適化と変換効率の最大化を行う。
○量子ドット内での電子‐正孔再結合損失の抑制
短い周期の量子ドット超格子をバリア層で隔てて多層化することにより、内部電界にる超格子層内でのキャリアの空間分離を実現し、再結合確率を下げる。
○伝導電子の量子ドットへの再捕獲の抑制
量子ドットへのチャージによって電子密度を高め、クーロン反発によって電子の緩和を抑制する。
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