2019 年度研究成果報告書

希釈窒化物半導体による高効率マルチバンド太陽電池の研究

研究課題

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研究課題/領域番号	16H05895
研究種目	若手研究(A)
配分区分	補助金
研究分野	持続可能システム
研究機関	埼玉大学
研究代表者	八木修平埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (30421415)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード	中間バンド型太陽電池 / 希釈窒化物混晶半導体
研究成果の概要	GaAsを母体材料として窒素のδドープ層を周期積層した「窒素δドープ超格子」を用いて、従来の単接合太陽電池に比べ大幅な性能向上が狙える「中間バンド（マルチバンド）型太陽電池」を開発することを目的に研究を行った。 MBE法により混晶組成や構造を系統的に変えた試料を作製し、バンド端エネルギーの変化や電子移動度、吸収係数などセル設計に重要な物性パラメータを明らかにした。試作セルへ複数波長の光を照射して2段階の光学遷移による電流生成を確認した。電流生成率を増加させる上で、中間バンドへのキャリア蓄積と伝導帯からのキャリア引き抜きを最適化するためのキャリアブロック層の設計が重要であるとの知見を得た。
自由記述の分野	半導体工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	太陽電池の変換効率を向上することはモジュールコスト削減や利用用途の拡大に有効であり、地球規模の環境保護の点から求められている太陽光発電の大規模普及の促進に資する。本課題では、複数バンドギャップ間の光学遷移を利用して変換効率を高める、中間バンド型太陽電池を対象に研究を行った。これまで量子ドット積層配列で形成される超格子ミニバンドを中間バンドとする方式が主流であったが、本研究では希釈窒化物半導体材料のもつ特異なバンド構造を利用することで、中間バンドの状態密度をより高め、動作上重要な2段階の光吸収の増強を試みた。特に窒素添加手法にδドープ技術を応用することで、材料品質や組成分布の制御性を改善した。