研究課題
本研究の目的は、太陽電池の特性を「後付け」で向上させるための手法の研究にある。そのために、半導体ナノ粒子固有の特徴である波長変換機能に着目する。波長変換材料に求められる要素として、吸収端波長が400 nmより短いこと、再吸収を防ぐために吸収スペクトルと発光スペクトルの重なりが小さいこと、そして発光量子効率が高いことがあげられる。具体的には（１）波長変換機能を備える、すなわち短波長の入射光を吸収し所望の長波長の光に変換する半導体ナノ粒子を合成する。（２）（１）の半導体ナノ粒子を作製済みの太陽電池表面に積層し半導体ナノ粒子多層構造を形成する。（３）ナノ粒子の波長変換機能により太陽電池の分光感度特性の変化の可能性を調査する。作製後の太陽電池の変換効率増加の可能性、タンデム太陽電池におけるサブセル間の電流不整合の緩和の可能性を明らかにする。2018年度に、発光中心としてのMnをZnSeコアにドーピングしたZnSe:Mn/ZnSナノ粒子の発光効率を30%まで向上させることに成功したが、更に高い発光効率を得るためには、根本的な製法の改善が必要であった。2019年度は、ノンドープZnSeナノ粒子をコアに用いて、ZnS:Mnシェル層の形成時にMnをドーピングし、最後にZnSキャップ層で覆った、三層構造のZnSe/ZnS:Mn/ZnSナノ粒子を作製した。その結果、発光量子効率を80％まで向上させることに成功した。これらをSi太陽電池表面に堆積し、350nmにおける内部量子効率とナノ粒子の光学密度の相関を調べた。ナノ粒子の堆積により内部量子効率が増加すること、シェルドーピングナノ粒子を用いることで、内部量子効率の増加はより顕著であること、を明らかにした。この結果により、ナノ粒子による太陽電池の特性向上を実証するとともに、シェルドーピングナノ粒子の持つ優れた光学特性の有用性を示した。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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