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2018 年度 実績報告書

量子ドット超格子太陽電池におけるホットキャリアダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K14659
研究機関神戸大学

研究代表者

原田 幸弘  神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードホットキャリア型太陽電池 / 量子ドット超格子
研究実績の概要

InAs/GaAs量子ドット超格子では、InAs量子ドット積層数とGaAs中間層の厚さに応じて電子的な結合状態が変化するため、積層構造によって光応答特性の制御が可能となる。本研究では1次元状態密度を有するInAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池におけるホットキャリアダイナミクスを解明し、ホットキャリアを利用した高効率な電流取出しを実現することを目的とした。平成30年度は、InAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池において、ホットキャリア電流の取り出し過程に量子ドット超格子の積層周期が与える影響を明らかにした。研究期間全体を通じた研究成果は以下の通りである。
〇時間分解フォトルミネッセンスによって評価したホットキャリアダイナミクスの励起光強度依存性から、励起パルス光入射後~0.3 ns以下の時間領域において、Auger過程に起因する高いホットキャリア温度がInAs/GaAs量子ドット超格子において実現されることを明らかにした。
〇フィールドダンピング層を導入したInAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池において、ホスト結晶であるGaAsのバンドギャップエネルギー以下の入射光を用いて電流―電圧特性を測定し、ホットキャリア電流の取り出しを実証した。
〇量子ドット超格子の積層周期を変化させたInAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池を作製し、ホットキャリア電流の取り出し過程に、量子ドット超格子における光吸収率が与える影響を明らかにした。GaAsのバンドギャップエネルギー以下の入射光を用いた場合の開放電圧が、9層近接積層InAs/GaAs量子ドットから成る量子ドット超格子を5周期含む太陽電池では、量子ドット超格子を1周期含む太陽電池における0.75 Vから0.9 Vに向上することを実証した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Hot-carrier generation in a solar cell containing InAs/GaAs quantum-dot superlattices as a light absorber2018

    • 著者名/発表者名
      Daiki Watanabe, Naoto Iwata, Shigeo Asahi, Yukihiro Harada, and Takashi Kita
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 ページ: 082303-1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7567/APEX.11.082303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal Band Gap Energies for Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells with Partial Absorptivity2018

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Harada, Tetsuhiro Matsuo, Shigeo Asahi, and Takashi Kita and Takashi Kita
    • 雑誌名

      Proceedings of the 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition

      巻: - ページ: 126-128

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.4229/35thEUPVSEC20182018-1CV.4.26

  • [学会発表] InAs/GaAs量子ドット超格子を用いたホットキャリア型太陽電池における開放電圧の向上2019

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘、岩田尚之、朝日重雄、喜多隆
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Polarization dependent photocurrent in InAs/GaAs quantum dot superlattice solar cells2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Harada, J. Yamada, D. Watanabe, S. Asahi, and T. Kita
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 入射光スペクトル形状を考慮した2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池の理論変換効率2018

    • 著者名/発表者名
      松尾哲弘、原田幸弘、朝日重雄、喜多隆
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部平成30年度第1回講演会
  • [学会発表] 2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池における理論変換効率の入射光スペクトル形状依存性2018

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘、松尾哲弘、朝日重雄、喜多隆
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] InAs/GaAs量子ドット超格子太陽電池におけるホットキャリア電流取り出し特性2018

    • 著者名/発表者名
      岩田尚之、渡部大樹、原田幸弘、松尾哲弘、朝日重雄、喜多隆
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Optimal Band Gap Energies for Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells with Partial Absorptivity2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Harada, T. Matsuo, S. Asahi, and T. Kita
    • 学会等名
      35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] 吸収率を考慮した2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池における電圧ブースト効果2018

    • 著者名/発表者名
      原田幸弘、朝日重雄、喜多隆
    • 学会等名
      第37回電子材料シンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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