2023 年度研究成果報告書

非発光電子遷移損失からみた半導体量子構造太陽電池における量子井戸の優位性

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04876
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分28020:ナノ構造物理関連
研究機関	宮崎大学
研究代表者	碇哲雄宮崎大学, 工学部, 研究員 (70113214)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2024-03-31
キーワード	量子井戸 / 量子ドット / 太陽電池基礎 / 光物性
研究成果の概要	高い光電変換効率を持つ半導体量子構造太陽電池においてどのようなナノ構造が今後の研究対象として優位であるかについて、非発光電子遷移の観点から実験および理論計算で議論した。研究は三つの方面から行った。液滴エピタキシ法で作製したAlGaAs量子ドット、歪み緩和層を挿入したInGaAs/GaAsP、そして、量子細線と同じような構造を持つWoW型InGaAs/GaAsP構造である。これらに対し、光励起キャリアの緩和過程を理論計算も加味して解明し、構造を精密に作製できる量子井戸作製から出発し変調した構造を用いることで、ナノ構造太陽電池デバイスの高効率かつ安定なものを作製できる指針を示すことができた。
自由記述の分野	半導体光物性
研究成果の学術的意義や社会的意義	量子井戸や量子ドットをもつ半導体量子構造太陽電池が精力的に研究されているが、依然としてどの構造が将来的に有用であるかの結論に至っていない。そこでナノ構造のなかで量子井戸を基本とする構造が優位であることを示し、我が国の研究力をある方向へ集中させ、進展がより進めばと考えた。実験は量子井戸、量子細線、量子ドット型のナノ構造太陽電池に対して行い、良質のナノ構造が作れる量子井戸をベースとして、1次元、ゼロ次元の変調をかけて高効率化因子を導入することが必要であると結論づけた。これが、本研究課題において得られた最大の成果であり、量子構造太陽電池の開発に携わる研究者に指針を示すことができた。