| 研究課題/領域番号 |
19H02661
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
田中 徹 佐賀大学, 理工学部, 教授 (20325591)
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| 研究分担者 |
齊藤 勝彦 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 助教 (40380795)
郭 其新 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (60243995)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 中間バンド型太陽電池 / マルチバンドギャップ半導体 / テルル化亜鉛 |
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| 研究実績の概要 |
太陽電池が将来のエネルギー源として中心的役割を果たすためには，変換効率の飛躍的な向上が不可欠であり，理論効率限界を打ち破る新しい概念に基づく超高効率太陽電池の開発が期待されている。本研究では，その候補の一つであるマルチバンドギャップ半導体を用いた中間バンド型太陽電池における光電変換機構を明らかにすることで，高効率化のための道筋を明確化し，その制御技術を確立することを目的としている。2021年度は以下の研究を実施した。
(1)マルチバンドギャップ半導体ZnTeOを用いた中間バンド型太陽電池において，二段階光吸収電流の増加を目的として，キャリア取り出し効率の向上に繋がるエネルギーバンド構造の設計を行った。その後，分子線エピタキシー法を用いてZnTeO薄膜中の組成を制御することで実際に太陽電池を試作した。その結果，エネルギーバンドに適度に傾斜を持たせることで二段階光吸収電流を増加できることを明らかにした。
(2)ZnCdTeO中間バンド型太陽電池に対して，中間バンドへの励起キャリアが隣接する層の伝導帯に脱出するメカニズムを解明するため，外部量子効率や二段階光吸収電流の測定温度依存性の評価を行い，脱出パスについて検討した。
(3)前年度に引き続き，中間バンドを介した再結合を抑制することを目指して，材料・構造設計の観点から理論的考察を進めた。
(4)中間バンド型太陽電池のブロック層として用いているZnTe薄膜について，p型伝導制御を目的に燐(P)ドーピング実験を進めた。分子線エピタキシー装置中で使用可能なPソースとしてGaP, InPに着目し，P供給条件と薄膜の諸特性との関係を明らかにした。また，太陽電池のn型透明導電膜，コンタクト層として可能性のあるZnCdO, Cu3N等についても薄膜の作製評価を行った。
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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
各項目ともに研究計画に沿っておおむね順調に研究を進めてきている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度に得られた結果をもとにして，以下のように研究を進める。
ZnTeO系中間バンド型太陽電池の二段階光吸収電流の増加を目的として，前年度に引き続き，キャリア取り出し効率の向上に繋がるエネルギーバンド構造の設計と試作を行い，二段階光吸収電流特性の評価を行う。また，ブロック層に用いるZnTe薄膜についてp型ドーピングによる電気伝導度の制御を進める。これらを用いた太陽電池を試作し，光励起キャリアの取り出し効率の改善状況を評価する。また，中間バンドを介した再結合を抑制することを目指して，材料・構造設計の観点から，さらに理論的考察をすすめる。
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