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本研究では、エナジーハーベスティング太陽電池（EHPV）の抜本的な高効率化を目指し、フォトニック結晶構造の適用により従来技術を凌駕する光吸収増強効果を得ることを目的とする。材料には最も一般的な薄膜シリコンを想定する。単色光を含む幾つかの典型的な入射光スペクトルを想定し、それに対して光吸収増強効果を最大化するフォトニック結晶構造を探索する。フォトニック結晶構造には様々なものがあるが、本研究では、薄膜系EHPVに実装することを想定し、面内方向にのみ周期を有する２次元構造に限定して検討を行う。
初年度（2019年度）は、光学計算環境を整備し、EHPV向けのフォトニック結晶構造を探索するための光学解析に関する基礎的な検討を行った。
2年度（2020年度）は、前年度の知見に基づき、光学解析を用いてEHPV向けのフォトニック結晶構造の探索を行った。面内方向に周期性を有する2次元構造を持つフォトニック結晶構造を想定し、これをEHPVデバイスの裏面側に配置し、光吸収効果を最大化する構造を探索した。また、デバイス実証用のEHPV向太陽電池の開発を行い、基準太陽光下での評価で発電効率9%を確認した。
3年度（2021年度）は、光学解析を更に進め、最終的なEHPV向けフォトニック結晶構造の設計を行った。光吸収増強効果と発電層の成長を両立できる構造を検討し、可視域で効率的に機能するフォトニック結晶構造を選定した。
４年度（2022年度）は、設計したフォトニック結晶構造の性能実証として、薄膜シリコン太陽電池と組合せた実験評価を実施した。比較対象とした平坦基板を用いた太陽電池に比べ、フォトニック構造を導入した太陽電池では分光感度が大幅に改善され、短絡電流密度を20～50%向上した。この結果、フォトニック構造の導入によって、発電効率が20～40%向上できることを実証した。
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