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本研究では量子ナノ構造を使った太陽電池の変換効率を向上させることを目的としている。量子ナノ構造内で光生成されたキャリアを再び光によって取り出すことで高効率化する仕組みであるが、実際のデバイスでは光吸収によって生成されたキャリアが電流として取り出される前に、量子ナノ構造に捕獲されて損失となる成分が多い。そこで本研究ではワイドギャップ材料であるAlAsSbを量子ドットの周囲に成長することで、キャリア捕獲を抑制する構造を作製し、量子ナノ構造太陽電池の再結合損失を抑制させることを目指した。
本年度は昨年度まで取り組んで来たAlAsSb3次元障壁層を量子ドット太陽電池構造に導入し、デバイス性能を評価した。量子ドット層はGaSbをStranski-Krastanov法によって3次元成長させた。当該構造に対してAlAsSb層を成長させたのちGaAsを中間層として形成した構造を1周期とし、合計10周期の積層構造を作製した。疑似太陽光(エアマス1.5グローバル)スペクトル照射下において、当該太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、AlAsSb層の導入による短絡電流密度および曲線因子の大幅な改善が確認できた。また、外部量子効率スペクトルでは、短波長域の量子効率が大きく改善した。このことから、GaSb量子ドットの周囲にAlAsSb層を成長したことで、光生成キャリアの捕獲が抑制されていることが示唆された。
以上の成果は、当初の目的であった量子ナノ構造太陽電池のキャリア収集効率改善を達成しており、本研究は当該太陽電池の性能を改善する技術として有効な方法を導いた。
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