| 研究課題/領域番号 |
23360163
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
堀越 佳治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60287985)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / 解放電圧 / 超格子 / AlGaAs/GaAs / Si/SiO2 |
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| 研究概要 |
太陽電池は強力な太陽光に曝されるため、発電中の措置は100℃前後まで温度が上昇する。温度の上昇によって太陽電池の本体である半導体のバンドギャップエネルギーが減少し、同時に半導体PN接合の飽和電流が増加する。これらの減少により太陽電池の解放電圧は低下し、効率の著しい減少をもたらす。本研究の目的はこの現象を緩和させる新しい太陽電池を実現することである。具体的には、半導体超格子ではバンドギャップが半導体母体のものと、超格子の量子効果によるミニバンドエネルギーの和で構成されており、前者は強く温度に依存するのに対し、後者は温度の上昇によりほとんど依存しないことに着目した。
まずAlGaAs/GaAs超格子を用いたPN接合太陽電池を試作し、超格子のパラメータを変化させることにより、ミニバンドエネルギーを増加させさせると、温度の上昇に伴う解放電圧の減少が、やや緩和される傾向を確認した。しかしミニバンドエネルギーを増加分はあまり大きくないため決定的な効果を確認するには至っていない。一つの理由は今後この考えを効果を太陽電池の解放電圧を決める因子が多いことによる。今後実験の精度を高め、その効果を確認する。また材料系としてAlGaAs/GaAs超格子のほかにSi/SiO2超格子にも挑戦している。この系で確認できれば太陽電池の世界に大きなインパクトを与えることができると考えられるが、現時点ではSi/SiO2ヘテロ界面の特性を十分高めることができず、実験は成功していない。今後はこの系に重点を移し研究を進める。
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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
AlGaAs/GaAs超格子を用いたPN接合太陽電池では、超格子のパラメータを変化させることにより、ミニバンドエネルギーを増加させさせることにより、温度の上昇に伴う解放電圧の減少が、やや緩和される傾向を確認した。この点で提案の原理は作用していることが確認出来たと思う。
しかし太陽電池の解放電圧を決める因子はそのような原理的な問題だけではなく、他の太陽電池の構造パラメータや製造工程の条件まで多くの因子が作用していることが判明し、最適化した太陽電池での検証が不可欠であることがわかった。
今後実験の精度を高め、その効果を確認する。
Si/SiO2超格子太陽電池については、これまで実現してこなかった超格子構造を分子線エピタキシャル法によって実現した。しかし超格子を構成するSiO2の品質が十分ではないため、半導体超格子に匹敵する品質を実現していない。この系で太陽電池が実現できれば太陽電池の世界に大きなインパクトを与えることができると考えられるので今後SiO2膜質とヘテロ接合の品質向上を目指して研究を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
AlGaAs/GaAs超格子太陽電池については、超格子パラメータ以外の構造因子の最適化を図り、理想に近い太陽電池を試作し、その条件のもとでミニバンドエネルギーの効果の再検討を行う。
Si/SiO2超格子太陽電池については現在分子線エピタキシー法で製作を行っているが、超高真空でのSiO2蒸着は酸素原子が欠損し膜質を劣化させることが判明した。この劣化を低減するため、熱アニールによる膜質の改善を進めており、今後この方法による特性改善を狙う。一方分子線エピタキシー法とは別にち密なSiO2膜の製作法として知られるマグネトロンスパッタリングの方法を用い、Si/SiO2超格子の製造もおこなう。このいずれかの方法により、Si/SiO2超格子太陽電池の実現を図る。
Si/SiO2超格子太陽電池は高温で安定なばかりでなく太陽電池そのものとしても、実現すれば太陽電池の世界に大きなインパックと与えるものと期待される。
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