2015 Fiscal Year Annual Research Report
半導体ナノ構造を用いたホットキャリア太陽電池に関する研究
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14F04767
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡田 至崇 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40224034)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
JEHL ZACHARIE 東京大学, 先端科学技術研究センター, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | ホットキャリア大陽電池 / 量子ナノ構造 / エネルギー選択性コンタクト / キャリア熱緩和過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ホットキャリア太陽電池の概念を利用して、高効率ナノ構造太陽電池の可能性を探究することを目的としている。しかしこれまで熱緩和による光キャリア温度の超高速減衰、またエネルギー選択性コンタクト形成の技術的な困難といった課題から、実デバイスにおける効率向上は未だ達成されていない。
そこで光キャリアの熱緩和を制限するために極薄吸収層を用いつつ、その弱い吸収を克服するためにナノフォトニクスによる新しい光トラップ法を確立することを研究する。本年度は、GaAs/AlGaAs多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した。量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待される。実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が500K以上になっていることを実証した。
次にホットキャリア素子の電流電圧特性における直列抵抗の効果をシミュレーションにより検討し、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果を説明できることを示した。このことは、エネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、量子ドットを用いたエネルギー選択性コンタクトの設計及び作製とホットキャリア太陽電池の実現に向けた材料評価、素子特性評価を行うことを目的とする。特に重要となるエネルギー選択性コンタクトを実現するために、量子ドットアレイを有する量子ドット構造を検討した。理想的なエネルギー選択性を有する量子ドットの実現には、適切な物質の選択とバンド構造の設計が必要不可欠であるが、一方で、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果が得られ、このことはエネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなることを明らかにできた。またGaAs/AlGaAs多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した。量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待され、実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が500K以上になっていることを実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
光キャリアの熱緩和を制限するために極薄吸収層を用いつつ、その弱い吸収を克服するためにナノフォトニクスによる新しい光トラップ法を確立する。また、昨年度得られた結果を基に、量子ドット構造を用いて電子と正孔の双方に対するエネルギー選択性コンタクトを実現するための基礎検討を行う。本手法によるデバイスの実現可能性を実証し、高いキャリア温度とホットキャリアの取出しによる原理実証を目指す。
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Research Products
(4 results)
