2016 Fiscal Year Annual Research Report
高品質マルチバンドギャップ半導体の光電子物性制御と中間バンド型太陽電池への応用
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15H04253
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
田中 徹 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20325591)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 中間バンド型太陽電池 / マルチバンドギャップ半導体 / 光学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、次世代の超高効率太陽電池として期待される中間バンド型太陽電池を、マルチバンドギャップ半導体ZnTeO系材料を用いて実現することを目指し、高効率化の鍵である二段階光吸収レートの増大を目的に中間バンドへの電子ドーピング効果と集光動作による入射光子数の増加効果を明らかにすること、さらに、励起キャリアの取り出し効率の増大を目的に、組成傾斜を有する構造形成に必要な混晶半導体の結晶成長を行い、その基礎物性を明らかにすることを目的としている。平成28年度は以下の研究を実施した。
(1) 中間バンドへの電子ドーピング効果を明らかにすることを目的に、ZnTeOにおいてドナーとして作用する可能性のあるClをドープしたZnTeOを用いた中間バンド型太陽電池を試作し、その特性をアンドープZnTeOを用いた太陽電池と比較した。その結果、ClドープZnTeOではアンドープの場合に比べて二段階光吸収電流が大きくなることを確認した。したがって、ClはZnTeOにおけるドーパントとして有用であることが分かった。
(2) ZnTeO中間バンド型太陽電池の集光下での動作特性の評価を行った。極低温から室温までの各温度において太陽電池特性の集光度依存性を評価することで、開放電圧、短絡電流の温度および集光度依存性を調べた。その結果、ZnTe系太陽電池において開放電圧はヘテロ界面の再結合により律速されていることが分かった。その他の特性についても現在解析を進めている。
(3) ZnCdTeO混晶半導体による傾斜組成を有する構造を作製することを目的に、傾斜組成構造の形成に必要なZnCdTeOにおけるCdとOの混晶比の制御技術の確立を行った。前年度のCdフラックスを変化させた実験に引き続き、O供給量やVI/II比、さらにCdフラックスを精密に制御させた実験を行うことで、成長条件と組成比の関係を詳細に明らかにした。
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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
各項目ともに研究計画に沿って順調に研究を進めてきている。特にClドーピングにおいてはアンドープの場合と異なり中間バンドへの電子ドーピング効果と考えられる結果が得られてきている。集光実験については実験結果の解析が進んできており、また、ZnCdTeOの組成傾斜構造の作製については、構造の作製に必要な成長条件を把握することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28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。
(1) ClドーピングZnTeOにより中間バンドへの電子ドーピング効果が見られたことから、Clドーピング条件をさらに変化させることで、より良い条件が得られないか検討する。
(2) ZnTeO中間バンド型太陽電池の集光動作下での発電機構の解明を目的として、ClドープZnTeOを用いた太陽電池など、各種太陽電池の集光特性を評価する。
(3) (2)の結果を踏まえながら、界面における再結合損失を低減できるようなZn(Cd)TeO系中間バンド型太陽電池の構造設計を進め、試作することでその効果を検証する。
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