2017 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 / テルル化亜鉛 |
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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29年度は以下の研究を実施した。
(1) 前年度にClがドナーとして作用する可能性が示されたことから、今年度はZnTeOに対するClドーピング条件や酸素濃度を変化させた中間バンド型太陽電池を試作し、1Sun照射下での電流電圧特性、外部量子効率、二段階光吸収電流などを評価した。その結果、二段階光吸収電流がClドーピング濃度、酸素濃度に依存すること、フォトルミネッセンス特性より得られたドナーが活性化する温度と二段階光吸収電流の温度依存性がよい一致を示すことが明らかとなった。以上より、Clドーピングが太陽電池特性を向上する上で有用であることを明らかにした。
(2) ZnTeO中間バンド型太陽電池の集光動作下での特性を明らかにするため、前年度に構築した集光測定システムを用いて、特性の評価を行った。その結果、Clドーピングの有無により集光照射した場合の開放電圧の上昇に差異があることが分かり、Clドーピングが有用であることが明らかとなった。
(3) ZnTeO中間バンド型太陽電池のブロック層やZnTeO層の厚さを系統的に変化させた太陽電池を試作することにより、各層の厚さが太陽電池特性に及ぼす影響を明らかにした。今後、二段階光吸収電流生成への効果と動作機構について検討を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed 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ドーピングによる中間バンド型太陽電池の特性向上を明確に示すことに成功しており、当初想定した以上に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29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) 平成29年度に試作した種々の構造のClドープZnTeO中間バンド型太陽電池の発電特性や外部量子効率の温度依存性、二段階光吸収電流の温度依存性など諸特性を解析することにより、本太陽電池の効率向上に必要な知見を得ようとする。
(2) バンドアライメントの観点から優位であると考えられるZnCdTeOにおけるClドーピング効果を明らかにする。
(3) 太陽電池特性の改善のために必要なZnTeブロック層の電気伝導制御技術の開発を行う。(1)の研究成果とあわせて優れた特性を有する中間バンド型太陽電池の実現を目指す。
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[Presentation] Effect of Cl-doping in ZnTeO on Photoluminescence and Photovoltaic Properties of ZnTeO-based Intermediate Band Solar Cells2017
Author(s)
T. Tanaka, S. Tsutsumi, Y. Okano, K. Matsuo, K. Saito, Q. Guo, M. Nishio, T. Tayagaki, K. M. Yu, and W. Walukiewicz
Organizer
44th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-44), June 26, 2017, Washington D.C.
Int'l Joint Research
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[Presentation] GROWTH AND CHARACTERIZATION OF ZnCdO THIN FILMS BY MOLECULAR BEAM EPITAXY FOR TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDES2017
Author(s)
HyoChang Jang, Syohei Ushio, Shuji Tsutsumi, Tooru Tanaka, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz
Organizer
The 27th Photovoltaic Science and Engineering Conference, 15 November, 2017, Otsu, Japan, 6TuPo.194.
Int'l Joint Research
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[Presentation] ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF Cl-DOPED ZnTeO-BASED INTERMEDIATE BAND SOLAR CELLS2017
Author(s)
Kento Matsuo, Shuji Tsutsumi, Tooru Tanaka, Katsuhiko Saito, Qixin Guo, Kin Man Yu, and Wladek Walukiewicz
Organizer
The 27th Photovoltaic Science and Engineering Conference, 15 November, 2017, Otsu, Japan, 6ThPo.196.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Influence of oxygen contents on properties of Cl-doped ZnTeO layers grown by MBE2017
Author(s)
Muhamad Mustofa, Kento Matsuo, Shuji Tsutsumi, Tooru Tanaka, Katsuhiko Saito, A.N Afandi, Yuni Rahmawati, Qixin Guo
Organizer
平成29年度応用物理学会九州支部学術講演会, 宮崎観光ホテル, 平成29年12月3日, 3Ca-12.
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