Three-terminal quantum dot solar cells with intermediate electrodes

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量子ドット太陽電池のデバイス理解のため、三端子型太陽電池を考案し、光照射によるドットへのキャリア蓄積の理解やそのポテンシャル変化の直接計測に取り組んだ。三端子型太陽電池は埋め込み量子構造に直接電気的にコンタクトした電極（中間電極）を新たに設けたもので、通常のn、p層用の電極に加え、三電極構成の太陽電池である。量子構造にコンタクトした中間電極を用い、埋め込み量子構造のポテンシャル変化の計測等を行った。試料はAlGaAsを母材とするpin構造で、i-AlGaAs層内に量子構造を有するものである。基板にはn-GaAsを用いた。初めに、量子ドットに代え量子井戸を用いた太陽電池を用い、デバイスプロセスの最適化、三端子太陽電池デバイスの基礎特性の評価を行った。中間電極は、上部ｐ層をエッチング後、露出したi層面上に金属を製膜し、アニールを行い作製した。なお電気的なコンタクトのため、Siがドーピングされた量子井戸を用いた。この量子井戸に電気的なコンタクトをとった中間電極とボトム電極間の電圧を光源の照射条件を変え測定した。電圧は光の照射によって0 Vと異なる値が計測された。例えばAlGaAsのバンドギャップより低エネルギーの光照射では、数十ミリボルトのマイナス極性の電圧が計測された。光の強度にも依存するが、この結果は、量子井戸層と下部電極の電位差が小さいことを示唆する。さらに量子ドット試料についても同様の実験を進めた。中間電極とのコンタクトを確実にするために、量子ドット近傍に導電性量子井戸を配置したハイブリッド構造の試料を用いた。量子井戸試料と同様、計測される電圧は光源の波長によって極性や大きさが変化などデバイス理解に資する結果を得た。