ナノ構造太陽電池の研究

纳米结构太阳能电池的研究

• 批准号: 11F01763
• 负责人: 岡田 至崇
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01763/
• 关键词: ホットキャリア; ナノ構造太陽電池; 高速キャリアダイナミクス; 高速光応答; 量子井戸・ドット; 量子ドット

量子ドット超格子や高歪み化合物半導体中に形成される中間バンドを利用したナノ構造太陽電池の高効率化のアプローチでは、中間バンド内のエネルギーレベルに光キャリアが安定に存在し、またこれらが近赤外域の太陽光を吸収して伝導帯へと効率良く励起され、電流として取り出せることを室温で実証することが重要である。このような光吸収によるアップコンバージョン過程と同様に、熱的アップコンバージョン効果を取り入れたのがホットキャリア太陽電池である。本年度は、太陽光により励起されたされた中でも高エネルギーのキャリアのエネルギー緩和ダイナミクスを解明し、これらの高エネルギーの電子を効率良く電極から取り出すための方法に関する研究を進めた。量子井戸から成るホットキャリア生成層を想定し、熱的アップコンバージョンにより生成されたホットキャリアが、発光再結合する際に放出されるフォトンを太陽電池(上部)に照射して戻すことにより、セルの出力電流を増大させることが本研究で考案した素子の動作原理となる。このとき、太陽光の集光により熱的アップコンバージョンによるホットキャリアの生成がより高効率で生じることが期待され、理論値として、1000倍集光時に5O%前後の変換効率が可能となることを見出した。次に、量子井戸セル構造の最適化を行うため、k. p法を用いたバンド計算の数値計算プログラムを開発した。InGaAs/GaAs系歪み量子井戸を想定し、量子準位の形成位置及び各エネルギー準位における波動関数を数値計算により求められるようになり、格子歪みが量子準位や波動関数に及ぼす効果を定量的に求めることを可能にした。

Quantum ド ッ ト superlattices や high tilt み に formation in compound semiconductor さ れ る middle バ ン ド を using し た ナ ノ structure solar cells の high rate of unseen の ア プ ロ ー チ で は, intermediate バ ン ド within の エ ネ ル ギ ー レ ベ ル に light キ ャ リ ア が settle に し, ま た こ れ ら が nearly bare outland の sunlight を suction 収 し て 伝 guide 帯 へ と sharper rate good く wound up さ れ, electricity Flow と て て and take て to obtain せる とを とを room temperature で practical proof する とが とが important である. こ の よ う な light absorption 収 に よ る ア ッ プ コ ン バ ー ジ ョ と ン process with others in a hot, に ア ッ プ コ ン バ ー ジ ョ ン unseen fruit を take り れ た の が ホ ッ ト キ ャ リ ア solar cell で あ る. は this year, the sun's rays に よ り wound up さ れ た さ れ た で in high も エ ネ ル ギ ー の キ ャ リ ア の エ ネ ル ギ ー ease ダ イ ナ ミ ク ス を interpret し, こ れ ら の high エ ネ ル ギ ー の electronic を sharper rate good く electrode か ら take り out す た め の way に masato す を る research into め た. Quantum well opens か ら into る ホ ッ ト キ ャ リ ア を し scenarios, heat generated layer ア ッ プ コ ン バ ー ジ ョ ン に よ り generated さ れ た ホ ッ ト キ ャ リ ア が 発 light combining す る interstate に release さ れ る フ ォ ト ン を solar cell (upper) に irradiation し て 戻 す こ と に よ り, セ ル の を raised large output current さ せ る こ と が で test case in this study し た の move Working principle となる. こ の と き, sunlight の concentrated に よ り hot ア ッ プ コ ン バ ー ジ ョ ン に よ る ホ ッ ト キ ャ リ ア の generated が よ り high working rate で raw じ る こ と が expect さ れ, theoretical numerical と し て, before and after 1000 times concentrated に 5 o % の - in sharper が could と な る こ と を shows し た. の に, quantum well opens セ ル structure optimization を line う た め, k. p method を with い た バ ン ド の several numerical calculation プ ロ グ ラ ム を open 発 し た. InGaAs/GaAs slanting み quantum well opens を し scenarios, quantum quasi の formation location and び エ ネ ル ギ ー quasi a に お け る wave count を masato numerical calculation に よ り o め ら れ る よ う に な slanting り, grid み が quasi quantum bit や fluctuations masato に and ぼ す unseen fruit を quantitative に o め る こ と を may に し た.

项目成果

A novel optical hot-carrier solar cell

一种新型光学热载流子太阳能电池

• 发表时间: 2011
• 作者: D.J.Farrell;Y.Takeda;K.Nishikawa;T.Nagashima;T.Motohiro;N.J.Ekins-Daukes
• 通讯作者: N.J.Ekins-Daukes

CPV Modelling With Solcore : An Extensible Modelling Framework For The Rapid Computational Simulation And An Evaluation Of Solar Cell Designs And Concepts

使用 Solcore 进行 CPV 建模：用于快速计算模拟以及太阳能电池设计和概念评估的可扩展建模框架

• 发表时间: 2013
• 作者: M. F. Führer;D. J. Farrell;and N. J. Ekins-Daukes
• 通讯作者: and N. J. Ekins-Daukes

A new type of hot-carrier solar cell utilising thermal up and down conversion of sunlight

一种利用太阳光热上下转换的新型热载流子太阳能电池

• 发表时间: 2012
• 作者: M. F. Führer;D. J. Farrell;and N. J. Ekins-Daukes;D.J.Farrell
• 通讯作者: D.J.Farrell

Opportunities for tuning optical rates in high efficiency solar cells

调节高效太阳能电池光速率的机会

• 发表时间: 2011
• 作者: M. F. Führer;D. J. Farrell;and N. J. Ekins-Daukes;D.J.Farrell;D.J.Farrell
• 通讯作者: D.J.Farrell