直接遷移／間接遷移ハイブリッド型超格子を用いた薄膜太陽電池の研究

直接/间接过渡混合超晶格薄膜太阳能电池研究

• 批准号: 25420298
• 负责人: 河原塚 篤
• 金额: $ 3.41万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-25420298/
• 关键词: 太陽電池; 直接遷移; 間接遷移; 超格子; AlAs; GaAs; 電流電圧特性; 再結合電流; InAs; 混晶

本年度は、直接遷移／間接遷移ハイブリッド型太陽電池の特性評価に不可欠な、電流電圧(I-V)特性の評価手法に関する研究を行った。具体的には、間接遷移型の伝導特性を明らかにする上でキーとなる再結合電流の評価手法を開発し、実際にAlGaAs/GaAs超格子太陽電池に適用し特性の解析を行った。太陽電池のI-V特性は生成電流と注入電流からなり、注入電流は更に拡散電流成分と再結合電流成分の和で与えられる。本研究で開発した手法の大きな特徴は、一般的に特性値として与えられる形状因子(FF)、開放電圧(Voc)、短絡電流(Isc)の三つの値のみから、外部量子効率(ts)、および拡散電流成分の飽和電流密度(J1)および再結合電流成分の飽和電流密度(J2)を決定できることにある。この手法の大きな利点は、I-V特性およびデバイス構造の詳細を知ること無しに、一般的に特性値として与えられる形状因子、開放電圧、短絡電流の三つの値のみから拡散電流と再結合電流のバイアス依存性を評価できる点にあり、簡便かつ汎用性の広い手法である。実際に製作した、GaAsバルク、AlGaAs/GaAs超格子活性層からなるPIN接合太陽電池の特性値を用いて評価したところ、バルクではts=84%、J1=2.1E(-16) mA/cm2、J2=5.6E(-8) mA/cm2、超格子ではts=83%、J1=3.5E(-18) mA/cm2、J2=1.4E(-8) mA/cm^2とすると実験値を良く再現する。バルク、超格子いずれも、再結合成分が拡散成分に比べはるかに大く最大出力点において92%、98%とに達することが明らかになった。この結果は結晶品質の向上による非発光再結合の抑制とともに、直接／間接ハイブリッド構造の導入による伝導特性の改善が薄膜太陽電池の効率向上につながることを示している。

This year, we conducted research on the evaluation methods of direct migration/indirect migration characteristics of solar cells. The specific conductivity characteristics of indirect and indirect transfer type solar cells are analyzed in detail. The I-V characteristics of solar cells include generation current, injection current, dispersion current component, recombination current component, and summation. In this study, the characteristics of the open-circuit method are determined by the general characteristic values, shape factor (FF), open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Isc), external quantum efficiency (ts), saturation current density (J1) of the scattered current component and saturation current density (J2) of the combined current component. This technique is based on the following three characteristics: shape factor, opening voltage, short-circuit current, dispersion current, and current dependence. The characteristic values of PIN junction solar cells fabricated in practice, including GaAs wafers and AlGaAs/GaAs supercell active layers, are evaluated. The wafers have ts=84%, J1=2.1E(-16) mA/cm2, J2=5.6E(-8) mA/cm2, and the supercell has ts=83%, J1=3.5E(-18) mA/cm2, and J2=1.4E(-8) mA/cm^2. The maximum output point is 92% and 98% respectively. The results show that the crystal quality is improved, the non-light emitting recombination is suppressed, the direct/indirect light emitting structure is introduced, the conductivity is improved, and the efficiency of thin film solar cells is improved.

项目成果

AlGaAs/GaAs太陽電池における表面再結合制御

AlGaAs/GaAs 太阳能电池的表面复合控制

• 发表时间: 2014
• 作者: 発表者;田中悠人;Masayuki Nakamoto and Jonghyun Moon;19.浦部宏之，倉本真，中野朋洋，河原塚篤，牧本俊樹，堀越佳治
• 通讯作者: 19.浦部宏之，倉本真，中野朋洋，河原塚篤，牧本俊樹，堀越佳治

Effects of surface barrier layer in AlGaAs/GaAs solar cells

AlGaAs/GaAs太阳能电池表面势垒层的影响

• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: 39.Hiroyuki Urabe;Makoto Kuramoto;Tomohiro Nakano;Atsushi Kawaharazuka;Toshiki Makimoto;Yoshiji Horikoshi
• 通讯作者: Yoshiji Horikoshi

Recombination current in AlGaAs/GaAs superlattice solar-cells grown by molecular beam epitaxy

分子束外延生长的 AlGaAs/GaAs 超晶格太阳能电池的复合电流

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.03.047
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: A. Kawaharazuka;J. Nishinaga;Y. Horikoshi
• 通讯作者: Y. Horikoshi

Photoluminescence of single crystal thin film chalcopyrite CuGaSe2 grown on GaAs(001)

GaAs(001)上生长的单晶黄铜矿CuGaSe2薄膜的光致发光

• 发表时间: 2013
• 作者: Y. Ogawa;H. P. Bui;T. Nishimura;T. Ohgane;S. Thiru
• 通讯作者: S. Thiru

AlGaAs/GaAs超格子pin接合における発光特性の検討

AlGaAs/GaAs超晶格pin结发光特性研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 高田達雄;森拓哉;加藤剛;三宅弘晃;田中康寛;中野朋洋，浦部宏之，倉本真，河原塚篤，西永慈郎，小野満恒二，牧本俊樹， 堀越佳治
• 通讯作者: 中野朋洋，浦部宏之，倉本真，河原塚篤，西永慈郎，小野満恒二，牧本俊樹， 堀越佳治