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ブロードバンド光ハーベスト技術の開発と次世代太陽電池への応用

宽带光采集技术的开发及其在下一代太阳能电池中的应用

基本信息

批准号：
14F04733
负责人：
喜多隆
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04733/
关键词：
量子ドット太陽電池エネルギー変換希土類

项目摘要

太陽電池は光子のエネルギーを直接電気に変換する点で非常にユニークである。半導体のpn接合を利用した太陽電池では、透過損失と熱損失などによって変換効率は最大でも30％程度になってしまう。特に、バンドギャップより小さなエネルギーの光が入射しても吸収されずに生じる透過損失が最も大きく、50％を超える次世代型の太陽電池の開発には透過損失の抑制が不可欠である。本研究では、バンドギャップ中に中間バンドを設けることによって従来は透過していた近赤外域の光を2段階の光励起によって効率よく吸収し、広帯域にわたって分布するブロードバンド太陽光スペクトルの光ハーベストを実現し、光電流を大幅に増加させて50％を超える太陽電池の実現を目指す。具体的には、InAs/GaAs量子ドット超格子によって中間バンドを形成し、中間バンドに励起した電子の励起・緩和過程を明らかにし、光励起効率を制御して、高効率な2段階光励起を実現する。本年度は高効率な２段階光励起で生成される光電流をロス無く外部に取り出すための太陽電池デバイス構造の最適化と変換効率の最大化を行うとともに、中間バンドを空間的に分離するため、アップコンバージョン材料と太陽電池とのヘテロ構造を利用した新しい構造の開発を行った。○量子ドット超格子ミニバンド内に励起したキャリアを内部電界によって分離し、再結合確率を下げることに成功した。○量子ドットへのSiドーピングによって電子密度を高め、クーロン反発によって電子の緩和を抑制した。〇中間バンドを空間的に分離するため、希土類イオンをドープした導電性の透明材料と半導体とのヘテロ構造を作製し、光学的な基礎特性を評価した。

The solar cell is a direct electrical energy converter. Solar cells with pn junction have a maximum conversion efficiency of 30% due to transmission loss and heat loss. In particular, the transmission loss caused by the incident light and absorption light of the solar cell is the largest, 50% or more, and the transmission loss suppression of the next generation solar cell development is indispensable. In this study, the solar cell photocurrent was significantly increased by 50%, and the solar cell photocurrent was significantly increased by more than 50%. In particular, InAs/GaAs quantum lattice formation, intermediate excitation, electron excitation, relaxation process, optical excitation efficiency control, high efficiency, two-stage optical excitation. This year, the solar cell structure optimization and conversion efficiency maximization for the generation of high efficiency two-stage photocurrent without external extraction and the development of new solar cell structure were carried out. The quantum lattice is excited and separated from the internal electric field, and the recombination accuracy is reduced. The quantum chemistry of Si particles increases the electron density and reduces the electron emission. 0. Evaluation of the fundamental characteristics of conductive and transparent materials, semiconductor and optical structures