A novel stacked structure of intermediate band cells for higher efficiency

一种新颖的中带电池堆叠结构，可提高效率

基本信息

批准号：
22K04211
负责人：
八木修平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究で提案する中間バンドセルとシングルギャップセルのタンデム構造について、詳細平衡モデルによる変換効率の解析を行い、中間バンド(IB)-伝導帯(CB)間の光吸収率およびシャント抵抗の影響を調べた。通常の中間バンド型太陽電池では、最適なエネルギーギャップの組み合わせにおける1sun照射下での変換効率は約46%であるが、IB- CB間の光吸収率を減少させることで著しく減少し、光吸収率が0になるとCB-価電子帯(VB)間エネルギーに相当するシングルギャップセルの変換効率16%に一致した。一方、IBとのトンネル接合を介してVBを接続したシングルギャップセルとのタンデム構造では、IB- CB間の光吸収率の減少に対して変換効率の減少はなく、さらに、中間バンドセルのCB-IB間に1Ωcm^2の小さなシャント抵抗を導入しても、30%以上の変換効率を保つことがわかり、提案のセル構造の有効性が明らかになった。動作実証実験に向けては、トップセルとして用いる中間バンド材料として、希釈窒化物半導体混晶であるGaAsNおよびGaPNを検討した。試作セルに対し複数波長の光を照射し電流応答を観測した結果、いずれの材料においても微量窒素の添加により形成される中間バンドを介した2段階の光励起による電流生成が生じることを実験的に確認するとともに、レート方程式を基にしたキャリアダイナミクスの解析を行った。詳細な励起波長依存性を調べた結果、特にGaPNを吸収層とした場合、バンド端の低エネルギー側に形成されるテイル準位の存在が、2段階光励起電流の生成に重要な役割を果たすことが明らかになった。

使用详细的平衡模型分析了转化效率，用于中间带细胞的串联结构和本研究中提出的单个间隙细胞，并研究了中间带（IB）和传导带（CB）之间光吸收率和分流电阻的影响。在典型的中间带太阳能电池中，最佳能量隙组合中1个太阳照射下的转化效率约为46％，但通过降低Ib和Cb之间的光吸收速率来显着降低，当光吸收速率达到零时，对应于单个间隙电池的转换效率，而单个间隙电池的转换效率为16％。 On the other hand, in a tandem structure with a single gap cell connected to VB via a tunnel junction with IB, there is no reduction in conversion efficiency in relation to the decrease in the light absorption rate between IB and CB, and it is found that even if a small shunt resistor of 1Ωcm^2 between the CB-IB of the intermediate band cells is introduced, the conversion efficiency is maintained at 30% or more, revealing the提出的细胞结构的有效性。对于操作示范实验，将稀释的氮化物半导体混合晶体的GAASN和GAPN作为用作顶部细胞的中间带材料进行了研究。由于用多个波长的光线辐照原型细胞并观察当前响应，我们实验证实，在所有材料中，当前一代通过添加痕量的氮气形成的中间带的两个阶段通过光激发阶段进行，并通过速率方程式分析了基于速率方程的载载动力学。对激发波长依赖性的详细研究表明，尤其是，当使用GAPN用作吸收层时，在带缘的低能侧形成的尾部水平的存在在产生两阶段的光激发电流方面起着重要作用。