ナノ構造太陽電池の研究

纳米结构太阳能电池的研究

基本信息

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

项目摘要

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。

在利用高应变化合物半导体中形成的量子点超晶格和中间能带来提高纳米结构太阳能电池的效率的方法中，光载流子稳定地存在于中间能带内的能级，并且光载流子位于附近，这一点很重要。红外区域的太阳光可以被吸收、有效地激发到导带并以电流的形式提取的温度。热载流子太阳能电池具有类似于基于光吸收的上转换过程的热上转换效应。今年，我们阐明了阳光激发的高能载流子的能量弛豫动力学，并研究了从电极中有效提取这些高能电子的方法。假设热载流子生成层由量子阱组成，热上转换产生的热载流子在复合时会发射光子，并将太阳能电池（上部）照射回电池。本研究设计的装置的工作原理是增加光子。输出电流。此时，由于太阳光的集中，预计通过热上转换产生热载流子将会以更高的效率发生，作为理论值，当光照射时，可以实现约50%的转换效率。浓缩1000倍我找到了。接下来，为了优化量子阱单元结构，我们开发了使用k.p方法进行能带计算的数值计算程序。假设InGaAs/GaAs应变量子阱，现在可以通过数值计算确定量子能级的形成位置和每个能级的波函数，并可以定量确定晶格应变对量子能级和波函数的影响。使得可以要求