有機金属気相選択成長法による化合物半導体ナノワイヤの太陽電池応用

有机金属气相选择性生长法化合物半导体纳米线太阳能电池应用

• 批准号: 11J01867
• 负责人: 吉村 正利
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 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-11J01867/
• 关键词: ナノワイヤ; 化合物半導体; 有機金属気相選択成長; 太陽電池; ナノワイヤ; 化合物半導体; 有機金属気相選択成長; 太陽電池

我々は昨年度、ITO/p-InPナノワイヤヘテロ接合太陽電池の提案及び作製に成功し、短絡電流密度24.8mA/cm2、開放電圧0.44V、FF0.68で、発電効率7.4%を達成した。今年度はこのヘテロ接合ナノワイヤ太陽電池の詳細な特性評価及び結晶構造の解析を行った。ソーラーシミュレータを用いて測定したAM1.5G下での電流―電圧特性のカーブフィッティングを行い、直列抵抗が0.21Ω・cm^2、並列抵抗が690Ω・cm^2、ダイオード因子が1.6であり、良好な整流特性を有していることが判明した。しかし、逆飽和電流密度は0.61μA/cm^2と高く、開放電圧の低下に関係していると考えられる。積分球を用いて測定した実効反射率は6.2%と低く、本構造がナノワイヤアレイの構造的特長を有していることを示している。内部量子効率は波長域350nm-750nmで80%以上であり、波長490nmにおいては94.2%と優れた値を達成した。波長550nm以下においては現行最高効率のInP膜型太陽電池よりも高く、本構造のポテンシャルの高さがうかがえる。p型InP上に透明電極であるITOをrfスパッタリングで堆積すると、p型InP最表面にキャリア濃度が約10^<19>のn+型反転層が形成されることが知られている。本構造も同様の手法で作製しており、最表面にn^+型反転層が形成し、埋込型ホモ接合がナノワイヤ先端部に形成されたと考えられる。それにより、短波長光により浅い所で生成される光励起キャリアが直ちに効果的に分離され、高い内部量子効率が得られたと考えられる。表面再結合を抑制する窓層やパッシベーション層などを導入することなく短波長側の量子効率を改善できたのは特筆すべき点である。これらの結果から、透明導電膜とのヘテロ接合ナノワイヤ太陽電池の有用性を実証することができた。

去年，我们成功提出并制造了ITO/P-INP纳米线异质结，实现了7.4％的发电效率，短路电流密度为24.8mA/cm2，开路电压为0.44V，FF为0.68。今年，我们对此异构纳米线太阳能电池的晶体结构进行了详细的表征和分析。使用太阳能模拟器测量的AM1.5G下电流特性的曲线拟合，发现串联电阻为0.21Ω·CM^2，平行电阻为690Ω·CM^2，二极管因子为1.6，并且整流特征非常好。但是，在0.61μa/cm^2时，反饱和电流密度高，这被认为与开路电压的降低有关。使用集成球测量的有效反射率为6.2％，表明该结构具有纳米线阵列的结构特征。在350 nm-750 nm的波长范围内，内部量子效率为80％或更高，在490 nm的波长下，优异值为94.2％。在低于550 nm的波长下，它高于当前最高效率INP膜太阳能电池，表明该结构的高电位。众所周知，当ITO（透明电极）通过RF溅射沉积在P型INP上时，在P-type INP的p-type Inp的顶表面形成了载体浓度约为10^<19>的N+型反转层。该结构还使用相同的方法制造，并且据信在顶部表面形成了N^+ - 类型的反转层，并在纳米线的尖端形成了埋入的同型。人们认为，通过短波长光在浅层位置产生的光激发载体立即有效地分离，从而产生高内部量子效率。值得注意的是，如果不引入窗户层或抑制表面重组的钝化层，可以提高短波长侧的量子效率。这些结果证明了与透明导电膜的异质结纳米线太​​阳能电池的有用性。