量子井戸中間バンド太陽電池の作製と光学的評価

量子阱中带太阳能电池的制造和光学评估

基本信息

批准号：
14F04724
负责人：
杉山正和
金额：
$ 1.47万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

量子井戸を挿入したIII-V族化合物半導体太陽電池に関して，集光下での開放電圧が同じバンドギャップを持つバルク材料による太陽電池に対して有意に増大する現象が昨年度確認されていた．今年度は，そのメカニズムを詳細に調査した．同一の構造を有するInGaAs/GaAsP量子井戸（20層）を光吸収層（ｉ層）として用い，ｎおよびｐ層をGaAs，さらにバンドギャップの大きなInGaPと変化させた2種類の単接合太陽電池を作製した．太陽電池の熱力学的モデルによれば，開放電圧を決めるのは吸収層のバンドギャップであり，２つのセルは同一の開放電圧を示すはずである．しかし，光強度を太陽光の集光度として1～1000倍の範囲で変化させて開放電圧を測定したところ，InGaPを用いた場合のほうが1000倍集光で0.2 Vほど開放電圧が高くなった．これとは逆方向の実験として．上記２つの太陽電池に外部から電流注入してエレクトロルミネッセンスの強度を測定した．その結果，InGaPを用いた太陽電池においてGaAsを用いた場合と同一のエレクトロルミネッセンスの強度を得るためには，0.15 Vほど大きな外部電圧を必要とすることが分かった．これらの結果を，太陽電池のデバイスシミュレーションを併用しながら検討した結果，検討対象とした量子井戸挿入太陽電池においては電子・成功の分布が空間的に不均一であり，太陽電池内部において電子・正孔が空間的に熱力学的平衡を満たしていないことがわかった．この結果は，今後さらなる高効率化を目指して量子構造太陽電池の設計を最適化する際にきわめて重要な知見である．

去年，已证实插入量子阱的III-V族化合物半导体太阳能电池，与相同带隙的块体材料制成的太阳能电池相比，聚光下的开路电压显着增加。今年，我们详细研究了这个机制。采用与光吸收层（i层）结构相同的InGaAs/GaAsP量子阱（20层）开发了两种类型的单结太阳能电池，n层和p层改为大能带的GaAs和InGaP间隙已创建。根据太阳能电池的热力学模型，开路电压由吸收层的带隙决定，两个电池应表现出相同的开路电压。然而，当我们通过在太阳光浓度的 1 至 1000 倍范围内改变光强度来测量开路电压时，我们发现当使用 InGaP 在 1000 倍光强度下时，开路电压高出约 0.2 V专注。作为一个相反方向的实验。我们通过从外部向上述两个太阳能电池注入电流来测量电致发光的强度。结果发现，为了在使用InGaP的太阳能电池中获得与使用GaAs时相同的电致发光强度，需要高达0.15V的外部电压。通过将这些结果与太阳能电池器件模拟一起检查，发现在作为研究对象的量子阱插入太阳能电池中，电子和正极的分布在空间上不均匀，并且电子的分布发现太阳能电池内的孔隙不满足空间热力学平衡。当优化量子结构太阳能电池的设计以在未来实现更高的效率时，这一结果是极其重要的知识。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CNRS(フランス)

法国国家科学研究中心（CNRS）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Investigation of carrier collection and open-circuit voltage of multi-quantum well solar cells by luminescence

多量子阱太阳能电池载流子收集和开路电压的发光研究

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Amaury Delamarre;Hiromasa Fujii;Kentaroh Watanabe;Laurent Lombez;Jean-François Guillemoles,Masakazu Sugiyama
通讯作者：
Jean-François Guillemoles,Masakazu Sugiyama

Influence of the Host Pin Diode Material in Multi-Quantum Well Solar Cells

主PIN二极管材料对多量子阱太阳能电池的影响

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Delamarre;Y. Wang;Y. Nakano;J.-F. Guillemoles;M. Sugiyama
通讯作者：
M. Sugiyama

Experimental Demonstration of Optically Determined Solar Cell Current Transport Efficiency Map

光学确定的太阳能电池电流传输效率图的实验演示

DOI：
10.1109/jphotov.2016.2516249
发表时间：
2016
期刊：
IEEE Journal of Photovoltaics
影响因子：
3
作者：
A. Delamarre;L. Lombez;K. Watanabe;M. Sugiyama;Y. Nakano;and J.-F. Guillemoles
通讯作者：
and J.-F. Guillemoles

Quantitative optical measurement of chemical potentials in intermediate band solar cells

DOI：
10.1117/1.jpe.5.053092
发表时间：
2015
期刊：
Journal of Photonics for Energy
影响因子：
1.7
作者：
P. Râle;A. Delamarre;G. El-Hajje;R. Tamaki;Kentaroh Watanabe;Y. Shoji;Y. Okada;M. Sugiyama;
通讯作者：
P. Râle;A. Delamarre;G. El-Hajje;R. Tamaki;Kentaroh Watanabe;Y. Shoji;Y. Okada;M. Sugiyama;