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。

太阳能电池的独特之处在于它们将光子的能量直接转化为电能。由于传输损耗和热损耗，使用半导体 pn 结的太阳能电池的最大转换效率约为 30%。特别是，当能量小于带隙的光入射但未被吸收时，传输损耗最大，抑制传输损耗对于下一代太阳能电池的开发至关重要，传输损耗超过50%。在这项研究中，我们在带隙中创建了一个中间波段，通过两步光激发有效吸收先前传输的近红外区域的光，并实现了分布在宽带上的宽带太阳光谱的光学收获目的是显着提高光电流，实现光电流超过50%的太阳能电池。具体来说，我们将利用InAs/GaAs量子点超晶格形成中间能带，阐明中间能带中激发的电子的激发和弛豫过程，并控制光激发效率以实现高效的两步光激发。今年，我们将优化太阳能电池器件结构并最大限度地提高转换效率，以便将高效两级光激发产生的光电流无损失地提取到外部。我们开发了一种利用转换材料和太阳能电池之间的异质结构的新结构。太阳能电池。 ○我们成功地利用内部电场分离了量子点超晶格微带内激发的载流子，并降低了复合概率。 ○ 通过在量子点中掺杂 Si 来增加电子密度，并通过库仑斥力抑制电子弛豫。〇为了在空间上分离中间能带，我们制造了由掺杂稀土离子的导电透明材料和半导体组成的异质结构，并评估了其基本光学性能。