量子井戸太陽電池の特性向上および多接合デバイスへの応用

量子阱太阳能电池性能的改进及其在多结器件中的应用

基本信息

批准号：
15J03447
负责人：
トープラサートポンカシディット
金额：
$ 2.18万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

多重量子井戸（MQW）においてはポテンシャル障壁によってキャリアが自由に動くことができず，複雑な動きをしている．太陽電池へ応用するためにはキャリアの動きを解明し，定量的にモデリングする必要がある．昨年度までは複雑なキャリア輸送を実効移動度として近似できることを提案したが，理論的にはどのように求められるかは明らかになっていなかった．今年度はその実効移動度の定式化に着目した．解析の結果，MQWからのキャリアの脱出過程を計算で見積もることができ，実験結果との良い一致が確認できた．これはMQW構造内の実効移動度を定式化した世界初の理論モデルであり，MQW太陽電池はもちろんのこと，MQWレーザやMQW受光器にも適用できる幅の広い応用の理論といえる．さらに構造パラメータから簡単に実効移動度を計算できるモデルになっているため，MQW構造の最適化ツールとしても成り立っている．それに加え，電流連続式を用いて解析すると，「光照射していない際の擬フェルミ準位」と「光照射した際の光電流」には密接な関係があることを発見し，MQW太陽電池の暗電流特性を明らかにした．その結果，発光ダイオードとしてのエレクトロルミネッセンスと太陽電池としての量子効率の関係性を解析的に示すモデルの構築に成功した．上記の複数のモデルを同時に考えることでMQW太陽電池の諸特性を解析的に記述できるようになった．特にMQWの実効移動度がどれだけ必要か，その必要な実効移動度を達成するMQWを実現するにはどのような構造にすればいいかを初めて定量的に答えられるようになった．本研究で主に扱っているInGaAs/GaAsP系のMQWの必要最小限の実効移動度が1 cm2/Vsであることが示され，この値を実現するにはどのような構造設計をすればいいかの最適構造を提案した．

在多个量子井（MQW）中，由于潜在的障碍，载体无法自由移动，从而导致复杂的运动。为了将其应用于太阳能电池，有必要澄清载体运动和定量建模。直到去年，我们提出可以将复杂的载体运输近似为有效的移动性，但尚不清楚理论上的要求。今年，我们专注于制定有效的移动性。分析结果表明，可以通过计算来估算载体的逃生过程，并且实验的结果很好。这是世界上第一个在MQW结构中制定有效迁移率的理论模型，可以说是一种广泛的应用理论，不仅可以应用于MQW太阳能电池，还可以应用于MQW激光器和MQW接收器。此外，由于它是一个模型，可以轻松地计算结构参数的有效迁移率，因此它也是优化MQW结构的工具。此外，在使用连续电流进行分析时，我们发现“未照射时伪 - 富尔米水平”之间存在密切的关系，而“用光照射时光电流”，并揭示了MQW太阳能电池的暗电流特征。结果，我们成功地构建了一个模型，该模型通过分析显示电致发光作为发光二极管和作为太阳能电池的量子效率之间的关系。通过同时考虑上述多个模型，可以在分析上描述MQW太阳能电池的各种特征。特别是，我们第一次能够定量回答MQW需要多少有效移动性的问题以及应使用哪些结构来实现所需的有效移动性。结果表明，在这项研究中主要处理的INGAAS/GAASP系统MQW的最低有效迁移率为1 cm2/vs，我们提出了应使用哪种结构设计的最佳结构来实现该值。

项目成果

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Electroluminescence-based quality characterization of quantum wells for solar cell applications

基于电致发光的太阳能电池应用量子阱质量表征

DOI：
10.1016/j.jcrysgro.2016.10.056
发表时间：
2017
期刊：
Journal of Crystal Growth
影响因子：
1.8
作者：
K. Toprasertpong;T. Inoue;A. Delamarre;K. Watanabe;J. -F. Guillemoles;M. Sugiyama;and Y. Nakano
通讯作者：
and Y. Nakano

Potential of quantum structures towards lattice-matched 4-junction solar cells

量子结构在晶格匹配四结太阳能电池中的潜力

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Toprasertpong;T. Inoue;K. Watanabe;T. Kita;M. Sugiyama;and Y. Nakano;トープラサートポンカシディット，藤井克司，杉山正和，中野義昭;K. Toprasertpong
通讯作者：
K. Toprasertpong

ResearchGate

DOI：
10.5195/jmla.2019.643
发表时间：
2019-04-01
期刊：
Journal of the Medical Library Association : JMLA
影响因子：
0
作者：
O’Brien K
通讯作者：
O’Brien K

Effective mobility for sequential carrier transport in multiple quantum well structures

多量子阱结构中连续载流子传输的有效迁移率

DOI：
10.1103/physrevb.96.075441
发表时间：
2017
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Kasidit Toprasertpong;Stephen M. Goodnick;Yoshiaki Nakano;Masakazu Sugiyama
通讯作者：
Masakazu Sugiyama

GaAsP/Si tandem solar cells: Realistic prediction of efficiency gain by applying strain-balanced multiple quantum wells

DOI：
10.1016/j.solmat.2017.06.060
发表时间：
2017-07
期刊：
Solar Energy Materials and Solar Cells
影响因子：
6.9
作者：
Boram Kim;K. Toprasertpong;A. Paszuk;O. Supplie;Y. Nakano;T. Hannappel;M. Sugiyama
通讯作者：
Boram Kim;K. Toprasertpong;A. Paszuk;O. Supplie;Y. Nakano;T. Hannappel;M. Sugiyama