量子ドット超格子における電場増強効果を利用したホットキャリア型太陽電池

利用量子点超晶格电场增强效应的热载流子太阳能电池

• 批准号: 22K04183
• 负责人: 原田 幸弘
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04183/
• 关键词: 局在表面プラズモン共鳴; InAs/GaAs量子ドット; ホットキャリア; 太陽電池; 量子ドット超格子; ホットキャリア型太陽電池

本研究では、InAs/GaAs量子ドット超格子を内包する太陽電池において、局在表面プラズモン共鳴を利用した高効率なホットキャリア電流取り出しを実現し、単接合型太陽電池の変換効率限界を突破する、ホットキャリア型太陽電池の学理構築と高効率化技術の開発を目的とする。2022年度は、屈折率の電子の擬Fermi準位依存性を考慮して、InAs/GaAs量子ドットにおける在表面プラズモン共鳴による光電場増強効果に関する研究を遂行した。具体的な研究成果は以下の通りである。○電子の擬Fermi準位の上昇に伴って、InAs/GaAs量子ドットにおける光電場増強の共鳴波長が近・中赤外波長域において短波長側へシフトすることを、有限要素法をベースとした光電磁場解析によって明らかにした。また、同一の電子の擬Fermi準位において、半楕円体状InAs/GaAs量子ドットでは同体積の球状InAs/GaAs量子ドットよりも長波長側で局在表面プラズモン共鳴が発現することを明らかにした。○半楕円体状InAs/GaAs量子ドットでは、対称性の低下によって複数の波長において局在表面プラズモン共鳴が発現することを明らかにした。局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長を太陽光に含まれる波長域に制御することによってバンド内遷移による光吸収量を増大させることが可能となるため、Stranski-Krastanov成長モードによって作製されるInAs/GaAs量子ドットは、球状量子ドットよりも幅広い波長域で電場増強効果を利用できると期待できる。

在这项研究中，我们将利用局域表面等离子体共振在含有InAs/GaAs量子点超晶格的太阳能电池中实现高效的热载流子电流提取，并突破单结太阳能电池的转换效率极限。热载流子型太阳能电池理论并开发高效率技术。 2022年，我们开展了InAs/GaAs量子点表面等离子体共振的光电场增强效应研究，考虑了折射率对电子准费米能级的依赖性。具体研究结果如下。 ○基于有限元方法，我们发现随着电子准费米能级的增加，InAs/GaAs量子点中光电场增强的共振波长在近红外和中红外波长区域向更短的波长移动。通过光电磁场分析揭示了这一点。此外，还发现在相同电子准费米能级下，半椭球体InAs/GaAs量子点比球形InAs/GaAs量子点发生局域表面等离子体共振的波长更长。 ○我们发现，由于对称性降低，半椭球 InAs/GaAs 量子点在多个波长处发生局域表面等离子体共振。通过将局域表面等离子体共振的共振波长控制在太阳光中包含的波长范围内，可以增加由于带内跃迁而产生的光吸收量，预计量子点能够在更宽的波长上利用电场增强效应。范围比球形量子点大。

项目成果

Intraband Absorptivity in Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells

两步光子上转换太阳能电池的带内吸收率

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Harada;K. Kusaki;S. Asahi;and T. Kita
• 通讯作者: and T. Kita

Intraband Transition in Two-Step Photon Up-Conversion Solar Cells

两步光子上转换太阳能电池中的带内跃迁

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Harada;S. Asahi;and T. Kita
• 通讯作者: and T. Kita

ドープされたInAs/GaAs量子ドットにおける局在表面プラズモン共鳴による電場増強効果

掺杂 InAs/GaAs 量子点中局域表面等离子体共振的电场增强效应

• 发表时间: 2023
• 作者: 川上瑞人;原田幸弘;朝日重雄;喜多隆
• 通讯作者: 喜多隆