A novel stacked structure of intermediate band cells for higher efficiency

一种新颖的中带电池堆叠结构，可提高效率

基本信息

批准号：
22K04211
负责人：
八木修平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Saitama 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

项目摘要

本研究で提案する中間バンドセルとシングルギャップセルのタンデム構造について、詳細平衡モデルによる変換効率の解析を行い、中間バンド(IB)-伝導帯(CB)間の光吸収率およびシャント抵抗の影響を調べた。通常の中間バンド型太陽電池では、最適なエネルギーギャップの組み合わせにおける1sun照射下での変換効率は約46%であるが、IB- CB間の光吸収率を減少させることで著しく減少し、光吸収率が0になるとCB-価電子帯(VB)間エネルギーに相当するシングルギャップセルの変換効率16%に一致した。一方、IBとのトンネル接合を介してVBを接続したシングルギャップセルとのタンデム構造では、IB- CB間の光吸収率の減少に対して変換効率の減少はなく、さらに、中間バンドセルのCB-IB間に1Ωcm^2の小さなシャント抵抗を導入しても、30%以上の変換効率を保つことがわかり、提案のセル構造の有効性が明らかになった。動作実証実験に向けては、トップセルとして用いる中間バンド材料として、希釈窒化物半導体混晶であるGaAsNおよびGaPNを検討した。試作セルに対し複数波長の光を照射し電流応答を観測した結果、いずれの材料においても微量窒素の添加により形成される中間バンドを介した2段階の光励起による電流生成が生じることを実験的に確認するとともに、レート方程式を基にしたキャリアダイナミクスの解析を行った。詳細な励起波長依存性を調べた結果、特にGaPNを吸収層とした場合、バンド端の低エネルギー側に形成されるテイル準位の存在が、2段階光励起電流の生成に重要な役割を果たすことが明らかになった。

使用详细的平衡模型对中间带和本研究中提出的单个间隙细胞进行转化效率，以及中间带（IB）和传导带（CB）之间的光吸收和分流性的影响它。在正常的中间带型太阳能电池中，最佳能量间隙中的1sun辐照下的转化效率约为46％，但是当速率达到0时，它可以显着降低IB-CB的光吸收率。它匹配单个间隙电池的转化效率，该效率相当于CB-Police（VB）的能量，为16％。另一方面，在与IB连接的隧道连接到VB的串联结构中，IB-CB和中间带袋CB的光吸收率降低的转换效率没有降低。即使在-iB之间引入了1ΩCM^2的小分流电阻，也发现维持了30％以上的转化效率，并且揭示了所提出的细胞的细胞结构的有效性。对于操作示范实验，将GAASN和GAPN（一种稀释的氮化物半导体混合物）检查为用作顶部细胞的中间带材料。经验丰富的实验是，由于在原型细胞中阐明了多个波长的光并观察当前的响应，因此通过添加少量氮气形成的中间带产生了两个阶段的光学热情。我们根据方程式分析了载体动力学。由于研究了详细的鼓励波长依赖性，尤其是当GAPN是一个吸收层时，在频带端的低能侧形成的尾部水平的存在在生产两个阶段光学鼓励电流中起着重要作用。被揭示。