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。

对于本研究中提出的中带电池和单间隙电池的串联结构，我们使用详细的平衡模型分析了转换效率，并研究了中带（IB）和导带（CB）之间光吸收的影响我研究了它。在普通的中能带型太阳能电池中，在最佳能隙组合下1太阳光照射下的转换效率约为46%，但可以通过降低IB和CB之间的光吸收率来显着降低转换效率，并且当当比率变为0时，对应单间隙电池的转换效率为16%，对应CB-价带（VB）能量。另一方面，在VB通过隧道结与IB连接的单间隙单元串联结构中，即使IB和CB之间的光吸收率降低，转换效率也不会降低，而且CB结果发现，即使在-IB和IB之间引入1Ωcm^2的小分流电阻，转换效率仍保持在30%以上，证明了所提出的电池结构的有效性。对于操作演示实验，考虑稀释的氮化物半导体混晶GaAsN和GaPN作为中间能带材料，用作顶部电池。通过用多个波长的光照射原型电池并观察电流响应，我们通过实验证明，在任何材料中，电流的产生都是由于通过添加微量氮形成的中间带进行两步光激发而发生的。除了证实这一点之外，我们还根据速率方程分析了载流子动力学。通过研究详细的激发波长依赖性，我们发现带边低能侧形成的尾能级的存在对于两步光激发电流的产生起着重要作用，特别是当GaPN用作吸收层变得清晰。