高密度自己組織化タイプⅡ量子ドット超格子の作製と光起電力物性の制御
【研究キーワード】
量子ドット / 自己組織化量子ドット / 分子線エピタキシー / タイプⅡ超格子 / 量子ドット太陽電池 / 中間バンド太陽電池 / 分子線エピタキシ- / 光マネジメント / ナノ構造物理 / 光起電力物性 / 太陽電池 / 2段階光吸収 / 集光型太陽電池
【研究成果の概要】
量子ドットを利用した中間バンド太陽電池の高効率化に向けて、次に挙げた課題を解決する必要がある。(1)中間バンドが再結合中心となり、発光再結合及び非発光再結合レートが増大し開放電圧が下がってしまうこと、(2)中間バンドでのキャリア占有率、また量子ドットの光吸収が低いとき、中間バンド→伝導帯への2段階目の光吸収が少なくなること、(3)量子ドット層と周囲の材料のエネルギー障壁が小さいと2段階光吸収が起こる前にキャリアの熱脱出が起こってしまうこと、そして(4)量子ドットの面内密度が低くかつ面直方向に十分に近接させることができない場合、中間バンド(超格子ミニバンド)が形成されないこと、などである。
本年度は、特に上記(2)に関し、Fabry-Perot(FP)光共振器構造を用いて太陽電池内の共振位置に光電場が増強されることを利用して、これらの共振位置に量子ドット層を挿入することで、量子ドットの光吸収を増大させることができるか実証を試みた。作製したFP構造を導入した薄型量子ドット太陽電池において、FP共振波長と一致する波長位置に量子ドットの吸収ピークが明瞭に観測された。これは電界強度のシミュレーション結果との比較から、FP共振によってこれらの波長で量子ドットの吸収が増強されたためと考えられる。また光閉じ込め構造を有しない従来構造の量子ドット太陽電池と比較した場合も、FP構造を持つ薄型量子ドット太陽電池の方が、長波長の領域から得られる分光感度、及び電流生成が大きくなることを実証することができた。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)