2014年2月18日
金光義彦 化学研究所教授、ディビット?テックス 同研究員（戦略的創造研究推進事業（CREST））は、神谷格 豊田工業大学教授との共同研究により、異なる三種類の波長のレーザー光を用いた分光測定によって、通常の太陽電池では利用できない近赤外領域の光を効率よく電力に変換できるナノ構造中間バンド型太陽電池の実現に向けた突破口を見出しました。
本研究成果は、2014年2月18日（英国時間）に、英国ネイチャー出版グループのオンライン科学誌「Scientific Reports」で公開されました。
中间バンド型太阳电池では、量子ナノ构造（量子ディスクや量子ドットなど）を利用することで、通常の太阳电池では利用できない近赤外の光を电流に変换することができます。このような中间バンド型太阳电池では、量子ドットと量子ディスクそれぞれの役割をはっきりさせた上で高効率化を目指す必要があります。キャリア多体効果を利用する量子ディスクの光电流生成の効率は、量子ドットより极めて高く、実际の応用に有利であることがわかりました。さらに量子ドットが近赤外の光を効率よく电流に変换できる条件を见つけました。
今后は、それらの构造を空间的に分离させ、両者を上手く利用することにより、実用レベルに近いエネルギー変换効率が得られるものと期待しています。
ポイント
- 多波长励起光电流分光によるアップコンバージョン光电流生成机构の解明
- 半导体ナノ构造を利用した中间バンド型太阳电池の効率を支配するプロセスを究明
- キャリア多体効果を利用することによる太阳电池の高効率化の提案
概要
太阳光の光エネルギーを直接电気エネルギーに変换できる太阳电池は、近年の逼迫するエネルギー?环境问题の解决を期待されている电力源の一つです。より多くの安価な太阳电池を利用するため、エネルギー変换効率のさらなる向上が必要とされています。一种类の半导体材料によって构成された単接合太阳电池のエネルギー変换効率は、その材料のバンドギャップエネルギーによって决定され、理论的な限界は约30％になることが知られています。その理论限界に迫り、さらに超えることを目指して、これまでにさまざまな构造の太阳电池が提案され、多くの検証実験が行われてきました。しかし、これらの新型太阳电池は実际には期待される変换効率に达していません。
変换効率を制限している主な要因の一つは、太阳光の光エネルギーの多くを担っている近赤外光を利用できないことです。本研究では、近赤外光を利用するために提案されている中间バンド型太阳电池を、理想的な太阳电池材料の一つである骋补础蝉あるいは础濒骋补础蝉のバルク结晶内に滨苍础蝉のナノ构造（量子ドットや量子ディスク）を挿入することによって作製し、その光学的?电気的な特性を明らかにしました。このナノ构造试料に対して异なる叁种类の波长の光を同时に照射し、高効率なアップコンバージョンによる光电流を测定しました。その结果、量子ディスクが光电流の増大に大きく寄与することを明らかにしました。また、量子ドット构造を利用した中间バンド型太阳电池の効率が理论予想よりも低い原因を突き止め、中间バンド型太阳电池の高効率化への突破口を见出しました。
（补）试料构造、（产）多波长レーザー励起分光システムの概略図
详しい研究内容について
量子ナノ構造を利用した太陽電池の光キャリアの振る舞いを解明 －高効率太陽電池の実現に前進－
书誌情报
[DOI]
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David M. Tex, Itaru Kamiya & Yoshihiko Kanemitsu
"Control of hot-carrier relaxation for realizing ideal quantum-dot intermediate-band solar cells"
Scientific Reports 4, Article number:4125, Published 18 February 2014
掲载情报
- 日刊工業新聞（2月20日 19面）および日経産業新聞（2月19日 7面）に掲載されました。