■ テーマ例 ■
[ Solar ]
1. 4 junction by wafer bonding /
2. High-speed MOVPE /
3. EL and PL characterization /
4. Thin-film multi-junction (design and light trapping) /
5. 1.15 eV middle cell with MQWs /
6. Theoretical modeling of MQWs (quasi bulk approach and cell design) /
7. WoW /
8. ELO /
9. Dilute nitride MQW
[ Growth ]
1. III-V on Si photo detector /
2. III-V on Si solar cell
[ LED ]
1. Chip-white LED
[ Solar Fuel ]
1. CPV + water electrolysis /
2. CO2 reduction /
3. Semiconductor/electrolyte interface /
4. Polarization-controlled nitride photocathode /
5. Design of energy management system using hydrogen-based power storage
[ Quantum Modeling ]
1. Quantum modeling of insulators
フォトルミネッセンス／エレクトロルミネッセンスによる太陽電池の動作解析
A. Delamarre，黄 祥鴻，渡辺 健太郎，中野 義昭，杉山 正和
半導体は，外部からのエネルギー注入（励起）によって非平衡状態にあるとき，発光する．励起源は光照射であっても，電流注入であっても良い．前者の場合はフォトルミネッセンス，後者はエレクトロルミネッセンスと呼ばれ，両者を組み合わせることもできる．太陽電池からの発光を解析すると，様々な知見が得られる．たとえば，半導体内部の擬フェルミエネルギー分裂幅（半導体が持つ自由エネルギー），キャリア輸送の抵抗，欠陥の分布などを知ることができる．特にフォトルミネッセンスは電極なしで測定可能なので，製造ラインにおける異常検知に利用できる．
この原理を用いて，現在，私たちは以下のような研究を進めている．
- フォトルミネッセンスの絶対強度を測定することで，太陽電池の発光効率を求め，高効率化の指針を得る．
- 太陽電池内の光励起キャリアの電極への輸送効率求め，面内マッピングする．（図b）
本手法は，単接合のみならず多接合太陽電池にも適用可能である．（図c） - 量子井戸，ワイヤー，ドットなどを含む新概念の高効率太陽電池においては深さ方向のキャリア輸送が重要であり，これについても発光分析が構造最適化のための指針を与えてくれる．
(a) InGaP太陽電池からの発光（642 nm），(b) GaAs太陽電池面内のキャリア輸送効率マッピング，(c) ３接合セルにおけるキャリア輸送効率の面内分布．InGaAsサブセルとInGaPサブセルで異なる挙動がみられる．
Reference and selected publications:
[1] J.-F. Guillemoles et al., « Material Challenges for Solar Cells in the XXIst century », STAM.
[2] K. Toprasertpong et al., « Electroluminescence-based quality characterization of quantum wells for solar cell applications », J. Cryst. Growth, oct. 2016.
[3] A. Delamarre, L. Lombez, K. Watanabe, M. Sugiyama, Y. Nakano, et J.-F. Guillemoles, « Experimental Demonstration of Optically Determined Solar Cell Current Transport Efficiency Map », IEEE J. Photovolt., vol. 6, no 2, p. 528‑531, mars 2016.
[4] A. Delamarre, Y. Wang, K. Watanabe, Y. Nakano, M. Sugiyama, et J.-F. Guillemoles, « Influence of the host PIN diode material in multi-quantum well solar cells », in Proceedings of the 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, 2015, p. 48.
[5] A. Delamarre et al., « Characterisation of multi-junction solar cells by mapping of the carrier transport efficiency using luminescence emission », in SPIE Proceeding, Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices VI, San Francisco, 2017, p. 100990Z.