成果報告書詳細
管理番号20150000000105
タイトル平成23年度ー平成26年度成果報告書 太陽エネルギー技術研究開発 革新的太陽光発電技術研究開発(革新型太陽電池国際研究拠点整備事業) 高効率集光型太陽電池セル、モジュール及びシステムの開発(日EU 共同開発) 新材料・新構造太陽電池の創製及び評価解析技術の開発(WP1)
公開日2016/4/22
報告書年度2011 - 2014
委託先名豊田工業大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約III-V-N系新材料:1.III-V-N系新材料タンデム構造太陽電池の研究開発:化学ビームエピタキシー法で成長したGaAsNにおけるN-H複合欠陥の構造解析を行った。N-H結合の(001)面内[1-10]配向特性を示した。この結果から、同一欠陥起因のN-H振動モードの組は存在しないことを示した。高濃度残留アクセプタに関係すると考えられるN-H-VGa構造の振動モードの候補を調べ、3098 cm-1のモードがその一つである事を示した。バンドギャップ励起によるN-H複合欠陥の密度の減少を観測した。:2.III-V-N系新材料の欠陥構造解析:GaAsN材料では、[110]方向に多く格子不整合転位が形成される事を示した。Nが[-110]方向の転位形成やその伝搬を阻害する可能性がある。窒素濃度増加により、孤立窒素準位が小さくなることを示した。バンドギャップを大きく減少させる準位は窒素単独によるものでなく、周囲にNNやクラスターを伴う複合欠陥である可能性が示唆された。流量変調CBE法で作製したGaAsN膜ではN原子が比較的均一に分布していることが示唆された。:III-V系オン・シリコン新構造:3.III-V系オン・シリコンタンデム構造の研究開発:膜厚150,70 nm のGaP/Siの貫通転位密度を単色X線トポグラフィ?を用いて10^2 cm-2のオーダーと見積もった。:4.III-V系化合物半導体の欠陥構造解析:GaAs/Si中の回転双晶発生機構を解析した。In供給は初期の双晶平均粒径を減少させた。回転双晶軽減には成長初期の島サイズを小さくする事が重要であると考えられる。:5.新規バッファ層構造の探索:GaAs/Si において、III族にInを用いて先行照射で成長すると、回転双晶の生成を抑止する効果が認められた。GaAs(Sb)バッファ層の結晶性と表面平坦性は、高温でSb照射した場合によくなる。このバッファ層を用いて作製した膜厚400nmのGaAs/Si(111)では、貫通転位密度を5×10^6 cm-2 に抑制することが出来た。Si基板上単接合太陽電池の試作を行い、バッファ層の有用性を確認した。:6.集光型太陽電池用量子・ナノ構造の創製及び評価解析技術の開発:InGaAs/GaAsP歪補償量子井戸太陽電池に対し、フォトルミネッセンス法、圧電素子光熱変換分光法、表面光起電力分光法を適用し、吸収層でのキャリア再結合損失割合の評価手法の開発を行った。MQWsでは井戸内でのキャリアが非発光的に再結合する過程は通常のバルク試料とは異なることが示唆された。i層に量子井戸構造を用いたp-i-n構造太陽電池のi層におけるキャリア再結合損失を抑えるには、超格子構造を用いてミニバンドからのトンネル効果を利用することが有効であることを示した。:7.先進構造による高効率集光型太陽電池の開発:集光型太陽電池モジュールに適した熱伝導モデルの構築および解析を行った。直接測定が困難な太陽電池セルの動作温度を見積もることで、効果的な放熱性能の検討を可能とした。:8.高効率集光型太陽電池モジュールの開発と集光型太陽光発電システムの実証:集光型太陽光発電システムにおけるレンズ表面の防汚コート処理の有効性について実証試験を行った。
英文要約Title:R & D on Innovative Solar Cells (International Research Center for Innovative Solar Cell Program) "Ultra-high efficiency concentration photovoltaic (CPV) cells, modules and systems (WP 1:New materials and device characterization)" (FY2011-FY2014) Final Report

III-V-N materials: 1. Development of III-V-N material/sub-cell for multi junction solar cell: N-H modes were shown to have polarization along [1-10] in (001)-plane. No modes observed were common to a single complex. The 3098 cm-1 peak is a candidate N-H mode which has a vacancy at Ga site and causes high residual acceptor density. The band-gap excitation caused the decrease in N-H defect densities. Annealing caused N-H structural changes at least in two ways.: Defect analysis on III-V-N material: The misfit dislocation along [110] was dominant in GaAsN. N atom may disturb the formation and propagation of the dislocation along [-110]. N incorporation lowers the N-related defect level. The level causing the large bandgap bowing is related to NN or N-clusters. Flow-modulated CBE growth is effective for uniform distribution of N.: 2. Research and development of III-V on Si tandem structure: Threading dislocation densities of 150 and 70 nm GaP on Si were estimated using X-ray topography to be on the order of 10^2 cm-2.: III-V on Si: 3. Defect structure analysis of III-V materials: The mechanism of the rotational twin domain formation in GaAs/Si was analyzed. In incorporation in the begging of the crystal growth caused the smaller grain sizes of the twin domains. It is considered to play a key role to reduce the twin domain.: 4. New concept of buffer structure: The precedent In irradiation during the growth suppressed the formation of rotational twin domains in GaAs/Si. Sb irradiation was effective to improve the crystal quality and surface flatness of GaAs(Sb) buffer layer on Si. Using this buffer layer, the threading dislocation density in GaAs/Si(111) with the GaAs thickness of 400nm was suppressed to be 5×10^6 cm-2. A monolithic GaAs/Si solar cell with the buffer layer was demonstrated. A compositionally graded InGaAs cap layer effectively reduced the thermal strain in GaAs/Si.: 5. Evaluation of quantum and nano structure for concentrated solar cell: The measurement methods of photoluminescence, surface photovoltage, and piezoelectric photothermal spectroscopies were developed to investigate carrier dynamical behaviors in the quantum-well-structure-inserted InGaAs/GaAsP solar cells. The effects of MQW or SL on the carrier dynamical behaviors were discussed. The PPT methodology for investigating the SL structure inserted solar cells was demonstrated.: 6. Advanced structure for high efficiency concentrated solar cell: A heat transfer model for the CPV module was developed to calculate heat distributions in CPV modules. This model is useful to estimate actual cell temperatures, and also to design CPV module structures effective to heat radiation.: 7. Development and demonstration of high efficiency concentrator modules and system: The effectiveness of the anti-coating layer on Fresnel lenses for concentrator photovoltaics were demonstrated.
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