成果報告書詳細
管理番号20150000000281
タイトル平成20年度ー平成26年度成果報告書 新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)高度秩序構造を有する薄膜多接合太陽電池の研究開発(ナノ結晶シリコン)
公開日2016/4/22
報告書年度2008 - 2014
委託先名国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約本研究では、ナノ結晶シリコン、ゲルマニウム等のIV族半導体ナノ粒子中でバンドギャップエネルギー(Eg)の2倍以上のエネルギー(hv) を有する光子1個の入射で、2個以上の励起子を生成できることを利用した多重励起子生成(MEG)型太陽電池の開発を目的とした。具体的にはhv > 2Egの光に対して外部量子効率100%以上を実現すること、多重励起子生成による2割以上の効率向上を実証することを開発目標とした。このような目標に対し、以下の研究成果を得た。
• マルチホロー放電プラズマCVDで作製した粒径約4 nm(Eg = 約1.8 eV)のSiナノ粒子を用いて、ショットキーセルを作製した。Egの2倍以上のエネルギーを有する光の入射で、量子効率は急激に上昇し、最終的に130%の量子効率を観測した。この結果は、多重励起子生成を示唆する可能性がある。
• 世界で初めてSiナノ粒子を増感型太陽電池に適用し発電に成功した。Siナノ粒子の添加により、発電効率は0.002%から大きく上昇し、セルの各要素を最適化することにより、0.26%の光電変換効率を達成した。また、Geナノ粒子を用いた増感型太陽電池からの発電にも世界で初めて成功した。(発電効率0.02%)
• Ru色素増感型太陽電池にSiナノ粒子を添加したSiナノ粒子/Ru色素ハイブリッド増感型太陽電池の開発を行った。色素セルにSiナノ粒子を添加することにより、発電効率が4.35%から5.10%へと2割程度増大した。本研究によりSiナノ粒子の添加が、色素増感型太陽電池の効率向上に貢献できることが明らかになった。
• 有機P3HT層にSiナノ粒子を添加した有機/無機ハイブリッド型太陽電池の開発を行った。表面酸化膜をフッ酸でエッチング処理したSiナノ粒子を有機P3HT層に添加することにより、発電効率が0.69%から1.20%へと増大した。本研究により有機太陽電池に適切な表面処理を施したSiナノ粒子を添加することにより、発電効率が0.5%程度上昇することが明らかになった。
英文要約We develop the multiple exciton generation (MEG) type solar cells using silicon (Si) and germanium (Ge) nanoparticles. MEG is a process wherein multiple electron-hole pairs are produced upon absorption of a single incident photon, where the excess energy is used to excite a second electron across the band-gap (Eg) instead of being dissipated as heat through sequential phonon emission. We have four main results on Si nanoparticle solar cells as follows:
• We fabricated Si nanoparticles of 4 nm in diameter by using multi-hollow discharge plasma CVD method. In the Shottky solar cells with the Si nanoparticles, we achieved a high external quantum yield of about 130% at a short wavelength of incident light corresponding to 3Eg. This indicates the possibility of MEG phenomenon.
• We developed Si nanoparticle sensitized solar cells. We achieved the power conversion efficiency of 0.26% by optimizing the thickness of TiO2/Si nanoparticle layer, the composition of electrolyte solution et al. We also succeeded in development on Ge nanoparticle sensitized solar cells, and the power conversion efficiency is 0.02%.
• We developed hybrid sensitized solar cells using Si nanoparticles and ruthenium (Ru) dye. The power conversion efficiency increased from 4.35 to 5.1% by adding Si nanoparticles in Ru dye sensitized solar cells. This clearly demonstrates that Si nanoparticles contribute to the improvement of the power conversion efficiency of solar cells.
• We developed organic/inorganic hybrid solar cells using Si nanoparticles and P3HT. The power conversion efficiency increases from 0.69 to 1.2% by adding Si nanoparticles in organic solar cells.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る