2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池
Two-step photon up-conversion solar cells
2017年4月6日 Nature Communications 8 : 14962 doi: 10.1038/ncomms14962
バンドギャップ未満のフォトンによる透過損失を減らすことは、単接合型太陽電池（SC）のエネルギー変換効率の限界を破る直接的な方法である。バンドギャップ未満のフォトンのアップコンバージョンは、さらなる光電流の生成に大変有望である。今回我々は、バンドギャップの異なるAl0.3Ga0.7AsとGaAsからなるヘテロ界面を有する2段階フォトンアップコンバージョンSCを提案する。Al0.3Ga0.7Asのバンドギャップ未満のフォトンは、GaAsを励起してヘテロ界面に電子を発生させる。ヘテロ界面に蓄積した電子は、GaAsのバンドギャップ未満のフォトンによってAl0.3Ga0.7Asの障壁へと励起される。ヘテロ界面にInAs量子ドットを導入することによって、高効率な2段階フォトンアップコンバージョンが実現される。我々は、これまでに報告された値を2桁程度上回る光電流の大幅な増加に加え、光起電力の増加も観測している。こうした結果は、今回の2段階フォトンアップコンバージョンSCによって次世代高効率SCが実現される可能性が高いことを示唆している。
Corresponding Authors
Reducing the transmission loss for below-gap photons is a straightforward way to break the limit of the energy-conversion efficiency of solar cells (SCs). The up-conversion of below-gap photons is very promising for generating additional photocurrent. Here we propose a two-step photon up-conversion SC with a hetero-interface comprising different bandgaps of Al0.3Ga0.7As and GaAs. The below-gap photons for Al0.3Ga0.7As excite GaAs and generate electrons at the hetero-interface. The accumulated electrons at the hetero-interface are pumped upwards into the Al0.3Ga0.7As barrier by below-gap photons for GaAs. Efficient two-step photon up-conversion is achieved by introducing InAs quantum dots at the hetero-interface. We observe not only a dramatic increase in the additional photocurrent, which exceeds the reported values by approximately two orders of magnitude, but also an increase in the photovoltage. These results suggest that the two-step photon up-conversion SC has a high potential for implementation in the next-generation high-efficiency SCs.
