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NIMS、シリコンナノ粒子の塗布だけで変換効率を向上

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NIMS、シリコンナノ粒子の塗布だけで変換効率を向上

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物質・材料研究機構(NIMS)の研究グループは、直径5nm以下のシリコンからなるナノ粒子を利用することで、
シリコン系太陽電池の変換効率を向上させる簡便な方法を見出したと発表しています。


現在、太陽電池材料の主流はシリコンですが、さらなるコスト削減と変換効率の向上を目指して、
シリコンの使用量を格段に減らせるシリコンナノワイヤを用いた太陽電池が注目を集めています。

シリコンナノワイヤ単独では光の吸収効率は低いですが、シリコンナノ粒子と併せて利用することで
変換効率を増大させることができると考えられています。
しかし、シリコンナノ粒子の表面には、結合相手がなく反応性が高いダングリングボンド型と呼ばれる
欠陥が存在するため、太陽光の吸収により誘起された電子と正孔が再結合する際に発生するエネルギーを
有効に取り出すことが困難となっていました。

研究グループは、特殊な材料および構造を使用することなく、表面がある種の分子で終端処理された
直径5nm以下のシリコンナノ粒子をシリコンナノワイヤ型の太陽電池表面に塗布することで、
簡単に変換効率を向上させる方法を開発したとしています。

シリコンナノ粒子の表面に、分子を結合させて終端処理を行なうと、界面には欠陥が形成されず、
効率よく光を吸収する材料として利用できるようになったとのこと。
このシリコンナノ粒子内部で発生した光誘起キャリアの再結合エネルギーが、
下地のシリコン太陽電池に伝達されることで、太陽電池のエネルギー変換効率が向上したと考えられるとしています。
今回の実験により、これまで10%程度であった変換効率を最大で12.9%まで向上させることができたとのこと。

これまでにも、化合物の半導体ナノ粒子を利用した効率向上の可能性は報告されていましたが、
毒性のある物質が使用されているなど問題があったとしており、
今回開発した技術は、シリコンを中心として環境にやさしい物質で実現可能であり、
さらにシリコンナノワイヤ型だけでなく、現在使用されている一般的なシリコン系の太陽電池にも
簡単に応用可能と考えられ、シリコン系太陽電池の変換効率を向上させる
有用な方法の1つとして提案できるとしています。

研究グループは今後、シリコンナノ粒子のサイズおよび表面を終端する
分子種の最適化を行なうことにより、変換効率向上の更なる効率化を目指すとしているとのことです。

NIMSニュースリリース
シリコンのナノ粒子を塗布するだけで太陽電池変換効率の向上に成功

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