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Change in the electrical performance of InGaAs quantum dot solar cells due to irradiation

照射によるInGaAs量子ドット太陽電池の電気特性の変化

大島 武; 佐藤 真一郎; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 菅谷 武芳*; 仁木 栄*

Oshima, Takeshi; Sato, Shinichiro; Morioka, Chiharu*; Imaizumi, Mitsuru*; Sugaya, Takeyoshi*; Niki, Shigeru*

量子ドット(QD)太陽電池は次世代の超高効率太陽電池として期待されるが、これまで照射効果に関する報告がなく、宇宙応用の可能性が不明である。そこで、1MeV電子線をQD太陽電池へ照射し、発電特性の変化を調べた。本研究では、分子ビームエピタキシャル(MBE)法によりGaAs基板上に作製したPIN構造InGaAs QD太陽電池を用いた。QDを30層積層させた太陽電池の初期の変換効率は、7.0%(表面反射防止膜なし, AM1.5, 25$$^{circ}$$C)である。室温にて1MeV電子線を1$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$照射し、照射前後での量子効率を測定した。比較のためQD構造を持たない単接合のGaAs太陽電池への照射も併せて行った。その結果、QD太陽電池,単接合GaAs太陽電池ともに照射により発電特性の低下が見られたが、QD構造に特有な長波長側での量子効率の増加に関しては電子線照射によっても減少は見られないことが判明した。従来の太陽電池では照射による少数キャリアの拡散長低下が原因で、長波長側の量子効率が顕著に減少して発電特性が低下するが、今回QD太陽電池で、長波長側の量子効率に減少が見られなかったことは、QD太陽電池が優れた耐放射線性を示すことを示し、宇宙用としての応用が期待できる結果といえる。

Quantum Dot (QD) solar cells are regarded as promising candidate for solar cells with superior high efficiency. For space application, it is important to understand radiation effects in such QD solar cells. However, radiation response of QD solar cells has not yet been clarified. In this study, we irradiate QD solar cells with electrons, and investigate change in the electrical performance of the QD solar cells. PiN structure solar cells with self-organized InGaAs QD layers grown on GaAs (001) substrates by MBE were used in this study. The efficiency for the 30 QD layer solar cells without anti-reflector coating is 7.0% under AM 1.5 at 25 $$^{circ}$$C. The samples were irradiated with electrons at 1 MeV at room temperature. The current-voltage characteristics under AM0 and the quantum efficiency (QE) were measured before and after irradiations. Electron irradiation effects on single junction GaAs solar cells fabricated under the same process were also studied for comparison. The value of QE for both the GaAs solar cells with and without QD layers slightly decreases due to the irradiation at 1$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$, and no remarkable decrease in the increment of the QE in a long wavelength region due to the existence of QDs is observed.

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