半導体ナノ結晶とアモルファスシリコンに基づくハイブリッド太陽光発電

半導体ナノクリスタル（NC）は、吸収スペクトルのサイズ制御された調整性、さまざまなタンデムアーキテクチャの実現の容易さ、そしておそらく、キャリアを介した超波線領域の変換効率の増加から恩恵を受ける可能性のある太陽光発電（PV）構造のアプリケーションの有望な材料です。乗算。PVテクノロジーにおけるNCのユニークな特性を利用するための最初の実用的なステップは、従来のシリコンベースの太陽電池への統合を通じてである可能性があります。ここでは、コロイドNCとアモルファスシリコンを組み合わせたハイブリッドPV構造の例を示します。これらの構造では、NCSとシリコンが電子的に結合されており、この結合のレジームは、シリコンバンドエッジに関するNCエネルギー状態のアライメントを変更することで調整できます。たとえば、ワイドギャップCDSE NCSを使用して、NCSのみが原因である光応答を示します。一方、狭いギャップPBS NCSで構成されるデバイスでは、NCSとシリコンの両方が光電流に寄与し、目に見える領域から近赤外領域に拡張されます。ハイブリッドシリコン/PBS NC太陽電池は、可視エネルギーで約7％の外部量子効率、可視で50％、最大0.9％の電力変換効率を示しています。この作業は、成熟したシリコン製造技術の利点と半導体NCのユニークな電子特性を組み合わせたハイブリッドPVデバイスの実現可能性を示しています。

Semiconductor nanocrystals (NCs) are promising materials for applications in photovoltaic (PV) structures that could benefit from size-controlled tunability of absorption spectra, the ease of realization of various tandem architectures, and, perhaps, increased conversion efficiency in the ultraviolet region through carrier multiplication. The first practical step toward utilization of the unique properties of NCs in PV technologies could be through their integration into traditional silicon-based solar cells. Here, we demonstrate an example of such hybrid PV structures that combine colloidal NCs with amorphous silicon. In these structures, NCs and silicon are electronically coupled, and the regime of this coupling can be tuned by altering the alignment of NC energy states with regard to silicon band edges. For example, using wide-gap CdSe NCs we demonstrate a photoresponse which is exclusively due to the NCs. On the other hand, in devices comprising narrow-gap PbS NCs, both the NCs and silicon contribute to photocurrent, which results in PV response extending from the visible to the near-infrared region. The hybrid silicon/PbS NC solar cells show external quantum efficiencies of approximately 7% at infrared energies and 50% in the visible and a power conversion efficiency of up to 0.9%. This work demonstrates the feasibility of hybrid PV devices that combine advantages of mature silicon fabrication technologies with the unique electronic properties of semiconductor NCs.