東大：太陽電池の効率向上へ：近赤外光・太陽電池（動画）：
Tokyo Univ:To improve the efficiency of solar cells:
东京大学：提高太阳能电池的效率：近红外光/太阳能电池
ー酸化スズにタングステンを添加ー
ー赤外光を反射せず透明になる理由を解明ー
東京大学
名古屋工業大学
筑波大学
- 透明電極として用いられる酸化スズに、
- タングステンを添加すると、
- 赤外光を反射せずに透明になる。
「赤外光を反射せず透明になる理由」を解明した。
「結晶中で、酸素とタングステンの電子軌道が混成すること」で、散乱が抑えられていた。
このことは、「近赤外光利用太陽電池開発で、基礎的な知見」になる。
近赤外光利用の太陽電池：
「酸化スズにタングステンを不純物として加えた単結晶薄膜」を作製した。
- 波長２μ mの赤外光の透過率が約８０％、
- 赤外光を透過しつつ、電極として働く。
この単結晶：赤外光に対し透明な理由
「この単結晶が、赤外光に対して透明な理由」を調べた。
「４価のスズイオンより１価多い、５価のイオン」として、タングステンが存在していた。
これが、イオン化不純物の散乱を抑える。
第一原理計算で調査：
「タングステンが、５価のイオンとして存在する理由」を第一原理計算で調べた。
「周囲の酸素と電子が、混成軌道を作って安定」していた。
これが、イオン化不純物散乱を抑える。
赤外透明電極の性能向上：
この原理を利用すれば、赤外透明電極の性能が高まる。
赤外透明電極で発電効率向上：
太陽電池は、
「可視光に加え赤外透明電極を利用すれこと」で、
その発電効率を、更に高めることができる。
ニュースイッチ
Ligand Field‐Induced Exotic Dopant for Infrared Transparent Electrode: W in Rutile SnO 2
Abstract and Figures
Transparent conductive oxides (TCOs) exhibiting high near-infrared (NIR) transmittance
are one of the key materials for highly efficient thin-film solar cells with widened spectral sensitivity.
To realize excellent NIR transparency in a TCO film,
developing a dopant providing high mobility (µ) carriers is quite important.
Herein,
it is demonstrated that
W is a high-μ dopant in rutile SnO2, which is unexpected from the conventional strategy.A combination of electrical transport property measurements and hybrid density functional theory calculations
reveals thatW behaves as a singly charged donor (W⁵⁺) showing minimized ionized impurity scattering.
This charge state is realized by the splitting of the W 5d t2g-states originating
not only from the octahedral crystal field
but also hybridization with the O 2p orbitals,
whose contribution has not been considered in transition metal-doped TCOs.
Hybridization between metal d orbital and O 2p orbitals
would provide a new guide for designing a novel dopant of NIR transparent conductors.