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Unique
Quantum Effect Found in Silicon Nanocrystals
Quantum Dot Materials May Improve Efficiency of Silicon Solar
Cells
Tuesday, July 24, 2007
Researchers at the U.S. Department of Energy’s
National Renewable Energy Laboratory (NREL), collaborating with
Innovalight, Inc., have shown that a new and important effect
called Multiple Exciton Generation (MEG) occurs efficiently in
silicon nanocrystals. MEG results in the formation of more than
one electron per absorbed photon.
Silicon
is the dominant semiconductor material used in present day solar
cells, representing more than 93 percent of the photovoltaic cell
market. Until this discovery, MEG had been reported over the past
two years to occur only in nanocrystals (also called quantum dots)
of semiconductor materials that are not presently used in commercial
solar cells, and which contained environmentally harmful materials
(such as lead).
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NREL &
Innovalight, Inc.,は、「MEG (multiple excitation generation) がsilicon nanocrystal,
i.e., quantum dots, で効率的に発生する」ことを確認した。
MEG効果により、吸収photon一個に対し一個以上の電子が発生する。
この発見で、solar
cellsの変換効率が向上することとなる。
また、MEG効果を示す半導体材料の幅を広げ、さらにNozik氏の予測を再確認することとなった。
Nozik氏は、1997年に量子ドットが効率的に電子を増倍し、solar cellの変換効率を上げると予測している。
「吸収photon一個に対し一個以上の電子が発生する」現象についてのこれまでの実験はoptical
spectroscopyに基づいて行なわれてきた。
しかし、量子ドットで発生する電子を拾い、外部回路に流し、電力が実際に発生することを確認する必要がある。現在、NREL, Innovalightなどがこの実験を行なっている。
Mark Hanna氏とNozik氏は、集光なしのsunlightでは44%、集光した（500倍）sunlightでは68%の変換効率（理論値、最高効率）となるとしている。
ちなみに、これまでのsolar cells （吸収photon一個に対し一個の電子が発生する）の場合、同じ条件での理論変換効率の最高値は33%と40%である。
なお、initial
on-line version of the American Chemical Society's Nano Letters Journal,
published on July 24で、NREL teamが、Innovalight, Inc.,から得たsilicon nanocrystalsを用い、420
nm以下の波長領域のsunlightで「吸収photon一個に対し一個以上の電子が発生する」することを報告している。
MEGがsilicon crystal nanocrystalsのみで発生することは二年前から報告されてきいる。
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