現在の太陽電池の発電効率は、最大で理論上約３３％であることが Shockley-Queisser limit として知られています。この理論限界を超える新しい太陽電池を生み出すためには、従来とは異なる原理に基づいた研究が求められます。ここでは、量子効果を利用した量子ドット太陽電池に着目して、超高効率化に向けて取り組んでいます。

① バンドギャップ設計

写真 　CdSeなどの半導体ナノ微粒子を用いた量子ドット太陽電池に取り組んでいます。半導体を微粒子化してその粒径を小さくしていくと、興味深い物性が現れます。バルクとは異なりドット状の超微粒子では、電子はその狭い領域に閉じ込められます。このとき電子の自由度が極端に制限されることから運動エネルギーが増加し、これに伴ってバンドギャップ大きくなることが知られています。バンドギャップが半導体微粒子の粒子サイズに依存することから、この量子効果を利用してバンドギャップを設計することが可能となります。太陽電池の高効率化に向けては、太陽光スペクトル