JP2013156585A - Two-dimensional photonic crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional photonic crystal used for reducing changes in and improving efficiency of characteristics dependent on a wavelength of light and an incident angle or the like in an optical device such as a solar cell and a photosensor.SOLUTION: The two-dimensional photonic crystal is composed by arranging, in a plate-like main body (photoelectric conversion layer 11), a different refractive index region 12 having a refractive index different from that of the main body at each lattice point of a two-dimensional lattice 16 parallel with the main body. Each of the different refractive index regions 12 is arranged in parallel with a two-dimensional lattice plane from each lattice point of the two-dimensional lattice 16, with being randomly deviated by only a deviation amount Δp equal to or smaller than the maximum deviation amount Δp(≠0). In the photoelectric conversion layer 11 including the two-dimensional photonic crystal structure, light absorption efficiency increases at a wavelength that is apart to some extent from a peak top of absorption efficiency at each wavelength, and thereby integral absorption efficiency across the whole of a specific wavelength band increases when Δpis equal to or less than a certain value. In addition, regardless of the Δpvalue, a change in the integral absorption efficiency by incident angle of light decreases.

Description

本発明は、太陽電池や光センサ等の光デバイスに用いられる２次元フォトニック結晶に関する。   The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal used for an optical device such as a solar cell or an optical sensor.

太陽電池は、入射した光（電磁波）のエネルギーを電流に変換するための、半導体から成る光電変換層を有している。入射光は、光電変換層に吸収され、そのエネルギーによって光電変換層の半導体内の電子が価電子帯から伝導帯に励起されることにより、電流に変換される。ここで、入射光が光電変換層に吸収されることなく通過すると、光電変換の効率が低下する。そのため、太陽電池では、光電変換層における入射光の吸収効率を高めることが重要となる。この吸収効率を高める手法の１つとして、光電変換層の厚みを大きくすることが挙げられるが、半導体材料の使用量が増加するため、コストが上昇してしまうという問題がある。   A solar cell has a photoelectric conversion layer made of a semiconductor for converting the energy of incident light (electromagnetic waves) into an electric current. Incident light is absorbed by the photoelectric conversion layer, and electrons in the semiconductor of the photoelectric conversion layer are excited by the energy from the valence band to the conduction band, thereby being converted into an electric current. Here, if incident light passes through without being absorbed by the photoelectric conversion layer, the efficiency of photoelectric conversion decreases. Therefore, in the solar cell, it is important to increase the absorption efficiency of incident light in the photoelectric conversion layer. One method for increasing the absorption efficiency is to increase the thickness of the photoelectric conversion layer, but there is a problem in that the cost increases because the amount of semiconductor material used increases.

特許文献１には、入射光の吸収効率を高めるために２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池が記載されている。ここでフォトニック結晶とは、誘電体から成る部材内に周期的な屈折率分布が形成されたものをいう。図１４に、２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の一例を示す。この太陽電池９０では、p型半導体から成るp層９１１、真性半導体から成るi層９１２及びn型半導体から成るn層９１３の３層により構成される光電変換層９１に、それら３層とは屈折率が異なる柱状の部材から成る異屈折率領域９２が周期的に配置されることにより、光電変換層９１に２次元フォトニック結晶が形成されている。光電変換層９１以外の構成は一般的な太陽電池と同様であり、光電変換層９１を挟むように第１電極９３１及び第２電極９３２が設けられていると共に、第１電極９３１の外側（光電変換層９１の反対側）には反射層９４が、第２電極９３２の外側にはガラス基板９５が、それぞれ設けられている。光はガラス基板９５の側から太陽電池９０内に入射する。   Patent Document 1 describes a solar cell using a two-dimensional photonic crystal in order to increase the absorption efficiency of incident light. Here, the photonic crystal refers to a crystal in which a periodic refractive index distribution is formed in a member made of a dielectric. FIG. 14 shows an example of a solar cell using a two-dimensional photonic crystal. In this solar cell 90, the three layers are refracted into a photoelectric conversion layer 91 composed of three layers, a p layer 911 made of a p-type semiconductor, an i layer 912 made of an intrinsic semiconductor, and an n layer 913 made of an n-type semiconductor. Two-dimensional photonic crystals are formed in the photoelectric conversion layer 91 by periodically disposing the different refractive index regions 92 made of columnar members having different rates. The configuration other than the photoelectric conversion layer 91 is the same as that of a general solar cell. The first electrode 931 and the second electrode 932 are provided so as to sandwich the photoelectric conversion layer 91 and the outside of the first electrode 931 (photoelectric A reflective layer 94 is provided on the opposite side of the conversion layer 91, and a glass substrate 95 is provided outside the second electrode 932. Light enters the solar cell 90 from the glass substrate 95 side.

この２次元フォトニック結晶内においては、光電変換層９１に入射した光のうち、異屈折率領域９２の配置の周期長に対応した（複数の）特定の波長を有する光が定在波を形成するため、それらの光は光電変換層９１内に留まり易くなる。そのため、それらの波長において、２次元フォトニック結晶が無い場合よりも入射光の吸収効率が向上する。但し、太陽光は連続的な波長分布を有するため、太陽電池では、特定の波長における吸収効率ではなく、光電変換の対象となる波長帯全体での太陽光の吸収効率を高めることが必要となる。このような特定の波長帯全体での太陽光の吸収効率を、以下では「積分吸収効率」と呼ぶ。積分吸収効率は、以下の式(1)で求められる。

Figure 2013156585
ここで、λは光の波長、λ1及びλ2は対象波長帯の下限値及び上限値、dI/dλは単位波長当たりの太陽光の強度（図１５）、A(λ)は波長毎の吸収効率、である。 In the two-dimensional photonic crystal, among the light incident on the photoelectric conversion layer 91, light having a specific wavelength corresponding to the periodic length of the arrangement of the different refractive index regions 92 forms a standing wave. Therefore, those lights are likely to stay in the photoelectric conversion layer 91. Therefore, the absorption efficiency of incident light is improved at those wavelengths as compared with the case where there is no two-dimensional photonic crystal. However, since solar light has a continuous wavelength distribution, in solar cells, it is necessary to increase the absorption efficiency of sunlight over the entire wavelength band to be subjected to photoelectric conversion, not the absorption efficiency at a specific wavelength. . Such solar light absorption efficiency in the entire specific wavelength band is hereinafter referred to as “integrated absorption efficiency”. The integral absorption efficiency is obtained by the following equation (1).
Figure 2013156585
 Where λ is the wavelength of light, λ 1 and λ 2 are the lower and upper limits of the target wavelength band, dI / dλ is the intensity of sunlight per unit wavelength (FIG. 15), and A (λ) is Absorption efficiency.

以下、具体的な太陽電池の一例において、波長毎の吸収効率、及び積分吸収効率を計算した結果について述べる。この計算で用いた太陽電池は、上記の太陽電池９０であって、光電変換層９１の材料にケイ素（Si）を、第１電極９３１及び第２電極９３２の材料に導電性の酸化物であるインジウム・亜鉛酸化物（IZO）を、異屈折率領域９２の材料にIZO（第１電極９３１及び第２電極９３２と同じ材料）を、それぞれ用いたものである。また、異屈折率領域９２は、半径150nm、高さ200nmの円柱状のものを格子定数500nmの正方格子の格子点に配置している。以下、この例の太陽電池を「ＰＣ（フォトニック結晶：Photonic Crystal）有りの例」と呼ぶ。また、この計算は、500〜1100nmの波長帯を対象として行った。この波長帯は、Siを用いた光電変換層において光電変換の対象となる波長帯のうち、吸収効率が他の波長帯よりも低く、それゆえに吸収効率を高めることが求められる波長帯である。さらに、ＰＣ有りの例との比較のために、光電変換層９１に異屈折率領域９２を設けない点を除いてＰＣ有りの例と同じ構成を有する太陽電池（「ＰＣ無しの例」）についても同様の計算を行った。   Hereinafter, the result of calculating the absorption efficiency for each wavelength and the integrated absorption efficiency in an example of a specific solar cell will be described. The solar cell used in this calculation is the solar cell 90 described above, in which silicon (Si) is used as the material of the photoelectric conversion layer 91 and conductive oxide is used as the material of the first electrode 931 and the second electrode 932. Indium zinc oxide (IZO) is used, and IZO (the same material as the first electrode 931 and the second electrode 932) is used as the material of the different refractive index region 92, respectively. Further, the different refractive index region 92 is a cylindrical column having a radius of 150 nm and a height of 200 nm arranged at a lattice point of a square lattice having a lattice constant of 500 nm. Hereinafter, the solar cell of this example is referred to as “an example with a PC (Photonic Crystal)”. This calculation was performed for a wavelength band of 500 to 1100 nm. This wavelength band is a wavelength band in which the absorption efficiency is lower than the other wavelength bands among the wavelength bands to be subjected to photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer using Si, and therefore it is required to increase the absorption efficiency. Further, for comparison with the example with PC, a solar cell having the same configuration as the example with PC (“example without PC”) except that the photoelectric conversion layer 91 is not provided with the different refractive index region 92. Did the same calculation.

図１６に、波長毎の吸収効率を表したグラフを示す。このグラフによれば、ＰＣ有りの例では特定の複数の波長において狭いピークが見られる。このようなピークは、それらの波長に関して２次元フォトニック結晶内に定在波が形成され、それにより、それらの波長の光が光電変換層９１内に留まり易くなって、それらの波長における吸収効率が向上することを示している。また、積分吸収効率は、ＰＣ無しの例では27.2％であるのに対して、ＰＣ有りの例では53.2％という、ＰＣ無しの例よりも2倍近く高い値が得られた。   FIG. 16 is a graph showing the absorption efficiency for each wavelength. According to this graph, narrow peaks are observed at a plurality of specific wavelengths in an example with a PC. Such a peak causes a standing wave to be formed in the two-dimensional photonic crystal with respect to those wavelengths, thereby making it easy for light of those wavelengths to stay in the photoelectric conversion layer 91, and absorption efficiency at those wavelengths. Shows that it improves. In addition, the integrated absorption efficiency was 27.2% in the case without PC, and 53.2% in the example with PC, which was nearly twice as high as that in the case without PC.

国際公開WO2011/083674号International Publication WO2011 / 083674

このように、２次元フォトニック結晶を用いた従来の太陽電池では、特定の波長において吸収効率が向上し、それにより、積分吸収効率も向上するため、光電変換効率が高まる。しかしながら、光電変換効率を更に高めるためには、それら特定の波長以外の波長における吸収効率を高めなければならない。   Thus, in a conventional solar cell using a two-dimensional photonic crystal, the absorption efficiency is improved at a specific wavelength, and thereby the integrated absorption efficiency is also improved, so that the photoelectric conversion efficiency is increased. However, in order to further increase the photoelectric conversion efficiency, the absorption efficiency at wavelengths other than those specific wavelengths must be increased.

また、２次元フォトニック結晶を用いた従来の太陽電池では、光電変換層９１への入射光の入射角（光電変換層９１の法線と入射光の成す角度）が大きくなるほど、積分吸収効率が低下することが知られている。上記ＰＣ有りの例において、入射角が0°（図１６に示したもの）、10°、20°、30°及び40°という5つの場合について500〜1100nmの波長帯の全体における積分吸収効率を計算したところ、前記入射角の順に53.2％、53.1％、52.6％、48.9％及び47.3％となった。このように入射角による積分吸収効率の相違が存在すると、太陽の位置、すなわち時刻や季節によって積分吸収効率、ひいては光電変換効率が変動してしまう。   Further, in a conventional solar cell using a two-dimensional photonic crystal, the integral absorption efficiency increases as the incident angle of incident light to the photoelectric conversion layer 91 (the angle formed between the normal line of the photoelectric conversion layer 91 and the incident light) increases. It is known to decline. In the above example with PC, the integrated absorption efficiency over the entire wavelength band of 500 to 1100 nm is shown for five cases where the incident angle is 0 ° (shown in FIG. 16), 10 °, 20 °, 30 ° and 40 °. As a result of calculation, the incident angles were 53.2%, 53.1%, 52.6%, 48.9%, and 47.3% in this order. If there is a difference in the integrated absorption efficiency depending on the incident angle as described above, the integrated absorption efficiency, and thus the photoelectric conversion efficiency, varies depending on the position of the sun, that is, time and season.

フォトダイオード、CCD（電荷結合型素子）、CMOS素子（相補型金属酸化膜半導体素子）といった、光を感知する素子である光センサ（それら光センサを多数用いたイメージングセンサを含む）等、太陽電池以外の光デバイスにおいても太陽電池と同様の光電変換層を有するものがある。例えば、そのような構成を有する光センサにおいては、光電変換層に入射した光が変換された電気信号を検出することによって、光の入射が検出される。その際、太陽電池の場合と同様に光電変換層に２次元フォトニック結晶を設けると、光の積分吸収効率が向上するため、電気信号の強度が大きくなり、それにより光の検出感度が高くなる。しかしながら、上述のように、波長毎の吸収効率は特定の複数の波長においてのみ高くなるため、それら特定の波長の光の検出感度のみが高くなり、それ以外の波長の光の検出感度が低くなってしまう。このような光センサは、白色光のように連続的な波長スペクトルを有する光の検出には適さない。また、光の入射角によって検出感度が異なるという問題も生じる。   Photosensors (including imaging sensors using many of these photosensors) such as photodiodes, CCDs (charge coupled devices), CMOS devices (complementary metal oxide semiconductor devices), etc. Some other optical devices have the same photoelectric conversion layer as the solar cell. For example, in an optical sensor having such a configuration, the incidence of light is detected by detecting an electrical signal obtained by converting light incident on the photoelectric conversion layer. At that time, when a two-dimensional photonic crystal is provided in the photoelectric conversion layer as in the case of a solar cell, the integrated absorption efficiency of light is improved, so that the intensity of an electric signal is increased, thereby increasing the light detection sensitivity. . However, as described above, since the absorption efficiency for each wavelength is high only at a plurality of specific wavelengths, only the detection sensitivity of light of these specific wavelengths is high, and the detection sensitivity of light of other wavelengths is low. End up. Such an optical sensor is not suitable for detecting light having a continuous wavelength spectrum such as white light. Another problem is that the detection sensitivity varies depending on the incident angle of light.

本発明が解決しようとする課題は、太陽電池や光センサ等の光デバイスにおいて光の波長や入射角等に依存した特性の変化を小さくしたり効率を高めたりするために用いることができる２次元フォトニック結晶を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is a two-dimensional that can be used to reduce changes in characteristics depending on the wavelength, incident angle, etc. of light or to increase efficiency in an optical device such as a solar cell or an optical sensor. It is to provide a photonic crystal.

(1) 第１の態様の２次元フォトニック結晶
上記課題を解決するために成された本発明に係る２次元フォトニック結晶の第１の態様のものは、
板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
各異屈折率領域が、前記２次元格子の各格子点から前記２次元格子面に平行に、最大ずれ量Δpmax（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されている
ことを特徴とする。 (1) Two-dimensional photonic crystal according to the first aspect The first aspect of the two-dimensional photonic crystal according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
Each of the different refractive index regions is arranged in parallel with the two-dimensional lattice plane from each lattice point of the two-dimensional lattice, and is randomly displaced by a deviation amount Δp that is equal to or less than the maximum deviation amount Δp max (≠ 0). Features.

第１の態様の２次元フォトニック結晶では、異屈折率領域が、２次元格子の各格子点からその格子面に平行に、最大ずれ量Δpmax以下のずれ量（距離）Δpだけランダムに（すなわち、ランダムな大きさ及び方向に）ずれて配置されていることにより、２次元フォトニック結晶には、周期性がある程度保持されつつ乱れ（ランダムネス）が導入された屈折率分布が形成される。そのため、２次元フォトニック結晶内における波長毎の光の共振強度分布は、格子点の基本的な周期性に対応した複数の波長においてピークを有する形状を呈するものの、そのランダムネスによって、それらのピークトップの高さが低くなる一方、幅が広くなるため、ピークトップからある程度離れた波長では共振強度が大きくなる。すなわち、ランダムネスが無い場合よりも、波長による結晶内での光の共振強度分布の変化が小さくなる。 In the two-dimensional photonic crystal of the first aspect, the different refractive index regions are randomly distributed from each lattice point of the two-dimensional lattice in parallel to the lattice plane by a deviation amount (distance) Δp that is equal to or less than the maximum deviation amount Δp max ( In other words, the two-dimensional photonic crystal is formed with a refractive index distribution in which disturbance (randomness) is introduced while maintaining a certain degree of periodicity, by being shifted in a random size and direction. . Therefore, although the resonance intensity distribution of light for each wavelength in the two-dimensional photonic crystal has a shape having peaks at a plurality of wavelengths corresponding to the basic periodicity of the lattice points, the peaks due to the randomness thereof. While the height of the top is reduced, the width is increased, so that the resonance intensity is increased at a wavelength somewhat away from the peak top. That is, the change in the resonant intensity distribution of light in the crystal due to the wavelength is smaller than in the case where there is no randomness.

そのため、例えば、第１の態様の２次元フォトニック結晶構造を太陽電池や光センサの光電変換層に形成すると、光電変換層における波長毎の入射光の吸収効率の分布において、ランダムネスが無い場合よりも、各ピークの幅が広くなる。すなわち、ランダムネスが無い場合と比較すると、ピークトップではやや吸収効率の値が小さくなるものの、それ以外の波長では吸収効率の値が大きくなり、吸収効率の波長依存性が少なくなる。従って、光センサでは、光の検出感度の波長依存性が少なくなり、例えば環境の影響で波長がずれたり広がった検出光であってもより適切に検出することができるようになる。波長域全体としての吸収効率（積分吸収効率）は、ピークトップでの吸収効率の低下とそれ以外の波長での吸収効率の向上という上述の２つの作用の兼ね合いにより定まるが、最大ずれ量Δpmaxの値が比較的小さい場合には、ランダムネスが無い場合よりも高くなる傾向にある。従って、最大ずれ量Δpmaxの値を比較的小さくすることにより、太陽電池における発電効率を向上させることができる。 Therefore, for example, when the two-dimensional photonic crystal structure of the first aspect is formed in the photoelectric conversion layer of a solar cell or a photosensor, there is no randomness in the distribution of the absorption efficiency of incident light for each wavelength in the photoelectric conversion layer Rather, the width of each peak becomes wider. That is, compared with the case where there is no randomness, the value of absorption efficiency is slightly reduced at the peak top, but the value of absorption efficiency is increased at other wavelengths, and the wavelength dependence of absorption efficiency is reduced. Therefore, in the optical sensor, the wavelength dependence of the light detection sensitivity is reduced, and for example, even detection light whose wavelength is shifted or spread due to the influence of the environment can be detected more appropriately. The absorption efficiency (integrated absorption efficiency) of the entire wavelength region is determined by the balance between the above-mentioned two actions, ie, the reduction in absorption efficiency at the peak top and the improvement in absorption efficiency at other wavelengths, but the maximum deviation amount Δp max When the value of is relatively small, it tends to be higher than when there is no randomness. Therefore, the power generation efficiency in the solar cell can be improved by making the value of the maximum deviation amount Δp max relatively small.

また、最大ずれ量Δpmaxの値に関わらず、ランダムネスが無い場合よりも、ランダムネスを導入した場合には、入射光の光電変換層への入射角の変化による波長毎の吸収効率及び積分吸収効率の変化は小さくなる。また、最大ずれ量Δpmaxの値を大きくするほど、入射角の変化による積分吸収効率の変化の度合いは小さくなる。従って、最大ずれ量Δpmaxの値を或る程度大きくしておくことにより、太陽電池においては入射角の変化による発電効率の変化の度合いを、光センサにおいては入射角の変化による検出感度の変化の度合いを、それぞれ小さくすることができる。 In addition, regardless of the value of the maximum deviation Δp max , when randomness is introduced rather than no randomness, the absorption efficiency and integration for each wavelength due to the change in the incident angle of incident light to the photoelectric conversion layer. The change in absorption efficiency is small. Further, as the value of the maximum deviation amount Δp max is increased, the degree of change in the integrated absorption efficiency due to the change in the incident angle is reduced. Therefore, by increasing the maximum deviation amount Δp max to some extent, the degree of change in power generation efficiency due to the change in the incident angle in the solar cell, and the change in detection sensitivity due to the change in the incident angle in the optical sensor. The degree of each can be reduced.

上記２次元格子には、典型的には正方格子や三角格子が用いられるが、それら以外の２次元格子である長方格子、面心長方格子、斜方格子等を用いることもできる。   As the two-dimensional lattice, a square lattice or a triangular lattice is typically used, but other two-dimensional lattices such as a rectangular lattice, a face-centered rectangular lattice, an orthorhombic lattice, and the like can also be used.

屈折率分布の周期長よりも最大ずれ量Δpmaxの方が大きいと、屈折率分布は周期性があるものよりもそれが全くないものに近くなる。この場合、周期性を導入することにより、特定の波長を持つ光において共振強度が向上するという２次元フォトニック結晶構造の効果自体が著しく小さくなる。特に、最大ずれ量Δpmaxが２次元格子の周期長の1/2を超えると、ずれ量Δpが1/2を超える異屈折率領域の位置は、そのずれ量を定める原点となる格子点よりも他の格子点に近くなるため、その２次元格子の周期性を反映しなくなる。そのため、最大ずれ量Δpmaxは、２次元格子の周期長の1/2以下とすることが望ましい。 If the maximum deviation amount Δp max is larger than the period length of the refractive index distribution, the refractive index distribution is closer to that having no periodicity than that having periodicity. In this case, by introducing periodicity, the effect itself of the two-dimensional photonic crystal structure that the resonance intensity is improved in light having a specific wavelength is remarkably reduced. In particular, when the maximum deviation amount Δp max exceeds 1/2 of the periodic length of the two-dimensional grating, the position of the different refractive index region where the deviation amount Δp exceeds 1/2 is determined from the lattice point that is the origin for determining the deviation amount. Is close to other lattice points, and therefore does not reflect the periodicity of the two-dimensional lattice. Therefore, it is desirable that the maximum deviation amount Δp max is not more than half of the periodic length of the two-dimensional grating.

本発明において、各異屈折率領域は各格子点からランダムにずれて配置されているが、そのランダムさには分布を持たせることもできる。本発明ではその場合でも、最大ずれ量がΔpmaxを超えないようにしている。これは、例えばガウス分布（正規分布）のようにΔpの大きい部分においても（僅かであっても）ずれの存在が許容されるような分布（すなわち、テールを有する分布）とすると、そのテール部分による悪影響が生じるためである。
なお、ガウス分布において最大ずれ量がΔpmaxを超えないようにしたものよりも、最大ずれ量Δpmax以下の範囲内、すなわち0から最大ずれ量Δpmaxの間において、格子点からのずれの距離及び方向が一様に分布しているものの方が、積分吸収効率を高めることができる。 In the present invention, the different refractive index regions are randomly shifted from the lattice points, but the randomness may have a distribution. Even in such a case, the present invention prevents the maximum deviation from exceeding Δp max . For example, if a distribution (ie, a distribution having a tail) in which a deviation is allowed even in a portion where Δp is large (even a small amount) such as a Gaussian distribution (normal distribution), that tail portion is used. This is because an adverse effect due to.
Note that the distance and direction of the deviation from the lattice point is within the range of the maximum deviation amount Δpmax, that is, between 0 and the maximum deviation amount Δpmax, rather than the maximum deviation amount that does not exceed Δpmax in the Gaussian distribution. Those that are uniformly distributed can increase the integrated absorption efficiency.

第１の態様の２次元フォトニック結晶は、以下に述べる超格子構造を有していてもよい。そのような２次元フォトニック結晶は、板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において、
a) 予め定められた1個又は複数個の格子点において、各格子点から該２次元格子の格子面に平行に、第１最大ずれ量Δp1max（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置された第１異屈折率領域と、
b) 前記第１異屈折率領域が配置された格子点以外の格子点において、各格子点から該２次元格子の格子面に平行に、第２最大ずれ量Δp2max以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置された第２異屈折率領域と
が存在することを特徴とする。 The two-dimensional photonic crystal of the first aspect may have a superlattice structure described below. Such a two-dimensional photonic crystal has a two-dimensional photonic structure in which a different refractive index region having a refractive index different from that of a main body is arranged in each plate point of a two-dimensional lattice parallel to the main body. A nick crystal,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice
a) At one or a plurality of predetermined grid points, a random shift amount Δp equal to or less than the first maximum shift amount Δp1 max (≠ 0) is randomly generated from each lattice point in parallel with the lattice plane of the two-dimensional lattice. A first different refractive index region that is offset,
b) At lattice points other than the lattice point at which the first different refractive index region is arranged, a random deviation amount Δp equal to or less than the second maximum deviation amount Δp2 max is parallel to the lattice plane of the two-dimensional lattice from each lattice point. There is a second different refractive index region that is shifted in position.

ここで、各超格子において第１異屈折率領域（及びそれが配置される格子点）の個数は、各超格子内の異屈折率領域（格子点）の個数よりも少なくする。従って、各超格子において、第２異屈折率領域（及びそれが配置される格子点）は少なくとも１個存在する。また、第１異屈折率領域と第２異屈折率領域の個数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、第２最大ずれ量Δp2maxは、第１最大ずれ量Δp1maxよりも、大きくてもよいし、小さくてもよい。さらには、第１最大ずれ量Δp1maxと第２最大ずれ量Δp2maxは同じであってもよいが、この場合は実質的には超格子構造の無い第１の態様の２次元フォトニック結晶と同じ構成になる。 Here, the number of first different refractive index regions (and lattice points at which the superlattices are arranged) in each superlattice is smaller than the number of different refractive index regions (lattice points) in each superlattice. Therefore, in each superlattice, there is at least one second second refractive index region (and a lattice point where it is arranged). Further, the number of the first different refractive index regions and the second different refractive index regions may be the same or different.
Further, the second maximum deviation amount Δp2 max may be larger or smaller than the first maximum deviation amount Δp1 max . Furthermore, the first maximum deviation amount Δp1 max and the second maximum deviation amount Δp2 max may be the same. In this case, the two-dimensional photonic crystal according to the first aspect substantially having no superlattice structure is used. It becomes the same composition.

このような超格子構造を有する２次元フォトニック結晶においては、第１異屈折率領域と第２異屈折率領域のうち最大ずれ量が小さい方の異屈折率領域によって、比較的周期性が高い屈折率分布が形成され、それにより波長毎の光の共振強度のピークが特定の波長において高くなる。また、最大ずれ量が大きい方の異屈折率領域により形成される大きいランダムネスによって、前記ピークの幅が広くなる。そのため、このような２次元フォトニック結晶は、光電変換層における積分吸収効率をより高める方向に作用する。   In the two-dimensional photonic crystal having such a superlattice structure, the periodicity is relatively high due to the different refractive index region having the smaller maximum deviation amount between the first and second different refractive index regions. A refractive index distribution is formed, whereby the peak of the resonance intensity of light for each wavelength is increased at a specific wavelength. In addition, the peak width is widened by the large randomness formed by the different refractive index region having the larger maximum deviation amount. Therefore, such a two-dimensional photonic crystal acts in the direction of further increasing the integrated absorption efficiency in the photoelectric conversion layer.

上述の超格子構造を有する２次元フォトニック結晶では、前記第２最大ずれ量Δp2maxが0である、すなわち全ての第２異屈折率領域が格子点に配置されていてもよい。これにより、第２異屈折率領域の屈折率分布が完全な周期性を有することとなるため、波長毎の光の共振強度のピークを特定の波長においてより高くすることができる。 In the two-dimensional photonic crystal having the superlattice structure described above, the second maximum deviation amount Δp2 max may be 0, that is, all the second different refractive index regions may be arranged at lattice points. Thereby, since the refractive index distribution of the second different refractive index region has complete periodicity, the peak of the resonance intensity of light for each wavelength can be made higher at a specific wavelength.

また、上述の超格子構造を有する２次元フォトニック結晶では、全ての第１異屈折率領域の格子点からのずれの距離及び方向は一様に分布している方が望ましい。同様に、第２異屈折率領域の格子点からのずれが存在する場合には、全ての第２異屈折率領域における格子点からのずれの距離及び方向は一様に分布している方が望ましい。   In the two-dimensional photonic crystal having the above superlattice structure, it is desirable that the distances and directions of deviations from the lattice points of all the first different refractive index regions are uniformly distributed. Similarly, when there is a deviation from the lattice point of the second different refractive index region, the distance and direction of the deviation from the lattice point in all the second different refractive index regions should be uniformly distributed. desirable.

さらに、超格子構造を有する第１の態様の２次元フォトニック結晶において、異屈折率領域の位置の最大ずれ量を３種以上としても、最大ずれ量が２種である上記の２次元フォトニック結晶と同様の効果を奏する。そのような３種以上の異屈折率領域を用いた２次元フォトニック結晶は、板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において格子点がn個の部分集合に分割され、各部分集合において前記異屈折率領域が各格子点から前記２次元格子の格子面に平行に、最大ずれ量Δpkmax（kは1〜nのいずれかの整数。少なくとも１つの部分集合においてΔpkmax≠0。）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されていることを特徴とする。 Furthermore, in the two-dimensional photonic crystal according to the first aspect having the superlattice structure, the two-dimensional photonic crystal has two kinds of maximum deviations even if the maximum deviation of the position of the different refractive index region is three or more. It has the same effect as a crystal. In such a two-dimensional photonic crystal using three or more different refractive index regions, a two-dimensional grating having a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is formed in a plate-like main body. A two-dimensional photonic crystal arranged at each lattice point,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice, the lattice point is divided into n subsets, and in each subset, the different refractive index region is parallel to the lattice plane of the two-dimensional lattice from each lattice point, and the maximum deviation amount Δpk max (k is 1 Any integer of ˜n, which is characterized in that at least one subset is Δpk max ≠ 0.

このような３種以上の異屈折率領域を用いた２次元フォトニック結晶においても、前記部分集合のうちの１つにおいて、最大ずれ量Δpnmaxを0、すなわちその部分集合において異屈折率領域が全て格子点に配置されていてもよい。また、前記各部分集合のうちの１つ又は複数において、該部分集合に属する全ての異屈折率領域のずれ量Δpが0から前記最大ずれ量Δpnmaxの間で一様に分布していてもよい。 Even in such a two-dimensional photonic crystal using three or more different refractive index regions, the maximum deviation amount Δpn max is 0 in one of the subsets, that is, the different refractive index region is in the subset. All may be arranged at grid points. Further, in one or a plurality of the subsets, even if the deviation amount Δp of all the different refractive index regions belonging to the subset is uniformly distributed between 0 and the maximum deviation amount Δpn max. Good.

(2) 第２の態様の２次元フォトニック結晶
本発明に係る２次元フォトニック結晶の第２の態様のものは、
板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
各異屈折率領域の平面形状が、最小値と該最小値よりも大きい最大値の間でランダムな大きさを有する
ことを特徴とする。 (2) Two-dimensional photonic crystal of the second aspect The second aspect of the two-dimensional photonic crystal according to the present invention is:
A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
The planar shape of each of the different refractive index regions has a random size between a minimum value and a maximum value larger than the minimum value.

異屈折率領域の平面形状（本体に平行な断面の形状）は、円（真円）形、楕円形、三角形や四角形等の多角形等、様々な形状のものを適用することができる。また、これら円や楕円の弧、あるいは多角形の辺に凹凸等の変形要素が加わっていてもよい。平面形状の大きさは例えば、面積や、その平面形状において例えば以下に述べるように特定可能な線分の長さで規定することができる。線分の長さは、例えば平面形状が円形の場合には径の長さにより、楕円形の場合には長径又は短径の長さにより、多角形の場合には特定の辺又は対角線の長さにより、定めることができる。   Various shapes such as a circle (perfect circle), an ellipse, a polygon such as a triangle or a quadrangle, etc. can be applied to the planar shape of the different refractive index region (the shape of the cross section parallel to the main body). Further, deformation elements such as irregularities may be added to the arcs of these circles and ellipses, or the sides of the polygons. The size of the planar shape can be defined by, for example, the area or the length of a line segment that can be specified in the planar shape as described below. The length of the line segment is, for example, the length of the diameter when the planar shape is circular, the length of the major axis or minor axis when it is elliptical, and the length of a specific side or diagonal line when it is a polygon. This can be determined.

また、各異屈折率領域の平面形状は、同一形状（相似形）であってもよいし、異なる形状であってもよい。   Further, the planar shape of each different refractive index region may be the same shape (similar shape) or different shapes.

第２の態様の２次元フォトニック結晶では、異屈折率領域が２次元格子の各格子点に配置されていることによって屈折率の周期的分布が形成される一方、異屈折率領域毎の平面形状の大きさをランダムにすることにより、屈折率の周期的分布の乱れが形成される。これにより、２次元フォトニック結晶には、周期性がある程度保持されつつランダムネスが導入された屈折率分布が形成される。これにより、第２の態様の２次元フォトニック結晶では、第１の態様の２次元フォトニック結晶と同様に、波長毎の光の共振強度分布は格子点の周期性に対応した複数の波長においてピークを有する形状を呈し、そのピークはランダムネスによって高さが低くなる一方、幅が広くなる。すなわち、波長による結晶内での光の共振強度分布の変化が小さくなる。   In the two-dimensional photonic crystal of the second aspect, the periodic distribution of the refractive index is formed by arranging the different refractive index regions at the respective lattice points of the two-dimensional grating, while the plane for each different refractive index region is formed. By making the size of the shape random, disorder of the periodic distribution of refractive index is formed. Thereby, a refractive index distribution in which randomness is introduced while the periodicity is maintained to some extent is formed in the two-dimensional photonic crystal. As a result, in the two-dimensional photonic crystal of the second aspect, similarly to the two-dimensional photonic crystal of the first aspect, the resonance intensity distribution of light for each wavelength is at a plurality of wavelengths corresponding to the periodicity of the lattice points. It has a shape with a peak, and the peak is reduced in height by the randomness, while the width is increased. That is, the change in the resonance intensity distribution of light within the crystal due to the wavelength is reduced.

従って、第２の態様の２次元フォトニック結晶構造を太陽電池や光センサの光電変換層に形成すると、第１の態様の場合と同様に、光電変換層における波長毎の入射光の吸収効率の波長依存性が少なくなるため、光センサにおける光の検出感度の波長依存性が少なくなる。また、これも第１の態様の場合と同様、平面形状の大きさの違いが比較的小さい（すなわち、最大値と最小値の差が小さい）場合には、積分吸収効率が高くなる。これにより、上記同様、太陽電池における発電効率を向上させることができる。また、入射光の光電変換層への入射角の変化による積分吸収効率の変化も同様に小さくなるため、太陽電池においては入射角の変化による発電効率の変化の度合いを、光センサにおいては入射角の変化による検出感度の変化の度合いを、それぞれ小さくすることができる。   Therefore, when the two-dimensional photonic crystal structure of the second aspect is formed on the photoelectric conversion layer of the solar cell or the optical sensor, the absorption efficiency of incident light for each wavelength in the photoelectric conversion layer is the same as in the case of the first aspect. Since the wavelength dependency is reduced, the wavelength dependency of the light detection sensitivity in the optical sensor is reduced. In addition, as in the case of the first aspect, when the difference in the size of the planar shape is relatively small (that is, the difference between the maximum value and the minimum value is small), the integrated absorption efficiency is increased. Thereby, the power generation efficiency in a solar cell can be improved like the above. In addition, since the change in the integrated absorption efficiency due to the change in the incident angle of the incident light to the photoelectric conversion layer is also reduced, the degree of change in the power generation efficiency due to the change in the incident angle in the solar cell, The degree of change in detection sensitivity due to the change in each can be reduced.

前記同様の理由により、第２の態様の２次元フォトニック結晶においても、個々の異屈折率領域における平面形状の大きさは最大値と最小値の間になければならない。そして、その範囲内では一様に分布していることが望ましい。   For the same reason as above, also in the two-dimensional photonic crystal of the second mode, the size of the planar shape in each different refractive index region must be between the maximum value and the minimum value. And it is desirable that it is uniformly distributed within the range.

また、第２の態様の２次元フォトニック結晶は超格子構造を有していてもよく、それにより、超格子構造を有する第１の態様の２次元フォトニック結晶と同様の効果を奏する。そのような超格子構造を有する第２の態様の２次元フォトニック結晶は、板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において、
a) 予め定められた1個又は複数個の格子点に配置された第１の異屈折率領域であって、平面形状が第１の最小値と該第１の最小値よりも大きい第１の最大値の間でランダムな大きさを有する第１異屈折率領域と、
b) 前記第１異屈折率領域が配置された格子点以外の格子点に配置された第２の異屈折率領域であって、平面形状が第２の最小値と第２の最大値の間でランダムな大きさを有する第２異屈折率領域と
が存在することを特徴とする。 In addition, the two-dimensional photonic crystal of the second aspect may have a superlattice structure, thereby producing the same effect as the two-dimensional photonic crystal of the first aspect having the superlattice structure. In the two-dimensional photonic crystal of the second aspect having such a superlattice structure, a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body in the plate-like main body is provided in each of the two-dimensional lattices parallel to the main body. A two-dimensional photonic crystal arranged at lattice points,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice
a) a first different refractive index region arranged at one or more predetermined lattice points, the first minimum value and the first minimum value being larger than the first minimum value A first refractive index region having a random size between the maximum values;
b) a second different refractive index region disposed at a lattice point other than the lattice point at which the first different refractive index region is disposed, wherein the planar shape is between the second minimum value and the second maximum value. And a second different refractive index region having a random size.

第２の最小値は第１の最小値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第２の最大値は第１の最大値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、第１の最小値と第２の最小値が同じであって、且つ第１の最大値と第２の最大値が同じである場合には、実質的には超格子構造が無い第２の態様の２次元フォトニック結晶と同じ構成になる。さらには、第１異屈折率領域及び第２異屈折率領域の平面形状は、同一形状（相似形）であってもよいし、異なる形状であってもよい。   The second minimum value may be the same as or different from the first minimum value. Further, the second maximum value may be the same as or different from the first maximum value. When the first minimum value and the second minimum value are the same, and the first maximum value and the second maximum value are the same, the second having substantially no superlattice structure. It becomes the same structure as the two-dimensional photonic crystal of the aspect. Furthermore, the same shape (similar shape) may be sufficient as the planar shape of a 1st different refractive index area | region and a 2nd different refractive index area | region, and a different shape may be sufficient as it.

また、第２の最小値と第２の最大値は同じ値、すなわち全ての第２異屈折率領域の平面形状の大きさが同じであってもよい。これは、第１の態様の２次元フォトニック結晶に超格子を設けた場合において第２最大ずれ量Δp2maxを0にした場合に相当する。 Further, the second minimum value and the second maximum value may be the same value, that is, the size of the planar shape of all the second different refractive index regions may be the same. This corresponds to the case where the second maximum deviation amount Δp2 max is set to 0 when a superlattice is provided in the two-dimensional photonic crystal of the first aspect.

また、超格子構造が無い場合と同様に、全ての第１異屈折率領域及び／又は第２異屈折率領域の平面形状の大きさは一様に分布していることが望ましい。   Further, as in the case where there is no superlattice structure, it is desirable that the sizes of the planar shapes of all the first and / or second different refractive index regions are uniformly distributed.

さらに、超格子構造を有する第２の態様の２次元フォトニック結晶において、異屈折率領域の平面形状の最大値及び／又は最小値の組み合わせを３種以上としても、上述の２種の異屈折率領域を用いた超格子構造を有する２次元フォトニック結晶と同様の効果を奏する。そのような３種以上の異屈折率領域を用いた２次元フォトニック結晶は、板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において格子点がn個の部分集合に分割され、各部分集合において前記異屈折率領域の平面形状の大きさが最小値と最大値（少なくとも１つの部分集合において最小値と最大値が異なる値を有する）の間でランダムな大きさを有することを特徴とする。 Furthermore, in the two-dimensional photonic crystal of the second aspect having the superlattice structure, the above two types of different refractions can be achieved even if the combination of the maximum value and / or the minimum value of the planar shape of the different refractive index region is three or more. An effect similar to that of a two-dimensional photonic crystal having a superlattice structure using a rate region is obtained. In such a two-dimensional photonic crystal using three or more different refractive index regions, a two-dimensional grating having a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is formed in a plate-like main body. A two-dimensional photonic crystal arranged at each lattice point,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice, the lattice point is divided into n subsets, and in each subset, the size of the planar shape of the different refractive index region is the minimum value and the maximum value (the minimum value and the maximum value in at least one subset are It has a random size between (having different values).

このような３種以上の異屈折率領域を用いた２次元フォトニック結晶においても、前記部分集合のうちの１つにおいて、前記異屈折率領域の平面形状が同じ大きさを有するようにしてもよい。また、前記部分集合のうちの１つ又は複数において、該部分集合に属する全ての異屈折率領域の大きさが前記最小値から前記最大値の間で一様に分布するようにしてもよい。   Even in such a two-dimensional photonic crystal using three or more different refractive index regions, the planar shape of the different refractive index regions may have the same size in one of the subsets. Good. Further, in one or a plurality of the subsets, the sizes of all the different refractive index regions belonging to the subset may be uniformly distributed between the minimum value and the maximum value.

ここまで、異屈折率領域が格子点からランダムにずれた位置に配置された第１の態様の２次元フォトニック結晶と、異屈折率領域の平面形状の大きさがランダムである第２の態様の２次元フォトニック結晶について説明したが、これら位置のずれのランダムネスと、大きさのランダムネスを組み合わせて用いてもよい。   Up to this point, the two-dimensional photonic crystal according to the first aspect in which the different refractive index regions are randomly arranged from the lattice points, and the second aspect in which the size of the planar shape of the different refractive index regions is random Although the two-dimensional photonic crystal is described, the randomness of the positional deviation and the randomness of the size may be used in combination.

本発明により、太陽電池や光センサ等の光デバイスにおいて、入射光の波長や入射角等の変化による吸収効率の分布等の特性の変化を小さくすることができ、また、全体としての吸収効率を高めることもできる２次元フォトニック結晶が得られる。   According to the present invention, in an optical device such as a solar cell or an optical sensor, a change in characteristics such as a distribution of absorption efficiency due to a change in the wavelength of incident light or an incident angle can be reduced, and the overall absorption efficiency A two-dimensional photonic crystal that can be enhanced is obtained.

本発明に係る２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の第１実施例を示す縦断面図(a)、２次元フォトニック結晶構造を示す横断面図(b)、及び(b)の部分拡大図(c)。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a solar cell using a two-dimensional photonic crystal according to the present invention (a), a transverse sectional view showing a two-dimensional photonic crystal structure, and a partially enlarged view of (b). Figure (c). 第１実施例において光電変換層における太陽光の吸収効率を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the absorption efficiency of the sunlight in a photoelectric converting layer in 1st Example. 図２に示した例における異屈折率領域のずれ量Δpの分布(a)、及びΔpの分布の他の例(b)〜(d)を示すグラフ。The graph which shows other examples (b)-(d) of distribution (a) of deviation | shift amount (DELTA) p of the different refractive index area | region in the example shown in FIG. 2, and distribution of (DELTA) p. 第１実施例において、正方格子の周期長a及び異屈折率領域の径rが図２に示した例とは異なる光電変換層における太陽光の吸収効率を計算した結果を示すグラフ。In 1st Example, the graph which shows the result of having calculated the absorption efficiency of the sunlight in the photoelectric converting layer from which the period length a of a square lattice and the diameter r of a different refractive index area | region differ from the example shown in FIG. 第１実施例において入射角θ及び最大ずれ量Δpmaxの違いによる吸収効率の違いを計算した結果を示すグラフ。Graph showing the results of calculating the difference in absorption efficiency due to the difference in the incidence angle θ and the maximum deviation amount Delta] p max in the first embodiment. 本発明に係る２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の第２実施例を示す縦断面図(a)及び２次元フォトニック結晶構造を示す横断面図(b)。The longitudinal cross-sectional view (a) which shows 2nd Example of the solar cell using the two-dimensional photonic crystal based on this invention, and the cross-sectional view (b) which shows a two-dimensional photonic crystal structure. 第２実施例において光電変換層における太陽光の吸収効率を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the absorption efficiency of the sunlight in a photoelectric converting layer in 2nd Example. 本発明に係る２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の第３実施例における２次元フォトニック結晶構造を示す横断面図。The cross-sectional view which shows the two-dimensional photonic crystal structure in the 3rd Example of the solar cell using the two-dimensional photonic crystal which concerns on this invention. 第３実施例において吸収効率を計算した例の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the example which calculated absorption efficiency in 3rd Example. 第３実施例において、正方格子の周期長a及び異屈折率領域の径rが図９に示した例とは異なる光電変換層における太陽光の吸収効率を計算した結果を示すグラフ。In 3rd Example, the graph which shows the result of having calculated the absorption efficiency of the sunlight in the photoelectric converting layer from which the period length a of a square lattice and the diameter r of a different refractive index area | region differ from the example shown in FIG. 第３実施例において、最大ずれ量Δpmaxが異なる３種以上の異屈折率領域を有する２次元フォトニック結晶の超格子構造を示す横断面図。In a third embodiment, a cross-sectional view illustrating a superlattice structure of the two-dimensional photonic crystal having a maximum deviation amount Delta] p max 3 or more of the modified refractive index areas having different. 本発明に係る２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の第４実施例における２次元フォトニック結晶構造を示す横断面図。The cross-sectional view which shows the two-dimensional photonic crystal structure in 4th Example of the solar cell using the two-dimensional photonic crystal which concerns on this invention. 本発明に係る２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池の第５実施例における２次元フォトニック結晶構造を示す横断面図。The cross-sectional view which shows the two-dimensional photonic crystal structure in 5th Example of the solar cell using the two-dimensional photonic crystal which concerns on this invention. 従来の２次元フォトニック結晶を用いた光電変換素子の一例を示す縦断面図(a)、及びn層を通過する横断面における該フォトニック結晶の横断面図(b)。The longitudinal cross-sectional view (a) which shows an example of the photoelectric conversion element using the conventional two-dimensional photonic crystal, and the cross-sectional view (b) of this photonic crystal in the cross section which passes n layer. 光の吸収効率の計算に用いた太陽光のスペクトル強度を示すグラフ。The graph which shows the spectral intensity of sunlight used for calculation of the light absorption efficiency. 従来の光電変換素子における光の波長毎の吸収効率の例を示すグラフ。The graph which shows the example of the absorption efficiency for every wavelength of the light in the conventional photoelectric conversion element.

本発明に係る２次元フォトニック結晶の実施例として、かかる２次元フォトニック結晶を有する太陽電池の例を、図１〜図１３を用いて説明する。なお、太陽電池の構成は、後述のように光センサにもそのまま適用することができる。そのため、以下では、光センサについては、それに特有の（太陽電池にはない）作用・効果についてのみ述べる。   As an example of the two-dimensional photonic crystal according to the present invention, an example of a solar cell having such a two-dimensional photonic crystal will be described with reference to FIGS. Note that the configuration of the solar cell can be applied to an optical sensor as it is, as will be described later. For this reason, in the following, only the actions and effects peculiar to the optical sensor (not in the solar cell) will be described.

(1) 第１実施例の太陽電池１０の構成
本発明の第１実施例である太陽電池１０について説明する。この太陽電池１０は、図１(a)に示すように、p型半導体から成るp層１１１、真性半導体から成るi層１１２及びn型半導体から成るn層１１３の３層により構成される、いわゆる「pin構造」の光電変換層１１を有する。光電変換層１１内には、後述のように２次元フォトニック結晶構造が形成されている。光電変換層１１の外側には、光電変換層１１を挟むように第１電極１３１及び第２電極１３２が設けられている。また、第１電極１３１の外側（光電変換層１１の反対側）には反射層１４が、第２電極１３２の外側には受光面となるガラス基板１５が、それぞれ設けられている。本実施例では、p層１１１、i層１１２及びn層１１３の材料にはSi半導体（電気的特性は上述のように各層で異なる）の微結晶を、第１電極１３１及び第２電極１３２の材料には前述のIZOを、反射層１４の材料にはAgを、それぞれ用いた。 (1) Configuration of Solar Cell 10 of First Example A solar cell 10 that is a first example of the present invention will be described. As shown in FIG. 1 (a), this solar cell 10 is composed of three layers, a p layer 111 made of a p-type semiconductor, an i layer 112 made of an intrinsic semiconductor, and an n layer 113 made of an n-type semiconductor. It has a photoelectric conversion layer 11 having a “pin structure”. A two-dimensional photonic crystal structure is formed in the photoelectric conversion layer 11 as described later. A first electrode 131 and a second electrode 132 are provided outside the photoelectric conversion layer 11 so as to sandwich the photoelectric conversion layer 11. A reflective layer 14 is provided outside the first electrode 131 (opposite the photoelectric conversion layer 11), and a glass substrate 15 serving as a light receiving surface is provided outside the second electrode 132. In this embodiment, the material of the p layer 111, the i layer 112, and the n layer 113 is a microcrystal of a Si semiconductor (electrical characteristics are different in each layer as described above), and the first electrode 131 and the second electrode 132. The above-described IZO was used as the material, and Ag was used as the material of the reflective layer 14.

本実施例における光電変換層１１内の２次元フォトニック結晶構造は、光電変換層１１内に、それとは屈折率が異なる異屈折率領域１２が多数、後述の位置に配置されることにより形成されている（図１(b)）。異屈折率領域１２の材料にはIZO、すなわち第２電極１３２と同じ材料を用いた。これは、第２電極１３２と異屈折率領域１２の境界において、屈折率差に起因した界面による光の反射が生じることを防ぎ、光電変換層１１における光の吸収効率を高めることを目的としている。異屈折率領域１２の形状は、本実施例では、光電変換層１１に垂直な方向を軸方向とする円柱状である。従って、光電変換層１１に平行な面における異屈折率領域１２の形状（平面形状）は円形である。また、異屈折率領域１２の高さ（光電変換層１１に垂直な方向の大きさ）は、n層１１３の第２電極１３２側の表面からi層１１２の途中まで達する、すなわちp層１１１までは達しないように定めた。これは、異屈折率領域１２がp層１１１まで達すると、光電変換によって生じた電荷が、導電性の材料から成る異屈折率領域１２を通してp層１１１とn層１１３の間でリークしてしまうためである。   The two-dimensional photonic crystal structure in the photoelectric conversion layer 11 in the present embodiment is formed by arranging a number of different refractive index regions 12 having different refractive indexes in the photoelectric conversion layer 11 at positions to be described later. (FIG. 1 (b)). As the material of the different refractive index region 12, IZO, that is, the same material as that of the second electrode 132 was used. This is intended to prevent light reflection from occurring at the interface caused by the difference in refractive index at the boundary between the second electrode 132 and the different refractive index region 12 and to increase the light absorption efficiency in the photoelectric conversion layer 11. . In the present embodiment, the shape of the different refractive index region 12 is a cylindrical shape whose axial direction is a direction perpendicular to the photoelectric conversion layer 11. Therefore, the shape (planar shape) of the different refractive index region 12 in a plane parallel to the photoelectric conversion layer 11 is a circle. The height of the different refractive index region 12 (the size in the direction perpendicular to the photoelectric conversion layer 11) reaches the middle of the i layer 112 from the surface of the n layer 113 on the second electrode 132 side, that is, up to the p layer 111. Decided not to reach. This is because, when the different refractive index region 12 reaches the p layer 111, electric charges generated by photoelectric conversion leak between the p layer 111 and the n layer 113 through the different refractive index region 12 made of a conductive material. Because.

本実施例における光電変換層１１内の２次元フォトニック結晶構造では、図１(b)に示すように、正方格子１６の格子点１個あたりに異屈折率領域１２が１個、配置されている。ただし、異屈折率領域１２と格子点の位置関係は、格子点毎に異なる。すなわち、異屈折率領域１２の平面形状である円の中心Cは、その異屈折率領域１２が属する格子点からずれ量（距離）Δpだけずれている。そのずれ量Δpの大きさ及びずれの方向は、異屈折率領域１２毎に異なっている、すなわちランダムである。本願では、全ての異屈折率領域１２を通じて最も大きいずれ量Δpの値を、前述のようにΔpmaxと呼ぶ。本実施例では、図３(a)に示すように、全ての異屈折率領域１２のずれ量Δpの大きさは、0以上かつΔpmax以下の範囲内で一様に分布している（従って、格子点からのずれの無い異屈折率領域１２も存在する）。言い換えれば、全ての異屈折率領域１２のずれ量Δpの分布は、0以上かつΔpmax以下の範囲内では有限の値を有し、Δpmaxよりも大きい範囲内では0である階段関数で表される。なお、ずれ量Δpを定めるために用いる異屈折率領域１２の位置の基準は、本実施例では円の中心としたが、後述のように異屈折率領域１２が円以外の平面形状を有する場合には、平面形状の重心（言うまでもなく、円では中心と重心が一致している）を用いることができる。 In the two-dimensional photonic crystal structure in the photoelectric conversion layer 11 in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, one different refractive index region 12 is arranged per one lattice point of the square lattice 16. Yes. However, the positional relationship between the different refractive index region 12 and the lattice points is different for each lattice point. That is, the center C of the circle which is the planar shape of the different refractive index region 12 is shifted from the lattice point to which the different refractive index region 12 belongs by a shift amount (distance) Δp. The magnitude of the amount of deviation Δp and the direction of deviation differ for each of the different refractive index regions 12, that is, are random. In the present application, the value of the largest amount Δp through all the different refractive index regions 12 is referred to as Δp max as described above. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the magnitude of the shift amount Δp of all the different refractive index regions 12 is uniformly distributed within a range of 0 or more and Δp max or less (therefore, accordingly). Also, there is a different refractive index region 12 without any deviation from the lattice point). In other words, the distribution of the deviation amounts Δp of all the different refractive index regions 12 has a finite value within a range of 0 or more and Δp max or less, and is expressed by a step function that is 0 within a range larger than Δp max. Is done. Note that the reference of the position of the different refractive index region 12 used for determining the deviation amount Δp is the center of the circle in this embodiment, but the different refractive index region 12 has a planar shape other than the circle as will be described later. The center of gravity of a planar shape (of course, the center and the center of gravity coincide with each other in a circle) can be used.

(2) 第１実施例の太陽電池１０の動作（作用・効果）
本発明の太陽電池１０の動作を説明する。太陽光が受光面（ガラス基板１５）から入射すると、太陽光のエネルギーの一部が光電変換層１１に吸収され、そのエネルギーによって光電変換層１１の半導体内の電子が価電子帯から伝導帯に励起されることにより、電流に変換される。
その際、光電変換層１１内に形成されている２次元フォトニック結晶において、太陽光のうち正方格子１６の周期長に対応した、複数の特定の波長を有する光が定在波を形成する。これにより、それらの波長の光は光電変換層１１内に留まり易くなり、２次元フォトニック結晶が無い場合よりも入射光の吸収効率が向上する。また、本発明の太陽電池１０では、異屈折率領域１２の位置が正方格子１６の格子点からランダムなずれ量Δp及びランダムな方向にずれていることにより、上記定在波を形成する波長においては、このずれが無い場合よりも吸収効率が低下するものの、それらの波長からある程度離れた波長における吸収効率は上昇する。
これら波長毎の吸収効率の低下及び上昇の兼ね合いにより、Δpmaxがある程度の値以下の場合には、吸収効率を高めようとする波長帯（本実施例では500〜1100nm）全体での積分吸収効率が向上する。これにより、光電変換層１１に入射した光が光電変換に寄与する確率が高くなるため、光電変換効率が向上する。
また、Δpmaxの大きさに関わらず、光電変換層１１への太陽光の入射角の変化による積分吸収効率の変化が小さくなり、それにより光電変換効率の変化も小さくなる。従って、太陽電池１０を固定架台に固定した状態で時間や季節により太陽光の入射角度が変化しても、光電変換効率の変化を小さくすることができる。 (2) Operation (action / effect) of the solar cell 10 of the first embodiment
The operation of the solar cell 10 of the present invention will be described. When sunlight enters from the light receiving surface (glass substrate 15), part of the energy of sunlight is absorbed by the photoelectric conversion layer 11, and the electrons in the semiconductor of the photoelectric conversion layer 11 are transferred from the valence band to the conduction band by the energy. When excited, it is converted into a current.
At that time, in the two-dimensional photonic crystal formed in the photoelectric conversion layer 11, light having a plurality of specific wavelengths corresponding to the periodic length of the square lattice 16 in the sunlight forms a standing wave. Thereby, the light of those wavelengths tends to stay in the photoelectric converting layer 11, and the absorption efficiency of incident light improves compared with the case where there is no two-dimensional photonic crystal. Further, in the solar cell 10 of the present invention, the position of the different refractive index region 12 is shifted from the lattice point of the square lattice 16 in a random shift amount Δp and in a random direction, so that the wavelength for forming the standing wave is obtained. Although the absorption efficiency is lower than that in the case where there is no deviation, the absorption efficiency at a wavelength somewhat away from those wavelengths increases.
The integrated absorption efficiency over the entire wavelength band (500 to 1100 nm in this embodiment) where the absorption efficiency is to be increased when Δp max is a certain value or less due to the reduction and increase in absorption efficiency for each wavelength. Will improve. Thereby, since the probability that the light incident on the photoelectric conversion layer 11 contributes to the photoelectric conversion increases, the photoelectric conversion efficiency is improved.
Regardless of the magnitude of Δp max , the change in the integrated absorption efficiency due to the change in the incident angle of sunlight on the photoelectric conversion layer 11 is reduced, and the change in the photoelectric conversion efficiency is thereby reduced. Therefore, even if the incident angle of sunlight changes according to time or season in a state where the solar cell 10 is fixed to the fixed base, the change in photoelectric conversion efficiency can be reduced.

(3) 光センサの動作（作用・効果）
本発明の太陽電池１０と同じ構成（図１参照）を有する光センサの動作を説明する。光電変換層１１において光電変換が生じる波長の光が受光面（ガラス基板１５）から入射すると、その光のエネルギーが光電変換層１１に吸収され、そのエネルギーによって光電変換層１１の半導体内の電子が価電子帯から伝導帯に励起されることにより、電流に変換される。この電流を検出することにより、光の入射を検出することができる。その際、太陽電池の場合と同様に、光電変換層１１内に形成されている２次元フォトニック結晶にランダムネスが導入されていることにより、ランダムネスが無い場合よりも、上記定在波を形成する波長においては吸収効率が低下する一方、それらの波長からある程度離れた波長における吸収効率は上昇する。これにより、光を検出可能な波長帯内における検出感度の波長依存性が少なくなる。また、光電変換層１１への太陽光の入射角の変化による（波長毎の）吸収効率の変化が小さくなり、それにより、入射角の変化による検出感度の変化を小さくすることができる。 (3) Optical sensor operation (action / effect)
The operation of the optical sensor having the same configuration (see FIG. 1) as the solar cell 10 of the present invention will be described. When light having a wavelength causing photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 11 is incident from the light receiving surface (glass substrate 15), the energy of the light is absorbed by the photoelectric conversion layer 11, and electrons in the semiconductor of the photoelectric conversion layer 11 are absorbed by the energy. It is converted into current by being excited from the valence band to the conduction band. By detecting this current, the incidence of light can be detected. At that time, as in the case of the solar cell, the random wave is introduced into the two-dimensional photonic crystal formed in the photoelectric conversion layer 11, so that the above standing wave is generated more than the case where there is no randomness. While the absorption efficiency decreases at the wavelength to be formed, the absorption efficiency at a wavelength away from these wavelengths to some extent increases. Thereby, the wavelength dependence of the detection sensitivity in the wavelength band in which light can be detected is reduced. In addition, a change in absorption efficiency (for each wavelength) due to a change in the incident angle of sunlight on the photoelectric conversion layer 11 is reduced, whereby a change in detection sensitivity due to a change in incident angle can be reduced.

(4) 第１実施例の太陽電池１０の吸収効率を計算した結果
以下、太陽電池１０における上述の作用・効果を確認するために、最大ずれ量Δpmaxのみが異なる複数の例において、波長毎の吸収効率A(λ)及び積分吸収効率Aiを計算した結果を説明する。
まず、図２を用いて、正方格子１６の周期長aが500nm、異屈折率領域１２における平面形状の円の半径rが300nm、異屈折率領域１２の高さが200nm、光電変換層１１の厚みが500nm、光電変換層１１への入射角θ（光電変換層１１の法線と入射光の成す角度）が0°の場合について計算を行った結果を説明する。この計算は、最大ずれ量Δpmaxが(a)0（比較例）、(b)0.05a（25nm）、(c)0.1a（50nm）、(d)0.3a（150nm）、(e)0.5a（250nm）及び(f)0.7a（350nm）の6種類の場合について行った。積分吸収効率Aiの計算においては、上述の式(1)を用いた。 (4) Results of calculating the absorption efficiency of the solar cell 10 of the first embodiment Hereinafter, in order to confirm the above-described operation and effect in the solar cell 10, in each of the examples in which only the maximum deviation amount Δp max is different, for each wavelength The results of calculating the absorption efficiency A (λ) and the integral absorption efficiency A i will be described.
First, referring to FIG. 2, the periodic length a of the square lattice 16 is 500 nm, the radius r of the planar circle in the different refractive index region 12 is 300 nm, the height of the different refractive index region 12 is 200 nm, and the photoelectric conversion layer 11 A description will be given of the results of calculation in the case where the thickness is 500 nm and the incident angle θ to the photoelectric conversion layer 11 (the angle formed between the normal line of the photoelectric conversion layer 11 and the incident light) is 0 °. In this calculation, the maximum deviation Δp max is (a) 0 (comparative example), (b) 0.05a (25 nm), (c) 0.1a (50 nm), (d) 0.3a (150 nm), (e) 0.5 The test was conducted for six cases of a (250 nm) and (f) 0.7a (350 nm). In the calculation of the integrated absorption efficiency A i , the above equation (1) was used.

この計算の結果、図２(a)〜(f)からわかるように、吸収効率A(λ)は特定の複数の波長でピークを有するが、そのピークはΔpmaxが大きくなるほど、ピークトップの高さが低く、且つ幅が広くなる。このように幅が広くなることにより、ピークトップからある程度以上離れた波長においては吸収効率A(λ)が高くなる。そして、積分吸収効率Aiは、Δpmaxが(b)0.05a及び(c)0.1aの場合に、ランダムネスが無い(a)の場合よりも高くなる。 As a result of this calculation, as can be seen from FIGS. 2 (a) to (f), the absorption efficiency A (λ) has peaks at a plurality of specific wavelengths, but the peak increases as Δp max increases. Low and wide. As the width becomes wider in this way, the absorption efficiency A (λ) becomes higher at a wavelength more than a certain distance from the peak top. The integrated absorption efficiency A i is higher when Δp max is (b) 0.05a and (c) 0.1a than when (a) without randomness.

また、Δpmaxが大きくなるほど、吸収効率A(λ)の波長依存性が少なくなるため、この太陽電池１０の構成を適用した光センサでは、検出感度の波長依存性が少なくなる。 Further, as Δp max increases, the wavelength dependency of the absorption efficiency A (λ) decreases. Therefore, in the optical sensor to which the configuration of the solar cell 10 is applied, the wavelength dependency of detection sensitivity decreases.

これと同様の計算を、周期長aが350nm、半径rが140nmの場合において行った結果を図４に示す。この例では、最大ずれ量Δpmaxは(a)0.05a（17.5nm）、(b)0.1a（35nm）、(c)0.15a（52.5nm）、(d)0.2a（70nm）、(e)0.3a（105nm）及び(f)0.5a（175nm）とした。この例においても、ピークはΔpmaxが大きくなるほど、ピークトップの高さが低く、且つ幅が広くなる。そして、この例においては、(a)〜(f)の全ての場合において、積分吸収効率Aiはランダムネスが無い場合よりも高くなり、この計算の範囲内では(d)のΔpmax=0.2aの時に最も高くなる。この(d)の場合の積分吸収効率Aiの値は、ランダムネスが無い場合よりも6.0％高い。 FIG. 4 shows the result of the same calculation performed when the period length a is 350 nm and the radius r is 140 nm. In this example, the maximum deviation amount Δp max is (a) 0.05a (17.5 nm), (b) 0.1a (35 nm), (c) 0.15a (52.5 nm), (d) 0.2a (70 nm), (e ) 0.3a (105 nm) and (f) 0.5a (175 nm). Also in this example, the peak has a lower peak top and a wider width as Δp max increases. In this example, in all cases (a) to (f), the integrated absorption efficiency A i is higher than that without randomness. Within this calculation range, Δp max = 0.2 of (d) It becomes the highest at a. The value of the integrated absorption efficiency A i in the case of (d) is 6.0% higher than that without randomness.

次に、図２の計算を行った構成のうちΔpmax=0, 0.1a及び0.3a（図２(a), (c)及び(d)）の3つにおいて、光電変換層１１への太陽光の入射角θを10°、20°、30°及び40°とした場合における波長毎の吸収効率A(λ)及び積分吸収効率Aiを計算した結果を図５に示す。最大ずれ量Δpmaxが0（図５(a)、比較例）の場合には、入射角θの違いにより、吸収効率A(λ)のグラフの曲線が大幅に異なり、積分吸収効率Aiも53.9％（入射角θが0°の場合。図２(a)参照。）から47.3％（θ=40°）の範囲内で異なる値を有する。それに対して、最大ずれ量Δpmaxが0.1a及び0.3a（図５(b), (c)）の場合には、比較例よりも入射角θによる吸収効率A(λ)のグラフの曲線の相違が小さくなる。また、Δpmaxが0.1aの場合における積分吸収効率Aiは、54.4％（θ=0°）から51.8％（θ=30°）の範囲内になり、比較例よりも入射角θによる積分吸収効率の相違が小さくなる。さらには、Δpmaxが0.3aの場合における積分吸収効率Aiは、50.2％（θ=0°）から49.6％（θ=40°）の範囲内となり、入射角θによる積分吸収効率Aiの相違がほとんど無くなる。 Next, in three configurations Δp max = 0, 0.1a and 0.3a (FIGS. 2 (a), (c) and (d)) among the configurations in which the calculation of FIG. FIG. 5 shows the results of calculating the absorption efficiency A (λ) and integrated absorption efficiency A i for each wavelength when the incident angle θ of light is 10 °, 20 °, 30 °, and 40 °. When the maximum deviation amount Δp max is 0 (FIG. 5 (a), comparative example), the curve of the absorption efficiency A (λ) graph varies greatly due to the difference in the incident angle θ, and the integrated absorption efficiency A i is also It has a different value within the range of 53.9% (when the incident angle θ is 0 °, see FIG. 2A) to 47.3% (θ = 40 °). On the other hand, when the maximum deviation amount Δp max is 0.1a and 0.3a (FIGS. 5B and 5C), the curve of the absorption efficiency A (λ) graph by the incident angle θ is larger than that of the comparative example. The difference becomes smaller. In addition, when Δp max is 0.1a, the integrated absorption efficiency A i is in the range of 54.4% (θ = 0 °) to 51.8% (θ = 30 °). The difference in efficiency is reduced. Further, the integrated absorption efficiency A i when Δp max is 0.3a is in the range of 50.2% (θ = 0 °) to 49.6% (θ = 40 °), and the integrated absorption efficiency A i depending on the incident angle θ is There is almost no difference.

(5) 変形例
第１実施例の太陽電池の構成は、例えば以下に示すように、種々の変形が可能である。
光電変換層１１のp層１１１、i層１１２及びn層１１３の材料は上記のSi半導体の多結晶には限られず、Si半導体の薄膜単結晶やアモルファスを用いることができ、また、Cu(In,Ga)Se2等のその他の半導体を用いることもできる。これらのうちSi半導体の薄膜単結晶を用いた光電変換層は、それ自体により太陽電池や光センサの特性を高めることができる。また、Si半導体やCu(In,Ga)Se2の多結晶から成る光電変換層１１の作製には、CVD法を用いることができるため、以下の理由により、第１実施例の太陽電池（光センサ）を容易に作製することができる。
第１実施例の太陽電池（光センサ）を作製する際には、(i)第２電極１３２及び異屈折率領域１２を作製した後に、それら第２電極１３２及び異屈折率領域１２の上に光電変換層１１を作製する方法や、(ii)光電変換層１１を作製した後に、光電変換層１１に周期的に空孔を設け、それら空孔及び光電変換層１１の表面に第２電極１３２及び異屈折率領域１２を作製する方法を取ることができる。これらの方法のうち、(i)を例に取ると、第２電極１３２及び異屈折率領域１２によって凹凸が形成された面の上に光電変換層１１を作製することにより、光電変換層１１が凹部でで途切れる（いわゆる「段切れ」が生じる）おそれがある。(ii)の場合も同様である。それに対して、(i)の方法においてCVD法を用いて（Si半導体やCu(In,Ga)Se2の多結晶から成る）光電変換層１１を作製すると、光電変換層１１の材料が凹部に行き渡り、段切れが生じ難くなる。 (5) Modified Examples The configuration of the solar cell of the first example can be variously modified as shown below, for example.
The material of the p-layer 111, the i-layer 112, and the n-layer 113 of the photoelectric conversion layer 11 is not limited to the above-mentioned Si semiconductor polycrystal, and a Si semiconductor thin film single crystal or amorphous can be used, and Cu (In , Ga) Se 2 and other semiconductors can also be used. Among these, the photoelectric conversion layer using the thin film single crystal of the Si semiconductor can enhance the characteristics of the solar cell and the optical sensor by itself. In addition, since the CVD method can be used to manufacture the photoelectric conversion layer 11 made of Si semiconductor or Cu (In, Ga) Se2 polycrystal, the solar cell of the first embodiment (photosensor) for the following reason. ) Can be easily produced.
When the solar cell (photosensor) of the first embodiment is manufactured, (i) after the second electrode 132 and the different refractive index region 12 are formed, the second electrode 132 and the different refractive index region 12 are formed on the second electrode 132 and the different refractive index region 12. A method for producing the photoelectric conversion layer 11 or (ii) after producing the photoelectric conversion layer 11, holes are periodically provided in the photoelectric conversion layer 11, and the second electrode 132 is provided on the surface of the holes and the photoelectric conversion layer 11. And the method of producing the different refractive index area | region 12 can be taken. Of these methods, taking (i) as an example, the photoelectric conversion layer 11 is formed on the surface on which the irregularities are formed by the second electrode 132 and the different refractive index region 12. There is a risk of interruption at the recess (so-called “step breakage” occurs). The same applies to (ii). On the other hand, when the photoelectric conversion layer 11 (made of Si semiconductor or Cu (In, Ga) Se2 polycrystal) is produced using the CVD method in the method (i), the material of the photoelectric conversion layer 11 spreads over the recesses. , It becomes difficult to cause breakage.

光電変換層１１には、p層１１１とn層１１３が隣接した、いわゆる「pn構造」を取るものを用いることもできる。
第１電極１３１及び第２電極１３２も上記の材料には限られず、第２電極１３２においては太陽光に関してある程度透明であれば、インジウム・錫酸化物（ITO）、SnO2、ZnO等の種々の電極材料を用いることができる。また、第１電極１３１は太陽光に関して透明である必要は無く、AgやAl等）の種々の電極材料を用いることができる。 As the photoelectric conversion layer 11, a layer having a so-called “pn structure” in which the p layer 111 and the n layer 113 are adjacent to each other can be used.
The first electrode 131 and the second electrode 132 are not limited to the above materials, and various materials such as indium / tin oxide (ITO), SnO 2 , ZnO and the like can be used as long as the second electrode 132 is somewhat transparent with respect to sunlight. An electrode material can be used. The first electrode 131 need not be transparent with respect to sunlight, and various electrode materials such as Ag and Al can be used.

異屈折率領域１２の材料は、第２電極１３２（及び光電変換層１１）とは異なるものであってもよい。そのような材料には、例えば、空気（すなわち、異屈折率領域１２を空孔とする）やSiO2等を用いることができる。また、異屈折率領域１２の材料に絶縁体を用いる場合には、異屈折率領域１２はp層１１１からn層１１３に達するように形成してもよい。
異屈折率領域１２の形状は円柱には限られず、例えば楕円柱、三角柱、四角柱等の種々の形状を取り得る。また、円錐、三角錐、四角錐のように光電変換層１１の厚み方向に形状（大きさ）が異なる形状のものを用いることもできる。さらには、円柱の一部に凹部や凸部を有する等の一定の形状を有していてもよい。
また、異屈折率領域１２が配置される格子点を形成する格子は、正方格子には限られず、三角格子やハニカム格子等の格子を用いることもできる。
異屈折率領域１２毎のずれ量Δpの分布は、図３(a)に示したずれ量Δpが0からΔpmaxの間において一様なものには限られず、例えば図３(b)に示すようにずれ量Δpが0からΔpmaxの間においてガウス分布型（Δpmaxよりも大きい範囲では0）の分布を有するものであってもよい。あるいは、図３(c), (d)に示すように、ずれ量Δpの分布はずれ量Δpが0からΔpmaxの間において負の傾きを有する１次関数で減少するものであってもよい。 The material of the different refractive index region 12 may be different from that of the second electrode 132 (and the photoelectric conversion layer 11). As such a material, for example, air (that is, a hole having the different refractive index region 12 as a hole), SiO 2 or the like can be used. When an insulator is used as the material of the different refractive index region 12, the different refractive index region 12 may be formed so as to reach the n layer 113 from the p layer 111.
The shape of the different refractive index region 12 is not limited to a cylindrical shape, and may take various shapes such as an elliptical column, a triangular column, and a quadrangular column. Moreover, the thing of a shape from which the shape (size) differs in the thickness direction of the photoelectric converting layer 11 like a cone, a triangular pyramid, and a quadrangular pyramid can also be used. Furthermore, you may have fixed shapes, such as having a recessed part and a convex part in a part of cylinder.
In addition, the lattice forming the lattice points where the different refractive index regions 12 are arranged is not limited to a square lattice, and a lattice such as a triangular lattice or a honeycomb lattice can also be used.
The distribution of the deviation amount Δp for each different refractive index region 12 is not limited to a uniform one when the deviation amount Δp shown in FIG. 3A is between 0 and Δp max . For example, FIG. it may have a distribution of Gaussian distribution type (0 in a range larger than Delta] p max) between the shift amount Delta] p is 0 as Delta] p max. Alternatively, as shown in FIGS. 3C and 3D, the distribution of the deviation amount Δp may be a linear function having a negative slope when the deviation amount Δp is between 0 and Δp max .

本発明の第２実施例である太陽電池２０について説明する。太陽電池２０は、図６に示すように、光電変換層１１内に形成された２次元フォトニック結晶構造の構成を除いて、第１実施例の太陽電池１０と同様の構成を有する。   The solar cell 20 which is 2nd Example of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 6, the solar cell 20 has the same configuration as the solar cell 10 of the first embodiment except for the configuration of the two-dimensional photonic crystal structure formed in the photoelectric conversion layer 11.

第２実施例における２次元フォトニック結晶構造は、円柱状の異屈折率領域２２が正方格子１６の格子点１個あたりに１個ずつ設けられている点では、第１実施例における２次元フォトニック結晶構造と同様である。本実施例では、異屈折率領域２２の平面形状である円の中心は、正方格子１６の格子点上に配置されている。そして、各異屈折率領域２２におけるこの円の径（大きさ）rは、最小値rminと最小値rmaxの間で、ランダムな値を有している。なお、隣接する２個の異屈折率領域２２の径rの和が正方格子１６の周期長aよりも大きくなるとそれら２個の異屈折率領域２２が繋がった１個の部材２２Ａになる（図６参照）が、これら２個の異屈折率領域２２がそれぞれ正方格子１６の周期に応じた屈折率分布を形成するため、差し支えない。 The two-dimensional photonic crystal structure in the second embodiment is different from the two-dimensional photonic crystal structure in the first embodiment in that one cylindrical refractive index region 22 is provided for each lattice point of the square lattice 16. Similar to the nick crystal structure. In the present embodiment, the center of the circle which is the planar shape of the different refractive index region 22 is arranged on the lattice point of the square lattice 16. The diameter (size) r of each circle in each different refractive index region 22 has a random value between the minimum value r min and the minimum value r max . When the sum of the diameters r of two adjacent different refractive index regions 22 is larger than the periodic length a of the square lattice 16, one member 22A is formed by connecting the two different refractive index regions 22 (FIG. 6), however, these two different refractive index regions 22 each form a refractive index distribution corresponding to the period of the square lattice 16, so that there is no problem.

第２実施例の太陽電池２０の動作は、基本的には第１実施例の太陽電池１０と同様である。第２実施例では、２次元フォトニック結晶が径rに関してランダムネスを有することにより、ランダムネスが無い場合よりも、２次元フォトニック結晶内に形成される定在波の波長においては吸収効率が低下するものの、それらの波長からある程度離れた波長における吸収効率は上昇する。これにより、最小値rminと最大値rmaxの差をある程度の値よりも小さくすると、積分吸収効率が向上する。また、最小値rminと最大値rmaxの差の大きさに関わらず、光電変換層１１への太陽光の入射角の変化による積分吸収効率の変化が小さくなり、それにより光電変換効率の変化も小さくなる。 The operation of the solar cell 20 of the second embodiment is basically the same as that of the solar cell 10 of the first embodiment. In the second embodiment, since the two-dimensional photonic crystal has randomness with respect to the diameter r, the absorption efficiency is higher at the wavelength of the standing wave formed in the two-dimensional photonic crystal than when there is no randomness. Although it decreases, the absorption efficiency at wavelengths away from these wavelengths to some extent increases. Thereby, when the difference between the minimum value r min and the maximum value r max is made smaller than a certain value, the integrated absorption efficiency is improved. Regardless of the magnitude of the difference between the minimum value r min and the maximum value r max , the change in the integrated absorption efficiency due to the change in the incident angle of sunlight on the photoelectric conversion layer 11 becomes small, thereby changing the photoelectric conversion efficiency. Becomes smaller.

第２実施例の太陽電池２０の構成を光センサに適用した場合には、第１実施例の場合と同様に、光を検出可能な波長帯内における検出感度の波長依存性を少なくすることができると共に、入射角の変化による検出感度の変化を小さくすることができる。   When the configuration of the solar cell 20 of the second embodiment is applied to an optical sensor, the wavelength dependence of the detection sensitivity within the wavelength band in which light can be detected may be reduced as in the case of the first embodiment. In addition, the change in detection sensitivity due to the change in incident angle can be reduced.

次に、第２実施例の太陽電池２０において、最小値rminと最大値rmaxの差ρ=(rmax-rmin)の大きさが異なる複数の例について波長毎の吸収効率A(λ)及び積分吸収効率Aiを計算した結果を説明する。この計算では、正方格子１６の周期長aを500nm、異屈折率領域１２の高さを200nm、光電変換層１１の厚みを500nm、光電変換層１１への入射角θを0°とした。最小値rminをいずれの計算においても150nmとし、ρを(a)0nm（すなわち、全ての異屈折率領域の径rが同じである比較例）、(b)25nm、(c)50nm及び(d)75nmとした。各場合において、最小値rminと最大値rmaxの間で一様に分布している。積分吸収効率Aiの計算においては、上述の式(1)を用いた。 Next, in the solar cell 20 of the second embodiment, the absorption efficiency A (λ for each wavelength for a plurality of examples in which the difference ρ = (r max −r min ) between the minimum value r min and the maximum value r max is different. ) And the result of calculating the integral absorption efficiency A i will be described. In this calculation, the periodic length a of the square lattice 16 is 500 nm, the height of the different refractive index region 12 is 200 nm, the thickness of the photoelectric conversion layer 11 is 500 nm, and the incident angle θ to the photoelectric conversion layer 11 is 0 °. The minimum value r min is set to 150 nm in any calculation, and ρ is (a) 0 nm (that is, a comparative example in which all the different refractive index regions have the same diameter r), (b) 25 nm, (c) 50 nm, and ( d) 75 nm. In each case, there is a uniform distribution between the minimum value r min and the maximum value r max . In the calculation of the integrated absorption efficiency A i , the above equation (1) was used.

この計算の結果を図７に示す。吸収効率A(λ)は特定の複数の波長でピークを有するが、そのピークはρが大きくなるほど、ピークトップの高さが低く、且つ幅が広くなる。このように幅が広くなることにより、ピークトップからある程度以上離れた波長においては吸収効率A(λ)が高くなる。そして、積分吸収効率Aiは、ρ=25nmの場合に、ランダムネスが無い（ρ=0）場合よりも高くなる。 The result of this calculation is shown in FIG. The absorption efficiency A (λ) has peaks at a plurality of specific wavelengths, and the peak has a lower peak top height and a wider width as ρ increases. As the width becomes wider in this way, the absorption efficiency A (λ) becomes higher at a wavelength more than a certain distance from the peak top. The integrated absorption efficiency A i is higher when ρ = 25 nm than when there is no randomness (ρ = 0).

また、ρが大きくなるほど、吸収効率A(λ)の波長依存性が少なくなるため、この太陽電池２０の構成を適用した光センサでは、検出感度の波長依存性が少なくなる。   Further, as ρ increases, the wavelength dependency of the absorption efficiency A (λ) decreases, and therefore, in the optical sensor to which the configuration of the solar cell 20 is applied, the wavelength dependency of detection sensitivity decreases.

第２実施例の太陽電池２０においても、第１実施例の太陽電池１０の場合と同様に、種々の変形例を取ることができる。
光電変換層１１、第１電極１３１及び第２電極１３２、並びに異屈折率領域２２の材料は、第１実施例の変形例と同じものを用いることができる。また、光電変換層１１には、いわゆる「pn構造」を有するものを用いることもできる。
異屈折率領域２２の形状も第１実施例の変形例と同様に種々の形状を取り得る。平面形状の大きさは、例えば楕円の場合には長径又は短径の長さにより、多角形の場合には特定の辺又は対角線の長さにより、定めることができる。異屈折率領域２２が配置される格子点を形成する格子も、第１実施例の変形例と同様のものを用いることができる。
最大値rmaxと最小値rminの差ρの値の分布は、0と(rmax-rmin)の間で一様なものには限られず、第１実施例の変形例と同様に、ガウス分布型（(rmax-rmin)よりも大きい範囲では0）や１次関数で減少するもの等を用いることができる。
さらに、第２実施例では異屈折率領域２２の平面形状の大きさを円の径で定義したが、面積で定義してもよい。 Also in the solar cell 20 of the second embodiment, various modifications can be made as in the case of the solar cell 10 of the first embodiment.
As the materials of the photoelectric conversion layer 11, the first electrode 131 and the second electrode 132, and the different refractive index region 22, the same materials as those of the modification of the first embodiment can be used. In addition, the photoelectric conversion layer 11 may have a so-called “pn structure”.
The shape of the different refractive index region 22 can take various shapes as in the modification of the first embodiment. The size of the planar shape can be determined, for example, by the length of the major axis or minor axis in the case of an ellipse, and by the length of a specific side or diagonal line in the case of a polygon. The same lattice as that of the modification of the first embodiment can be used as the lattice forming the lattice point where the different refractive index region 22 is arranged.
The distribution of the difference ρ between the maximum value r max and the minimum value r min is not limited to be uniform between 0 and (r max −r min ), and as in the modification of the first embodiment, A Gaussian distribution type (0 in a range larger than (r max −r min )) or a linear function that decreases by a linear function can be used.
Furthermore, in the second embodiment, the size of the planar shape of the different refractive index region 22 is defined by the diameter of the circle, but may be defined by the area.

本発明の第３実施例である、超格子構造を有する２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池について説明する。この太陽電池は、光電変換層１１内に形成された２次元フォトニック結晶の構造を除いて、第１実施例の太陽電池１０と同様の構成を有する。第３実施例の太陽電池における２次元フォトニック結晶３６Ａでは、図８(a)に示すように、光電変換層１１内に、第１異屈折率領域３２１及び第２異屈折率領域３２２が、正方格子１６の各格子点に配置されている。第１異屈折率領域３２１と第２異屈折率領域３２２は同じ大きさの円柱状のものであり、その材料も同じ（IZO）である。第１異屈折率領域３２１は、格子点から、第１最大ずれ量Δp1max（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されている。一方、第２異屈折率領域３２２は格子点からずれることなく（第２最大ずれ量Δp2maxが0）配置されている。 A solar cell using a two-dimensional photonic crystal having a superlattice structure, which is a third embodiment of the present invention, will be described. This solar cell has the same configuration as the solar cell 10 of the first embodiment except for the structure of the two-dimensional photonic crystal formed in the photoelectric conversion layer 11. In the two-dimensional photonic crystal 36A in the solar cell of the third embodiment, as shown in FIG. 8A, in the photoelectric conversion layer 11, a first different refractive index region 321 and a second different refractive index region 322 are provided. It is arranged at each lattice point of the square lattice 16. The first different refractive index region 321 and the second different refractive index region 322 have a cylindrical shape with the same size, and the material thereof is also the same (IZO). The first different refractive index region 321 is randomly shifted from the lattice point by a shift amount Δp that is equal to or less than the first maximum shift amount Δp1 max (≠ 0). On the other hand, the second different refractive index region 322 is arranged without being displaced from the lattice point (the second maximum deviation amount Δp2 max is 0).

この２次元フォトニック結晶３６Ａでは、正方格子１６の縦方向及び横方向共に、第１異屈折率領域３２１と第２異屈折率領域３２２が交互に配置されている。これにより、正方格子１６の縦方向に２周期分、及び横方向に２周期分の合計４個の格子点に、２個の第１異屈折率領域３２１と２個の第２異屈折率領域３２２から成る単位超格子３７Ａが周期的に配置された超格子が形成されている。この単位超格子３７Ａを１周期分（正方格子１６の２周期分）、縦方向又は横方向に（仮想的に）移動させると、正方格子１６の格子点は隣接する超格子内の格子点に一致するが、第１異屈折率領域３２１は格子点からランダムにずれて配置されているため、隣接する超格子内の第１異屈折率領域３２１とは（偶然、ずれ量及びずれの方向が同じである場合を除いて）一致しない。   In the two-dimensional photonic crystal 36A, the first different refractive index regions 321 and the second different refractive index regions 322 are alternately arranged in both the vertical direction and the horizontal direction of the square lattice 16. As a result, two first different refractive index regions 321 and two second different refractive index regions are arranged at a total of four lattice points of two periods in the vertical direction and two periods in the horizontal direction of the square lattice 16. A superlattice in which unit superlattices 37A composed of 322 are periodically arranged is formed. When the unit superlattice 37A is moved by one period (two periods of the square lattice 16) in the vertical or horizontal direction (virtually), the lattice points of the square lattice 16 become lattice points in the adjacent superlattice. Although the first different refractive index regions 321 are randomly shifted from the lattice points, the first different refractive index regions 321 in the adjacent superlattice are different from the first superrefractive index regions 321 in the adjacent superlattice. Does not match (unless they are the same).

このような超格子構造を有する２次元フォトニック結晶３６Ａを光電変換層１１内に形成することにより、位置のずれの無い第２異屈折率領域３２２により形成される周期的な屈折率分布によって、光電変換層１１に入射した太陽光に含まれる所定の複数の波長を持つ光が定在波を形成し易くなり、それら波長における入射光の吸収効率を高めることができる。それと共に、位置のずれを有する第１異屈折率領域３２１が存在することにより、上記所定の波長では吸収効率が低下する方向に作用するものの、それらの波長からある程度離れた波長における吸収効率は上昇する。これにより、Δp1maxがある程度小さい範囲では積分吸収効率が向上し、光電変換効率も向上する。また、Δp1maxの値に関わらず、光電変換層１１への太陽光の入射角の変化による積分吸収効率の変化が小さくなり、それにより光電変換効率の変化も小さくなる。
また、超格子構造を有する２次元フォトニック結晶３６Ａを光センサの光電変換層内に形成すると、上記所定の波長では吸収効率が低下するのに対して、それらの波長からある程度離れた波長における吸収効率は上昇するため、波長による吸収効率の変化が小さくなる。そのため、波長による検出感度の変化も小さくなる。
一方、この２次元フォトニック結晶３６Ａにおいて、第１異屈折率領域３２１だけではなく、第２異屈折率領域３２２を格子点からランダムにずれるように、すなわち、第２最大ずれ量Δp2maxが0以外の値を取るように配置してもよい。 By forming the two-dimensional photonic crystal 36A having such a superlattice structure in the photoelectric conversion layer 11, the periodic refractive index distribution formed by the second different refractive index region 322 without positional deviation Light having a plurality of wavelengths included in sunlight incident on the photoelectric conversion layer 11 can easily form a standing wave, and the absorption efficiency of incident light at these wavelengths can be increased. At the same time, the presence of the first different refractive index region 321 having a positional shift acts in a direction in which the absorption efficiency decreases at the predetermined wavelength, but the absorption efficiency at a wavelength somewhat away from those wavelengths increases. To do. Thereby, in the range where Δp1 max is small to some extent, the integral absorption efficiency is improved, and the photoelectric conversion efficiency is also improved. Regardless of the value of Δp1 max , the change in the integrated absorption efficiency due to the change in the incident angle of sunlight on the photoelectric conversion layer 11 is reduced, and the change in the photoelectric conversion efficiency is also reduced.
Further, when the two-dimensional photonic crystal 36A having a superlattice structure is formed in the photoelectric conversion layer of the optical sensor, the absorption efficiency is reduced at the predetermined wavelength, whereas the absorption at a wavelength somewhat away from these wavelengths. Since the efficiency increases, the change in absorption efficiency due to wavelength becomes small. Therefore, the change in detection sensitivity due to the wavelength is also reduced.
On the other hand, in the two-dimensional photonic crystal 36A, not only the first different refractive index region 321 but also the second different refractive index region 322 are randomly shifted from the lattice point, that is, the second maximum deviation amount Δp2 max is 0. You may arrange | position so that values other than may be taken.

第３実施例の太陽電池について、波長毎の吸収効率A(λ)及び積分吸収効率Aiを計算した結果を、図９を用いて説明する。この計算では、周期長aを500nm、第１異屈折率領域３２１及び第２異屈折率領域３２２における平面形状の円の半径rを300nmとした。その他の条件は、異屈折率領域の位置に関する条件を除いて、第１実施例で行った２つの計算の条件と同じとした。ここでは、第２異屈折率領域３２２が格子点からずれることなく配置された（Δp2max=0の）例として、(b)Δp1max=0.05a、及び(c)Δp1max=0.10aという条件における計算をおこなった。併せて、第２異屈折率領域３２２が格子点からずれて配置される（Δp2max≠0の）例として、(d)(Δp1max, Δp2max)=(0.15a, 0.03a)、(e)(Δp1max, Δp2max)=(0.20a, 0.04a)、及び(f)(Δp1max, Δp2max)=(0.25a, 0.05a)という条件における計算をおこなった。図９(a)は第１異屈折率領域３２１及び第２異屈折率領域３２２共に格子点からのずれのない、比較例の太陽電池に関する計算結果である。 The results of calculating the absorption efficiency A (λ) and the integrated absorption efficiency A i for each wavelength for the solar cell of the third example will be described with reference to FIG. In this calculation, the period length a is 500 nm, and the radius r of the planar circle in the first different refractive index region 321 and the second different refractive index region 322 is 300 nm. The other conditions were the same as the conditions for the two calculations performed in the first example except for the conditions related to the position of the different refractive index region. Here, as an example in which the second different refractive index region 322 is arranged without deviation from the lattice point (Δp2 max = 0), the conditions (b) Δp1 max = 0.05a and (c) Δp1 max = 0.10a The calculation was performed. In addition, as an example in which the second different refractive index region 322 is arranged so as to be shifted from the lattice point (Δp2 max ≠ 0), (d) (Δp1 max , Δp2 max ) = (0.15a, 0.03a), (e ) (Δp1 max , Δp2 max ) = (0.20a, 0.04a) and (f) (Δp1 max , Δp2 max ) = (0.25a, 0.05a) were performed. FIG. 9A shows the calculation result regarding the solar cell of the comparative example in which the first different refractive index region 321 and the second different refractive index region 322 are not displaced from the lattice points.

図９の計算結果より、(b)〜(f)のいずれの場合も、従来の(a)の場合よりも波長毎の吸収効率A(λ)のピーク幅が広くなり、波長依存性が小さくなっていることがわかる。また、(b)及び(c)では、積分吸収効率Aiが従来の(a)の場合よりも向上している。 From the calculation results of FIG. 9, in any of the cases (b) to (f), the peak width of the absorption efficiency A (λ) for each wavelength is wider and the wavelength dependency is smaller than in the conventional case (a). You can see that In (b) and (c), the integrated absorption efficiency A i is improved as compared with the conventional case (a).

続いて、図１０に、a=350nm、r=140nmであって、(a)Δp1max=0.05a、(b)Δp1max=0.10a、(c)Δp1max=0.15a、(d)Δp1max=0.20a、(e)Δp1max=0.25a、及び(f)Δp1max=0.50aの（第２異屈折率領域３２２は格子点からずれることなく配置されている）場合について、図９の場合と同様の計算を行った結果を示す。(a)〜(f)のいずれの場合も、波長毎の吸収効率A(λ)の波長依存性が小さくなると共に、積分吸収効率が従来のものよりも1.0％（(a)の場合）〜7.3％（(f)の場合）向上している。 Subsequently, FIG. 10 shows that a = 350 nm, r = 140 nm, (a) Δp1 max = 0.05a, (b) Δp1 max = 0.10a, (c) Δp1 max = 0.15a, (d) Δp1 max 9 for the case of = 0.20a, (e) Δp1 max = 0.25a, and (f) Δp1 max = 0.50a (the second different refractive index region 322 is arranged without shifting from the lattice point). The result of performing the same calculation as is shown. In any of the cases (a) to (f), the wavelength dependency of the absorption efficiency A (λ) for each wavelength is reduced, and the integrated absorption efficiency is 1.0% (in the case of (a)) to the conventional one. 7.3% (in the case of (f))

第３実施例の太陽電池は、以下に述べるように種々の変形が可能である。例えば、縦方向及び横方向共に２個、合計４個の異屈折率領域を有する場合において、それらのうち３個を第２異屈折率領域３２２とし、残り１個のみを第１異屈折率領域３２１とする単位超格子３７Ｂを形成してもよい（図８(b)）。また、それら４個の異屈折率領域のうち１個のみを第２異屈折率領域３２２とし、残り３個を第１異屈折率領域３２１としてもよい。あるいは、単位超格子３７Ｃを、正方格子１６の縦方向及び横方向共に３個、合計９個の格子点から成るものとし、それら格子点のうちの定められた１個又は複数個の格子点に第１異屈折率領域３２１を配置し、残りの格子点に第２異屈折率領域３２２を配置してもよい（図８(c)）。あるいは、単位超格子３７Ｃを構成する格子点の数をこれらの例以外にしてもよく、また、縦方向の格子点の数と横方向の格子点の数が異なるようにしてもよい。   The solar cell of the third embodiment can be variously modified as described below. For example, in the case of having a total of four different refractive index regions, two in the vertical direction and two in the horizontal direction, three of them are the second different refractive index regions 322, and only the remaining one is the first different refractive index region. A unit superlattice 37B 321 may be formed (FIG. 8B). Further, only one of the four different refractive index regions may be used as the second different refractive index region 322, and the remaining three may be used as the first different refractive index region 321. Alternatively, the unit superlattice 37C is composed of three lattice points in total in the longitudinal and lateral directions of the square lattice 16, for a total of nine lattice points. The first different refractive index region 321 may be arranged, and the second different refractive index region 322 may be arranged at the remaining lattice points (FIG. 8C). Alternatively, the number of lattice points constituting the unit superlattice 37C may be other than these examples, and the number of lattice points in the vertical direction may be different from the number of lattice points in the horizontal direction.

また、各部材の材料、第１異屈折率領域３２１及び第２異屈折率領域３２２の形状、それら異屈折率領域が配置される格子（超格子ではなく、上記第３実施例における正方格子に相当する格子）の種類、それら異屈折率領域におけるずれ量Δpの分布等は第１実施例と同様の変形が可能である。   Further, the material of each member, the shape of the first different refractive index region 321 and the second different refractive index region 322, and the grating in which these different refractive index regions are arranged (not the superlattice, but the square lattice in the third embodiment) The type of the corresponding grating), the distribution of the shift amount Δp in these different refractive index regions, and the like can be modified in the same manner as in the first embodiment.

さらに、単位超格子内に、最大ずれ量がΔpkmax（kは1〜nのいずれかの整数）である第１異屈折率領域、第２異屈折率領域、第３異屈折率領域、...及び第ｎ異屈折率領域を設けてもよい。なお、上述の図８(a)〜(c)に示した例はいずれも、n=2の場合に該当する。図１１に、n=3である２次元フォトニック結晶の一例を示す。この例では、正方格子１６の縦方向に２個、横方向に２個の合計４個の格子点から成る単位超格子３７Ｄ内に、最大ずれ量がΔp1maxである第１異屈折率領域３２１が１個、最大ずれ量が0（すなわち、ずれのない）第２異屈折率領域３２２が２個、及び最大ずれ量がΔp1maxよりも小さいΔp3maxである第３異屈折率領域３２３が１個配置されている。もちろん、第２異屈折率領域３２２も最大ずれ量Δp2maxで格子点の位置からずれていてもよい。 Further, in the unit superlattice, a first different refractive index region, a second different refractive index region, a third different refractive index region having a maximum deviation amount Δpk max (k is an integer of 1 to n),. .. and the nth different refractive index region may be provided. Note that all of the examples shown in FIGS. 8A to 8C correspond to the case of n = 2. FIG. 11 shows an example of a two-dimensional photonic crystal in which n = 3. In this example, a first superrefractive index region 321 having a maximum deviation amount Δp1 max in a unit superlattice 37D composed of a total of four lattice points, two in the longitudinal direction and two in the lateral direction of the square lattice 16. , Two second different refractive index regions 322 having a maximum deviation amount of 0 (that is, no deviation), and a third different refractive index region 323 having a maximum deviation amount Δp3 max smaller than Δp1 max. Are arranged. Of course, the second different refractive index region 322 may also be shifted from the position of the lattice point by the maximum shift amount Δp2 max .

図１２を用いて、本発明の第４実施例である、第３実施例とは異なる超格子構造を有する２次元フォトニック結晶を用いた太陽電池について説明する。この太陽電池は、光電変換層１１内に形成された２次元フォトニック結晶の構造を除いて、第１実施例の太陽電池１０と同様の構成を有する。図１２(a)に示すように、第４実施例の太陽電池における２次元フォトニック結晶４６Ａでは、正方格子１６の縦方向及び横方向共に、円柱状の第１異屈折率領域４２１と、同じく円柱状の第２異屈折率領域４２２が交互に配置されている。これにより、正方格子１６の縦方向に２周期分、及び横方向に２周期分の合計４個の格子点に、２個の第１異屈折率領域４２１と２個の第２異屈折率領域４２２から成る単位超格子４７Ａが周期的に配置された超格子が形成されている。第１異屈折率領域４２１の径は所定の最大値及び最小値の間でランダムな値を有する。一方、第２異屈折率領域４２２の径は全て同じである。   A solar cell using a two-dimensional photonic crystal having a superlattice structure different from the third embodiment, which is the fourth embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. This solar cell has the same configuration as the solar cell 10 of the first embodiment except for the structure of the two-dimensional photonic crystal formed in the photoelectric conversion layer 11. As shown in FIG. 12 (a), in the two-dimensional photonic crystal 46A in the solar cell of the fourth embodiment, both the longitudinal direction and the lateral direction of the square lattice 16 are the same as the cylindrical first different refractive index region 421. Cylindrical second different refractive index regions 422 are alternately arranged. As a result, two first different refractive index regions 421 and two second different refractive index regions are formed at a total of four lattice points corresponding to two periods in the vertical direction and two periods in the horizontal direction of the square lattice 16. A superlattice in which unit superlattices 47A composed of 422 are periodically arranged is formed. The diameter of the first different refractive index region 421 has a random value between a predetermined maximum value and a minimum value. On the other hand, the diameters of the second different refractive index regions 422 are all the same.

第４実施例の太陽電池における異屈折率領域の径に関するランダムネスの有無（第１異屈折率領域４２１では「有」、第２異屈折率領域４２２では「無」）は、第３実施例の太陽電池における異屈折率領域の位置のずれに関するランダムネスの有無（第１異屈折率領域３２１では「有」、第２異屈折率領域３２２では「無」）に対応する。そのため、第４実施例の太陽電池は、第３実施例の太陽電池と同様の作用・効果を奏する。   The presence / absence of randomness related to the diameter of the different refractive index region in the solar cell of the fourth example (“Yes” in the first different refractive index region 421 and “No” in the second different refractive index region 422) is the third example. This corresponds to the presence or absence of randomness related to the misalignment of the different refractive index regions in the solar cell (“Yes” in the first different refractive index region 321 and “No” in the second different refractive index region 322). For this reason, the solar cell of the fourth embodiment exhibits the same operations and effects as the solar cell of the third embodiment.

第４実施例の太陽電池においても、第２実施例（超格子構造を有さず、径に関するランダムネスを有する例）や第３実施例（超格子構造を有し、径以外のランダムネスを有する例）と同様の変形が可能である。例えば、第２異屈折率領域４２２は、第１異屈折率領域４２１における径の最大値及び／又は最小値が異なる所定の範囲内において、径がランダムネスを有するようにしてもよい。また、図１２(b)に示すように、径の最大値及び／又は最小値が異なる３種以上の異屈折率領域を有する超格子４７Ｂを用いてもよい。図１２(b)の例では、超格子４７Ｂは、径が所定の最大値及び最小値の間でランダムな値を有する第１異屈折率領域４２１を１個、径が全て同じである第２異屈折率領域４２２を２個、及び第１異屈折率領域４２１よりも径の最大値が小さく、且つ最小値が大きい第３異屈折率領域４２３を１個有する。   Also in the solar cell of the fourth embodiment, the second embodiment (example having no superlattice structure and having a randomness regarding the diameter) and the third embodiment (having a superlattice structure and having a randomness other than the diameter) It is possible to make modifications similar to those of the example. For example, the second different refractive index region 422 may have randomness within a predetermined range in which the maximum value and / or the minimum value of the first different refractive index region 421 are different. Further, as shown in FIG. 12B, a superlattice 47B having three or more different refractive index regions having different maximum and / or minimum diameters may be used. In the example of FIG. 12 (b), the superlattice 47B has a first different refractive index region 421 having a random value between a predetermined maximum value and a minimum value, and the second has the same diameter. Two different refractive index regions 422 and one third different refractive index region 423 having a maximum diameter smaller than the first different refractive index region 421 and a larger minimum value are provided.

ここまでは、異屈折率領域の平面形状の大きさ（実施例１、３）と、異屈折率領域の位置（実施例２、４）のいずれか一方にランダムネスを導入した例を示したが、それら平面形状の大きさ及び位置の双方にランダムネスを導入してもよい。図１３に示した例では、異屈折率領域５２は円柱状であって、正方格子１６の格子点から最大ずれ量Δpmax（≠0）の範囲内でランダムなずれ量Δp及びランダムな方向にずれ、且つ、その平面形状の大きさ（径r）も所定の最小値rminと最大値rmaxの間でランダムな値を有する。 Up to this point, an example in which randomness is introduced into one of the size of the planar shape of the different refractive index region (Examples 1 and 3) and the position of the different refractive index region (Examples 2 and 4) has been shown. However, randomness may be introduced into both the size and position of the planar shape. In the example shown in FIG. 13, the different refractive index region 52 is cylindrical and has a random deviation amount Δp and a random direction within the range of the maximum deviation amount Δp max (≠ 0) from the lattice point of the square lattice 16. Also, the size of the planar shape (diameter r) has a random value between a predetermined minimum value r min and a maximum value r max .

１０、２０、９０…太陽電池
１１、９１…光電変換層
１１１、９１１…p層
１１２、９１２…i層
１１３、９１３…n層
１２、２２、５２、９２…異屈折率領域
１３１、９３１…第１電極
１３２、９３２…第２電極
１４、９４…反射層
１５、９５…ガラス基板
２２Ａ…異屈折率領域を構成する部材
３２１、４２１…第１異屈折率領域
３２２、４２２…第２異屈折率領域
３２３、４２３…第３異屈折率領域
３６Ａ、４６Ａ…２次元フォトニック結晶
３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄ、４７Ａ、４７Ｂ…単位超格子 10, 20, 90 ... solar cells 11, 91 ... photoelectric conversion layers 111, 911 ... p layers 112, 912 ... i layers 113, 913 ... n layers 12, 22, 52, 92 ... different refractive index regions 131, 931 ... first 1 electrode 132,932 ... 2nd electrode 14,94 ... reflective layer 15,95 ... glass substrate 22A ... member 321,421 ... 1st different refractive index region 322,422 ... 2nd different refractive index Regions 323, 423 ... third different refractive index regions 36A, 46A ... two-dimensional photonic crystals 37A, 37B, 37C, 37D, 47A, 47B ... unit superlattices

Claims (27)

板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
各異屈折率領域が、前記２次元格子の各格子点から前記２次元格子面に平行に、最大ずれ量Δpmax（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されている
ことを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
Each of the different refractive index regions is arranged at random from the respective lattice points of the two-dimensional grating in parallel with the two-dimensional lattice plane by a deviation amount Δp that is equal to or less than a maximum deviation amount Δp max (≠ 0). Characteristic two-dimensional photonic crystal. 前記最大ずれ量Δpmaxが２次元格子の周期長の1/2以下であることを特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶。 2. The two-dimensional photonic crystal according to claim 1, wherein the maximum shift amount Δp max is not more than ½ of a periodic length of a two-dimensional grating. 前記ずれ量Δpが0から最大ずれ量Δpmaxの間で一様に分布しており、その方向についても一様に分布していることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元フォトニック結晶。 3. The two-dimensional photo according to claim 1, wherein the deviation amount Δp is uniformly distributed between 0 and a maximum deviation amount Δp max and is also uniformly distributed in the direction thereof. Nick crystal. 板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において、
a) 予め定められた1個又は複数個の格子点において、各格子点から該２次元格子の格子面に平行に、第１最大ずれ量Δp1max（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置された第１異屈折率領域と、
b) 前記第１異屈折率領域が配置された格子点以外の格子点において、各格子点から該２次元格子の格子面に平行に、第２最大ずれ量Δp2max以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置された第２異屈折率領域と
が存在することを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice
a) At one or a plurality of predetermined grid points, a random shift amount Δp equal to or less than the first maximum shift amount Δp1 max (≠ 0) is randomly generated from each lattice point in parallel with the lattice plane of the two-dimensional lattice. A first different refractive index region that is offset,
b) At lattice points other than the lattice point at which the first different refractive index region is arranged, a random deviation amount Δp equal to or less than the second maximum deviation amount Δp2 max is parallel to the lattice plane of the two-dimensional lattice from each lattice point. A two-dimensional photonic crystal characterized in that there is a second different refractive index region arranged so as to be shifted. 前記第２最大ずれ量Δp2maxが0であることを特徴とする請求項４に記載の２次元フォトニック結晶。 5. The two-dimensional photonic crystal according to claim 4, wherein the second maximum deviation amount Δp <b> 2 max is 0. 6. 全ての前記第２異屈折率領域のずれ量Δpが0から前記第２最大ずれ量Δp2maxの間で一様に分布しており、その方向についても一様に分布していることを特徴とする請求項４に記載の２次元フォトニック結晶。 The deviation amount Δp of all the second different refractive index regions is uniformly distributed between 0 and the second maximum deviation amount Δp2 max , and the direction is also uniformly distributed. The two-dimensional photonic crystal according to claim 4. 全ての前記第１異屈折率領域のずれ量Δpが0から前記第１最大ずれ量Δp1maxの間で一様に分布しており、その方向についても一様に分布していることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶。 The deviation amount Δp of all the first different refractive index regions is uniformly distributed between 0 and the first maximum deviation amount Δp1 max , and the direction is also uniformly distributed. The two-dimensional photonic crystal according to any one of claims 4 to 6. 板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において格子点がn個の部分集合に分割され、各部分集合において前記異屈折率領域が各格子点から前記２次元格子の格子面に平行に、最大ずれ量Δpkmax（kは1〜nのいずれかの整数。少なくとも１つの部分集合においてΔpkmax≠0。）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されていることを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice, the lattice point is divided into n subsets, and in each subset, the different refractive index region is parallel to the lattice plane of the two-dimensional lattice from each lattice point, and the maximum deviation amount Δpk max (k is 1 A two-dimensional photonic crystal characterized by being randomly shifted by an amount of shift Δp equal to or less than Δpk max ≠ 0 in at least one subset. 前記部分集合のうちの１つにおいて、最大ずれ量Δpnmaxが0であることを特徴とする請求項９に記載の２次元フォトニック結晶。 The two-dimensional photonic crystal according to claim 9, wherein in one of the subsets, the maximum deviation amount Δpn max is zero. 前記各部分集合のうちの１つ又は複数において、該部分集合に属する全ての異屈折率領域のずれ量Δpが0から前記最大ずれ量Δpnmaxの間で一様に分布していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の２次元フォトニック結晶。 In one or more of each of the subsets, the shift amount Δp of all the different refractive index regions belonging to the subset is uniformly distributed between 0 and the maximum shift amount Δpn max. The two-dimensional photonic crystal according to claim 9 or 10. さらに、各異屈折率領域のうちの少なくとも一部において、前記異屈折率領域の平面形状が最小値と該最小値よりも大きい最大値の間でランダムな大きさを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶。
Further, in at least a part of each of the different refractive index regions, the planar shape of the different refractive index region has a random size between a minimum value and a maximum value larger than the minimum value. Item 11. A two-dimensional photonic crystal according to any one of Items 1 to 10.
板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
各異屈折率領域の平面形状が、最小値と該最小値よりも大きい最大値の間でランダムな大きさを有する
ことを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
A two-dimensional photonic crystal, wherein a planar shape of each different refractive index region has a random size between a minimum value and a maximum value larger than the minimum value. 各異屈折率領域が同一の平面形状を有することを特徴とする請求項１２に記載の２次元フォトニック結晶。   The two-dimensional photonic crystal according to claim 12, wherein the different refractive index regions have the same planar shape. 個々の異屈折率領域における平面形状の大きさの、全ての異屈折率領域における分布が、前記最小値から前記最大値の間で一様に分布していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の２次元フォトニック結晶。   The distribution of the size of the planar shape in each different refractive index region in all the different refractive index regions is uniformly distributed between the minimum value and the maximum value. 14. A two-dimensional photonic crystal according to item 13. 板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において、
a) 予め定められた1個又は複数個の格子点に配置された第１の異屈折率領域であって、平面形状が第１の最小値と該第１の最小値よりも大きい第１の最大値の間でランダムな大きさを有する第１異屈折率領域と、
b) 前記第１異屈折率領域が配置された格子点以外の格子点に配置された第２の異屈折率領域であって、平面形状が第２の最小値と第２の最大値の間でランダムな大きさを有する第２異屈折率領域と
が存在することを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice
a) a first different refractive index region arranged at one or more predetermined lattice points, the first minimum value and the first minimum value being larger than the first minimum value A first refractive index region having a random size between the maximum values;
b) a second different refractive index region disposed at a lattice point other than the lattice point at which the first different refractive index region is disposed, wherein the planar shape is between the second minimum value and the second maximum value. And a second different refractive index region having a random size and a two-dimensional photonic crystal. 各第１異屈折率領域及び各第２異屈折率領域が同一の平面形状を有することを特徴とする請求項１５に記載の２次元フォトニック結晶。   The two-dimensional photonic crystal according to claim 15, wherein each first different refractive index region and each second different refractive index region have the same planar shape. 全ての前記第２異屈折率領域の平面形状の大きさが同じであることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の２次元フォトニック結晶。   The two-dimensional photonic crystal according to claim 15 or 16, wherein all the second different refractive index regions have the same planar shape. 全ての前記第２異屈折率領域の平面形状の大きさが前記第２の最小値から前記第２の最大値の間で一様に分布していることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の２次元フォトニック結晶。   The size of the planar shape of all the second different refractive index regions is uniformly distributed between the second minimum value and the second maximum value. The two-dimensional photonic crystal described. 全ての前記第１異屈折率領域の平面形状の大きさが前記第１の最小値から前記第１の最大値の間で一様に分布していることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶。   The size of the planar shape of all the first different refractive index regions is uniformly distributed between the first minimum value and the first maximum value. The two-dimensional photonic crystal according to any one of the above. 板状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域が、該本体に平行な２次元格子の各格子点に配置されて成る２次元フォトニック結晶であって、
前記２次元格子の連接する複数個の格子点から成る超格子を単位格子とする超格子構造を備え、
各超格子において格子点がn個の部分集合に分割され、各部分集合において前記異屈折率領域の平面形状の大きさが最小値と最大値（少なくとも１つの部分集合において最小値と最大値が異なる値を有する）の間でランダムな大きさを有することを特徴とする２次元フォトニック結晶。 A two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of the main body is arranged in each lattice point of a two-dimensional lattice parallel to the main body in a plate-shaped main body,
A superlattice structure having a superlattice composed of a plurality of lattice points connected to the two-dimensional lattice as a unit lattice;
In each superlattice, the lattice point is divided into n subsets, and in each subset, the size of the planar shape of the different refractive index region is the minimum value and the maximum value (the minimum value and the maximum value in at least one subset are A two-dimensional photonic crystal having a random size between (having different values). 各異屈折率領域が同一の平面形状を有することを特徴とする請求項２０に記載の２次元フォトニック結晶。   21. The two-dimensional photonic crystal according to claim 20, wherein the different refractive index regions have the same planar shape. 前記部分集合のうちの１つにおいて、前記異屈折率領域の平面形状が同じ大きさを有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の２次元フォトニック結晶。   The two-dimensional photonic crystal according to claim 20 or 21, wherein in one of the subsets, the planar shapes of the different refractive index regions have the same size. 前記部分集合のうちの１つ又は複数において、該部分集合に属する全ての異屈折率領域の大きさが前記最小値から前記最大値の間で一様に分布していることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶。   The size of all the different refractive index regions belonging to the subset in one or more of the subsets is uniformly distributed between the minimum value and the maximum value. Item 23. The two-dimensional photonic crystal according to any one of Items 20 to 22. さらに、各異屈折率領域のうちの少なくとも一部において、前記異屈折率領域が、前記２次元格子の各格子点から前記２次元格子面に平行に、最大ずれ量Δpmax（≠0）以下のずれ量Δpだけランダムにずれて配置されていることを特徴とする請求項１２〜２３のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶。 Further, in at least a part of each of the different refractive index regions, the different refractive index region is parallel to the two-dimensional lattice plane from each lattice point of the two-dimensional lattice and is equal to or less than a maximum deviation amount Δp max (≠ 0). The two-dimensional photonic crystal according to any one of claims 12 to 23, wherein the two-dimensional photonic crystals are arranged so as to be randomly shifted by a shift amount Δp. 請求項１〜２４のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶の結晶構造が形成された光電変換層を備えることを特徴とする光センサ。   An optical sensor comprising a photoelectric conversion layer in which the crystal structure of the two-dimensional photonic crystal according to claim 1 is formed. 前記光電変換層が、p型半導体又はn型半導体から成り前記１対の電極のいずれか一方の電極に接する第１層と、該第１層とは逆極性の半導体から成る第２層を含む積層構造を有し、
前記異屈折率領域が前記光電変換層の厚さ方向に、前記第１層の前記一方の電極との界面から前記第２層よりも手前まで形成されており、
前記異屈折率領域の材料が前記一方の電極の材料から成る
ことを特徴とする請求項２５に記載の光センサ。 The photoelectric conversion layer includes a first layer made of a p-type semiconductor or an n-type semiconductor and in contact with one of the pair of electrodes, and a second layer made of a semiconductor having a polarity opposite to the first layer. Having a laminated structure,
The different refractive index region is formed from the interface with the one electrode of the first layer to the front of the second layer in the thickness direction of the photoelectric conversion layer,
26. The optical sensor according to claim 25, wherein the material of the different refractive index region is made of the material of the one electrode. 前記光電変換層がSiの単結晶若しくは多結晶の薄膜、又はCu(In,Ga)Se2の多結晶の薄膜であることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の光センサ。   27. The optical sensor according to claim 25, wherein the photoelectric conversion layer is a Si single crystal or polycrystal thin film, or a Cu (In, Ga) Se2 polycrystal thin film.
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