JP6368594B2 - 光電変換素子 - Google Patents
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(太陽電池)
図1は、実施形態1に係る太陽電池100の構成を示す。太陽電池100は、p型半導体層11と、p型半導体層11上に設けられた超格子半導体層12(ワイヤ層)と、を含んでいる。図1において、p型半導体層11がx方向及びy方向で形成される面に平行であり、p型半導体層11及び超格子半導体層12の厚さ方向をz方向であるとして説明する。超格子半導体層12は、複数の量子ドットナノワイヤ13を含む。超格子半導体層12のうち、量子ドットナノワイヤ13が存在しない空間には、樹脂14が充填されている。p型半導体層11の超格子半導体層12とは反対側の表面には、下部電極15(第1の電極)が設けられている。また、超格子半導体層12のp型半導体層11とは反対側の表面には、上部電極16(第1の電極)が設けられている。
図2は、量子ドットナノワイヤ13の断面構造を示す断面図である。量子ドットナノワイヤ13は、xy面の面内方向における中心部分を構成するコア領域131と、xy面の面内方向においてコア領域131を囲うシェル領域132とを含む。また、複数の量子ドットナノワイヤ13のそれぞれは、複数の量子ドット層20と障壁層21とを含む。
以下、図3A〜図3Gを用いて、太陽電池100の製造方法を説明する。本実施形態の太陽電池100の製造においては、例えば、膜厚制御に優れた分子線エピタキシー(MBE)法や有機金属化学気相成長法(MOCVD)等を用いることができる。
次に、図6を用いて、実施形態2に係る太陽電池100Aについて説明する。太陽電池100Aは、量子ドットナノワイヤ13Aの構成を除いて、実施形態1の太陽電池100と同一の構成を有する。また、量子ドットナノワイヤ13Aは、第1障壁層211Aとして実施形態1の第1障壁層211とは異なる材料を用いたことを除いて、同一の構成を有する。
次に、図7を用いて、実施形態3に係る太陽電池100Bについて説明する。太陽電池100Bは、量子ドットナノワイヤ13Bの構成を除いて、実施形態1の太陽電池100と同一の構成を有する。
次に、図10を用いて、実施形態4に係る太陽電池100Cについて説明する。太陽電池100Cは、量子ドットナノワイヤ13Cの構成を除いて、実施形態1の太陽電池100と同一の構成を有する。
11 p型半導体層(半導体層)
12 超格子半導体層
13 量子ドットナノワイヤ(ワイヤ層)
15 下部電極(第1の電極)
16 上部電極(第2の電極)
20 量子ドット層
211 第1障壁層
2111 コア部
2112 シェル部
212 第2障壁層
Claims (9)
- 半導体層と、
前記半導体層の厚さ方向に沿って柱状に延びた複数の量子ドットナノワイヤを含むワイヤ層と、
前記半導体層の前記ワイヤ層とは反対側に配置され、前記半導体層と電気的に接続された第1の電極と、
前記ワイヤ層の前記半導体層とは反対側に配置された第2の電極と、
を備え、
前記複数の量子ドットナノワイヤの各々は、
前記半導体層の厚さ方向に離間して配置された複数の量子ドット層と、
前記複数の量子ドット層を三次元的に囲むと共に、前記半導体層と電気的に接続された第1障壁層と、
前記厚さ方向に垂直な方向において前記第1障壁層の外周面を覆うと共に、前記第2の電極と電気的に接続された第2障壁層と、
を含み、
前記第1障壁層のうち、前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分のバンドギャップは、前記第2障壁層のバンドギャップよりも大きく、
前記第2障壁層のバンドギャップは、前記量子ドット層のバンドギャップよりも大きい、光電変換素子。 - 請求項1に記載の光電変換素子において、
前記第1障壁層のうち、前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分の伝導帯下端は、前記第2障壁層の伝導帯下端よりもエネルギー的に高い、光電変換素子。 - 請求項1又は請求項2に記載の光電変換素子において、
前記第1障壁層のうち、前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分の、前記垂直な方向における厚さは、キャリアがトンネル伝導により通過可能な厚さである、光電変換素子。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記第1障壁層のうち、前記厚さ方向に垂直な面における前記量子ドット層を囲む部分は、前記半導体層の面内方向における厚さが1〜20nmである、光電変換素子。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記半導体層がp型の導電型を有し、
前記量子ドットナノワイヤが、n型の導電型を有する、
光電変換素子。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記半導体層および前記第2障壁層がn型の導電型を有し、
前記量子ドットナノワイヤが、n−型の導電型を有する、
光電変換素子。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記第1障壁層が、間接遷移型半導体で形成され、
前記間接遷移型半導体の最も低い伝導帯下端が、前記第2障壁層の伝導帯下端よりもエネルギー的に上に位置している、光電変換素子。 - 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記第1障壁層のうち前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分よりもバンドギャップが小さい第3障壁層をさらに備え、
前記第3障壁層は、前記第1障壁層のうち前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分を前記厚さ方向に垂直な方向に二分するように、前記第1障壁層のうち前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分内に配置されている、光電変換素子。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
前記複数の量子ドット層と、前記第1障壁層のうち前記厚さ方向に垂直な方向において前記量子ドット層を囲む部分との間に、前記第1障壁層よりもバンドギャップが小さい第4障壁層をさらに備えた、光電変換素子。
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