JP2007324324A - Solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell.
近年、短波長領域の光エネルギーを電気エネルギーに効率良く変換できる太陽電池の開発が行われている。このような太陽電池には、ワイドバンドギャップを有する窒素化合物系の半導体が好適である。特許文献1には、窒化ガリウム系化合物から成る半導体領域を有する半導体素子(太陽電池)が開示されている。
しかし、窒化ガリウム系化合物から成る半導体領域は、バルク状の場合だと、比較的高い転位密度を有する。転位密度が高いと光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が低下する。そこで、本発明は、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上された太陽電池を提供することである。 However, a semiconductor region made of a gallium nitride compound has a relatively high dislocation density in the case of a bulk state. If the dislocation density is high, the conversion efficiency from light energy to electrical energy decreases. Then, this invention is providing the solar cell with which the conversion efficiency from light energy to electrical energy was improved.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、半導体基板と半導体領域とは第1のpn接合を形成し、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域からInGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、InGaN領域は、複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、第2のInGaN部は、第1のInGaN部と異なる導電型を示し、第1のInGaN部と第2のInGaN部とは第3のpn接合を形成し、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A semiconductor region of the second conductivity type provided, a nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and an InGaN provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns And a second electrode provided on the InGaN region, the semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction, and each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumns And the first conductivity type nanocolumn part and the second conductivity type nanocolumn part are provided in order from the semiconductor region to the InGaN region. First The InGaN region has a first InGaN portion connected to a plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion, and a second InGaN portion Part has a conductivity type different from that of the first InGaN part, the first InGaN part and the second InGaN part form a third pn junction, and the band gap of the material of the semiconductor substrate is that of the material of the nanocolumn It is different from the band gap.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板と半導体領域とにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラムのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. The band gap of the semiconductor substrate material is different from the band gap of the nanocolumn material (InGaN). For this reason, the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction formed by the semiconductor substrate and the semiconductor region is different from the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction of the nanocolumn. Therefore, electrical energy can be extracted from light of different wavelengths. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続された第2電極とを備え、半導体基板と半導体領域とは第1のpn接合を形成し、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域から第2電極に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A semiconductor region of the second conductivity type provided; a nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN; and a second semiconductor layer provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns. The semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction, and each of the plurality of nanocolumns includes one or a plurality of first conductivity type nanocolumn portions and one or a plurality of second conductivity types. The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are provided in order from the semiconductor region toward the second electrode, and form a second pn junction, and the semiconductor Band material of substrate material It is different from the band gap of the nano-columns of material, characterized in that.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板と半導体領域とにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラムのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. The band gap of the semiconductor substrate material is different from the band gap of the nanocolumn material (InGaN). For this reason, the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction formed by the semiconductor substrate and the semiconductor region is different from the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction of the nanocolumn. Therefore, electrical energy can be extracted from light of different wavelengths. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、半導体基板と半導体領域とは第1のpn接合を形成し、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域からInGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A semiconductor region of the second conductivity type provided, a nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and an InGaN provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns And a second electrode provided on the InGaN region, the semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction, and each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumns And the first conductivity type nanocolumn part and the second conductivity type nanocolumn part are provided in order from the semiconductor region to the InGaN region. First Of forming a pn junction, the band gap of the material of the semiconductor substrate is different from the band gap of the nano-columns of material, characterized in that.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板の材料のバンドギャップは、ナノコラムの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板と半導体領域とにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラムのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. The band gap of the semiconductor substrate material is different from the band gap of the nanocolumn material (InGaN). For this reason, the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction formed by the semiconductor substrate and the semiconductor region is different from the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction of the nanocolumn. Therefore, electrical energy can be extracted from light of different wavelengths. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、半導体基板と半導体領域とは第1のpn接合を形成し、複数のナノコラムの各々は、半導体領域からInGaN領域に向かって延びており、InGaN領域は、複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、第2のInGaN部は、第1のInGaN部と異なる導電型を示し、第1のInGaN部と第2のInGaN部とは第2のpn接合を形成し、半導体基板の材料のバンドギャップは、InGaN領域の材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A semiconductor region of the second conductivity type provided, a nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and an InGaN provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns And a second electrode provided on the InGaN region, the semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction, and each of the plurality of nanocolumns extends from the semiconductor region toward the InGaN region. The InGaN region has a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion. The first InGaN portion and the second InGaN portion form a second pn junction, and the band gap of the material of the semiconductor substrate is different from the band gap of the material of the InGaN region. It is characterized by that.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、半導体基板の材料のバンドギャップは、InGaN領域の材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板と半導体領域とにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラムのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. The band gap of the semiconductor substrate material is different from the band gap of the InGaN region material (InGaN). For this reason, the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction formed by the semiconductor substrate and the semiconductor region is different from the wavelength of light converted into electrical energy in the pn junction of the nanocolumn. Therefore, electrical energy can be extracted from light of different wavelengths.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続された第2電極とを備え、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板から第2電極に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and a second electrode provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns, each of the plurality of nanocolumns being one or more The first conductivity type nanocolumn portion and one or a plurality of second conductivity type nanocolumn portions, and the first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are connected from the semiconductor substrate to the second electrode. And a pn junction is formed.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板からInGaN領域に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN; an InGaN region provided on the nanocolumn region; connected to the plurality of nanocolumns; and a second electrode provided on the InGaN region. Each of the plurality of nanocolumns includes one or a plurality of first conductivity type nanocolumn portions and one or a plurality of second conductivity type nanocolumn portions, and the first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumns. The part is characterized by being provided in order from the semiconductor substrate toward the InGaN region and forming a pn junction.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1表面と該第1表面の反対側にある第2表面とを有する第1導電型の半導体基板と、第1表面上に設けられた第1電極と、第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、複数のナノコラムの各々は、半導体基板からInGaN領域に向かって延びており、InGaN領域は、複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、第2のInGaN部は、第1のInGaN部と異なる導電型を示し、第1のInGaN部と第2のInGaN部とは第1のpn接合を形成する、ことを特徴とする。 The present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first electrode provided on the first surface, and a second electrode on the second surface. A nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN; an InGaN region provided on the nanocolumn region; connected to the plurality of nanocolumns; and a second electrode provided on the InGaN region. Each of the plurality of nanocolumns extends from the semiconductor substrate toward the InGaN region. The InGaN region includes a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns and a first InGaN portion provided on the first InGaN portion. The second InGaN portion has a conductivity type different from that of the first InGaN portion, and the first InGaN portion and the second InGaN portion form a first pn junction. That, characterized in that.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased.
本発明は、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板からInGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成する、ことを特徴とする。 According to the present invention, each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn portions and one or more second conductivity type nanocolumn portions, and the first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type. The nanocolumn portion of the mold is characterized by being provided in order from the semiconductor substrate toward the InGaN region and forming a second pn junction.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1電極と、第1電極上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、第1電極からInGaN領域に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、。 The present invention provides a first electrode, a nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and an InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns. A second electrode provided on the InGaN region, each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn portions and one or more second conductivity type nanocolumn portions, The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the first electrode toward the InGaN region and form a pn junction.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明は、第1電極と、第1電極上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、ナノコラム領域上に設けられており、複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、InGaN領域上に設けられた第2電極とを備え、複数のナノコラムの各々は、第1電極からInGaN領域に向かって延びており、InGaN領域は、複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、第2のInGaN部は、第1のInGaN部と異なる導電型を示し、第1のInGaN部と第2のInGaN部とは第1のpn接合を形成する、ことを特徴とする。 The present invention provides a first electrode, a nanocolumn region having a plurality of nanocolumns made of InGaN, and an InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns. , A second electrode provided on the InGaN region, and each of the plurality of nanocolumns extends from the first electrode toward the InGaN region, and the InGaN region is connected to the plurality of nanocolumns. And a second InGaN portion provided on the first InGaN portion, and the second InGaN portion has a conductivity type different from that of the first InGaN portion, and the first InGaN portion and the second InGaN portion The second InGaN portion forms a first pn junction.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased.
本発明は、複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、第1電極からInGaN領域に向かって順に設けられていると共に第1のpn接合を形成する、ことを特徴とする。 According to the present invention, each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn portions and one or more second conductivity type nanocolumn portions, and the first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type. The nanocolumn portion of the mold is characterized in that it is provided in order from the first electrode toward the InGaN region and forms a first pn junction.
本発明の太陽電池は、窒化ガリウム系化合物から成るナノコラムを有する。このナノコラムは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラムのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラムに設けられる。このため、ナノコラムに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。 The solar cell of the present invention has a nanocolumn made of a gallium nitride compound. This nanocolumn has a lower dislocation density than a bulk gallium nitride based semiconductor region. For this reason, the crystal quality of the semiconductor is improved, and the conversion efficiency from light energy to electrical energy is increased. Light is incident on the pn junction of each nanocolumn. Thereby, more light can be received compared with the case where a pn junction is provided in a bulk semiconductor region. A plurality of pn junctions are provided in the nanocolumn. For this reason, the more pn junctions provided in the nanocolumn, the more sunlight can be converted into electrical energy.
本発明によれば、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上された太陽電池が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell with which the conversion efficiency from optical energy to electrical energy was improved can be provided.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, where possible, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions may be omitted.
<第1実施形態>
図1(a)を参照して、第1実施形態に係る太陽電池1aの構成を説明する。太陽電池1aは、第1電極2aと、第1導電型の半導体基板6aとを備える。半導体基板6aは、第1表面M1aと第1表面M1aの反対側にある第2表面M2aとを有する。第1電極2aは、第1表面M1a上に設けられている。第1電極2aの材料は、半導体基板6aがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6aがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6aがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6aがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6aは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1aは、半導体基板6aの第2表面M2a上に設けられた第2導電型の半導体領域8aと、半導体領域8a上に設けられたナノコラム領域9aとを更に備える。半導体領域8aは、半導体基板6aがシリコンの場合にはシリコンから成り、半導体基板6aがGaAsの場合にはGaAsから成る。半導体基板6aと半導体領域8aとは、pn接合を形成する。ナノコラム領域9aは、InGaNから成る複数のナノコラム10aを有する。太陽電池1aは、ナノコラム領域9a上に設けられた第2電極24aを更に備える。第2電極24aの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。第2電極24aは、図2に示すように複数のナノコラム10aに接続されている。
<First Embodiment>
With reference to Fig.1 (a), the structure of the
ナノコラム10aは、半導体領域8aから第2電極24aに向かう方向に延びている。ナノコラム10aは、半導体領域8aから第2電極24aに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12aと第2導電型の第2ナノコラム部14aとを有する。第1ナノコラム部12aは半導体領域8a上に設けられている。第2ナノコラム部14aは第1ナノコラム部12aの端部に設けられている。第1ナノコラム部12aと第2ナノコラム部14aとは、pn接合を形成する。ナノコラム10aは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12aを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14aを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域8aから第2電極24aに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10aに設けることが可能である。また、半導体基板6aの材料(Si)のバンドギャップは、ナノコラム10aの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。実際、半導体基板6aと半導体領域8aとにより形成されるpn接合によって、比較的長い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。これに対し、ナノコラム10aは、比較的短い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。なお、第1導電型をn型とすると共に第2導電型をp型としてもよいし、第1導電型をp型とすると共に第2導電型をn型としてもよい(下記第2〜第11実施形態において同じ)。
The
次に、図3を参照して、第1実施形態に係る太陽電池1aの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程では、まず、第1導電型の半導体基板6aを用意する。次に、図3(b)に示す工程では、半導体基板6aの第2表面M1a上に第2導電型の半導体領域8aを形成する。この後、図3(c)に示す工程では、半導体領域8a上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12aを形成する。そして、図3(d)に示す工程では、複数の第1ナノコラム部12aの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14aを形成する。第1ナノコラム部12aと第2ナノコラム部14aとはナノコラム10aを成す。そして、図3(e)に示す工程では、複数のナノコラム10aから成るナノコラム領域9a上に、第2電極24aを形成すると共に、半導体基板6aの第2表面M2a上に第1電極2aを形成する。第2電極24aの形成方法を図4に示す。図4(a)に示すように、第2電極24aの材料を鉛直軸A1に沿ってナノコラム領域9a上に供給する。この第2電極24aの材料は、ナノコラム領域9a上に供給されている時には指向性を有しており、供給後に固化する。これにより、複数の第2ナノコラム部14aが第2電極24aに接続される。この場合、図4(b)に示すように、鉛直軸A1に対し、ナノコラム10aの軸A2(第1ナノコラム部12aと第2ナノコラム部14aとを通る軸)が所定角度θ(例えば2度〜60度程度が好ましい)だけ傾けられる。第2電極24aの材料は指向性を有しているので、第2電極24aの材料がナノコラム10a間に入り込み、第2電極24aが第1ナノコラム部12aや半導体領域8aに接続される、という事態が回避できる。そして、図中符号A3に示す向きにダイシングすることにより太陽電池1aを得る。
Next, with reference to FIG. 3, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1aは、InGaNから成るナノコラム10aを有する。このナノコラム10aは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10aのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板6aの材料(例えばSi)のバンドギャップは、ナノコラム10aの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板6aと半導体領域8aとにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラム10aのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラム10aに設けられる。このため、ナノコラム10aに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10aにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10aにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第2実施形態>
図1(b)を参照して、第2実施形態に係る太陽電池1bの構成を説明する。太陽電池1bは、第1電極2bと、第1導電型の半導体基板6bとを備える。半導体基板6bは、第1表面M1bと第1表面M1bの反対側にある第2表面M2bとを有する。第1電極2bは、第1表面M1b上に設けられている。第1電極2bの材料は、半導体基板6bがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6bがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6bがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6bがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6bは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1bは、半導体基板6bの第2表面M2b上に設けられた第2導電型の半導体領域8bと、半導体領域8b上に設けられたナノコラム領域9bとを更に備える。半導体領域8bは、半導体基板6bがシリコンの場合にはシリコンから成り、半導体基板6bがGaAsの場合にはGaAsから成る。半導体基板6bと半導体領域8bとは、pn接合を形成する。ナノコラム領域9bは、InGaNから成る複数のナノコラム10bを有する。太陽電池1bは、ナノコラム領域9b上に設けられた第2導電型のInGaN領域18bを更に備える。InGaN領域18bは、複数のナノコラム10bに接続されている。太陽電池1bは、InGaN領域18b上に設けられた第2電極24bを更に備える。第2電極24bの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
Second Embodiment
With reference to FIG.1 (b), the structure of the
ナノコラム10bは、半導体領域8bからInGaN領域18bに向かう方向に延びている。ナノコラム10bは、半導体領域8bからInGaN領域18bに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12bと第2導電型の第2ナノコラム部14bとを有する。第1ナノコラム部12bは半導体領域8b上に設けられている。第2ナノコラム部14bは第1ナノコラム部12bの端部に設けられている。第1ナノコラム部12bと第2ナノコラム部14bとは、pn接合を形成する。ナノコラム10bは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12bを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14bを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域8bからInGaN領域18bに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10bに設けることが可能である。また、半導体基板6bの材料(Si)のバンドギャップは、ナノコラム10bの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。実際、半導体基板6bと半導体領域8bとにより形成されるpn接合によって、比較的長い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。これに対し、ナノコラム10bは、比較的短い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。
The
次に、第2実施形態に係る太陽電池1bの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6bを用意する。次に、図3(b)に示す工程と同様に、半導体基板6bの第2表面M1b上に第2導電型の半導体領域8bを形成する。半導体領域8bの形成の後、図3(c)に示す工程と同様に、半導体領域8b上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12bを形成する。そして、図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12bの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14bを形成する。第1ナノコラム部12bと第2ナノコラム部14bとはナノコラム10bを成す。ナノコラム10bの形成の後、複数の第2ナノコラム部14bの端部にInGaN領域18bを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14bがInGaN領域18bに接続される。InGaN領域18bの形成の後、半導体基板6bの第1表面M1b上に第1電極2bを形成し、InGaN領域18b上に第2電極24bを形成する。第1電極2b及び第2電極24bの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1bを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1bは、InGaNから成るナノコラム10bを有する。このナノコラム10bは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10bのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板6bの材料(例えばSi)のバンドギャップは、ナノコラム10bの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板6bと半導体領域8bとにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラム10bのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラム10bに設けられる。このため、ナノコラム10bに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10bやInGaN領域18bにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10bやInGaN領域18bにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第3実施形態>
図1(c)を参照して、第3実施形態に係る太陽電池1cの構成を説明する。太陽電池1cは、第1電極2cと、第1導電型の半導体基板6cとを備える。半導体基板6cは、第1表面M1cと第1表面M1cの反対側にある第2表面M2cとを有する。第1電極2cは、第1表面M1c上に設けられている。第1電極2cの材料は、半導体基板6cがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6cがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6cがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6cがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6cは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1cは、半導体基板6cの第2表面M2c上に設けられた第2導電型の半導体領域8cと、半導体領域8c上に設けられたナノコラム領域9cとを更に備える。半導体領域8cは、半導体基板6cがシリコンの場合にはシリコンから成り、半導体基板6cがGaAsの場合にはGaAsから成る。半導体基板6cと半導体領域8cとは、pn接合を形成する。ナノコラム領域9cは、InGaNから成る複数のナノコラム10cを有する。太陽電池1cは、ナノコラム領域9c上に設けられたInGaN領域18cを更に備える。InGaN領域18cは、複数のナノコラム10cに接続されている。太陽電池1cは、InGaN領域18c上に設けられた第2電極24cを更に備える。第2電極24cの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Third Embodiment>
With reference to FIG.1 (c), the structure of the
ナノコラム10cは、半導体領域8cからInGaN領域18cに向かう方向に延びている。ナノコラム10cは、第1導電型を示す。InGaN領域18cは、第1導電型を示す第1のInGaN部20cと、第2導電型を示す第2のInGaN部22cとを有する。第1のInGaN部20cは、ナノコラム領域9c上に設けられている。第1のInGaN部20cは、複数のナノコラム10cに接続されている。第2のInGaN部22cは、第1のInGaN部20c上に設けられている。第1のInGaN部20cと第2のInGaN部22cとは、pn接合を形成する。また、半導体基板6cの材料(Si)のバンドギャップは、InGaN領域18cの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。実際、半導体基板6cと半導体領域8cとにより形成されるpn接合によって、比較的長い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。これに対し、InGaN領域18cは、比較的短い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。
The
次に、第3実施形態に係る太陽電池1cの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6cを用意する。次に、図3(b)に示す工程と同様に、半導体基板6cの第2表面M1c上に第2導電型の半導体領域8cを形成する。半導体領域8cの形成の後、半導体領域8c上にInGaNから成る第1導電型の複数のナノコラム10cを形成する。そして、複数のナノコラム10cの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第1のInGaN部20cを形成し、この第1のInGaN部20c上に第2導電型の第2のInGaN部22cを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14cがInGaN領域18cに接続される。第1のInGaN部20c及び第2のInGaN部22cはInGaN領域18cを成す。InGaN領域18cの形成の後、半導体基板6cの第1表面M1c上に第1電極2cを形成し、InGaN領域18c上(第2のInGaN部22c上)に第2電極24cを形成する。第1電極2c及び第2電極24cの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1cを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1cは、InGaNから成るナノコラム10cを有する。このナノコラム10cは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、ナノコラム10cやInGaN領域18cにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10cやInGaN領域18cにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第4実施形態>
図1(d)を参照して、第4実施形態に係る太陽電池1dの構成を説明する。太陽電池1dは、第1電極2dと、第1導電型の半導体基板6dとを備える。半導体基板6dは、第1表面M1dと第1表面M1dの反対側にある第2表面M2dとを有する。第1電極2dは、第1表面M1d上に設けられている。第1電極2dの材料は、半導体基板6dがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6dがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6dがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6dがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6dは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1dは、半導体基板6dの第2表面M2d上に設けられた第2導電型の半導体領域8dと、半導体領域8d上に設けられたナノコラム領域9dとを更に備える。半導体領域8dは、半導体基板6dがシリコンの場合にはシリコンから成り、半導体基板6dがGaAsの場合にはGaAsから成る。半導体基板6dと半導体領域8dとは、pn接合を形成する。ナノコラム領域9dは、InGaNから成る複数のナノコラム10dを有する。太陽電池1dは、ナノコラム領域9d上に設けられたInGaN領域18dを更に備える。InGaN領域18dは、複数のナノコラム10dに接続されている。太陽電池1dは、InGaN領域18d上に設けられた第2電極24dを更に備える。第2電極24dの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Fourth embodiment>
With reference to FIG.1 (d), the structure of the
ナノコラム10dは、半導体領域8dからInGaN領域18dに向かう方向に延びている。ナノコラム10dは、半導体領域8dからInGaN領域18dに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12d、第2導電型の第2ナノコラム部14d及び第3ナノコラム部16dとを有する。第1ナノコラム部12dは半導体領域8d上に設けられている。第2ナノコラム部14dは第1ナノコラム部12dの端部に設けられている。第3ナノコラム部16dは第2ナノコラム部14dの端部に設けられている。第1ナノコラム部12dと第2ナノコラム部14dとは、pn接合を形成する。第2ナノコラム部14dと第3ナノコラム部16dとは、pn接合を形成する。ナノコラム10dは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12d及び第3ナノコラム部16dを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14dを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体領域8dからInGaN領域18dに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10dに設けることが可能である。
The nanocolumn 10d extends in a direction from the
InGaN領域18dは、第1導電型を示す第1のInGaN部20dと、第2導電型を示す第2のInGaN部22dとを有する。第1のInGaN部20dは、ナノコラム領域9d上に設けられている。第1のInGaN部20dは、複数のナノコラム10dに接続されている。第2のInGaN部22dは、第1のInGaN部20d上に設けられている。第1のInGaN部20dと第2のInGaN部22dとは、pn接合を形成する。また、半導体基板6dの材料(Si)のバンドギャップは、ナノコラム10dの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。実際、半導体基板6dと半導体領域8dとにより形成されるpn接合によって、比較的長い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。これに対し、ナノコラム10dは、比較的短い波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。
The
次に、第4実施形態に係る太陽電池1dの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6dを用意する。次に、図3(b)に示す工程と同様に、半導体基板6dの第2表面M1d上に第2導電型の半導体領域8dを形成する。半導体領域8dの形成の後、図3(c)に示す工程と同様に、半導体領域8d上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12dを形成する。図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12dの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14dを形成する。そして、複数の第2ナノコラム部14dの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第3ナノコラム部16dを形成する。第1ナノコラム部12d、第2ナノコラム部14d及び第3ナノコラム部16dはナノコラム10dを成す。ナノコラム10dの形成の後、複数の第2ナノコラム部14dの端部に第1導電型の第1のInGaN部20dを形成し、この第1のInGaN部20d上に第2のInGaN部22dを形成する。第1のInGaN部20d及び第2のInGaN部22dはInGaN領域18dを成す。InGaN領域18dの形成の後、半導体基板6dの第1表面M1d上に第1電極2dを形成し、InGaN領域18d上(第2のInGaN部22d上)に第2電極24dを形成する。第1電極2d及び第2電極24dの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1dを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1dは、InGaNから成るナノコラム10dを有する。このナノコラム10dは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10dのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、半導体基板6dの材料(例えばSi)のバンドギャップは、ナノコラム10dの材料(InGaN)のバンドギャップと異なる。このため、半導体基板6dと半導体領域8dとにより形成されるpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長と、ナノコラム10dのpn接合において電気エネルギーに変換される光の波長とは異なる。よって、異なった波長の光から電気エネルギーの取り出しが可能となる。また、複数のpn接合がナノコラム10dに設けられる。このため、ナノコラム10dに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10dやInGaN領域18dにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10dやInGaN領域18dにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第5実施形態>
図5(a)を参照して、第5実施形態に係る太陽電池1eの構成を説明する。太陽電池1eは、第1電極2eと、第1導電型の半導体基板6eとを備える。半導体基板6eは、第1表面M1eと第1表面M1eの反対側にある第2表面M2eとを有する。第1電極2eは、第1表面M1e上に設けられている。第1電極2eの材料は、半導体基板6eがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6eがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6eがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6eがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6eは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1eは、半導体基板6eの第2表面M2e上に設けられたナノコラム領域9eを更に備える。ナノコラム領域9eは、InGaNから成る複数のナノコラム10eを有する。太陽電池1eは、ナノコラム領域9e上に設けられた第2電極24eを更に備える。第2電極24eの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。第2電極24eは、複数のナノコラム10eに接続されている。第2電極24eの形状は、図2に示す第1実施形態に係る第2電極24aの形状と同様である。
<Fifth Embodiment>
With reference to Fig.5 (a), the structure of the
ナノコラム10eは、半導体基板6eから第2電極24eに向かう方向に延びている。ナノコラム10eは、半導体基板6eから第2電極24eに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12eと第2導電型の第2ナノコラム部14eとを有する。第1ナノコラム部12eは半導体領域8e上に設けられている。第2ナノコラム部14eは第1ナノコラム部12eの端部に設けられている。第1ナノコラム部12eと第2ナノコラム部14eとは、pn接合を形成する。ナノコラム10eは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12eを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14eを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板6eから第2電極24eに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10eに設けることが可能である。
The
次に、第5実施形態に係る太陽電池1eの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6eを用意する。そして、半導体基板6e上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12eを形成する。第1ナノコラム部12eの形成の後、複数の第1ナノコラム部12eの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14eを形成する。そして、複数の第2ナノコラム部14eの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第3ナノコラム部16eを形成する。第1ナノコラム部12e、第2ナノコラム部14e及び第3ナノコラム部16eはナノコラム10eを成す。ナノコラム10eの形成の後、図3(e)に示す工程と図4(a)及び図4(b)に示す第2電極24aの形成方法と同様に、複数のナノコラム10eから成るナノコラム領域9e上に、第2電極24eを形成すると共に、半導体基板6eの第2表面M2e上に第1電極2eを形成する。そして、ダイシング処理を経て太陽電池1eを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1eは、InGaNから成るナノコラム10eを有する。このナノコラム10eは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10eのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラム10eに設けられる。このため、ナノコラム10eに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10eにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10eにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第6実施形態>
図5(b)を参照して、第6実施形態に係る太陽電池1fの構成を説明する。太陽電池1fは、第1電極2fと、第1導電型の半導体基板6fとを備える。半導体基板6fは、第1表面M1fと第1表面M1fの反対側にある第2表面M2fとを有する。第1電極2fは、第1表面M1f上に設けられている。第1電極2fの材料は、半導体基板6fがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6fがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6fがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6fがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6fは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1fは、半導体基板6fの第2表面M2f上に設けられたナノコラム領域9fを更に備える。ナノコラム領域9fは、InGaNから成る複数のナノコラム10fを有する。太陽電池1fは、ナノコラム領域9f上に設けられた第2導電型のInGaN領域18fを更に備える。InGaN領域18fは、複数のナノコラム10fに接続されている。太陽電池1fは、InGaN領域18f上に設けられた第2電極24fを更に備える。第2電極24fの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Sixth Embodiment>
With reference to FIG.5 (b), the structure of the
ナノコラム10fは、半導体基板6fからInGaN領域18fに向かう方向に延びている。ナノコラム10fは、半導体基板6fからInGaN領域18fに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12fと第2導電型の第2ナノコラム部14fとを有する。第1ナノコラム部12fは半導体領域8f上に設けられている。第2ナノコラム部14fは第1ナノコラム部12fの端部に設けられている。第1ナノコラム部12fと第2ナノコラム部14fとは、pn接合を形成する。ナノコラム10fは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12fを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14fを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板6fからInGaN領域18fに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10fに設けることが可能である。
The
次に、第6実施形態に係る太陽電池1fの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6fを用意する。次に、半導体基板6f上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12fを形成する。そして、図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12fの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14fを形成する。第1ナノコラム部12fと第2ナノコラム部14fとはナノコラム10fを成す。ナノコラム10fの形成の後、複数の第2ナノコラム部14fの端部にInGaN領域18fを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14fがInGaN領域18fに接続される。InGaN領域18fの形成の後、半導体基板6fの第1表面M1f上に第1電極2fを形成し、InGaN領域18f上に第2電極24fを形成する。第1電極2f及び第2電極24fの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1fを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1fは、InGaNから成るナノコラム10fを有する。このナノコラム10fは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10fのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラム10fに設けられる。このため、ナノコラム10fに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10fやInGaN領域18fにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10fやInGaN領域18fにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第7実施形態>
図5(c)を参照して、第7実施形態に係る太陽電池1gの構成を説明する。太陽電池1gは、第1電極2gと、第1導電型の半導体基板6gとを備える。半導体基板6gは、第1表面M1gと第1表面M1gの反対側にある第2表面M2gとを有する。第1電極2gは、第1表面M1g上に設けられている。第1電極2gの材料は、半導体基板6gがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6gがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6gがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6gがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6gは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1gは、半導体基板6gの第2表面M2g上に設けられたナノコラム領域9gを更に備える。ナノコラム領域9gは、InGaNから成る複数のナノコラム10gを有する。太陽電池1gは、ナノコラム領域9g上に設けられたInGaN領域18gを更に備える。InGaN領域18gは、複数のナノコラム10gに接続されている。太陽電池1gは、InGaN領域18g上に設けられた第2電極24gを更に備える。第2電極24gの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Seventh embodiment>
With reference to FIG.5 (c), the structure of the
ナノコラム10gは、半導体基板6gからInGaN領域18gに向かう方向に延びている。ナノコラム10gは、第1導電型を示す。InGaN領域18gは、第1導電型を示す第1のInGaN部20gと、第2導電型を示す第2のInGaN部22gとを有する。第1のInGaN部20gは、ナノコラム領域9g上に設けられている。第1のInGaN部20gは、複数のナノコラム10gに接続されている。第2のInGaN部22gは、第1のInGaN部20g上に設けられている。第1のInGaN部20gと第2のInGaN部22gとは、pn接合を形成する。
The
次に、第7実施形態に係る太陽電池1gの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6gを用意する。次に、半導体基板6g上にInGaNから成る第1導電型の複数のナノコラム10gを形成する。そして、複数のナノコラム10gの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第1のInGaN部20gを形成し、この第1のInGaN部20g上に第2導電型の第2のInGaN部22gを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14gがInGaN領域18gに接続される。第1のInGaN部20g及び第2のInGaN部22gはInGaN領域18gを成す。InGaN領域18gの形成の後、半導体基板6gの第1表面M1c上に第1電極2gを形成し、InGaN領域18g上(第2のInGaN部22g上)に第2電極24gを形成する。第1電極2g及び第2電極24gの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1gを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1gは、InGaNから成るナノコラム10gを有する。このナノコラム10gは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、ナノコラム10gやInGaN領域18gにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10gやInGaN領域18gにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第8実施形態>
図5(d)を参照して、第8実施形態に係る太陽電池1hの構成を説明する。太陽電池1hは、第1電極2hと、第1導電型の半導体基板6hとを備える。半導体基板6hは、第1表面M1hと第1表面M1hの反対側にある第2表面M2hとを有する。第1電極2hは、第1表面M1h上に設けられている。第1電極2hの材料は、半導体基板6hがn型シリコンの場合には例えばAl、AuSbであり、半導体基板6hがp型シリコンの場合には例えばAlであり、半導体基板6hがn型GaAsの場合には例えばNi/AuGeであり、半導体基板6hがp型GaAsの場合には例えばAuZnである。半導体基板6hは、シリコン又はGaAsから成る。太陽電池1hは、半導体基板6hの第2表面M2h上に設けられたナノコラム領域9hを更に備える。ナノコラム領域9hは、InGaNから成る複数のナノコラム10hを有する。太陽電池1hは、ナノコラム領域9h上に設けられたInGaN領域18hを更に備える。InGaN領域18hは、複数のナノコラム10hに接続されている。太陽電池1hは、InGaN領域18h上に設けられた第2電極24hを更に備える。第2電極24hの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Eighth Embodiment>
With reference to FIG.5 (d), the structure of the
ナノコラム10hは、半導体基板6hからInGaN領域18hに向かう方向に延びている。ナノコラム10hは、半導体基板6hからInGaN領域18hに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12h、第2導電型の第2ナノコラム部14h及び第3ナノコラム部16hとを有する。第1ナノコラム部12hは半導体基板6h上に設けられている。第2ナノコラム部14hは第1ナノコラム部12hの端部に設けられている。第3ナノコラム部16hは第2ナノコラム部14hの端部に設けられている。第1ナノコラム部12hと第2ナノコラム部14hとは、pn接合を形成する。第2ナノコラム部14hと第3ナノコラム部16hとは、pn接合を形成する。ナノコラム10hは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12h及び第3ナノコラム部16hを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14hを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、半導体基板6hからInGaN領域18hに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10hに設けることが可能である。
The
InGaN領域18hは、第1導電型を示す第1のInGaN部20hと、第2導電型を示す第2のInGaN部22hとを有する。第1のInGaN部20hは、ナノコラム領域9h上に設けられている。第1のInGaN部20hは、複数のナノコラム10hに接続されている。第2のInGaN部22hは、第1のInGaN部20h上に設けられている。第1のInGaN部20hと第2のInGaN部22hとにより、一つのpn接合が形成されている。
The
次に、第8実施形態に係る太陽電池1hの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6hを用意する。次に、半導体基板6h上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12hを形成する。図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12hの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14hを形成する。そして、複数の第2ナノコラム部14hの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第3ナノコラム部16hを形成する。第1ナノコラム部12h、第2ナノコラム部14h及び第3ナノコラム部16hはナノコラム10hを成す。ナノコラム10hの形成の後、複数の第2ナノコラム部14hの端部に第1導電型の第1のInGaN部20hを形成し、この第1のInGaN部20h上に第2のInGaN部22hを形成する。第1のInGaN部20h及び第2のInGaN部22hはInGaN領域18hを成す。InGaN領域18hの形成の後、半導体基板6hの第1表面M1h上に第1電極2hを形成し、InGaN領域18h上(第2のInGaN部22h上)に第2電極24hを形成する。第1電極2h及び第2電極24hの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1hを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1hは、InGaNから成るナノコラム10hを有する。このナノコラム10hは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10hのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラム10fに設けられる。このため、ナノコラム10fに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10hやInGaN領域18hにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10hやInGaN領域18hにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第9実施形態>
図6(a)を参照して、第9実施形態に係る太陽電池1iの構成を説明する。太陽電池1iは、第1電極2iと、第1電極2i上に設けられたナノコラム領域9iとを備える。第1電極2iの材料は、例えばTi/Alである。第1電極2iの形状は、図2に示す第1実施形態に係る第2電極24aの形状と同様である。ナノコラム領域9iは、InGaNから成る複数のナノコラム10iを有する。太陽電池1iは、ナノコラム領域9i上に設けられた第2導電型のInGaN領域18iを更に備える。InGaN領域18iは、複数のナノコラム10iに接続されている。太陽電池1iは、InGaN領域18i上に設けられた第2電極24iを更に備える。第2電極24iの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Ninth Embodiment>
With reference to Fig.6 (a), the structure of the
ナノコラム10iは、第1電極2iからInGaN領域18iに向かう方向に延びている。ナノコラム10iは、第1電極2iからInGaN領域18iに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12iと第2導電型の第2ナノコラム部14iとを有する。第1ナノコラム部12iは第1電極2i上に設けられている。第2ナノコラム部14iは第1ナノコラム部12iの端部に設けられている。第1ナノコラム部12iと第2ナノコラム部14iとは、pn接合を形成する。ナノコラム10iは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12iを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14iを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、第1電極2iからInGaN領域18iに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10iに設けることが可能である。
The
太陽電池1iは、第1電極2iから太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10i及びInGaN領域18iに含まれるInは、第1電極2iに近いほど組成比が小さい。逆に、第2電極24i側から太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10i及びInGaN領域18iに含まれるInは、第1電極2iに近いほど組成比が大きい。
In the
次に、第9実施形態に係る太陽電池1iの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6iを用意する。次に、半導体基板6i上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12iを形成する。そして、図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12iの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14iを形成する。ナノコラム10iの形成の後、複数の第2ナノコラム部14iの端部にInGaN領域18iを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14iがInGaN領域18iに接続される。第1ナノコラム部12iと第2ナノコラム部14iとはナノコラム10iを成す。InGaN領域18iの形成の後、半導体基板6iを第1ナノコラム部12iから分離する。その後、図4(a)及び図4(b)に示す第1電極2aの形成方法と同様にして、第1ナノコラム部12iの端部に第1電極2iを形成する。第1電極2iの形成の後(若しくは第1電極2iの形成の前)に、InGaN領域18i上に第2電極24iを形成する。第1電極2i及び第2電極24iの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1iを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1iは、InGaNから成るナノコラム10iを有する。このナノコラム10iは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10iのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラム10iに設けられる。このため、ナノコラム10iに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10iやInGaN領域18iにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10iやInGaN領域18iにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第10実施形態>
図7(b)を参照して、第10実施形態に係る太陽電池1jの構成を説明する。太陽電池1jは、第1電極2jと、第1電極2j上に設けられたナノコラム領域9jとを備える。第1電極2jの材料は、例えばTi/Alである。第1電極2jの形状は、図2に示す第1実施形態に係る第2電極24aの形状と同様である。ナノコラム領域9jは、InGaNから成る複数のナノコラム10jを有する。太陽電池1jは、ナノコラム領域9j上に設けられたInGaN領域18jを更に備える。InGaN領域18jは、複数のナノコラム10jに接続されている。太陽電池1jは、InGaN領域18j上に設けられた第2電極24jを更に備える。第2電極24jの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Tenth Embodiment>
With reference to FIG.7 (b), the structure of the
ナノコラム10jは、第1電極2jからInGaN領域18jに向かう方向に延びている。ナノコラム10jは、第1導電型を示す。InGaN領域18jは、第1導電型を示す第1のInGaN部20jと、第2導電型を示す第2のInGaN部22jとを有する。第1のInGaN部20jは、ナノコラム領域9j上に設けられている。第1のInGaN部20jは、複数のナノコラム10jに接続されている。第2のInGaN部22jは、第1のInGaN部20j上に設けられている。第1のInGaN部20jと第2のInGaN部22jとは、pn接合を形成する。
The
太陽電池1jは、第1電極2jから太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10j及びInGaN領域18jに含まれるInは、第1電極2jに近いほど組成比が小さい。逆に、第2電極24j側から太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10j及びInGaN領域18jに含まれるInは、第1電極2jに近いほど組成比が大きい。
In the
次に、第10実施形態に係る太陽電池1jの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6jを用意する。次に、図3(b)に示す工程と同様に、半導体基板6jの第2表面M1j上に第2導電型の半導体領域8jを形成する。半導体領域8jの形成の後、半導体領域8j上にInGaNから成る第1導電型の複数のナノコラム10jを形成する。そして、複数のナノコラム10jの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第1のInGaN部20jを形成し、この第1のInGaN部20j上に第2導電型の第2のInGaN部22jを形成する。このため、複数の第2ナノコラム部14jがInGaN領域18jに接続される。第1のInGaN部20j及び第2のInGaN部22jはInGaN領域18jを成す。InGaN領域18jの形成の後、半導体基板6jを第1ナノコラム部12jから分離する。その後、図4(a)及び図4(b)に示す第1電極2aの形成方法と同様にして、第1ナノコラム部12jの端部に第1電極2jを形成する。第1電極2jの形成の後(若しくは第1電極2jの形成の前)に、第2のInGaN部22j上に第2電極24jを形成する。第1電極2j及び第2電極24jの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1jを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1jは、InGaNから成るナノコラム10jを有する。このナノコラム10jは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、ナノコラム10jやInGaN領域18jにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10jやInGaN領域18jにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
<第11実施形態>
図7(c)を参照して、第11実施形態に係る太陽電池1kの構成を説明する。太陽電池1kは、第1電極2kと、第1電極2k上に設けられたナノコラム領域9kとを備える。第1電極2kの材料は、例えばTi/Alである。第1電極2kの形状は、図2に示す第1実施形態に係る第2電極24aの形状と同様である。ナノコラム領域9kは、InGaNから成る複数のナノコラム10kを有する。太陽電池1kは、ナノコラム領域9k上に設けられたInGaN領域18kを更に備える。InGaN領域18kは、複数のナノコラム10kに接続されている。太陽電池1kは、InGaN領域18k上に設けられた第2電極24kを更に備える。第2電極24kの材料は、例えばNi/Au、Pd/Au、ITO電極等の半透明電極である。
<Eleventh embodiment>
With reference to FIG.7 (c), the structure of the
ナノコラム10kは、第1電極2kからInGaN領域18kに向かう方向に延びている。ナノコラム10kは、第1電極2kからInGaN領域18kに向かって順次設けられた第1導電型の第1ナノコラム部12k、第2導電型の第2ナノコラム部14k及び第3ナノコラム部16kとを有する。第1ナノコラム部12kは第1電極2k上に設けられている。第2ナノコラム部14kは第1ナノコラム部12kの端部に設けられている。第3ナノコラム部16kは第2ナノコラム部14kの端部に設けられている。第1ナノコラム部12kと第2ナノコラム部14kとは、pn接合を形成する。第2ナノコラム部14kと第3ナノコラム部16kとは、pn接合を形成する。ナノコラム10kは、一又は複数の第1導電型のナノコラム部(第1ナノコラム部12k及び第3ナノコラム部16kを含む)と一又は複数の第2導電型のナノコラム部(第2ナノコラム部14kを含む)とを有し、第1導電型のナノコラム部と第2導電型のナノコラム部とは、第1電極2kからInGaN領域18kに向かって順に設けられていてもよい。この場合、第1導電型のナノコラム部と、第2導電型のナノコラム部とは、pn接合を形成する。現在、三つの第1導電型のナノコラム部と二つの第2導電型のナノコラム部とを交互に設けることによって、五つのpn接合をナノコラム10kに設けることが可能である。
The
InGaN領域18kは、第1導電型を示す第1のInGaN部20kと、第2導電型を示す第2のInGaN部22kとを有する。第1のInGaN部20kは、ナノコラム領域9k上に設けられている。第1のInGaN部20kは、複数のナノコラム10kに接続されている。第2のInGaN部22kは、第1のInGaN部20k上に設けられている。第1のInGaN部20kと第2のInGaN部22kとは、pn接合を形成する。
The
太陽電池1kは、第1電極2kから太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10k及びInGaN領域18kに含まれるInは、第1電極2kに近いほど組成比が小さい。逆に、第2電極24k側から太陽光を入射させる場合には、ナノコラム10k及びInGaN領域18kに含まれるInは、第1電極2kに近いほど組成比が大きい。
In the
次に、第11実施形態に係る太陽電池1kの製造工程を説明する。図3(a)に示す工程と同様に、まず、第1導電型の半導体基板6kを用意する。次に、半導体基板6k上にInGaNから成る第1導電型の複数の第1ナノコラム部12kを形成する。図3(d)に示す工程と同様に、複数の第1ナノコラム部12kの各端部に、InGaNから成る第2導電型の第2ナノコラム部14kを形成する。そして、複数の第2ナノコラム部14kの各端部に、InGaNから成る第1導電型の第3ナノコラム部16kを形成する。第1ナノコラム部12k、第2ナノコラム部14k及び第3ナノコラム部16kはナノコラム10kを成す。ナノコラム10kの形成の後、複数の第2ナノコラム部14kの端部に第1導電型の第1のInGaN部20kを形成し、この第1のInGaN部20k上に第2のInGaN部22kを形成する。第1のInGaN部20k及び第2のInGaN部22kはInGaN領域18kを成す。InGaN領域18kの形成の後、半導体基板6kを第1ナノコラム部12kから分離する。その後、図4(a)及び図4(b)に示す第1電極2aの形成方法と同様にして、第1ナノコラム部12kの端部に第1電極2kを形成する。第1電極2kの形成の後(若しくは第1電極2kの形成の前)に、InGaN領域18k上に第2電極24kを形成する。第1電極2k及び第2電極24kの形成の後、ダイシング処理を経て太陽電池1kを得る。
Next, the manufacturing process of the
以上説明したように、太陽電池1kは、InGaNから成るナノコラム10kを有する。このナノコラム10kは、バルク状の窒化ガリウム系半導体領域に比較して低い転位密度を有する。このため、半導体の結晶品質が向上され、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高くなる。また、各ナノコラム10kのpn接合に光が入射する。これにより、バルク状の半導体領域にpn接合を設ける場合に比較して、より多くの光が受光できる。また、複数のpn接合がナノコラム10kに設けられる。このため、ナノコラム10kに設けられるpn接合が多いほど、より多くの太陽光を電気エネルギーに変換できる。また、ナノコラム10kやInGaN領域18kにおけるIn組成比を変化させても、良好な結晶性は保たれる。このため、ナノコラム10kやInGaN領域18kにおけるIn組成比の調整が、結晶性を損なうことなく可能となる。
As described above, the
1a〜1k…太陽電池、2a〜2k…第1電極、6a〜6k…半導体基板、8a〜8d…半導体領域、9a〜9k…ナノコラム領域、10a〜10k…ナノコラム、12a,12b,12d〜12g,12i,12k…第1ナノコラム部、14a,14b,14d〜14f,14h,14i,14k…第2ナノコラム部、16d,16h,16k…第3ナノコラム部、18b〜18d,18f〜18k…InGaN領域、20c,20d,20g,20h,20j,20k…第1のInGaN部、21a〜21k…第1電極、22c,22d,22g,22h,22j,22k…第2のInGaN部、24a〜24k…第2電極。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記半導体基板と前記半導体領域とは第1のpn接合を形成し、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体領域から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、
前記InGaN領域は、前記複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、
前記第2のInGaN部は、前記第1のInGaN部と異なる導電型を示し、
前記第1のInGaN部と前記第2のInGaN部とは第3のpn接合を形成し、
前記半導体基板の材料のバンドギャップは、前記ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A second conductivity type semiconductor region provided on the second surface;
A nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
The semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction;
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the semiconductor region toward the InGaN region and form a second pn junction,
The InGaN region has a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion,
The second InGaN portion has a different conductivity type from the first InGaN portion;
The first InGaN portion and the second InGaN portion form a third pn junction,
The solar cell according to claim 1, wherein a band gap of the semiconductor substrate material is different from a band gap of the nanocolumn material.
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続された第2電極と
を備え、
前記半導体基板と前記半導体領域とは第1のpn接合を形成し、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体領域から前記第2電極に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、
前記半導体基板の材料のバンドギャップは、前記ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A second conductivity type semiconductor region provided on the second surface;
A nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
A second electrode provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
The semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction;
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the semiconductor region toward the second electrode and form a second pn junction,
The solar cell according to claim 1, wherein a band gap of the semiconductor substrate material is different from a band gap of the nanocolumn material.
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記半導体基板と前記半導体領域とは第1のpn接合を形成し、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体領域から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成し、
前記半導体基板の材料のバンドギャップは、前記ナノコラムの材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A second conductivity type semiconductor region provided on the second surface;
A nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
The semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction;
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the semiconductor region toward the InGaN region and form a second pn junction,
The solar cell according to claim 1, wherein a band gap of the semiconductor substrate material is different from a band gap of the nanocolumn material.
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられた第2導電型の半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記半導体基板と前記半導体領域とは第1のpn接合を形成し、
前記複数のナノコラムの各々は、前記半導体領域から前記InGaN領域に向かって延びており、
前記InGaN領域は、前記複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、
前記第2のInGaN部は、前記第1のInGaN部と異なる導電型を示し、
前記第1のInGaN部と前記第2のInGaN部とは第2のpn接合を形成し、
前記半導体基板の材料のバンドギャップは、前記InGaN領域の材料のバンドギャップと異なる、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A second conductivity type semiconductor region provided on the second surface;
A nanocolumn region provided on the semiconductor region and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
The semiconductor substrate and the semiconductor region form a first pn junction;
Each of the plurality of nanocolumns extends from the semiconductor region toward the InGaN region,
The InGaN region has a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion,
The second InGaN portion has a different conductivity type from the first InGaN portion;
The first InGaN portion and the second InGaN portion form a second pn junction,
The solar cell according to claim 1, wherein a band gap of the material of the semiconductor substrate is different from a band gap of the material of the InGaN region.
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続された第2電極と
を備え、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体基板から前記第2電極に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A nanocolumn region provided on the second surface and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
A second electrode provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn part and the second conductivity type nanocolumn part are sequentially provided from the semiconductor substrate toward the second electrode and form a pn junction. .
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体基板から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A nanocolumn region provided on the second surface and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn part and the second conductivity type nanocolumn part are sequentially provided from the semiconductor substrate toward the InGaN region and form a pn junction.
前記第1表面上に設けられた第1電極と、
前記第2表面上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記複数のナノコラムの各々は、前記半導体基板から前記InGaN領域に向かって延びており、
前記InGaN領域は、前記複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、
前記第2のInGaN部は、前記第1のInGaN部と異なる導電型を示し、
前記第1のInGaN部と前記第2のInGaN部とは第1のpn接合を形成する、ことを特徴とする太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A first electrode provided on the first surface;
A nanocolumn region provided on the second surface and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
Each of the plurality of nanocolumns extends from the semiconductor substrate toward the InGaN region,
The InGaN region has a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion,
The second InGaN portion has a different conductivity type from the first InGaN portion;
The solar cell according to claim 1, wherein the first InGaN portion and the second InGaN portion form a first pn junction.
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記半導体基板から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成する、ことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池。 Each of the plurality of nanocolumns has one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the semiconductor substrate toward the InGaN region and form a second pn junction. The solar cell according to claim 7.
前記第1電極上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記複数のナノコラムの各々は、一又は複数の第1導電型のナノコラム部と一又は複数の第2導電型のナノコラム部とを有し、
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記第1電極から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共にpn接合を形成する、ことを特徴とする太陽電池。 A first electrode;
A nanocolumn region provided on the first electrode and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
Each of the plurality of nanocolumns includes one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the first electrode toward the InGaN region and form a pn junction. .
前記第1電極上に設けられており、InGaNから成る複数のナノコラムを有するナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられており、前記複数のナノコラムに接続されたInGaN領域と、
前記InGaN領域上に設けられた第2電極と
を備え、
前記複数のナノコラムの各々は、前記第1電極から前記InGaN領域に向かって延びており、
前記InGaN領域は、前記複数のナノコラムに接続された第1のInGaN部と、該第1のInGaN部上に設けられた第2のInGaN部とを有し、
前記第2のInGaN部は、前記第1のInGaN部と異なる導電型を示し、
前記第1のInGaN部と前記第2のInGaN部とは第1のpn接合を形成する、ことを特徴とする太陽電池。 A first electrode;
A nanocolumn region provided on the first electrode and having a plurality of nanocolumns made of InGaN;
An InGaN region provided on the nanocolumn region and connected to the plurality of nanocolumns;
A second electrode provided on the InGaN region,
Each of the plurality of nanocolumns extends from the first electrode toward the InGaN region,
The InGaN region has a first InGaN portion connected to the plurality of nanocolumns, and a second InGaN portion provided on the first InGaN portion,
The second InGaN portion has a different conductivity type from the first InGaN portion;
The solar cell according to claim 1, wherein the first InGaN portion and the second InGaN portion form a first pn junction.
前記第1導電型のナノコラム部と前記第2導電型のナノコラム部とは、前記第1電極から前記InGaN領域に向かって順に設けられていると共に第2のpn接合を形成する、ことを特徴とする請求項10に記載の太陽電池。 Each of the plurality of nanocolumns has one or more first conductivity type nanocolumn parts and one or more second conductivity type nanocolumn parts,
The first conductivity type nanocolumn portion and the second conductivity type nanocolumn portion are sequentially provided from the first electrode toward the InGaN region and form a second pn junction. The solar cell according to claim 10.
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