JP2012182389A - ナノワイヤ太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に光を吸収でき、優れた発電効率を備えるナノワイヤ太陽電池を提供する。
【解決手段】ナノワイヤ太陽電池１は、半導体基板２から垂直方向に成長しており、半導体基板２上に平面視三角格子状に配置された複数のナノワイヤ半導体３を備える。ナノワイヤ半導体３の横断面に内接する内接円Ｃの直径をｄ、相隣り合うナノワイヤ半導体３，３同士の間隔をｇ、基板２表面からのナノワイヤ半導体３の高さをｈとするときに、間隔ｇに対する高さｈの比（ｈ／ｇ）が１０〜４０の範囲にあり、かつ、内接円Ｃの直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ナノワイヤ太陽電池に関する。

一般に、太陽電池として、基板面に平行な平面状のｐｎ接合面を備える薄膜太陽電池が知られている。従来一般的であった前記薄膜太陽電池に対して、近年、ナノワイヤ、ナノロッド等と呼ばれるナノオーダーの径を備える微細な線状の半導体（以下、ナノワイヤ半導体と記載する）を備える太陽電池（以下、ナノワイヤ太陽電池と記載する）が検討されている（例えば非特許文献１，２参照）。

Joset A. Czaban, David A. Thompson, and Ray R. LaPierre, "GaAs Core-Shell Nanowires for Photovoltaic Applications", NANO LETTERS, Vol.9, No.1, p.148-154 (2009) L.Tsakalakos, J.Balch, J.Fronheiser, B.A.KoreVaar, O.Sulima and J.Rand, "Silicon nanowire solar cells", APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 233117 (2007)

しかしながら、前記ナノワイヤ太陽電池では、前記ナノワイヤ半導体の成長方向や、高さ、直径、配列、密度等の条件により光吸収が変化するため、従来の薄膜太陽電池に比較して光吸収が不十分となり、優れた発電効率が得られないことがあるという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、十分に光を吸収することができ、優れた発電効率を備えるナノワイヤ太陽電池を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のナノワイヤ太陽電池は、半導体基板と、該半導体基板から垂直方向に成長しており、該半導体基板上に平面視三角格子状に配置された複数のナノワイヤ半導体とを備えるナノワイヤ太陽電池において、該ナノワイヤ半導体の横断面に内接する内接円の直径をｄ、相隣り合う該ナノワイヤ半導体同士の間隔をｇ、該基板表面からの該ナノワイヤ半導体の高さをｈとするときに、間隔ｇに対する高さｈの比ｈ／ｇが１０〜４０の範囲にあり、かつ、内接円の直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にあることを特徴とする。

本発明のナノワイヤ太陽電池では、前記半導体基板に対して前記ナノワイヤ半導体側から入射する太陽光を受光し、吸収して、これを該ナノワイヤ半導体により光電変換することにより起電力を得ることができる。このとき、前記ナノワイヤ半導体は、前記半導体基板から垂直方向に成長していることにより、あらゆる方向から入射する太陽光に対応することができる。尚、本願において、「垂直方向」とは、前記半導体基板の表面に対して厳密に９０°の角度を成す方向に限定されず、８５〜９５°の範囲の角度を成す方向を含むものとする。

本発明のナノワイヤ太陽電池では、受光した前記太陽光を効率よく吸収するために、前記ナノワイヤ半導体が前記半導体基板上に密に形成されている必要がある。そこで、本発明のナノワイヤ太陽電池では、複数のナノワイヤ半導体が前記半導体基板上に平面視三角格子状に配置されている。前記ナノワイヤ半導体は、前記三角格子上に配置されることにより、二次元的六方最密の構成となり、密に配置することができる。

尚、本願において、「三角格子」とは、任意の三角形の各辺に平行な複数の直線の交点を格子点とする格子を意味するものとする。

このとき、本発明者らの検討によれば、相隣り合うナノワイヤ半導体同士の間隔ｇと、半導体基板表面からのナノワイヤ半導体の高さｈとの比ｈ／ｇにより、該ナノワイヤ半導体の光吸収率が変化することが判明した。

そこで、本発明のナノワイヤ太陽電池では、相隣り合うナノワイヤ半導体同士の間隔ｇと、半導体基板表面からのナノワイヤ半導体の高さｈとの比ｈ／ｇを１０〜４０の範囲とする。このようにすることにより、ナノワイヤ半導体同士の間隙に侵入した光子の等位相面の進行方向を回折効果により変えることができ、該ナノワイヤ半導体に吸収させることができる。

この結果、本発明のナノワイヤ太陽電池では、前記ナノワイヤ半導体による光吸収率を大きくすることができ、優れた発電効率を得ることができる。前記比ｈ／ｇが１０未満では前記ナノワイヤ半導体の光吸収率を十分な大きさとすることができず、４０を超えてもそれ以上に光吸収率を大きくすることはできない。

また、本発明者らの検討によれば、ナノワイヤ半導体の太さによっても該ナノワイヤ半導体の光吸収率が変化することが判明した。前記ナノワイヤ半導体の太さは、例えば、該ナノワイヤ半導体の横断面に内接する内接円の直径で表すことができる。

そこで、本発明のナノワイヤ太陽電池では、前記ナノワイヤ半導体の横断面に内接する内接円の直径ｄを１００〜３００ｎｍの範囲とすることにより、該ナノワイヤ半導体の光吸収率を高くすることができ、優れた発電効率を得ることができる。前記内接円の直径ｄが１００ｎｍ未満では、回折光を前記ナノワイヤ半導体により十分に吸収することができず、３００ｎｍを超えても光吸収率をそれ以上大きくすることはできない。

また、本発明のナノワイヤ太陽電池において、前記ナノワイヤ半導体の高さｈは、１〜４μｍの範囲にあることが好ましい。前記ナノワイヤ半導体の高さｈが１μｍ未満では、十分な起電力が得られないことがある。また、前記ナノワイヤ半導体の高さｈが４μｍを超えると、キャリアの輸送距離が長くなるので電子や正孔が失われやすくなり、十分な発電効率を得ることができないことがある。

また、本発明のナノワイヤ太陽電池において、前記相隣り合う該ナノワイヤ半導体同士の間隔ｇは、２００ｎｍ以下の範囲にあることが好ましく、２０〜２００ｎｍの範囲にあることがさらに好ましい。間隔ｇが２００ｎｍを超えると、前記ナノワイヤ半導体同士の間隙に侵入した光子の等位相面の進行方向を変える回折効果を十分に得ることはできるが、回折効果が及ばす光が間隙をそのまま透過することがある。また、間隔ｇが２０ｎｍ未満のときには、比ｈ／ｇの値に関わらず、回折効果を十分に得ることができないことがある。

本発明のナノワイヤ太陽電池の構成を示す説明的断面図。 本発明のナノワイヤ太陽電池の構成を示す説明的平面図。 本発明のナノワイヤ太陽電池の製造方法を示す説明的断面図。 図３の非晶質ＳｉＯ_２層を示す部分平面図。 ナノワイヤ半導体がＧａＡｓからなるナノワイヤ太陽電池の間隔ｇに対する高さｈの比ｈ／ｇと、短絡電流密度との関係を示すグラフ。 ナノワイヤ半導体がＩｎＰからなるナノワイヤ太陽電池の間隔ｇに対する高さｈの比ｈ／ｇと、短絡電流密度との関係を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態のナノワイヤ太陽電池１は、半導体基板２と、半導体基板２から垂直方向に成長している複数のナノワイヤ半導体３と、ナノワイヤ半導体３間に充填されて、ナノワイヤ半導体３を埋設する透明樹脂層４とを備えている。半導体基板２は、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１と非晶質ＳｉＯ_２層２２とをこの順に備えており、非晶質ＳｉＯ_２層２２に形成された孔部２３から露出するＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１上にナノワイヤ半導体３が形成されている。

ナノワイヤ半導体３は、図２に示すように、正六角形の断面形状を備えており、半導体基板２上に平面視三角格子状に配置されている。ここで、「三角格子」とは、図２に仮想線示するように三角形Ｔの各辺に平行な複数の直線の交点を格子点Ｐとする格子を意味し、ナノワイヤ半導体３はその内接円Ｃの中心が格子点Ｐ上に位置するように配置されている。

ここで、図１に示すように、半導体基板２の表面からのナノワイヤ半導体３の高さ（長さ）をｈとし、図２に示すように、内接円Ｃの直径をｄ、相隣り合うナノワイヤ半導体３，３同士の間隔をｇとする。このとき、本実施形態のナノワイヤ太陽電池１では、間隔ｇに対する高さｈの比ｈ／ｇが１０〜４０の範囲にあり、かつ、内接円Ｃの直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にあることにより、優れた光吸収率を備えることができる。また、ナノワイヤ太陽電池１では、ナノワイヤ半導体の高さｈは、１〜４μｍの範囲にあり、間隔ｇは、２０〜２００ｎｍの範囲にある。

本実施形態のナノワイヤ太陽電池１は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、図３（ａ）に示すＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５を図示しないＭＯＶＰＥ装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を真空排気する。ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５は予め洗浄されている。真空排気後、チャンバー内の雰囲気をＨ_２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍとなるように、Ｈ_２ガスの流量と排気速度とを調整する。

次に、チャンバー内にＡｓＨ_３（Arsine）とキャリアガスとしてのＨ_２ガスとの混合ガスを、全圧０．１ａｔｍ、ＡｓＨ_３分圧２．５×１０^−４ａｔｍとなるように流通させる。次に、前記混合ガス流通下に、ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５の温度が８５０℃になるまで昇温する。ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５の温度が８５０℃に達したならば、流通ガスにＴＭＧ（trimethyl-gallium）と、ＴＭＡ（trimethyl-aluminum）とを加え、所定時間流通させる。そして、図３（ａ）に示すようにＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５上にＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１を、例えば１０ｎｍの厚さに形成する。

Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１の形成後、ＴＭＧとＴＭＡとの供給を停止する一方、ＡｓＨ_３とＨ_２ガスとの混合ガスの供給は前記条件のままで続けながら、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１が形成されたＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５を冷却する。前記冷却後、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１が形成されたＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５をＭＯＶＰＥ装置から取り出す。

次に、図３（ｂ）に示すように、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１が形成されたＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５上に、非晶質ＳｉＯ_２層２２を形成する。非晶質ＳｉＯ_２層２２は、例えばＳｉＯ_２ターゲットを備えたＲＦスパッタ装置により、例えば２０ｎｍの厚さに形成することができる。

次に、非晶質ＳｉＯ_２層２２上にポジレジストを塗布した後、ＥＢ描画装置を用いてパターン描画する。前記パターンは、図４に示すように、複数の円Ｃが三角格子状に配列されており、それぞれの円Ｃはその中心が三角格子の格子点Ｐに位置するようにされている。前記パターンにおいて、円Ｃの直径ｄは、形成しようとする半導体ナノワイヤ３の内接円Ｃの直径ｄと一致するようにされており、円Ｃ同士の間隙ｇは形成しようとする半導体ナノワイヤ３の間隙ｇと一致するようにされている。

次に、前記ポジレジストを現像し、５０倍に希釈したＢＨＦ溶液を用いて非晶質ＳｉＯ_２層２２をエッチングする。この結果、前記パターンにおける円Ｃ内の非晶質ＳｉＯ_２のみがエッチングされ、図３（ｃ）に示すように、非晶質ＳｉＯ_２層２２に孔部２３が形成された半導体基板２が得られる。

尚、半導体基板２は、非晶質ＳｉＯ_２層２２の反対側にＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５を備えると共に、非晶質ＳｉＯ_２層２２に形成された孔部２３内にはＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１が露出している。

次に、半導体基板２を図示しないＭＯＶＰＥ装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を真空排気する。真空排気後、チャンバー内の雰囲気をＨ_２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍとなるように、Ｈ_２ガスの流量と排気速度とを調整する。

次に、チャンバー内にＡｓＨ_３（Arsine）とキャリアガスとしてのＨ_２ガスとの混合ガスを、全圧０．１ａｔｍ、ＡｓＨ_３分圧２．５×１０^−４ａｔｍとなるように流通させる。次に、前記混合ガス流通下に、半導体基板２の温度が７５０℃になるまで昇温する。半導体基板２の温度が７５０℃に達したならば、流通ガスにＴＭＧ（trimethyl-gallium）を加え、所定時間流通させ、図３（ｄ）に示すように、孔部２４内に露出するＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１上に、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を成長させる。

ナノワイヤ半導体３を成長させる際の流通ガスは、全圧０．１ａｔｍ、ＡｓＨ_３分圧２．５×１０^−４ａｔｍ、ＴＭＧ分圧１．０×１０^−６ａｔｍとなるように調整する。また、ＴＭＧの流通時間は、所望のナノワイヤ半導体３の高さｈにより、例えば１０〜１２０分の範囲で調整する。

ナノワイヤ半導体３の形成後、ＴＭＧの供給を停止する一方、ＡｓＨ_３とＨ_２ガスとの混合ガスの供給は前記条件のままで続けながら、ナノワイヤ半導体３が形成された半導体基板２を冷却し、冷却後、ＭＯＶＰＥ装置から取り出す。

次に、半導体基板２のナノワイヤ半導体３側にＢＣＢ樹脂（ダウケミカル社製、商品名：ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ ３０２２−３５）をスピンコートにより塗布し、ナノワイヤ半導体３の間に充填する。次に、ＢＣＢ樹脂が塗布された半導体基板２を、不活性ガス雰囲気下、２５０℃の温度に１時間保持してアニール処理することによりＢＣＢ樹脂を硬化させ、図３（ｅ）に示すように、透明樹脂層４を形成する。ナノワイヤ半導体３は透明樹脂層４により埋設されている。

次に、アンモニア水と過酸化水素水とを用いて、ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板５のみをエッチングして除去する。このとき、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１は、エッチングストップ膜として作用する。この結果、図１に示す構成を備えるナノワイヤ太陽電池１を得ることができる。

次に、内接円Ｃの直径ｄを、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍとし、各直径ｄについて、間隔ｇに対するナノワイヤ半導体３の高さｈの比ｈ／ｇを０〜１００の範囲で変量させて、複数のナノワイヤ太陽電池１を作成した。各ナノワイヤ太陽電池１に対し、透明樹脂層４側から半導体基板２に垂直に光を照射し、ナノワイヤ半導体３の光反射率Ｒと、光透過率Ｔとを分光光度計を用いて測定した。

次に、測定された光反射率Ｒと、光透過率Ｔとから、次式（１）を用いて光吸収率を求めた。

光吸収率（％）＝１００−反射率Ｒ（％）−透過率Ｔ（％） ・・・（１）
ここで、透明樹脂層４を形成するＢＣＢ樹脂は、屈折率が空気に近く、またバンドギャップがナノワイヤ半導体３を形成するＧａＡｓより大きいことから、透明樹脂層４によるい光吸収の影響は少ないものと考えられる。また、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１と非晶質ＳｉＯ_２層２２とは、バンドギャップがナノワイヤ半導体３を形成するＧａＡｓより大きく、また膜厚もそれぞれ１０ｎｍ、２０ｎｍと薄い。従って、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層２１、非晶質ＳｉＯ_２層２２による光吸収は殆ど無いものと考えられる。

次に、式（１）により求めた光吸収率と、疑似太陽光（ＡＭ１．５Ｇ Solar Spectrum）から求めた入射photon（ｓ^−１）とから、次式（２）を用いて励起子生成率（ｓ^−１）を求めた。ここで、現在実用化されている太陽電池では、反射防止膜や表面テクスチャ構造等により入射光の反射を抑制することが多い。そこで、式（２）では、反射防止膜効果を考慮して半導体ナノワイヤ３による光吸収性能を評価するために、反射率Ｒ（％）を用いて励起子生成率（ｓ^−１）の較正を行っている。

励起子生成率（ｓ^−１）＝入射photon（ｓ^−１）×（光吸収率（％）／（１−反射率Ｒ（％））） ・・・（２）
次に、反射防止膜効果を考慮した励起子生成率（ｓ^−１）から、次式（３）を用いて短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）を算出した。

短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）＝励起子生成率（ｓ^−１）×素電子ｅ（Ｃ）／受光面積（ｃｍ^２） ・・・（３）
短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）は、半導体ナノワイヤ３の光吸収によって生成されたキャリアの総量を示す指標であり、短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）が大きいほど、光吸収率が大きいことを示す。結果を図５に示す。

図５から、半導体ナノワイヤ３の内接円Ｃの直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にあるとき、間隔ｇに対する高さｈの比（ｈ／ｇ）を１０〜４０の範囲とすることにより、半導体ナノワイヤ３の光吸収率を大きくすることができることが明らかである。

本実施形態では、ナノワイヤ半導体３をＧａＡｓとしているが、ＧａＡｓに代えてＩｎＰを用いるようにしてもよい。次に、ＩｎＰからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１について説明する。

前記ナノワイヤ太陽電池１は、半導体基板２が、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１を備え、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１上にＩｎＰからなるナノワイヤ半導体３が形成されていることを除いて、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１と全く同一の構成を備えている。

ＩｎＰからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、図３（ａ）に示すＩｎＰ（１１１）Ａ基板５を図示しないＭＯＶＰＥ装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を真空排気する。ＩｎＰ（１１１）Ａ基板５は予め洗浄されている。真空排気後、チャンバー内の雰囲気をＨ_２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍとなるように、Ｈ_２ガスの流量と排気速度とを調整する。

次に、チャンバー内にＴＢＰ(tributylphosphate)とキャリアガスとしてのＨ_２ガスとの混合ガスを、全圧０．１ａｔｍ、ＴＢＰ分圧２．５×１０^−４ａｔｍとなるように流通させる。次に、前記混合ガス流通下に、ＩｎＰ（１１１）Ａ基板５の温度が７２０℃になるまで昇温する。ＩｎＰ（１１１）Ａ基板５の温度が７２０℃に達したならば、ＴＢＰの供給を停止し、流通ガスにＴＭＩ(trimethyl-indium)と、ＴＭＧ（trimethyl-gallium）と、ＡｓＨ_３(Arsine)とを加え、所定時間流通させる。そして、図３（ａ）に示すようにＩｎＰ（１１１）Ａ基板５上にＩｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１を、例えば１００ｎｍの厚さに形成する。

Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１の形成後、ＴＭＩとＴＭＧとの供給を停止する一方、ＡｓＨ_３とＨ_２ガスとの混合ガスの供給を続けながら、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１が形成されたＩｎＰ（１１１）Ａ基板５を冷却する。前記冷却後、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１が形成されたＩｎＰ（１１１）Ａ基板５をＭＯＶＰＥ装置から取り出す。

次に、図３（ｂ）に示すように、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１が形成されたＩｎＰ（１１１）Ａ基板５上に、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１の場合と全く同一にして、非晶質ＳｉＯ_２層２２を形成する。

次に、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１の場合と全く同一にして、非晶質ＳｉＯ_２層２２をエッチングする。この結果、前記パターンにおける円Ｃ内の非晶質ＳｉＯ_２のみがエッチングされ、図３（ｃ）に示すように、非晶質ＳｉＯ_２層２２に孔部２３が形成された半導体基板２が得られる。

次に、半導体基板２を図示しないＭＯＶＰＥ装置のチャンバー内にセットし、チャンバー内を真空排気する。真空排気後、チャンバー内の雰囲気をＨ_２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍとなるように、Ｈ_２ガスの流量と排気速度とを調整する。

次に、チャンバー内にＡｓＨ_３とキャリアガスとしてのＨ_２ガスとの混合ガスを、全圧０．１ａｔｍ、ＡｓＨ_３分圧２．５×１０^−４ａｔｍとなるように流通させる。次に、前記混合ガス流通下に、半導体基板２の温度が６６０℃になるまで昇温する。半導体基板２の温度が６６０℃に達したならば、流通ガスにＴＭＩとＴＢＰとを加え、所定時間流通させ、図３（ｄ）に示すように、孔部２４内に露出するＩｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１上に、ＩｎＰからなるナノワイヤ半導体３を成長させる。

ナノワイヤ半導体３を成長させる際の流通ガスは、全圧０．１ａｔｍ、ＡｓＨ_３分圧２．５×１０^−４ａｔｍ、ＴＭＩ分圧５．０×１０^−６ａｔｍ、ＴＢＰ分圧５．０×１０^−５ａｔｍとなるように調整する。また、ＴＭＩとＴＢＰとの流通時間は、所望のナノワイヤ半導体３の高さｈにより、例えば１０〜１２０分の範囲で調整する。

ナノワイヤ半導体３の形成後、ＴＭＩの供給を停止する一方、ＴＢＰとＨ_２ガスとの混合ガスの供給を、ＴＢＰ分圧を１．０×１０^−４ａｔｍに切り替えて続けながら、ナノワイヤ半導体３が形成された半導体基板２を冷却し、冷却後、ＭＯＶＰＥ装置から取り出す。

次に、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１の場合と全く同一にして、ナノワイヤ半導体３の間に、図３（ｅ）に示す透明樹脂層４を形成する。ナノワイヤ半導体３は透明樹脂層４により埋設されている。

次に、ＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１の場合と全く同一にして、ＩｎＰ（１１１）Ａ基板５のみをエッチングして除去する。このとき、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１は、エッチングストップ膜として作用する。この結果、図１に示す構成を備えるナノワイヤ太陽電池１を得ることができる。

次に、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１はＩｎＰよりも光吸収波長範囲が広いため、リン酸と過酸化水素水とを用いて、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層２１のみをエッチングして除去する。

次に、内接円Ｃの直径ｄを、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍとし、各直径ｄについて、間隔ｇに対するナノワイヤ半導体３の高さｈの比ｈ／ｇを０〜１００の範囲で変量させて、複数のナノワイヤ太陽電池を作成した。各ナノワイヤ太陽電池に対し、半導体基板2側から垂直に光を照射し、ナノワイヤ半導体３の光反射率Ｒと、光透過率Ｔとを分光光度計を用いて測定した。また、非晶質ＳｉＯ_２層２２は、バンドギャップがナノワイヤ半導体３を形成するInPより大きく、また膜厚も２０ｎｍと薄い。従って、非晶質ＳｉＯ_２層２２による光吸収は殆ど無いものと考えられる。測定した光反射率Rと光透過率TからＧａＡｓからなるナノワイヤ半導体３を備えるナノワイヤ太陽電池１の場合と同じ計算式を用いて、短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）を算出した。結果を図６に示す。

図６から、半導体ナノワイヤ３の内接円Ｃの直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にあるとき、間隔ｇに対する高さｈの比（ｈ／ｇ）を１０〜４０の範囲とすることにより、半導体ナノワイヤ３の光吸収率を大きくすることができることが明らかである。

１…ナノワイヤ太陽電池、 ２…半導体基板、 ３…ナノワイヤ半導体。

Claims (4)

1. 半導体基板と、該半導体基板から垂直方向に成長しており、該半導体基板上に平面視三角格子状に配置された複数のナノワイヤ半導体とを備えるナノワイヤ太陽電池において、
   該ナノワイヤ半導体の横断面に内接する内接円の直径をｄ、相隣り合う該ナノワイヤ半導体同士の間隔をｇ、該基板表面からの該ナノワイヤ半導体の高さをｈとするときに、間隔ｇに対する高さｈの比（ｈ／ｇ）が１０〜４０の範囲にあり、かつ、内接円の直径ｄが１００〜３００ｎｍの範囲にあることを特徴とするナノワイヤ太陽電池。
2. 請求項１記載のナノワイヤ太陽電池において、前記ナノワイヤ半導体の高さｈは、１〜４μｍの範囲にあることを特徴とするナノワイヤ太陽電池。
3. 請求項１または請求項２記載のナノワイヤ太陽電池において、前記相隣り合う該ナノワイヤ半導体同士の間隔ｇは、２００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とするナノワイヤ太陽電池。
4. 請求項３記載のナノワイヤ太陽電池において、前記相隣り合う該ナノワイヤ半導体同士の間隔ｇは、２０〜２００ｎｍの範囲にあることを特徴とするナノワイヤ太陽電池。