JP2013143569A - ラテラル太陽電池構造 - Google Patents

ラテラル太陽電池構造 Download PDF

Info

Publication number
JP2013143569A
JP2013143569A JP2013002105A JP2013002105A JP2013143569A JP 2013143569 A JP2013143569 A JP 2013143569A JP 2013002105 A JP2013002105 A JP 2013002105A JP 2013002105 A JP2013002105 A JP 2013002105A JP 2013143569 A JP2013143569 A JP 2013143569A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nanorods
absorber region
region
type
photovoltaic cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013002105A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6312984B2 (ja
Inventor
M Rehder Eric
エリック エム． レーダー，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of JP2013143569A publication Critical patent/JP2013143569A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6312984B2 publication Critical patent/JP6312984B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0735—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIIBV compound semiconductors, e.g. GaAs/AlGaAs or InP/GaInAs solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H01L31/03048—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP comprising a nitride compounds, e.g. InGaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H01L31/035227—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum wires, or nanorods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】最適なバンドギャップ特性を有する高効率なラテラル太陽電池構造とその製造方法を提供する。
【解決手段】多接合型太陽電池のサブセルコンポーネント１００は、Ｐ型裏面電界１１２、アブソーバー領域１１４、Ｎ型エミッタ領域１１６、Ｎ型ウィンドウ１１８、及び任意選択による付加的なＮ型エミッタ層（Ｎ型エミッタ＃２）１１７を含む。Ｎ型エミッタ領域１１６はアブソーバー領域１１４に延伸する複数のナノロッド１１６から形成される。Ｎ型エミッタ領域１１６及びナノロッド１１６はＩＩＩ‐Ｖ族合金から形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池に関する。具体的には、ラテラル太陽電池構造に関する。
本発明はラテラル太陽電池構造の方法、システム、及び装置に関する。本発明の一又は複数の態様によれば、アブソーバー領域、及びアブソーバー領域内に延びる複数のナノロッドを備えたエミッタ領域を含む光起電力電池が提供される。幾つかの態様では、アブソーバー領域とナノロッドは対向するようにドープされている。少なくとも１つの態様では、ナノロッドはｎ型でアブソーバー領域はｐ型である。幾つかの態様では、ナノロッドはｐ型でアブソーバー領域はｎ型である。一又は複数の態様では、アブソーバー領域及びナノロッドはＩＩＩ‐Ｖ族合金から形成される。少なくとも１つの態様では、アブソーバー領域は窒化ガリウム砒素（ＧａＡｓＮ）、窒化インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓＮ）、アルミニウムインジウムリン（ＡｌＩｎＰ）、又はアルミニウムインジウムガリウムリン （ＡｌＩｎＧａＰ） から形成される。幾つかの態様では、ナノロッドはインジウム砒素（ＩｎＡｓ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、又はインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）から形成される。
少なくとも１つの態様では、光起電力電池は２．０電子ボルト（ｅＶ）を超えるバンドギャップを有する。幾つかの態様では、光起電力電池は１．４ｅＶ未満のバンドギャップを有する。
一又は複数の態様では、各ナノロッド間の間隔は３ミクロン未満である。少なくとも１つの態様では、各ナノロッドの直径は５〜１００ナノメートル（ｎｍ）の値である。幾つかの態様では、ナノロッドの総面積はアブソーバー領域の総面積の１パーセント（％）未満である。
少なくとも１つの態様では、ナノロッド及びアブソーバー領域には対向する歪みが加えられている。幾つかの態様では、ナノロッドには引張歪みが加えられており、アブソーバー領域には圧縮歪みが加えられている。一又は複数の態様では、ナノロッドには圧縮歪みが加えられており、アブソーバー領域には引張歪みが加えられている。幾つかの態様では、アブソーバー領域は０．５〜３ミクロンの吸収長を有する。少なくとも１つの態様では、ナノロッドの長さは吸収長の５０％〜１００％となる。
一又は複数の態様では、光起電力電池の作製方法は基板の提供を含む。この方法はさらに、基板上でのアブソーバー領域及びエミッタ領域のエピタキシャル成長を含む。少なくとも１つの態様では、エミッタ領域はアブソーバー領域に延伸する複数のナノロッドを含む。幾つかの態様では、アブソーバー領域とナノロッドは対向するようにドープされている。
少なくとも１つの態様では、ナノロッド及びアブソーバー領域には対向する歪みが加えられている。幾つかの態様では、アブソーバー領域は０．５〜３ミクロンの吸収長を有する。一又は複数の態様では、ナノロッドの長さは吸収長の５０％〜１００％となる。一又は複数の態様では、各ナノロッド間の間隔は３ミクロン未満である。幾つかの態様では、各ナノロッドの直径は５〜１００ｎｍの値である。少なくとも１つの態様では、ナノロッドの総面積はアブソーバー領域の総面積の１パーセント（％）未満である。上記の特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、または他の実施形態において組み合わせることができる。
本発明の上記並びにその他の特徴、態様、及び利点は、下記の説明、添付の請求項、添付の図面を参照することでより良く理解されるであろう。
光学的バンドギャップ特性を有する効率の低いサブセルの概略図である。 本発明の少なくとも１態様による、光学的バンドギャップ特性を有する効率の高いサブセルの概略図である。 本発明の実施形態による、光学的バンドギャップ特性を有する効率の高いサブセルの典型例の概略図である。 本発明の実施形態による、光学的バンドギャップ特性を有する効率の高いサブセルの典型例の概略図である。 本発明の１態様による、ナノロッド径、及びナノロッド間隔の種々の組合せに対するナノロッドの面被覆率を示すグラフである。 本発明の少なくとも１態様により作られる、サブセルの上平面図である。 本発明の少なくとも１態様による、図２、３Ａ、３Ｂ、及び４Ａに示されているサブセルを作製する方法のフロー図である。
本明細書に開示した方法及び装置は、ラテラル太陽電池構造の作動システムを提供する。具体的には、このシステムは光学的バンドギャップの組合せを有する高効率なサブセルを含む多接合型太陽電池を含む。このシステムは、太陽電池のアブソーバー領域へ延伸する電極を作製するため、エピタキシャル成長プロセスの間に形成されるナノロッドを使用する。この設計は、０．５〜３ミクロンなどの、アブソーバーの長い光学的吸収長を可能にするが、拡散長に適合するサブミクロン単位の距離に対するキャリア収集も可能にする。
現在、合金を形成する際のＮ及びＡｌの添加により所望のバンドギャップを作り出すことが可能であるが、材料の質が低下して少数キャリア拡散長が短くなり、効率が低下する傾向がある。例えば、ＩｎＧａＡｓＮ及びＡｌＩｎＧａＰなどの材料から作られるセルの直接成長が研究されている。しかしながら、これらの材料のキャリア拡散長が短いため、これらの材料から形成されるセルは高効率ではない。
例えば、図１は直接成長のアプローチによって形成されたサブセルのコンポーネント１０を描いたものである。サブセルコンポーネント１０は、ｐ型裏面電界１２、ｐ型基板層１４、ｎ型エミッタ層１６、及びｎ型ウィンドウ１８を含む。基板層１４はＩｎＧａＡｓＮ又はＡｌＩｎＰから形成されてもよい。操作の効率を高めるためには、基板層１４に生成される電子２０は、０．５〜３ミクロン厚保の基板層１４を通過してエミッタ層１６に到達できることが必要となる。逆に、エミッタ層１６に生成される正孔２２は、空乏領域を通過して基板層１４まで到達できることが必要となる。しかしながら、ＩｎＧａＡｓＮ及びＡｌＩｎＰのサブミクロン単位の少数キャリア拡散長は、これが効率的に起こるのを阻害する。
最適なバンドギャップ特性を有するセルを形成する別のアプローチは、弛緩された変成バッファ層を利用するものである。多数のバッファ層がＩＩＩ‐Ｖ族合金を使用することができる。１ｅＶのバンドギャップセルを形成するための共通のアプローチは、ＩｎＧａＰ合金からなるバッファ層を堆積させることである。その結果生まれるセルは、１ｅＶのバンドギャップを有するＩｎＧａＡｓ合金によって形成される。しかしながら、変成バッファプロセスは複雑で、製造を困難にする。加えて、変成バッファプロセスは膜表面を粗くし、貫通転移密度を高め、その結果、効率が低下する。変成バッファプロセスはまた、きわめて厚いバッファ層を必要とするため、コスト高となり、且つ処理能力を低下させる。
最適なバンドギャップ特性を有するセルを形成するさらに別のアプローチは、ＧａＡｓ及びＩｎＰ基板上でセルを一体化するためにウエハーボンディングを利用するものである。このアプローチは、各基板上に別々に形成される２つの基板及び２つの成長プロセスを必要とする。ウエハーボンディングはこれらのセルを機械的及び電気的に結合するために使用される。次に多接合型セルを形成するため、基板のうちの少なくとも１つが取り除かれる。したがって、ウエハーボンディングアプローチは、ウエハーの結合及び基板の除去に加えて、２つの膜堆積プロセスを有するため、多額の費用を必要とする。
本発明のシステム設計により、最適なバンドギャップ特性を有する高効率なサブセルの製造が可能となる。逆の導電型のアブソーバー領域に組み込まれる導電性ナノロッドを形成することにより、キャリアが移動しなければならない距離が短縮され、その結果効率が上がる。このように、本発明のシステムは、上述の直接成長、変成バッファ、又はウエハーボンディングアプローチによって生成されるセルよりも高い効率を有するセルを提供する。
下記の説明では、システムのさらに徹底した説明を提供するために多数の詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者には、開示されたシステムをこれらの具体的な詳細事項なしで実行可能であることが明らかであろう。その他の場合では、システムを不要にわかりにくくしないために、よく知られる特徴については詳細に説明していない。
図２は提案している設計による多接合型太陽電池のサブセルコンポーネント１００を描いたものである。サブセルコンポーネント１００は、裏面電界１１２、アブソーバー領域１１４、エミッタ領域１１６、ウィンドウ１１８、及び任意選択による付加的なエミッタ層（エミッタ＃２）１１７を含む。エミッタ領域１１６はアブソーバー領域に延伸する複数のナノロッド１１６から形成される。エミッタ領域１１６及びナノロッド１１６はＩＩＩ‐Ｖ族合金から形成される。例えば、アブソーバー領域１１４は、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＡｌＩｎＰ、又はＡｌＩｎＧａＰから形成可能である。ナノロッド１１６は、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、又はＩｎＧａＰから形成可能である。これらの材料は最適なバンドギャップ範囲を提供する。例えば、アブソーバー領域１１４の形成にＮ合金が使用される場合（例えば、ＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ）、アブソーバー領域１１４は１．４ｅＶ未満、例えば１．０〜１．４ｅＶの範囲のバンドギャップを有するであろう。アブソーバー領域１１４の形成にＡｌ合金（例えば、ＡｌＩｎＰ、又はＡｌＩｎＧａＰ）が使用される場合、アブソーバー領域１１４は２．０ｅＶ超、例えば２．０〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップを有するであろう。
アブソーバー領域１１４は、０．５〜３ミクロンの吸収長を有することができる。ナノロッド１１６の長さは、少なくとも吸収長の半分である。例えば、ナノロッド１１６の長さは、吸収長の５０％〜１００％であってもよい。
ナノロッド１１６及びアブソーバー領域１１４は逆の導電型を有し、その結果ＰＮ接合を形成する。例えば、ナノロッド１１６がｎ型で、アブソーバー領域１１４がｐ型であってもよい。代替的に、ナノロッド１１６がｐ型で、アブソーバー領域１１４がｎ型であってもよい。
以下で詳細に説明するように、ナノロッド１１６及びアブソーバー領域１１４には対向する歪みが加わっている。例えば、ナノロッド１１６には圧縮歪みが加えられ、アブソーバー領域１１４には引張歪みが加えられてもよい。代替的に、ナノロッド１１６には引張歪みが加えられ、アブソーバー領域１１４には圧縮歪みが加えられてもよい。
図２に示す構造は、光子と電荷キャリアの経路を分離する。光子吸収長は０．５〜３ミクロンの長さにとどまるが、キャリアは収集のためサブミクロン単位の距離を有するであろう。例えば、図２に示されているように、アブソーバー領域１１４で生成される電子１２０は、エミッタ層に到達するため、アブソーバー領域のほぼ全層を通過しなければならないことはなく、最も近いナノロッド１１６まで移動することができる。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明によるシステムにより形成されるサブセルの実例的な実施形態を描いたものである。図３Ａは、ｎ型ＩｎＡｓナノロッド２１６を伴うｐ型ＧａＡｓＮアブソーバー領域を有する１．０ｅＶ吸収のためのセル２００を描いたものである。代替的に、セル２００はｐ型のＩｎＧａＡｓＮアブソーバー領域２１４及びｎ型のＩｎＧａＡｓ若しくはＧａＡｓＳｂナノロッド２１６を有していてもよい。図３Ｂは、ｐ型ＡｌＩｎＰアブソーバー領域２１４´及びｎ型ＩｎＰナノロッド２１６´を有する２．３ｅＶ吸収のためのセル２００を示している。代替的に、２．３ｅＶバンドギャップセル２００´はｐ型のＡｌＩｎＧａＰアブソーバー領域２１４´及びｎ型のＩｎＧａＰナノロッド２１６´を有していてもよい。
大きな歪みが加えられたナノロッドを有する厚い材料は、太陽電池の効率を低下させる結晶学的欠陥を軽減する歪みを形成するであろう。但し、本発明のシステムは、歪みを補償するアプローチを利用することにより、このような欠陥を回避する。すなわち、対向する歪みが加えられているアブソーバー領域を有するナノロッドの歪みを均衡させることにより、結晶の欠陥は回避可能である。図３Ａ及び３Ｂの実施例は、引張歪みが加えられたｐ型アブソーバー領域２１４、２１４´を示す。これらの実施例におけるナノロッド２１６、２１６´は、圧縮歪みが加えられたｎ型ナノロッド２１６、２１６´である。これらの導電型及び歪みの特性は、システムの重要な要素を変更することなく反転することができる。例えば、ナノロッド２１６、２１６´がｐ型で、アブソーバー領域２１４、２１４´がｎ型であってもよい。ナノロッド２１６、２１６´には引張歪みが加えられ、アブソーバー領域２１４、２１４´には圧縮歪みが加えられてもよい。
ナノロッドでの光吸収の収集効率は低いことがある。したがって、セル効率を最大化するためには、ナノロッドの被覆率を低く保つことが望ましい。すなわち、アブソーバー領域の総面積に対するナノロッドの総面積の比率は最小化すべきである。１つの態様では、ナノロッドの総面積はアブソーバー領域の総面積の１％未満である。
図４Ａは、本発明のシステムによって形成されるセル３００の上面図である。図４Ａは各ナノロッド３１６の径３０２を示している。図４Ａは各ナノロッド３１６の間隔３０４を示している。ナノロッドの径３０２及び間隔３０４は、用いられる成長条件によって制御可能である。径３０２は５〜１００ｎｍの範囲で制御可能であり、ナノロッド３１６の間隔３０４は最大３ミクロンまで制御可能である。この組合せによりナノロッドの被覆率は図４に示すように１％未満に保たれるであろう。図４のグラフは、具体的な所望のセル効率に対して、ナノロッドの被覆率を１％未満に維持することによって、また、ナノロッドの径を５〜１００ｎｍの範囲に制御することによって、３ミクロン未満のナノロッド間隔が使用しうることを示している。径が２０ｎｍで間隔が２００ｎｍのナノロッドを使用する構造は、１％未満のナノロッド被覆率を有するであろう。この構造により電子の経路長（１２０）は１００ｎｍ未満となり、さらに任意選択により０．５〜３ミクロンの基板層厚が可能となるであろう。したがって、ＩｎＧａＡｓＮ又はＡｌＩｎＰなどの、少数キャリア拡散長が短い材料から高効率のサブセルが形成可能である。
本発明のシステムにより高起電力電池を作製する方法は、図５に示されている。この方法は基板を４０２を提供するステップ４０２、及び基板上でのアブソーバー領域及びエミッタ領域をエピタキシャル成長させるステップ４０４を含む。既に議論したように、エミッタ領域は、アブソーバー領域に延伸する複数のナノロッド、及びアブソーバー領域を含み、ナノロッドは対向するようにドープされている。エピタキシャル成長の間、ナノロッドは歪み駆動型自己組織化クラスタリングによって形成される。単一の垂直なナノロッドにマージするため、アイランドは互いの上面に密に積層される。ナノロッドの歪みは、対向する歪みが加えられるアブソーバー領域によって均衡される。
特定の例示的実施形態及び方法を本明細書に開示したが、前述の開示内容から、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく上記実施形態及び方法に変更及び修正を加えることが可能であることが理解されるであろう。その他多数の本発明の実施例があり、各例はその詳細事項においてのみ他と異なる。したがって、本発明は添付の請求項及び適用法の規則及び原理で要求される範囲にのみ制限されることを目的としたものである。
１０、１００ サブセルコンポーネント
１２、１１２ ｐ型裏面電界
１４ ｐ型基板層
１６ ｎ型エミッタ層
１８、１１８ ｎ型ウィンドウ
２０ 電子
２２、１２２ 正孔
１１４ アブソーバー領域
１１６ エミッタ領域（ナノロッド）
１１７ 付加的なエミッタ領域
１２０ 電子の経路長
２００、２００´、３００ セル
２１４ ｐ型ＩｎＧａＡｓＮアブソーバー領域
２１４´ ｐ型ＡｌＩｎＧａＰアブソーバー領域
２１６ ｎ型ＩｎＡｓナノロッド
２１６´ ｎ型ＩｎＰナノロッド
３０２ ナノロッドの径
３０４ ナノロッドの間隔
３１６ ナノロッド

Claims (13)

  1. アブソーバー領域１１４と、
    前記アブソーバー領域１１４内に延伸する複数のナノロッドを含むエミッタ領域１１６とを含み、
    前記アブソーバー領域１１４及び前記ナノロッドが対向するようにドープされる
    光起電力電池。
  2. 前記ナノロッドはｎ型であり、且つ前記アブソーバー領域１１４はｐ型である、請求項１に記載の光起電力電池。
  3. 前記ナノロッドはｐ型であり、且つ前記アブソーバー領域１１４はｎ型である、請求項１に記載の光起電力電池。
  4. 前記アブソーバー領域１１４及びナノロッドはＩＩＩ‐Ｖ族合金から形成される、請求項１に記載の光起電力電池。
  5. 前記アブソーバー領域１１４はＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＡｌＩｎＰ、及びＡｌＩｎＧａＰのうちの１つから形成される、請求項１に記載の光起電力電池。
  6. 前記ナノロッドはＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのうちの１つから形成される、請求項１に記載の光起電力電池。
  7. ２．０電子ボルト（ｅＶ）を超えるバンドギャップを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力電池。
  8. １．４ｅＶ未満のバンドギャップを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力電池。
  9. 前記各ナノロッド間の間隔は３ミクロン未満である、請求項１に記載の光起電力電池。
  10. 前記各ナノロッドの径は５ナノメートル（ｎｍ）〜１００ｎｍである、請求項１に記載の光起電力電池。
  11. 前記ナノロッドの総面積は前記アブソーバー領域１１４の総面積の１％未満である、請求項１に記載の光起電力電池。
  12. 前記ナノロッド及び前記アブソーバー領域１１４には対向する歪みが加えられている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光起電力電池。
  13. 基板を提供するステップと、
    前記基板上でアブソーバー領域１１４及びエミッタ領域１１６をエピタキシャル成長させるステップとを含み、
    前記エミッタ領域１１６は前記アブソーバー領域１１４の中に延伸する複数のナノロッドを含み、
    前記アブソーバー領域１１４及び前記ナノロッドは対向するようにドープされている
    光起電力電池を作製する方法。
JP2013002105A 2012-01-10 2013-01-09 ラテラル太陽電池構造 Active JP6312984B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/346,982 2012-01-10
US13/346,982 US9911886B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Lateral solar cell structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013143569A true JP2013143569A (ja) 2013-07-22
JP6312984B2 JP6312984B2 (ja) 2018-04-18

Family

ID=47603266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013002105A Active JP6312984B2 (ja) 2012-01-10 2013-01-09 ラテラル太陽電池構造

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9911886B2 (ja)
EP (1) EP2615649B1 (ja)
JP (1) JP6312984B2 (ja)
TW (1) TWI667799B (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030089392A1 (en) * 2001-07-25 2003-05-15 Carsten Rohr Photovoltaic device
JP2008053730A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 General Electric Co <Ge> 単一コンフォーマル接合のナノワイヤ光起電力装置
JP2008177539A (ja) * 2006-11-15 2008-07-31 General Electric Co <Ge> 傾斜ハイブリッド非晶質シリコンナノワイヤー太陽電池
JP2011527096A (ja) * 2008-07-24 2011-10-20 シャープ株式会社 薄膜の積層

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060207647A1 (en) 2005-03-16 2006-09-21 General Electric Company High efficiency inorganic nanorod-enhanced photovoltaic devices
US8314327B2 (en) * 2005-11-06 2012-11-20 Banpil Photonics, Inc. Photovoltaic cells based on nano or micro-scale structures
US7635600B2 (en) 2005-11-16 2009-12-22 Sharp Laboratories Of America, Inc. Photovoltaic structure with a conductive nanowire array electrode
US20080110486A1 (en) * 2006-11-15 2008-05-15 General Electric Company Amorphous-crystalline tandem nanostructured solar cells
US8237151B2 (en) * 2009-01-09 2012-08-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Diode-based devices and methods for making the same
CN101740654B (zh) * 2008-11-19 2011-12-07 中国科学院半导体研究所 一种半导体p-i-n结太阳能电池外延片及其制备方法
JP2011135058A (ja) * 2009-11-30 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd 太陽電池素子、カラーセンサ、ならびに発光素子及び受光素子の製造方法
US20110146788A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-23 General Electric Company Photovoltaic cell
JP2011138804A (ja) * 2009-12-25 2011-07-14 Honda Motor Co Ltd ナノワイヤ太陽電池及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030089392A1 (en) * 2001-07-25 2003-05-15 Carsten Rohr Photovoltaic device
JP2008053730A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 General Electric Co <Ge> 単一コンフォーマル接合のナノワイヤ光起電力装置
JP2008177539A (ja) * 2006-11-15 2008-07-31 General Electric Co <Ge> 傾斜ハイブリッド非晶質シリコンナノワイヤー太陽電池
JP2011527096A (ja) * 2008-07-24 2011-10-20 シャープ株式会社 薄膜の積層

Also Published As

Publication number Publication date
US9911886B2 (en) 2018-03-06
EP2615649A3 (en) 2013-10-23
EP2615649B1 (en) 2022-09-28
TW201340353A (zh) 2013-10-01
EP2615649A2 (en) 2013-07-17
TWI667799B (zh) 2019-08-01
US20130174893A1 (en) 2013-07-11
JP6312984B2 (ja) 2018-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3550617B1 (en) Heterojunction solar cell
JP6259393B2 (ja) 電流生成が向上した半導体デバイス
EP2745329B1 (en) Photovoltaic device
US9018517B2 (en) Silicon heterojunction photovoltaic device with wide band gap emitter
CA2810895C (en) Type-ii high bandgap tunnel junctions of inp lattice constant for multijunction solar cells
US20110005570A1 (en) High efficiency tandem solar cells and a method for fabricating same
US20150053257A1 (en) Multi-junction solar cell and use thereof
CN108493284B (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
KR101783971B1 (ko) 금속 디스크 어레이를 구비한 적층형 태양전지
US20140090700A1 (en) High-concentration multi-junction solar cell and method for fabricating same
TW201438264A (zh) 化合物半導體太陽能電池及其製造方法
JP5481665B2 (ja) 多接合型太陽電池
JP2014199915A (ja) 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法
US20180261709A1 (en) Solar battery
WO2013123818A1 (zh) 高效三结太阳能电池及其制作方法
CN209880626U (zh) GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池
TWI496314B (zh) Compound semiconductor solar cell manufacturing laminated body, compound semiconductor solar cell and manufacturing method thereof
CN109950337B (zh) GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池
JP2015518283A (ja) セル配列
JP2012054424A (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP6312984B2 (ja) ラテラル太陽電池構造
CN110797427B (zh) 倒装生长的双异质结四结柔性太阳能电池及其制备方法
JP2013172072A (ja) ２接合太陽電池
CN111276560B (zh) 砷化镓太阳电池及其制造方法
JP2012186265A (ja) 多接合太陽電池およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161213

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170313

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170515

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180306

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180322

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6312984

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250