JP2014049652A

JP2014049652A - 光起電力装置

Info

Publication number: JP2014049652A
Application number: JP2012192386A
Authority: JP
Inventors: Daiji Kanematsu; 大二兼松
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】光起電力装置の変換効率を更に向上させる技術を提供する。
【解決手段】光起電力装置は、ナノワイヤ状の光起電力素子を複数備える。光起電力素子は、ヘテロ接合構造を有する。光起電力素子は、ｉ型単結晶シリコン層２０と、ｉ型単結晶シリコン層２０の受光面側に形成された第１導電型非晶質シリコン層２４と、ｉ型単結晶シリコン層２０の、受光面と反対側に形成された第２導電型非晶質シリコン層１６と、を有していてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光起電力装置に関する。

近年、無尽蔵の太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池とも称される光起電力装置の開発が精力的に行われている。例えば、半導体基板上に成長された、ｐｎ接合を構成する複数のナノワイヤ状の半導体を備えるナノワイヤ太陽電池が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−１３８８０４号公報

ところで、光起電力装置は、シリコン系、化合物半導体系、有機材料系など、光起電力を生じる材料により大別されるが、各光起電力装置の変換効率は、各材料の禁制帯幅によってその上限が制限される。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光起電力装置の変換効率を更に向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光起電力装置は、ナノワイヤ状の光起電力素子を複数備える。光起電力素子は、ヘテロ接合構造を有する。

本発明によれば、光起電力装置の変換効率を更に向上できる。

第１の実施の形態における光起電力装置の構造を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の構造を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。第２の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

光起電力装置は、前述のように、シリコン系、化合物半導体系、有機材料系など、光起電力を生じる材料により大別されるが、その中でもシリコン系光起電力装置が世界の生産量の主流を占めている。特に、単結晶、または多結晶シリコンウエハを光起電力材料とする結晶シリコン系光起電力装置では、２０％以上の高い変換効率を有する光起電力素子も実現されている。しかしながら、現在の結晶シリコン系光起電力装置の変換効率は、結晶シリコンの禁制帯幅で制限されており、３０％以上の変換効率を得るためには、禁制帯幅の制御が必要となる。

半導体材料は、例えば、粒の大きさをナノメートルサイズまで小さくすると、量子サイズ効果によって、禁制帯幅が拡大することが知られている。そこで、以下では、ナノメートルサイズの径を有するシリコンナノワイヤによって光起電力装置を形成し、シリコンの禁制帯幅を制御する方法について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における光起電力装置１００の構造を示す断面図である。第１の実施の形態における光起電力装置１００は、図１に示すように、支持基板１０、金属層１２、第２の透明電極層１４、第２導電型非晶質シリコン層１６、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、第１導電型非晶質シリコン層２４、透明絶縁部材２６、第１の透明電極層２８を含んで構成される。

第２導電型非晶質シリコン層１６の一部、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、及び第１導電型非晶質シリコン層２４からなる積層体は、ワイヤ状のナノワイヤ部３０を構成する。ナノワイヤ部３０を構成するｉ型単結晶シリコン層２０が光起電力装置１００のキャリア発生部（起電力部）となる。本実施の形態では、ナノワイヤ部３０が光起電力素子の少なくとも一部を構成している。

支持基板１０は、絶縁性表面を有するとともに、ナノワイヤ部３０を含む光起電力素子を機械的に支持する強度を有する。例えば、支持基板１０は、約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有するガラスとする。

金属層１２は、金属等の導電性の材料から構成され、例えば、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む材料とする。第２の透明電極層１４は、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち、少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。

第２の透明電極層１４と金属層１２との積層構造体によりナノワイヤ部３０の一方の電極部が構成される。なお、第２の透明電極層１４及び金属層１２は、合わせて１０００ｎｍ程度の膜厚とすることが好適である。

第２導電型非晶質シリコン層１６及び第２のｉ型非晶質シリコン層１８は、水素を含有するアモルファスシリコンである。第２のｉ型非晶質シリコン層１８は、実質的に真性のアモルファスシリコンである。第２導電型非晶質シリコン層１６は、ｎ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンであり、第２のｉ型非晶質シリコン層１８よりもドーパント濃度が高いシリコン層である。

例えば、第２のｉ型非晶質シリコン層１８には意図的にドーピングを行わず、第２導電型非晶質シリコン層１６のドーパント濃度は１０^１８／ｃｍ^３程度とすればよい。第２のｉ型非晶質シリコン層１８の厚さは、後述するｉ型単結晶シリコン層２０の表面が十分にパッシベーションされる程度にするとよい。具体的には、第２のｉ型非晶質シリコン層１８の厚さは１ｎｍ以上とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型非晶質シリコン層１６の厚さは、ナノワイヤ部３０を含む光起電力素子の開放電圧が十分に高くなるような程度にするとよい。第２導電型非晶質シリコン層１６の厚さは１ｎｍ以上とすればよく、例えば２００ｎｍとする。

ｉ型単結晶シリコン層２０は、実質的に真性の単結晶シリコンである。ｉ型単結晶シリコン層２０は、光起電力素子のキャリア発生部（起電力部）となる。ｉ型単結晶シリコン層２０の厚さは、発電層として十分にキャリアを発生できる程度とすることが好ましく、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。

第１導電型非晶質シリコン層２４及び第１のｉ型非晶質シリコン層２２は、水素を含有するアモルファスシリコンである。第１のｉ型非晶質シリコン層２２は、実質的に真性のアモルファスシリコンである。第１導電型非晶質シリコン層２４は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンである。第１導電型非晶質シリコン層２４は、第１のｉ型非晶質シリコン層２２よりもドーパント濃度が高いシリコンとされる。

例えば、第１のｉ型非晶質シリコン層２２には意図的にドーピングを行わず、第１導電型非晶質シリコン層２４のドーパント濃度は１０^１８／ｃｍ^３程度とすればよい。第１のｉ型非晶質シリコン層２２の厚さは、光の吸収をできるだけ抑えるためにはできるだけ薄くするとよい。一方で、第１のｉ型非晶質シリコン層２２の厚さは、ｉ型単結晶シリコン層２０の表面が十分にパッシベーションされる程度にすることが好ましい。具体的には、第１のｉ型非晶質シリコン層２２の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。

また、第１導電型非晶質シリコン層２４の厚さは、光の吸収をできるだけ抑えられるためにはできるだけ薄くするとよい。一方で、第１導電型非晶質シリコン層２４の厚さは、ナノワイヤ部３０を含む光起電力素子の開放電圧が十分に高くなるような程度にすることが好ましい。具体的には、第１導電型非晶質シリコン層２４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。

透明絶縁部材２６は、ナノワイヤ部３０の間を充填するように設けられている。透明絶縁部材２６は透光性を有し、ｉ型単結晶シリコン層２０の表面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果たす。

第１の透明電極層２８は、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。第１の透明電極層２８は、１０Ω／□程度のシート抵抗を有する。

本実施の形態では、光起電力装置１００の第１の透明電極層２８側が受光面となる。ここで、受光面とは、光起電力素子において主に光（太陽光）Ｌが入射される主面を意味し、具体的には、光起電力素子に入射される光Ｌの大部分が入射される面である。

ナノワイヤ部３０は、前述のように、第２導電型非晶質シリコン層１６の一部、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、第１導電型非晶質シリコン層２４により構成されている。ナノワイヤ部３０は、受光面に対して垂直な方向に延びるように形成されている。ナノワイヤ部３０の径は、量子サイズ効果によって禁制帯幅の増大が発現する程度に細くされている。具体的には１０ｎｍ以下とすることが好適である。なお、本実施の形態では、ナノワイヤ部３０を構成するｉ型単結晶シリコン層２０が光起電力装置１００のキャリア発生部（起電力部）となる。

次に、光起電力装置１００の製造方法について説明する。図２〜図７は、第１の実施の形態における光起電力装置１００の製造方法を示す断面図である。

はじめに、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００を準備する。そして、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の一主面側に水素脆化層２００ａが形成される（図２）。これにより、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の表面にｉ型単結晶シリコン層２０に相当する領域が区分される。水素脆化層２００ａは高濃度の水素原子を含む層である。水素原子濃度は、具体的には１０^２１／ｃｍ^３程度とすればよい。水素脆化層２００ａは、水素イオンビームをｉ型単結晶シリコンウエハ２００の表面に照射することによって形成することができる。水素脆化層２００ａが形成される深さは、起電力部（ｉ型単結晶シリコン層２０）の厚さとなるため、十分に光を吸収することができる厚さとすることが好ましい。水素脆化層２００ａが形成される深さは、水素イオンの照射エネルギーによって制御することができ、例えば１０μｍとする。

ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の水素イオンを照射した主面上に、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、第２導電型非晶質シリコン層１６、第２の透明電極層１４、及び金属層１２が形成される（図３）。第２のｉ型非晶質シリコン層１８及び第２導電型非晶質シリコン層１６は、シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからｉ型単結晶シリコンウエハ２００上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてホスフィン（ＰＨ_３）等のドーパント含有ガスを混合する。第２の透明電極層１４及び金属層１２は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。

次に、図４に示すように、金属層１２上に支持基板１０が積層され、金属層１２と支持基板１０とが耐熱性を有する接着剤や常温接合などによって接合される。そして、水素脆化層２００ａを利用してｉ型単結晶シリコンウエハ２００が分離される。ｉ型単結晶シリコンウエハ２００は、４００℃以上６００℃以下の加熱状態とすることで、水素脆化層２００ａを境に分離される。ｉ型単結晶シリコンウエハ２００のうち、支持基板１０側へ分離された部分が、ｉ型単結晶シリコン層２０となる。また、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の分離は、剃刀の刃を挿入するなど、機械的な処理によって分離してもよい。

なお、図５〜図７では、説明を分かり易くするために図２〜図４とは図の上下を逆にして示す。

図５に示すように、ｉ型単結晶シリコン層２０の表面上に、第１のｉ型非晶質シリコン層２２及び第１導電型非晶質シリコン層２４が形成される。第１のｉ型非晶質シリコン層２２及び第１導電型非晶質シリコン層２４は、シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを用いたＰＥＣＶＤにより形成することができる。原料ガスには、必要に応じてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）等のドーパント含有ガスを混合する。

第１導電型非晶質シリコン層２４、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、ｉ型単結晶シリコン層２０、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、第２導電型非晶質シリコン層１６の一部は、図６に示すように、ワイヤ状に加工され、シリコンナノワイヤからなるナノワイヤ部３０が形成される。ナノワイヤ部３０は、例えば、銀粒子を触媒としたエッチングによって形成することができる。例えば、支持基板１０上に貼り替えられた光起電力素子を、ＨＦ／ＡｇＮＯ_３溶液中に浸漬して、無電解メッキによって第１導電型非晶質シリコン層２４の表面に銀粒子を析出させ、更にＨＦ／Ｆｅ（ＮＯ_３）_３溶液に浸漬することで、銀粒子が接触している部分のみが選択的にエッチングされ、ナノワイヤ部３０を形成することができる。最後にナノワイヤ部３０の間の領域に残留するＡｇ粒子を、例えば、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２の混合溶液等に浸漬することで除去する。

なお、本実施の形態では、第２導電型非晶質シリコン層１６の表面側の一部がワイヤ状に加工されるように、第２導電型非晶質シリコン層１６の途中の状態でエッチングを停止させているが、第２導電型非晶質シリコン層１６をエッチング除去して第２の透明電極層１４の表面が露出するまでエッチングを行ってもよい。

なお、ナノワイヤ部３０の間の領域にＡｇ粒子を残留させてもよい。ただし、この場合には、Ａｇ粒子が第２のｉ型非晶質シリコン層１８に接触しないように制御する必要がある。これにより、光が第２導電型非晶質シリコン層１６に入射する前にＡｇ粒子によって反射することができる。

ナノワイヤ部３０の径は、量子サイズ効果によって禁制帯幅の増大が発現する程度に細くされる。具体的には１０ｎｍ程度とすることが好適である。ナノワイヤ部３０の径は、ワイヤ表面の酸化とエッチングを繰り返すことによって更に細くすることができる。また、ナノワイヤ部３０と隣接するナノワイヤ部３０との間隔は、析出させる銀粒子の分布密度によって制御することができ、具体的には１５ｎｍ程度とすることが好適である。

次に、図７に示すように、ナノワイヤ部３０の間の領域（空間）を充填するように透明絶縁部材２６が形成される。透明絶縁部材２６は、原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いて、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_１−ｘＯ_ｘ）などの絶縁膜を形成した後、絶縁膜表面の一部をエッチング除去することで形成することができる。なお、エッチング処理では、ナノワイヤ部３０の先端部（第１導電型非晶質シリコン層２４の表面）が少なくとも露出するように制御することが好適である。

次に、第１の透明電極層２８が、第１導電型非晶質シリコン層２４及び透明絶縁部材２６を被覆するようにスパッタリング法などによって形成される（図１）。この際、第１の透明電極層２８はナノワイヤ部３０（第１導電型非晶質シリコン層２４）に接合するように形成する。

その後、必要に応じて、第１の透明電極層２８の表面上に透明保護膜（図示せず）を形成する。このようにして、本実施の形態におけるナノワイヤ部３０を起電力部とする光起電力装置１００が形成される。

本実施の形態における光起電力装置１００では、ナノワイヤ部３０の内部にｉ型単結晶シリコン層２０が形成され、キャリア発生部となるｉ型単結晶シリコン層２０が、内部電界を形成する第１導電型非晶質シリコン層２４及び第２導電型非晶質シリコン層１６の両方と、ナノワイヤ部３０の内部においてヘテロ接合構造を構成している。このため、光起電力装置１００の開放電圧は、ナノワイヤ化によって拡大された禁制帯幅によって大きくなるので、従来の光起電力装置に比べて変換効率（発電効率）を向上させることができる。

また、ナノワイヤ部３０の内部に第１導電型非晶質シリコン層２４全体が形成され、第１導電型非晶質シリコン層２４自体もナノワイヤ化されている。このため、光起電力装置１００の開放電圧は、第１導電型非晶質シリコン層２４のナノワイヤ化によって拡大された禁制帯幅によって更に大きくなるので、従来の光起電力装置に比べて変換効率（発電効率）を更に向上させることができる。

また、ナノワイヤ部３０の内部に第２導電型非晶質シリコン層１６全体を形成した場合には、第２導電型非晶質シリコン層１６自体もナノワイヤ化されることになるので、従来の光起電力装置に比べて光起電力装置１００の変換効率（発電効率）を更に向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
図８は、第２の実施の形態における光起電力装置３００の構造を示す断面図である。

第２の実施の形態における光起電力装置３００は、図８に示すように、金属層１２、第２の透明電極層１４、第２導電型非晶質シリコン層１６、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、第１導電型非晶質シリコン層２４、透明絶縁部材２６、第１の透明電極層２８、支持基板３２を含んで構成される。

第２導電型非晶質シリコン層１６の一部、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、及び第１導電型非晶質シリコン層２４からなる積層体は、ワイヤ状のナノワイヤ部３４を構成する。

第２の実施の形態における光起電力装置３００は、第１の透明電極層２８に透光性を有する支持基板３２が接合されている点が、第１の実施の形態における光起電力装置１００と大きく異なる。支持基板３２は、例えば、約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有するガラス基板とする。なお、以下では、第１の実施の形態と同様の構成や作用については説明を適宜省略する。

次に、光起電力装置３００の製造方法について説明する。図９〜図１３は、第２の実施の形態における光起電力装置３００の製造方法を示す断面図である。

はじめに、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００を準備する。そして、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の一主面側に水素脆化層２００ａが形成される（図２）。その後、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の水素イオンを照射した主面上に、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、第１導電型非晶質シリコン層２４、及び第１の透明電極層２８が形成される（図９）。第１のｉ型非晶質シリコン層２２、及び第１導電型非晶質シリコン層２４は、シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。原料ガスには、必要に応じてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）等のドーパント含有ガスを混合する。第１の透明電極層２８は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。

次に、図１０に示すように、第１の透明電極層２８上に透光性を有する支持基板３２が配置され、第１の透明電極層２８と透光性を有する支持基板３２とが耐熱性と透光性を有する接着剤や常温接合などによって接合される。そして、水素脆化層２００ａを利用してｉ型単結晶シリコンウエハ２００が分離される。ｉ型単結晶シリコンウエハ２００は、４００℃以上６００℃以下の加熱状態とすることで、水素脆化層２００ａを境に分離される。ｉ型単結晶シリコンウエハ２００のうち、支持基板３２側へ分離された部分が、ｉ型単結晶シリコン層２０となる。また、ｉ型単結晶シリコンウエハ２００の分離は、剃刀の刃を挿入するなど、機械的な処理によって分離してもよい。

なお、図１１〜図１３では、説明を分かり易くするために図９〜図１０とは図の上下を逆にして示す。

図１１に示すように、ｉ型単結晶シリコン層２０の表面上に、第２のｉ型非晶質シリコン層１８及び第２導電型非晶質シリコン層１６が形成される（図１１）。第２のｉ型非晶質シリコン層１８及び第２導電型非晶質シリコン層１６は、シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスのＰＥＣＶＤにより形成することができる。原料ガスには、必要に応じてホスフィン（ＰＨ_３）等のドーパント含有ガスを混合する。

第２導電型非晶質シリコン層１６、第２のｉ型非晶質シリコン層１８、ｉ型単結晶シリコン層２０、第１のｉ型非晶質シリコン層２２、第１導電型非晶質シリコン層２４の一部は、図１２に示すように、ワイヤ状に加工され、シリコンナノワイヤからなるナノワイヤ部３４が形成される。ナノワイヤ部３４は、例えば、銀粒子を触媒としたエッチングによって形成することができる。ナノワイヤ部３４の間の領域に残留するＡｇ粒子は、例えば、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２の混合溶液等に浸漬することで、取り除かれる。

なお、第２の実施の形態では、第１導電型非晶質シリコン層２４の表面側の一部がワイヤ状に加工されるように、第１導電型非晶質シリコン層２４の途中の状態でエッチングを停止させているが、第１導電型非晶質シリコン層２４をエッチング除去して第１の透明電極層２８の表面が露出するまでエッチングを行ってもよい。

次に、図１３に示すように、ナノワイヤ部３４の間の領域（空間）を充填するように透明絶縁部材２６が形成される。透明絶縁部材２６は、原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いて、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_１−ｘＯ_ｘ）などの絶縁膜を形成した後、絶縁膜表面の一部をエッチング除去することで形成することができる。なお、エッチング処理では、ナノワイヤ部３４の先端部（第２導電型非晶質シリコン層１６の表面）が少なくとも露出するように制御することが好適である。

次に、第２の透明電極層１４及び金属層１２が、第２導電型非晶質シリコン層１６及び透明絶縁部材２６を被覆するようにスパッタリング法などによって形成される（図１４）。この際、第２の透明電極層１４はナノワイヤ部３４（第２導電型非晶質シリコン層１６）に接合するように形成する。

その後、必要に応じて、金属層１２の表面上に保護膜（図示せず）を形成する。このようにして、本実施の形態におけるナノワイヤ部３４を起電力部とする光起電力装置３００が形成される。

第２の実施の形態における光起電力装置３００によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

なお、以下の組合せによる光起電力装置についても本発明の範囲に含まれうる。

（１）光起電力装置は、ナノワイヤ状の光起電力素子を複数備える。光起電力素子は、ヘテロ接合構造を有する。これにより、ナノワイヤ状の光起電力素子において、量子サイズ効果によって禁制帯幅が拡大し、変換効率の向上が期待できる。また、ヘテロ接合構造による変換効率の向上も期待できる。

（２）光起電力素子は、単結晶半導体層と、単結晶半導体層の受光面側に形成された第１導電型半導体層と、単結晶半導体層の、受光面と反対側に形成された第２導電型半導体層と、を有している（１）に記載の光起電力装置であってもよい。

（３）単結晶半導体層は、単結晶シリコン層であり、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は、非晶質シリコン層である（２）に記載の光起電力装置であってもよい。

（４）第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の少なくとも一方は、層全体が光起電力素子の内部に形成されている（２）または（３）に記載の光起電力装置であってもよい。これにより、量子サイズ効果による禁制帯幅の拡大が、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の少なくとも一方にも及び、光起電力装置において変換効率の向上が期待できる。

（５）光起電力素子は、直径が１０ｎｍ以下である（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の光起電力装置であってもよい。これにより、光起電力素子における量子サイズ効果によって、禁制帯幅が拡大し、光起電力装置の変換効率が向上する。

１０支持基板、１２金属層、１４第２の透明電極層、１６第２導電型非晶質シリコン層、１８第２のｉ型非晶質シリコン層、２０ｉ型単結晶シリコン層、２２第１のｉ型非晶質シリコン層、２４第１導電型非晶質シリコン層、２６透明絶縁部材、２８第１の透明電極層、３０ナノワイヤ部、３２支持基板、３４ナノワイヤ部、１００光起電力装置、２００ｉ型単結晶シリコンウエハ、２００ａ水素脆化層、３００光起電力装置。

Claims

ナノワイヤ状の光起電力素子を複数備え、
前記光起電力素子は、ヘテロ接合構造を有することを特徴とする光起電力装置。
前記光起電力素子は、
単結晶半導体層と、
前記単結晶半導体層の受光面側に形成された第１導電型半導体層と、
前記単結晶半導体層の、受光面と反対側に形成された第２導電型半導体層と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
前記単結晶半導体層は、単結晶シリコン層であり、
前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層は、非晶質シリコン層である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置。
前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層の少なくとも一方は、層全体が前記光起電力素子の内部に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の光起電力装置。
前記光起電力素子は、直径が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光起電力装置。