JP2016031984A - Light absorption material, manufacturing method thereof, light absorption material precursor, and surface structure - Google Patents

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裕介 星
徳隆 宇佐美
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a light absorption material easy to control an uneven structure in geometry; a method for manufacturing such a light absorption material; a light absorption material precursor; and a surface structure.SOLUTION: A light absorption material precursor comprises: a light absorbing part 1 formed on a substrate 2; a buffer layer 3 formed on the surface of the light absorbing part; and a surface structure-formed part 5 formed on the surface of the buffer layer. The light absorbing part is formed by laminating a first absorber layer 11 including a first material, and a second absorber layer 12 including a second material. The buffer layer includes the second material, and has a thickness larger than that of the second absorber layer in the light absorbing part. The surface structure-formed part includes the first material, and is formed by alternately laminating a first dot-like surface layer 51 having dot-like protrusions 53 dotted therein, and a second surface layer 52 including the second material. Concave portions are formed in parts of the buffer layer which underlie the dot-like protrusions by etching the surface structure-formed part, whereby a light absorption material can be obtained.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光吸収材料及びその製造方法、光吸収材料前駆体、並びに表面構造体に関する。   The present invention relates to a light-absorbing material, a method for producing the same, a light-absorbing material precursor, and a surface structure.

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。中でも、シリコン材料を用いたシリコン系太陽電池は、エネルギー変換効率が高く、太陽光発電システムとして広く一般に実用化されている。   A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy. Among these, silicon solar cells using silicon materials have high energy conversion efficiency, and are widely put into practical use as photovoltaic power generation systems.

シリコン系太陽電池の主原料であるシリコンは、1.1eVの禁制帯幅をもつ半導体である。波長1130nm以下の光をシリコン材料に照射すると、シリコン基板の中のSi原子から電子が分離する。電子は、禁制帯幅を超えて価電子帯から伝導帯に移動し、価電子帯には電子が不足した状態のSi原子が正孔として残る。伝導電子が負極端子側に移動し、正孔が正極端子側に移動することで、起電力が発生する。   Silicon, which is a main raw material for silicon-based solar cells, is a semiconductor having a forbidden band of 1.1 eV. When the silicon material is irradiated with light having a wavelength of 1130 nm or less, electrons are separated from Si atoms in the silicon substrate. Electrons move from the valence band to the conduction band beyond the forbidden band width, and Si atoms in a state where electrons are insufficient remain as holes in the valence band. When the conduction electrons move to the negative electrode terminal side and the holes move to the positive electrode terminal side, an electromotive force is generated.

かかるシリコン系太陽電池は、以下の要因によりエネルギー変換効率が低下することがある。
1)入射光がシリコン材料表面で反射して、シリコン材料の光吸収率が低下する。
2)長波長の光はシリコン材料を透過してしまい、長波長の光のエネルギーを利用できない。
3)シリコン材料に欠陥部位があると、この欠陥で電子と正孔とが再結合してしまい、取り出せる電子エネルギーが減少する。
4)短波長の光は熱エネルギーに変換されやすく、電気エネルギーとして取り出しにくい。
Such silicon-based solar cells may have reduced energy conversion efficiency due to the following factors.
1) Incident light is reflected on the surface of the silicon material, and the light absorption rate of the silicon material is reduced.
2) The long wavelength light is transmitted through the silicon material, and the energy of the long wavelength light cannot be used.
3) If there is a defect site in the silicon material, electrons and holes are recombined by this defect, and the electron energy that can be extracted decreases.
4) Light having a short wavelength is easily converted into thermal energy and is difficult to extract as electric energy.

そこで、シリコン系太陽電池の性能を向上させるために、例えば、非特許文献1に示されているように、シリコン基板の表面に凹凸構造を形成することで、この凹凸構造において光を多重反射させて光をシリコン基板に取り込み、シリコン基板の光の表面反射を低減させる。シリコン基板の表面に凹凸構造を形成させる方法としては、アルカリ溶液を用いた方法がある(非特許文献1)。この方法は、シリコン基板表面の面方位のエッチング選択性を利用した異方性エッチング技術である。もう一つの方法としては、反応性イオンエッチングを用いた方法がある(非特許文献2)。この方法では、エッチングガス(etching gas)をプラズマ化して活性化し、基板の表面に衝突させる。このようにシリコン材料表面に凹凸構造を形成すると、シリコン材料の光の取り込み量は増加するが、長波長の光の吸収を増加させることはできない。   Therefore, in order to improve the performance of the silicon-based solar cell, for example, as shown in Non-Patent Document 1, a concavo-convex structure is formed on the surface of the silicon substrate so that light is multiply reflected in the concavo-convex structure. The light is taken into the silicon substrate to reduce the surface reflection of the light from the silicon substrate. As a method for forming an uneven structure on the surface of a silicon substrate, there is a method using an alkaline solution (Non-patent Document 1). This method is an anisotropic etching technique using the etching selectivity of the surface orientation of the silicon substrate surface. As another method, there is a method using reactive ion etching (Non-patent Document 2). In this method, an etching gas is turned into plasma and activated to collide with the surface of the substrate. When the concavo-convex structure is formed on the surface of the silicon material in this manner, the amount of light taken in by the silicon material increases, but the absorption of light having a long wavelength cannot be increased.

非特許文献3及び特許文献1には、シリコン基板の上にシリコン層とGeドットとを交互に積層して形成したGe−Si積層体が提案されている。ゲルマニウムの禁制帯幅は0.7eVであり、シリコンの禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅をもつ。このため、シリコンとゲルマニウムを光吸収材料に用いることで、シリコンのみを光吸収材料に用いた場合に比べて、長波長の光の吸収を増大させることができる。   Non-Patent Document 3 and Patent Document 1 propose a Ge—Si stack formed by alternately stacking silicon layers and Ge dots on a silicon substrate. Germanium has a forbidden band width of 0.7 eV, which is smaller than that of silicon. For this reason, by using silicon and germanium as the light absorbing material, it is possible to increase the absorption of light having a long wavelength as compared with the case where only silicon is used as the light absorbing material.

しかしながら、非特許文献3及び特許文献1に開示されたGe−Si積層体では、長波長の光の吸収が増大されているが、光照射により生成した正孔や電子からなる生成キャリアの取り出しが不十分である。また、非特許文献4によれば、Ge−Si積層体に吸収される光の強度を増加させることで、Geドットからの生成キャリアの取り出し量が非線形的に増大することが報告されている。   However, in the Ge-Si laminate disclosed in Non-Patent Document 3 and Patent Document 1, the absorption of long-wavelength light is increased, but the generated carriers composed of holes and electrons generated by light irradiation are extracted. It is insufficient. Further, according to Non-Patent Document 4, it has been reported that the amount of generated carriers taken out from Ge dots increases nonlinearly by increasing the intensity of light absorbed by the Ge—Si stack.

そこで、後述の図6に示すように、非特許文献5に開示されたように、Ge−Si積層体からなる光吸収部1の表面に凹凸構造6を形成することが提案されている。Ge−Si積層体は、Geのドット状凸部13を有する第1吸収層11とSiの第2吸収層12とを交互に積層して形成されている。非特許文献5では、凹凸構造6により光の反射を抑えてGe−Si積層体に吸収される光の強度を高めて、生成キャリアの取り出し量を増加させている。そして、凹凸構造6の形状を工夫することで、Ge−Si積層体の光吸収効率を高めることが可能であると考えられていた。   Therefore, as shown in FIG. 6 to be described later, as disclosed in Non-Patent Document 5, it has been proposed to form the concavo-convex structure 6 on the surface of the light absorbing portion 1 made of a Ge—Si laminate. The Ge—Si laminate is formed by alternately laminating first absorption layers 11 having Ge dot-shaped protrusions 13 and second absorption layers 12 of Si. In Non-Patent Document 5, reflection of light is suppressed by the concavo-convex structure 6 to increase the intensity of light absorbed by the Ge—Si laminate, thereby increasing the amount of generated carriers taken out. And it was thought that the light absorption efficiency of a Ge-Si laminated body can be improved by devising the shape of the uneven structure 6.

特開2013−21203号公報JP 2013-21203 A

H.Seidel et.al.,J.Electrochem.Soc.137,3612(1990)H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc. 137, 3612 (1990) Y.Inomata et al.,Sol.Energy mater.Sol.cells 48,237(1997)Y. Inomata et al., Sol. Energy mater. Sol. Cells 48, 237 (1997) A.Alguno et al.,App.Phys.Lett.83,1258(2003)A. Alguno et al., App. Phys. Lett. 83, 1258 (2003) T.Tayagaki et al.,app.Phys.Lett.101,133905(2012)T.Tayagaki et al., App.Phys.Lett.101,133905 (2012) N.Usami et al.,Nanotechnology,23,185401(2012)N. Usami et al., Nanotechnology, 23, 185401 (2012)

しかしながら、Ge−Si積層体表面には、Geのドット状凸部13の直上に凹部61が形成されるため、凹凸構造6の形状はドット状凸部13の配置に影響される。このため、Ge−Si積層構造から独立して凹凸構造6の形状を制御することが困難である。   However, since the concave portion 61 is formed on the surface of the Ge—Si laminated body immediately above the dot-shaped convex portion 13 of Ge, the shape of the concavo-convex structure 6 is influenced by the arrangement of the dot-shaped convex portion 13. For this reason, it is difficult to control the shape of the uneven structure 6 independently of the Ge—Si laminated structure.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、凹凸構造の形状の制御が容易な光吸収材料及びその製造方法、光吸収材料前駆体、並びに表面構造体を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the light absorption material which can control the shape of an uneven structure easily, its manufacturing method, a light absorption material precursor, and a surface structure.

(1)本発明の光吸収材料は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られたことを特徴とする。   (1) The light absorbing material of the present invention includes a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface formed on the surface of the buffer layer. A light-absorbing portion comprising a first absorption layer made of a first material and a second absorption layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer. One or more units are laminated, the buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion, and the surface structure forming portion has the first structure. Light absorption formed by laminating one or more laminating units comprising a first dot-like surface layer made of a material and dotted with a plurality of dot-like convex portions, and a second surface layer made of the second material. A preparation step of preparing a material precursor, and less of the light absorbing material precursor Also characterized in that the surface structure forming part obtained and the recess forming step of forming a recess in a portion etched located below the dot-shaped convex portions of the buffer layer, by performing.

また、本発明の光吸収材料は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層とを有する光吸収材料であって、前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする。   The light absorbing material of the present invention is a light absorbing material having a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, and a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, The portion is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbent layer made of a first material and a second absorbent layer made of a second material formed on the surface of the first absorbent layer, and the buffer layer Is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion, and the buffer layer has a plurality of recesses.

本発明の光吸収材料前駆体は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなることを特徴とする。   The light-absorbing material precursor of the present invention includes a substrate, a light-absorbing part formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light-absorbing part, and a surface structure formed on the surface of the buffer layer A laminated unit comprising: a first absorption layer made of a first material; and a second absorption layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer. And the buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion, and the surface structure forming portion is made of the first material. 1 or more, and a plurality of dot units, and a plurality of dot units, and a second surface layer made of the second material. To do.

本発明の光吸収材料の製造方法は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、をもつことを特徴とする。   The method for producing a light-absorbing material of the present invention includes a substrate, a light-absorbing part formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light-absorbing part, and a surface formed on the surface of the buffer layer A light-absorbing portion comprising a first absorption layer made of a first material and a second absorption layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer. One or more units are laminated, the buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion, and the surface structure forming portion has the first structure. Light absorption formed by laminating one or more laminating units comprising a first dot-like surface layer made of a material and dotted with a plurality of dot-like convex portions, and a second surface layer made of the second material. A preparation step of preparing a material precursor, and a small amount of the light-absorbing material precursor Etching the Kutomo the surface structure forming unit, characterized in that with a recess forming step of forming a recess in a portion positioned below the dot-shaped convex portions of the buffer layer.

(2)本発明の光吸収材料は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ100〜500nmの厚みをもち、前記表面構造形成部は、第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られたことを特徴とする。   (2) The light absorbing material of the present invention includes a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface formed on the surface of the buffer layer. The buffer layer is made of the second material and has a thickness of 100 to 500 nm, the surface structure forming portion is made of the first material, and a plurality of dot-shaped convex portions are dotted. A preparation step of preparing a light-absorbing material precursor formed by laminating one or more laminating units comprising a first dot-shaped surface layer and a second surface layer made of the second material; A recess forming step of etching at least the surface structure forming portion of the absorbent material precursor to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-shaped protrusion. And

(3)本発明の表面凹凸構造体は、基板と、前記基板上に形成された積層部と、前記積層部の表面に形成されたバッファー層とを有し、前記積層部は、第1材料からなる第1層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記積層部における前記第2層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする。   (3) The uneven surface structure of the present invention includes a substrate, a stacked portion formed on the substrate, and a buffer layer formed on the surface of the stacked portion, and the stacked portion is a first material. And a buffer layer is made of the second material. The buffer layer is made of the second material. The first layer is made of a second layer made of the second material and formed on the surface of the first absorption layer. In addition, the buffer layer has a thickness larger than the thickness of the second layer in the stacked portion, and a plurality of recesses are formed in the buffer layer.

本発明は上記構成を具備しているため、凹凸構造の形状の制御が容易である光吸収材料及びその製造方法、光吸収材料前駆体、並びに表面構造体を提供することができる。   Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a light-absorbing material and a manufacturing method thereof, a light-absorbing material precursor, and a surface structure that can easily control the shape of the concavo-convex structure.

本発明の光吸収材料前駆体の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the light absorption material precursor of this invention. 本発明の光吸収材料の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the light absorption material of this invention. 実施例1の光吸収材料の表面を斜め方向から撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the surface of the light absorption material of Example 1 from the diagonal direction. 実施例1の光吸収材料の表面を真上から撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the surface of the light absorption material of Example 1 from right above. 実施例1の太陽電池の断面説明図である。2 is a cross-sectional explanatory view of the solar cell of Example 1. FIG. 比較例1の光吸収材料の断面説明図である。6 is a cross-sectional explanatory view of a light absorbing material of Comparative Example 1. FIG. 実施例1及び比較例1、2の反射スペクトルを示す線図である。It is a diagram which shows the reflection spectrum of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例2の光吸収材料の表面を斜め方向から撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the surface of the light absorption material of Example 2 from the diagonal direction.

本発明の実施形態の光吸収材料及びその製造方法、光吸収材料前駆体、並びに表面構造体について詳細に説明する。   The light-absorbing material and the manufacturing method thereof, the light-absorbing material precursor, and the surface structure according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

(1)本発明の光吸収材料は、光吸収材料前駆体にエッチングを施すことで表面に凹凸構造を形成したものである。光吸収材料前駆体は、基板上に、光吸収部、バッファー層、表面構造形成部を順に形成することで得られる。光吸収材料前駆体にエッチングを施すときには、少なくとも表面構造形成部をエッチングする。   (1) The light-absorbing material of the present invention is obtained by forming an uneven structure on the surface by etching a light-absorbing material precursor. The light absorbing material precursor is obtained by sequentially forming a light absorbing portion, a buffer layer, and a surface structure forming portion on a substrate. When etching the light absorbing material precursor, at least the surface structure forming portion is etched.

表面構造形成部は、第1材料からなる第1ドット状表面層と、第2材料からなる第2表面層とを積層単位としてこの積層単位が1以上積層されることで形成されている。第1ドット状表面層は、ドット状凸部を有する。表面構造形成部の中では、第1材料と第2材料の格子不整合の影響で、第2表面層におけるドット状凸部の直上部分に局所的に結晶歪みが生じている。第2表面層における第1表面層のドット状凸部の直上部分では、結晶中に歪みが加わり、第2表面層における上記ドット状凸部の直上部分以外の部分では、結晶歪みが小さい。また、表面構造形成部における第1材料の組成比は、第1ドット状表面層のドット状凸部が積層しているドット積層領域で大きく、表面構造形成部における前記ドット積層領域以外の一般領域では小さくなる。このような表面構造形成部にエッチングを施すと、結晶歪みや第1材料組成の分布に伴い、ドット積層領域と一般領域とでエッチング速度が変わる。ドット積層領域は一般領域に比べてエッチング速度が速く、ドット積層領域に凹部が形成された状態で、表面構造形成部がエッチングされる。更にエッチングをすすめると、表面構造形成部の下のバッファー層がエッチングされる。バッファー層におけるドット積層領域の直下部分は、バッファー層における他の部分よりもエッチングが早く到達する。このため、ドット積層領域の直下部分が他の部分に先んじてエッチングされて、直下部分に凹部が形成される。このようにバッファー層に形成された凹部は、表面構造形成部の第1ドット状表面層の影響を受けて形成される。   The surface structure forming portion is formed by laminating one or more lamination units with a first dot-like surface layer made of the first material and a second surface layer made of the second material as a lamination unit. The first dot-shaped surface layer has dot-shaped convex portions. In the surface structure forming portion, crystal distortion is locally generated in a portion immediately above the dot-shaped convex portion in the second surface layer due to the lattice mismatch between the first material and the second material. In the second surface layer, distortion is applied to the crystal in the portion of the first surface layer immediately above the dot-shaped protrusion, and in the portion other than the portion of the second surface layer directly above the dot-shaped protrusion, the crystal distortion is small. The composition ratio of the first material in the surface structure forming portion is large in the dot stacking region where the dot-like convex portions of the first dot-shaped surface layer are stacked, and the general region other than the dot stacking region in the surface structure forming portion. Then it gets smaller. When such a surface structure forming portion is etched, the etching rate changes between the dot stacking region and the general region due to the crystal strain and the distribution of the first material composition. The dot stacking region has a higher etching rate than the general region, and the surface structure forming portion is etched in a state where the dot stacking region has a recess. When etching is further performed, the buffer layer under the surface structure forming portion is etched. Etching reaches a portion immediately below the dot stacking region in the buffer layer faster than other portions in the buffer layer. For this reason, the portion immediately below the dot stacking region is etched prior to the other portions, and a recess is formed in the portion immediately below. Thus, the recessed part formed in the buffer layer is formed under the influence of the 1st dot-like surface layer of a surface structure formation part.

バッファー層の下には、第1材料からなる第1吸収層と第2材料からなる第2吸収層とを交互に積層してなる光吸収部が形成されている。第1吸収層と第2吸収層との間で格子不整合の歪みが生じる。しかし、バッファー層の厚みは、第2吸収層の厚みよりも大きい。このため、吸収部での第1吸収層と第2吸収層との間での格子不整合の歪みの影響は、バッファー層で断ち切られ、表面構造形成部に及ばない。このため、表面構造形成部をエッチングするときには、光吸収部で生じた歪みの影響は受けずに、表面構造形成部の第1ドット状表面部に由来する局所的な歪みの影響によって、バッファー層に凹部が形成される。バッファー層には、表面構造形成部の構造を調整することで、光吸収部の構造の影響を受けることなく、凹部の形状を制御することができる。   Under the buffer layer, a light absorption part is formed by alternately stacking first absorption layers made of the first material and second absorption layers made of the second material. A lattice mismatch distortion occurs between the first absorption layer and the second absorption layer. However, the thickness of the buffer layer is larger than the thickness of the second absorption layer. For this reason, the influence of distortion of lattice mismatch between the first absorption layer and the second absorption layer in the absorption portion is cut off by the buffer layer and does not reach the surface structure formation portion. For this reason, when the surface structure forming portion is etched, the buffer layer is not affected by the distortion generated in the light absorbing portion, but is affected by the local strain derived from the first dot-shaped surface portion of the surface structure forming portion. A recess is formed on the surface. In the buffer layer, by adjusting the structure of the surface structure forming portion, the shape of the recess can be controlled without being affected by the structure of the light absorbing portion.

光吸収部の構造と光吸収材料表面の凹部とを、独立して制御することができる。例えば、光吸収部を、広範囲の波長の光を吸収するのに適した構造とすることができる。しかも、光吸収材料の表面構造を、光閉じ込めに適した形状とすることができる。   The structure of the light absorbing portion and the concave portion on the surface of the light absorbing material can be controlled independently. For example, the light absorbing portion can have a structure suitable for absorbing light having a wide range of wavelengths. Moreover, the surface structure of the light absorbing material can be made into a shape suitable for light confinement.

バッファー層に形成された凹部では、光の多重反射が生じて、光の取り込み量が多くなる。凹部を光の閉じ込めに適した形状とすることで、光を効率よく取り込むことができる。また、光吸収部では、光エネルギーにより、第2材料及び第1材料に含まれる原子から電子が分離する。第1材料の禁制帯幅が第2材料の禁制帯幅よりも小さい場合には、主として第1材料からなる第1吸収層において、電子が原子から分離されて電子と正孔とが生成される。電子は、禁制帯幅を超えて価電子帯から伝導帯に移動し、価電子帯には電子が不足した状態の原子が正孔として残る。伝導電子が負極端子側に移動し、正孔が正極端子側に移動することで、起電力が発生する。   In the recess formed in the buffer layer, multiple reflection of light occurs, and the amount of light taken in increases. By making the concave portion a shape suitable for light confinement, light can be taken in efficiently. Further, in the light absorption part, electrons are separated from atoms contained in the second material and the first material by light energy. When the forbidden band width of the first material is smaller than the forbidden band width of the second material, electrons are separated from atoms in the first absorption layer mainly made of the first material, and electrons and holes are generated. . Electrons move from the valence band to the conduction band beyond the forbidden band width, and atoms in a state where electrons are insufficient remain as holes in the valence band. When the conduction electrons move to the negative electrode terminal side and the holes move to the positive electrode terminal side, an electromotive force is generated.

本発明の光吸収材料は、太陽電池として用いることができる。本発明の光吸収材料は、受光素子や発光ダイオードとして用いることもできる。   The light absorbing material of the present invention can be used as a solar cell. The light absorbing material of the present invention can also be used as a light receiving element or a light emitting diode.

本発明の光吸収材料は、光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られる。   The light-absorbing material of the present invention comprises a recess forming step of etching at least the surface structure forming portion of the light-absorbing material precursor to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-shaped protrusion. To obtain.

光吸収材料前駆体は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる。   The light absorbing material precursor includes a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface structure forming portion formed on the surface of the buffer layer. The light absorption part includes one or more laminated units each including a first absorption layer made of a first material and a second absorption layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer. The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorption layer in the light absorbing portion, and the surface structure forming portion is made of the first material and It is formed by laminating one or more laminating units composed of a first dot-like surface layer interspersed with a plurality of dot-like convex portions and a second surface layer made of the second material.

図1は、光吸収材料前駆体の断面説明図であり、図2は、光吸収材料の断面説明図である。図1に示すように、光吸収材料前駆体は、基板2と、光吸収部1と、バッファー層3と、表面構造形成部5とを有する。基板2は、第2材料を有するとよく、更に第2材料からなるとよい。基板2に用いられる第2材料は、半導体の性質を持つ元素を有するとよく、例えば、シリコン(Si)、ガリウム(Ga)、及びヒ素(As)の群から選ばれる1種以上からなる。基板2は、シリコンからなるSi基板、又はガリウムと砒素からなるGaAs基板であるとよい。基板2の結晶構造は、単結晶又は多結晶のいずれであってもよいが、単結晶であるとよい。基板2はドーピングされていてもよい。基板2のドーピングは、p型又はn型のいずれでもよい。基板2は、ドーピングされていなくてもよい。   FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a light absorbing material precursor, and FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the light absorbing material. As shown in FIG. 1, the light absorbing material precursor has a substrate 2, a light absorbing portion 1, a buffer layer 3, and a surface structure forming portion 5. The substrate 2 may include a second material, and may further include a second material. The second material used for the substrate 2 may include an element having a semiconductor property, and includes, for example, one or more selected from the group of silicon (Si), gallium (Ga), and arsenic (As). The substrate 2 may be a Si substrate made of silicon or a GaAs substrate made of gallium and arsenic. The crystal structure of the substrate 2 may be single crystal or polycrystal, but is preferably single crystal. The substrate 2 may be doped. The doping of the substrate 2 may be either p-type or n-type. The substrate 2 may not be doped.

光吸収部1は、第1吸収層11と第2吸収層12とからなる積層単位を1以上積層することで形成されている。第2吸収層12を構成する第2材料は、半導体の性質を持つ元素を有するとよく、例えば、シリコン(Si)、ガリウム(Ga)、及びヒ素(As)からなる群から選ばれる1種以上が挙げられる。第2材料は、Si、又はGaAsからなることが好ましい。光吸収部1の第2吸収層12を構成する元素は、基板2を構成する元素と同じであることがよい。   The light absorbing portion 1 is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbing layer 11 and a second absorbing layer 12. The second material constituting the second absorption layer 12 preferably includes an element having a semiconductor property. For example, one or more selected from the group consisting of silicon (Si), gallium (Ga), and arsenic (As). Is mentioned. The second material is preferably made of Si or GaAs. The element constituting the second absorption layer 12 of the light absorbing portion 1 is preferably the same as the element constituting the substrate 2.

第1吸収層11を構成する第1材料は、自己組織化材料からなることが好ましい。自己組織化材料とは、表面エネルギーをトリガーとして第1材料の濡れ層から隆起してドット状凸部を自然形成する性質をもつ材料をいう。自己組織化材料は、例えば、Ge、InAs、InSb、AlAs、GaSbが挙げられる。第2材料がSiからなる場合には、第1材料はGeがよい。第2材料がGaAsである場合には、第1材料はInAs、InSb、AlAs、又はGaSbがよい。   It is preferable that the 1st material which comprises the 1st absorption layer 11 consists of a self-organization material. The self-organizing material refers to a material having a property of rising from a wetting layer of a first material by using surface energy as a trigger to spontaneously form dot-shaped convex portions. Examples of the self-organizing material include Ge, InAs, InSb, AlAs, and GaSb. When the second material is made of Si, the first material is preferably Ge. When the second material is GaAs, the first material is preferably InAs, InSb, AlAs, or GaSb.

第1材料の禁制帯幅は、第2材料の禁制帯幅よりも小さいことがよい。第1吸収層での光の吸収波長領域が第2吸収層での光の吸収波長領域よりも長波長側に広がり、光の吸収効率が高くなる。このような第1材料からなる第1吸収層は、専ら電子と正孔とからなるキャリアが生成する場となる。   The forbidden band width of the first material is preferably smaller than the forbidden band width of the second material. The absorption wavelength region of light in the first absorption layer extends to a longer wavelength side than the absorption wavelength region of light in the second absorption layer, and the light absorption efficiency is increased. The first absorption layer made of such a first material serves as a place where carriers consisting exclusively of electrons and holes are generated.

光吸収部1は、第1吸収層11と第2吸収層12とを交互に各2層以上積層してなり、且つ、各第1吸収層11は、複数のドット状凸部13が点在してなり、2層以上の第1吸収層11における各ドット状凸部13の平面位置は、互いに同じであることが好ましい。この場合には、第1吸収層11のドット状凸部13が積層方向に連なる。この構造は、第1吸収層11のエピタキシャル成長により形成される。光吸収効率を高めるために、ドット状凸部13は規則的に配列していることがよい。   The light absorbing portion 1 is formed by alternately laminating two or more first absorbing layers 11 and second absorbing layers 12, and each first absorbing layer 11 is dotted with a plurality of dot-like convex portions 13. Therefore, it is preferable that the planar positions of the dot-shaped convex portions 13 in the two or more first absorption layers 11 are the same. In this case, the dot-shaped convex part 13 of the 1st absorption layer 11 continues in a lamination direction. This structure is formed by epitaxial growth of the first absorption layer 11. In order to increase the light absorption efficiency, the dot-like convex portions 13 are preferably arranged regularly.

光吸収部1を形成するために、分子線エピタキシー法により、基板2の表面に、第1吸収層11と第2吸収層12とを順次エピタキシャル成長させていることがよい。光吸収部1を形成するために、基板2を、真空チャンバーに入れて温度500〜900℃に加熱し、第1材料の水素化物ガスを供給して第1吸収層11を形成するとよい。その後、第2材料の水素化物ガスを真空チャンバーに供給して第2吸収層12を形成する。この工程を数回ないし数十回繰り返した後に、最後の第1吸収層11を形成する。第1吸収層11と第2吸収層12とからなる各積層単位の厚みは、5nm〜100nmであるとよい。   In order to form the light absorption part 1, it is preferable that the first absorption layer 11 and the second absorption layer 12 are sequentially epitaxially grown on the surface of the substrate 2 by molecular beam epitaxy. In order to form the light absorption part 1, the substrate 2 is put in a vacuum chamber and heated to a temperature of 500 to 900 ° C., and a hydride gas of the first material is supplied to form the first absorption layer 11. Thereafter, the second absorption layer 12 is formed by supplying a hydride gas of the second material to the vacuum chamber. After repeating this process several times to several tens of times, the last first absorption layer 11 is formed. The thickness of each stacked unit composed of the first absorption layer 11 and the second absorption layer 12 is preferably 5 nm to 100 nm.

第2材料と第1材料とは、同じ結晶構造で格子定数が異なるため、エピタキシャル成長によって第2吸収層12に歪みが生じる。また、第2吸収層12表面への第1材料の供給量が臨界値を超えると、第1吸収層11が凸状に隆起してドットを形成する。歪みの弾性緩和によってドット状凸部13を形成した方が、全自由エネルギーを低下させることができる。このため、数原子層の厚さの第1材料の濡れ層14の上に、第1材料からなるドット状凸部13が自然に形成される。第2吸収層12に第1吸収層11のドットに起因する周期構造を反映したミクロンメータ以下の周期的な歪みが生じて、上方の第1吸収層11のドット状凸部13が下方の第1吸収層11のドット状凸部13の直上に形成される。   Since the second material and the first material have the same crystal structure and different lattice constants, distortion occurs in the second absorption layer 12 due to epitaxial growth. Further, when the supply amount of the first material to the surface of the second absorption layer 12 exceeds the critical value, the first absorption layer 11 is raised in a convex shape to form dots. The total free energy can be reduced by forming the dot-like convex portions 13 by elastic relaxation of strain. For this reason, the dot-shaped convex part 13 which consists of a 1st material is naturally formed on the wetting layer 14 of the 1st material of thickness of several atomic layers. Periodic distortion of micrometer or less reflecting the periodic structure caused by the dots of the first absorption layer 11 is generated in the second absorption layer 12, and the dot-like convex portions 13 of the upper first absorption layer 11 are in the lower first. The first absorbent layer 11 is formed immediately above the dot-like convex portion 13.

第1吸収層11がドット状凸部13を有する場合には、ドット状凸部13の高さは5〜20nmであることがよい。ドット状凸部13の高さが過小の場合には、第1吸収層11直上の第2吸収層12中に局所的な歪みが印加されないおそれがある。ドット状凸部13の高さが高すぎる場合には、第1吸収層11直上の第2吸収層12に局所的に蓄積される結晶歪みが緩和し、結晶欠陥を発生するおそれがある。   When the 1st absorption layer 11 has the dot-shaped convex part 13, it is good that the height of the dot-shaped convex part 13 is 5-20 nm. When the height of the dot-shaped convex part 13 is too small, local distortion may not be applied in the second absorbent layer 12 immediately above the first absorbent layer 11. When the height of the dot-shaped convex part 13 is too high, the crystal distortion locally accumulated in the second absorption layer 12 immediately above the first absorption layer 11 is relaxed, and there is a possibility that a crystal defect is generated.

第1吸収層11がドット状凸部13を有する場合には、ドット状凸部13のピッチは100〜300nmであることが好ましい。ドット状凸部13のピッチが過小の場合には、光吸収部に結晶欠陥が発生し、太陽電池の特性を劣化させるおそれがある。ドット状凸部13のピッチが過大である場合には、ドット状凸部13での光吸収が減少するおそれがある。   When the 1st absorption layer 11 has the dot-shaped convex part 13, it is preferable that the pitch of the dot-shaped convex part 13 is 100-300 nm. When the pitch of the dot-shaped convex part 13 is too small, a crystal defect may generate | occur | produce in a light absorption part and there exists a possibility of degrading the characteristic of a solar cell. When the pitch of the dot-shaped convex part 13 is excessive, there exists a possibility that the light absorption in the dot-shaped convex part 13 may reduce.

第2吸収層12の厚みは、10〜100nmであることがよく、更に10〜20nmであることが好ましい。第2吸収層12の厚みは、第2吸収層12の最下部から最上部までの間の距離をいう。第1吸収層11がドット状凸部13を有する場合には、第2吸収層12における濡れ層14に接している部分から第2吸収層12の最上部までの間の距離をいう。第2吸収層12の厚みが上記の範囲にあるときには、結晶品質の低下を防止するとともに、第2吸収層12に生じる歪みの効果を継承して第1吸収層11のドット状凸部13を層厚み方向にほぼ同じ位置に形成させることができる。一方、第2吸収層12の厚みが薄すぎると、第1吸収層11と第2吸収層12とからなる積層単位に、第1吸収層11のドット形状に起因する凹凸が残り、光吸収部1全体を平坦に形成することができないおそれがある。第2吸収層12の厚みが大きすぎると、第1吸収層11に形成されるドット状凸部13の位置が不規則になるおそれがある。   The thickness of the second absorption layer 12 is preferably 10 to 100 nm, and more preferably 10 to 20 nm. The thickness of the 2nd absorption layer 12 says the distance from the lowest part of the 2nd absorption layer 12 to the uppermost part. When the 1st absorption layer 11 has the dot-shaped convex part 13, the distance from the part which contact | connects the wetting layer 14 in the 2nd absorption layer 12 to the uppermost part of the 2nd absorption layer 12 is said. When the thickness of the second absorbent layer 12 is in the above range, the crystal quality is prevented from being lowered, and the effect of the distortion generated in the second absorbent layer 12 is inherited, so that the dot-like protrusions 13 of the first absorbent layer 11 are formed. They can be formed at substantially the same position in the layer thickness direction. On the other hand, if the thickness of the second absorption layer 12 is too thin, unevenness due to the dot shape of the first absorption layer 11 remains in the stacked unit composed of the first absorption layer 11 and the second absorption layer 12, and the light absorption portion There is a possibility that the entire 1 cannot be formed flat. When the thickness of the 2nd absorption layer 12 is too large, there exists a possibility that the position of the dot-shaped convex part 13 formed in the 1st absorption layer 11 may become irregular.

光吸収部1は、第1吸収層11と第2吸収層12とを積層単位としたときに、積層単位の繰り返し数が10〜50であることがよい。積層単位の数が過少の場合には、光吸収材料の単位面積当たりの生成キャリアが少なく、光エネルギーの生成量が少なくなるおそれがある。積層単位が過大である場合には、第2材料と第1材料との間の格子定数の不整合による歪みによって、光吸収部1の結晶品質が低下するおそれがある。   In the light absorption unit 1, when the first absorption layer 11 and the second absorption layer 12 are the lamination units, the number of repetitions of the lamination units is preferably 10 to 50. When the number of stacked units is too small, the number of generated carriers per unit area of the light-absorbing material is small, and the amount of light energy generated may be reduced. When the number of stacked units is excessive, the crystal quality of the light absorption unit 1 may be deteriorated due to distortion due to mismatch of the lattice constant between the second material and the first material.

光吸収部1の表面にはバッファー層3が形成されている。バッファー層3の厚みは、光吸収部1の第2吸収層12の厚みよりも大きい。凹部形成工程を行う前において、バッファー層3の厚みは、光吸収部1の第2吸収層12の厚みよりも大きいことが必要である。凹部形成工程を行った後においても、バッファー層3の厚みは、光吸収部1の第2吸収層12の厚みよりも大きいことがよい。光吸収部1に複数の第2吸収層12が形成されており各第2吸収層12の厚みが異なる場合には、光吸収部1に形成されているすべての第2吸収層12の中で最も大きい厚みをもつ第2吸収層12の当該厚みよりも、バッファー層3の厚みの方が大きいことがよい。さらに、バッファー層3の厚みは、光吸収部1の中の第1吸収層に起因する歪みの影響が表面構造形成部5に及ばなくなる程度に大きいことがよい。   A buffer layer 3 is formed on the surface of the light absorbing portion 1. The thickness of the buffer layer 3 is larger than the thickness of the second absorption layer 12 of the light absorption unit 1. Before performing the recess forming step, the thickness of the buffer layer 3 needs to be larger than the thickness of the second absorption layer 12 of the light absorption unit 1. Even after the recess forming step, the thickness of the buffer layer 3 is preferably larger than the thickness of the second absorption layer 12 of the light absorption unit 1. When a plurality of second absorption layers 12 are formed in the light absorption portion 1 and the thicknesses of the second absorption layers 12 are different, among all the second absorption layers 12 formed in the light absorption portion 1 The thickness of the buffer layer 3 is preferably larger than the thickness of the second absorption layer 12 having the largest thickness. Further, the thickness of the buffer layer 3 is preferably large enough that the influence of the strain caused by the first absorption layer in the light absorbing portion 1 does not reach the surface structure forming portion 5.

凹部形成工程を行う前において、バッファー層3の厚みは、100nm以上であることが好ましい。バッファー層3の厚みが、第2吸収層12の厚みよりも大きいことで、光吸収部1の局所的な結晶歪みの影響を受けることなく、バッファー層3の凹凸構造6の形状を、光吸収部11の構造とは独立して制御することができる。バッファー層3の厚みが過小の場合には、光吸収部1の中の第1吸収層11に起因する歪みの影響が表面構造形成部5に及び、表面構造形成部5のエッチングの際に、第1吸収層11がドット状凸部13を持つ場合に、ドット状凸部13の直上に位置する部分に凹部が形成されてしまい、バッファー層3に形成される凹部の形状を表面構造形成部5の構造によって制御することができなくなるおそれがある。バッファー層3の厚みの上限値は特に限定しないが、例えば、500nmであるとよい。バッファー層3の厚みが過大である場合には、光吸収材料全体の厚みが大きすぎ、光吸収材料を搭載した装置の小型化を妨げるおそれがある。   Before performing the recess forming step, the thickness of the buffer layer 3 is preferably 100 nm or more. Since the thickness of the buffer layer 3 is larger than the thickness of the second absorption layer 12, the shape of the concavo-convex structure 6 of the buffer layer 3 can be absorbed without being affected by local crystal distortion of the light absorption portion 1. It can be controlled independently of the structure of the part 11. When the thickness of the buffer layer 3 is too small, the influence of the distortion caused by the first absorption layer 11 in the light absorbing portion 1 affects the surface structure forming portion 5, and when etching the surface structure forming portion 5, When the first absorption layer 11 has the dot-shaped convex portion 13, a concave portion is formed in a portion located immediately above the dot-shaped convex portion 13, and the shape of the concave portion formed in the buffer layer 3 is changed to the surface structure forming portion. There is a possibility that it cannot be controlled by the structure 5. The upper limit value of the thickness of the buffer layer 3 is not particularly limited, but may be, for example, 500 nm. When the thickness of the buffer layer 3 is excessively large, the thickness of the entire light absorbing material is too large, and there is a concern that downsizing of the device equipped with the light absorbing material may be hindered.

バッファー層3は、第2材料からなり、光吸収部1の第2吸収層12を構成する第2材料と同じである。   The buffer layer 3 is made of the second material, and is the same as the second material constituting the second absorption layer 12 of the light absorption unit 1.

表面構造形成部5は、第1ドット状表面層51と第2表面層52とからなる積層単位を複数積層してなる。第1ドット状表面層51は、複数のドット状凸部53を有する。第1ドット状表面層51と第2表面層52の形状を変えることにより、バッファー層3に形成される凹部の形状を制御することができる。   The surface structure forming portion 5 is formed by laminating a plurality of lamination units composed of the first dot-like surface layer 51 and the second surface layer 52. The first dot-shaped surface layer 51 has a plurality of dot-shaped convex portions 53. By changing the shapes of the first dot-like surface layer 51 and the second surface layer 52, the shape of the recesses formed in the buffer layer 3 can be controlled.

たとえば、第1ドット状表面層51のドット状凸部53の高さ、幅、ピッチ、第2表面層52の厚みを変えるとよい。凹部の深さを深くする場合には、第2表面層52の厚みを薄くしたり、ドット状凸部53の高さを高くしたりする。凹部のピッチを大きくする場合には、第1ドット状表面層51のドット状凸部53のピッチを大きくする。凹部の開口幅を広くする場合には、第1ドット状表面層51のドット状凸部53の平面方向の大きさを大きくする。   For example, the height, width, pitch, and thickness of the second surface layer 52 of the dot-like convex portions 53 of the first dot-like surface layer 51 may be changed. When the depth of the concave portion is increased, the thickness of the second surface layer 52 is decreased, or the height of the dot-shaped convex portion 53 is increased. When increasing the pitch of the concave portions, the pitch of the dot-shaped convex portions 53 of the first dot-shaped surface layer 51 is increased. When the opening width of the concave portion is increased, the size of the dot-like convex portion 53 of the first dot-like surface layer 51 in the planar direction is increased.

前記表面構造形成部は、前記第1ドット状表面層と前記第2表面層とを交互に各2層以上積層してなり、且つ、2層以上の前記第1ドット状表面層における各前記ドット状凸部の平面方向の位置は、互いに同じであることが好ましい。   The surface structure forming portion is formed by alternately laminating two or more layers of the first dot-like surface layer and the second surface layer, and each dot in the first dot-like surface layer of two or more layers. It is preferable that the positions of the convex portions in the plane direction are the same.

複数の第1ドット状表面層51におけるドット状凸部53の平面方向の位置が互いに同じ位置にあることにより、ドット状凸部53が積層単位の積層方向に連なる。エッチングが、表面構造形成部5におけるドット状凸部53の連なるドット配列部分55が他の部分よりも速く進み、バッファー層3におけるドット配列部分55の直下に位置する部分に凹部が形成される。凹部の形状が制御しやすくなる。   Since the positions in the planar direction of the dot-shaped convex portions 53 in the plurality of first dot-shaped surface layers 51 are the same as each other, the dot-shaped convex portions 53 are continuous in the stacking direction of the stack unit. Etching proceeds faster in the dot arrangement portion 55 where the dot-like convex portions 53 in the surface structure forming portion 5 are continuous than in other portions, and a concave portion is formed in a portion of the buffer layer 3 located immediately below the dot arrangement portion 55. The shape of the recess is easy to control.

ドット状凸部53のピッチは、100nm以上1000nm以下であることがよく、更に150nm以上1000nm以下であることが好ましい。ドット状凸部53のピッチが過小の場合またはドット状凸部53のピッチが過大である場合には、光吸収材料の可視光領域および近赤外領域での適切な波長領域での表面反射を低減させることができないおそれがある。   The pitch of the dot-like convex portions 53 is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 1000 nm or less. When the pitch of the dot-shaped convex part 53 is too small or when the pitch of the dot-shaped convex part 53 is excessive, surface reflection in an appropriate wavelength region in the visible light region and the near infrared region of the light absorbing material is performed. There is a possibility that it cannot be reduced.

ドット状凸部53の幅は、100nm以上1000nm以下であることがよく、更に、150nm以上1000nm以下であることが好ましい。ドット状凸部53の幅が過小の場合には、バッファー層3に形成される凹部61が小さすぎて、凹部61の光の表面反射低減効果が低下するおそれがある。ドット状凸部53の幅が過大である場合には、バッファー層3に形成される凹部61の開口幅が大きくなり、光の閉じ込め効果が少なくなるおそれがある。   The width of the dot-shaped convex portion 53 is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 1000 nm or less. When the width of the dot-like convex portion 53 is too small, the concave portion 61 formed in the buffer layer 3 is too small, and the light surface reflection reduction effect of the concave portion 61 may be reduced. When the width of the dot-shaped convex portion 53 is excessive, the opening width of the concave portion 61 formed in the buffer layer 3 is increased, and the light confinement effect may be reduced.

ドット状凸部53の高さは、5nm以上30nm以下であることがよく、更に10nm以上20nm以下であることが好ましい。ドット状凸部53の高さが小さすぎる場合には、エッチング速度に差がでにくく、バッファー層3に形成される凹部61の深さが浅くなり、光の閉じ込め効果が低下するおそれがある。ドット状凸部53の高さが大きすぎる場合には、ドット状凸部53の形状に起因する凹凸が残り、表面構造形成部5全体を平坦に形成することができないおそれがある。   The height of the dot-shaped convex part 53 is preferably 5 nm or more and 30 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 20 nm or less. When the height of the dot-shaped convex portion 53 is too small, it is difficult to make a difference in etching rate, the depth of the concave portion 61 formed in the buffer layer 3 becomes shallow, and the light confinement effect may be reduced. When the height of the dot-shaped convex part 53 is too large, the unevenness | corrugation resulting from the shape of the dot-shaped convex part 53 remains, and there exists a possibility that the whole surface structure formation part 5 cannot be formed flat.

第2表面層の厚みは、5〜100nm以上であることが好ましく、更に、10〜20nmであることが望ましい。第2表面層の厚みは、第2表面層の最下部から最上部までの間の距離をいう。第1ドット状表面層51は、ドット状凸部53を有するため、第2表面層52の最下部は、第1ドット状表面層51の薄厚みの濡れ層54に接している部分である。   The thickness of the second surface layer is preferably 5 to 100 nm or more, and more preferably 10 to 20 nm. The thickness of the second surface layer refers to the distance between the lowermost part and the uppermost part of the second surface layer. Since the first dot-shaped surface layer 51 has the dot-shaped projections 53, the lowermost portion of the second surface layer 52 is a portion in contact with the thin wet layer 54 of the first dot-shaped surface layer 51.

第1ドット状表面層51と第2表面層52とからなる積層単位の繰り返し数は5〜50であることがよい。積層単位の繰り返し数が少なすぎる場合には、バッファー層3に凹部61が形成されないおそれがある。積層単位の繰り返し数が多すぎる場合には、ドット状凸部53の形状に起因する凹凸が残り、表面構造形成部5全体を平坦に形成することができないおそれがある。   It is preferable that the number of repetitions of the lamination unit composed of the first dot-shaped surface layer 51 and the second surface layer 52 is 5 to 50. If the number of repetitions of the lamination unit is too small, the recess 61 may not be formed in the buffer layer 3. If the number of repetitions of the stacking unit is too large, unevenness due to the shape of the dot-shaped convex portion 53 remains, and the entire surface structure forming portion 5 may not be formed flat.

第2表面層52の厚みは5nm以上100nm以下であることが好ましい。第2表面層52の厚みが過小の場合には、表面構造形成部5で発生した結晶欠陥が光吸収部1に伝搬し、光吸収部1の結晶品質が劣化するおそれがある。第2表面層52の厚みが過大である場合には、第1ドット状表面層51のドット状凸部53をエピタキシャル成長させにくくなるおそれがある。このため、ドット状凸部53の平面方向の位置がランダムになり、バッファー層3に形成される凹部61の形状を制御しにくくなるおそれがある。   The thickness of the second surface layer 52 is preferably 5 nm or more and 100 nm or less. When the thickness of the second surface layer 52 is too small, crystal defects generated in the surface structure forming portion 5 may propagate to the light absorbing portion 1 and the crystal quality of the light absorbing portion 1 may be deteriorated. If the thickness of the second surface layer 52 is excessive, the dot-like convex portions 53 of the first dot-like surface layer 51 may not be easily epitaxially grown. For this reason, the position of the dot-shaped convex part 53 in the planar direction becomes random, and it may be difficult to control the shape of the concave part 61 formed in the buffer layer 3.

凹部形成工程を行う前において、バッファー層3の厚みは、第2表面層52の厚みよりも大きいことが好ましい。バッファー層3に光閉じ込め効果の高い深い凹部61を形成することができる。バッファー層3の厚みは、バッファー層3の最上部から最下部までの厚みを言う。   Before performing the recess forming step, the thickness of the buffer layer 3 is preferably larger than the thickness of the second surface layer 52. A deep recess 61 having a high light confinement effect can be formed in the buffer layer 3. The thickness of the buffer layer 3 refers to the thickness from the top to the bottom of the buffer layer 3.

光吸収材料前駆体において、光吸収部1、バッファー層3及び表面構造形成部5は、例えば、分子線エピタキシー法、スパッタエピタキシー法、又は化学気相成長法で形成するとよい。光吸収材料前駆体において、光吸収部1、バッファー層3及び表面構造形成部5は、単結晶であるとよい。第1吸収層11にドット状凸部13を形成したり、第1ドット状表面層51にドット状凸部53を形成したりすることができる。   In the light absorbing material precursor, the light absorbing portion 1, the buffer layer 3, and the surface structure forming portion 5 may be formed by, for example, a molecular beam epitaxy method, a sputter epitaxy method, or a chemical vapor deposition method. In the light absorbing material precursor, the light absorbing portion 1, the buffer layer 3, and the surface structure forming portion 5 are preferably single crystals. The dot-like convex portion 13 can be formed on the first absorption layer 11, or the dot-like convex portion 53 can be formed on the first dot-like surface layer 51.

光吸収材料前駆体の少なくとも表面構造形成部5をエッチングする。エッチングは、前記表面構造形成部5の表面にエッチング液を接触させることにより行うとよい。エッチング液は、硝酸を含むとよい。エッチング液はフッ酸を含むとよい。エッチング液は、フッ化水素(HF)と硝酸(HNO)とを含む混合液であるとよい。このとき、第1ドット状表面層51に起因して第2表面層52に分布するミクロンメータ以下の周期の歪みにより、エッチング速度もミクロンメータ以下で周期的となる。このため、第2表面層52における第1ドット状表面層51のドット状凸部53の直上の領域では、局所的な歪みが生じている。ドット状凸部53の周期的な配置によって、第2表面層52にも周期的な歪みが生じている。この歪みの生じている歪み部分ではエッチング速度が速い。バッファー層3における第2表面層52の周期的な歪み部分の直下の部分では、他の部分よりも先にエッチングされて、凹部が形成される。このため、バッファー層3に周期的な凹凸構造が形成される。 At least the surface structure forming portion 5 of the light absorbing material precursor is etched. Etching is preferably performed by bringing an etching solution into contact with the surface of the surface structure forming portion 5. The etchant may contain nitric acid. The etchant preferably contains hydrofluoric acid. The etching solution may be a mixed solution containing hydrogen fluoride (HF) and nitric acid (HNO 3 ). At this time, due to the first dot-like surface layer 51 and the distortion of the period of micrometer or less distributed in the second surface layer 52, the etching rate becomes periodic at micrometer or less. For this reason, in the area | region immediately above the dot-shaped convex part 53 of the 1st dot-shaped surface layer 51 in the 2nd surface layer 52, the local distortion has arisen. Due to the periodic arrangement of the dot-shaped convex portions 53, the second surface layer 52 is also periodically distorted. The etching rate is high at the strained portion. In the buffer layer 3, the portion immediately below the periodically strained portion of the second surface layer 52 is etched before the other portions to form recesses. For this reason, a periodic uneven structure is formed in the buffer layer 3.

表面構造形成部5の表面にエッチング液を接触させて表面構造形成部5を化学的にエッチングすると、縦方向と横方向に等方的にエッチングされる。エッチング液の濃度が薄くなれば、又はエッチング時間が短くなれば、バッファー層に形成される凹凸構造も小さくなると考えられる。   When the etching solution is brought into contact with the surface of the surface structure forming portion 5 and the surface structure forming portion 5 is chemically etched, the surface structure forming portion 5 is etched isotropically in the vertical and horizontal directions. If the concentration of the etching solution is reduced or the etching time is shortened, it is considered that the uneven structure formed in the buffer layer is also reduced.

このように光吸収材料前駆体にエッチングを行うことで形成された光吸収材料は、基板と、基板の表面に形成された光吸収部と、光吸収部の表面に形成されたバッファー層とを有する光吸収材料であって、光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、バッファー層は、第2材料からなり且つ光吸収部における第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする。   The light absorbing material formed by etching the light absorbing material precursor in this way includes a substrate, a light absorbing portion formed on the surface of the substrate, and a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion. The light absorption part includes a first absorption layer made of a first material and a stack unit formed of a second absorption layer formed on the surface of the first absorption layer and made of a second material. The buffer layer is formed of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorption layer in the light absorption portion, and the buffer layer has a plurality of recesses. .

図2に示すように、光吸収材料は、基板2と、第1吸収部11と第2吸収部12とを積層して形成された光吸収部1と、凹凸構造6を有するバッファー層3とを有する。バッファー層3の厚みは、光吸収部1における第2吸収層12の厚みよりも大きいとよい。ここで、バッファー層3の厚みとは、バッファー層3の最下部から最上部までの間の厚みをいう。バッファー層3の厚みについてさらに詳細に規定すると、バッファー層3の表面に形成された凹凸構造6のうち凸部62の最上部から、光吸収部1に接している最下部までの間の厚みをいう。エッチング後のバッファー層3の厚みは、光吸収部1の第2吸収層12の厚みに対して大小は問わないが、可能な場合には大きい方がよい。バッファー層3の厚みが、第2吸収層12の厚みよりも大きいことで、バッファー層3に光閉じ込め効果の高い深い凹部61を形成しやすいからである。   As shown in FIG. 2, the light absorbing material includes a substrate 2, a light absorbing portion 1 formed by stacking a first absorbing portion 11 and a second absorbing portion 12, and a buffer layer 3 having a concavo-convex structure 6. Have The thickness of the buffer layer 3 is preferably larger than the thickness of the second absorption layer 12 in the light absorption unit 1. Here, the thickness of the buffer layer 3 refers to the thickness between the lowermost part and the uppermost part of the buffer layer 3. When the thickness of the buffer layer 3 is defined in more detail, the thickness between the uppermost part of the convex part 62 and the lowermost part in contact with the light absorbing part 1 in the concavo-convex structure 6 formed on the surface of the buffer layer 3 is defined. Say. The thickness of the buffer layer 3 after etching may be large or small with respect to the thickness of the second absorption layer 12 of the light absorption unit 1, but is preferably as large as possible. This is because when the thickness of the buffer layer 3 is larger than the thickness of the second absorption layer 12, it is easy to form a deep recess 61 having a high light confinement effect in the buffer layer 3.

バッファー層3の凹部61の平面方向での位置は、第1吸収層11におけるドット状凸部13の平面方向での位置と異なることがよい。バッファー層3の凹部61の形状を光の閉じ込めに適した形状とし、且つ光吸収部1の第1吸収層11のドット状凸部13の形状を長波長光の光吸収に適した構造とすることができる。   The position of the concave portion 61 of the buffer layer 3 in the planar direction may be different from the position of the dot-shaped convex portion 13 in the first absorption layer 11 in the planar direction. The shape of the concave portion 61 of the buffer layer 3 is a shape suitable for light confinement, and the shape of the dot-shaped convex portion 13 of the first absorption layer 11 of the light absorption portion 1 is a structure suitable for light absorption of long wavelength light. be able to.

バッファー層3の凹部61の深さは、10nm以上300nm以下であることがよく、更に50nm以上200nm以下であることが好ましい。凹部61の深さが過小の場合には、バッファー層3の表面で光が反射してしまい、光の吸収効率が低下するおそれがある。凹部61の深さが過大である場合には、光の閉じ込め効果が抑制されるおそれがある。   The depth of the recess 61 of the buffer layer 3 is preferably 10 nm or more and 300 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 200 nm or less. When the depth of the recess 61 is too small, light is reflected on the surface of the buffer layer 3, which may reduce the light absorption efficiency. If the depth of the recess 61 is excessive, the light confinement effect may be suppressed.

凹部61の開口幅は100nm以上1000nm以下であることが好ましく、更には150nm以上1000nm以下であることが好ましい。凹部61の開口幅が過小の場合、および過大の場合には、バッファー層3の表面で可視光および近赤外光が反射してしまい、光の吸収効率が低下するおそれがある。   The opening width of the recess 61 is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 1000 nm or less. When the opening width of the recess 61 is too small or too large, visible light and near-infrared light are reflected on the surface of the buffer layer 3, which may reduce the light absorption efficiency.

バッファー層3の凹部61を含む表面には、前記第1吸収層が露出していないことが好ましい。バッファー層3の凹部61を含む表面に第1吸収層11が露出していると、露出している第1吸収層11で電子・正孔の再結合が起こりやすくなり、キャリア正孔の取り出し効率が低下するおそれがある。   It is preferable that the first absorption layer is not exposed on the surface of the buffer layer 3 including the recess 61. If the first absorption layer 11 is exposed at the surface including the recess 61 of the buffer layer 3, electron / hole recombination is likely to occur in the exposed first absorption layer 11, and carrier hole extraction efficiency is increased. May decrease.

本発明の光吸収材料は、太陽電池を始めとし、受光素子にも用いる殊ができる。また、バッファー層の表面凹凸構造の形状によっては、第1吸収層で生じた発光を光吸収材料内部から外部へ取り出す効率も改善できる可能性がある。発光ダイオードへの応用も考えられる。   The light-absorbing material of the present invention can be used not only for solar cells but also for light-receiving elements. In addition, depending on the shape of the surface concavo-convex structure of the buffer layer, there is a possibility that the efficiency of taking out the light generated in the first absorption layer from the inside of the light absorbing material to the outside may be improved. Application to light emitting diodes is also conceivable.

(2)また、本発明の光吸収材料は、基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、前記バッファー層は、第2材料からなり且つ100〜500nmの厚みをもち、前記表面構造形成部は、第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られたものであることを特徴とする。   (2) The light absorbing material of the present invention is formed on a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface of the buffer layer. The buffer layer is made of a second material and has a thickness of 100 to 500 nm, and the surface structure formation portion is made of a first material and has a plurality of dot-shaped convex portions. A preparatory step of preparing a light-absorbing material precursor formed by laminating one or more laminating units composed of interspersed first dot-like surface layers and the second surface layer made of the second material; A recess forming step in which at least the surface structure forming portion of the light absorbing material precursor is etched to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-like projection. It is characterized by being .

この発明では、上記(1)の発明とは異なって、光吸収部の構造は特定していない。バッファー層の凹部は、表面構造形成部のドット状凸部の形状を反映した形状となる。このため、光吸収部の構造は、表面構造形成部の構造とは独立して設計することができる。この発明においては、光吸収部は、上記の発明のように第1吸収層と第2吸収層の積層体でなくてもよい。   In this invention, unlike the invention of (1) above, the structure of the light absorbing portion is not specified. The concave portion of the buffer layer has a shape reflecting the shape of the dot-shaped convex portion of the surface structure forming portion. For this reason, the structure of the light absorption part can be designed independently of the structure of the surface structure forming part. In this invention, the light absorption part may not be a laminate of the first absorption layer and the second absorption layer as in the above invention.

上記(2)の光吸収材料は、上記(1)の光吸収材料と同様に、太陽電池を始めとし、受光材料や発光ダイオードとしても用いることが可能である。   The light-absorbing material (2) can be used as a light-receiving material or a light-emitting diode as well as a solar cell, similarly to the light-absorbing material (1).

(3)また、本発明の表面凹凸構造体は、基板と、前記基板上に形成された積層部と、前記積層部の表面に形成されたバッファー層とを有し、前記積層部は、第1材料からなる第1層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記積層部における前記第2層の厚みよりも大きい厚みをもち、前記バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする。   (3) Further, the surface uneven structure according to the present invention includes a substrate, a stacked portion formed on the substrate, and a buffer layer formed on the surface of the stacked portion. The buffer layer is formed by stacking one or more stack units each including a first layer made of one material and a second layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer. And having a thickness larger than the thickness of the second layer in the stacked portion, and the buffer layer is formed with a plurality of recesses.

この(3)の発明では、上記(1)、(2)の発明とは異なって、基板表面に形成される積層部が、光吸収部でなくてもよい。この発明において、基板は、Si又はGaAsからなる第2材料を有していてもよい。   In the invention of (3), unlike the inventions of (1) and (2), the laminated part formed on the substrate surface may not be a light absorbing part. In the present invention, the substrate may have a second material made of Si or GaAs.

上記(3)の表面凹凸構造体のバッファー層に設けられた凹部は、上記(1)と同様の方法により形成することができる。バッファー層には、上記(1)の光吸収材料前駆体の表面構造形成部の構造を調整することで、積層部の構造の影響を受けることなく、凹部の形状を制御することができる。積層部の構造とバッファー層の凹部とを、独立して制御することができる。   The recess provided in the buffer layer of the surface concavo-convex structure (3) can be formed by the same method as in (1) above. In the buffer layer, by adjusting the structure of the surface structure forming portion of the light absorbing material precursor (1) described above, the shape of the recess can be controlled without being affected by the structure of the laminated portion. The structure of the laminated portion and the recess of the buffer layer can be controlled independently.

表面凹凸構造体は、光吸収材料としてだけでなく、例えば、半導体電子材料にも用いることが可能である。   The surface concavo-convex structure can be used not only as a light absorbing material but also as a semiconductor electronic material, for example.

(実施例1)
<基板洗浄>
まず、p型単結晶Si(100)基板を準備した。この基板を流水で洗浄して、基板表面に付着している微粒子を除去した。硫酸:過酸化水素水=2:1(体積比)の混合溶液で5分間エッチングして、金属不純物除去及び基板表面への化学酸化膜の形成をした。基板を、2.5体積%フッ化水素酸溶液で30秒間エッチングして、基板に、水素終端表面を形成した。この表面洗浄プロセスを2回繰り返した。
Example 1
<Board cleaning>
First, a p-type single crystal Si (100) substrate was prepared. The substrate was washed with running water to remove fine particles adhering to the substrate surface. Etching was performed for 5 minutes with a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide = 2: 1 (volume ratio) to remove metal impurities and form a chemical oxide film on the substrate surface. The substrate was etched with a 2.5% by volume hydrofluoric acid solution for 30 seconds to form a hydrogen terminated surface on the substrate. This surface cleaning process was repeated twice.

(光吸収部の形成)
図1に示すように、Siの原料ガスとしてジシラン(Si)を、Geの原料ガスとしてゲルマン(GeH)を用いて、ガスソース分子線エピタキシー法により基板2の表面に光吸収部1を形成した。
(Formation of light absorption part)
As shown in FIG. 1, by using disilane (Si 2 H 6 ) as a Si source gas and germane (GeH 4 ) as a Ge source gas, a light absorption portion is formed on the surface of the substrate 2 by gas source molecular beam epitaxy. 1 was formed.

詳しくは、Si(100)基板を分子線エピタキシー装置のチャンバー内に搬入させた。チャンバー内で、900℃で10分間の熱処理を施し、表面クリーニングをすることで清浄表面を形成した。その後、結晶成長温度である700℃まで基板温度を下げた後、原料ガスを供給した。原料ガスの流量を、GeHでは2.5sccm、Siでは4.0sccmとした。各原料ガスを交互に供給することにより、Ge(ゲルマニウム)単結晶からなる第1吸収層11とSi(シリコン)単結晶からなる第2吸収層12とからなる積層単位を複数積層させた光吸収部1を形成した。チャンバー内での残留ガスの混合を抑制するために、GeH、Siの供給切り替え時には、10秒間の中断時間を設けた。 Specifically, the Si (100) substrate was carried into the chamber of the molecular beam epitaxy apparatus. In the chamber, a heat treatment was performed at 900 ° C. for 10 minutes and the surface was cleaned to form a clean surface. Thereafter, the substrate temperature was lowered to 700 ° C., which is the crystal growth temperature, and then a source gas was supplied. The flow rate of the source gas was 2.5 sccm for GeH 4 and 4.0 sccm for Si 2 H 6 . By alternately supplying each source gas, light absorption in which a plurality of stack units each including a first absorption layer 11 made of Ge (germanium) single crystal and a second absorption layer 12 made of Si (silicon) single crystal are stacked. Part 1 was formed. In order to suppress the mixing of residual gas in the chamber, an interruption time of 10 seconds was provided when the supply of GeH 4 and Si 2 H 6 was switched.

第1吸収層11は、Stranski-Krastanov(SK)成長モードの自己組織化により周期的にドット状に隆起してドット状凸部13を形成した。SK成長モードとは、結晶成長初期では層状成長するが、成長膜厚がある臨界値を超えると3次元的にドット状成長する成長様式である。第1吸収層11の厚みは8原子層のGe被覆率とし、第2吸収層12の厚みは20nmとした。8原子層のGe被覆率とは、下地となるSi表面上に8原子層分の膜厚になるような量の原料ガスを供給したという意味であり1.12nmに相当する。実際には第1吸収層11はドット状に結晶成長されるので、場所によって厚みが異なる。第1吸収層11の濡れ層14の厚みは数原子層(1〜2nm)であり、ドット状凸部13の厚みは10nm程度である。ドット状凸部13をもつ第1吸収層11と第2吸収層とを積層単位とし、この積層単位を10周期成長させた。これにより、Geドット積層構造をもつ光吸収部1が形成された。   The 1st absorption layer 11 protruded periodically in the shape of a dot by self-organization of Stranski-Krastanov (SK) growth mode, and formed the dot-like convex part 13. The SK growth mode is a growth mode in which layer growth is performed at the initial stage of crystal growth, but three-dimensional dot growth is performed when the growth film thickness exceeds a certain critical value. The thickness of the 1st absorption layer 11 was made into the Ge coverage of an 8 atomic layer, and the thickness of the 2nd absorption layer 12 was 20 nm. The Ge coverage of the 8-atomic layer means that an amount of source gas is supplied on the underlying Si surface to a thickness corresponding to the 8-atomic layer, and corresponds to 1.12 nm. Actually, since the first absorption layer 11 is crystal-grown in a dot shape, the thickness varies depending on the location. The thickness of the wetting layer 14 of the first absorption layer 11 is several atomic layers (1 to 2 nm), and the thickness of the dot-shaped convex portion 13 is about 10 nm. The first absorption layer 11 and the second absorption layer having the dot-shaped protrusions 13 were used as a stack unit, and this stack unit was grown for 10 periods. Thereby, the light absorption part 1 which has a Ge dot laminated structure was formed.

(バッファー層の形成)
同じチャンバー内において、引き続き、流量4.0sccmでSiガスを光吸収部1の表面に供給して厚み100nmのバッファー層3を形成した。
(Formation of buffer layer)
In the same chamber, Si 2 H 6 gas was continuously supplied to the surface of the light absorption unit 1 at a flow rate of 4.0 sccm to form a buffer layer 3 having a thickness of 100 nm.

(表面構造形成部の形成)
さらに、GeHとSiとを交互にバッファー層3上に供給して、Ge単結晶からなる第1ドット状表面層51とSi単結晶からなる第2表面層52とを積層単位とし、これを10回積層することで、表面構造形成部5を形成した。ガス流量は、GeHでは2.5sccm、Siでは4.0sccmとした。チャンバー内での残留ガスの混合を抑制するために、GeH、Siの供給切り替え時には、10秒間の中断時間を設けた。第1ドット状表面層51は、SK成長モードの自己組織化により周期的にドット状に隆起してドット状凸部53が形成された。第1ドット状表面層51の厚みは8原子層のGe被覆率とし、第2表面層52の厚みは20nmとした。第1ドット状表面層51のドット状凸部53の厚みは約10nmであり、濡れ層54の厚みは数原子層(1〜2nm)であった。
(Formation of surface structure forming part)
Further, GeH 4 and Si 2 H 6 are alternately supplied onto the buffer layer 3, and the first dot-like surface layer 51 made of Ge single crystal and the second surface layer 52 made of Si single crystal are used as a lamination unit. The surface structure forming part 5 was formed by laminating these 10 times. The gas flow rate was 2.5 sccm for GeH 4 and 4.0 sccm for Si 2 H 6 . In order to suppress the mixing of residual gas in the chamber, an interruption time of 10 seconds was provided when the supply of GeH 4 and Si 2 H 6 was switched. The first dot-like surface layer 51 was periodically raised in a dot shape by the self-organization of the SK growth mode, and the dot-like convex portion 53 was formed. The thickness of the first dot-like surface layer 51 was an Ge atomic coverage of 8 atomic layers, and the thickness of the second surface layer 52 was 20 nm. The thickness of the dot-shaped convex part 53 of the 1st dot-shaped surface layer 51 was about 10 nm, and the thickness of the wetting layer 54 was several atomic layers (1-2 nm).

(エッチング)
作成した光吸収材料前駆体にHFとHNOの混合溶液(HF;HNO=1;100)(体積比)を用いてウェットエッチングすることで、バッファー層に凹凸構造を形成した。ウェットエッチング時間を制御することで、表面構造形成部のみをエッチングし、光吸収部とバッファー層の凹凸構造とをもつ光吸収材料を形成した。本実施例では、エッチング時間は1分間とした。
(etching)
The prepared light-absorbing material precursor was wet-etched using a mixed solution of HF and HNO 3 (HF; HNO 3 = 1; 100) (volume ratio) to form an uneven structure in the buffer layer. By controlling the wet etching time, only the surface structure forming portion was etched to form a light absorbing material having a light absorbing portion and an uneven structure of the buffer layer. In this embodiment, the etching time is 1 minute.

得られた光吸収材料のSEM像を図3、図4に示した。図3は、斜め方向から撮影した光吸収材料の表面SEM像であり、図4は、真上方向から撮影した光吸収材料の表面SEM(走査電子顕微鏡)像である。両図に示されているように、光吸収材料の表面に規則的な凹凸構造が形成されていた。図2に示すように、凹凸構造6は、バッファー層3に形成されていた。凹凸構造6の凹部61は、バッファー層3における表面構造形成部5のドット状凸部53の直下部分に形成されていた。凹部61の深さは40nmであり、凹部61の開口幅は160nmであり、凹部61のピッチは180nmであった。凹凸構造6はバッファー層3を構成する第2材料で被覆されており、光吸収部1の第1吸収層11は凹凸構造6表面に露出していなかった。   SEM images of the obtained light-absorbing material are shown in FIGS. FIG. 3 is a surface SEM image of the light absorbing material taken from an oblique direction, and FIG. 4 is a surface SEM (scanning electron microscope) image of the light absorbing material taken from directly above. As shown in both figures, a regular uneven structure was formed on the surface of the light absorbing material. As shown in FIG. 2, the concavo-convex structure 6 was formed in the buffer layer 3. The concave portion 61 of the concavo-convex structure 6 was formed in a portion immediately below the dot-shaped convex portion 53 of the surface structure forming portion 5 in the buffer layer 3. The depth of the recess 61 was 40 nm, the opening width of the recess 61 was 160 nm, and the pitch of the recess 61 was 180 nm. The uneven structure 6 was covered with the second material constituting the buffer layer 3, and the first absorption layer 11 of the light absorbing portion 1 was not exposed on the surface of the uneven structure 6.

(太陽電池作製)
図5に示すように、凹凸構造6の表面に、リンガラスの熱拡散によりn型Si単結晶層71を形成した。n型Si単結晶層71の表面に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用いた単層の反射防止膜7(厚さ75〜85nm)をスパッタリング法によって成膜した。さらに、p型半導体の基板2の裏面にAlペースト電極を焼成して裏面電極81を形成し、反射防止膜7の表面にAgフィンガー電極を印刷・焼成して表面電極82を形成する。こうして、太陽電池を製造することができる。なお、バッファー層3の表面が、太陽電池の受光面となる。
(Solar cell production)
As shown in FIG. 5, an n-type Si single crystal layer 71 was formed on the surface of the concavo-convex structure 6 by thermal diffusion of phosphorous glass. A single-layer antireflection film 7 (thickness 75 to 85 nm) using ITO (Indium Tin Oxide) was formed on the surface of the n-type Si single crystal layer 71 by sputtering. Further, an Al paste electrode is baked on the back surface of the p-type semiconductor substrate 2 to form a back electrode 81, and an Ag finger electrode is printed and baked on the surface of the antireflection film 7 to form a surface electrode 82. In this way, a solar cell can be manufactured. In addition, the surface of the buffer layer 3 becomes a light-receiving surface of the solar cell.

なお、この例では、反射防止膜7としては、導電性のITOを用いているが、これに限定されるものではなく、非導電性のTiO(酸化チタン)、Si(窒化ケイ素)を用いてもよい。 In this example, conductive ITO is used as the antireflection film 7, but the present invention is not limited to this, and non-conductive TiO 2 (titanium oxide), Si 3 N 4 (silicon nitride) ) May be used.

(比較例1)
本比較例1は、図6に示すように、バッファー層及び表面構造形成部を形成することなく、光吸収部1に凹凸構造6を形成している。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 6, the concavo-convex structure 6 is formed in the light absorbing portion 1 without forming the buffer layer and the surface structure forming portion.

p型の単結晶Si(100)基板の表面に、実施例1と同様に光吸収部1を形成した。光吸収層1の第1吸収層11と第2吸収層12からなる積層単位の繰り返し数は、10であった。   A light absorbing portion 1 was formed on the surface of a p-type single crystal Si (100) substrate in the same manner as in Example 1. The number of repetitions of the laminate unit composed of the first absorption layer 11 and the second absorption layer 12 of the light absorption layer 1 was 10.

この光吸収部1をウェットエッチングして、光吸収部1の表面に凹凸構造6を形成した。ウェットエッチングは、実施例1と同様のエッチング溶液を光吸収部1に30秒間接触させた。凹部61は、第1吸収層11のドット状凸部13の直上に形成された。凹部61の深さは40nmであり、凹部61の開口幅は160nmであり、凹部61のピッチは
180nmであった。
The light absorbing portion 1 was wet etched to form a concavo-convex structure 6 on the surface of the light absorbing portion 1. In the wet etching, the same etching solution as in Example 1 was brought into contact with the light absorbing portion 1 for 30 seconds. The concave portion 61 was formed immediately above the dot-shaped convex portion 13 of the first absorption layer 11. The depth of the recess 61 was 40 nm, the opening width of the recess 61 was 160 nm, and the pitch of the recess 61 was 180 nm.

(比較例2)
本比較例2は、バッファー層及び表面構造形成部を形成していない。また、光吸収部にも凹凸構造を形成しておらず、光吸収部の表面は平坦である。光吸収部は、比較例1と同様に形成した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the buffer layer and the surface structure forming part are not formed. Moreover, the uneven structure is not formed also in the light absorption part, and the surface of the light absorption part is flat. The light absorption part was formed in the same manner as in Comparative Example 1.

(実施例2)
本実施例2では、表面構造形成部の第2表面層の厚みを5nmとしてこと以外は、実施例1と同様に光吸収材料を作製した。図8には、光吸収材料の表面を斜め方向から撮影したSEM像を示した。図8に示すように、光吸収材料の表面には、実施例1よりも凹凸差の大きい凹凸構造が形成されていた。凹凸構造の凹部の深さは150nmであり、凹部61の開口幅は150nmであり、凹部61のピッチは160nmであった。このことから、表面構造形成部5の第2表面層52の厚みを薄くすると、凹部の深さが大きくなることがわかった。
(Example 2)
In Example 2, a light-absorbing material was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the second surface layer of the surface structure forming portion was 5 nm. In FIG. 8, the SEM image which image | photographed the surface of the light absorption material from the diagonal direction was shown. As shown in FIG. 8, a concavo-convex structure having a concavo-convex difference larger than that of Example 1 was formed on the surface of the light absorbing material. The depth of the recesses of the concavo-convex structure was 150 nm, the opening width of the recesses 61 was 150 nm, and the pitch of the recesses 61 was 160 nm. From this, it was found that when the thickness of the second surface layer 52 of the surface structure forming portion 5 is reduced, the depth of the concave portion is increased.

<反射スペクトルの測定>
実施例1及び比較例1、2の光吸収材料の反射スペクトルを測定した。光吸収材料の反射スペクトルを測定するために、光吸収材料に波長400nm〜1600nmの光を照射し、その反射光を集めて、反射光の強度に対する照射光の強度の比率を百分率で示した。反射スペクトルの測定に用いた装置は、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光製、商品名V-570)である。各種光吸収材料の反射スペクトルを図7に示した。
<Measurement of reflection spectrum>
The reflection spectra of the light absorbing materials of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were measured. In order to measure the reflection spectrum of the light absorbing material, the light absorbing material was irradiated with light having a wavelength of 400 nm to 1600 nm, the reflected light was collected, and the ratio of the intensity of the irradiated light to the intensity of the reflected light was shown as a percentage. The apparatus used for the measurement of the reflection spectrum is an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (trade name V-570, manufactured by JASCO Corporation). The reflection spectra of various light absorbing materials are shown in FIG.

図7に示すように、光吸収材料の表面に凹凸構造を形成した実施例1は、比較例1,2よりも反射率が小さく、光を効率よく取り込めたことがわかった。実施例1では、光吸収部の構造とは独立して凹凸構造を制御したため、光の閉じ込めに適した凹凸構造を形成することができた。   As shown in FIG. 7, it was found that Example 1 in which a concavo-convex structure was formed on the surface of the light-absorbing material had a lower reflectance than Comparative Examples 1 and 2 and was able to capture light efficiently. In Example 1, the concavo-convex structure suitable for light confinement could be formed because the concavo-convex structure was controlled independently of the structure of the light absorbing portion.

その他に、表面構造形成部の第1ドット状表面層の厚みを大きくすると、エッチング後に形成される凹凸構造の凹部の深さが小さくなった。また、表面構造形成部の第1ドット状表面層のドット状凸部のピッチを大きくすると、エッチング後に形成される凹部のピッチが大きくなった。表面構造形成部の第1ドット状表面層のドット状凸部の幅を大きくすると、エッチング後に形成される凹部の開口幅が大きくなった。   In addition, when the thickness of the first dot-shaped surface layer of the surface structure forming portion was increased, the depth of the concave portion of the concavo-convex structure formed after etching was reduced. Moreover, when the pitch of the dot-shaped convex part of the 1st dot-shaped surface layer of a surface structure formation part was enlarged, the pitch of the recessed part formed after an etching became large. Increasing the width of the dot-shaped convex portion of the first dot-shaped surface layer of the surface structure forming portion increased the opening width of the concave portion formed after etching.

1:光吸収部、11:第1吸収層、12:第2吸収層、13:ドット状凸部、14、濡れ層、2:基板、3:バッファー層、5:表面構造形成部、51:第1ドット状表面層、52:第2表面層、6:表面構造、61:凹部、62:凸部 1: light absorbing portion, 11: first absorbing layer, 12: second absorbing layer, 13: dot-like convex portion, 14, wetting layer, 2: substrate, 3: buffer layer, 5: surface structure forming portion, 51: First dot-like surface layer, 52: second surface layer, 6: surface structure, 61: concave portion, 62: convex portion

Claims (27)

基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、
前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、
前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、
前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、
前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られたことを特徴とする光吸収材料。
A substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface structure forming portion formed on the surface of the buffer layer,
The light absorbing portion is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbing layer made of a first material and a second absorbing layer made of a second material formed on the surface of the first absorbing layer,
The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion,
The surface structure forming portion is a laminated unit comprising the first dot-like surface layer made of the first material and interspersed with a plurality of dot-like convex portions, and the second surface layer made of the second material. A preparatory step of preparing a light-absorbing material precursor,
A recess forming step of etching at least the surface structure forming portion of the light absorbing material precursor to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-like projection. Light-absorbing material characterized by
前記表面構造形成部は、前記第1ドット状表面層と前記第2表面層とを交互に各2層以上積層してなり、且つ、2層以上の前記第1ドット状表面層における各前記ドット状凸部の平面方向の位置は、互いに同じである請求項1に記載の光吸収材料。   The surface structure forming portion is formed by alternately laminating two or more layers of the first dot-like surface layer and the second surface layer, and each dot in the first dot-like surface layer of two or more layers. The light-absorbing material according to claim 1, wherein the positions of the convex portions in the planar direction are the same. 前記ドット状凸部のピッチは、150nm以上1000nm以下である請求項1又は2に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to claim 1 or 2, wherein a pitch of the dot-shaped convex portions is 150 nm or more and 1000 nm or less. 前記ドット状凸部の幅は、150nm以上1000nm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light-absorbing material according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of the dot-shaped convex portion is 150 nm or more and 1000 nm or less. 前記ドット状凸部の高さは、10nm以上20nm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light-absorbing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the height of the dot-shaped convex portions is 10 nm or more and 20 nm or less. 前記第2表面層の厚みは5nm以上100nm以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the second surface layer is 5 nm or more and 100 nm or less. 前記凹部形成工程を行う前において、前記バッファー層の厚みは100nm以上である請求項1〜6のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light-absorbing material according to claim 1, wherein the buffer layer has a thickness of 100 nm or more before performing the recess forming step. 前記凹部形成工程を行う前において、前記バッファー層の厚みは、前記第2表面層の厚みよりも大きい請求項1〜7のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light-absorbing material according to any one of claims 1 to 7, wherein a thickness of the buffer layer is larger than a thickness of the second surface layer before performing the recess forming step. 基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層とを有する光吸収材料であって、
前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、
前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、
前記バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする光吸収材料。
A light absorbing material having a substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, and a buffer layer formed on a surface of the light absorbing portion,
The light absorbing portion is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbing layer made of a first material and a second absorbing layer made of a second material formed on the surface of the first absorbing layer,
The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion,
A light-absorbing material, wherein the buffer layer has a plurality of recesses.
前記凹部の深さは、10nm以上300nm以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The depth of the said recessed part is 10 nm or more and 300 nm or less, The light absorption material of any one of Claims 1-9. 前記凹部の開口幅は100nm以上1000nm以下である請求項1〜10のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light absorption material according to any one of claims 1 to 10, wherein an opening width of the recess is 100 nm or more and 1000 nm or less. 前記バッファー層の凹部を含む表面には、前記第1層が露出していない請求項1〜11のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to any one of claims 1 to 11, wherein the first layer is not exposed on a surface including the concave portion of the buffer layer. 前記第1材料の禁制帯幅は、前記第2材料の禁制帯幅よりも小さい請求項1〜12のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light-absorbing material according to claim 1, wherein the forbidden band width of the first material is smaller than the forbidden band width of the second material. 前記第2材料は、Si、又はGaAsからなり、前記第1材料はGeInAs、InSb、AlAs、又はGaSbからなるからなる請求項1〜13のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to claim 1, wherein the second material is made of Si or GaAs, and the first material is made of GeInAs, InSb, AlAs, or GaSb. 前記第2材料はSiからなり、前記第1材料はGeからなる請求項14に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to claim 14, wherein the second material is made of Si, and the first material is made of Ge. 前記光吸収部は、前記第1吸収層と前記第2吸収層とを交互に各2層以上積層してなり、且つ、各前記第1吸収層は、複数のドット状凸部が点在してなり、2層以上の前記第1吸収層における各前記ドット状凸部の平面位置は、互いに同じである請求項1〜15のいずれか1項に記載の光吸収材料   The light absorption portion is formed by alternately laminating two or more layers of the first absorption layer and the second absorption layer, and each of the first absorption layers is dotted with a plurality of dot-shaped convex portions. The light-absorbing material according to claim 1, wherein the planar positions of the dot-shaped convex portions in the first absorption layer of two or more layers are the same. 前記バッファー層の前記凹部の平面方向での位置は、前記第1吸収層における前記ドット状凸部の平面方向での位置と異なる請求項16に記載の光吸収材料。   The light absorbing material according to claim 16, wherein the position of the buffer layer in the planar direction of the concave portion is different from the position of the dot-shaped convex portion in the planar direction of the first absorbing layer. 前記基板は、前記第2材料を有する請求項1〜17のいずれか1項に記載の光吸収材料。   The light absorption material according to claim 1, wherein the substrate has the second material. 請求項1〜18のいずれか1項に記載の光吸収材料を備える太陽電池。   A solar cell provided with the light absorption material of any one of Claims 1-18. 基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、
前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、
前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、
前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなることを特徴とする光吸収材料前駆体。
A substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface structure forming portion formed on the surface of the buffer layer,
The light absorbing portion is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbing layer made of a first material and a second absorbing layer made of a second material formed on the surface of the first absorbing layer,
The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion,
The surface structure forming portion is a laminated unit comprising the first dot-like surface layer made of the first material and interspersed with a plurality of dot-like convex portions, and the second surface layer made of the second material. A light-absorbing material precursor characterized by laminating one or more of the above.
基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、
前記光吸収部は、第1材料からなる第1吸収層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2吸収層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、
前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記光吸収部における前記第2吸収層の厚みよりも大きい厚みをもち、
前記表面構造形成部は、前記第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、
前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、をもつことを特徴とする光吸収材料の製造方法。
A substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface structure forming portion formed on the surface of the buffer layer,
The light absorbing portion is formed by laminating one or more laminating units composed of a first absorbing layer made of a first material and a second absorbing layer made of a second material formed on the surface of the first absorbing layer,
The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second absorbing layer in the light absorbing portion,
The surface structure forming portion is a laminated unit comprising the first dot-like surface layer made of the first material and interspersed with a plurality of dot-like convex portions, and the second surface layer made of the second material. A preparatory step of preparing a light-absorbing material precursor,
A recess forming step of etching at least the surface structure forming portion of the light absorbing material precursor to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-shaped protrusion. Absorbent material manufacturing method.
前記光吸収部及び前記表面構造形成部は、分子線エピタキシー法で形成する請求項21記載の光吸収材料の製造方法。   The method for producing a light-absorbing material according to claim 21, wherein the light-absorbing part and the surface structure forming part are formed by a molecular beam epitaxy method. 前記エッチングは、前記表面構造形成層の表面にエッチング液を接触させることにより行う請求項21又は22に記載の光吸収材料の製造方法。   23. The method for producing a light-absorbing material according to claim 21, wherein the etching is performed by bringing an etching solution into contact with the surface of the surface structure forming layer. 前記エッチング液は、硝酸を含む請求項23記載の光吸収材料の製造方法。   The method for producing a light-absorbing material according to claim 23, wherein the etching solution contains nitric acid. 前記エッチング液は、フッ酸を含む請求項23又は24に記載の光吸収材料の製造方法。   The method for producing a light-absorbing material according to claim 23 or 24, wherein the etching solution contains hydrofluoric acid. 基板と、前記基板上に形成された光吸収部と、前記光吸収部の表面に形成されたバッファー層と、前記バッファー層の表面に形成された表面構造形成部と、を有し、
前記バッファー層は、第2材料からなり且つ100〜500nmの厚みをもち、
前記表面構造形成部は、第1材料からなり且つ複数のドット状凸部が点在してなる第1ドット状表面層と、前記第2材料からなる第2表面層と、からなる積層単位を1以上積層してなる、光吸収材料前駆体を準備する準備工程と、
前記光吸収材料前駆体の少なくとも前記表面構造形成部をエッチングして前記バッファー層における前記ドット状凸部の下方に位置する部分に凹部を形成する凹部形成工程と、を行うことにより得られたことを特徴とする光吸収材料。
A substrate, a light absorbing portion formed on the substrate, a buffer layer formed on the surface of the light absorbing portion, and a surface structure forming portion formed on the surface of the buffer layer,
The buffer layer is made of a second material and has a thickness of 100 to 500 nm,
The surface structure forming section includes a stack unit composed of a first dot-like surface layer made of a first material and dotted with a plurality of dot-like convex portions, and a second surface layer made of the second material. A preparatory step of preparing a light-absorbing material precursor formed by laminating one or more;
A recess forming step of etching at least the surface structure forming portion of the light absorbing material precursor to form a recess in a portion of the buffer layer located below the dot-like projection. Light-absorbing material characterized by
基板と、前記基板上に形成された積層部と、前記積層部の表面に形成されたバッファー層とを有し、
前記積層部は、第1材料からなる第1層と、前記第1吸収層の表面に形成され第2材料からなる第2層と、からなる積層単位を1以上積層してなり、
前記バッファー層は、前記第2材料からなり且つ前記積層部における前記第2層の厚みよりも大きい厚みをもち、
前記バッファー層には複数の凹部が形成されていることを特徴とする表面凹凸構造体。
A substrate, a laminate formed on the substrate, and a buffer layer formed on the surface of the laminate,
The stacked portion is formed by stacking one or more stack units each including a first layer made of a first material and a second layer made of a second material formed on the surface of the first absorption layer,
The buffer layer is made of the second material and has a thickness larger than the thickness of the second layer in the stacked portion,
A plurality of concave and convex portions are formed in the buffer layer.
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