JP7428573B2 - 発電素子、発電モジュール、発電装置、及び、発電システム - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
図1に示すように、実施形態に係る発電素子101は、第1結晶領域11及び第2結晶領域12を含む。
図2に示すように、実施形態に係る発電素子110は、第1結晶領域11及び第2結晶領域12に加えて、対向導電領域21をさらに含む。この例では、発電素子110は、第2電極E2を含む。
図3に示すように、例えば、容器70が設けられる。容器70の内部に、第1電極E1、第2結晶領域12、第1結晶領域11、対向導電領域21及び第2電極E2が設けられる。容器70の内部が減圧状態とされる。これにより、間隙40が、減圧状態となる。
図4(a)~図4(c)、及び、図5(a)~図5(c)は、発電素子の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、種々の構成を有する発電素子のモデルにおける伝導帯のエネルギーを示している。第1~第6モデルMD1~MD6においては、第1電極E1及び第2電極E2として、Moの物性値が適用される。第1~第6モデルMD1~MD6においては、対向導電領域21は、n形のGaN層である。第1対向面fc1は、N面である。
図6(a)に示すように、第2面f2から第1面f1への向きOr1は、<000-1>方向に対して傾斜しても良い。向きOr1と<000-1>方向との間の角度は、例えば0度以上10度以下である。
図7に示すように、実施形態に係る発電素子111は、第1結晶領域11及び第2結晶領域12に加えて、第3結晶領域13をさらに含む。第3結晶領域13は、第2結晶領域12と第1結晶領域11との間に設けられる。第3結晶領域13は、Alx3Ga1-x3N(x2<x3≦1)を含む。例えば、組成比x3は、0.75以上である、第3結晶領域13は、例えば、AlN層である。第3結晶領域13は、i-AlN層でも良い。例えば、第3結晶領域13は、第5面f5及び第6面f6を含む。第5面f5は、第6面f6と第1結晶領域11との間にある。
図8は、発電素子の1つのモデルにおける伝導帯のエネルギーを示している。第7モデルMD7においては、第1電極E1及び第2電極E2として、Moの物性値が適用される。第7モデルMD7においては、対向導電領域21は、n形のGaN層である。第1対向面fc1は、N面である。
図9に示すように、第6面f6から第5面f5への向きOr3は、<0001>方向に対して傾斜しても良い。向きOr3と<0001>方向との間の角度は、例えば0度以上10度以下である。
図10(a)及び図10(b)は、第2実施形態に係る発電モジュール及び発電装置を示す模式図的断面図である。
図10(a)に示すように、実施形態に係る発電モジュール210においては、第1実施形態に係る発電素子(例えば発電素子110など)を含む。この例では、基板120の上において、複数の発電素子110が並ぶ。
図11(a)及び図11(b)に示すように、実施形態に係る発電装置310(すなわち、実施形態に係る発電素子110など)は、太陽熱発電に応用できる。
Claims (22)
- Alx1Ga1-x1N(0<x1≦1)を含む第1結晶領域と、
Si、Ge、Te及びSnよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素を含み、Alx2Ga1-x2N(0≦x2<x1)を含む第2結晶領域と、
を備え、
前記第1結晶領域は、第1面及び第2面を含み、前記第2面は、前記第2結晶領域と前記第1面との間にあり、
前記第2結晶領域は、第3面及び第4面を含み、前記第3面は、前記第4面と前記第1結晶領域との間にあり、
前記第4面から前記第3面への向きは、前記第2結晶領域の<0001>方向に沿い、
前記第2面から前記第1面への向きは、前記第1結晶領域の<000-1>方向に沿い、
前記第1結晶領域の厚さは、40nm以下であり、
前記第2結晶領域の厚さは、0.1μm以上10μm以下である、発電素子。 - 前記第3面は、前記第2結晶領域の(0001)面であり、
前記第1面は、前記第1結晶領域の(000-1)面である、請求項1記載の発電素子。 - 対向導電領域をさらに備え、
前記第1結晶領域は、前記第2結晶領域と前記対向導電領域との間にあり、
前記第1結晶領域と前記対向導電領域との間に間隙が設けられた、請求項1または2に記載の発電素子。 - 前記対向導電領域は、前記第1元素を含み、Alz1Ga1-z1N(0≦z1<1、z1<x1)を含む、請求項3記載の発電素子。
- 前記対向導電領域は、第1対向面及び第2対向面を含み、
前記第1対向面は、前記第1結晶領域と前記第2対向面との間にあり、
前記第2対向面から前記第1対向面への向きは、前記対向導電領域の<000-1>方向に沿う、請求項4記載の発電素子。 - 前記第1対向面は、前記対向導電領域の(000-1)面に沿う、請求項5に記載の発電素子。
- 前記z1は、0.75未満である、請求項4~6のいずれか1つに記載の発電素子。
- 第1電極と、
第2電極と、
をさらに備え、
前記第2結晶領域は、前記第1電極と前記第2電極との間にあり、
前記第1結晶領域は、前記第2結晶領域と前記第2電極との間にあり、
前記対向導電領域は、前記第1結晶領域と前記第2電極との間にあり、
前記第1電極は、前記第2結晶領域と電気的に接続され、
前記第2電極は、前記対向導電領域と電気的に接続された、請求項3~7のいずれか1つに記載の発電素子。 - 前記第2結晶領域と前記第1結晶領域との間に設けられた第3結晶領域をさらに備え、
前記第3結晶領域は、Alx3Ga1-x3N(x2<x3≦1)を含み、
前記第3結晶領域は、第5面及び第6面を含み、前記第5面は、前記第6面と前記第1結晶領域との間にあり、
前記第6面から前記第5面への向きは、前記第3結晶領域の<0001>方向に沿う、請求項1~8のいずれか1つに記載の発電素子。 - 前記x3は、0.75以上である、請求項9記載の発電素子。
- 前記第3結晶領域における前記第1元素の濃度は、2×1018cm-3以下である、請求項9または10に記載の発電素子。
- 前記第3結晶領域の厚さは、10nm以下である、請求項9~11のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記x1は、0.75以上である、請求項1~12のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記x2は、0.75未満である、請求項1~13のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記第1結晶領域におけるキャリア濃度は、2×1016cm-3以下である、請求項1~14のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記第1結晶領域における前記第1元素の濃度は、2×1018cm-3以下である、請求項1~15のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記第1結晶領域は、分極を有する、請求項1~16のいずれか1つに記載の発電素子。
- 前記第2結晶領域と電気的に接続された第1端子と、
前記対向導電領域と電気的に接続された第2端子と、
をさらに備え、
前記第1端子と前記第2端子との間に負荷が電気的に接続可能である、請求項3~8のいずれか1つに記載の発電素子。 - 前記第1端子の温度が前記第2端子の温度よりも高いときに、前記負荷に電流が流れる、請求項18記載の発電素子。
- 請求項1~19のいずれか1つに記載の前記発電素子を複数備えた発電モジュール。
- 請求項20記載の前記発電モジュールを複数備えた発電装置。
- 請求項21記載の発電装置と、
駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、前記発電装置を太陽の動きに追尾させる、発電システム。
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