KR20100023035A - 나노와이어-기반 태양 전지 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 태양 전지 구조는 상기 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하는 하나 이상의 나노와이어(205) 및 상기 나노와이어(205)의 적어도 일부를 둘러싸는 패시베이팅 쉘(209)을 포함한다. 본 발명의 제 1 양상에서, 상기 패시베이팅 쉘은 광 가이딩 특성을 제공하기 위해서, 바람직하게 높고 간접적인 밴드갭을 갖는 광 가이딩 쉘을 포함한다. 본 발명의 제 2 양상에서, 태양 전지 구조는 광 흡수를 위한 유효 매질을 제공하기 위해 상기 태양 전지 구조가 흡수하고자 하는 광의 파장보다 더 짧은 인접한 나노와이어 간 최대 간격으로 위치되는 복수의 나노와이어를 포함한다. 본 발명으로 인해, 고효율 태양 전지 구조를 제공하는 것이 가능하다.

Description

나노와이어-기반 태양 전지 구조{NANOWIRE-BASED SOLAR CELL STRUCTURE}
본 발명은 태양 전지 구조(solar cell sturcture)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 능동 컴포넌트로서 나노와이어를 포함하는 태양 전지 구조에 관한 것이다.
최근 몇 년에 걸쳐 태양 전지 기술에 관심이 증가되고 있다. 증가하는 에너지 비용뿐만 아니라, 환경적인 근심이 이 관심의 요인이다. 고 효율 태양 전지의 대량 생산에 대한 가능성을 나타내는 기술 혁신이 또한 중요한 요인이 되었다.
가장 효율적인 기존의 태양 전지는 태양 스펙트럼의 상이한 부분을 각각 흡수하는 여러 층을 갖는 다중-접합 전지 GaInP 또는 GaInAs와 같은 III-V 반도체로 이루어진다. 이 개념의 장점은 GaInP/GaInAs/Ge 탠덤 구조(tandem structure)에 비하여 전형적인 실리콘 포토 볼테익(Photo Voltaic: PV)에 의해 전기 에너지로 변환될 수 있는 태양 AM 1.5 스펙트럼의 부분을 나타내는 도 1에 의해 도시되어 있다.
단일 반도체 재료를 기반으로 한 태양 전지의 전력 변환 효율에 대한 이론적인 한도는 31%이다. 다중-접합 포토 볼테익 전지(Multi-Junction Photo Voltaic: MJPV)는 이 한도를 이중-접합 태양 전지에 대하여 43%로 상승시키고, 3중-접합 태양 전지에 대하여 49%로 상승시킬 수 있다. 그러나, 모든 필요한 상이한 재료 조합의 제조가 과제이며, 결정의 높은 재료 품질이 고성능을 성취하는데 필수적이다.
많은 진보가 발생하였고, 2006년 12월에, Boeing/Spectrolab는 자신들이 400× 집중된 햇빛 하에서 3-접합 MJPV GaInP/GaInAs/Ge 전지를 사용하여 40.7%의 레코드 변환 효율을 입증하였다고 발표하였다(http://www.spectrolab.com/com/news/news-detail.asp?id=172). 이 기술은 F. Dimroth의 "High-efficiency solar cells from III-V compound semiconductors" Phys. Stat. Sol. (c) 3, 373(2006)에서 언급된 바와 같이, 원래 게르마늄(Ge)이 접합한 기판 재료인 공간 애플리케이션을 위해 개발되었다. 지구의 표면에서의 Ge의 가용성이 제한되고, Ge가 고가이며, 이와 같은 고 효율 탠덤 태양 전지가 지구상에서 다량으로 사용되는 경우에, 이것은 제한일 수 있다. 이 때문에, 결정질 Si, 또는 심지어 더 간단한 기판을 기반으로 한 다중-접합 태양 전지의 개발이 Ge에 비하여 Si 기판의 더 높은 다중-접합 효율, 더 낮은 비용 및 더 높은 가용성을 이용하는, 지구의 애플리케이션에 대한 새로운 기회를 열 것이다. Ge 기판 상에 성장된 격자 매칭(lattice matching)된 층을 포함하는 종래 기술의 다중-접합 포토 볼테익 전지가 L.L.Kazmerski의 "Solar photovoltaics R&D at the tipping point: A 2005 technology overview" J Electr Spectr Rel Phen 150, 105(2006)에 개시되어 있다. 이 MJPV 전지는 집광기로 40% 이상의 효율에 도달한다.
그러나, 평면 III-V 다중-접합 태양 전지에 대한 기술적인 장벽이 식별될 수 있다. 50% 이상의 효율은 물리적인 한계로 인하여 도달하기가 매우 어려울 것이다. 다중-접합 태양 전지에 대한 종래의 III-V 재료는 디스로케이션(dislocation)을 피하기 위하여 큰 기판 에어리어에 걸쳐 완전한 격자 매칭을 필요로 한다. 양호한 장치 기능은 또한 전체 웨이퍼에 걸쳐 매우 높은 정도의 구조 동질성(compositional homogeneity)을 필요로 한다. 이것은 이와 같은 기판이 적당한 가격에서 이용 가능할지라도, 큰 에어리어 기판으로의 업-스케일링(up-scaling)이 극단적인 과제가 되도록 한다. 이러한 문제점이 극복될 수 있을지라도, 정확한 밴드갭(band gap)을 가지며 다소 격자 매칭되는 제한된 수의 재료가 매우 높은 효율에 도달하는데 필요한, 평면 태양 전지에서 3개 이상의 접합을 제조하는 것을 매우 어렵게 한다.
종래 기술의 다중-접합 전지와 관련되는 상기의 기술적인 과제 이외에, 비용 및 스케일링 둘 모두가 문제점을 제공한다. 예로서, Ge 또는 III-V 기판 상에 성장된 다중-접합 전지는 높은 기판 비용 및 작은 웨이퍼 크기로 인하여 매우 고가이다. 더욱이, III-V 재료는 오늘날 고-등급 MOCVD 또는 심지어 낮은 처리량을 갖는 MBE 리액터(reactor)에서 에피택셜로 성장되며, 고비용의 귀중한 원료는 시스템 레벨 상에서 비용-성능 비율을 개선시키는데 필요한 집광기를 사용한다. 비용이 감소될 수 있을지라도, 전체 햇빛 하에서도 포화된 전압을 성취하기 위하여 집광기가 여전히 필요할 것이다.
종래 기술의 태양 전지 장치는 효율 및 제조 비용과 관련하여 예상되거나 "이론적인" 장점을 성취하기 위하여 개선될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 극복하는 것이다. 이것은 독립 청구항에서 규정된 바와 같은 태양 전지 구조 및 태양 전지 모듈에 의해 성취된다.
본 발명에 따른 태양 전지 구조는 상기 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하는 나노와이어 및 상기 나노와이어의 적어도 일부를 둘러싸는 패시베이팅 쉘(passivating shell)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 나노와이어는 기판으로부터 돌출된다.
본 발명의 제 1 양상에서, 상기 태양 전지 구조의 패시베이팅 쉘은 나노와이어와 인접한 광 가이딩 쉘(light guiding shell)을 포함한다. 바람직하게는, 광 가이딩 쉘은 나노와이어보다 더 높은 밴드갭을 갖는 재료로 이루어지고, 바람직하게는, 상기 광 가이딩 쉘은 또한 간접적인 밴드갭을 갖는다.
본 발명의 제 2 양상에서, 태양 전지 구조는 상기 태양 전지 구조가 흡수하고자 하는 광의 파장보다 더 짧은 인접한 나노와이어 간 최대 간격으로 위치되는 복수의 나노와이어를 포함한다. 이로써, 인입 광은 복수의 나노와이어에 의해 규정되는 소위 "유효 매질(effective medium)"을 경험할 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 나노와이어는 태양 스펙트럼의 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응되는 밴드갭을 형성하는 적어도 하나의 세그먼트(segment)를 포함한다. 태양 전지 구조는 또한 복수의 세그먼트를 가지고 있을 수 있고, 각각의 세그먼트는 태양 스펙트럼의 상이한 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된다. 복수의 세그먼트는 바람직하게는 세그먼트 각각의 밴드갭이 의도된 인입 광으로부터 떨어진 방향으로, 그리고 나노와이어의 세로 축을 따라 감소하도록 배열된다.
복수의 세그먼트는 Esaki 다이오드 또는 금속 세그먼트에 의해 직렬로 접속될 수 있다.
본 발명 때문에, 수용 가능한 비용으로 고 효율 태양 전지를 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 하나의 장점은 태양 전지 구조가 격자 매칭의 필요성이 없으면서도 헤테로 구조(,heterostructure)를 가능하게 함으로써, 재료 조합의 선택에 큰 자유도를 가능하게 한다. 특히 상이한 밴드갭, 즉 나노와이어에서의 세그먼트의 수에 제한을 두지 않음으로써, 태양 스펙트럼의 전체 유용한 부분, 또는 선택된 일부를 흡수할 가능성을 제공한다.
각각의 와이어에 사용되는 작은 성장 에어리어로 인해, 전체 와이퍼에 걸쳐 매우 동질 성장이 필요하지 않으며, 이는 성장 시스템에 대한 요건을 완화한다. 또한 작은 에어리어로 인해, 기판은 다결정 또는 박막 실리콘 등일 수 있다.
본 발명의 제 1 양상에 따른 태양 전지 구조의 하나의 장점은 광 가이딩 쉘이 광을 차례로 감소하는 밴드갭의 영역을 통하도록 지향시킴으로써, 후속하는 광 수집(light harvesting)을 가능하게 한다.
게다가, 광 가이드 구조는 고유하게 집중된 양자를 나노와이어로 제공함으로써, 확산 광 조건 하에서도 포화된 전압을 제공한다.
본 발명에 의해 제공되는 다른 부가적인 장점은 나노와이어의 세그먼트를 접속시키기 위해 금속 세그먼트를 사용할 수 있다는 점이다. 이는 종래의 평면 장치에서는 금속 층이 투명하지 않기 때문에 가능하지 않다. 그러나, 본 발명에서, 가이딩 쉘에 의해서 둘러싸인 협소한 광 흡수 나노와이어로 인해, 비투명성은 부정적인 효과를 제한할 것이다.
본 발명의 제 2 양상에 따른 기판 상에서 나노와이어를 서로 충분히 근접하게 위치시킴으로써 나노와이어를 사용하는 장점은, 인입 광이 근접하여 패키징(packaging)된 나노와이어를 연속 유효 매질로 "인식"하기 때문에, 광의 효율적인 흡수와 조합된다.
본 발명의 실시예는 종속 청구항에 규정된다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규성은 다음의 상세한 설명이 본 발명의 청부 도면 및 청구항과 함께 고려될 때 명확해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다:
도 1은 실리콘-계열 태양 전지, GaInP/GaInAs/Ge-계열 태양 전지에 의해 각각 이론적으로 사용될 수 있는 AM1.5 태양 스펙트럼의 부분을 개략적으로 도시하며, 여기서, 어두운 에어리어는 전하 운반자의 열중성화(thermalisation) 또는 광자의 투과(transmission)로 인한 유효 손실을 나타낸다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 태양 전지 구조를 개략적으로 도시한다;
도 2b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복수의 세그먼트를 구비한 나노와이어를 포함하는 태양 전지 구조를 개략적으로 도시한다;
도 3은 나노와이어의 최상부의 일부가 광 가이딩 쉘로부터 외부로 돌출한 본 발명에 따른 태양 전지 구조를 개략적으로 도시한다;
도 4a ∼ b는 도 4a에서 기판에 다이오드가 제공되고, 도 4b에서 나노와이어가 광 가이딩 쉘의 최상부 종단에서 종료되는, 본 발명의 개략적인 실시예를 도시한다;
도 5a ∼ b는 도 5a에서의 Esaki 다이오드 및 도 5b에서의 금속 세그먼트가 나노와이어의 세그먼트와 상호 접속하는데 사용되는, 본 발명의 개략적인 실시예를 도시하고;
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 각각 다중 pn 접합인, 복수의 나노와이어를 포함하는 태양 전지 구조를 개략적으로 도시하고;
도 7은 본 발명의 발명에 따른 유효 매질에서 광을 흡수하도록 적응된 가까이 이격된 나노와이어를 구비한 태양 전지 구조를 개략적으로 도시하고;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단일 pn-접합을 포함하는 태양 전지 구조를 개략적으로 도시하고;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 pn-접합을 포함하는 태양 전지 구조를 개략적으로 도시하고; 그리고
도 10은 서로 가까이 이격되고 각각 높은 그리고 간접적인 밴드갭 재료에 둘러싸힌 복수의 나노와이어를 포함하는 태양 전지 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 본 발명에 따른 태양 전지 구조의 실시예를 개략적으로 도시한다. 나노와이어(205)는 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하고 패시베이팅 쉘(209)은 적어도 나노와이어(205)의 일부를 둘러싼다. 나노와이어는 기판(220)으로부터 돌출하는 것이 바람직하다. 나노와이어는 기판(220)에 실질적으로 수직으로 또는 어떤 각으로 돌출할 수 있다.
인입(태양) 광(201)은 태양 전지 구조의 나노와이어(205)에 결합된다. 인입 광은 정공 쌍을 발생시키고 태양 전지 구조의 광 흡수부, 즉, 나노와이어(205)는 전류를 전방 접촉부(203) 및 후방 접속부(202) 사이의 나노와이어(205)를 통해 단 하나의 방향으로 흐르도록 진행시키는 전기장을 설정하기 위해서 pn-접합으로 구성된다. 예를 통해 전방 접촉부(203) 및 후방 접촉부(202)는 각각, 도 2a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 나노와이어(205)의 최상부 부분 및 기저 부분에 전기적으로 각각 접속되고, 광(201)은 나노와이어(205)의 최상부 부분으로 결합된다.
본 발명에 따른 패시베이팅 쉘(209)의 하나의 목적은 나노와이어(205)의 원주면에서 중간-갭 표면 준위(mid-gap surface state)의 수를 감소하는 것이다. 패시베이팅 쉘을 사용함으로써 표면 준위는 도전성 나노와이어로부터 제거될 수 있다. 다른 목적은 주위로부터 나노와이어(205)를 절연하는 것이다. 게다가, 패시베이팅 쉘은 일부 구성으로 태양 전지 구조에서 더욱 능동적인 역할을 할 수 있다. 밴드갭은 압축 또는 인장 스트레인(strain)으로 인해 커지거나 낮아질 수 있고 전자와 정공을 방사형으로 분리시키기 위해서 구부려질 수 있다. 패시베이팅 쉘(209)의 기능 및 상술한 목적은 태양 전지 구조의 다양한 구조에 어느 정도 중요하거나 또는 관련된다.
본 발명의 실시예에서 패시베이팅 쉘(209)은 나노와이어(205)의 원주면에 인접한 광 가이딩 쉘을 포함한다. 바람직하게, 나노와이어(205)는 직접적인-밴드갭 재료로 제조되고 광 가이딩 쉘(210)은 간접적인 밴드갭을 갖는 재료로 제조된다. 광 가이딩 쉘은 전체의 패시베이팅 쉘(210)을 구성할 수 있거나 또는 상술한 특성을 갖는 외부 쉘에 의해서 둘러싸인 내부 쉘의 형태일 수 있다. 광 가이딩 쉘이 간접적인 고-밴드갭 재료로 제조되므로, 광은 상기 쉘에 흡수되지 않을 것이고 광 가이딩 쉘은 광을 나노와이어(205)를 따라 지향시킨다.
도 2b를 참조하면, 반도체 재료를 포함하는 나노와이어(205)에서 반도체 재료의 밴드갭보다 더 큰 에너지를 갖는 광자가 흡수될 수 있다. 그러나 실질적으로 밴드갭을 초과하는 에너지를 갖는 광자는 전자-정공 쌍뿐만 아니라, 열중화성 손실을 제공하고 이에 따라 태양 전지의 효율에 부정적인 영향을 끼치는 열을 발생시킬 것이다. 본 발명의 실시예에서 본 발명에 따른 태양 전지의 나노와이어(205)의 내부 구조는 태양 스펙트럼의 미리 규정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 밴드갭을 각각 형성하는 하나 이상의 세그먼트(215)를 포함할 수 있다. 그리고나서 광의 고에너지 컴포넌트는 상기 고에너지 컴포넌트를 포함하는 미리 규정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 밴드갭을 형성하는 세그먼트(215)에 흡수될 것이고, 반면에 상기 세그먼트의 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 광자는 상기 세크먼트를 투명한 도파관으로 인식할 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에서 태양 전지 구조는 나노와이어(205)를 따라 분포된 복수의 세그먼트(215)를 갖는 광 흡수 나노와이어(205)를 포함하고, 상기 세그먼트(215)의 각각은 태양 스펙트럼의 상이한 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된다. 인입 광은 나노와이어(205)의 최상부 부분에 결합되도록 적응된다. 복수의 세그먼트(215)는 세그먼트(215) 각각의 밴드갭이 나노와이어(205)의 최상부 부분으로부터 나노와이어(205)의 기저 부분으로의 방향으로 감소하도록 배열된다. 이 방식으로, 복수의 세그먼트(215) 중 하나의 밴드갭보다 더 높은 에너지를 갖는 광이 흡수되고 더 낮은 에너지를 갖는 광이 다음 세그먼트(215)로 투과되는, 광의 계단식 선택 흡수 및 투과가 달성된다. 그리고나서 자체의 더 낮은 밴드갭 등을 갖는 다음 세그먼트에 의해 동일한 선택적인 흡수 및 투과가 제공될 것이다. 따라서 고효율을 제공하는 열중화성 손실의 제한으로 인해서 태양 전지 스펙트럼의 많은 부분이 효율적으로 사용될 수 있다.
도 2b는 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하는 나노와이어(205) 및 나노와이어(205)의 적어도 일부를 둘러싸는 광 가이딩 쉘(210)을 포함하는 본 발명의 태양 전지 구조의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한다. 바람직하게 나노와이어(205)는 기판(220)으로부터 돌출한다. 선택적으로, 나노와이어(205)는 기판(220)으로부터 돌출하고 나노와이어(205)를 따라 분포된 복수의 세그먼트(215)를 포함하며, 상기 세그먼트(215) 각각은 태양 스펙트럼의 상이한 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된다. 전방 접촉부(224) 및 후방 접촉부는 각각 나노와이어의 최상부 부분 및 기저 부분에 전기적으로 접속된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전방 접촉부(225)는 나노와이어(205)의 맞은 편의 기판(220) 상에 배열될 수 있다. 최상부 부분에서 태양 전지 구조 내로 결합되는 광을 효율적으로 흡수하기 위해서, 복수의 세그먼트(215)는 나노와이어(205)의 최상부 부분에서 나노와이어(205)의 기저 부분으로의 방향으로 세그먼트(215) 각각의 밴드갭이 감소하도록 배열된다. 광 가이딩 쉘(210)은 나노와이어(205)의 광 흡수부보다 더 높은 밴드갭을 구비한 재료로 제조되고 이 밴드갭은 간접적인 것이 바람직하다. 그로 인해 광 가이딩 쉘(210)은 내부에서 흡수하지 않고 나노와이어(205)의 최상부 부분에서 기저 부분으로의 방향으로 인입 광을 유도한다. 따라서 아주 긴 파장의 인입 광은 세그먼트(215) 각각에 연속해서 흡수된다. 선택적으로 태양 전지 구조는 나노와이어(205)의 기저 부분 주위에서 광각(wrap-around) 구성으로 기판 표면을 커버하는 유전체 층을 포함한다. 더욱이, 도 2b에 도시된 태양 전지 구성은 상술한 바와 같이, 광 가이딩 쉘(210)을 둘러싸는 패시베이팅 및 절연 특성을 갖는 외부 쉘 층을 포함할 수 있다. 이때 광 가이드 쉘 및 이 외부 쉘 층은 함께 태양 전지 구조의 패시베이팅 쉘을 구성한다.
도 3은 본 발명의 태양 전지 구성의 하나의 실시예를 개략적으로 도시하고, 여기서 광 흡수부는 기판(220)으로부터 돌출하고 광 가이딩 쉘(210)에 의해 부분적으로 둘러싸인 나놔와이어(205)이다. 나노와이어(205)의 최상부 부분(240)은 광 가이딩 쉘(209)로부터 외부로 신장된다. 전방 접촉부(224) 및 후방 접촉부(225)는 나노와이어(205)의 최상부 부분(240) 및 기저 부분에 각각 전기적으로 접속된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 후방 접촉부(225)는 나노와이어(205)의 맞은 편의 기판(220) 상에 배열될 수 있고 전방 접촉부(224)는 최상부 부분(240)을 둘러싼다. 전방 접촉부(224)는 나노와이어(205)의 최상부 부분(240)에 접촉한 금속 그리드(grid) 또는 전체 태양 전지 구조를 커버하는 투명 접촉부일 수 있다. 광 가이딩 쉘(210) 위로 신장된 나노와이어(205)의 최상부 부분(240)은 접촉 특성을 더 강화하기 위해서 도핑(doping)될 수 있다. 바람직하게, 나노와이어(205)는 광 가이딩 쉘(210)으로부터 광 가이딩 기능을 획득하기 위해서 나노와이어(205)의 직접적인-밴드갭 재료보다 더 높은 밴드갭을 갖는 하나의 직접적인-밴드갭 재료를 포함한다. 나노와이어(205)는 태양 스펙트럼의 미리 규정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 밴드갭을 각각 형성하는 복수의 세그먼트(215)를 포함한다. 바람직하게, 복수의 세그먼트(215)는 세그먼트에 의해 형성된 밴드갭이 기판(220)의 최상부 부분(240)으로부터 나노와이어(205)를 따라 기저 부분으로의 방향으로 연속하여 감소하도록 배열된다. 사용 시에 인입 광이 태양 전지 구조 내로 결합되어 광자가 나노와이어(205)의 기저 부분 방향으로 진행함에 따라 먼저 높은 에너지 광자가 흡수되고, 이후에 연속해서 낮은 에너지를 갖는 광자가 계속적으로 세그먼트(215)에 흡수된다. 광이 광 가이딩 쉘(210)에 의해 유도되기 때문에 나노와이어는 일부분이 투명하지 않을 수 있다. 세그먼트(215)는 예를 들어 Esaki 다이오드(216) 또는 짧은 금속 세그먼트에 의해 직렬로 접속될 수 있다.
나노와이어 기술은, 격자 매칭의 필요성 없이도, 복수의 세그먼트(215)에 의해 형성된 나노와이어(205)의 내부 구조와 같은, 헤테로 구조의 형성을 가능하게 하며, 이는 재료 조합에 있어서 큰 자유도를 제공한다. 그러므로 태양 스펙트럼의 사실상 어떤 파장 범위의 흡수를 위한 밴드갭이 나노와이어(205)(종래의 평면 기술을 사용해서 신속하게 제조될 수 없는)에서 달성될 수 있다. 원칙적으로 본 발명에 따른 나노와이어(205)의 세그먼트(215)의 상이한 밴드갭의 수에 대한 제한이 존재하지 않고 따라서 태양 전지 스펙트럼의 많은 부분에서의 광이 흡수될 수 있다.
광 가이딩 쉘(210)은 나노와이어(205) 상으로의 광 가이딩 쉘의 급속 성장에 의해서 나노와이어(205)에 에피택셜로 접속되는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시예에서 태양 전지 구조는 광 가이딩 쉘(210)의 중심에 있는 것이 바람직한 나노와이어(205)를 포함한다. 광 가이딩 쉘(210)은 간접적인 고-밴드갭 재료로 제조되고 단지 단일 모드 광 전파가 가능하도록 충분히 협소하며, 나노와이어는 이에 비해 작다. 본 실시예에 따른 태양 전지 구조의 기능은 다음과 같다: 광은 나노와이어(205)의 최상부 부분(240)에서 태양 전지 구조 내로 결합된다. 광 가이딩 쉘(210)이 간접적인 높은-밴드갭 재료이므로, 광은 여기서 흡수되지 않을 것이고, 광 가이딩 쉘이 단일-모드이므로, 필드는 코어(core), 즉, 나노와이어(205)의 위치에서 가장 강력하다. 광이 아래로 진행할 때, 더 높은 에너지는 효율적으로 흡수되는 반면에, 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 광자는 단지 투명한 도파관을 겪을 것이다. 에너지 밴드가 나노와이어(205)에서 연속적으로 제거됨에 따라, 광자는 각 세그먼트(215) 내의 포토-전압(photo-voltage)을 발생시키며, 포토-전압은 상기 세그먼트에서의 밴드갭과 동일한다. 이상적으로, 상기 구조는 단지 저-에너지 광만이 기판으로 침투하는데 아주 유효할 것이다. 그러나, 기판은 헤메는(stray) 더 높은 에너지 광자를 수집하고 포토-전압을 발생시키기 위해서 표준 포토다이오드를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 구조의 기판(220)은 도 3에 도시된 바와 같이, 단지 기계적 지지 및 전기적 접촉으로 기능할 수 있거나, 또는 하나 이상의 전기적 능동 컴포넌트, 예를 들어 표준 포토다이오드 구조를 또한 포함할 수 있다. 포토다이오드를 갖는 이와 같은 태양 전지 구조의 하나의 실시예는, 기판(220)에서 반대로 도핑된 범위(222, 223), 예를 들면 p-도핑된 범위(222) 및 후속하여 n-도핑된 범위에 의해서 실현되고, 도 4a에 개략적으로 도시된다.
도 4b는 나노와이어(205)가 광 가이딩 쉘(210)의 최상부에, 또는 근처에서 종결하는 본 발명에 따른 태양 전지 구조의 다른 실시예를 도시한다. 반드시는 아니지만, 가능하면, 나노와이어(210)는 촉매 입자의 캡(cap)(250)으로 종결하고, 이는 임의의 나노와이어 성장 방법에 통상적이다. 이 배열은 편평한, 바람직하게는 투명한 전방 접촉부로써 사용하는데 가장 적합하다.
광 가이딩 쉘(210)은 단일 모드 도파관으로서 동작하는데 제한되지 않을지라도 도파관으로서 해석될 수 있다. 광 가이딩 쉘(210)은 광을 차례로 감소하는 밴드갭의 범위를 통하도록 지향시키거나 유도하여, 후속하는 광 수집을 가능하게 한다. 더욱이 광 가이딩 쉘(210)은 나노와이어(205)의 원주면에서의 흡수로 인한 그리고 태양 전지 구조에서의 외부로의 광 투과로 인한 손실을 방지한다.
도 5a는 세그먼트(215) 및 세그먼트 내부에 p- 및 n-형 범위를 갖는 Esaki-다이오드(216)를 도시하는, 나노와이어(205)의 확대도를 개략적으로 도시한다. 도 5b는 종래의 평면 탠덤 전지에서 흔히 사용되는 Esaki-다이오드가 금속 세그먼트(217)와 교체된, 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다. 이는 본 발명에 따른 태양 전지 구조에서 나노와이어(205)에서의 투명성에 대한 필요성이 감소하기 때문에 가능하다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈 또는 태양 전지 패널은 통상적으로 기판 또는 웨이퍼 상에 바람직하게 그리고 고밀도로 패키징된 아주 많은 수의 상술한 태양 전지 구조를 포함한다. 태양 전지 모듈은 하나의 웨이퍼를 포함할 수 있으나, 필요한 전력 생산을 제공하기 위해 상호 접속된 복수의 웨이퍼 또한 가능하다.
평면 기술을 사용하여 제작된 종래 기술의 태양 전지를 넘어서는 본 발명에 따른 태양 전지 구조의 하나의 장점은 이 구조가 정상적인 MOCVD보다 더욱 간소화된 시스템에서 성장될 수 있다는 점이다. 게다가, 이론상으로 태양 스펙트럼을 모두 통과하는 밴드갭을 갖는 재료들은 나노와이어에서 통합될 수 있다. 그러므로 기판은 단지 지지 구조로서 사용될 수 있다. 각각의 나노와이어(205)에 필요한 작은 성장 에어리어로 인해, 전체 웨이퍼에 걸쳐 매우 높은 정도의 동질의 성장이 필요하지 않고, 이는 성장 시스템에서의 요건을 완화시킨다. 또한 작은 영역으로 인해, 기판은 더욱 간소화된 다결정 또는 박막 실리콘 등일 수 있다.
광 가이딩 쉘 배열은 고유하게 집중된 양자를 코어에 제공하고, 이는 또한 심지어 확산 광 조건 하에서 포화된 전압을 제공할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면 복수의 수직 pn-접합을 갖는 나노와이어(205)를 포함하는 태양 전지 구조가 제공되고, 여기서 상부 pn-접합은 높은 밴드갭 섹션을 형성하고 낮은 pn-접합은 낮은 밴드갭 섹션을 형성한다. 섹션들은 Esaki 터널링 다이오드에 의해 분리되는 것이 바람직하다. 광 가이딩 쉘(210)은 나노와이어(205)를 둘러싸고 패시베이팅 및 절연 재료는 나노와이어 사이의 체적을 충전하는 것이 바람직하다. 예를 들어 터널 다이오드 층은 강하게 도핑된 AlGaAs, GaAsP 또는 GaInP일 수 있다. 상이한 격자 정수(lattice-constant)를 갖는 재료의 조합은 격자 매칭이 필요한 평면 기술을 사용하여 달성하는 것이 어려울 것이다. 본 발명에서 격자 매칭은 작은 관심사(왜냐하면 그렇지 않으면 전통적인 평면 에피택셜 성장 방법을 사용할 때 이는 본류의 개발을 방해하기 때문이다)이므로, 이 방법은 차후에 더 많은 접합으로 확장될 수 있다. 듀얼-접합 태양 전지에 있어서 최상부 세그먼트(서브 전지)의 밴드갭은 이상적으로는 1.6-1.8eV의 범위에 있어야 하고 최하부 세그먼트(서브 전지)는 0.9-1.1eV의 범위에 있어야 한다. 이 밴드갭 에너지는 최상부 세그먼트에 대해서는 GaAsP 또는 GaInP, 또는 최하부 세그먼트에 대해서는 InAsP를 사용함으로써 도달될 수 있다. 에너지 수집을 위해서 이 재료 조합에 의해 스패닝(spanning)된 전체 에너지는 0.4eV(InAs)에서 2.24eV(GaInP)까지 포괄한다.
본 발명에 따른 광 가이딩 장치에서 도 6에 도시된 바와 같은 광 가이딩 쉘은 자체의 굴절 지수 n에 의해 분리된 파장 λ보다 더 크다. 폭 d는 500nm보다 더 큰 것이 바람직하다. 광 가이딩 쉘(209)은 광을 나노와이어를 따라 반사를 통해 지향시킨다. 도면에 도시된 바와 같이 패시베이팅 쉘(209)은 나노와이어들 사이의 체적을 충전시키는 매트릭스(matrix)일 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 구조의 특정한 실시예의 하나의 예는, 직경이 약 0.5㎛이고 그중 약 100nm이 다중-밴드갭 코어 구조인 전체 광 가이딩 구조로서 기능하는, AlN과 같은 완전 투명 고 굴절 지수 쉘의 급속 성장을 통해 생성된, 광자 광 가이딩 설계를 갖는다. 신장된 나노와이어의 밀접한 배열로 인해, 나노와이어(205)의 최상부 부분(약 0.5㎛)은 인입 광의 플럭스(flux)를 포획할 것이므로, 그리고나서 상기 인입 광은, 고에너지 컴포넌트가 자체의 밴드갭 아래의 모든 광자 에너지에 대한 완전 투명 도파관처럼 보이는 최상부 세그먼트에서 포획되는 방식으로 하향하여 투과된다. 동일한 선택적인 흡수 및 투과가 더 낮은 밴드갭 등을 갖는 다음 세그먼트에 의해서 제공될 것이다. 최상부 위에서 선택된 밴드-갭 세그먼트는 접촉에 사용되는 길고, 강하게 n-도핑된 GaN 세그먼트이다. 최하부 세그먼트는 InN으로 제조될 수 있고 중간 세그먼트는 증가하는 Ga 부분을 포함하며 약 Ga0.7In0.3N의 조성을 갖는 최상부 세그먼트까지 증가한다. 기판은 이 경우에 가장 낮은 밴드갭이 나노와이어의 하부에 있을 것이기 때문에 지지 및 후방 접촉을 제공할 것이다. 가능한 다른 재료 조합은 AlGaInAsP이다. 이 재료 시스템에서, 0.4eV에서 2.25eV 사이의 값을 갖는 직접적인 밴드갭 재료가 존재함으로써 다중-접합 전지에 대한 최신 기술과 아주 잘 경합한다. 이 경우 낮은 세그먼트는 양호하게 설정된 InAs1 - xPx 시스템으로 형성될 수 있고 예를 들어 상부 세그먼트는 GaxIn1 - xP 시스템으로 형성되며, Ga가 많은(70%) GaInP를 갖는 최상부 세그먼트는 2.25eV의 직접적인 밴드갭을 갖는다. 격자 매칭이 필요한 종래의 평면 기술 방법을 사용하여 접근할 수 없는 재료 조합이 존재한다.
본 발명에 따른 나노와이어 기반 태양 전지 구조를 사용하여 (태양)광의 제어된 흡수는 또한 다른 방법으로 달성될 수 있는데, 이는 "유효 매질"형 개념으로 칭해질 수 있다. "유효 매질"은 통상적으로 인입 광의 파장보다 현저하게 짧은 파장 규모에서 상이한 재료를 포함하는 구조로 기술된다. 이 개념은 흔히 사용되는 광학적 흡수 효과에 의한 연속 막에서 흡수를, 인입 광(흡수되고자 의도되는)의 파장보다 실질적으로 더 짧은 거리로 이격되어 평행한 나노와이어의 조밀한 배열로 대체함으로써 확인될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 구조의 하나의 실시예는 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하는 복수의 나노와이어를 포함한다. 나노와이어는 선택적으로 기판으로부터 돌출하고, "유효 매질" 효과를 달성하기 위해, 나노와이어에는 태양 전지 구조가 흡수하고자 하는 광의 파장보다 더 짧은 인접한 나노와이어 간 최대 간격이 제공된다. 높은 그리고 간접적인 밴드갭을 갖는 재료의 패시베이팅 쉘은 나노와이어의 적어도 일부를 둘러싸는 것이 바람직하다. 패시베이팅 쉘은 나노와이어 사이의 간격을 완전히 충전할 수 있다.
나노와이어의 내부 구조는 하나 이상의 세그먼트를 포함할 수 있고, 각각의 세그먼트는 태양 스펙트럼의 미리 규정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 밴드갭을 형성한다. 상이한 밴드갭을 갖는 세그먼트를 제공함으로써, 각각의 세그먼트는 태양 스펙트럼의 상이한 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된다.
본 발명의 하나의 실시예에서 태양 전지 구조는 복수의 나노와이어를 포함하고, 상기 복수의 나노와이어는 상기 상이한 파장 범위 중 가장 짧은 파장보다 더 짧은 인접한 나노와이어 간 최대 간격을 가지면서 기판상에 제공된다.
도 7은 "유효 매질' 개념을 개략적으로 도시하며, 여기서 a)는 복수의 층(741, 742, 743, 744, 745, 746)이 두꺼운 화살표 방향으로 표시된 인입 광의 상이한 부분들을 흡수하는 세그먼트를 형성하는 평면 기술을 사용하여 제조된 종래의 다중-접합 포토 볼테익 장치를 개략적으로 도시한다. 배경기술에서 설명된 바와 같이 적절한 재료 조합으로 이와 같은 다층 구조를 형성하는 것은 매우 어려우며 확장 Ⅲ-Ⅴ기판(720)의 사용을 필요로 한다. 도 7b는, 최대 나노와이어 간격, 즉, 중심-대-중심 거리(D)를 갖는 조밀하게 패키징된 나노와이어(705)의 매트릭스를 포함하는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 태양 전지 구조를 대략적으로 도시하며, 여기서 최대 나노와이어 간격은 상기 장치가 흡수하도록 설계된 가장 짧은 파장보다 더 짧다. 인입 광자는 조밀한 배열을 일련의 준(quasi) 연속 흡수층으로 "인식"할 것이고 반면에 발생되는 전자 및 정공은 수직 나노와이어 구조에 의해 정밀하게 수집될 것이다. 이 방법은 PV-전지 조도를 위한 표준 구조를 가능하게 함으로써, 가장 높은 PV 효율에 필요한 후속 흡수 특성을 보장한다.
인접한 나노와이어 간 최대 간격 D는 400nm 이하이고, 200nm 이하인 것이 바람직하며, 심지어 150nm 이하인 것이 더 바람직하다. 상기 실시예에서의 나노와이어의 폭은 통상적으로 대략 100nm이다. 최대 간격(D)은 또한 광의 파장 λ 및 나노와이어 재료의 유효 굴절 지수 neff와 관련될 수 있다. 최대 간격(D)은 λ/neff보다 작다. 기판(720)은 실리콘 기판인 것이 바람직하고, 나노와이어(705)는 기판에서 신장되는 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 수직 단일 pn-접합을 갖는 나노와이어(705)를 포함하는 태양 전지 구조가 제공된다. 기판(720)은 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이 InP 또는 GaAs 기판과 같은 p형 Ⅲ-Ⅴ 웨이퍼일 수 있지만, 실리콘 기판의 선택이 많은 경우에 바람직하다. 상부 최상층 n 도전 영역에 접촉하기 위해, 도전성 투명막이 전체 구조에 걸쳐 증착될 수 있는데, 왜냐하면 n-도핑된 나노와이어 영역 사이 내부의 영역은 나노와이어(705)를 둘러싼 패시베이팅 쉘(709)을 구성하는, 절연 및 표면 패시베이팅 유전체 마스크, 예를 들면 SiO2에 의해 커버되기 때문이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면 복수의 pn-접합 형성 세그먼트(715)는 유효 매질 아키텍처에 제공된다. 도면은 내장된 Esaki 터널링 다이오드(716) 및 주위의 패시베이팅 쉘(709)을 갖는 탠덤 포토 볼테익 전지를 도시한다. 나노와이어(705)의 길이, 폭(직경) 및 충분히 높은 밀도를 선택함으로써, 이 기하학적 구조는 실질적으로 모든 인입 복사가 나노와이어(705)에 의해 흡수될 것임을 보장할 것이다. 듀얼 접합의 최상부에서, 간접적인 밴드갭 재료의 세그먼트는 광 가이드 방법에 대한 광 흡수 효율을 증가시키기 위해서 성장될 수 있다. 선택된 재료의 밴드갭을 초과하는 에너지를 갖는 광자의 나노와이어 흡수는 높을 수 있고 파장에 종속된 침투 깊이가 예상될 수 있다.
유효 매질 개념에 기반한 실시예에서의 패시베이팅 쉘(709)은 주로 패시베이션 및 절연용이다. 그러나, 상기 패시베이팅 쉘(709)은 본 명세서의 다른 실시예에서 기술된 바와 같이 광 가이딩 쉘을 포함할 수 있다. 도 10은 기판(720)으로부터 돌출한 복수의 나노와이어(705)를 포함하는 본 발명에 따른 태양 전지 구조의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한다. 나노와이어(705)는 Esaki 터널링 다이오드(716)에 의해서 분리된 복수의 pn-접합 형성 세그먼트(715)를 포함한다. 나노와이어(705)는 근접하여 패키징되고, 즉, 나노와이어 간 최대 간격(D)은 태양 전지 구조가 흡수하고자 하는 광의 파장보다 더 짧다. 나노와이어의 최상부 부분(740)은 전방 접촉에 대한 낮은 접촉 저항을 획득하기 위해서 강하게 도핑된 세그먼트를 포함한다. 상술한 바와 같이, 나노와이어 간 체적을 완전히 충전하는 패시베이팅 쉘(709)은 광 가이딩 쉘(709)을 포함한다.
나노와이어에 기반한 고효율 다중-접합 포토 볼테릭 전지의 실현을 위해, 고아 흡수가 적절한 시퀀스에서 발생함으로써 상이한 재료 섹션에서의 랜덤한 흡수가 방지되어야만 하는 것이 제안된다. 상술한 실시예에서 이 후속하는 흡수는 광이 나노와이어의 최상부에서 최하부 종단까지 유도되는 코어-쉘 구조를 사용하여 달성된다.
광이 전방 접촉 또는 최상부 부분을 통하여 나노와이어로 결합하도록 본 발명의 태양 전지 구조가 적응되는 것으로 기술되었을지라도, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 인입하는 광은 또한 기판을 통해 나노와이어로 투과될 수 있다. 이와 같은 경우, 세그먼트들은 가장 높은 에너지를 흡수하는 세크먼트가 기판에 가장 가깝도록 배열되어야만 한다.
복수의 세그먼트(215, 715)를 포함하는 실시예는 각각이 태양 스펙트럼의 상이한 주파수 범위에서 광을 흡수하도록 적응된 세그먼트(215, 715)로 제한되지 않는다. 태양 전지 구조의 나노와이어(205, 705)는 태양 스펙트럼의 동일한 미리 규정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 둘 이상의 세그먼트(215, 715)를 포함할 수 있다. 이는 태양 전지 구조의 전압 출력을 점진적으로 증강시키는데 사용될 수 있다.
본 발명이 다중-접합 PV-애플리케이션의 맥락으로 기술될지라도, 광검출기와 같은 광전자공학의 다른 영역에서의 사용을 발견하는 것이 예상된다. 본원에 기술된 분야의 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다양한 방식으로 조합될 수 있다.
기판에 적합한 재료는, 이에 제한되지 않지만: Si, GaAs, GaP, GaP:Zn, InAs, InP, GaN, Al2O3, SiC, Ge, GaSb, ZnO, InSb, SOI(silicon-on-insulator), CdS, ZnSe, CdTe를 포함한다. 나노와이어 및 나노와이어에 적합한 재료는, 이에 제한되지 않지만: GaAs, InAs, Ge, ZnO, InN, GaInN, GaN AlGaInN, BN, InP, InAsP, GaP, GaAsP, GaInP, GaInAs, AlInP, GaAlInP, GaAlInAsP, GaInSb, InSb, Si를 포함한다. 가능한 도너 도펀트(donor dopant)는 Si, Sn, Te, Se, S 등이며, 액셉터 도펀트(acceptor dopant)는 Zn, Fe, Mg, Be, Cd 등이다. 패시베이팅 및 광 가이딩 쉘에 적합한 재료는, 이에 제한되지 않지만: AlN, GaN, InN, AlGaInN, BN, SiC, GaP, GaAsP, AlAs, AlP, AlSb, AlAsP, GaAlAs, GaAlAsP, AlInP, SiO2, Al2O3, ZnO, SiN, HfO2, ZrO2, ZnCdTeSeS, 유리, 유기 중합체 등을 포함한다. 본원에 기술된 나노와이어 기술의 사용으로 GaN, InN 및 AlN과 같은 질화물의 사용이 가능해졌음에 주목해야 한다.
본 발명이 가장 실제적이고 바람직한 실시예로 고려되고 있는 것과 관련하여 기술되었을지라도, 본 발명은 게시된 실시예로 제한되지 않고, 오히려 첨부된 청구항의 범위 내의 다양한 수정 및 변형 배열을 커버하도록 의도된 것이 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 태양 전지 구조에 있어서:
    - 상기 태양 전지 구조의 광 흡수부를 구성하는 하나 이상의 나노와이어(205); 및
    상기 나노와이어(205)의 적어도 일부를 둘러싸는 패시베이팅 쉘(209)을 포함하는 태양 전지 구조.
  2. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 상기 기판(220)으로부터 돌출한 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 상기 기판(220)으로부터 수직으로 돌출한 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패시베이팅 쉘(209)은 광 가이딩 쉘(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 상기 태양 스펙트럼의 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응된 밴드갭을 형성하는 세그먼트(215)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 가이딩 쉘(210)은 상기 세그먼트(215)보다 더 높은 밴드갭을 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 가이딩 쉘(210)의 밴드갭은 간접적인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 복수의 세그먼트(215)를 포함하고 각각의 세그먼트는 상기 태양 스펙트럼의 상이한 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 둘 이상의 세그먼트(215)를 포함하고 각각의 세그먼트는 상기 태양 스펙트럼의 미리 결정된 파장 범위 내의 광을 흡수하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트(215)는 상기 세그먼트(215) 각각의 밴드갭이 의도된 인입 광(201)과 떨어지는 방향으로 그리고 상기 나노와이어(205)의 세로축을 따라 감소하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세그먼트(215)는 Esaki 다이오드(216)를 통해 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세그먼트(215)는 금속 세그먼트(217)를 통해 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  13. 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 가이딩 쉘(210)은 상기 나노와이어(205)에 에피택셜로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  14. 제 2 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)의 최상부 부분은 상기 패시베이팅 쉘(209)로부터 신장되고, 상기 나노와이어의 최상부 부분은 전방 접촉부에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어(205)는 직접적인 밴드갭을 갖는 하나 이상의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 나노와이어(705) 간 최대 간격은 상기 태양 전지 구조가 흡수하고자 하는 광의 파장보다 더 짧게 위치된 복수의 나노와이어(705)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 인접한 나노와이어(705) 간 최대 간격은 상기 상이한 파장 영역 중 가장 짧은 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 인접한 나노와이어(705) 간 최대 간격은 400nm보다 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 인접한 나노와이어(705) 간 최대 간격은 150nm보다 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(720)은 실리콘 기판(720)이고 상기 나노와이어(705)는 상기 실리콘 기판(720)에 에피택셜로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 태양 전지 구조를 포함하는 태양 전지 모듈.
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Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186809A1 (en) 2007-06-19 2010-07-29 Lars Samuelson Nanowire- based solar cell structure
US8890271B2 (en) 2010-06-30 2014-11-18 Zena Technologies, Inc. Silicon nitride light pipes for image sensors
US9000353B2 (en) 2010-06-22 2015-04-07 President And Fellows Of Harvard College Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires
US8519379B2 (en) 2009-12-08 2013-08-27 Zena Technologies, Inc. Nanowire structured photodiode with a surrounding epitaxially grown P or N layer
US8274039B2 (en) 2008-11-13 2012-09-25 Zena Technologies, Inc. Vertical waveguides with various functionality on integrated circuits
US8384007B2 (en) * 2009-10-07 2013-02-26 Zena Technologies, Inc. Nano wire based passive pixel image sensor
US8229255B2 (en) 2008-09-04 2012-07-24 Zena Technologies, Inc. Optical waveguides in image sensors
US9299866B2 (en) 2010-12-30 2016-03-29 Zena Technologies, Inc. Nanowire array based solar energy harvesting device
US8269985B2 (en) 2009-05-26 2012-09-18 Zena Technologies, Inc. Determination of optimal diameters for nanowires
US8748799B2 (en) 2010-12-14 2014-06-10 Zena Technologies, Inc. Full color single pixel including doublet or quadruplet si nanowires for image sensors
US8299472B2 (en) 2009-12-08 2012-10-30 Young-June Yu Active pixel sensor with nanowire structured photodetectors
US8889455B2 (en) 2009-12-08 2014-11-18 Zena Technologies, Inc. Manufacturing nanowire photo-detector grown on a back-side illuminated image sensor
US9515218B2 (en) 2008-09-04 2016-12-06 Zena Technologies, Inc. Vertical pillar structured photovoltaic devices with mirrors and optical claddings
US9478685B2 (en) 2014-06-23 2016-10-25 Zena Technologies, Inc. Vertical pillar structured infrared detector and fabrication method for the same
US8791470B2 (en) 2009-10-05 2014-07-29 Zena Technologies, Inc. Nano structured LEDs
US8546742B2 (en) 2009-06-04 2013-10-01 Zena Technologies, Inc. Array of nanowires in a single cavity with anti-reflective coating on substrate
US9343490B2 (en) 2013-08-09 2016-05-17 Zena Technologies, Inc. Nanowire structured color filter arrays and fabrication method of the same
US8866065B2 (en) 2010-12-13 2014-10-21 Zena Technologies, Inc. Nanowire arrays comprising fluorescent nanowires
US9082673B2 (en) 2009-10-05 2015-07-14 Zena Technologies, Inc. Passivated upstanding nanostructures and methods of making the same
US9406709B2 (en) 2010-06-22 2016-08-02 President And Fellows Of Harvard College Methods for fabricating and using nanowires
US8735797B2 (en) 2009-12-08 2014-05-27 Zena Technologies, Inc. Nanowire photo-detector grown on a back-side illuminated image sensor
US8835831B2 (en) 2010-06-22 2014-09-16 Zena Technologies, Inc. Polarized light detecting device and fabrication methods of the same
CN102484147B (zh) * 2009-04-15 2015-11-25 索尔伏打电流公司 具有纳米线的多结光生伏打电池
US8211735B2 (en) 2009-06-08 2012-07-03 International Business Machines Corporation Nano/microwire solar cell fabricated by nano/microsphere lithography
CN102656700A (zh) * 2009-10-22 2012-09-05 索尔伏打电流公司 纳米线隧道二极管及其制造方法
US8390705B2 (en) 2009-10-27 2013-03-05 Hewlett-Packard Develoment Company, L.P. Nanowire photodiodes
JP2011135058A (ja) * 2009-11-30 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd 太陽電池素子、カラーセンサ、ならびに発光素子及び受光素子の製造方法
US8476637B2 (en) 2010-06-08 2013-07-02 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device having sidewall electrical contact
US8659037B2 (en) 2010-06-08 2014-02-25 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device with independently controllable junctions
US8431817B2 (en) * 2010-06-08 2013-04-30 Sundiode Inc. Multi-junction solar cell having sidewall bi-layer electrical interconnect
GB201113464D0 (en) * 2011-08-03 2011-09-21 Sunflake As Nanostructure, nanostructure fabrication method and photovoltaic cell incorporating a nanostructure
WO2013126432A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-29 California Institute Of Technology Axially-integrated epitaxially-grown tandem wire arrays
WO2013184065A1 (en) 2012-06-07 2013-12-12 Qunano Ab A method of manufacturing a structure adapted to be transferred to a non-crystalline layer and a structure manufactured using said method
US10090292B2 (en) 2012-07-06 2018-10-02 Qunano Ab Radial nanowire Esaki diode devices and methods
WO2014045333A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 富士通株式会社 太陽電池及びその製造方法
CN103050564B (zh) * 2012-12-21 2016-04-06 北京邮电大学 一种基于多节纳米线径向pn结的太阳能电池及制备方法
US9012883B2 (en) * 2012-12-21 2015-04-21 Sol Voltaics Ab Recessed contact to semiconductor nanowires
FR3008546B1 (fr) * 2013-07-12 2015-08-07 Commissariat Energie Atomique Photodetecteur semi-transparent a jonction p-n structuree
JP6214037B2 (ja) * 2013-10-03 2017-10-18 シャープ株式会社 光検知素子
US9529126B2 (en) * 2014-01-09 2016-12-27 Wisconsin Alumni Research Foundation Fresnel zone plate
WO2016071762A1 (en) * 2014-11-07 2016-05-12 Sol Voltaics Ab Shell-enabled vertical alignment and precision-assembly of a close-packed colloidal crystal film
EP3260414A1 (en) 2016-06-21 2017-12-27 Sol Voltaics AB Method for transferring nanowires from a fluid to a substrate surface
JP7103027B2 (ja) * 2018-07-30 2022-07-20 富士通株式会社 化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、発電装置及び電源装置
CN111446267B (zh) 2019-01-17 2023-01-03 联华电子股份有限公司 光检测器及其制作方法
CN111180554B (zh) * 2020-01-08 2023-01-03 燕山大学 一种混合结构太阳能电池的制备方法
CN114530465A (zh) * 2020-11-23 2022-05-24 联华电子股份有限公司 影像感测元件及其制作方法
TW202243225A (zh) * 2021-04-16 2022-11-01 聯華電子股份有限公司 影像感測器結構及其製造方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4234352A (en) 1978-07-26 1980-11-18 Electric Power Research Institute, Inc. Thermophotovoltaic converter and cell for use therein
ATE291398T1 (de) 1999-06-04 2005-04-15 Sdgi Holdings Inc Künstliches zwischenwirbelimplantat
AU2002307008C1 (en) * 2001-03-30 2008-10-30 The Regents Of The University Of California Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom
US6947161B2 (en) 2001-05-16 2005-09-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for automatic status tracking of automatically ordered replaceable components for printing devices
US6946597B2 (en) * 2002-06-22 2005-09-20 Nanosular, Inc. Photovoltaic devices fabricated by growth from porous template
US7335908B2 (en) 2002-07-08 2008-02-26 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
EP2399970A3 (en) * 2002-09-05 2012-04-18 Nanosys, Inc. Nanocomposites
US6969897B2 (en) * 2002-12-10 2005-11-29 Kim Ii John Optoelectronic devices employing fibers for light collection and emission
US7179988B2 (en) * 2002-12-11 2007-02-20 General Electric Company Dye sensitized solar cells having foil electrodes
TWI229011B (en) * 2002-12-31 2005-03-11 Ind Tech Res Inst Visible light-induced strong oxidation strong reduction photo catalyst
US7265037B2 (en) * 2003-06-20 2007-09-04 The Regents Of The University Of California Nanowire array and nanowire solar cells and methods for forming the same
US8847063B2 (en) * 2003-07-07 2014-09-30 Dow Corning Corporation Encapsulation of solar cells
KR101001547B1 (ko) * 2004-01-28 2010-12-17 삼성에스디아이 주식회사 섬유상 태양 전지 및 이의 제조 방법
US6933539B1 (en) * 2004-05-17 2005-08-23 Corning Incorporated Tunnel junctions for long-wavelength VCSELs
US20060021647A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 Gui John Y Molecular photovoltaics, method of manufacture and articles derived therefrom
US20060207647A1 (en) * 2005-03-16 2006-09-21 General Electric Company High efficiency inorganic nanorod-enhanced photovoltaic devices
CN101292365B (zh) * 2005-06-17 2012-04-04 依路米尼克斯公司 纳米结构的光伏器件及其制造方法
JP2009506546A (ja) * 2005-08-24 2009-02-12 ザ トラスティーズ オブ ボストン カレッジ ナノスケール共金属構造を用いた太陽エネルギー変換のための装置および方法
US8314327B2 (en) * 2005-11-06 2012-11-20 Banpil Photonics, Inc. Photovoltaic cells based on nano or micro-scale structures
US7402531B1 (en) * 2005-12-09 2008-07-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for selectively controlling lengths of nanowires
US8030385B2 (en) 2006-03-07 2011-10-04 Acushnet Company Golf ball compositions
JP5483887B2 (ja) 2006-03-08 2014-05-07 クナノ アーベー Ｓｉ上のエピタキシャルな半導体ナノワイヤの金属無しでの合成方法
EP1892769A2 (en) * 2006-08-25 2008-02-27 General Electric Company Single conformal junction nanowire photovoltaic devices
US20080135089A1 (en) * 2006-11-15 2008-06-12 General Electric Company Graded hybrid amorphous silicon nanowire solar cells
US7629532B2 (en) * 2006-12-29 2009-12-08 Sundiode, Inc. Solar cell having active region with nanostructures having energy wells
US7977568B2 (en) 2007-01-11 2011-07-12 General Electric Company Multilayered film-nanowire composite, bifacial, and tandem solar cells
US8003883B2 (en) 2007-01-11 2011-08-23 General Electric Company Nanowall solar cells and optoelectronic devices
US20080178931A1 (en) * 2007-01-26 2008-07-31 Hye-Won Seo Multi-junction solar cell
US20100186809A1 (en) 2007-06-19 2010-07-29 Lars Samuelson Nanowire- based solar cell structure
US8491718B2 (en) 2008-05-28 2013-07-23 Karin Chaudhari Methods of growing heteroepitaxial single crystal or large grained semiconductor films and devices thereon
US20100154861A1 (en) 2008-12-23 2010-06-24 Formfactor, Inc. Printed solar panel
CN102484147B (zh) 2009-04-15 2015-11-25 索尔伏打电流公司 具有纳米线的多结光生伏打电池

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