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JP3893466B2 - Photovoltaic element, solar cell, and method for producing photovoltaic element - Google Patents
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Photovoltaic element, solar cell, and method for producing photovoltaic element Download PDF

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Description

本発明は、光起電力素子、太陽電池、及び光起電力素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device, a solar cell, and a method for manufacturing a photovoltaic device.

量子井戸を利用したpin接合型太陽電池が提案されることによって、太陽電池における変換効率が著しく改善され、従来のタンデム型の太陽電池に取って代わるようになった。量子井戸型の太陽電池においては、井戸の幅及び深さを制御することによって吸収端及びスペクトル特性を改善できることから、短絡電流及び開放端電圧を独立に制御することができる。   By proposing a pin junction solar cell using a quantum well, the conversion efficiency of the solar cell has been remarkably improved, and has come to replace the conventional tandem solar cell. In the quantum well type solar cell, the absorption edge and the spectral characteristics can be improved by controlling the width and depth of the well, so that the short circuit current and the open circuit voltage can be controlled independently.

しかしながら、このような量子井戸型の太陽電池において、量子井戸で光吸収によって生成した電子正孔対が発電に寄与するためには、電子及び正孔が再結合する以前に、これら電子及び正孔を量子井戸から障壁層へ脱離させ、さらに隣接する量子井戸への捕獲及び脱離を繰り返して電極に到達することが要求される。したがって、このような従来の量子井戸型の太陽電池においても、電子及び正孔の輸送過程では電子及び正孔の再結合が優先となり、吸収された光が有効に発電に寄与しない場合があった。   However, in such a quantum well type solar cell, in order for an electron-hole pair generated by light absorption in the quantum well to contribute to power generation, before the electrons and holes are recombined, From the quantum well to the barrier layer, and further, it is required to repeatedly capture and desorb to the adjacent quantum well to reach the electrode. Therefore, even in such conventional quantum well solar cells, recombination of electrons and holes has priority in the transport process of electrons and holes, and the absorbed light may not contribute to power generation effectively. .

本発明は、広範囲の光スペクトルを利用し、高効率で起電力を生ぜしめることができる
新規な光起電力素子を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a novel photovoltaic element that can generate electromotive force with high efficiency by using a wide range of optical spectrum.

上記目的を達成すべく、本発明は、
p型半導体部と、
前記p型半導体部と対向するようにして設けられたn型半導体部と、
前記p型半導体部及び前記n型半導体部間に設けられた島状構造の真性半導体層とを具え、
前記真性半導体層を形成する工程において、前記p型半導体部を700℃に加熱し、
前記真性半導体層は、複数の島状部が平面的に配列されるとともに、厚さ方向に積層されてなり、
前記真性半導体層は、前記複数の島状部を、厚さ方向において各層毎に分断する複数の介在層を有し、
前記真性半導体層における前記複数の島状部と前記介在層とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成され、
前記複数の島状部がGeからなり、前記介在層はSiからなることを特徴とする、光起電力素子に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
a p-type semiconductor portion;
An n-type semiconductor portion provided to face the p-type semiconductor portion;
An island-shaped intrinsic semiconductor layer provided between the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion,
In the step of forming the intrinsic semiconductor layer, the p-type semiconductor portion is heated to 700 ° C.
The intrinsic semiconductor layer has a plurality of island-shaped portions arranged in a plane and is stacked in the thickness direction.
The intrinsic semiconductor layer has a plurality of intervening layers that divide the plurality of island-shaped portions for each layer in the thickness direction,
The plurality of island-shaped portions and the intervening layer in the intrinsic semiconductor layer are composed of a lattice-mismatched semiconductor material,
The plurality of island-shaped portions are made of Ge, and the intervening layer is made of Si .

本発明の光起電力素子においては、発電に寄与する真性半導体層が島状構造を呈するため、前記真性半導体層は、その構造に起因して比較的大きな内部電界を有するようになる。したがって、光吸収によって前記真性半導体層内に生じた電子正孔対は、前記内部電界によって分離され、再結合することなく前記真性半導体層内を伝播し、光電流に寄与するようになる。したがって、広範な光スペクトルを利用した高効率の発電を行うことができるようになる。 In the photovoltaic device of the present invention, since the intrinsic semiconductor layer that contributes to power generation has an island-like structure, the intrinsic semiconductor layer has a relatively large internal electric field due to the structure. Therefore, electron-hole pairs generated in the intrinsic semiconductor layer by light absorption are separated by the internal electric field, propagate in the intrinsic semiconductor layer without recombination, and contribute to photocurrent. Therefore, highly efficient power generation using a wide optical spectrum can be performed.

なお、前記真性半導体層を複数の島状部から構成する。この場合、前記複数の島状部を平面上及び厚さ方向に積層させることによって、前記島状構造の真性半導体層を簡易に形成することができる。また、前記真性半導体層をこのような複数の島状部から構成するようにすれば、各島状部の大きさや積層数などを適宜に制御するいことによって、前記内部電界の大きさを制御することができ、さらに、光吸収波長領域の上限を増大させて、より広範囲の光スペクトルを利用して高効率の発電を行うこともできるようになる。 The intrinsic semiconductor layer is composed of a plurality of island portions. In this case, the intrinsic semiconductor layer having the island-like structure can be easily formed by laminating the plurality of island-like portions on the plane and in the thickness direction. Further, if the intrinsic semiconductor layer is composed of such a plurality of island-shaped portions, the size of the internal electric field can be controlled by appropriately controlling the size of each island-shaped portion and the number of stacked layers. Further, the upper limit of the light absorption wavelength region can be increased, and high-efficiency power generation can be performed using a wider range of light spectrum.

この場合、前記真性半導体層内に、その厚さ方向に積層された前記複数の島状部を各層毎に分断するような複数の介在層を設けるようにすると、上記光起電力素子の製造方法に起因して、各層毎の前記島状部は前記介在層を基層(基部)として形成されるようになるので、前記島状部の大きさなどを各層毎に任意に設定できるようになる。したがって、前記複数の島状部の積層状態、すなわち前記真性半導体層の設計自由度を増大させることができ、前記真性半導体層内に生じる内部電界及び光吸収波長域を自在に設定できるようになる。したがって、前記光起電力素子の発電効率の設計自由度を増大させることができる。 In this case, when a plurality of intervening layers are provided in the intrinsic semiconductor layer so as to divide the plurality of islands stacked in the thickness direction for each layer, the method for manufacturing a photovoltaic element described above As a result, the island-shaped portion of each layer is formed with the intervening layer as a base layer (base portion), and therefore the size of the island-shaped portion can be arbitrarily set for each layer. Therefore, the stacking state of the plurality of island-shaped portions, that is, the degree of freedom in designing the intrinsic semiconductor layer can be increased, and the internal electric field and the light absorption wavelength region generated in the intrinsic semiconductor layer can be freely set. . Therefore, the design freedom of the power generation efficiency of the photovoltaic element can be increased.

以上説明したように、本発明によれば、広範囲の光スペクトルを利用し、高効率で起電力を生ぜしめることができる
新規な光起電力素子を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a novel photovoltaic element that can generate an electromotive force with high efficiency by utilizing a wide optical spectrum.

以下、本発明のその他の特徴及び利点について詳述する。
図1は、本発明の光起電力素子の一例を示す構成図であり、図2は、図1に示す光起電力素子のバンド構造を示す図である。
Hereinafter, other features and advantages of the present invention are described in detail.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the photovoltaic element of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a band structure of the photovoltaic element shown in FIG.

図1に示す光起電力素子10は、p型半導体部としてのp型Si半導体基板11と、この上方に形成された、n型半導体部としてのn型Si半導体層12と、これらの間に設けられた真性半導体層13とを具えている。真性半導体層13は、Geからなる複数の島状部13Aが平面上に配列されるとともに、厚さ方向に積層されることにより島状構造を呈する。また、真性半導体層13内には複数の介在層13Bが形成されており、厚さ方向に積層された島状部13Aを各層毎に分断している。 A photovoltaic element 10 shown in FIG. 1 includes a p-type Si semiconductor substrate 11 as a p-type semiconductor portion, an n-type Si semiconductor layer 12 as an n-type semiconductor portion formed thereabove, and a gap therebetween. And an intrinsic semiconductor layer 13 provided. The intrinsic semiconductor layer 13 exhibits an island-like structure by arranging a plurality of island-like portions 13A made of Ge on a plane and being stacked in the thickness direction. In addition, a plurality of intervening layers 13B are formed in the intrinsic semiconductor layer 13, and the island-shaped portions 13A stacked in the thickness direction are divided for each layer.

なお、光起電力素子10を実際に機能させるためには、p型Si半導体基板11の裏面及びn型Si半導体層12の上面に電極層を形成するが、本例においては省略している。   In order to make the photovoltaic element 10 actually function, an electrode layer is formed on the back surface of the p-type Si semiconductor substrate 11 and the top surface of the n-type Si semiconductor layer 12, but this is omitted in this example.

上述したように、真性半導体層13は複数の島状部13Aから構成されているので、真性半導体層13は、その構造に起因して比較的大きな内部電界を有するようになる。したがって、光起電力素子10の真性半導体層13内に光照射によって生じた電子正孔対は、前記内部電界によって分離され、再結合することなく真性半導体層13内を伝播し、p型Si半導体基板11及びn型Si半導体層13を介して図示しない電極層に流れ込み、光電流に寄与するようになる。したがって、広範な光スペクトルを利用した高効率の発電を行うことができるようになる。さらに、光吸収波長領域の上限を増大させて、より広範囲の光スペクトルを利用して高効率の発電を行うこともできるようになる。 As described above, since the intrinsic semiconductor layer 13 is composed of a plurality of island-like portions 13A, the intrinsic semiconductor layer 13 has a relatively large internal electric field due to its structure. Therefore, electron-hole pairs generated by light irradiation in the intrinsic semiconductor layer 13 of the photovoltaic element 10 are separated by the internal electric field and propagate in the intrinsic semiconductor layer 13 without recombination, and thus a p-type Si semiconductor. It flows into the electrode layer (not shown) through the substrate 11 and the n-type Si semiconductor layer 13 and contributes to the photocurrent. Therefore, highly efficient power generation using a wide optical spectrum can be performed. Furthermore, the upper limit of the light absorption wavelength region can be increased, and high-efficiency power generation can be performed using a wider optical spectrum.

図1に示す例では、p型Si半導体基板11及びn型Si半導体層12との間にGeからなる島状部13Aを有する真性半導体層13を設けているので、光吸収波長領域の上限を従来の1200nm程度から約1400nmまで増大させることができる。すなわち、約1400nmまでの広範な光スペクトルを利用して高効率の発電を行うことができる。 In the example shown in FIG. 1, since the intrinsic semiconductor layer 13 having the island-shaped portion 13A made of Ge is provided between the p-type Si semiconductor substrate 11 and the n-type Si semiconductor layer 12, the upper limit of the light absorption wavelength region is set. It can be increased from about 1200 nm to about 1400 nm. That is, highly efficient power generation can be performed using a wide optical spectrum up to about 1400 nm.

また、真性半導体層13の厚さ方向において、複数の島状部13Aは各層毎に介在層13Bによって分断された構造を呈しているが、これによって複数の島状部13Aを真性半導体層13の厚さ方向において、介在層13を基層(基部)として各層毎に形成することができるようになるので、各層に位置する島状部の大きさなどを下層に位置する島状部の状態などに依存することなく、任意に設定することができるようになる。したがって、複数の島状部13Aの積層状態を任意に制御することができ、真性半導体層13の設計の自由度を増大させることができる。この結果、真性半導体層13内に生じる内部電界の大きさや光吸収波長域を自在に変化させることができ、発電効率を自在に制御できるようになる。 In addition, in the thickness direction of the intrinsic semiconductor layer 13, the plurality of island-like portions 13 </ b> A has a structure divided by the intervening layer 13 </ b> B for each layer, whereby the plurality of island-like portions 13 </ b> A are separated from the intrinsic semiconductor layer 13. In the thickness direction, the intervening layer 13 can be formed for each layer as a base layer (base), so that the size of the island-like portion located in each layer is changed to the state of the island-like portion located in the lower layer, etc. It can be set arbitrarily without depending on it. Therefore, the stacked state of the plurality of island-shaped portions 13A can be arbitrarily controlled, and the degree of freedom in designing the intrinsic semiconductor layer 13 can be increased. As a result, the magnitude of the internal electric field and the light absorption wavelength region generated in the intrinsic semiconductor layer 13 can be freely changed, and the power generation efficiency can be freely controlled.

以下に示す光起電力素子10の製造方法に起因して、島状部13AがGeから構成される場合、介在層13BはSiから構成することが好ましい。   Due to the manufacturing method of the photovoltaic element 10 shown below, when the island-shaped portion 13A is made of Ge, the intervening layer 13B is preferably made of Si.

島状部13Aの高さは特に限定されるものではないが、5nm〜50nmであることが好ましい。また、島状部13Aの幅も特に限定されるものではないが、5nm〜200nmであることが好ましい。これによって、真性半導体層13内に十分大きな内部電界を生ぜしめることができ、光吸収によって生じた電子正孔対の分離を増大せしめ、発電効率を増大させることができるようになる。 The height of the island portion 13A is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 50 nm. Further, the width of the island-shaped portion 13A is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 200 nm. As a result, a sufficiently large internal electric field can be generated in the intrinsic semiconductor layer 13, and the separation of electron-hole pairs generated by light absorption can be increased, so that the power generation efficiency can be increased.

さらに、島状部13Aの積層数は50層から300層であることが好ましい。これによって、量子効率が増大して光吸収波長領域の長波長側の光スペクトルでも真性半導体層13内に電子正孔対を生成できるようになり、光吸収波長領域の上限を従来の約1200nmよりも十分に大きく、例えば約1400nmまで大きくすることができ、十分に高い発電効率を呈するようになる。 Furthermore, it is preferable that the number of stacked island-shaped portions 13A is 50 to 300 layers. As a result, the quantum efficiency is increased, so that electron-hole pairs can be generated in the intrinsic semiconductor layer 13 even in the light spectrum on the longer wavelength side of the light absorption wavelength region, and the upper limit of the light absorption wavelength region is increased from the conventional about 1200 nm. Is sufficiently large, for example, up to about 1400 nm, and exhibits sufficiently high power generation efficiency.

なお、図1では、上方に位置する島状部は下方に位置する島状部の直上に形成されているが、この状態は以下に示す光起電力素子の製造方法などに起因して、島状部13Aさらには真性半導体層13の全体がエネルギー的に安定となるため、得られる光起電力素子10の安定性及び長期信頼性などが増大する。 In FIG. 1, the island portion located above is formed immediately above the island portion located below, but this state is caused by the following method for manufacturing a photovoltaic element. Since the state portion 13A and the whole of the intrinsic semiconductor layer 13 are energetically stable, the stability and long-term reliability of the obtained photovoltaic element 10 are increased.

次に図1に示す光起電力素子の製造方法について説明する。
最初に、p型Si半導体基板11を準備し、硫酸及び過酸化水素水溶液で表面をクリーニングした後、脱イオン水などでリンスし、弗酸溶液中に浸漬することにより、終端を水素化する。次いで、基板11をMBE装置内に設置し、内部を約1×10−10Torrまで排気するとともに、700℃に加熱する。
Next, a method for manufacturing the photovoltaic element shown in FIG. 1 will be described.
First, a p-type Si semiconductor substrate 11 is prepared, the surface is cleaned with sulfuric acid and a hydrogen peroxide solution, rinsed with deionized water or the like, and immersed in a hydrofluoric acid solution to hydrogenate the terminal. Next, the substrate 11 is placed in the MBE apparatus, the inside is evacuated to about 1 × 10 −10 Torr, and heated to 700 ° C.

次いで、基板11上に必要に応じてSiバッファ層を形成した後、GeHの分子線を照射して、第1層目の島状部13Aを形成する。なお、島状部13Aは、基板11を構成する材料(Si)と島状部13Aを構成する材料(Ge)とが、互いに格子不整合系の半導体材料であって、基板11上にGeHの分子線を照射してGe層を形成する際の、前記Ge層の表面エネルギーの増大と歪エネルギーの減少とがバランスすることによって形成される。但し、前記バランスを実現するため、数原子層の厚さのGe層が形成するように前記分子線を照射する。 Next, a Si buffer layer is formed on the substrate 11 as necessary, and then irradiated with a molecular beam of GeH 4 to form the island-shaped portion 13A of the first layer. Note that the island-shaped portion 13A is a semiconductor material in which the material (Si) constituting the substrate 11 and the material (Ge) constituting the island-shaped portion 13A are lattice-mismatched semiconductor materials, and GeH 4 is formed on the substrate 11. When a Ge layer is formed by irradiating the molecular beam, an increase in surface energy of the Ge layer and a decrease in strain energy are balanced. However, in order to realize the balance, the molecular beam is irradiated so that a Ge layer having a thickness of several atomic layers is formed.

次いで、第1層目の島状部13A上に、Siの分子線を照射してSiからなる介在層13Bを形成する。次いで、この介在層13B上にGeH分子線を再度照射して、第2層目の島状部13Aを形成する。このような操作を繰り返すことによって、島状部13Aと介在層13Bとが交互に積層された真性半導体層13を得る。なお、このようなMBE法を用いて真性半導体層13を形成することにより、エネルギー的なバランスから、上方に位置する島状部13Aは下方に位置する島状部13Aの直上に形成されるようになる。 Next, an Si 2 H 6 molecular beam is irradiated on the first layer island 13A to form an intervening layer 13B made of Si. Next, GeH 4 molecular beam is irradiated again on the intervening layer 13B to form a second layer island 13A. By repeating such an operation, an intrinsic semiconductor layer 13 in which island-like portions 13A and intervening layers 13B are alternately stacked is obtained. By forming the intrinsic semiconductor layer 13 using such an MBE method, the island-like portion 13A located above is formed immediately above the island-like portion 13A located below from the energy balance. become.

次いで、最上に位置する島状部13A上にSi分子線を照射してSi半導体層を形成し、次いでn型不純物を拡散注入することにより、n型Si半導体層12を形成する。その後は、図示しない電極層をp型Si半導体基板11の裏面及びn型半導体層12の上面に形成して、光起電力素子10を得る。 Next, an Si semiconductor layer is formed by irradiating Si 2 H 6 molecular beam on the island-like portion 13A located at the uppermost position, and then an n-type impurity is diffused and implanted to form an n-type Si semiconductor layer 12. Thereafter, an electrode layer (not shown) is formed on the back surface of the p-type Si semiconductor substrate 11 and the top surface of the n-type semiconductor layer 12 to obtain the photovoltaic element 10.

なお、上述した製造方法の例では、MBE法を用いて真性半導体層13及びn型半導体層12を形成したが、その他の方法を用いて形成することもできる。しかしながら、真性半導体層13を構成する島状部は極めて微細であって、その制御が制御が困難であるので、原子レベルでの制御が容易な上記MBE法を用いることが好ましい。 In the example of the manufacturing method described above, the intrinsic semiconductor layer 13 and the n-type semiconductor layer 12 are formed using the MBE method, but other methods may be used. However, since the island-shaped portion constituting the intrinsic semiconductor layer 13 is extremely fine and difficult to control, it is preferable to use the MBE method which is easy to control at the atomic level.

また、真性半導体層13などを形成するに際しては、上述した好ましい要件を満足するようにして形成する。 Further, when forming the intrinsic semiconductor layer 13 or the like, it is formed so as to satisfy the above-mentioned preferable requirements.

p型Si(100)半導体基板を準備し、上述した製造方法に従って図1に示すような光起電力素子を得た。但し、Geからなる島状部13Aの高さを約10nmとし、幅を約100nmとした。島状部13Aの積層数は50、100及び150とした。また、Siからなる介在層13Bの厚さは39nmとし、n型Si半導体層12の厚さは600nmとした。   A p-type Si (100) semiconductor substrate was prepared, and a photovoltaic device as shown in FIG. 1 was obtained according to the manufacturing method described above. However, the height of the island-shaped portion 13A made of Ge was about 10 nm and the width was about 100 nm. The number of island portions 13A stacked was 50, 100, and 150. The thickness of the intervening layer 13B made of Si was 39 nm, and the thickness of the n-type Si semiconductor layer 12 was 600 nm.

図3は、各光起電力素子の赤外域での量子効率を示すグラフである。図3から明らかなように、島状部13Aの積層数の増大に伴って赤外域での量子効率が増大し、さらに従来のSi系の光起電力素子と比較して、光吸収周波数域の上限が約1200nmから約1400nmまで増大していることが分かる。したがって、本例で得た光起電力素子は従来の光起電力素子と比較して十分に高い発電効率を呈することが分かる。   FIG. 3 is a graph showing the quantum efficiency in the infrared region of each photovoltaic device. As is clear from FIG. 3, the quantum efficiency in the infrared region increases with an increase in the number of stacked island-shaped portions 13A, and further, in the light absorption frequency region as compared with the conventional Si-based photovoltaic device. It can be seen that the upper limit increases from about 1200 nm to about 1400 nm. Therefore, it can be seen that the photovoltaic element obtained in this example exhibits sufficiently high power generation efficiency as compared with the conventional photovoltaic element.

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.

例えば、図1に示す例では、p型Si半導体基板11からp型半導体部を構成し、n型Si半導体層12からn型半導体部を構成するようにしているが、n型Si半導体基板からn型半導体部を構成し、p型Si半導体層からp型半導体部を構成するようにすることもできる。さらに、p型半導体部をp型Si半導体基板11から構成する代わりに、所定の基板上に形成したp型Si半導体層から構成することもできる。   For example, in the example shown in FIG. 1, a p-type semiconductor portion is formed from the p-type Si semiconductor substrate 11 and an n-type semiconductor portion is formed from the n-type Si semiconductor layer 12. It is also possible to configure the n-type semiconductor portion and configure the p-type semiconductor portion from the p-type Si semiconductor layer. Furthermore, instead of configuring the p-type semiconductor portion from the p-type Si semiconductor substrate 11, it may be configured from a p-type Si semiconductor layer formed on a predetermined substrate.

また、図1に示す例では、格子不整合系の半導体材料としてSi及びGeを選択しているが、その他の材料、例えばInAs及びGaAsを選択することもできる。   In the example shown in FIG. 1, Si and Ge are selected as the lattice-mismatched semiconductor material, but other materials such as InAs and GaAs can also be selected.

本発明は、高効率のpin接合型太陽電池などに好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used for highly efficient pin junction solar cells and the like.

本発明の光起電力素子の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the photovoltaic element of this invention. 図1に示す光起電力素子のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of the photovoltaic element shown in FIG. 本発明の光起電力素子の赤外域での量子効率を示すグラフである。It is a graph which shows the quantum efficiency in the infrared region of the photovoltaic device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 光起電力素子
11 p型Si半導体基板
12 n型Si半導体層
13 真性半導体層
13A 島状部
13B 介在層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Photovoltaic element 11 P-type Si semiconductor substrate 12 N-type Si semiconductor layer 13 Intrinsic semiconductor layer 13A Island-like part 13B Intervening layer

Claims (19)

p型半導体部と、
前記p型半導体部と対向するようにして設けられたn型半導体部と、
前記p型半導体部及び前記n型半導体部間に設けられた島状構造の真性半導体層とを具え、
前記真性半導体層を形成する工程において、前記p型半導体部を700℃に加熱し、
前記真性半導体層は、複数の島状部が平面的に配列されるとともに、厚さ方向に積層されてなり、
前記真性半導体層は、前記複数の島状部を、厚さ方向において各層毎に分断する複数の介在層を有し、
前記真性半導体層における前記複数の島状部と前記介在層とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成され、
前記複数の島状部がGeからなり、前記介在層はSiからなることを特徴とする、光起電力素子。
a p-type semiconductor portion;
An n-type semiconductor portion provided to face the p-type semiconductor portion;
An island-shaped intrinsic semiconductor layer provided between the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion,
In the step of forming the intrinsic semiconductor layer, the p-type semiconductor portion is heated to 700 ° C.
The intrinsic semiconductor layer has a plurality of island-shaped portions arranged in a plane and is stacked in the thickness direction.
The intrinsic semiconductor layer has a plurality of intervening layers that divide the plurality of island-shaped portions for each layer in the thickness direction,
The plurality of island-shaped portions and the intervening layer in the intrinsic semiconductor layer are composed of a lattice-mismatched semiconductor material,
The photovoltaic element, wherein the plurality of island-shaped portions are made of Ge, and the intervening layer is made of Si .
前記複数の島状部は、厚さ方向において、上方の前記島状部が下方の前記島状部の直上に位置するようにして積層されたことを特徴とする、請求項に記載の光起電力素子。 2. The light according to claim 1 , wherein the plurality of island-shaped portions are stacked such that the upper island-shaped portion is positioned immediately above the lower island-shaped portion in the thickness direction. Electromotive force element. 前記島状部の高さが5nm〜50nmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光起電力素子。 Wherein the height of the island-shaped portions is 5 nm to 50 nm, the photovoltaic device according to claim 1 or 2. 前記島状部の幅が5nm〜200nmであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の光起電力素子。 Wherein the width of the island portion is 5 nm to 200 nm, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3. 前記複数の島状部は、厚さ方向において、50層〜300層に積層されたことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の光起電力素子。 Wherein the plurality of islands, in the thickness direction, characterized in that it is laminated in 50 layers to 300 layers, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4. 前記p型半導体部及び前記n型半導体部の一方は、p型半導体基板又はn型半導体基板からなり、前記p型半導体部及び前記n型半導体部の他方は、p型半導体層又はn型半導体層からなることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の光起電力素子。 One of the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion is a p-type semiconductor substrate or an n-type semiconductor substrate, and the other of the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion is a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor. characterized by comprising the layer, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 5. 前記真性半導体層における前記複数の島状部と、前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成されたことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の光起電力素子。 The plurality of island-shaped portions in the intrinsic semiconductor layer and the p-type semiconductor portion or the n-type semiconductor portion located below the intrinsic semiconductor layer are made of a lattice-mismatched semiconductor material. The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 6 , wherein: 前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部はSiからなることを特徴とする、請求項に記載の光起電力素子。 The photovoltaic element according to claim 7 , wherein the p-type semiconductor part or the n-type semiconductor part located below the intrinsic semiconductor layer is made of Si . 光吸収波長領域の上限が約1400nmであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一に記載の光起電力素子。 Wherein the upper limit of the light absorption wavelength region of approximately 1400 nm, the photovoltaic device according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜9のいずれか一に記載された光起電力素子を含むことを特徴とする、太陽電池。 A solar cell comprising the photovoltaic element according to any one of claims 1 to 9 . p型半導体部を形成する工程と、
前記p型半導体部と対向するようにしてn型半導体部を形成する工程と、
前記p型半導体部及び前記n型半導体部間に島状構造の真性半導体層を形成する工程とを具え、
前記真性半導体層を形成する工程において、前記p型半導体部を700℃に加熱し、
前記真性半導体層は、複数の島状部を平面的に配列するとともに、厚さ方向に積層することによって形成し、
前記真性半導体層内において、前記複数の島状部を、厚さ方向において各層毎に分断する複数の介在層を形成し、
前記真性半導体層における前記複数の島状部と前記介在層とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成し、
前記複数の島状部がGeから構成し、前記介在層はSiから構成することを特徴とする、光起電力素子の製造方法。
forming a p-type semiconductor portion;
Forming an n-type semiconductor portion so as to face the p-type semiconductor portion;
Forming an island-like intrinsic semiconductor layer between the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion,
In the step of forming the intrinsic semiconductor layer, the p-type semiconductor portion is heated to 700 ° C.
The intrinsic semiconductor layer is formed by laminating a plurality of island-shaped portions in a plane and laminating in the thickness direction,
In the intrinsic semiconductor layer, forming a plurality of intervening layers that divide the plurality of island-shaped portions for each layer in the thickness direction,
The plurality of island-shaped portions and the intervening layer in the intrinsic semiconductor layer are made of a lattice-mismatched semiconductor material,
The method for manufacturing a photovoltaic device, wherein the plurality of island-shaped portions are made of Ge, and the intervening layer is made of Si .
前記複数の島状部は、厚さ方向において、上方の前記島状部が下方の前記島状部の直上に位置するようにして積層することを特徴とする、請求項11に記載の光起電力素子の製造方法。 The photovoltaic device according to claim 11 , wherein the plurality of island-shaped portions are stacked such that the upper island-shaped portion is positioned immediately above the lower island-shaped portion in the thickness direction. A method for manufacturing a power element. 前記島状部の高さを5nm〜50nmにすることを特徴とする、請求項11又は12に記載の光起電力素子の製造方法。 The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 11 , wherein the island-shaped portion has a height of 5 nm to 50 nm. 前記島状部の幅を5nm〜200nmにすることを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一に記載の光起電力素子。 The photovoltaic element according to claim 11 , wherein a width of the island-shaped portion is 5 nm to 200 nm. 前記複数の島状部は、厚さ方向において、50層〜300層に積層することを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。 The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 11 , wherein the plurality of island-shaped portions are stacked in 50 to 300 layers in a thickness direction. 前記p型半導体部及び前記n型半導体部の一方は、p型半導体基板又はn型半導体基板から構成し、前記p型半導体部及び前記n型半導体部の他方は、p型半導体層又はn型半導体層から構成することを特徴とする、請求項11〜15のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。 One of the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion is formed of a p-type semiconductor substrate or an n-type semiconductor substrate, and the other of the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion is a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor substrate. The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 11 , comprising a semiconductor layer. 前記真性半導体層における前記複数の島状部と、前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成することを特徴とする、請求項11〜16のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。 The plurality of island-shaped portions in the intrinsic semiconductor layer and the p-type semiconductor portion or the n-type semiconductor portion positioned below the intrinsic semiconductor layer are made of a lattice-mismatched semiconductor material. The method for producing a photovoltaic element according to claim 11 , wherein the photovoltaic element is produced. 前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部はSiから構成することを特徴とする、請求項17に記載の光起電力素子の製造方法。 18. The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 17 , wherein the p-type semiconductor part or the n-type semiconductor part located below the intrinsic semiconductor layer is made of Si . 前記真性半導体層はMBE法によって形成することを特徴とする、請求項11〜18のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。 The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 11 , wherein the intrinsic semiconductor layer is formed by an MBE method.
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