(57)【要約】  太陽電池の分野に関する。詳細には、太陽電池の効率を改善するための装置および方法、並びにその太陽電池に関する。一態様は、自然のバンドギャップNB(NB2,NB3,NB4,NB5,NB6,NB7)を持つ半導体層(11,12,13,14,15,16,17)を持つ太陽電池を含む。この半導体層はまた、層内に周囲電圧V(V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7)を生成するよう設計される、少なくとも１つの電極(100,101,110,111,120,121)も有する。従って、入射光子は、本明細書では見かけのバンドギャップと呼ばれる、修正されたＮＢ−Ｖ＝Ｂバンドギャップ(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)を経験する。Ｅ＞Ｂ１を持つ光子は、バンドギャップＢ内に吸収され、半導体価電子帯内の電子は、伝導帯に励起され、このようにして光電流をもたらすであろう。本発明によると、見かけのバンドギャップＢを調整できることは、入射光子収集を最適化するために非常に大きな強みを提供する。
2010524216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢをＢ＝ＮＢ−Ｖによって見かけのバンドギャップＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７）に調整するように配置され、
−  見かけのバンドギャップＢを持つ前記半導体層は、前記入射光子からの第１の光子集団を光電流に変換し、第２の光子集団を残すように配置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
−  前記第１の半導体層（１１）は、前記第１の光子集団以外のすべてのまたはいくつかの光子に対して透明であり、
−  前記太陽電池は、前記第１の半導体層の後ろに、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含み、
−  自然のバンドギャップＮＢを持つ前記少なくとも１つの第２の半導体層は、前記第２の光子集団からの入射光子を電流に変換するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の半導体層（１１）には、太陽光が入射し、前記入射光子は、太陽スペクトルを有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前および／または後ろに、電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）または周囲電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）を持たない少なくとも１つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）があることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前および／または後ろに、少なくとも１つの絶縁層があることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
−  前記第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記第２の半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢを見かけのバンドギャップＢに調整するように配置され、
−  バンドギャップＢを持つ前記第２の半導体層は、前記入射二次光子集団からの所望の第３の光子集団を光電流に変換し、所望の第４の光子集団を残すように配置されることを特徴とする、請求項１および２に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽電池は、任意の数の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）および／または絶縁層を含んでもよいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記太陽電池は、より大きなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記太陽電池は、より小さなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記太陽電池は、Ｓｉ、多結晶シリコン、薄膜シリコン、非晶質シリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ、ＣｄＳ、ＣＩＳ、および／またはＩｎＧａＮをさらに含む少なくとも１つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、任意の材料のまたは光電効果を経験することができる任意の材料を含む層であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記見かけのバンドギャップＢが、前記集められる光電流、二次光子集団、前記後の半導体層の前記二次光子集団に対する応答、別の半導体層の量子効率および／または前記周囲電圧Ｖを提供する際に消費されるエネルギーに関して最適化されるように、前記周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）は、前記半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前記見かけのバンドギャップＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７）を調節するために使用されるように配置されることを特徴とする、請求項１および２に記載の太陽電池。
【請求項１３】
太陽電池を操作するための方法であって、次の段階、即ち、
−  生の太陽スペクトルが、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（６００）と、
−  前記第１の半導体層内の周囲電圧Ｖ１を調節することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節する段階（６１０）と、
−  エネルギーＥ＜Ｂ１を持つ光子が、前記第１の半導体層を通り抜ける段階（６２０）と、
−  エネルギーＥ＞Ｂ１を持つ光子が、吸収され、光電流に変換され、Ｅ−Ｂ１を残された二次光子が、前記吸収された光子から残る段階（６３０）と、
−  Ｅ＜Ｂ１を持つ光子およびＥ＝Ｅ−Ｂ１を持つ二次光子が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（６４０）とを含む方法。
【請求項１４】
前記段階６１０、６２０、６３０、６４０は、後の半導体層および自然のバンドギャップに対して繰り返されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
太陽電池を作製するための方法であって、次の段階、即ち、
−  太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（７１０）と、
−  周囲電圧Ｖ１または他の変数を調整することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節するまたは調節をしない段階（７２０）と、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階（７３０）と、
−  結果として生じる太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（７４０）と、
−  周囲電圧Ｖ２または他の変数を調整することによって、ＮＢ２を調節するまたは調節をしない段階（７５０）とを含む方法。
【請求項１６】
段階７２０および／または７５０で、前記周囲電圧および他の変数は、前記入射太陽光から捕獲される光電流および前記結果として生じる吸収されない太陽光スペクトルの次の後の半導体層の応答との適合を最大にするように調整されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも２つの半導体層を持つ太陽電池であって、
−  入射太陽放射に最も近い第１の層は、ＩｎＧａＰおよび／またはＧａＮ層であり（１１）、
−  第２の層は、多結晶シリコン層および／またはＩｎＳｂ層である（１２）ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１８】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、電荷移動を増加させ、それによって光電流を増加させるように配置されることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の分野に関する。詳細には、本発明は、太陽電池の効率を改善するための装置および方法、ならびにその太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の効率は、現在は非常に低いので、太陽エネルギーは、低エネルギー価格の間は化石燃料に対して競争力がなかった。このため、多くの技術が、太陽電池をより高効率にし、このようにして世界市場での太陽エネルギーの競争力を高めるために、提案されてきた。
【０００３】
特許文献１（ＥＰ１７２４８４１Ａ１）は、多層太陽電池を述べており、そこでは、異なる感度波長帯域が、感度波長帯域内の中心波長が短いほど、モジュールが太陽光の入射側により近く置かれるようであるように、複数の太陽電池モジュールが、組み込まれ、一体的に積層される。この文書は、参考として本明細書で引用される。
【０００４】
光子がバンドギャップ内に吸収され、このようにして光電流を生成するためには、光子のエネルギーが、バンドギャップ以上でなければならないことは、既知である。特許文献１が含まれる、従来技術の解決策は、それらが、光子を効果的に集めることになるバンドギャップを提供することができないという、明らかな不都合を有する。光子集団の大部分は、単に熱として浪費される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ１７２４８４１Ａ１（Ｊｏｓｕｋｅ  Ｎａｋａｔａ、「Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ」）
【特許文献２】米国特許第６３２０１１７号（Ｊａｍｅｓ  Ｐ．  Ｃａｍｐｂｅｌｌ他、「Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓｏｌａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍａｒｋｖａｒｔ、第２版、ＩＳＢＮ０−４７１−９８８５２−９
【非特許文献２】「Ａｎ  ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ  ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ｃｏｕｌｄ  ｙｉｅｌｄ  ａ  ｆｕｌｌ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ」、Ｐａｕｌ  Ｐｒｅｕｓｓ、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｎｅｗｓ、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｂｅｒｋｌｅｙ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
研究中の本発明は、太陽光からの光子を光電流へ効果的に集めるためのシステムおよび方法に向けられる。本発明のさらなる目的は、ますます高効率の太陽電池を設計できる作製方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この出願では、半導体層は、任意の材料のまたは光電効果を経験することができる任意の材料を含む層として解釈される。
【０００９】
本発明の一態様は、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ半導体層を持つ太陽電池を含む。この半導体層はまた、周囲電圧Ｖ１を層内に生成するように設計される少なくとも１つの電極も有する。したがって、入射光子は、本明細書では見かけのバンドギャップと呼ばれる、修正されたＮＢ１−Ｖ１＝Ｂ１バンドギャップを経験する。Ｅ＞Ｂ１を持つ光子は、バンドギャップＢ１内に吸収され、半導体価電子帯内の電子は、伝導帯に励起され、このようにして光電流をもたらすであろう。本発明によると、見かけのバンドギャップＢ１を調整できることは、入射光子収集を最適化するために非常に大きな強みを提供する。
【００１０】
吸収されない光子集団は、吸収されるには小さすぎるエネルギーを有した、Ｅ＜Ｂ１を持つ光子から成る。加えて、吸収されたＥ＞Ｂ１を持つ光子は、電子の光電流への励起過程で、見かけのバンドギャップＢ１に等しいエネルギーを放出するだけであろう。残りのエネルギーＥ−Ｂ１は、エネルギーＥ２＝Ｅ−Ｂ１の１つの二次光子またはエネルギーＥ２＝Ｅ−Ｂ１が、エネルギーおよび運動量の保存ならびに量子力学の法則に従ってそれらの間で分配される多光子として放出されるであろう。これらの２つの群、Ｅ＜Ｂ１およびＥ２＝Ｅ−Ｂ１を持つ光子は、二次光子集団に属する。
【００１１】
Ｅ＞Ｂ１を持つ光子のいくらかは、それらが単に価電子を見いだし、それと相互作用することができないので、吸収されないであろうこともまた、真実である。しかしながら、この割合は、バンドギャップによっては影響されない。失敗したＥ＞Ｂ１の数は、価電子を持つイオン／原子／分子種の濃度Ｎ１およびこの電子の散乱断面積の関数である。材料の格子充てん密度、温度などもまた、いくらかの影響を与える可能性がある。本発明の一態様では、半導体層内の失敗したＥ＞Ｂ１の割合は、最小限にされる。吸収されないＥ＞Ｂ１を持つ光子のこの群は、二次光子集団にさらに加えられる。
【００１２】
本発明のさらなる態様によると、二次光子集団およびいくらかの失敗したＥ＞Ｂ１光子は、第１の半導体層を通り抜け、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入るであろう。この半導体層はまた、周囲電圧Ｖ２を層内に生成して、見かけのバンドギャップＢ２＝ＮＢ２−Ｖ２を生成するように設計される、少なくとも１つの電極を有してもよい。周囲電圧は、価電子帯における電子または複数電子のエネルギー状態を上げるまたは下げるために使用することができる。本発明によると、見かけのバンドギャップＢ２は、できる限り多くの光電流およびできる限り望ましい第２の二次光子集団を生成するように最適化される。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態では、異なるバンドギャップを持つ複数の半導体層が、使用される。層のいくつかは、それらの中に周囲電圧を有してもよい。周囲電圧は、少なくとも１つの電極に取り付けられる電圧源によって生成されてもよい。ある実施形態では、集められた光電流のいくらかは、周囲電圧Ｖ１、Ｖ２に電力を供給するためにフィードバックすることができる。ある実施形態では、周囲電圧を持つまたは持たない半導体層は、それらの間に電気絶縁性の膜または材料を有してもよく、それらは典型的には、光子に対して透明である。
【００１４】
前に説明されていることを参照すると、複数の能動的（周囲電圧を持つ）および受動的（周囲電圧のない）半導体層は、各層が太陽スペクトルまたは二次光子集団スペクトルのある部分を集めるように、お互いに重ねることができる。周囲電圧の使用は、太陽スペクトルまたは二次光子集団スペクトルの所望の部分に調整する際にいくらかの自由を許容するので、最大数の光電流を集め、Ｅ＞最小バンドギャップを持つ最小数の二次光子を生成することによって、全部の太陽スペクトル光子を注意深く集めることができる。Ｅ＞最小バンドギャップを持つ二次光子は典型的には、どの光子もバンドギャップに達することができないので、光起電力システムはこれらを吸収することができないので、熱として散逸される。
【００１５】
本発明のさらなる態様は、本発明による、先の原理に基づく太陽電池システムの製造を含む。本発明によると、最初に、太陽スペクトルが、測定されるまたは知られる。次いで太陽光は、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射し、第１の半導体層は、周囲電圧を使って見かけのバンドギャップＢ１に調整されてもよい。ドーパント濃度、ドナー濃度、アクセプター濃度、格子定数、その他などの他の要因もまた、調整されてもよい。典型的には、第１の半導体層は、二次光子のすべてまたはいくらかに対して透明である。次いで、第１の半導体層を通り抜けて現れる、結果として生じる太陽光、即ち二次光子集団は、第２の分光器で記録される。第１および第２の分光器間でのスペクトルの差は、太陽スペクトルへの第１の半導体層の影響を与える。この差はまた、第１の半導体層の効率を推測するために、第１の半導体層から導き出された光電流と比較することもできる。
【００１６】
本発明によると、第１の半導体層のパラメータを調整することにより、異なる差および二次スペクトルならびに効率が、探索されてもよい。ある実施形態では、最大の全体的効率は、光電流収集を最大にし、第１の半導体層の後ろにある第２の半導体層のバンドギャップＢ２および他のパラメータに対する二次光子集団スペクトルの適合を最大にすることによって、導き出される。複数の層が、このようにして、好ましくはいつも層での光電流収集および後の各層の応答との二次光子集団スペクトルの適合を最適化するように、設計できることは、明らかである。
【００１７】
半導体層の応答によって、我々は、半導体が入射光子スペクトルに応答する仕方、即ち、いくつの光子が特定のエネルギーにおいて光電流に転換したか、いくつの光子が特定のエネルギーにおいて相互作用なしに通り抜けるか、Ｅ＞Ｂ１を持ついくつの光子が特定のエネルギーにおいて通り抜けるか、Ｅ＜Ｂ１を持ついくつの光子が特定のエネルギーにおいて通り抜けるか、二次光子スペクトルの形状は特定のエネルギーにおいてどのようか、などを意味する。これらの変数のすべてまたはいくつかはまた、半導体層の全放射応答、即ち、いくつの光子が全エネルギーにわたって光電流に転換したか、いくつの光子が全エネルギーにわたって相互作用なしに通り抜けるか、Ｅ＞Ｂ１を持ついくつの光子が全エネルギーにわたって通り抜けるか、Ｅ＜Ｂ１を持ついくつの光子が全エネルギーにわたって通り抜けるか、二次光子スペクトルの形状は全エネルギーにわたってどのようか、なども定義する。
【００１８】
集められる光電流を最大にし、後の半導体層の応答との最大適合を有する二次光子集団スペクトルを生成する応答を各々が持つ、複数の層の半導体層「サンドイッチ」を作製することは、本発明の目的である。集められる光電流および二次光子集団スペクトルの両方は、材料特性によって、および自然のバンドギャップを、集められる光電流および二次光子集団スペクトルを最適化する見かけのバンドギャップに周囲電圧を使って調整することによって材料特性を超えて、調整することができる。この最適化が、いくつかの半導体層に対して行われ、各々が太陽スペクトル内の異なる小さな帯域に割り当てられるとき、光電効果によって利用できる全太陽スペクトルのすべてにわたって、最大数の光子を集めることができ、それによって太陽電池システムの効率を押し上げる。
【００１９】
本発明による太陽電池は、入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢを持つ少なくとも１つの第１の半導体層を含み、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極を提供され、
−  少なくとも１つの電極は、半導体層内に周囲電圧Ｖを提供するように配置され、
−  周囲電圧Ｖは、自然のバンドギャップＮＢをＢ＝ＮＢ−Ｖによって見かけのバンドギャップＢに調整するように配置され、
−  見かけのバンドギャップＢを持つ半導体層は、入射光子からの第１の光子集団を光電流に変換し、二次光子集団を残すように配置されることを特徴とする。
【００２０】
本発明による太陽電池を操作するための方法は、次の段階、即ち、
−  生の太陽スペクトルが、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階と、
−  第１の半導体層内の周囲電圧Ｖ１を調整することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節する段階と、
−  エネルギーＥ＜Ｂ１を持つ光子が、第１の半導体層を通り抜ける段階と、
−  エネルギーＥ＞Ｂ１を持つ光子が、吸収され、光電流に変換され、Ｅ−Ｂ１を残された二次光子が、吸収される光子から残される段階と、
−  Ｅ＜Ｂ１を持つ光子およびＥ＝Ｅ−Ｂ１を持つ二次光子が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階とを含む。
【００２１】
本発明による太陽電池を作製するための方法は、次の段階、即ち、
−  太陽スペクトルを分光器１で記録する段階と、
−  太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階と、
−  周囲電圧Ｖ１および他の変数を調整することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節する段階と、
−  結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階と、
−  結果として生じる太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階と、
−  周囲電圧Ｖ２および他の変数を調整することによってＮＢ２を調節する段階とを含む。
【００２２】
本発明による、少なくとも２つの半導体層を持つ太陽電池は、
−  入射太陽放射に最も近い第１の層は、ＩｎＧａＰおよび／またはＧａＮ層であり、
−  第２の層は、多結晶シリコン層および／またはＩｎＳｂ層であることを特徴とする。
【００２３】
加えて、および前述の利点が生じる実施形態を参照して、本発明の最良の形態は、いくつかの層が、自然のバンドギャップを調整する周囲電圧を有し、いくつかの層が、それらの自然のバンドギャップにあるところの、および多層太陽電池の全体の光電流収集が、入射スペクトルおよび二次光子集団スペクトルに関する各半導体層の応答ならびにこの二次光子集団スペクトルに対する次の層の応答を最適化することによって最大にされるところの、多層太陽電池であると考えられる。
【００２４】
以下で本発明は、添付の図面による例となる実施形態を参照して、より詳細に述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の太陽電池配置の実施形態１０をブロック図として明示する図である。
【図２】代替周囲電圧電極配置を持つ本発明の太陽電池の実施形態２０をブロック図として明示する図である。
【図３】太陽スペクトルを参照して、代替周囲電圧電極配置を持つ本発明の多層太陽電池の実施形態３０をブロック図として明示する図である。
【図３Ｂ】本発明の多層太陽電池の実施形態３１を断面ブロック図として明示する図である。
【図４】太陽スペクトルを代替参照して、本発明の多層太陽電池の実施形態４０をブロック図として明示する図である。
【図５】太陽スペクトル内のいくつかの専用帯域を持つ本発明の多層太陽電池の実施形態５０をブロック図として明示する図である。
【図６】本発明の多層太陽電池の操作の実施形態６０を流れ図として明示する図である。
【図７】本発明の多層太陽電池の製造過程の実施形態７０を流れ図として明示する図である。
【図８】本発明の多層太陽電池の製造のための製造配置の実施形態８０をブロック図として明示する図である。
【図９】本発明のｐ−ｎ接合の実施形態を詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施形態のいくつかは、従属請求項で述べられる。
【００２７】
図１は、本発明による、２つの層を持つ太陽電池を開示する。入射太陽光側の第１の層１１は、自然のバンドギャップＮＢ１、およびこのバンドギャップを持つ原子／イオン／分子種の濃度Ｎ１を有する。半導体層１１またはこの出願で述べられる任意の後の層（１２、１３、１４、１５、１６、１７、層１、層２）は、本発明によると、任意の元素もしくは合金組合せ、または光電効果の能力がある任意の材料を特徴としてもよい。例えば、半導体層１１、またはこの出願で述べられる任意の後の層（１２、１３、１４、１５、１６、１７、層１、層２）は、本発明によると、Ｓｉ（シリコン）、多結晶シリコン、薄膜シリコン、非晶質シリコン、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＧａＡｌＡｓ（ヒ化ガリウムアルミニウム）、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＰ（リン化ガリウム）、ＩｎＧａＡｓ（ヒ化インジウムガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ（リン化ガリウムヒ素）、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＣＩＳ（二セレン化銅インジウム）、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＩｎＧａＰ（リン化インジウムガリウム）、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）、ＩｎＳｂ（アンチモン化インジウム）、ＣＩＧＳ（二セレン化銅インジウム／ガリウム）および／またはＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）を含んでもよい。同様に、半導体層１１またはこの出願で述べられる任意の後の層（１２、１３、１４、１５、１６、１７、層１、層２）は、本発明によると、特許文献１、Ｊｏｓｕｋｅ  Ｎａｋａｔａ、「Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ」、特許文献２（米国特許第６３２０１１７号、Ｊａｍｅｓ  Ｐ．  Ｃａｍｐｂｅｌｌ他、「Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」）、非特許文献１（Ｓｏｌａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍａｒｋｖａｒｔ、第２版、ＩＳＢＮ０−４７１−９８８５２−９）、および非特許文献２（「Ａｎ  ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ  ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ｃｏｕｌｄ  ｙｉｅｌｄ  ａ  ｆｕｌｌ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ」、Ｐａｕｌ  Ｐｒｅｕｓｓ、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｎｅｗｓ、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｂｅｒｋｌｅｙ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）で述べられる、任意の元素もしくは合金組合せ、または光電効果の能力がある任意の材料を特徴としてもよく、その刊行物はすべて、参照によりこの出願に組み込まれる。
【００２８】
半導体層１１またはこの出願で述べられる任意の後の層（１２、１３、１４、１５、１６、１７、層１、層２）は典型的には、リソグラフィー、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、チョクラルスキー（ＣＺ）シリコン結晶成長法、定形エッジ薄膜供給成長（ＥＦＧ）法、浮遊帯域シリコン結晶成長法、インゴット成長法および／または液相エピタキシー（ＬＰＥ）によって製造されるおよび／または成長される。特許文献１、特許文献２、非特許文献１、および非特許文献２で述べられる、任意の製作方法は、本発明による太陽電池を作製するために応用することができる。任意の他の製作方法もまた、本発明による太陽電池を作製するために応用することができる。
【００２９】
半導体層１１はまた、半導体層内部に周囲電圧Ｖ１を提供し、それによって原子／イオン／分子種の価電子帯と伝導帯の間にＢ１＝ＮＢ１−Ｖ１の見かけのバンドギャップを生成する電極１００および１０１も含む。電極１００および１０１は典型的には、第１の層１１内に周囲電圧Ｖ１を生成する電圧源２００に接続される。
【００３０】
電極および電気接点は典型的には、本発明によると、非特許文献１で説明されるようなスクリーン印刷によってまたは任意の他の方法によって、半導体層１１内に製造されるおよび／または成長される。
【００３１】
ある実施形態では、太陽電池はまた、本発明によると、半導体１１の上部に反射防止コーティングを有し、その反射防止コーティングは例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）および／または窒化シリコンＳｉ３Ｎｉ４、または文献で述べられる任意の他のものおよび／または任意の材料とすることができる。
【００３２】
周囲電圧は、ここで示されるように入射太陽光の線に向かい合う方向で、または実際には任意の方向でお互いに向き合う電極から生成することができる。重要なことは、それらが、好ましくは第１の半導体層１１全体にわたってまったく均一であるべき周囲電圧を提供することである。入射太陽光のＥ＞Ｂ１を持ついくらかの光子は、吸収され、光電流に変換されるであろうが、Ｅ＞Ｂ１を持ついくらかの光子は、価電子帯内の電子と相互作用することに失敗する可能性があり、Ｅ＜Ｂ１を持つ光子もまた、通り抜けるであろう。吸収されなかった光子、即ち二次光子集団、またはそれらのいくらかは、電気絶縁層を通り抜け、第２の半導体層１２に入るであろう。絶縁層は典型的には、二次光子集団に対して透明な材料であり、例えばプラスチック膜、ゴムまたは任意の他の材料でできている。
【００３３】
ある実施形態では、絶縁層はない。絶縁層の目的は、電極１００、１０１および１１０、１１１によって提供される周囲電圧Ｖ１およびＶ２が、それらがお互いに干渉することなく、各層１１および１２内で正確に制御できるように、２つの半導体層１１および１２を電気的に絶縁することである。例えばＶ１＝Ｖ２、またはＶ１＝Ｖ２＝０、または周囲電圧が太陽電池システム１０内で自由に分配することを許される場合に、もし干渉を防止する必要がないならば、そのときには本発明のある実施形態では、２つの層１１、１２間の電気絶縁層の必要はない。ある実施形態では、半導体層１１、１２は、本発明によると、任意の材料、例えば半導体材料、ガラス、プラスチック、ゴム、プラスチック膜または同様のものとすることができる基板上に取り付けられる。
【００３４】
太陽電池システム１０は、堅い太陽パネルとして実現することができ、またはそれは、いろいろな表面に容易に形成される、柔軟な薄膜太陽電池として実現することもまたできる。電極１００、１０１、１１０、１１１はまた、本発明のある実施形態では、半導体層１１および１２から光電流を集めるように配置することもでき、または他の専用電極が、光電流収集を扱うように配置されてもよい。
【００３５】
ある実施形態では、電圧源２００は、集められた光電流から導き出されるエネルギーで電力を供給される。このようにして、太陽電池システム１０は、本発明のこの実施形態でさらになおより多くの太陽エネルギーを生成するように効率を改善するために、その集められた太陽エネルギーの一部分をフィードバックすることができる。
【００３６】
まったく明らかなことに、半導体層１１および１２のどちらかまたは両方が、周囲電圧または関連する電極を有さない実施形態もまた、本発明によることである。例えばある実施形態では、半導体層１１は、その自然のバンドギャップにあってもよいが、Ｂ２の見かけのバンドギャップは、調整がない、即ち自然のバンドギャップＮＢ２にあるよりも良好に、半導体層１２に入る二次光子集団を集めるように、Ｖ２によってＮＢ２から調整される。
【００３７】
図２は、異なる電極配置および３つの半導体層１１、１２および１３を持つ、代替太陽電池システム２０を開示する。この実施形態では、電極１００、１０１、１１０、１１１、１２０および１２１は、入射太陽光と同じ線内に配置される。まったく明らかなことに、（１→ｎ＝多数）電極の任意の分配は、本発明によると、周囲電圧を提供する任意の構成で可能である。半導体層１１、１２および１３ならびに電極１００、１０１、１１０、１１１、１２０および１２１、絶縁層および基板は、本発明によると、任意の入射角での線平行な太陽放射または太陽光、および／または散乱および／または偏光太陽放射の両方、または何であれ任意の光に対処するように設計されおよび／または最適化されてもよい。
【００３８】
図３は、より大きなバンドギャップほど入射太陽スペクトルにより近い順番で３つの半導体層１１、１２、１３を含む、太陽電池の実施形態を示す。半導体層１１は、ＵＶ−帯域、約２００〜４００ｎｍの波長に調整される。それ故にそれは、約６．２〜３．１ｅＶ（電子ボルト）の自然のバンドギャップＮＢ１を有するであろう。この自然のバンドギャップＮＢ１はさらに、もしそれが太陽スペクトルの高エネルギー端とより良好に適合するならば、見かけのバンドギャップＢ１に調整することができる。本発明による実証の目的のために、層１１が、４．６５ｅＶの自然のバンドギャップを有すると仮定しよう。周囲電圧の必要はない、即ちＶ１＝０と決定される。それ故に、Ｅ＞４．６５ｅＶを持つ光子は、約２６０ｎｍから左側のスペクトルの部分に対応するスペクトル２００から吸収することができる。それ故に、例えば約２００ｎｍにおける６．２ｅＶの光子から、４．６５ｅＶが、半導体層１１内の価電子帯から伝導帯に電子を励起するために使用されるであろう。このようにして、伝導帯内の電子は、光電流即ち任意の応用に電力を供給するためにシステムから抽出できる太陽電気エネルギーになる。エネルギーを保存するために、１．５５ｅＶの光子が、過程内で解放されるであろう。本発明によるある状況では、本発明ならびに量子力学のエネルギーおよび運動量保存則によると、１つより多い二次光子、例えば各々０．７７５ｅＶを持つ例えば２つを放出することができる。さらなる例示の目的のために、二次光子集団に残された１つの１．５５ｅＶ光子があると仮定しよう。この光子は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２の間内の絶縁層を通り抜けるように配置される。この光子は、約７９０ｎｍの波長で第２の半導体層に入る。本発明を例示する目的のために、ＮＢ２＝１．６８ｅＶと仮定しよう。層の端部に設置された電極１１０および１１１は、０．１３ｅＶの周囲電圧Ｖ２を提供する。周囲電圧は、好ましくは低く、それを提供することに、多くのエネルギーを消費しない。第２の半導体層内の見かけのバンドギャップＢ２は、正確に１．５５ｅＶに達する。結果は何か？  １．５５ｅＶの二次光子は、吸収されるであろうし、電子は、価電子帯から伝導帯に励起され、より多くの太陽エネルギーは、光電流の形で提供される。この吸収から残されるどんな二次光子もないであろう。もし周囲電圧Ｖ２によって提供される調整がなかったならば、何が起こっただろうか？  １．５５ｅＶ光子は、第２の半導体層、もしあれば絶縁層を通り抜けたであろうし、第３の半導体層１３に達したであろう。見かけのバンドギャップ、即ち入射光子によって経験されるバンドギャップを高く調整することは、より高いＥ光子のより多くのエネルギーをより早く捕獲するために使用することができる。見かけのバンドギャップを低く調整することは、自然の（高すぎる）バンドギャップでは捕獲することができないであろう、より低いＥ光子を捕獲するために使用することができる。
【００３９】
波長で約１３００ｎｍに等しい、自然のバンドギャップＮＢ３＝０．９３５ｅＶと仮定しよう。本発明を例示する目的のために、見かけのバンドギャップＢ３＝０．７７５ｅＶになる、周囲電圧Ｖ３＝０．１６ｅＶをさらに仮定されたい。第２の半導体層において吸収されなかった１．５５ｅＶ光子に対しては、事態は、あまり良いようには見えない。それは、吸収されることは可能だが、それは、第３の半導体層内で別の吸収を探すために１つの０．７７５ｅＶ光子を残すか、もとともそれは、起こらないだろうし、ありそうもないことだが、または吸収できずに、熱として散逸されるであろう２つの０．３８８ｅＶ光子を残すかのどちらかであろう。
【００４０】
第１の半導体層１１に残された可能性がある、２つの二次０．７７５ｅＶ光子に対しては、事態はより良いように見える。それらは、第２の半導体層１２を通り抜け、第３の半導体層から１つの吸収過程を得なければならないだけであり、それらは、それらのエネルギーを光電流および太陽エネルギーに１００％効率で転換した。説明すると、光子が、一度吸収されかつ二次光子もまた吸収されることよりも、一度吸収されることの方が、比較的よりあり得ることである。
【００４１】
上で明瞭に説明されるように、半導体層は、本発明によると、各段階で光電流および最も望ましい二次光子集団スペクトルを最適化することによって光電流全体を最大にするために、周囲電圧によって調整することができる。
【００４２】
図３Ｂは、本発明によると、太陽電池が半導体層１１、１２、１３の上部に反射防止コーティングもまた有することを開示し、その反射防止コーティングは、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）および／または窒化シリコンＳｉ３Ｎ４または文献で述べられる任意の他のものおよび／または任意の材料とすることができる。
【００４３】
次の層は、電気接点５０、または集められた光電流を輸送するために必要な導電層５０を含む。周囲電圧を提供する電極１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１および電気接点５０は典型的には、本発明によると、非特許文献１で説明されるようなスクリーン印刷によってまたは任意の他の方法によって、半導体層１１、１２、１３内に製造されるおよび／または成長される。別法として、それらは、ある実施形態では、半導体層１１、１２、１３の上部への別個の層として実施できる可能性がある。この実施形態では、導電層は典型的には、本発明によると透明である。電気接点および／または電極は好ましくは、半導体層１１、１２および／または１３とぴったり合わされるとき、最小面積を占める。半導体層１１は典型的には、この実施形態ではバンドギャップ約１．９３ｅＶのＩｎＧａＰ−層である。別法として、ある実施形態では半導体層は、本発明によると、好ましくは３．４ｅＶのバンドギャップを持つＧａＮ−層で実現できる可能性がある。
【００４４】
次の半導体層１２は典型的には、１．１ｅＶのバンドギャップの多結晶シリコンから成り、第３の半導体層は典型的には、０．１７ｅＶのバンドギャップのＩｎＳｂから成る。３つの層１１、１２、１３は、それらの自然のバンドギャップによって０．１７〜３．４ｅＶの素晴らしいダイナミックレンジを提供し、そのダイナミックレンジは、少なくとも１つの周囲電圧Ｖ１、Ｖ２および／またはＶ３を層１１、１２および／または１３に提供することによってさらになお高めることができる。光子統計は、本発明によると、図３および他の図で説明されるように働く。少なくとも１つの層１１、１２、１３を省略する、または少なくとも１つの層１１、１２、１３を別の半導体材料で置き換えることは、本発明によることである。少なくとも１つのさらなる半導体層を半導体層１１、１２、１３に加えることもまた、本発明によることである。例えば、本発明によると、１．７５ｅＶバンドギャップの非晶質シリコン層、１．４５ｅＶバンドギャップのＣｄＴｅ層、１．４２ｅＶバンドギャップのＧａＡｓ層、１．３４ｅＶバンドギャップのＩｎＰ層および１．０５ｅＶバンドギャップのＣｕＩｎＳｅ２（二セレン化銅インジウム）層を加えることは、太陽電池の究極の「怪物サンドイッチ」、即ち優れた効率および優れたダイナミックレンジを持つ太陽電池を提供できる可能性がある。１つの半導体材料だけ、例えば多結晶シリコンを採用し、すべての層１１、１２、１３をこの同じ材料から作り、各層１１、１２、１３に異なる周囲電圧を提供することによって、簡単に異なるバンドギャップを提供することもまた、本発明によることである。
【００４５】
本発明によると、ある実施形態では絶縁層の必要性は、まったくのオプションであり、これらの実施形態では絶縁層のいくつかまたはすべては、省略することができる。ある実施形態では周囲電圧はまた、そこで層内にバンドギャップの分布を引き起こすことによって、例えば層の１つの端部から層の別の端部へと、半導体層１１、１２、１３内で変化するように配置することもできる。例えば、もし周囲電圧が＋／−Ｖだけ変化するならば、そのときには材料内に、自然のバンドギャップから２Ｖだけ広げられた、バンドギャップの分布があるだろう。
【００４６】
図４は、より小さなバンドギャップほど入射太陽スペクトルにより近い順番で３つの半導体層を含む太陽電池を開示する。この場合もやはり本発明は、非制限的な例を参照して説明される。自然のバンドギャップＮＢ１＝０．７７５ｅＶが、Ｖ１＝０．１６ｅＶの周囲電圧で、見かけのバンドギャップＢ１に対して０．９３５ｅＶになると仮定しよう。１３００ｎｍの左側のすべての光子は、吸収されて光電流に０．９３５ｅＶを渡すことができる。しかしながら、わずかのイオンと相互作用する多くの光子があり、それでそれらのすべては、必ずしも吸収可能でなく、吸収されたそれらの光子もまた、高エネルギー二次光子を残す、即ち例えば、Ｅ＝６．２ｅＶを持つ光子は、５．２８ｅＶの二次光子を残すであろうし、またはそのうちのいくつかの間で、５．２８ｅＶは分配される。吸収されない光子のいくつかは、層１２へと通り抜け、そこでそれらは、例えば２．７９ｅＶの見かけのバンドギャップを有してもよい。これより高いエネルギーの光子は、吸収可能であるが、Ｂ３＝５．２８ｅＶの見かけのバンドギャップを持つ第３の層では、吸収されなかったまたは第１の半導体層１１で一度だけ吸収されたそれらの光子だけが、吸収可能である。これは、もしＥ＜５．２８ｅＶを持つおよび吸収されない多くの高エネルギー光子が、第３の層で終わるならば、あまり好ましい状況ではない。まったく明らかなことに、各層において光子集団に関して見かけのバンドギャップを最適化することによって、光子から吸収されるエネルギーを最大にすることは、本発明によることである。本発明によると、過程の終わりにおいて高エネルギーを持つ光子が少ないほど、より良好である。
【００４７】
図５は、より多くの層を持つ多層太陽電池の実施形態５０を示す。より多くの層は、異なるバンドギャップの数を増加させ、それによって異なるエネルギーの光子が吸収される可能性を高める。図５は、感度、即ち半導体層１１、１２、１３、１４、１５、１６および１７の見かけのバンドギャップに割り当てられる、スペクトル内の非常に密な帯域２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５および２１６を示す。ある実施形態では、任意の数の層、任意の数の割り当てられた帯域があってもよく、任意の帯域が、任意の層に割り当てられてもよいことは、本発明によることである。半導体層１１、１２、１３、１４、１５、１６および１７は、変化する厚さを有してもよく、一定の縮尺では示されていない。
【００４８】
見かけのバンドギャップＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７は、光子収集を最適化する順番に調整できる可能性がある。すべての層が、電極によって誘発される周囲電圧を有する必要はなく、層のいくつかは、それらの自然のバンドギャップ、例えばある実施形態ではＮＢ５＝Ｂ５にあってもよい。バンドギャップＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７が、集められる光電流、二次光子集団、前記二次光子集団に対する後の半導体層の応答、別のあり得る後の半導体層の量子効率および／または周囲電圧を提供する際に消費されるエネルギーに関して最適化されるように、周囲電圧は、半導体層のバンドギャップＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７を調節するために使用されるように配置される。原子／分子／イオン種の濃度および／または半導体層の厚さは、本発明のある実施形態でもまたこのようにして最適化されるように配置される。
【００４９】
本発明によると、層は典型的には、最も薄い場合に数ナノメートルまたは最も厚い場合に数センチメートルなどと、非常に薄い。層厚さは典型的には、そのエネルギーにおける光子集団に比例する。もし光子集団が、Ｅ１＝Ｂ１におけるよりもＥ３＝Ｂ３における方がずっと多いならば、そのときには第１の半導体層１１の厚さは、第３の半導体層１３のそれよりも薄くすることができる。同様な議論によって、より多くの光子ほど、相互作用するためのより多くの価電子を必要とするので、原子／分子／イオン種の濃度または総数は、第３の半導体層に対してより高くできる可能性がある。
【００５０】
見かけのバンドギャップ（Ｂ１〜Ｂ７）は、例えば４．３５、３．７３、３．１、２．４８、１．８６、１．２４、０．６ｅＶに設定できる可能性がある。実施形態３０および４０に対して示されたのと同じ方法で、層（１１〜１７）を通り抜ける光子集団を計算することができる。見かけのバンドギャップを、それらが光子の最大集団を、複数層またはある層が最良の量子効率を有する帯域に案内するように、設定することもまた、本発明によることである。例えば、本発明によると、ある実施形態では、もし１．８６ｅＶでの量子効率が、層１３に対して優れていることが知られているならば、先行する層内のバンドギャップを、それらが、優れた効率で使用できる１．８６ｅＶで最大数の光子を形成するように設定することが好ましい。
【００５１】
図６は、本発明による太陽電池システムの操作を流れ図として示す。生の太陽スペクトルは、段階６００で自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する。ＮＢ１は、第１の半導体層内で周囲電圧Ｖ１を調整することによって、見かけのバンドギャップＢ１に調整される６１０。Ｖ１およびそれ故にＢ１を調整することによって、集められる光電流および二次光子集団の両方にこの段階で影響を与えることができる。典型的にはＢ１は、集められる光電流、二次光子集団、前記二次光子集団に対する後の半導体層の応答、別のあり得る後の半導体層の量子効率および／または周囲電圧を提供する際に消費されるエネルギーに関して最適化される。
【００５２】
段階６２０では、Ｅ＜Ｂ１を持つ光子は、第１の半導体層を通り抜ける。Ｅ＞Ｂ１を持つ光子のいくらかは、段階６３０で吸収され、光電流に変換され、Ｅ−Ｂ１のエネルギーを残された二次光子は、段階６３０でエネルギーを保存するために、吸収された光子から残される。Ｅ＜Ｂ１を持つ光子およびＥ＝Ｅ−Ｂ１を持つ二次光子は、段階６４０で自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する。本発明のある実施形態では段階６４０で、Ｅ＞Ｂ１を有したが、吸収されなかったそれらの光子もまた、この光子集団に属し、少なくともこれらの３つの群の光子から成る二次光子集団は、第２の半導体層に入射する。段階６５０では、自然のバンドギャップからの見かけのバンドギャップＢ２の調整は、周囲電圧Ｖ２を印加することによって行われる。
【００５３】
本発明によると、同じ自然のおよび／または見かけのバンドギャップを持つ、より多くの半導体層が、システムに追加されると、６１０、６２０、６３０、６４０の段階は、後の半導体層および自然のバンドギャップのいくつかまたはすべてに対して繰り返される。
【００５４】
図７は、本発明による太陽電池システムを製造する方法を流れ図として示し、図８は、製造過程で使用される配置を示す。図７の段階７００では、分光器１による太陽スペクトルが、記録されるまたは以前の測定もしくは文献から知られる。段階７１０では、太陽放射は、図８で層１として示される、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する。
【００５５】
段階７２０では、自然のバンドギャップＮＢ１は、太陽スペクトルに対して最適な自然のバンドギャップＮＢ１を得るために、図８の半導体層１内の原子／分子／イオン種の濃度Ｎもしくは総数、層１の厚さ、または実際の原子／分子／イオン種それ自身を調整することによって調節される。その結果として段階７２０では、これらの他の変数は、ＮＢ１を得るために使用され、次いで周囲電圧Ｖ１は、見かけのバンドギャップＢ１＝ＮＢ１−Ｖ１を調節するために使用される。段階７３０では、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルは、図８の分光器２で記録される。ある実施形態では、分光器１および分光器２は、実際には同じ装置であり、異なる場合に使用されるだけである。段階７４０では、結果として生じる太陽放射（＝二次光子集団スペクトル）は、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層、図８の層２に入射する。
【００５６】
段階７５０では、自然のバンドギャップＮＢ２は、二次光子集団スペクトルに対して最適な自然のバンドギャップＮＢ２を得るために、図８の半導体層２内の原子／分子／イオン種の濃度Ｎもしくは総数、層２の厚さ、または実際の原子／分子／イオン種それ自身を調整することによって調節される。その結果として段階７５０では、これらの他の変数は、ＮＢ２を得るために使用され、次いで周囲電圧Ｖ２は、見かけのバンドギャップＢ２＝ＮＢ２−Ｖ２を調節するために使用される。二次光子集団からの、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルは、図８の分光器３で記録される。本発明のある実施形態では、分光器１、２および／または３は、実際には同じ装置であり、異なる場合に使用されるだけである。
【００５７】
段階７２０および／または７５０では、周囲電圧および他の変数は、入射太陽光から捕獲される光電流および結果として生じる吸収されない太陽光スペクトルの次の後の半導体層の応答との適合を最大にするように調整される。典型的にはＮＢ１、ＮＢ２、Ｂ１および／またはＢ２は、集められる光電流、二次光子集団、前記二次光子集団に対する後の半導体層の応答、別のあり得る後の半導体層の量子効率および／または周囲電圧Ｖ１および／またはＶ２を提供する際に消費されるエネルギーに関して最適化される。
【００５８】
任意の実施形態１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０および／または８０が、容易に組み合わされおよび／または順序を変えられてもよいことは、本発明の範囲内である。本発明によると、一実施形態１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０および／または８０に関連して説明される任意の特徴は、別の実施形態１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０および／または８０について使用することができる。
【００５９】
本発明のある実施形態では、目標は単に、先の層から現れるスペクトルに対する各層の検出器応答を最適化することである。この実施形態では、周囲電圧Ｖ１に対する必要性がいつもあるわけではない。本発明は、影響されなかった光子、散乱された光子、再結合された光子および光子−光子相互作用からの光子から成る、先の層から現れるスペクトルに対する次の層の検出器応答を最適化することによって、能動的セルまたは周囲電圧なしで実施されてもよい。周囲電圧を使用することもまた、本発明によることである。
【００６０】
この実施形態は、以下で詳細に述べられる。いくらかの光子が単に、相互作用なしに第１の層を通り抜けることは、先に述べられた。散乱するが、なお次の層に現れる、いくらかの光子があることもまた前で説明された。吸収されたいくらかの光子が、エネルギーの保存および量子力学の法則に従うようにより多くの二次光子を生成することは、前でさらに説明された（再結合光子）。前で説明されなかったことは、再結合光子が、熱放射と同意語であるＩＲ−光子に直接変わるだけでなく、それらはまた、材料それ自身内に熱振動を引き起こすことによって、太陽電池それ自身を加熱もすることである。この振動の量子は、フォノンである。太陽電池は、無限の温度まで加熱できない、即ちそれは、その環境と熱力学的平衡になければならないので、それは、熱のいくらかを放射しなければならない。したがって、本発明によると、振動フォノン量子は、新しい組換え光子量子に変わり、それは再び、光電的に集められてもよい。必ずしも周囲電圧を使用することなく、材料のバンドギャップをこれらの４つの光子集団に関して最適化することもまた、本発明によることである。
【００６１】
半導体材料のドーパント濃度、アクセプター濃度、ドナー濃度、格子構造、温度および／または相対濃度はすべて、第１の半導体層を通り抜けて現れるスペクトルに対する最良の応答を与えるために最適化することができる。異なる半導体層における光子−フォノン−光子スペクトルを測定するために、セル材料に対して異なる熱環境でテストを行うこと、およびこれらのスペクトルに対する検出器応答を最適化すること、即ち最良の熱環境−検出器応答の対を選択することは、本発明によることである。全体としては、入射太陽スペクトルおよび各半導体層を通り抜けて現れるスペクトルに対する検出器応答の組み合わされる適合は、集められる光電流を最大にするように最適化されるべきである。これは、各半導体層の後ろに現れるスペクトルを測定することによって、および次の半導体層の検出器応答をこのスペクトルとできる限りよく調和するように調節することによって達成される。
【００６２】
図９は、本発明のｐ−ｎ接合の実施形態を詳細に示す。太陽光は、矢印によって示されるように、ページの上部から接合に入る。十分なエネルギーの光子は、バンドギャップを超えて電子を励起するので、入射太陽光は、ｐ−ｎ接合内に空乏領域を引き起こす。このようにして、電子−正孔対は、空乏領域内に多かれ少なかれ一様に生成される。電子は、空乏領域内の大きな電場によってｎ−型領域内に急速に掃いて集められる。同様に、空乏領域内に生成された正孔は、ｐ−型領域に掃いて集められる。これは、迅速な光電流である。加えて、それぞれの側にある電子および正孔は、それらが拡散距離内にあるならば、拡散によって空乏領域に入る可能性がある。これは、より遅い拡散光電流である。光電流は、外部仕事をする、即ち負荷を駆動するために使用することができる電流Ｉを電圧Ｖｔで生成することができる。
【００６３】
本発明ではここで、さらなる周囲電圧Ｖが提供され、それは、ある実施形態では図９でＶ（ｒ）として示される位置の関数として変化してもよいが、また均一であってもよい。図示される実施形態ではＶ（ｒ）は、光電流収集（Ｖｔ）に垂直に設定される。Ｖｔが材料のバンドギャップに影響を与えないことは、現在の文献で立証された。しかしながら、立証されていないことは、Ｖ（ｒ）が、入射光子束によって経験される見かけのバンドギャップに影響を与えることができないであろうということである。実際は、Ｖ（ｒ）は、この見かけのバンドギャップを変えるように設計される。Ｖ（ｒ）は、価電子によって経験される有効ポテンシャルまたはいわゆる擬ポテンシャルを変えることによってこれを行う。Ｖ（ｒ）  の異なる値は、伝導帯および価電子帯のＶ（ｒ）に対する応答が異なるとき、異なる見かけのバンドギャップをもたらす。これは少なくとも部分的に、核遮へい効果のためである、即ちより低い殻準位にある電子は、異なるポテンシャル準位において異なって価電子を遮へいし、したがって価電子帯ポテンシャル内に引き起こされるシフトは、伝導帯ポテンシャル内で経験されるシフトと異なってもよく、それらの差、即ちバンドギャップは、Ｖ（ｒ）によって影響される。
【００６４】
Ｖ（ｒ）は、ページの垂直方向に電荷移動を導入する可能性があり、それが、本発明の重要な利点であってもよいことは、明らかである。本発明によると、光電流は、図９でページの水平方向で集められるが、光電流をページの垂直方向で集めることもまた可能である。Ｖ（ｒ）を提供する任意の数の電極が、任意の領域、ｎ−領域、ｐ−領域および／または空乏領域と接続して使用できることもまた、本発明によることである。同様に、任意の数の電極は、ページの水平方向で光電流Ｉを集めるために使用することができる。Ｖ（ｒ）に対して１つの回路およびＶｔに対して１つの回路だけが、明快さの目的のために描かれており、本発明によると、任意の数のそのような回路があってもよい。
【００６５】
図９の実施形態が、任意の光、例えば光電流を集めるために使用された別の半導体層を通り抜けて現れる光について使用できることもまた、明らかである。ＩおよびＶｔが、Ｖ（ｒ）を提供するために使用できることもまた、明らかである。理想的にはこの場合には、両方のポテンシャルは、全体の集められる光電流および／または電力を最大にするように最適化される。
【００６６】
本発明は、前述の実施形態を参照して上で説明され、いくつかの商業的および工業的利点が、実証された。本発明の方法および配置は、太陽電池の効率を高める。したがって、本発明の方法および配置は、太陽エネルギーの競争力を改善し、それを世界的に人々および地域社会にもっと利用できるようにする。
【００６７】
本発明は、前述の実施形態を参照して上で説明された。しかしながら、本発明が、これらの実施形態に制限されるだけでなく、本発明の考えおよび次の特許請求の範囲の精神および範囲内のすべての可能な実施形態を含むことは、明らかである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ２つの半導体層を有する太陽電池の実施形態
１１  第１の半導体層
１２  第２の半導体層
１３  第３の半導体層
１４  半導体層
１５  半導体層
１６  半導体層
１７  半導体層
２０  ３つの半導体層を有する太陽電池の実施形態
３０  大きいバンドギャップほど入射太陽光に近い順番で３つの半導体層を有する太陽電池の実施形態
３１  反射防止コーティングを有する太陽電池の実施形態
４０  小さいバンドギャップほど入射太陽光に近い順番で３つの半導体層を有する太陽電池の実施形態
５０  多層太陽電池の実施形態、電気接点または導電層
６０  太陽電池の操作の実施形態
７０  太陽電池の製造過程の実施形態
８０  太陽電池の製造配置の実施形態
１００  周囲電圧を提供する電極
１０１  周囲電圧を提供する電極
１１０  周囲電圧を提供する電極
１１１  周囲電圧を提供する電極
１２０  周囲電圧を提供する電極
１２１  周囲電圧を提供する電極
２００  電圧源、約２６０ｎｍから左側のスペクトル部分
２１０  半導体層１１の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１１  半導体層１２の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１２  半導体層１３の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１３  半導体層１４の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１４  半導体層１５の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１５  半導体層１６の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
２１６  半導体層１７の感度に割り当てられるスペクトル内の帯域
６００  太陽光が、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層へ入射する段階
６１０  Ｖ１を調整することによりＢ１を調節する段階
６２０  Ｅ＜Ｂ１を持つ光子が、第１の半導体層を通り抜ける段階
６３０  Ｅ＞Ｂ１を持つ光子が吸収され、エネルギーＥ−Ｂ１を持つ二次光子が残される段階
６４０  Ｅ＜Ｂ１を持つ光子およびＥ−Ｂ１を持つ二次光子が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層へ入射する段階
６５０  Ｖ２を調整することによりＢ２を調節する段階
７００  太陽スペクトルを分光器１で記録する段階
７１０  太陽光が、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層へ入射する段階
７２０  Ｖ１および他の変数を調整することによってＢ１を調節する段階
７３０  結果として生じる太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階
７４０  結果として生じる太陽光が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層へ入射する段階
７５０  Ｖ２および他の変数を調整することによってＢ２を調節する段階
【図１】
2010524216.tif 000003
【図２】
2010524216.tif 000004
【図３】
2010524216.tif 000005
【図６】
2010524216.tif 000006
【図７】
2010524216.tif 000007
【図８】
2010524216.tif 000008
【図９】
2010524216.tif 000009
【図３Ｂ】
2010524216.tif 000010
【図４】
2010524216.tif 000011
【図５】
2010524216.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月3日(2008.11.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む発電用の太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢをＢ＝ＮＢ−Ｖによって見かけのバンドギャップＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７）に調整するように配置され、
−  見かけのバンドギャップＢを持つ前記半導体層は、前記入射光子からの第１の光子集団を光電流に変換し、第２の光子集団を残すように配置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
−  前記第１の半導体層（１１）は、前記第１の光子集団以外のすべてのまたはいくつかの光子に対して透明であり、
−  前記太陽電池は、前記第１の半導体層の後ろに、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含み、
−  自然のバンドギャップＮＢを持つ前記少なくとも１つの第２の半導体層は、前記第２の光子集団からの入射光子を電流に変換するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の半導体層（１１）には、太陽光が入射し、前記入射光子は、太陽スペクトルを有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前および／または後ろに、電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）または周囲電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）を持たない少なくとも１つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）があることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前および／または後ろに、少なくとも１つの絶縁層があることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
−  前記第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記第２の半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢを見かけのバンドギャップＢに調整するように配置され、
−  バンドギャップＢを持つ前記第２の半導体層は、前記入射二次光子集団からの所望の第３の光子集団を光電流に変換し、所望の第４の光子集団を残すように配置されることを特徴とする、請求項１および２に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽電池は、任意の数の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）および／または絶縁層を含んでもよいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記太陽電池は、より大きなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記太陽電池は、より小さなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記太陽電池は、Ｓｉ、多結晶シリコン、薄膜シリコン、非晶質シリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ、ＣｄＳ、ＣＩＳ、および／またはＩｎＧａＮをさらに含む少なくとも１つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、任意の材料のまたは光電効果を経験することができる任意の材料を含む層であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記見かけのバンドギャップＢが、前記集められる光電流、二次光子集団、前記後の半導体層の前記二次光子集団に対する応答、別の半導体層の量子効率および／または前記周囲電圧Ｖを提供する際に消費されるエネルギーに関して最適化されるように、前記周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）は、前記半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前記見かけのバンドギャップＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７）を調節するために使用されるように配置されることを特徴とする、請求項１および２に記載の太陽電池。
【請求項１３】
発電用の太陽電池を操作するための方法であって、次の段階、即ち、
−  生の太陽スペクトルが、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（６００）と、
−  前記第１の半導体層内の周囲電圧Ｖ１を調節することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節する段階（６１０）と、
−  エネルギーＥ＜Ｂ１を持つ光子が、前記第１の半導体層を通り抜ける段階（６２０）と、
−  エネルギーＥ＞Ｂ１を持つ光子が、吸収され、光電流に変換され、Ｅ−Ｂ１を残された二次光子が、前記吸収された光子から残る段階（６３０）と、
−  Ｅ＜Ｂ１を持つ光子およびＥ＝Ｅ−Ｂ１を持つ二次光子が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（６４０）とを含む方法。
【請求項１４】
前記段階６１０、６２０、６３０、６４０は、後の半導体層および自然のバンドギャップに対して繰り返されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
発電用の太陽電池を作製するための方法であって、次の段階、即ち、
−  太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（７１０）と、
−  周囲電圧Ｖ１または他の変数を調整することによって、ＮＢ１をバンドギャップＢ１に調節するまたは調節をしない段階（７２０）と、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階（７３０）と、
−  結果として生じる太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（７４０）と、
−  周囲電圧Ｖ２または他の変数を調整することによって、ＮＢ２を調節するまたは調節をしない段階（７５０）とを含む方法。
【請求項１６】
段階７２０および／または７５０で、前記周囲電圧および他の変数は、前記入射太陽光から捕獲される光電流および前記結果として生じる吸収されない太陽光スペクトルの次の後の半導体層の応答との適合を最大にするように調整されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも２つの半導体層を持つ発電用の太陽電池であって、
−  入射太陽放射に最も近い第１の層は、ＩｎＧａＰおよび／またはＧａＮ層であり（１１）、
−  第２の層は、多結晶シリコン層および／またはＩｎＳｂ層である（１２）ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１８】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む発電用の太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、電荷移動を増加させ、それによって光電流を増加させるように配置されることを特徴とする太陽電池。
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む太陽電池において、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層は、前記入射光子からの第１の光子集団を光電流に変換し、二次光子集団を残すように配置され、
−  前記第１の半導体層（１１）は、前記第１の光子集団以外のすべてのまたはいくらかの光子に対して透明であり、
−  前記太陽電池は、前記第１の半導体層の後ろに、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ少なくとも１つの第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含み、
−  自然のバンドギャップＮＢ２を持つ前記少なくとも１つの第２の半導体層は、前記二次光子集団からの入射光子を電流に変換するように配置される太陽電池であって、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける入射太陽スペクトルによって残される前記二次光子集団スペクトルは、分光器測定から知られて配置され、
−  前記入射太陽スペクトルおよび各半導体層を通り抜けて現れるスペクトルに対する前記半導体層応答の組み合わされる適合は、全部の集められる光電流を最大にするように最適化されて配置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
少なくとも１つの半導体層内の原子／分子／イオン種の濃度Ｎもしくは総数、層厚さ、または実際の原子／分子／イオン種それ自身は、前記入射太陽光から捕獲される光電流、および前記結果として生じる吸収されない太陽光スペクトルの次の後の半導体層の応答との適合を最大にするように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の半導体層（１１）には、太陽光が入射し、前記入射光子は、太陽スペクトルを有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）の前および／または後ろに、少なくとも１つの絶縁層があることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記太陽電池は、任意の数の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）および／または絶縁層を含んでもよいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池は、より大きなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むこと、または前記太陽電池は、より小さなバンドギャップほど前記入射太陽スペクトル（２００）により近い順番で、少なくとも２つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽電池は、Ｓｉ、多結晶シリコン、薄膜シリコン、非晶質シリコン、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ、ＣｄＳ、ＣＩＳ、および／またはＩｎＧａＮをさらに含む少なくとも１つの半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、任意の材料のまたは光電効果を経験することができる任意の材料を含む層であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
太陽電池を操作するための方法において、少なくとも２つの半導体層を含み、次の段階、即ち、
−  生の太陽スペクトルが、バンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（６００）と、
−  エネルギーＥ＜ＮＢ１を持つ光子が、前記第１の半導体層を通り抜ける段階（６２０）と、
−  エネルギーＥ＞ＮＢ１を持つ光子が、吸収され、光電流に変換され、Ｅ−ＮＢ１を残された二次光子が、吸収された光子から残る段階（６３０）と、
−  Ｅ＜ＮＢ１を持つ光子およびエネルギー＝Ｅ−ＮＢ１を持つ二次光子が、バンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（６４０）とを含む方法であって、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける入射太陽スペクトルによって残される前記二次光子集団スペクトルは、分光器測定から知られ、
−  前記入射太陽スペクトルおよび各半導体層を通り抜けて現れるスペクトルに対する前記半導体層応答の組み合わされる適合は、集められる光電流を最大にするように最適化されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記段階６２０、６３０、６４０は、後の半導体層および自然のバンドギャップに対して繰り返されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
太陽電池を作製するための方法において、少なくとも２つの半導体層および次の段階、即ち、
−  太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ１を持つ第１の半導体層に入射する段階（７１０）と、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階（７３０）と、
−  結果として生じる吸収されない太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（７４０）とを含む方法であって、
−  前記第１の半導体層を通り抜ける、結果として生じる吸収されない太陽光のスペクトルを分光器２で記録する段階（７３０）と、
−  結果として生じる吸収されない太陽光が、自然のバンドギャップＮＢ２を持つ第２の半導体層に入射する段階（７４０）と、
−  前記入射太陽スペクトルおよび各半導体層を通り抜ける前記記録されたスペクトルに対する前記半導体層応答の組み合わされる適合は、集められる光電流を最大にするように最適化されることとを特徴とする方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの半導体層内の原子／分子／イオン種の濃度Ｎもしくは総数、層厚さ、または実際の原子／分子／イオン種それ自身は、前記入射太陽光から捕獲される光電流、および前記結果として生じる吸収されない太陽光スペクトルの次の後の半導体層の応答との適合を最大にするように調整されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも２つの半導体層を持つ太陽電池であって、
−  入射太陽放射に最も近い第１の層は、ＩｎＧａＰおよび／またはＧａＮ層であり（１１）、
−  第２の層は、多結晶シリコン層および／またはＩｎＳｂ層である（１２）ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１４】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、電荷移動を増加させ、それによって光電流を増加させるように配置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
入射光子を電流に変換するように配置される、自然のバンドギャップＮＢ（ＮＢ１、ＮＢ２、ＮＢ３、ＮＢ４、ＮＢ５、ＮＢ６、ＮＢ７）を持つ少なくとも１つの第１の半導体層（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７）を含む太陽電池であって、
−  少なくとも１つの半導体層は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ（ｒ））を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢをＢ＝ＮＢ−Ｖによって見かけのバンドギャップＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７）に調整するように配置され、
−  見かけのバンドギャップＢを持つ前記半導体層は、前記入射光子からの第１の光子集団を光電流に変換し、第２の光子集団を残すように配置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項１６】
−  第２の半導体層（１２、１３、１４、１５、１６、１７）は、少なくとも１つの電極（１００、１０１、１１０、１１１、１２０、１２１）を提供され、
−  前記少なくとも１つの電極は、前記第２の半導体層内に周囲電圧Ｖ（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）を提供するように配置され、
−  前記周囲電圧Ｖは、前記自然のバンドギャップＮＢを見かけのバンドギャップＢに調整するように配置され、
−  バンドギャップＢを持つ前記第２の半導体層は、前記入射二次光子集団からの所望の第３の光子集団を光電流に変換し、所望の第４の光子集団を残すように配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の太陽電池。
【国際調査報告】
2010524216.tif 000013
2010524216.tif 000014
2010524216.tif 000015