(57)【要約】  入射光１６を少なくとも１つの動作モードにおいて変換する少なくとも１つの発光デバイス１２と、光を全内部反射により或る方向に導くように設計された少なくとも１つの導光器１８とを有する発光性太陽集光器である。上記発光デバイス１２は少なくとも１つのナノ構造層３４と少なくとも１つの発光部材１４とを有し、ナノ構造層３４は発光部材１４の極近傍にある。
2015507842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を少なくとも１つの動作モードにおいて変換する少なくとも１つの発光デバイスであって、少なくとも１つのナノ構造層と、少なくとも１つの発光部材とを有し、前記ナノ構造層が前記発光部材の極近傍にある発光デバイスと、
光を全内部反射により或る方向に導く少なくとも１つの導光器と、
を有する、発光性太陽集光器。
【請求項２】
前記ナノ構造層がプラズモン・ナノアンテナの少なくとも１つのアレイを有する、請求項１に記載の発光性太陽集光器。
【請求項３】
前記ナノ構造層が共鳴散乱器の少なくとも１つのアレイを有する、請求項１に記載の発光性太陽集光器。
【請求項４】
前記発光デバイスが、電磁波を少なくとも１つの動作モードにおいて前記導光器の全内部反射のための臨界角αcritより大きな放射角βmaxで最大に放射する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の発光性太陽集光器。
【請求項５】
少なくとも１つの動作モードにおいて、前記ナノ構造層の電磁波の放射スペクトルの下限波長が、前記発光部材の電磁波の吸収スペクトルの上限波長より大きい、請求項１ないし４の何れか一項に記載の発光性太陽集光器。
【請求項６】
前記ナノ構造層が少なくとも１つの方向に周期構造を有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載の発光性太陽集光器。
【請求項７】
前記発光デバイスの前記ナノ構造層がヘテロ構造半導体ナノワイヤの少なくとも１つのアレイを有する、請求項１ないし６の何れか一項に記載の発光性太陽集光器。
【請求項８】
前記ヘテロ構造半導体ナノワイヤの各々が、１００ｎｍ未満の直径の上部と、３００ｎｍ未満の低部直径を持つ先細りの下部とを有する、請求項７に記載の発光性太陽集光器。
【請求項９】
前記ナノ構造層が少なくとも１つの方向において実質的に５００ｎｍの周期ピッチを有する、請求項７又は請求項８に記載の発光性太陽集光器。
【請求項１０】
少なくとも１つの請求項１ないし９の何れか一項に記載の発光性太陽集光器と、
該発光性太陽集光器に光学的に結合される少なくとも１つの太陽電池と、
を有する、光電発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光性太陽集光器、及び少なくとも１つの発光性太陽集光器を備えた光電発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光性太陽集光器（ＬＳＣ）の原理は光電発電機の分野で良く知られている。ガラス又はプラスチックのシートが、入射光を吸収すると共に一層長い波長で光を放射する或る種の発光材料を含むことができるか、又は斯かる発光材料によりコーティングされ得る。放射された一層長い波長の光の一部は、該ガラス又はプラスチックシート内で全内部反射により捕捉されてエッジまで導かれ、ここで小面積の効率的太陽電池に導入される。従来技術の発光性太陽集光器は、例えば、国際特許出願公開第WO2010/023657A2号公報に記載されている。ＬＳＣは、安価であり、太陽電池の動作点を一層高い光強度にずらすことができるので、有望である。
【０００３】
ＬＳＣは、望ましくない損失による低い効率のため、未だ有望さを実現していない。これらは、日光の限られた吸収、放射されたルミネッセント光の再吸収及び全内部反射により捕捉されない光の喪失を含む。
【０００４】
放射される光の波長依存性を修正するために入射光により励起された表面プラズモンポラリトンを利用するナノ構造層を備えたプラズモンデバイスが従来技術において知られている。例えば、米国特許出願公開第2010/0259826A1号公報はシリコン及びポリマ基板におけるナノ構造パターンであって、該ナノ構造がプラズモン波をサポートすることができる材料、例えば金、銀、クロム、チタン、銅及びアルミニウム等の導電性材料によりコーティングされるナノ構造パターンを記載している。該ナノ構造は、太陽スペクトルにおける光の波長の程度のフィーチャ（凹凸）間距離を示すと記載されている。
【０００５】
光電発電機の効率を改善するために放射特性の設計制御に関してＬＳＣ概念の利点をナノ構造層により提供されるオプションと組み合わせることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、全内部反射による光の捕捉に関して及び放射された光の最少化された再吸収に関して効率が改善された発光性太陽集光器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願において、“光”、“電磁波”及び“放射”なる用語は同義語として使用され、紫外領域より下から赤外領域の上までにわたる波長を持つ、４００〜１０００ナノメートル（ｎｍ）の区間により実質的に特徴付けられる電磁波の連続スペクトルの一部を指す。
【０００８】
本発明の一態様において、上記目的は、入射光を少なくとも１つの動作モードにおいて変換する少なくとも１つの発光デバイスと、光を或る方向に全内部反射により導くように設計された少なくとも１つの導光器とを有する発光性太陽集光器により達成され、上記発光デバイスは少なくとも１つのナノ構造層と、少なくとも１つの発光部材とを有し、上記ナノ構造層は上記発光部材の極近傍にある。
【０００９】
本出願において使用される“発光（ルミネッセント）”なる語句は、特に燐光及び蛍光のフィーチャも含むものと理解されるべきである。本出願において使用される“極近傍”なる語句は、特に上記ナノ構造層と上記発光部材との間の、入射光及び／又は放射光の波長の程度の距離と理解されるべきである。従って、この距離は、典型的に、７００ｎｍより小さく、好ましくは５００ｎｍより小さく、更に一層好ましくは４００ｎｍより小さくなければならない。従って、極近傍とは上記発光部材が上記ナノ構造層の表面に被着される状況も含む。該極近傍は、上記ナノ構造層が上記発光部材に含まれる状況も含む。
【００１０】
入射光の吸収及びルミネッセント光の放出（放射）の両者は、吸収及び放射の周波数における共鳴構造のアレイを備えた上記ナノ構造層により向上（増強）させることができる。共鳴構造体の一例は、ミー共鳴をサポートする、光の波長と同等の寸法の誘電体粒子により示される。共鳴構造の他の例は、局部表面プラズモンポラリトン（ＬＳＰＰ）をサポートする金属粒子又はナノアンテナである。以下では、一般性を失うことなく、当該構造体における共鳴をＬＳＰＰと、及び当該構造体をナノアンテナと称する。上記発光部材を励起する入射光はＬＳＰＰと共鳴し得、このことは、非平行化（非コリメート）光源による励起の増強（ポンプ増強）も可能にする。これにより、効率が改善された発光性太陽集光器を提供することができる。入射光の吸収は、特に、上記ナノアンテナの寸法及び形状の変更により調整することができる。
【００１１】
本発明の他の態様において、前記ナノ構造層はナノアンテナ又は共鳴構造体の少なくとも１つのアレイを有する。これにより、入射光及びルミネッセント光の放射の増強のための広い範囲の設計オプションを提供することができる。上記アレイは一次元アレイとすることができ、その場合、ナノアンテナは層面と平行な直線方向に沿って配列される。他の好ましい実施態様において、上記アレイは二次元アレイとすることができ、その場合、ナノアンテナは、共に上記層面と平行な少なくとも２つの非平行な直線方向に沿って配列される。更に他の実施態様において、上記アレイは三次元アレイとすることができ、その場合、二次元アレイのナノアンテナが上記層面に対して異なる距離を持つ少なくとも２つのレベルに配置される。これらのアレイの何れにおいても、上記ナノアンテナは、実質的に上記層面に垂直な延在方向に延びることができる。この出願において平面の方向、平行度及び傾きに関して使用される“実質的に”なる語句は、特に、特定の方向、平行度又は面の傾きからの２０度未満の、好ましくは１５度未満の、特に好ましくは１０度未満の偏差を含むと理解されるべきである。
【００１２】
本発明の他の態様において、前記ナノ構造層は少なくとも１つのアレイの共鳴散乱器を有する。“アレイ”なる用語は、上述した説明の全範囲内で理解されるべきことを意味する。このことは、入射光及びルミネッセント光の放射の強化のための他の広い範囲の設計オプションを提供する。
【００１３】
当該発光性太陽集光器の効率は、アレイに配列されたナノアンテナの回折結合から生じる表面格子共鳴、即ち個々のＬＳＰＰに対する入射光の結合により更に向上させることができる。これにより、放射された光を表面格子共鳴に結合することができ、これによって強度を、当該放射の方向及び偏光の両方において、共鳴的に増加及び制御することができる。結合の強度は波長及び偏光に依存する一方、放射の指向性（方向性）は当該表面格子共鳴の角度的分散に非常に類似するので、放射光の波長範囲、方向及び偏光等の放射特性を、当該ナノアンテナのアレイを適切に設計することにより調整することができる。
【００１４】
本発明の更に他の態様において、前記発光デバイスは少なくとも１つの動作モードにおいて前記導光器の全内部反射のための臨界角より大きな角度で電磁波を最大に放射するように設けられる。結果として、放射された光の全内部反射による捕捉の改善により当該発光性太陽集光器の改善された効率を達成することができる。導光器材料の１.５なる屈折率に対しては、空気との境界における入射位置での垂直方向から測って４２°を越える角度での電磁波の放射が好ましい。
【００１５】
本発明の他の態様においては、当該発光性太陽集光器の少なくとも１つの動作モードにおいて、前記ナノ構造層の電磁波の放射スペクトルの下限波長は、前記発光部材の電磁波の吸収スペクトルの上限波長より大きい。本出願において使用される“下限波長”なる語句は、特に、最大放射強度の１０％の放射強度を持つ、該最大強度が生じる波長より小さい上記ナノ構造層の放射スペクトルの最初の波長と理解されるべきである。本出願において使用される“上限波長”なる語句は、特に、最大吸収度の１０％の吸収度を持つ、該最大吸収度が生じる波長より大きな上記発光部材の吸収スペクトルの最初の波長と理解されるべきである。有利にも、放射された電磁波の上記発光部材による再吸収は、上記吸収スペクトルと重ならない波長領域での放射により防止することができ、太陽電池により吸収されるために利用可能な一層多くの光が存在し得ることになる。
【００１６】
本発明の他の態様において、前記ナノ構造層は少なくとも１つの方向に周期構造を有している。本出願において使用される“周期構造”なる語句は、特に、その特定のフィーチャが或る方向に規則的な距離で繰り返されるような構造と理解されるべきである。該繰り返されるフィーチャは、当該構造の幾つかのフィーチャを含むことができる。これらの距離は、好ましくは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間の範囲である。先に言及したルミネッセント光の放射の増強は、表面格子共鳴に対する放射光の結合及びこれらモードの放射への導出の結果である。従って、当該放射は有利には当該アレイの周期性を変化させることにより調整することができる。当該アレイの２つの非平行な方向の周期性は、有利にも、放射光による前記導光器の二次元的到達範囲を生じさせることができる。
【００１７】
好ましい実施態様において、前記発光デバイスのナノ構造層はヘテロ構造半導体ナノワイヤの少なくとも１つのアレイを有する。このような種類のナノ構造材料の製造方法は当業者により良く知られているので、発光性太陽集光器のためのナノ構造層を準備する費用は合理的なレベルに維持することができる。
【００１８】
本発明の他の態様において、上記ヘテロ構造半導体ナノワイヤは、好ましくは、１００ｎｍ未満の直径の上部及び３００ｎｍ未満の低部直径を持つ先細りの下部を各々有している。上記ナノワイヤの該形状は、有利にも、明確な放射最大点を生じさせ得る。
【００１９】
本発明の他の態様において、前記ナノ構造層は少なくとも１つの方向において実質的に５００ｎｍの周期ピッチを有する。この出願において使用される“実質的に”なる語句は、特に、特定の値により与えられる中心ピッチを中心にして±２０％の、好ましくは±１０％の範囲内のピッチを含むと理解されるべきである。このことは、所望の波長において強く且つ明確な放射最大点を生じさせ得る。
【００２０】
本発明の他の目的は、改善された効率を示す発光性太陽集光器を備えた光電発電機を提供することである。これは、本発明の発光性太陽集光器の一実施態様を、該発光性太陽集光器に光学的に結合される少なくとも１つの太陽電池と組み合わせることにより達成することができる。
【００２１】
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して解説されるであろう。尚、このような実施態様は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、従って、本発明の範囲を解釈するためには請求項及び本説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、発光性太陽集光器を備えた光電発電機の従来技術を概略図示する。
【図２】図２は、図１による発光性太陽集光器に使用される有機染料Lumogen Red 305の吸収スペクトル及び放射スペクトルを示す。
【図３】図３は、本発明の一実施態様による発光性太陽集光器を備えた光電発電機を概略図示する。
【図４】図４は、図３による発光性太陽集光器に使用するためのナノ構造層の一実施態様を概略図示する。
【図５】図５は、図４による発光デバイスの光放射の角度分布を２つの異なる図で示す。
【図６】図６は、図３による発光性太陽集光器に使用するためのナノ構造層の他の実施態様を図示する。
【図７】図７は、図６による発光デバイスの光放射の角度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本説明は本発明の幾つかの実施態様を含み得る。同様のフィーチャ、部材及び機能には、概ね、同様の符号が付されている。符号には、区別する目的で、種々の実施態様に対してａ，ｂ，…等の接尾語が付されている。或る実施態様における同様のフィーチャの機能の説明がない場合は、第１実施態様に対する当該フィーチャの機能の説明を参照されたい。
【００２４】
図１は、従来技術の発光性太陽集光器を備えた光電発電機１０ａの一実施態様を概略図示している。
【００２５】
該発光性太陽集光器は、入射光を動作レディモード（operating-ready mode）において変換する発光デバイス１２ａを有している。該発光デバイス１２ａは発光部材１４ａを有している。動作レディモードにおいて、発光部材１４ａは入射光１６ａ（図１における点線）を吸収し、導光器１８ａ内へ一層長い波長λの光を放射する。
【００２６】
導光器１８ａは、観測面に平行に延びる長方形のプラスチックシートにより形成され、発光部材１４ａ上に入射光１６ａの方向に向けて配置される。導光器１８ａは光を当該長方形シートの長辺に実質的に平行な方向に全内部反射により案内するように設計されている。但し、上記光は導光器１８内を進行し、該導光器１８ａと周囲の空気との間の境界に垂直方向２０ａに対して臨界角αcrit（屈折率１.５の導光器に対しては４２°である）より大きな角度αで接近するものとする。
【００２７】
導光器１８ａには、図１の図における該導光器１８ａの右端側に太陽電池２４ａが配置され、該太陽電池は導光器１８ａの内部で全内部反射により捕捉された光を収集する。該太陽電池２４ａは、収集された光のエネルギを当業者により良く知られた方法で電気エネルギに変換するために設けられている。
【００２８】
図２は、図１による太陽集光器の発光部材１４ａで使用される有機染料、Lumogen Red 305（ＢＡＳＦ社による）の吸収スペクトル２６ａ及び放射スペクトル２８ａを示す。約５７０ｎｍの放射スペクトル２８ａにおける下限波長３０ａは、当該有機染料の吸収スペクトル２６ａにおける約６１０ｎｍの上限波長３２ａより小さく、発光部材１４ａ内でのルミネッセント光の再吸収を生じ、これが効率の損失となる。一層多くの損失が、臨界角αcritより小さな角度αで放射されるルミネッセント光の逃げ（escape）により生じる。
【００２９】
図３は本発明の一実施態様による発光性太陽集光器を備えた光電発電機１０ｂを示す。上記発光性太陽集光器は入射光を動作レディモードにおいて変換する発光デバイス１２ｂを有している。該発光デバイス１２ｂは、ナノ構造層３４ｂと、該ナノ構造層３４ｂに接触し、これにより該ナノ構造層の極近傍に位置する発光部材１４ｂとを有している。
【００３０】
図４は、図３による発光性太陽集光器のナノ構造層３４ｂの一実施態様を概略図示している。基板の表面はナノ構造化されて、金属銀の小片により形成されたプラズモン・ナノアンテナ３６ｂの二次元アレイを有し、これらプラズモン・ナノアンテナ３６ｂは、２つのアレイ次元３８ｂ，４０ｂにわたる面に対して実質的に垂直な延在方向に延びている。当該金属銀の小片は丸められた長方形の形状を有している。プラズモン・ナノアンテナ３６ｂのアレイは、ナノアンテナ３６ｂの構造が上記２つのアレイ次元３８ｂ，４０ｂのうちの第１の次元３８ｂにおいては５５０ｎｍの第１のピッチ４２ｂで、上記２つのアレイ次元３８ｂ，４０ｂのうちの第２の次元４０ｂにおいては３５０ｎｍの第２のピッチ４４ｂで繰り返されることにより、該アレイ次元３８ｂ，４０ｂに対応する２方向において周期的である。
【００３１】
上記ナノアンテナ３６ｂのアレイは、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）／硫化カドミウム（ＣｄＳ）量子ドットの層により形成された発光部材１４ｂに接触する。該発光部材１４ｂの層は２００ｎｍの厚さを有し、ナノアンテナ３６ｂのアレイ上に、図４の図の面に平行に配置される。
【００３２】
ナノアンテナ３６ｂのアレイは局部表面プラズモンポラリトン（ＬＳＰＰ）をサポート（支援）する。前記発光部材１４ｂを励起する入射光１６ｂは該ＬＳＰＰと共鳴し得、このことは、発光部材１４ｂの非平行化（コリメートされていない）光源によってさえも励起の増強（ポンプ増強）を可能にする。
【００３３】
当該発光性太陽集光器の効率は、個々のＬＳＰＰの回折結合から生じる表面格子共鳴に入射光１６ｂを結合することにより更に増加される。これにより、放射強度Ｉが共鳴的に増加され、当該放射の指向性（方向性）及び偏光の両方が制御される。上記結合の強度は波長λ及び偏光に依存する一方、上記放射の指向性は表面格子共鳴の角度的分散に極めて類似するので、波長範囲、方向及び偏光等の放射特性はナノアンテナ３６ｂのアレイの設計により決定される。吸収（発光部材１４ｂのポンピング）はナノ粒子の大きさ及び形状を変えることにより調整することができる一方、光の放射は当該アレイの周期性を変えることにより調整することができる。
【００３４】
図５は、図４に従う発光デバイス１２ｂの光放射の角度分布を２つの異なる図で示す。図５の左側の図は、種々の波長λに関する放射角βに依存した光の放射の増強を示す。放射の増強ｆは、裸のガラス基板上の（即ち、ナノ構造層３４ｂが無い）量子ドットの放射により正規化された、ナノアンテナ３６ｂのアレイ上の量子ドットの放射として定義される。明瞭化のために、図５の右側の画像は、放射角β及び波長λに依存する放射の増強ｆの輪郭（等高線）のプロットを示す。
【００３５】
図５に示されるように、発光デバイス１２ｂは、動作レディモードにおいて約６３０ｎｍの波長λに対して導光器１８ｂの全内部反射の臨界角αcritより大きな角度βmaxで電磁波を最大に放射するように設けられる。
【００３６】
図５の両図から分かるように、量子ドットの放射は各波長λ及び各放射角βに対して増強される。この全体的な放射の増強ｆは、ポンピング効率及び放射効率の両方における増加の複合効果である。入射光１６ｂの周波数は前記アレイにおける局部表面プラズモン共鳴の周波数に一致するので、ポンプ増強はナノアンテナ３６ｂによるポンプ光の共鳴散乱から生じる。
【００３７】
ここで、局部表面プラズモン共鳴は如何なる入射角に対しても励起され得、このことが散乱性の日光等のコリメートされていない光源によっても励起を可能にさせることに注意することが重要である。
【００３８】
放射増強ｆは、放射された光の表面格子共鳴に対する結合及びこれらモードの放射への導出から生じる。放射増強ｆは、当該放射光が結合される表面格子共鳴の分散により示されるように、放射角β及び波長λに強く依存する。例えば、５７５ｎｍでは前方向（β＝０°）への１０倍の放射増強ｆがある。６００ｎｍの波長λにおいては、放射は全放射角βにおいて概ね一様となり、放射増強ｆは４.５〜６.５の範囲内となる。６３０ｎｍの波長λにおいては、試料法線に対し４５°の角度βにおいて１２倍の放射増強ｆが観測される。従って、発光部材１４ｂの放射を定められた態様で増強及び指向させるナノアンテナ３６ｂのアレイを設計することが可能である。
【００３９】
上述した説明からは、他の実施態様を詳細に説明しなくても、図４によるナノ構造層３４ｃを備えると共に図１による従来の発光性太陽集光器の発光部材１４ｃを備えた発光デバイス１２ｃを有する実施態様にも有利に適用することができることが明らかである。この場合、ナノ構造層３４ｃは、放射スペクトル２８ｃが吸収スペクトル２６ｃに重ならないようにすることにより、即ちナノ構造層３４ｃの電磁波の放射スペクトル２８ｃの下限波長３０ｃをLumogen Red 305により代表される発光部材１４ｃの電磁波の吸収スペクトル２６ｃの上限波長３２ｃより大きくなるように調整することにより、発光部材１４ｃによる再吸収を回避することができる波長λ範囲内の放射を増強するように設けられるであろう。約６３０ｎｍ〜７００ｎｍの波長λ範囲が、所望の効果を達成するために好適であろう。
【００４０】
図３に従う発光性太陽集光器に使用するための発光デバイスの他の実施態様１２ｄが図６に示され、該図はヘテロ構造半導体ナノワイヤ４６ｄのアレイを有する発光デバイス１２ｄにおけるナノ構造層３４ｄのＳＥＭ（走査電子顕微鏡）写真を示している。
【００４１】
半導体ナノワイヤ４６ｄは、金属有機気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）又は分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）等の化学蒸着（ＣＶＤ）技術により、エピタキシャル成長のための結晶性基板上に標準的に成長される。通常、ナノワイヤ４６ｄの成長は、ナノワイヤ４６ｄの直径を定める金属触媒粒子により触媒される。該金属触媒粒子は、ナノワイヤ４６ｄの規則的アレイを製造するために基板共形インプリントリソグラフィ（ＳＣＩＬ）により構造化することができる。ナノワイヤ４６ｄは＜１１１＞結晶方向に優先的に成長し、従って、（１１１）基板上に成長されたナノワイヤ４６ｄは垂直に整列される。
【００４２】
ヘテロ構造半導体ナノワイヤ４６ｄの各々は、隣化インジウム（ＩｎＰ）から形成される第１部分と、発光部材１４ｄとして機能する砒化隣化インジウム（ＩｎＡｓＰ）から形成される一層小さな第２部分とを有している。これらの２つの部分はＳＥＭ画像では区別することができない。これらの部分は、ナノワイヤ４６ｄの延在方向４８ｄに連続して配置される。
【００４３】
ヘテロ構造半導体ナノワイヤ４６ｄのアレイは、アレイの次元３８ｄ，４０ｄに対応する２つの非平行な方向に周期構造を有している。ナノワイヤ４６ｄは、５１３ｎｍのピッチ４２ｄ，４４ｄの正方形格子に成長される。ナノワイヤ４６ｄの上部５０ｄは９０ｎｍの直径及び２μｍの長さで真っ直ぐに成長される一方、下部５２ｄは１μｍの長さ及び２７０ｎｍの底部直径で先細りである。
【００４４】
図７の画像は、このＩｎＰナノワイヤのアレイのフォトルミネッセンスのプロットを放射角β及び波長λの関数として示す。該フォトルミネッセンスの最も興味深いフィーチャは、λ＞９００ｎｍの波長におけるＩｎＡｓＰ部分の放射である。図７から明らかなように、５７°の放射角βmax及び９５６ｎｍの波長λ付近の光放射の明確な最大点につながる２つの強力で接近して離隔された帯域が存在する。これらの光の明確な最大点は、ナノワイヤ４６ｄのアレイの周期構造によるものである。放射プロファイルに対する周期構造の重要性は、比較のために９０ｎｍの直径及び５１３ｎｍの間隔の無限に長い非吸収性円柱からなる光結晶のブロッホモードを計算することにより説明される。図７における白い曲線は、該光結晶の計算された第２周波数帯域を示している。帯域構造計算とフォトルミネッセンスとの間の良好な合致は、指向的な光放射の確定における周期構造の関連性を示す。上記合致は当該アレイの放射に関する下記の説明の正しさを示す。即ち、光励起されたナノワイヤ４６ｄ及びＩｎＡｓＰ部分は、好ましくは、自由空間放射と界面で結合される当該周期構造の自然振動（“固有モード”）に減衰する。
【００４５】
ここに示された理論的背景は、今日の知識レベルにあると思われる。関連する現象の理論的理解の将来の変化は、記載された本発明の有効性に影響を及ぼすものではない。
【００４６】
以上、本発明を図面及び上記記載において図示及び詳細に説明したが、斯かる図示及び説明は解説的又は例示的なもので、限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。開示された実施態様に対する他の変形は、当業者によれば、請求項に記載された本発明を実施する際に、図面、開示内容及び添付請求項の精査から理解し実施することができる。尚、請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用することができないことを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【符号の説明】
【００４７】
１０    光電発電機
１２    発光デバイス
１４    発光部材
１６    入射光
１８    導光器
２０    垂直方向
２４    太陽電池
２６    吸収スペクトル
２８    放射スペクトル
３０    下限波長
３２    上限波長
３４    ナノ構造層
３６    ナノアンテナ
３８    アレイの次元
４０    アレイの次元
４２    ピッチ
４４    ピッチ
４６    ナノワイヤ
４８    延在方向
５０    上部
５２    下部
α      角度
αcrit    臨界角
ｆ      放射増強
Ｉ      強度
β      放射角
βmax    最大放射角
λ      波長
【図１】
2015507842.tif 000003
【図２】
2015507842.tif 000004
【図３】
2015507842.tif 000005
【図４】
2015507842.tif 000006
【図５】
2015507842.tif 000007
【図６】
2015507842.tif 000008
【図７】
2015507842.tif 000009
【国際調査報告】
2015507842.tif 000010
2015507842.tif 000011