(57)【要約】  光学的性質を有するケーンは、半導体材料から形成されたコア；および、コアの周りに同軸上に配向した、ガラス、ガラスセラミック、またはポリマーから形成された透明なクラッディングを備えている。前記ケーンは、個別のｎ型およびｐ型の領域によって画成された、少なくとも１つのｐｎ接合を含む半導体コア；長手方向に配向したケーンを形成する、前記半導体コアと同軸の関係にある実質的に透明なクラッディング；および、各々が前記ｎ型およびｐ型の領域のそれぞれ１つと電気的に結合している、第１および第２の電極を備えた、光起電装置の製造に使用されうる。
2012513123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブランク再ドロー法に使用するのに適した中空のブランクを調製し；
前記ブランクの中空部分に半導体材料を導入し；
前記ブランクおよび前記半導体材料が流れるように、再ドロー用加熱炉で前記ブランクおよび半導体材料を加熱し；
前記半導体材料のコアが前記中空のブランクから作られたクラッディング内に同軸上に配向され、それによってケーンを形成するように、前記ブランクおよび前記半導体材料を同時にドローする、
各工程を有してなる方法。
【請求項２】
前記加熱工程が、前記ブランクおよび前記半導体材料の温度が前記半導体材料の融点より高いが前記ブランクの融点未満になる工程であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ブランクの中空部分に半導体材料を導入する工程が、半導体ロッド、バー、プレート、粉末、断片、および、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤまたはスラリーキャスト法によって堆積された半導体材料の適切な厚い層のうち１つ以上を挿入することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ブランクおよび前記半導体材料を加熱して、前記ケーンをドローするゴブセクションを形成し；
前記半導体材料が、前記ゴブセクションにおいて少なくとも部分的に溶融するように、前記ブランクおよび前記半導体材料を加熱する；
各工程をさらに有し、
前記ブランクの中空部分に半導体材料を導入する工程が、前記ケーンをドローする際に、半導体材料の非溶融部分が連続的にドローされて溶融半導体材料になり、前記ゴブセクションにおいて前記溶融半導体材料を供給するように、前記半導体材料の非溶融部分を、前記ケーンをドローする方向とは反対の方向に、前記ゴブセクションから離して配置することを含む
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
半導体材料から形成されるコア；および
コアの周りに同軸上に配向したガラス、ガラスセラミック、またはポリマーから形成された透明なクラッディング
を備えた、光学的性質を有するケーン。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００８年１２月１８日に出願した米国特許出願第１２／３３８，１９５号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体の感光性のコアが、光電子工学構造または光起電構造を生産するために、１つまたは複数のクラッド層内に一体化された装置など、光電子工学装置または光起電装置を提供するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽光電池は、副産物として温室効果ガスを発生させないことから、電気エネルギーを発生させる魅力的な機構である。従来のスーパーストレートまたは基板光起電装置は、平坦な半導体材料が結合した平坦な基板を備える。半導体材料（結晶シリコンでありうる）はｐｎ接合を含む。ｐｎ接合は、拘束されていない電荷（電子および穴）を生み出し、光が接合を通過するときに一対の導体に電圧Ｖを発生させる特性を有する。
【０００４】
従来の太陽電池の手法に伴う主な問題は、太陽電池の製造に関連する費用、効率、および形状率である。スーパーストレートまたは基板（サブストレート）装置におけるこれらの問題に対処することを目的として、さまざまな単結晶または薄膜の工程が開発されてきた。単結晶太陽電池は高効率でありうるが、その工程は非常に費用がかかる。薄膜半導体の製造法の方が低コストでありうるが、通常、エネルギー変換効率が非常に低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記および他の理由で、太陽エネルギーの費用は、従来のグリッド電源と比較して約２〜３倍も費用が嵩む。家庭における屋上用途、共同住宅、工業団地またはグリッド電源を利用しにくい用途など、一部の太陽エネルギー部門では、低い重量および形状率は、重要な利点でありうる。したがって、当技術分野では、低費用、高効率、低重量および低形状率の特性を享受する太陽光電池を提供することへの新規取り組みが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光ファイバーの製造および設計に関係する従来技術本体は、本発明の１つ以上の実施の形態の文脈および論述と関連性があることに留意されたい。この点に関して、光「ファイバー」構造と「ケーン」構造に関連する構造および用途の意味は、相違している。例えば、光ファイバーは、約１２５〜５００μｍの外径を有し、主に光通信に用いられるように、柔軟であると一般に考えられている。一方、ケーン構造は、ファイバーよりも幾分硬く、約１〜５ｍｍの外径を有し、太陽エネルギー変換用途に使用して差し支えない。
【０００７】
本発明の１つ以上の実施の形態によれば、光特性および／または光電子工学特性を有するケーンは、
半導体材料から形成されるコア；および
コアの周りに同軸上に配向したガラス、ガラスセラミック、またはポリマーから形成された透明なクラッディング
を備える。
【０００８】
ケーンは、
ブランク再ドロー法に使用するのに適した中空のブランクを調製し；
前記ブランクの中空部分に半導体材料を導入し；
前記ブランクおよび前記半導体材料が流れるように、再ドロー用加熱炉で前記ブランクおよび半導体材料を加熱し；
前記半導体材料のコアが前記中空のブランクから作られたクラッディング内に同軸上に配向され、それによってケーンを形成するように、前記ブランクおよび前記半導体材料を同時にドローする
各工程によって製造されうる。
【０００９】
上記構造および技法を用いて、
個別のｎ型およびｐ型の領域によって画成された、少なくとも１つのｐｎ接合を含む半導体コア；
長手方向に配向したケーンを形成する、前記半導体コアと同軸の関係にある実質的に透明なクラッディング；および
各々が前記ｎ型およびｐ型の領域のそれぞれ１つと電気的に結合している、第１および第２の電極
を備えた光起電装置が製造されうる。
【００１０】
他の態様、特性、利点などは、本明細書における本発明の説明を添付の図面と併用する場合に、当業者にとって明白になるであろう。
【００１１】
本発明のさまざまな態様を例証する目的で、図面には現在のところ好ましい形態が示されているが、しかしながら、本発明は、図示される正確な配置および手段に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の１つ以上の態様に従った半導体コア・ケーンの断面図。
【図１Ｂ】本発明の１つ以上の態様に従った図１Ａの半導体コア・ケーンを用いて形成した光起電装置の概略的な断面図。
【図２】図１Ａの半導体コア・ケーンの製造に使用するのに適した製造装置および方法の概略図。
【図３】図１Ａに例証した種類の半導体コア・ケーン・サンプルの回折パターンを示すグラフ。
【図４】本発明の１つ以上の態様に従ったマルチコア・ケーンの断面図。
【図５】図４の半導体コア・ケーンの製造に使用するのに適した製造装置および方法の概略図。
【図６】図１Ａに例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従った例となる電極接続を備えた、光起電装置の概略的な断面図。
【図７Ａ】図１Ａに例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従ったさらなる例となる電極接続を備えた、別の光起電装置の断面図。
【図７Ｂ】図１Ａに例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従ったさらなる例となる電極接続を備えた、別の光起電装置の断面図。
【図８】本発明の１つ以上のさらなる態様に従った透明なケーンを用いて形成した別の光起電装置の断面図。
【図９】本発明の１つ以上のさらなる態様に従った透明なケーンを用いて形成した別の光起電装置の断面図。
【図１０】本発明の１つ以上のさらなる態様に従った透明なケーンを用いて形成したさらに別の光起電装置の断面図。
【図１１】本発明の１つ以上のさらなる態様に従った透明なケーンを用いて形成したさらに別の光起電装置の断面図。
【図１２】本発明の１つ以上の態様に従った中心導体を含む半導体コア・ケーンの断面図。
【図１３】図６の半導体コア・ケーンの製造に使用するのに適した製造装置および方法の概略図。
【図１４】図１３に例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従った例となる電極接続を備えた、光起電装置の断面図。
【図１５Ａ】図１３に例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従った導体を製造するための中心管を含む半導体コア・ケーンの断面図。
【図１５Ｂ】中心管を除去し、本発明の１つ以上の態様に従った導体を受け入れるための開口部を残した、図１５Ａの半導体コア・ケーンの断面図。
【図１６】図１５Ａ〜１５Ｂの半導体コア・ケーンの製造に使用するのに適した製造装置および方法の概略図。
【図１７】図１５Ａ〜１５Ｂに例証した種類の半導体コア・ケーンを用いて形成した、本発明の１つ以上の態様に従った例となる電極接続を備えた光起電装置の断面図。
【図１８】本発明の１つ以上の態様に従った１つ以上の半導体コア・ケーン構造を使用して形成した光起電装置／モジュールの断面図。
【図１９】本発明の１つ以上の態様に従った１つ以上の半導体コア・ケーン構造を使用して形成した別の光起電装置／モジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照すると、ここでは同様の参照番号は同様の構成要素を示すが、図１Ａには、本発明の１つ以上の態様に従った半導体コア・ケーン（または簡単にケーン）１００Ａの断面図が示されている。ケーン１００Ａは、クラッディングまたは覆い１０４と同軸の関係にある半導体材料から形成された中心コア１０２を備える。覆い１０４は、透明であることが好ましく、例えば、ガラス材料、ガラスセラミック、またはポリマーが挙げられる。本明細書でさらに詳細を後述するように、半導体コア１０２およびクラッディング１０４は、例えば、太陽エネルギー変換のための光電子工学装置または光起電装置など、さまざまな用途に使用して差し支えない。
【００１４】
本明細書における１つ以上の実施の形態では、半導体コア１０２は、非結晶質の、マイクロまたはナノ結晶の、多結晶の、または実質的に単結晶の、半導体材料から形成されうる。「実質的に」という用語は、半導体材料は、通常、例えば格子欠陥または幾つかの粒子境界など、本質的にまたは意図的に加えられた少なくとも一部の内部または表面の欠陥を含むという事実を考慮することを目的として、半導体コア１０２の説明に用いられる。実質的にという用語はまた、ある特定のドーパントが、半導体材料の結晶構造を変形させるか、あるいは該構造に影響を及ぼしうるという事実を反映している。論述の目的のため、半導体コア１０２はシリコンでできていると仮定される場合がある。上記特性（および本明細書で後述される特性）は、例えばＩＩＩ−Ｖ型のＧａＡｓ、セレン化ガリウムインジウム銅、ＩｎＰなどの他の無機半導体材料を使用して適合されて差し支えない。さらに他の半導体材料、例えばＩＶ−ＩＶ（すなわちＳｉＧｅ、ＳｉＣ）、元素（すなわちＧｅ）、またはＩＩ−ＶＩ（すなわちＺｎＯ、ＺｎＴｅなど）などを用いてもよい。有機半導体も、適正な配慮を持って使用することができる。
【００１５】
半導体コア１０２およびクラッディング１０４を光起電装置に使用する場合、半導体コア１０２は、太陽エネルギー光線の効率的な吸収を目的として、広範囲の波長に及ぶように選択された材料から形成されうる。例えば、単結晶の半導体材料、ポリシリコン、非結晶質シリコン、および／または他の材料を、Ｓｉ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの一部の適切な材料と共に使用して差し支えない。加えて、結晶性の半導体材料をポリマー性の半導体材料と組み合わせて使用してもよい。太陽エネルギーの吸収係数は、特にバンド端の近くでは、非常に大きい値から小さい値まで変動する。例えば、単結晶シリコンでは、対象とする波長範囲は３５０ｎｍ前後〜約１１００ｎｍである。４００ｎｍにおける単結晶シリコンの吸収係数は、約８．８９Ｅ＋０４ｃｍ-1である。対照的に、９００ｎｍにおける単結晶シリコンの吸収係数は、わずかに２．１５Ｅ＋０２ｃｍ-1である。
【００１６】
実質的に透明なクラッディング１０４は、ガラス、ガラスセラミック、またはポリマーから形成されうる。クラッディング１０４が酸化物ガラスまたは酸化物ガラスセラミックでできている場合には、適切な組成物としては、ＣＯＲＮＩＮＧ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ社のガラス組成物溶融シリカ、バイコール（商標）、他の外付け気相成長法（ＯＶＤ）組成物、または原料から溶融され従来法によって形成された他の組成物が挙げられる。
【００１７】
熱的条件の循環における動作の信頼性について、クラッディング１０４は、半導体コア１０２と同様の熱膨張係数を有しうる。例えば、コア１０２とクラッディング１０４の熱膨張係数は、例えば２．６ｐｐｍなど、約２．０〜３．０ｐｐｍでありうる（コア１０２の半導体材料をシリコンと仮定）。
【００１８】
ケーン１００Ａ（本明細書で後述する）の製造の目的で、例えばガラスなど、クラッディング１０４の形成に使用される材料は、半導体コア１０２の材料の融点に近いが、融点より高い軟化点を有することが望ましい。例えば、クラッディング１０４の形成に用いられる材料は、コア１０２の半導体材料の融点より約１００〜３００℃高い軟化点を有しうる。コア１０２の半導体材料を単結晶シリコンと仮定すれば、これら材料の融点は約１４１０℃でありうる。よって、クラッディング１０４の好ましい組成物は、例えば約１５５０〜１６００℃など、約１５００〜１７００℃の軟化点を有しうる。
【００１９】
熱膨張の問題および製造の問題の両方を考慮すると、クラッディング１０４に適した適合組成物は、約１５５０〜１６００℃の軟化点および約２．６ｐｐｍの熱膨張係数を有しうる（この場合も、コア１０２の半導体材料を単結晶シリコンと仮定）。
【００２０】
シリコンでできたコア１０２では、ガラス組成物クラッディング１０４は、例えばホウ素、リン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン、フッ素など、１種類以上の追加のドーパントを有するシリカ系でありうる。ドーパントは、ガラス・クラッディング１０４の熱膨張係数および軟化温度の改質に使用されうる。代替として、または加えて、本明細書で後述するように、ソーラー用途などのある特定の用途に望ましい電気的特性を達成するために、ドーパントは、コア１０２の半導体材料内に拡散するためのイオン源の提供に使用してもよい。ガラス系のクラッディング１０４を形成するのに適した組成の例は、５〜２５％のＢ2Ｏ3および１０〜１３％のＧｅＯ2を含むＢ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2ガラスである。これらのガラスは、蒸着法、または他の周知の技術を用いて管またはブランクの形状に製造され、必要とされるサイズに成形またはドローされうる。
【００２１】
寸法的には、ケーン１００Ａは、使用する製造工程に応じて、数メートルの長さ（many meters long）でありうる。コア１０２の直径は、例えば約５０〜５００μｍなど、約１〜５００μｍであって差し支えなく、例えば、約１００μｍである。本明細書で論じる一部の実施の形態では、単一の半導体コアの直径は、約０．１〜１０μｍなど、非常に小さくて差し支えなく、例えば約５μｍである。特に、複数の固体コアおよびエア領域を有する光バンドギャップ・ファイバー設計を有する、光電子工学ファイバーの用途では、コアの形状はサブミクロンであってもよい。クラッディング１０４の直径は、約１〜１０ｍｍ；または約１〜５ｍｍであって差し支えなく、例えば約２〜４ｍｍである。ケーン１００Ａの特定の用途は、コア１０２およびクラッディング１０４の特定の寸法を決定する場合があり、これらの一部が重要であろうことは、本明細書の説明から当業者に理解されるであろう。光起電性の用途との関連で、特にコア１０２の上記寸法は、場合によっては、コア１０２を通過する光線の多数の通路を必要とせずに、長波長の太陽放射でさえ実際的に完全に吸収可能にしうる。この光学特性は、高い光電管効率にとって好都合である。コア１０２の寸法はまた、使用する半導体材料の量を最小化し、それによって製造コストが制御されうる。
【００２２】
前述の光起電性の用途などの一部の用途では、実質的に単結晶の半導体材料からコア１０２を形成し、ケーンの製造工程の間および後に、できるだけ単結晶物質に近い状態を維持することが有利である。ケーン１００Ａの半径方向において、コア１０２内には実質的に粒子境界が存在しないことが好ましい。加えて、または代替として、ケーン１００Ａの軸方向（図解ページに対し垂直方向）において、コア１０２の約１ｍｍ〜約１０ｃｍの範囲内に、実質的に粒子境界が存在しないことが好ましい。加えて、または代替として、ケーンの軸方向に、コア１０２の約１０ｍｍ〜約１ｃｍの範囲内、例えば、軸方向に約５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲内などに、粒子境界が実質的に存在しないことが好ましい。
【００２３】
高い軸方向および半径方向応力を有する、長く、直径が小さいケーン１００Ａを達成する能力は、長い単結晶または多結晶のコア１０２の形成に有用でありうる。軸方向に沿って数ｍｍ〜１ｃｍ以上の長さにわたる、コア１０２の半径方向に沿った幾つかの粒子境界（または境界の不存在）は、高い太陽光変換効率を達成する観点から、特に、荷電収集電極が、荷電粒子を捕捉するための粒子境界がほとんどまたはまったく存在しない半径方向に沿って配置される場合に、非常に好都合であろう。
【００２４】
コア１０２およびクラッディング１０４は、好ましい円形の断面を有するように例証されているが、他の断面形状も許容されることに留意されたい。
【００２５】
本明細書でさらに詳しく調査されるように、透明なタイプのクラッディング１０４は、多くの有利な機能を果たしうる。クラッディング１０４は、半導体コア１０２の支持を提供してもよく、環境影響からコア１０２を保護する。光起電性の用途では、クラッディング１０４は、製造方法の間に、ｐｎ接合を形成するためのドーパント源として作用しうる。ケーンの長軸に対して横断して照射されるケーンを用いた、光起電性の用途では、円筒形状を有する透明なクラッディングは、一体化した集光レンズとして作用できる。この集光は、大面積の太陽放射が半導体の接合の非常に小さい面積上に焦点を結ぶことを可能にする。この集光は、円筒状のクラッディングレンズの焦点の近くに半導体コアを配置することによって、最適化することができる。
【００２６】
図２は、図１Ａの半導体コア・ケーン１００Ａの製造に用いるのに適した、再ドロー用加熱炉２００Ａおよび方法の概略図である。本方法の初期段階において、クラッディング１０４および半導体コア１０２を加熱炉２００Ａからドローする、ガラスまたはガラスセラミックのプリフォーム（またはブランク）２０２が製造される。
【００２７】
論述の目的で、ブランク２０２はガラスまたはガラスセラミックから形成されると仮定されうる。ブランク２０２は、好都合には中空であり、ブランクの再ドロー工程に使用するのに適している。ガラスブランク２０２を製造する方法は、既知のスート光ファイバーのプリフォーム製造方法から得てもよい。ガラスブランク２０２は、回転しかつ並進運動するガラスのマンドレルまたはベイトロッド（bait rod）の外側に、シリカ含有スートを堆積させることによって形成されうる。この方法は、外付け気相成長法（ＯＶＤ法）として知られている。（しかしながら、溶融原料を用い、従来法を使用して形成する他の方法もまた、使用して差し支えないことが理解されよう。スートは、バーナーの炎にガス状のガラス前駆体を供給し、それによってガラス前駆体を酸化させることによって形成される。メタン（ＣＨ4）などの燃料、および酸素などの燃焼補助ガスがバーナーに供給され、着火されて炎が形成される。マスフローコントローラは、バーナーに対する適切な量の適合するドーパント化合物、シリカガラス前駆体、燃料、および燃焼補助ガスを測定する。スートプリフォームは、固結化炉で固結されて、中空の固結化したブランク２０２が形成される。ブランク２０２は、粉砕などの方法によって、必要に応じて成形されて、必要とされる断面形状が得られる。別の管（２０２ブランク）の製造工程としては、ガラス管の押出成形、ガラス／ガラスセラミック・ロッドのコア穿孔、または鋳型に流し込むことによるガラス／ガラスセラミック成形が挙げられる。
【００２８】
半導体材料２０６は、ブランク２０２の中空部分に導入される。半導体材料２０６は、半導体のロッド、バー、プレート、断片、および粉末のうち１つ以上の形態でありうる。半導体材料はまた、ＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法、またはスラリーキャスト法を使用して、厚い層として堆積されてもよい。ドロー速度の合理的な変動および望ましい寸法公差（ならびに電気的および光学的特性）を制御するため、半導体のロッドまたはバーが好ましいであろう。半導体材料２０６のロッドまたはバーは、適切な寸法（長さおよび直径）を有し、ブランク２０２の中心中空の寸法は、再ドロー後に、コア１０２の直径が好ましい範囲および公差内になるように、決定および制御される。
【００２９】
半導体材料２０６は、非結晶質の、マイクロまたはナノ結晶の、多結晶の、実質的に単結晶の半導体材料、および、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＺｎＯ、およびＺｎＴｅなどの有機半導体材料のうち、少なくとも１種類から形成されうる。
【００３０】
本製造方法は、ブランク２０２および半導体材料２０６が流動するように、再ドロー用加熱炉２００Ａの素子２０４の加熱を通じてブランク２０２および半導体材料２０６を加熱する工程をさらに含む。コア１０２の所望の特性を低下させる可能性のある、酸化または半導体材料２０６との反応を防ぐために、ブランク２０２から酸素または空気を除去すべきである。半導体材料２０６のコア１０２がクラッディング１０４と同軸上に配向されるように、半導体材料２０６のコア１０２は、同時に、加熱炉２００Ａからドローされる。
【００３１】
加熱工程は、ブランク２０２および半導体材料２０６の温度が、半導体材料２０６の融点より高く、ブランク２０２の融点未満になるように行われうる。例として、ブランク２０２および半導体材料２０６の温度は、半導体材料２０６の融点よりも約３００℃未満（例えば約１００〜３００℃など）だけ高くなりうる。例えば、半導体材料２０６がシリコンの場合、ブランク２０２および半導体材料２０６の温度は、約１４００℃よりも約１００〜３００℃だけ高くなりうる。これにより、再ドロー温度は約１５００〜１７００℃と見積もられる。
【００３２】
ブランク２０２の形成に用いられる材料は、その熱膨張係数が、半導体材料２０６の熱膨張係数に実質的に適合するように制御されうる。例えば、ブランク２０２の熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数に適合させるために、約２．０〜３．０ｐｐｍ（例えば２．６ｐｐｍなど）で確立されうる。
【００３３】
ブランク２０２がシリカ系ガラス組成物から形成される場合、その熱膨張係数および軟化温度のうち少なくとも１つを改質するために、シリカ系ガラス組成物に１種類以上のドーパントを加えてもよい。ドーパントは、ホウ素、リン、ゲルマニウム、アルミニウム、フッ素およびチタンなどのうち少なくとも１種類を含む。例えば、シリカ系ガラス組成物は、約５〜２５％のＢ2Ｏ3および約１０〜１３％のＧｅＯ2など、Ｂ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2組成物でありうる。本明細書で後述するように、コア１０２の半導体材料の電気的特性に関連する他の理由からドーパントを加えてもよい。
【００３４】
結果として得られる軟化点がコア１０２の形成に用いられるシリコン半導体材料の融点に近いがそれよりも高く（例えば、約１６５０〜１７００℃の再ドロー温度）、結果として得られる熱膨張係数が約２．０〜２．６ｐｐｍの範囲であろうことから、上述のＢ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2組成物は、ガラスブランク２０２を形成するのに好適であろう。
【００３５】
上記温度において、ガラスブランク２０２は軟化し、その基部に先が細くなったルート部分が形成される。半導体材料２０６は溶融して、ガラスブランク２０２のルート部分へと流れる。ブランク２０２および半導体材料２０６は、ケーン１００Ａがドローされる「ゴブセクション（gob section）」を形成することが好ましく、ここで、ブランク２０２は軟化し（しかし、溶融していない）、半導体材料２０６は少なくとも部分的に溶融２０６Ａする。
【００３６】
半導体材料２０６（例えばロッドまたはバーなど）が、ガラスブランク２０２の初期のゴブセクションのわずかに上に配置されるように注意が払われることが好ましい。これは、滑らかなルート部分の形成および満足なコア１０２の形成を補助しうる。言い換えれば、ブランク２０２の中空部分への半導体材料２０６の導入は、半導体材料２０６の非溶融部分を、ケーン１００Ａをドローする方向とは反対の方向にゴブセクションから離して配置することを含む。ドローする間に、ホットゾーンにおけるルート部分に近い半導体材料２０６Ａは溶融し、溶融していない半導体材料２０６（とりわけロッドの形態）が連続的に下方に供給され、溶融半導体材料２０６Ａと接触した状態を保つ。本発明は、動作についてのいずれの理論にも縛られないが、上記溶融半導体材料２０６Ａ、非溶融材料２０６の連続供給、およびガラスブランク２０２および半導体材料２０６のドローによる小さい直径を有する長いケーン１００Ａの形成は、高い軸方向および半径方向応力を生じ、これが、コア１０２内における長い単結晶または多結晶の半導体構造の形成につながると考えられる。
【００３７】
本明細書で論じる製造工程を使用して、ブランク２０２の元の外径、その中空の内径、半導体材料２０６（例えばロッド）の直径、および最終的な再ドローの直径（再ドローの変数の中でもとりわけ）は、コア１０２の寸法および半導体の使用率を決定づける。この点に関して、半導体材料２０６のコア１０２がクラッディング１０４と同軸上に配向されるように、加熱と併用して、ブランク２０２および半導体材料２０６は、同時にドローされる。制御システム（図示せず）は、２つのトラクターの車輪で示す張力機構２０８への適切な制御信号によって、ケーン１００Ａに印加される張力を変化させて、適正な速度および張力でケーン１００Ａを下方にドローする。このようにして、所望の内径のコア１０２および所望の外径のクラッディング１０４を有する、所定の長さのコア・ケーン１００Ａを誘導することができる。例えば、上述のように、光起電性の用途では、ケーン１００Ａのコア１０２の直径を、約１〜５００μｍ、例えば約５０〜５００μｍ、例えば約１００μｍなどに制御することには重要な利点が存在しうる。一部の他の用途（本明細書で後述する、単一のクラッディング内における複数のケーン構造など）では、例えば約０．１〜１０μｍ、３〜８μｍ、例えば約５μｍなどの小さい直径のコア１０２が望ましい。光バンドギャップ設計を有する光電子工学ファイバー装置に関する用途では、コア１０２の複数のセグメント内における形状は１μｍ未満でありうる。
【００３８】
ケーン１００Ａは、加熱炉より下方にドローされたまま冷却されて、非接触式のセンサによって最終的な直径が測定される。当技術分野で既知の適切なコーティング装置および方法を用いて、１種類以上のコーティングを施用し硬化させてもよい。適切であろうコーティングの具体的な種類は、ケーン１００Ａが対象とされる用途に応じて決まる。ケーンの直径が十分に小さい場合には、ファイバーをスプールに巻き付けられることから、ケーン１００Ａは、供給ヘッドによって保管スプールに巻き付けて構わない。ケーンの直径が大きすぎて巻きつけられない場合には、ケーンを必要な長さに切断し、保管することができる。通常、１５０μｍ未満の直径のケーンは巻くことができよう。直径が最大３５０μｍまでのケーンは、巻くことができるが、スプールの直径を増大させる必要がある。
【００３９】
上記製造工程のパラメータは、ケーン１００Ａのコア１０２のさらなる構造的特徴を達成するように調整および制御されることが好ましい。特に、半導体材料２０６は、実質的に単結晶物質から形成されて差し支えなく、上述のケーン１００Ａの製造工程の間およびその後に、できるだけ単結晶物質に近い状態に維持されて差し支えない。
【００４０】
図３は、図１Ａに示すケーン１００Ａと同様の種類の半導体コア・ケーン・サンプルの回折パターンを例証するグラフである。縦軸はＣＰＳ単位の強度を表し、横軸は、角度を単位とする２θの値を表している。線１０Ａ、１０Ｂは、コア材料１０２の角度に対するＸ線回折強度を示し、線１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃなどは、無作為に配向した、シリコン結晶などの半導体結晶の予想されるＸ線回折効率を示している。線１２Ｂは、単結晶シリコン＜２２０＞の予想されるＸ線回折効率である。データは、上述の製造方法にもかかわらず、コア１０２において、この場合は＜２２０＞の配向である、高品質の単結晶構造を有することを裏付けた。例えば、シリコン・コア・ケーン１００Ａなどの高品質の単結晶を改質／成形した半導体は、効率的な太陽電池用途における使用にとって望ましい。
【００４１】
図４〜５を参照すると、本発明の別の実施の形態は、１つ以上のマルチコア・ケーン１００Ｂを含みうる。ケーン１００Ｂは、半導体材料でできた複数のコア１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃなど、および、コアの周りに同軸上に配向したガラス、ガラスセラミック、またはポリマー１０２でできた透明なクラッディング１０４を備える。１つ以上のコア直径は、約１〜１０μｍであって差し支えなく；約２〜６μｍ；約３〜８μｍ；および／または約５μｍであってもよい。光バンドギャップ設計を有する光電子工学ファイバー装置に関する用途では、コアにおける多数のセグメント内の形状は、１μｍより小さくて差し支えない。
【００４２】
一部の実施の形態では、個別のコア１０２は、それぞれ、サブクラッディング１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃを含みうる。本方法は、図２および関連する実施の形態に関する上述の調製、導入、加熱およびドローの各工程を用いて、複数の分離ケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３などを形成する工程を含みうる。複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３（±これらのケーンの合理的な数）は、形成された後に、さらなるブランク２２２の中空部分に導入されうる。次に、ブランク２２２および、場合によっては複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３のサブクラッディングが流動化するように、さらなるブランク２２２および複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３は、再ドロー用加熱炉で加熱される。複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３のコア１０２が、さらなる中空ブランク２２２から生成されるさらなるクラッディング１０４内に同軸上に配向されるように、ブランク２２２および複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３は、加熱工程の間に、同時にドローされる。複数のケーン１００Ａ−１等は、同一タイプの材料または異なるタイプの材料の半導体コア１０２で構成されて差し支えない。これらのブランクは、空間的に分離されたｐｎ接合を有する、多接合のＰＶ装置をもたらしうる。加えて、それらは、コアおよびクラッディング用の光伝送物質を備えた光ファイバー・ケーンでもありうる。ケーン１００Ａ−１は、光バンドギャップ・ファイバー設計のための適切に設計された隙間が存在するように、設計および成形することができる。例えば、ケーン１００Ｂは、複数のコア１０２の少なくとも１つに配置された、少なくとも１つの長手方向に配向した空間（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００４３】
ケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３などは、それらの直径が十分に小さい場合には巻くことができるが、材料は、必ずしも、巻き付け可能なファイバーの形態であるとは限らない。ほとんどの場合、管に挿入される複数のケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３の大きさは直径数ミリメートルであり、巻き付けることができない。ケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３の直径が巻き付けを妨げる場合、ケーンは、同一のドロー法を使用してあらかじめ作製した後で、ブランク２２２に挿入される。これらのケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３は、ブランク２２２内に積層され、最終的な構造に再ドローされうる。追加の／別の工程は、ケーン１００Ａ−１、１００Ａ−２、１００Ａ−３が外側のブランク２２２に適合するように、それらの外形を機械加工することでありうる。
【００４４】
図１Ａの半導体コア・ケーン１００Ａはあらゆる用途に使用して差し支えないが、本明細書でさらに明らかにする対象の１つは、光起電装置（または太陽電池）である。図１Ｂは、図１Ａに例証するタイプの半導体コア・ケーン１００Ａを用いて形成されうる光起電装置１１０の概略的な断面図である。光起電装置１１０の特異的構造の幾つかは、論述の目的のために装置を導入する目的で、概略的（実用的な設計図とは対照的に）であることに留意されたい。
【００４５】
光起電装置１１０は、シリコンなどの半導体コア１０２と同軸の関係にあるガラス・クラッディングなどの実質的に透明なクラッディング１０４を備える。コア１０２は、少なくとも１つの感光性のｐｎ接合１０６がその中に存在するように構成される。ｐｎ接合１０６の一方の側は、コア１０２のｎをドープした領域１０２Ａを介して形成されうるが、ｐｎ接合１０６のもう一方の側は、コア１０２のｐをドープした領域１０２Ｂを介して形成されうる。少なくとも１つの電極１０５Ａ、１０５Ｂは、ｐｎ接合１０６の各側のそれぞれに電気的接続を提供する。
【００４６】
感光性のｐｎ接合１０６の構造的および電気的詳細は比較的複雑であるが、当技術分野で非常によく知られており、認識されていることが理解されるべきである。太陽電池技術では、ｐｎ接合は、太陽放射を電流に変換するための半導体材料で形成される。これらのｐｎ接合は、放射線の吸収によって生じた対となる電子−穴を分離して、外部負荷にとって有用な電流を発生させる。使用する半導体材料および方法に応じて、当技術分野では、さまざまな種類の太陽電池設計が開発されている。一部は単純なｐｎ接合であるが、他のものはもっと複雑であり、より高効率のために最適化される。さらに複雑な接合としてｐ−ｉ−ｎ接合が挙げられる。一部の事例では、電荷収集および電極／太陽電池製造の改善のため、ｐ＋およびｎ＋層が、ｐｎおよび／またはｐ−ｉ−ｎ接合に加えられる。本願では、ｐｎ接合について言及する場合には、上述のさまざまな接合、既存文献から知得できる他のもの、および／または今後開発されるものが含まれうる。
【００４７】
光起電装置１１０のクラッディング１０４は、望ましい導光特性（light directing characteristic）を示すことに留意されたい。実際、クラッディング１０４の外郭の湾曲特性は、クラッディング１０４内へ、かつ、電気への変換のためのｐｎ接合１０６の方向への集光を改善する傾向がある。
【００４８】
光起電装置１１０の製造に用いられうる方法の中でもとりわけ、図２に関して論じた再ドロー法の改善バージョンの１つ以上を採用することが好ましい。１つの取り組みでは、ｐｎ接合１０６は、ケーン１００Ａがドローされる際に形成されて差し支えなく、ｐｎ接合のその場（in situ）形成と考えられうる。本方法は、ホウ素、リン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタンなどなどのドーパントを含む、ブランク２０２のための前駆体材料を使用する。ドーパントは、例えば、ｐｎ接合１０６の形成など、コア１０２内に望ましい電気的特性を達成するために、ドロー工程の間にブランク２０２からコア１０２の半導体材料内へと拡散するためのイオン源の提供に使用されうる。
【００４９】
例えば、シリコン・コア１０２内に形成されるｐｎ接合１０６では、ホウ素は、シリコン・コア１０２内に拡散し、ｐ型の半導体領域を形成するための適切なドーパントであろう。他方では、リンは、シリコン・コア１０２内に拡散し、ｎ型の領域を形成するための適切なドーパントであろう。ブランク２０２の前駆体材料、例えばガラス内へのドーパントの含有は、ケーンのドロー工程の間にコア１０２内へのドーパントの拡散を生じるであろう。高温でのドローは、半導体材料（例えば、シリコン）内へのドーパントの拡散を生じ、ｐｎ接合１０６が形成される。
【００５０】
図２を参照すると、ｐｎ接合のその場（in situ）形成工程は、例えばコア１０２の半導体材料など、別の材料内へと拡散するドーパント原子の供給源を提供するように作用する、少なくとも１種類のドーパントを含む材料から中空ブランク２０２を形成することを含みうる。次に、ブランク２０２の中空部分に半導体材料２０６を導入し、ブランク２０２および半導体材料２０６が流動するように、再ドロー用加熱炉２００Ａ内でブランク２０２および半導体材料２０６を加熱する。次いで、（ｉ）半導体材料２０６によって形成されたコア１０２がブランク２０２によって形成されたクラッディング１０４内に同軸上に配向され、（ｉｉ）ドーパントに由来する原子がコア１０２の半導体材料内に拡散し、ｐｎ接合１０６を形成するように、ブランク２０２および半導体材料２０６をドローする。
【００５１】
所望のドーパントを含むブランク２０２の形成に適した組成の例は、５〜２５％のＢ2Ｏ3および１０〜１３％のＧｅＯ2を有するＢ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2ガラスである。
【００５２】
このようなｐｎ接合１０６のその場（in situ）形成は、非常に費用効率が高い方法でありうる。ケーン１００Ａの速い低費用の再ドローが、このようなｐｎ接合１０６のその場（in situ）形成を生じさせるように最適化することができない場合には、ケーン１００Ａを、加熱炉内でさらに加熱処理して、クラッディング１０４からコア１０２内へのさらなるドーパントの拡散を生じさせ、ｐｎ接合１０６の特性を最適化してもよい。これらのバッチ法は、適切なオーブンまたは加熱炉に多数のケーン１００Ａを積層することによって、効率的な製造へと拡大することができる。半導体コア１０２の周りの比較的厚い（ミリメートル規模の）ガラス・クラッディング１０４が、汚染、酸化などに対する天然の保護を提供することから、このような方法を行うための装置は、非常に高価である必要はないであろう。このことは、高価な制御雰囲気、高純度の装置または制御の必要なしに、高純度のｐｎ接合１０６を維持可能にする。
【００５３】
別の実施の形態では、２つまたは３つまたはそれ以上のコア１０２を有する、図４のケーン１００Ｂを用いて、図１Ｂの装置１１０に似ているが、多重コア１０２を備えた光起電装置が製造されうる。これらの実施の形態では、コア１０２は、同一の半導体型（例えば、シリコン、ゲルマニウムなど）であって差し支えなく、あるいは、１つ以上のコア１０２は、異なる半導体型であってもよい。
【００５４】
さらに別の実施の形態では、２つまたは３つまたはそれ以上のコア１０２を有する、図４のケーン１００Ｂは、光電子工学ファイバー装置の製造に使用されうる。例えば、２つのコアの構成において、１つのコアは半導体コア１０２を含んで差し支えなく、別のコア１０２Ｂは、コア１０２Ｂおよびクラッディング１０４が光ファイバーを形成するように、ある屈折率を有する透明な材料でありうる。よって、例えば、コア１０２Ａと１０２Ｂの横方向間隔は、コア１０２Ｂを下る光が（特に、構成が単一モードファイバーである場合）コア１０２Ａのｐｎ接合と相互作用するようになっていて差し支えない。この技術は、光バンドギャップ設計および／または、空気／空間を含めた設計を形成するのに使用されうる。
【００５５】
上述の技術および構造を使用して、本明細書におけるさらなる開示および論述に加えて、本発明のさまざまな態様の支配下にありうる、多くの異なるソーラー用途が存在することが、当業者に理解されよう。図６を参照すると、例えば、太陽エネルギーを電気に変換するのに適しているであろう、さらなる光起電装置１１０Ａの一例が例証されている。図６Ａは、図１Ａに例証するタイプの半導体コア・ケーン１００Ａを使用して形成されうる光起電装置１１０Ａの概略的な断面図を示している。この場合も、光起電装置１１０Ａの特異的構造の幾つかは、論述の目的のために装置を導入する目的で、概略的に（実用的な設計図とは対照的に）示されていることに留意されたい。
【００５６】
光起電装置１１０Ａは、シリコンなどの半導体コア１０２と同軸の関係にあるガラス・クラッディングなどの実質的に透明なクラッディング１０４を備える。コア１０２は、少なくとも１つの感光性のｐｎ接合１０６を備える。この例では、装置１１０Ａは、ｐ型の材料から形成されたｐ型のシリコン・コア１０２Ｐを備える。ｐｎ接合１０６は、コア１０２のｐ型の材料の周りのｎ型の材料１０２Ｎの円筒形の領域によって画成される。ｎ型の材料１０２Ｎは、図１Ｂに関して上述したその場（in-situ）法、または任意の他の既知の方法または今後開発される方法を使用して形成されうる。例えば、コア１０２Ｐのｐ型の材料は、中空のガラスブランク内にｐ型の半導体材料を入れ（ここで、前記ブランクはリンのドーパントを含む）、ケーン１００Ａと同様にケーンをドローすることによって確立されうる。リン・ドーパントは、ｐ型のシリコン・コア１０２に拡散し（ドローの間および／または後）、ｎ型の領域１０２Ｎを形成する。
【００５７】
光起電装置１１０Ａは、クラッディング１０４に沿って長手方向に延在する第１のチャネル１２０Ａを、それらの少なくとも一部がコア１０２のｎ型の領域１０２Ｎに隣接し、かつ、連通するように、含みうる。光起電装置１１０Ａは、クラッディング１０４に沿って長手方向に延在する第２のチャネル１２０Ｂを、それらの少なくとも一部がコア１０２のｐ型の領域１０２Ｐに隣接し、かつ、連通するように、含みうる。図６の図示する実施の形態など、１つ以上の構成において、装置１１０Ａは、クラッディング１０４の外面に、少なくとも１つのスロット１２２を備える。スロット１２２は、クラッディング１０４の長手方向に縦方向に伸び、かつ、コア１０２の方向に半径方向に伸びるが、コア１０２にまでは及ばない。スロット１２２は、チャネル１２０Ａ、１２０Ｂを調製するためのクラッディング１０４の内部領域へのアクセスを提供する（以下に述べるように）。
【００５８】
それぞれｎ＋およびｐ＋の位置である１０２Ｎ＋および１０２Ｐ＋は、コア１０２のｎ型の領域１０２Ｎおよびｐ型の領域１０２Ｐのそれぞれの電気的接続を促進するため、第１および第２のチャネル１２０Ａ、１２０Ｂのそれぞれの末端に配置される。導電性のペーストまたはエポキシ、メタライゼーション、ワイヤなどの第１の導電材料は、第１のチャネル１２０Ａ内に配置されて第１の電極１０５Ａを形成し；第２の導電材料は、第２のチャネル１２０Ｂに配置されて第２の電極１０５Ｂを形成しうる。１つ以上の構成において、ワイヤは、導電性のエポキシを介して所定のチャネル１２０内に維持されうる。チャネル１２０Ａ、１２０Ｂ、ｎ＋およびｐ＋の位置である１０２Ｎ＋および１０２Ｐ＋、および第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂは、ｐｎ接合１０６によって生じた電流がクラッディング１０４の外部にアクセスできるように、配置され、寸法化され、形状化される。
【００５９】
装置１１０Ａの製造に用いられうる、幾つもの製造法が存在する。本発明の１つ以上の態様によれば、装置１１０Ａは、該装置の外面に少なくとも１つのスロットを含む材料からブランク２０２を調製することによって、製造されうる。スロットは、ブランク２０２の長手方向に縦方向に伸び、かつ、ブランク２０２の方向に半径方向には伸びるがブランク２０２の中空には到達しない。ブランク２０２および半導体材料２０６は、スロット１２２がクラッディング１０４に沿って長手方向に伸び、かつ、コア１０２の方向に半径方向に伸びるように、ドローされる。
【００６０】
第１および第２のチャネル１２０Ａ、１２０Ｂは、チャネル１０２がクラッディング１０４のスロット１２２に沿って長手方向に伸び、各々の少なくとも一部がコア１０２のｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐに隣接し、かつ連通するように、スロット１２２内に、エッチングまたはレーザー切断を介して形成されうる。エッチングは、重フッ化アンモニウム、フッ酸、または任意の他の適切なエッチング液を使用して得られうる。これらの酸を使用して、エッチング工程は、チャネル１２０を生じるように正確に制御されうる。レーザー切断もまた、チャネル１２０の形成のための魅力的な方法である。特に、ＣＯ2レーザーは、ガラス材料を加熱・除去するが、コア１０２のシリコン半導体材料には吸収されないことから、有利であろう。その特性は、自己制御式チャネルの形成をもたらし、切断は、すべてのガラスの切断後に停止され、半導体は電気接触の形成に曝露される。
【００６１】
次に、電極１０５Ａ、１０５Ｂの形成のため、導電材料がチャネル１２０内に導入されうる。１つ以上の実施の形態では、スピン・オン・ドーパントまたは他の同様の液体を、ｎ＋およびｐ＋の位置である１０２Ｎ＋および１０２Ｐ＋の形成のために、チャネル１２０Ａ、１２０Ｂに導入されうる。例えば、ｐ＋部分１０２Ｐ＋は、チャネル１２０Ｂ内に導入してもよいホウ素を含む、スピン・オン・ドーパント・ゲルを導入することによって製造されて差し支えなく、これがコア１０２のｐ型の領域１０２Ｐと接触するようになる。次に、過剰のｐ型イオンを生じてｐ型の領域１０２Ｐに拡散するように熱処理され、ｐ＋部分１０２Ｐ＋が生成する。チャネル１２０Ａ内に導入されうるリンを含む、スピン・オン・ドーパント・ゲルを導入することによって製造されされて差し支えなく、これがコア１０２のｎ型の領域１０２Ｎと接触するようになる。次に、過剰のｎ型イオンを生じてｎ型の領域１０２Ｎに拡散するように熱処理され、ｎ＋部分である１０２Ｎ＋が生成する。
【００６２】
図７Ａを参照すると、これは、図１Ａに例証されるタイプの半導体コア・ケーン１００Ａを使用して形成された、本発明の１つ以上の態様に従ったさらなる例となる電極接続を備えた、別の光起電装置１１０Ｂの断面図である。光起電装置１１０Ｂは、例えばシリコンなどの半導体コア１０２と同軸の関係にある、例えばガラス・クラッディングなどの実質的に透明なクラッディング１０４を備える。コア１０２は、少なくとも１つの感光性のｐｎ接合１０６を備える。この例では、装置１１０Ｂは、ｐ型の材料から形成されたｐ型のシリコン・コア１０２Ｐを含む。ｐｎ接合１０６は、コア１０２のｐ型の材料１０２Ｐの周辺と連通して配置されたｎ型の材料１０２Ｎの領域によって画成される。ｎ型の材料１０２Ｎは、図１Ｂに関して上述したその場（in-situ）法、または任意の他の既知の方法または今後開発される方法を使用して形成されうる。例えば、コア１０２Ｐのｐ型の材料は、中空のガラスブランク内にｐ型の半導体材料を入れ（ここで、前記ブランクはリンのドーパントを含む）、ケーン１００Ａと同様にケーンをドローすることによって確立されうる。リン・ドーパントは、ｐ型のシリコン・コア１０２内に拡散し（ドローの間および／または後）、ｎ型の領域１０２Ｎを形成する。
【００６３】
この例では、装置１１０Ｂは、コアのｎ型の領域１０２Ｎおよびｐ型の領域のそれぞれの部分が暴露される、実質的に長手方向に配向した表面１２４（断面に示す）を備える。実質的に長手方向に配向した表面１２４は、半円形の断面においてコア１０２およびクラッディング１０４を特徴付ける実質的に平坦な領域を画成する。例として、半円形の断面の表面積は、その全円形の断面積の約５０％より大きい。材料の第１の導電層１２６Ａは、表面１２４に配置され、ｎ型の領域１０２Ｎと電気的に結合し、第１の電極を形成する。材料の第２の導電層１２６Ｂは、表面１２４（層１２６Ａに隣接した）に配置され、ｐ型の領域１０２Ｐと電気的に結合し、第２の電極を形成する。層１２６Ａ、１２６Ｂは、導電性のペースト、エポキシ、沈着金属などから形成され、既知の方法または今後開発される方法を用いて表面１２４に堆積されて差し支えない。
【００６４】
図７Ｂを参照すると、さらに別の光起電装置１１０Ｃの断面図が示されている。この場合も、装置１１０Ｃは、図１Ａに例証するタイプの半導体コア・ケーン１００Ａを使用して形成されうる。この例では、装置１１０Ｃは、コア１０２が少なくとも１つの感光性のｐｎ接合１０６を備えることを含む、図７Ａの装置１１０Ｂと同様の幾つかの明白な特性を示している。とりわけ、違いは、コア１０２の中心部分がシリコンなどのｎ型の半導体材料１０２Ｎで形成されることである。ｐｎ接合１０６は、コア１０２のｎ型の材料１０２Ｎの周りのｐ型の材料１０２Ｐの一般的に円筒形の領域によって画成される。ｐ型の材料１０２Ｐは、図１Ｂに関して上述したその場（in-situ）法、または任意の他の既知の方法または今後開発される方法を用いて形成されて差し支えない。例えば、コア１０２Ｎのｎ型の材料は、中空のガラスブランク内にｎ型の半導体材料を入れることによって確立され（ここで、ブランクはホウ素のドーパントを含む）、ケーン１００Ａと同様にケーンをドローする。ホウ素・ドーパントは、ｎ型のシリコン・コア１０２Ｎを拡散し（ドローの間および／または後）、ｐ型の領域１０２Ｐを形成しうる。
【００６５】
この例では、装置１１０Ｃはまた、コアのｎ型の領域１０２Ｎおよびｐ型の領域１０２Ｐのそれぞれの部分が曝露される、実質的に長手方向に配向した表面１２４（断面に示す）を備える。材料の第１の導電層１２６Ａは、表面１２４に配置され、ｎ型の領域１０２Ｎと電気的に結合され、第１の電極を形成する。ＳｉＯ2などの酸化物１２８の層は、導電材料１２６Ａとｐ型の領域１０２Ｐとの電気的接続を妨げる。材料の第２の導電層１２６Ｂは、表面１２４（層１２６Ａに隣接した）に配置され、ｐ型の領域１０２Ｐと電気的に結合し、第２の電極を形成する。
【００６６】
長手方向に配向した表面１２４を製造するための多くの方法が存在するが、本発明の１つ以上の実施の形態の方法にとって望ましいと考えられることの１つは、表面１２４を研磨してクラッディング１０４へと仕上げ、コア１０２のｎ型の領域１２０Ｎおよびｐ型の領域１２０Ｐのそれぞれの部分を曝露することである。その後、第１および第２の導電性の層１２６Ａ、１２６Ｂを、それらがそれぞれｎ型の領域１０２Ｎおよびｐ型の領域１０２Ｎと電気的に結合するように、表面１２４上に配置して差し支えない。導電層１２６Ａ、１２６Ｂの形成は、例えば、真空蒸着法によって達成されうる。
【００６７】
図８〜１１を参照すると、これらは、本発明の１つ以上のさらなる態様に従った別のケーン構造を使用して形成された別の光起電装置１１０Ｄ、１１０Ｅの断面図である。
【００６８】
光起電装置１１０Ｄ（図８〜９）は、細長く、円形の断面を有する透明なケーン１００Ｃを備える。ケーン１００Ｃは、ガラス、ガラスセラミック、ポリマーなどから形成されて差し支えない。ケーン１００Ｃは、その長さに沿って長手方向に延在する少なくとも１つのチャネル１３０Ａを備える。この例では、チャネル１３０Ａは、実質的にＶ字型の断面を有する。ｎ型の半導体プレート１３２Ｎは、チャネル１３０Ａ内に、チャネル１３０Ａの反対面の１つに対するように配置される。ｐ型の半導体プレート１３２Ｐは、チャネル１３０Ａ内に、チャネル１３０Ａの反対面の１つに対するように配置される。Ｎ型およびｐ型の半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐの各々の周辺端部は互いに接触し、互いに電気的に連通し、少なくとも１つのｐｎ接合１０６を画成する。透明なケーン１００Ｃと同一の材料で形成されうるプラグ１０１Ａは、チャネル１３０Ａの残りを満たす。第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂ、各々がｎ型およびｐ型のプレートのそれぞれ１つに電気的に結合した１３２Ｎ、１３２Ｐは、それぞれの空間に配置される。チャネル１３０Ａ、プレート１３２Ｎ、１３２Ｐ、および第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂは、ｐｎ接合１０６によって生じた電圧および電流がケーン１００Ｃの外部にアクセスできるように、位置付けられ、寸法化され、形状化される。
【００６９】
光起電装置１１０Ｅ（図１０〜１１）もまた、細長く、円形の断面を有する透明なケーン１００Ｄを備える。ケーン１００Ｄは、ガラス、ガラスセラミック、ポリマーなどから形成されて差し支えない。ケーン１００Ｄは、その長さに沿って長手方向に延在する少なくとも１つのチャネル１３０Ｂを備える。この例では、チャネル１３０Ｂは実質的に長方形の断面を有する。ｎ型の半導体プレート１３２Ｎは、チャネル１３０Ｂ内に、チャネル１３０Ｂの底表面に対するように配置される。ｐ型の半導体プレート１３２Ｐは、ｎ型およびｐ型の半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐのそれぞれの主表面が互いに接触して少なくとも１つのｐｎ接合１０６を形成するように、プレート１３２Ｎに関して重複する方向に、チャネル１３０内に配置される。プレート１３２Ｎ、１３２Ｐは、別の実施の形態では逆でありうることに留意されたい。透明なケーン１００Ｄと同一の材料で形成されたプラグ１０１Ｂは、チャネル１３０Ｂの残りを満たす。第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂ、各々がｎ型およびｐ型のプレートのそれぞれ１つに電気的に結合した１３２Ｎ、１３２Ｐは、それぞれの空間に配置される。チャネル１３０Ｂ、プレート１３２Ｎ、１３２Ｐ、および第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂは、ｐｎ接合１０６によって生じた電圧および電流がケーン１００Ｄの外部にアクセスできるように、位置付けられ、寸法化され、形状化される。
【００７０】
図８〜１１の光起電装置１１０Ｄ、１１０Ｅを製造するための多くの方法が存在する。これらの製造のための典型的な方法には、ガラス、ガラスセラミック、またはポリマーのブランクの長さに沿って長手方向に延在するチャネルを形成することが含まれる。ブランクは、ブランクの再ドロー工程に使用するのに適しているべきであるが、必ずしも中空である必要はない。チャネルは、装置１１０Ｄを製造するためにＶ字型であって差し支えなく、装置１１０Ｅを製造するために長方形であってもよく、あるいは、本明細書における開示を所与として、熟練した技術者にとって明白な任意の他の適切な形状でありうる。
【００７１】
Ｎ型およびｐ型の半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐは、チャネル内に配置され、図８〜１１に例証される方向の１つ、または、本明細書における開示を所与として、熟練した技術者にとって明白な任意の他の方向などで、互いに電気的に連通する。プラグ１０１は、チャネルの任意の残りの有意な空間に挿入されうる（しかしながら、空間は必ずしも完全に満たされる必要はない）。
【００７２】
ブランク、半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐ、およびプラグ１０１は、次に、再ドロー用加熱炉で加熱され、半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐが一般的に円形の断面においてケーン１００Ｃおよび／または１００Ｄ内に配置されるように、同時にドローされる。その後、ケーン１００Ｃおよび／または１００Ｄの材料の一部が除去され（必要に応じて、例えば、エッチング、レーザー切断または研磨によって）、半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐの少なくとも一部に曝露されてもよい。次に、導電性のペースト、エポキシ、ワイヤ、メタライゼーションなどのそれぞれの電極材料は、ｐｎ接合１０６によって生じた電圧および電流がケーン１００Ｃおよび／または１００Ｄの外部にアクセスできるように、ケーン１００Ｃおよび／または１００Ｄ内または上に、半導体プレート１３２Ｎ、１３２Ｐのそれぞれと電気的に連通して配置される。
【００７３】
図１２〜１３を参照すると、図１２は、本発明の１つ以上のさらなる態様に従った別のケーン１００Ｅの断面図であり、図１３は、ケーン１００Ｅの製造に適したドロー用加熱炉２００Ｃの図である。ケーン１００Ｅは、上述のケーン１００Ａの構造要素の一部を含む。例えば、ケーン１００Ｅは、ガラス材料、ガラスセラミック、またはポリマーなどの透明なクラッディングまたは覆い１０４と同軸の関係にある、半導体材料から形成された中心コア１０２を備える。加えて、コア１０２は、コア１０２内に同軸上に配向されたワイヤ１４０などの導体を備える。ワイヤ１４０は、アルミニウム、銅またはタングステン、モリブデンなどの耐火金属のような非常に導電性の金属から形成されて差し支えない。
【００７４】
一例として光起電性の用途に使用されているが、ケーン１００Ｅは、多くの用途に使用して差し支えない。これらの用途では、２つの電極は、電池のｐｎ接合において生じた電荷を収集することが必要とされる。上述の１つ以上の実施の形態から（図１Ｂに例証されるものなど）、１つの電極はｐ型の材料に接続され、他の電極は、ｎ型の材料に接続される。ケーン１００Ｅでは、導電性ワイヤ１４０は、半導体コア１０２の内部に埋め込まれた、１つの電極の機能を果たしうる。
【００７５】
図１３を参照すると、１つの実施の形態において、ケーン１００Ｅを製造する方法は、図２および関連する実施の形態に関する上述の調製、導入、加熱およびドローの各工程を使用する製造技術を含みうる。しかしながら、加えて、導電性ワイヤ１４０は、半導体材料２０６とともにブランク２０２の中空部分に導入される。ブランク２０２、半導体材料２０６、およびワイヤ１４０は、ブランク２０２および半導体材料２０６が流動するように、再ドロー用加熱炉２００Ｃで加熱される。加熱およびドロー工程の間にワイヤ１０４を保護するためのブランク２０２に導入される前に、導電性ワイヤ１４０は、材料でコーティングされて差し支えない。加熱に加えて、ブランク２０２、半導体材料２０６、およびワイヤ１４０は、半導体材料２０６のコア１０２が中空ブランク２０２から製造されたクラッディング１０４内に同軸上に配向され、ワイヤ１４０が、コア１０２内に同軸上に配向され、それによってケーン１００Ｅを形成するように、同時にドローされる。
【００７６】
Ｗ（タングステン）またはＡｌ（アルミニウム）ワイヤなどの導電性ワイヤ１４０を使用する利点は、これらのワイヤが非常に導電性であり、１メートル長のケーン型の太陽電池においてさえも、ほとんどまたはまったく内部抵抗をもたらさないことである。これは、電荷収集および太陽電池の効率を改善しうる。また、これらの金属ワイヤは、電極用の金属を沈着させるための真空蒸着法を使用する場合と比べて、比較的安価である。また、これらの共時的にドローされたワイヤの構成の利点は、電極の形成工程が、非常に費用効率が高い方法である、半導体コアの形成と組み合わせることである。
【００７７】
本明細書の開示から熟練した技術者によって理解されるように、ケーン１００Ｅは、光起電装置の形成（本明細書で後述する特定の実施の形態）に使用されうる。この点に関して、加熱およびドロー工程の間にケーン１００Ｅ内にｐｎ接合１０６をその場で（in-situ）製造することは、好ましいであろう。本方法は、導電性ワイヤ１４０をドーパントでコーティングし、加熱およびドロー工程の間に、コア１０２の半導体材料内に拡散するためのドーパント原子源を提供するように作用させて、ｐｎ接合を形成することによって達成されうる。例えば、ドーパントは、ホウ素、リン、ゲルマニウム、アルミニウム、およびチタンのうち少なくとも１種類を含みうる。例えば、シリコン・コア１０２内に形成されたｐｎ接合では、ホウ素は、シリコン・コア１０２内に拡散し、ｐ型の半導体領域を形成するための適切なドーパントであろう。他方では、リンは、シリコン・コア１０２内に拡散し、ｎ型の領域を形成するための適切なドーパントであろう。ドーパントをワイヤ１４０上に置くことによって、ケーンのドロー工程の間にコア１０２内へのドーパントの拡散が生じ、ｐｎ接合１０６が形成されうる。
【００７８】
次に図１４を参照すると、これは、本発明の１つ以上のさらなる態様に従った別の光起電装置のケーン１１０Ｆの断面図である。装置１１０Ｆは、ガラス材料、ガラスセラミック、またはポリマーなどの透明なラッディングまたは覆い１０４と同軸の関係にある、半導体材料から形成された中心コア１０２を備える。コア１０２は、コア１０２内に同軸上に配向された導電性ワイヤを備え、第１の電極１０５Ａとしての役割を果たす。コア１０２は、それぞれｎ型およびｐ型の領域によって画成された、少なくとも１つのｐｎ接合１０６を備える。この例では、コア１０２は、ｎ型の材料１０２Ｎから形成され、導電性ワイヤ（電極１０５Ａ）は、コア１０２のｎ型の材料１０２Ｎ内に同軸上に、かつ、コア１０２のｎ型の材料１０２Ｎと電気的に接触して、配置される。第２の電極１０５Ｂは、コア１０２のｎ型およびｐ型のもう１つの領域に電気的に結合され、この例では、電極１０５Ｂは、コア１０２のｐ型の領域１０２Ｐに接続される。ｐ型の領域１０２Ｐは、コア１０２の最も外側の周辺の円筒形をした部分である。この実施の形態では、スロット１２２は、クラッディング１０４に沿って長手方向に延在し、クラッディング１０４の外表面からコア１０２の方に半径方向に延在する。スロット１２２は、コア１０２のｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐの少なくとも１つと連通しうる；この例では、スロット１２２は、ｐ型の領域１０２Ｐと連通する。第２の電極１０５Ｂは、スロット１２２に配置され、コア１０２のｐ型の領域１０２Ｐに電気的に結合される。
【００７９】
光起電装置１１０Ｆを製造するための多くの方法が存在する。これらの典型的な製造方法は、コア１０２内に、同軸上に第１の電極１０５Ａを得るために、ケーン１００Ｅ（図１２〜１３）の形成に関して上述した方法の一部またはすべてを使用することを含む。加えて、装置１１０Ａ（図６）の形成に関して上述した拡散法を用いて、コア１０２の周辺に、円筒形のｎ型またはｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐを得てもよい（それによってｐｎ接合が形成される）。装置１１０Ａ（図６）の形成に関して上述した方法の一部を用いて、クラッディング１０４にスロット１２２を設けてもよい。加えて、スロット１２２は、ｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐの１つ（この事例ではｐ型の領域）と連通するように、エッチング（またはレーザー切断などを介して形成）されうる。その後、導電材料（例えば、ペースト、エポキシ、メタライゼーションなど）がスロット１２２内に配置されて第２の電極１０５Ｂが形成されうる。
【００８０】
場合によっては、製造工程の加熱およびドロー温度に応じて、導電性ワイヤ１４０は、高い処理温度に耐えることができないかもしれない。一部の事例では、ワイヤ１４０の加熱および／またはワイヤ１４０からのイオンの拡散は、コア１０２の半導体材料を汚染しうる。上述のように、これらの問題を改善するために、ワイヤ１４０にコーティングを施してもよい。しかしながら、別の方法は、ケーンをドローした後、導電性ワイヤ１４０がその中に「挿入」されうるように、コア１０２を形成することである。これは、室温または比較的低い温度工程で行うことができ、上記問題の幾つかは生じないであろう。この点に関して、次に図１５Ａ〜１５Ｂを参照すると、これは、ドロー工程が完了した後にワイヤ１４０または導電材料を挿入するのに適した、コア１０２を通る、少なくとも１つの長手方向の開口部１４２を備えたケーン１００Ｆの断面図を例証する。この例では、２つの開口部１４２Ａ、１４２Ｂが存在するが、任意の実質的な数の開口部１４２が、本発明のさまざまな実施の形態に従って達成されうる。
【００８１】
図１６を参照すると、開口部１４２Ａ、１４２Ｂは、図２および関連する実施の形態に関する上述の調製、導入、加熱およびドローの各工程を使用して達成されうる。しかしながら、加えて、一対の管（例えばガラス管など）１４４Ａ、１４４Ｂが、半導体材料２０６を有するブランク２０２の中空部分に導入されうる。ブランク２０２、半導体材料２０６、および管１４４Ａ、１４４Ｂは、ブランク２０２および半導体材料２０６が流動するように、再ドロー用加熱炉２００Ｄ内で加熱される。加熱に加えて、ブランク２０２、半導体材料２０６、および管１４４Ａ、１４４Ｂは、半導体材料２０６のコア１０２が中空ブランク２０２から製造されたクラッディング１０４内に同軸上に配向され、管１４４Ａ、１４４Ｂがコア１０２内に同軸上に配向され、それによってケーン１００Ｆが形成されるように、同時にドローされる。一例として、管１４４Ａ、１４４Ｂは、Ｂ2Ｏ3-ＳｉＯ2などの「バイコール」組成物から形成されうる。
【００８２】
光起電性の用途のｐｎ接合１０６の形成に関して上述したものと同様の方法を用いて、１つ以上の管１４４Ａ、１４４Ｂをドーパントでコーティングするか、あるいはドーパントで形成し、加熱およびドロー工程の間に、コア１０２の半導体材料に拡散するドーパント原子源を提供するように作用させてもよい。この場合も、ドーパントは、ホウ素、リン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタンなどのうち１種類上でありうる。
【００８３】
エッチング工程を利用して管１４４Ａ、１４４Ｂのガラス材料を除去し、図１５Ｂに示すように開口部１４２Ａ、１４２Ｂ（直径がわずかに大きいであろう）のみを残してもよい。その後、ワイヤ１４０または導電性のエポキシは、ドロー工程よりも顕著に低い処理温度で、開口部１４２Ａ、１４２Ｂ内に導入されうる。
【００８４】
次に図１７を参照すると、これは、本発明の１つ以上のさらなる態様に従った別の光起電装置１１０Ｇの断面図である。この実施の形態では、図１５Ａに関して上述した管１４４Ａ、１４４Ｂは、光起電装置１１０Ｇの製造方法の一環として除去されず、これは、エッチング工程が軽減されることから有利であろう。光起電装置１１０Ｇは、ガラス材料、ガラスセラミック、またはポリマーなどの透明なラッディングまたは覆い１０４と同軸の関係にある半導体材料から形成された中心コア１０２を備える。半導体コア１０２は、それぞれｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐによって画成された、少なくとも１つのｐｎ接合１０６を備える。図示する例は、中心領域にｎ型の領域１０２Ｎ、周辺にｐ型の領域１０２Ｐを有しているが、当業者は、配置は逆であってもよいことを認識するであろう。ｐ型の領域１０２Ｐは、コア１０２の最も外側の周辺における、円筒形をした部分である。
【００８５】
第１の導体は、コア１０２内に同軸上に配置され、ｎ型およびｐ型の領域のもう一方（この例ではｎ型の領域１０２Ｐである）と結合した第１の電極１０５Ａとしての機能を果たす。第２の導体は、コア１０２内に同軸上に配置され、ｎ型およびｐ型の領域のもう一方（この例ではｎ型の領域１０２Ｎである）と結合した第２の電極１０５Ｂとしての機能を果たす。第１および第２の管１４４Ａ、１４４Ｂは、それぞれ、第１および第２の導体１０５Ａ、１０５Ｂのそれぞれ１つを取り囲む。円筒形をした部分のｐ型の領域１０２Ｐは、第１および第２の管１４４Ａ、１４４Ｂを取り囲む。管１４４Ａ、１４４Ｂは、それぞれ、第１および第２の導体が、それぞれ、コア１０２のｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐと電気的に連通するように、管１４４Ａ、１４４Ｂのそれぞれの壁を通じて延在する、長手方向に延在するスロット１４６Ａ、１４６Ｂを備える。
【００８６】
先に示したように、ケーンのドロー工程を複数回繰り返して、２次的なケーンを得ることができる。この工程では、別々のドローの実施において、Ｓｉ、ＧｅまたはＳｉとＧｅの組合せなど、異なる半導体材料のコアを有する、第１のケーン・セットを得ることができる。第１のケーン・セットの形状は、クラッディング・ブランクの形状化によっても変化させることができる。これらのドローの実施から得られたケーンを、第２のクラッディング・ブランクに挿入し、第２のケーン・セットをドローすることができる。この多重ドロー法は、コア部分の材料およびそれらの組成および形状に、多くの利点を提供する。例えば、コア部分は、同一の半導体型、または異なる半導体型のさまざまなｐｎ接合を含みうる。さらには、コア部分は、半導体および光学的に透明なコアおよび空気／真空部分の組合せを含みうる。これらの方法は、周知の光バンドギャップ・ファイバーの設計も取り入れた光電子ファイバーおよびケーンの製造に適しているであろう。ブランクの形成におけるこれらの柔軟性を用いて、再ドロー用に、さまざまな大きさおよび形状をした、異なる材料の管およびロッドを組み立てることができる。例えば、これらの構造および材料を用いて、同一のブランクにおいて、シリコン材料およびＳｉ−Ｇｅ材料にｐｎ接合を有することができる。それらの層化に加えて、コアの１つの部分にはシリコンのｐｎ接合を有し、別の部分にはＳｉ−ＧｅまたはＧｅのｐｎ接合を有する、空間的に分離されたｐｎ接合を有することができる。よって、さまざまな断面形状および再ドロー法の特性は、多接合型の太陽電池のみならず、最適な太陽光収集のための空間的に分離された多接合型太陽電池も可能にする。
【００８７】
光起電装置１１０Ｇを製造するための典型的な方法は、コア１０２内に同軸上に第１および第２の管１４４Ａ、１４４Ｂおよび導体１０５Ａ、１０５Ｂを得るために、ケーン１００Ｆ（図１５Ａ、１６）の形成に関して上述した方法の一部または全部を使用することを含む。加えて、装置１１０Ａ（図６）の形成に関して上述したドーパント拡散法、および、管１４４Ａ、１４４Ｂ上におけるドーパントの使用に関して上述したドーパント拡散法を用いて、コア１０２の周辺に存在し、管１４４Ａ、１４４Ｂを取り囲む（それによってｐｎ接合１０６が形成される）、円筒形の形状をしたｎ型またはｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐを得てもよい。しかしながら、この実施の形態の管１４４Ａ、１４４Ｂは、それぞれ長手方向に延在する溝を有することに留意されたい。１つの実施の形態によれば、加熱／ドロー工程の前に、各溝は、管１４４の外表面から中心の方に半径方向に伸びうるが、管１４４の壁全体を貫通はしない。溝のある管１４４Ａ、１４４Ｂは、図１５Ａ、１６に関して上述したように、コア１０２へとドローされる。その後、管１４２は、溝が、それぞれｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐと連通するように、溝が管の壁全体を貫通して伸びるようにエッチングされうる。その後、ワイヤ１４０または導電性のエポキシを、管１４４Ａ、１４４Ｂの開口部１４２Ａ、１４２Ｂに導入して、電極１０５Ａ、１０５Ｂを形成して差し支えなく、これが、コア１０２のｎ型およびｐ型の領域１０２Ｎ、１０２Ｐと電気的に連通する。
【００８８】
次に図１８〜１９を参照すると、これは、本発明の１つ以上のさらなる態様に従った光起電装置／モジュール１１０Ｈ、１１０Ｉの側面の断面図を示している。図１８の光起電装置１１０Ｈは、支持構造１５０および、前記支持構造１５０と結合した複数の太陽電池１１０ｊを備える。各太陽電池１１０ｊは、実質的に長手方向に延在し、少なくとも半円形の断面をしている。太陽電池１１０ｊの１つまたはすべては、開示される実施の形態のいずれかまたはすべてに関して上述した、構造的特性、ソーラー特性、光起電力特性、および／または電気的特性のうち１つ以上を含みうる。装置１１０Ｈの図示する実施の形態は、ｐｎ接合１０６が、ｎ型の材料１０２Ｎのコア１０２を取り囲む、ｐ型の材料１０２Ｐの円筒形状の領域で形成されることを示している（このことは、先に何度も述べてきた）。各電池の第１の電極１０５Ａは、一般的に、それと同軸の関係にあるコア１０２内の中心に位置する。第２の電極１０５Ｂは、太陽電池１１０ｊの中でも、共有される（しかしながら、第２の電極１０５Ｂは、それぞれの太陽電池１１０ｊによる個別利用のために容易に分離することができることは、当業者に認識されよう）。太陽電池１１０ｊのクラッディング１０４は、各太陽電池１１０ｊのｐ型の領域１０２Ｐが電極１０５Ｂと電気的に連通しうるように、少なくとも第２の電極１０５Ｂの領域において、除去されている。太陽電池１１０ｊの第１および第２の電極１０５Ａ、１０５Ｂのそれぞれは、電気的に結合されて、電圧および電流の一体型の電源を達成する。
【００８９】
この光起電装置１１０Ｈの例では、複数の太陽電池１１０ｊは、太陽電池１１０ｊの所定の１つのクラッディング１０４が、太陽電池１１０ｊの隣接する１つのクラッディング１０４のすぐ近くに、または、接触して存在するように、横並びに配置される。クラッディング１０４を備えた上述のすべての光起電装置が望ましい導光特性（light directing characteristic）を示すことに留意されたい。実際、クラッディング１０４の外郭の湾曲特性は、クラッディング１０４内へ、かつ、電気への変換のためのｐｎ接合１０６の方向への集光を改善する傾向がある。図１９では、光起電装置１１０Ｉの隣接する太陽電池１１０ｊの側方のクラッディング１０４は、太陽電池１１０ｊのクラッディング内に入り、ｐｎ接合１０６に至る集光が改善されるように、除去されている。
【００９０】
日中、太陽が水平線を超えて移動する際に、装置１１０ｊの長尺が太陽放射を捕捉できるように、円筒形状の装置１１０ｊの長軸を東西方向に向けてもよい。低集光設計では、水平上の太陽の位置が季節的に変化する間に、軸上に照射されない場合であっても、クラッディング１０４の高いＮＡは、大幅に効率低下することなく、放射線を捕捉しうる。
【００９１】
本明細書で論じた実施の形態に加えて、追加の光学的機構を使用して、太陽エネルギーの吸収および発電を促進してもよい。例えば、クラッディング１０４内への光エネルギーの収集を改善するために、太陽放射をコア１０２の方へ向け直す、１つ以上のレンズ、プリズム、リフレクタ、散乱表面などが挙げられる。
【００９２】
本明細書では本発明を特定の実施の形態に関連して説明してきたが、これらの実施の形態は、本発明の原理および用途の単なる例証に過ぎないことが理解されるべきである。したがって、実例となる実施の形態には多くの変更がなされ、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の配置が考案されうることが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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