"直列に配置された複数のサブセルを備え、複数のサブセルがエピタキシャルに成長させた自己組織化量子ドット材料を含む少なくとも一つのサブセルを有するモノリシック多接合半導体光起電太陽電池。サブセル内に形成されたトンネル接合を更に備え、トンネル接合がサブセルを電気的に接続するためのものである請求項1記載の太陽電池。複数のサブセルが上に配置された導電性の基板を、更に備えた請求項1記載の太陽電池。各々のサブセルが有効バンドギャップエネルギーを有し、サブセルは有効バンドギャップエネルギーが大きくなる順に配置され、最も低い有効バンドギャップエネルギーを有するサブセルが基板に最も近い請求項3記載の太陽電池。各々のサブセルが、ほぼ同じ割合の太陽光子を吸収するためのものである請求項1記載の太陽電池。複数のサブセルが三つのサブセルからなり、第一のサブセルが最も低い有効バンドギャップエネルギーを有し、第三のサブセルが最も高い有効バンドギャップエネルギーを有し、第二のサブセルが自己組織化量子ドット材料を含んでいる請求項4記載の太陽電池。基板が、Ge又はGaAs基板であり、第一のサブセルが、Geを含み、第一のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約0.7eVであり、第二のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入されているintercalated複数のInGaAs量子ドット層を含み、第二のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約1.16eVであり、第三のサブセルが、GaInP、AlGaAs又はAlGaInPを含み、第三のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約1.8eVである、請求項6記載の太陽電池。第一のサブセルが、エピタキシャルに成長した請求項7記載の太陽電池。基板がGe基板であり、第一のサブセルが、基板の相互拡散部分である請求項7記載の太陽電池。基板が、n型にドープされており、第一、第二及び第三のサブセルが、各々、n-p又はn-i-p接合を含み、各接合のn側が、接合のp側よりも基板に近い、請求項7記載の太陽電池。基板が、p型にドープされており、第一、第二及び第三のサブセルが、各々、p-n又はp-i-n接合を含み、各接合のp側が、接合のn側よりも基板に近い、請求項7記載の太陽電池。太陽電池の吸収特性を変えるため、サブセルのうちの一つが、ブラッグリフレクタ又は分布ブラッグリフレクタを備えている請求項1記載の太陽電池。基板が、Ge又はGaAs基板であり、複数のサブセルが、四つのサブセルからなり、第一のサブセルが、約0.7eVの有効バンドギャップエネルギーを有し、第二のサブセルが、約1.0eVの有効バンドギャップエネルギーを有し、第三のサブセルが、約1.4eVの有効バンドギャップエネルギーを有し、第四のサブセルが、約1.8eVの有効バンドギャップエネルギーを有する、請求項4記載の太陽電池。第一のサブセルが、Geを含み、第二のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を含み、第三のサブセルが、GaAs又はAlGaAsを含み、第四のサブセルが、GaInP又はAlGaAsを含む、請求項13記載の太陽電池。基板が、n型にドープされており、第一、第二、第三及び第四のサブセルが、各々、n-p又はn-i-p接合を含み、各接合のn側が、接合のp側よりも基板に近い、請求項14記載の太陽電池。基板が、p型にドープされており、第一、第二、第三及び第四のサブセルが、各々、p-n又はp-i-n接合を含み、各接合のp側が、接合のn側よりも基板に近い、請求項14記載の太陽電池。基板が、Ge又はGaAs基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが自己組織化量子ドット層材料を含み、第二のサブセルが、約1.6eVの有効バンドギャップを有し、第一のサブセルの有効バンドギャップが、第二のサブセルの有効バンドギャップよりも小さい、請求項4記載の太陽電池。第一及び第二のサブセルが、ほぼ同じ割合の太陽光子を吸収するためのものである、請求項17記載の太陽電池。自己組織化量子ドット層材料が、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を含み、第二のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約0.92eVであり、第二のサブセルが、GaInPAs又はAlGaAsを含んでいる、請求項18記載の太陽電池。自己組織化量子ドット層材料が、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を含み、第二のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約0.92eVであり、第二のサブセルが、AlGaAs層とともに挿入されたInAlAs量子ドットを有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項18記載の太陽電池。基板が、Ge又はGaAs基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでおり、第二のサブセルが、AlGaInP層とともに挿入された複数のInP量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項4記載の太陽電池。基板が、Ge又はGaAs基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、Geを含み、第二のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項4記載の太陽電池。基板が、InP基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、InGaAs層とともに挿入された複数のInAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含み、第二のサブセルが、AlGaInAs又はInAlAsPを含んでいる、請求項4記載の太陽電池。基板が、Si基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、Si層とともに挿入された複数のSiGe量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含み、第二のサブセルが、GaP層とともに挿入された複数のInP量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項4記載の太陽電池。基板が、バッファ層を有するSi基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含み、第二のサブセルが、AlGaAs又はGaAs層とともに挿入された複数のAlInAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項4記載の太陽電池。基板が、バッファ層を有するSi基板であり、複数のサブセルが、二つのサブセルからなり、第一のサブセルが、GaAs又はAlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含み、第二のサブセルが、GaInP層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を有する自己組織化量子ドット層材料を含んでいる、請求項4記載の太陽電池。Si基板と、Si基板上に変形して成長させた推移層であって、複数のGaAs及びAlGaAs層を含む推移層と、推移層上にエピタキシャルに成長させた第一のサブセルであって、自己組織化量子ドット材料を含む第一のサブセルとを、備えたモノリシック半導体光起電太陽電池。第一のサブセルが、AlGaAs層とともに挿入された複数のInGaAs量子ドット層を含み、第一のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約0.92eVである請求項27記載の太陽電池。第一のサブセル上にエピタキシャルに成長させた第二のサブセルをさらに備え、第二のサブセルが、自己組織化量子ドット材料を含んでいる請求項27記載の太陽電池。第二のサブセルが、AlGaAs層とともに挿入された複数のAlInAs量子ドット層を含み、第二のサブセルの有効バンドギャップエネルギーが、約1.6eVである請求項29記載の太陽電池。InP基板と、基板上にエピタキシャルに成長させた第一のサブセルであって、InGaAs層とともに挿入された複数のInAs量子ドット層を含んでいる第一のサブセルとを備えたモノリシック半導体光起電太陽電池。第一のサブセル上にエピタキシャルに成長させた第二のサブセルをさらに備え、第二のサブセルが、ドープされたAlInAsを含んでいる請求項31記載の太陽電池。バリアとともに挿入された複数の量子ドット層を有する自己組織化量子ドット材料をエピタキシャルに成長させることにより、量子ドットサブセルを形成する工程を含む、モノリシック多接合光起電太陽電池の製造方法。基板が、導電性Ge基板であって、さらに、基板上にGeサブセルをエピタキシャルに成長させることにより、又は基板の一部を相互拡散させることにより、基板上にGeサブセルを形成する工程と、Geサブセルと量子ドットサブセルとの間にトンネル接合を形成する工程であって、量子ドットサブセルが、Geサブセル上に形成され、量子ドット層が、InGaAs量子ドットを含み、バリアがGaAs又はAlGaAsを含んでいる工程と、量子ドットサブセル上にGaInP、AlGaAs又はAlGaInPをエピタキシャルに成長させることにより、GaInP、AlGaAs又はAlGaInPサブセルを形成する工程と、量子ドットサブセルと、GaInP、AlGaAs又はAlGaInPサブセルとの間に、トンネル接合を形成する工程と、基板上に第一の電気接点を、GaInP、AlGaAs又はAlGaInPサブセル上に第二の電気接点を形成する工程とを含む、請求項33記載の方法。上述の先行技術から認められるように、さらに変換効率を向上させるため、容易に多接合太陽電池に組み込むことのできる所望の吸収スペクトルを有する高品質材料に対する現実の要望がある。GaAs及びGeのバンドギャップの間の吸収のバランスをとることのできる信頼性のある材料が、特に関心のあるものである。第一の特徴において、本発明は、直列に配置された複数のサブセルを備え、複数のサブセルがエピタキシャルに成長させた自己組織化量子ドット材料を含む少なくとも一つのサブセルを有するモノリシック多接合半導体光起電太陽電池を、提供する。別の実施の形態では、Si基板と、Si基板上に変形して成長させた推移層であって、複数のGaAs及びAlGaAs層を含む推移層と、推移層上にエピタキシャルに成長させた第一のサブセルであって、自己組織化量子ドット材料を含む第一のサブセルとを、備えたモノリシック半導体光起電太陽電池が、提供される。さらに別の特徴において、本発明は、InP基板と、基板上にエピタキシャルに成長させた第一のサブセルであって、InGaAs層とともに挿入された複数のInAs量子ドット層を含んでいる第一のサブセルとを備えたモノリシック半導体光起電太陽電池を、提供する。さらに別の特徴において、本発明は、バリアとともに挿入された複数の量子ドット層を有する自己組織化量子ドット材料をエピタキシャルに成長させることにより、量子ドットサブセルを形成する工程を含む、モノリシック多接合光起電太陽電池の製造方法を、提供する。本発明の他の面及び特徴は、添付図面とともに以下の本発明の具体的な実施の形態の説明を考察することにより、当業者に明らかになろう。本発明の実施の形態を、単なる例として、図面を参照して説明する。本発明は、自己組織化量子ドット材料を有する少なくとも一つのサブセルを備えたモノリシック半導体光起電太陽電池を提供する。斯かる太陽電池の製造方法も提供される。この方法は、太陽電池の少なくとも一つのサブセルにおける自己組織化量子ドット材料のエピタキシャルな成長を用いている。第一の実施の形態は、高効率モノリシック三接合光起電太陽電池である。三接合光起電太陽電池は、異なる半導体材料からなるp-n又はn-p接合を積み重ねることによって製造することができる。上述のように、GaAs中間サブセル及びGaInP又はAlGaAs上部サブセルを有する、Ge基板上に成長させたGe底部セルを用いて約30の変換効率が得られている。斯かる多接合光起電太陽電池の効率は、本発明において、中間サブセルに、バルクGaAsの代わりに自己組織化量子ドット材料を用いることによって改善される。本発明の原理は、図1に図解されており、図1において、プロット10は、波長の関数として200nmの波長から積分したAM0太陽光子束のパーセンテージを示し、プロット12は、波長の関数として200nmの波長から積分したAM0太陽電力束のパーセンテージを示している。プロット10上の参照番号は、半導体材料とそれらの吸収端を示している。これらの半導体材料は、太陽又はそれ以外の光子を電気キャリアに変換するのに使用することができる。図1のプロットした点は、説明において、それらの特定の背景により、電池、サブセル、特定の半導体材料又は吸収端をあらわす。太陽電池の変換効率を最高にするためには、サブセルが直列に接続されるので、各サブセルの電流は、ほぼ等しくなければならない。デバイスの表面における反射を無視すれば、これは反射防止膜を備えた太陽電池に関して有効な近似であり、半導体の表面から深さzを透過する光の強さは、Iz=I0exp-αzによって与えられる。I0は、入力の強さであり、αは、半導体の吸収係数であって波長に従属する材料の状態密度の関数であるすなわち、αは、波長に従属する。十分に厚い半導体材料に関しては、αが低下するにつれて、バンドギャップエネルギーよりも小さい光子エネルギーに関して状態密度が低下するので、半導体のバンドギャップに相当する波長よりも長い波長を有する光すなわち、バンドギャップエネルギーよりも、小さなエネルギーを有する光のみが、半導体層を透過する。直接バンドギャップ半導体に関しては、バンドギャップ波長よりも短い波長において、αは、104cm-1~105cm-1の範囲であり、各々の当射する光子は、一対の光キャリア、すなわち電子と正孔、をつくることができる。サブセル内の電流は、サブセルによって吸収される光子束の割合fractionに比例する。プロット10から推測できるように、GaInP/GaAs/Ge太陽電池が、光子束の約25をその上部GaInPサブセル14で、約14をその中間GaAsサブセル16で、約38を底部Geサブセル18で吸収する。上部GaInPサブセル14を、AlGaAsサブセル20に取りかえても、同様の結果が得られるであろう。サブセル14、16及び18による太陽光子束の吸収の不均衡は、電流の不均衡につながる。すなわち、Ge底部サブセル18が、最も大きな電流を発生させ、中間GaAsサブセル16が、全体の電流及び変換効率を制限している。全体の変換効率は、GaAs材料16を、約1070nm1.16eVの有効バンドギャップ波長を有する材料に代えることによって、向上させることができる。以下で詳細にわかるように、斯かる材料は、自己組織化量子ドット材料22でよい。中間サブセルに、量子ドット材料22を使用することによって、三つのサブセル各々の太陽光子束吸収は、全太陽光子束の約25であり、各サブセルによって発生する電流は等しくなる。光起電エネルギー変換の熱力学的限界を与える理論的効率を、計算することができる。理論的効率は、例えば、2003年、大阪でのWCPEC-3会報の論文3P-B5―07においてボーBaur等によって説明されているように、対応する開路電圧Voc及び短絡回路電流Jscを推定するため、サブセルのバンドギャップ、当射光子束及びそのスペクトル分布を考慮に入れている。最適化された構成に関しては、変換効率は、理論的には40を越えることができる。斯かるモノリシック三接合光起電太陽電池の詳細が、図2に図示されており正確な縮尺ではない、図2は、本発明の太陽電池の実施の形態を描いている。多接合太陽電池24が、基板26、第一のサブセル28、エピタキシーによって仮像的にpseudomorphically成長させた自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を含む第二のサブセル30、及び第三のサブセル32を備えている。第二のサブセル30のInGaAs/GaAs量子ドット材料は、約1.16eVの有効バンドギャップを得るよう、適合させることができる。同様のナノ構造を、他のエピタキシャル技術、例えば、選択領域エピタキシーselectiveareaepitaxy、テンプレートエピタキシーtemplatedepitaxy、ひずみ誘導バンドギャップ変型ヘテロ構造を有するエピタキシーepitaxywithstained-inducedbandgapmodifiedheterostructure、ヴォルマー-ウェーバーVolmer-Weber成長モード、変型ストランスキー-クラスタノフmodifiedStranski-Krastanow成長モード、高分解能微細加工high-resolutionmicrofabricationと組み合わせた又は組み合わせないフランク-ファンデアマーウェFrank-VanderMerwe成長モード、或いは、非エピタキシー技術、例えば、コロイダル量子ドットを用いて製造するのに、他の技術を用いることができる。しかしながら、斯かるナノ構造の光学的/構造的特性は、多接合太陽電池デバイスの効率を向上させるのに適してはいないのが典型的である。本発明のこの実施の形態によれば、基板26は、導電性のGaAsでよく、好ましくは、導電性のGeがよい、それらはいずれも同様の格子定数を有している。基板26のドーピングは、n型でもp型でもよい。基板26がn型でその上に成長させたn-p又はn-i-p接合を有しているか、あるいは、基板26がp型でその上に成長させたp-n又はp-i-n接合を有しているかは、本発明にとって根本的なことではない。説明の目的で、この実施の形態は、n-p又はn-i-p接合を有するn型基板を用いる。他の可能な組み合わせが、同様に可能であり、これはドープしていない基板と埋設バック接点を含んでいる。基板26は、図2に示すように、裏側に抵抗接点34を形成するため、金属で被覆してもよく、いろいろな構造的、電気的、又は光学的特性を最適化するため、基板26と第一のサブセル28との間に、バッファ及び/又はバックフィールド層36を、成長させることができる。第一のサブセル28は、Geからなるのが好ましく、空乏領域を形成するためn-p接合を含んでいる。第一のサブセル28と第二のサブセル30とを接続するため、トンネル接合38が、用いられている。当業者によって容易に理解されるように、トンネル接合38は、第一のサブセル28上にエピタキシャルに成長させることのできる高質材料からなるのが好ましい。トンネル接合38は、良好な電気伝導性をもたらし、高い電流密度をサポートするため、高濃度にドープされているのが好ましく、トンネル接合を通る光子に対して透明であることが好ましい。この実施の形態に関しては、トンネル接合38は、高濃度にドープされたGaAsn-p接合からなるものでよいが、本発明における要件を満たす他の多くの組み合わせも同様に有効である。第二のサブセル30は、約1.16eVの有効なバンドギャップを得るよう適合又は適応させた自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を含んでいる。第二のサブセル30についての更なる詳細が、図4及びそれに対応する説明にあり、そこでは、第二のサブセルが、エピタキシーによって仮像的に成長させた、特定の形状、組成及び密度の高質自己組織化InGaAs/GaAs量子ドットを有する複数の層を備えたn-p又はn-i-p接合を含むものとして開示されている。第二のサブセル30は、トンネル接合40を介して第三のサブセル32に電気的に接続されている。トンネル接合40の要件は、上述のトンネル接合38の要件と同様である。この実施の形態では、トンネル接合40は、高濃度にドープされたInGaP又はAlGaAsn-p接合からなっていてよいが、他の多くの組み合わせが、同様に有効である。第三のサブセル32は、基本的にn-p接合であり、ドープされたGaInP又はドープされたAlGaAs、あるいは、GaAsと格子整合した同様の合金からなるのが好ましく、およそ1.8eVのバンドギャップを有している。第三のサブセル32は、多接合太陽電池において通例であるように、ウィンドウ42、反射防止層44、及び接点46を備えていてもよい。図2の上部は、太陽スペクトル50に関する波長の関数としてのスペクトル強度のグラフ48を示している。図2はまた、それぞれ、第三のサブセル32、第二のサブセル30及び第一のサブセル28に関する太陽スペクトル50の吸収域52、54及び56を示している。図1に関する記述に鑑みて、斯かる三接合光起電太陽電池が、高い変換効率とともにサブセル間の良好な電流の均衡を有していることが、当業者には、明らかであろう。図3は、高質自己組織化量子ドット材料、すなわち、第二のサブセルに含まれることができ、p-i-n接合内に成長させることのできる材料の光起電スペクトル58を示している。プロット58は、20°Cで測定した第一の材料のスペクトルを示している。プロット58の特徴は、量子ドット材料の基底状態60、量子ドット材料の励起状態62、及び湿潤層状態64であり、湿潤層は、通常、自己組織化量子ドットのエピタキシーの間に生成する薄い連続層である。この自己組織化エピタキシャルプロセスにおいて、第一の単分子層monolayer又は第一の少数の単分子層が、湿潤層と呼ばれる均一な二次元の層として付着する。次いで、量子ドットが、付着した追加の材料から及び/又は部分的に先にある湿潤層材料から自己組織化する。プロット58は、GaAs層を透過した白色光源を用いて測定された。GaAsバンドギャップより大きなエネルギーに関して、信号低下がみられる。量子ドット基底状態60は、自己組織化量子ドット材料の有効バンドギャップということができる。半導体ヘテロ構造を備えていないバルク半導体に関しては、有効バンドギャップは、単に半導体材料のバンドギャップである。量子ドットエネルギー準位は、それらの形状、組成、及び成長の間の密度を制御することによって調節できることが知られている{例えば、エスファファードS.Fafard等の半導体量子ドットのエネルギー準位操作ManipulatingtheEnergyLevelsofSemiconductorQuantumDots物理学レビューPhys.Rev.B59,153681999年又はエスファファード等急激な調節が可能な電子殻を有する量子ドットアンサンブルにおけるレージングLasinginQuantumDotEnsembleswithSharpAdjustableElectronicShells応用物理学報告Appl.Phys.Lett.75,9861999年、参照}。プロット58に関しては、自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料は、約1.16eVの有効バンドギャップを有するよう、調整されていた。プロット58において評価された材料は、GaAsからなる10nmのバリアで隔てられたInGaAs量子ドットの14個の層を備えている。第二のセル30の実施の形態が、図4に示されている。この実施の形態では、複数のIII~V族の半導体合金層が、トンネル接合38上に、エピタキシャルに成長しており、トンネル接合は、高密度にp型ドープした層78と高密度にn型ドープした層80を備えている。エミッタ82が、高密度にn型ドープした層84とn型ドープ層86との組み合わせによって形成されている。エミッタ82は、GaAs又はGaAsと格子整合した他の合金からなるのが好ましく、GaAsのバンドギャップに近いバンドギャップを有している。同様に、その後、層90及び高密度p型ドープ層92にp型ドーピングを用いてコレクタ88を成長させる。n型ドーピングには、シリコンを用いるのが好ましく、一方、p型ドーピングには、ベリリウムを用いるのが好ましい。明らかに、他のドーパント、例えば、亜鉛Zn、テルルTe等を、用いることができる。エミッタ82とコレクタ88は、エミッタ82とコレクタ88との間に配置された真性に非ドープの自己組織化量子ドット材料94とともに、n-i-p接合を形成している。エミッタ82とコレクタ88のドーピングプロファイルは、それらが、ほぼ自己組織化量子ドット材料94に亘って延びる空乏領域を提供しているというものである。n-i-p接合の代わりにn-p接合を用いて、又はp型とn型のドーピングの順序を逆にすることにより、同様の構成を設計することができる。加えて、自己組織化量子ドット材料94は、GaAs上に仮像的に成長させたので、サブセルの、ひいては、太陽電池24の反射能を高め、吸収特性を変えるため、高屈折率半導体と低屈折率半導体の交互の層を備えたブラッグリフレクタ又は分布ブラッグリフレクタDBRキャビティを、エミッタ及び/又はコレクタ内に成長させてもよい。図4に示すような、同様の自己組織化量子ドット材料94が、エミッタ82及びコレクタ88とともに、本発明の全ての実施の形態の説明において使用される。自己組織化量子ドット材料94は、第一の量子ドット層96、第一のバリア98、第二の量子ドット層100、第二のバリア102、その他、N番目の自己組織化量子ドット材料104及びN番目のバリア106までを備えている。N個の量子ドット層は、厚さ又は組成が同じである必要がないということが、当業者には明らかであろう。更に、第二のサブセル30のような太陽電池サブセルの光学的、構造的又は電気的特性を最高にするため、自己組織化量子ドット材料94に、層を挿入することができる。例えば、量子ドット材料94の光学的及び/又は構造的特性を変更するため、他のバンドギャップを有する層又は他の格子定数を有する層を、量子ドット層96、100、104の上及び/又は下に成長させることができる。また、他のバンドギャップを有する層又は他の格子定数を有する層を、バリア98、102、106内に成長させることもできる。バリア内の斯かる中間層の成長は、構造内に生じる総ひずみを制御するのに特に重要である。例えば、量子ドット層に、より大きな格子定数を有する半導体を使用したときに生じるひずみを補償する層を得るため、エピタキシャル層よりも小さく基板の格子定数よりも小さな格子定数を有する半導体層の厚さを選択することができる。例えば、InAs又はInGaAs量子ドットのひずみを補償するため、GaPAs又はGaInPをバリア内に成長させることができる。更に、複数の層は、同様の特性を有する多数のサブグループ層を、N個の層が、各々がmi個の量子ドットと、同様の大きさ、組成及び有効バンドギャップを有するバリア層とを含むm個のサブグループからなるように、備えることができる。この実施の形態では、所望の吸収特性、例えば、1.16eVの吸収端を有する自己組織化量子ドット材料94を得るため、成長材料及びパラメータを選択することができる。自己組織化量子ドット材料94の仮像的成長が、例えば、分子線エピタキシーMBEシステムを用いるエピタキシーによって得られる。MBEシステムは、例えば、GaAsと格子整合した半導体材料上にGaAs又はAlGaAs層を成長させるのに用いる。MBEシステム以外のエピタキシーシステムを使用することもできる。それらのシステムには、例えば、化学線エピタキシーCBEシステム、有機金属化学気相成長MOCVEシステム又は他の同様なハイブリッドシステム、あるいはそれらの組み合わせがある。所望の光学的、電気的及び構造的特性を得るため、層の混合或いは、例えばエミッタ層82又はコレクタ層88に、存在するドーパントの拡散を発生させることのある高温を避けながら、成長温度を、所望の特性を最高にする範囲に維持する。例示として、層の混合又はエミッタ82層に存在するドーパントの拡散が、心配なければ、GaAs層の成長は、400°C~800°Cの温度範囲で行うのが好ましく、520°C~630°Cがより好ましく、600°C~630°Cが最も好ましい。量子ドット層のエピタキシャル成長の間に、混合及び/又はドーパントの拡散が懸念される場合には、成長温度は、450°C~550°Cが好ましく、490°C~530°Cが最も好ましい。量子ドット層の成長温度は、量子ドットの形状及び組成を調整するのに用いられる。各量子ドット層のバリアのオーバーグロースの間の温度は、量子ドットの大きさ及び組成、したがって、自己組織化量子ドット材料94の吸収特性を、さらに制御するため、オーバーグロースのいろいろな段階で変えることができる。所望のエネルギー準位を有する非常に均一な量子ドットの高い面内密度を有する量子ドット層を得るため、成長温度、V族の超過圧over-pressure又はIII族/V族の比、量子ドット材料、均一な準二次元のフィルムから三次元のアイランドへの自己組織化成長推移を得るために用いる材料の量、成長速度又は成長の間の用いる中断、及び成長温度及び成長速度などのオーバーグロース条件の組み合わせが、選択される。これが、当射する太陽光子の電気への高い変換効率を可能にするのである。当業者には明らかなように、所望の吸収特性を達成することのできる多くのパラメータの組み合わせがある。しかしながら、この実施の形態の説明の目的で、自己組織化量子ドット材料94の所望の吸収は、GaAs上にInAsを成長させることによって得られる。InAsの厚さは、0.6nm~0.8nmであり、好ましくは、0.68nm~0.72nmである。InAsの好ましい成長速度は、0.001~3nm/sであり、0.01~0.03nm/sが、最も好ましい。InAsの付着成長に続いて、成長の中断があり、成長の中断は、0~300秒の範囲であるのが好ましい。InAs量子ドット層の成長の後に、6nm~50nmの範囲の厚さを有するバリア層のオーバーグロースが続く。バリア層は、GaAs又はAlxGa1-xAsであるのが好ましく、xは、0~1であるが、0~0.35であるのが好ましい。量子ドット層とバリア層の成長シーケンスは、上述のように、何回も繰り返される。上記のように、量子ドット層及びバリア層のオーバーグロースの間に、量子ドットの形状、組成及び均一性を調整するため、基板の特定の温度サイクリングを用いることができる。この場合、基板26の温度を、好ましくは、MBE成長に関してほぼ530°Cであって、いろいろなファクターの中で成長方法と界面活性剤の使用に依存することのあるInAs脱着disorption温度よりも上に上昇させる。ひとたび、温度をInAsの脱着温度よりも上に上昇させたら、温度を下降させて、好ましくは450°C~550°C、最も好ましくは490°C~530°Cの公称値に戻す。次の量子ドット層の成長が、これに続く。所望の吸収端が、1.16eVである場合には、バリアの厚さが1nm~50nm、好ましくは2.0nm~10.0nm、最も好ましくは4.5nm~6.5nmの時に、オーバーグロースの間に行われる温度サイクリングを行ってもよい。好ましい実施の形態では、量子ドット層の数は、1~100であり、好ましくは30~80である。必要であれば、より多くの層を成長させることができる。自己組織化量子ドット層材料94の層の数が大きいほど、第二のセル30の吸収係数が大きくなり、これは、第二のセル30の電流を上昇させるのに望ましい。量子ドット層の間の間隔、すなわち、バリアの厚さは、A吸収スペクトルの所望の特性を変えるため、B自己組織化量子ドットの垂直方向の積み重ねを制御するため、そしてC全体のひずみレベルを、格子緩和の発現につながる臨界厚さに関するひずみレベルよりも下に維持するため、調節される。臨界厚さを越える厚さでは、量子ドット材料は、材料の転位と欠陥の発生を引き起こすことがある。臨界厚さは、例えば、マシューの法則Matthew‘slowを用いることにより、測定及び/又は推定することができる。関心の対象である低いインジウム含有率の平均的なInGaAs組成物に関しては、臨界厚さは、1~2ミクロンと予想される。平均インジウム含有率が高いほど、臨界厚さは小さくなる。したがって、量子ドット層の間の間隔は、量子ドット材料の平均インジウム組成を調整し、ひずみと格子緩和によって生じる転位及び欠陥を回避するのに使用することができる。上述のように、量子ドット層は、構造体の残部よりも大きな格子定数を有しているのが典型的であり、したがって、必要であれば、量子ドット材料における平均ひずみを減少させる目的で、実施の形態は、反対ひずみoppositestrainすなわち、より小さい格子定数を有するGaPAs又はInGaPなどの半導体の薄い層を組み込んでいてもよい。例えば、上記のように、量子ドット材料94の構造的特性を変えるため、異なる格子定数を有する層を、量子ドット層96、100、104の上及び/又は下に成長させることができ、又は、同様に、異なる格子定数を有する層を、バリア98,102、106内に成長させることができる。本発明の第二の実施の形態が、効率の高いモノリシック四接合光起電太陽電池を提供する。自己組織化量子ドット材料94を、図1において材料21として示す約1.0eVよりも大きいエネルギーを有する光子を吸収するよう適合させることができる。斯かる材料は、図5に示す高効率モノリシック四接合光起電太陽電池を製造するのに用いることができ、この電池においては、各々のサブセルが、太陽束の約19を吸収すれば、サブセルは電流整合する。この四接合太陽電池は、上に第一のサブセル110が形成される基板108を備えている。第一のサブセル110は、適当なドーピングプロファイルを有するゲルマニウムを含んでいるのが好ましく、このゲルマニウムは、エピタキシー又は他の結晶成長法によって基板108上に成長させる。そのほか、適当なドーピングプロファイルをつくるため、バルクゲルマニウム材料、例えばゲルマニウム基板にドーパントを混合させる又は打ち込むことにより、第一のサブセル110を作製することができる。例えば、III~V族の半導体材料を、p型Ge上に成長させる場合、基板のGe内へのV族の混合は、n型Ge領域を形成し、したがって、p-n接合を形成する。同様に、n型Ge基板に関しては、基板のGe内へのIII族の混合は、p型領域を形成し、したがって、n-p接合を形成する。第二のサブセル112を、エピタキシーによって第一のサブセル110上に仮像的に成長させる。第二のサブセル112は、約1.0eVの有効バンドギャップを得るよう適合化された自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を含んでいる。第三のサブセル114を、エピタキシーによって第二のサブセル112上に仮像的に成長させ、第三のサブセル114には、第四のサブセル116が続く。第四のサブセル116は、エピタキシーによって第三のサブセル114上に仮像的に成長させる。この実施の形態では、基板108は、導電性のGaAs好ましくはGeでよく、それらは各々、同じような格子定数を有している。基板108のドーピングは、n型でもp型でもよい。基板108が、上にn-p又はn-i-p接合を成長させたn型であるか、上にp-n又はp-i-n接合を成長させたp型であるかは、本発明にとって根本的なことではない。説明の目的で、この実施の形態は、n-p又はn-i-p接合を有するn型の基板を用いる。他のあり得る組み合わせは、非ドープの基板と埋め込みのバック接点を含むが、同様に可能である。プロセスの最終段階で、図5に示すように、基板を金属被覆して抵抗接点を形成してもよい。種々の構造的、電気的又は光学的特性を最適にするため、第一のサブセル110の成長の前に、バッファ及び/又はバックフィールド層120を基板108上に形成してもよい。第一のサブセル110は、Geからなるのが好ましく、空乏領域を提供するため、n-p接合を含んでいる。第一のサブセル110を第二のサブセル112と接続するため、トンネル接合122が用いられる。当業者によって容易に理解されるように、トンネル接合122は、第一のサブセル110上にエピタキシャルに成長させることのできる高質材料からなるのが好ましく、良好な電気伝導性をもたらし、高い電流密度をサポートするため、高濃度にドープされている。トンネル接合122は、本願明細書において説明する全てのトンネル接合のように、トンネル接合を横切る光子に対してほぼ透明であるのが好ましい。この実施の形態に関しては、トンネル接合122は、高密度にドープされたGaAsn-p接合からなるものでよいが、他の種類のトンネル接合、例えば、GaAsの格子定数に近い格子定数を有するAlGaAs、又はAlGaInAsPの合金でもよい。先に述べたように、第二のサブセル112は、約1.0eVの有効バンドギャップを得るよう適合させた自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を含んでいる。第二のサブセル122の詳細は、図4に開示されたものとそれに対応する説明と同様であるが、自己組織化量子ドット材料の成長パラメータに関する限りでは変更が施されている。第二のサブセル112の成長に関する更なる詳細が、以下にある。さしあたり、第二のサブセル112は、自己組織化量子ドット材料とn-p又はn-i-p接合とを備えていると言えば十分であろう。自己組織化量子ドット材料は、エピタキシーによって仮像的に成長した特定の形状、組成、及び密度の高質自己組織化InGaAs/GaAs量子ドットを有する複数の層を含んでいる。第二のサブセル112は、トンネル接合124を介して、第三のサブセル114に接続されている。トンネル接合124は、第三のセル112上にエピタキシャルに成長させることのできる高質材料からなるのが好ましく、良好な電気伝導性をもたらし、高い電流密度をサポートするため、高濃度にドープされている。トンネル接合124は、トンネル接合を横切る光子に対してほぼ透明である。この実施の形態では、トンネル接合124は、高密度にドープされたGaAs、InGaP、AlGaAs、又はAlGaInAsPのn-p接合からなるものでよく、合金は、GaAsの格子定数に近い格子定数とGaAsのバンドギャップと等しい又はそれよりも大きいバンドギャップを有するものが用いられる。第三のサブセル114は、基本的にドープされたGaAsからなる、或いは、GaAsと格子適合し、およそ1.4eVのバンドギャップを有するAlGaInAsP又はGaInNAs合金からなるのが好ましいn-p接合である。ある構成に関しては、サブセルの電流のバランスをとるのを助けるため、第三のサブセル114が、第三のサブセルに当射する光の一部を第二のサブセル112に到達させるように第三のサブセル114の厚さと吸収特性を調整することが望ましい。第三のサブセル114は、トンネル接合126を介して第四のサブセル116に接続されており、このトンネル接合は、高密度にドープされたInGaP又はAlGaAsのn-p接合からなるものでよいが、上記の要件を満たす他の合金、例えば、AlInGaP又はZnSe合金も、同様に有効である。第四のサブセル116は、基本的にドープされたGaInP又はAlGaAs、或いは、GaAsと格子適合する同様のAlGaInAsP合金からなるのが好ましいn-p接合であり、およそ1.8eVのバンドギャップを有する。第四のサブセル116の厚さと吸収特性は、第四のサブセル116が、第四のサブセルに当射する光の一部を第三のサブセル114に到達させるようになっているのが好ましい。さらに、第四のサブセル116、第三のサブセル114、第二のサブセル112及び第一のサブセル110は、それぞれのセルによって吸収された光子によって発生するそれぞれの電流のバランスがとれているようになっている。第四のサブセル116は、多接合太陽電池の製造において通例であるように、ウィンドウ128、反射防止被膜130、及び電気接点132を備えていてもよい。図5の上部は、太陽スペクトル50に関する波長の関数としてのスペクトル強度のグラフ134を示している。図5はまた、それぞれ、第四のサブセル116、第三のサブセル114、第二のサブセル112及び第一のサブセル110に関する太陽スペクトル50の吸収域136、138、140及び142を示している。図1に関する記述の助けを借りれば、斯かる四接合光起電太陽電池が、各サブセルに吸収される約19の太陽光子束というサブセル間の良好な電流の均衡と、したがって、高い変換効率とを有していることが、当業者には、明らかであろう。p-i-n接合内に成長させた約1.0eVの吸収バンド端を有する高質自己組織化量子ドット材料の、測定された光起電スペクトルが、図3にプロット70として示されている。図3においては、20°Cで測定したプロット70が、量子ドット基底状態71、量子ドット励起状態72及び湿潤層状態76とともに、スペクトルの特徴を示している。この特定のサンプルは、GaAsバリアに埋め込まれたInGaAs量子ドットの一つの単層を含んでいる。第二のサブセル112の成長条件は、量子ドットの大きさ及び組成が、量子ドットに近接する材料の組成とともに、1.16eVよりも低いエネルギー、1.0eVにおいて吸収端を有する自己組織化量子ドット材料をもたらすよう調節することができる。先に述べたように、所望の目的を達成することのできる成長パラメータの多くの組み合わせがある。しかしながら、現在説明している実施の形態を説明する目的で、自己組織化量子ドット材料94の所望の吸収特性は、GaAs上にInAsを成長させることによって得られる。InAsの厚さは、0.4nm~0.8nmが好ましく、0.50nm~0.58nmが最も好ましい。InAsの好ましい成長速度は、0.001~3nm/sであり、0.01~0.03nm/sがより好ましく、InAsの成長に続いて成長の中断がある。成長の中断は、0秒~300秒の範囲にあるのが好ましい。InAs量子ドット層の成長の後には、6nm~50nmの範囲にある厚さを有するバリア層のオーバーグロースが続く。バリア層は、GaAs又はやや高いバンドギャップを有するAl組成が約10よりも少ないAlGaAs合金であるのが好ましい。量子ドット層とバリア層の成長シーケンスは、先に述べたように、何回も繰り返される。量子ドット層の好ましい数は、50~150層であるか、又はサブセルにおける吸収の均衡をとるように要求される通りである。上記のように、量子ドット層のオーバーグロースの間に、量子ドットの形状、組成及び均一性を調整するため、基板108の特定の温度サイクリングを用いることができる。この場合、次の量子ドット層の成長の前に、基板108の温度を、InAs脱着disorption温度よりも上に上昇させた後、下降させてその公称値に戻す。所望の吸収端が、約1.0eVであるこの場合では、バリアの厚さが1nm~50nm、好ましくは2.0nm~10.0nm、最も好ましくは7.5nm~10.0nmの時に、オーバーグロースの間に行われる温度サイクリングを行ってもよい。そのほか、吸収をより長い波長まで広げるため、GaAsよりもやや低いバンドギャップ材料の合金、例えばインジウム濃度の低いInGaAs、又は段階的gradedバンドギャップ材料を、量子ドット層に近接して用いることができる。自己組織化量子ドット材料を、多接合モノリシック光起電太陽電池のサブセルに組み込む方法が、格子定数を有する上面を有する基板を用意する工程と、前記格子定数と格子整合したサブセルを、先の層上に設ける工程と、前記格子定数と格子整合したトンネル接合を、先のサブセル上に設ける工程とを含み、最後の二つの工程を、自己組織化量子ドット材料を備えたサブセルが組み込まれるまで、繰り返す。最後の二つの工程は、自己組織化量子ドット材料が、底部サブセルに組み込まれる場合には、省略される。更なる工程には、前記格子定数と格子整合し、バッファドーパント濃度を有する半導体材料のバッファ層を、先の層上にエピタキシャルに付着させる工程と、前記格子定数と格子整合し、バックフィールドドーパント濃度を有する半導体材料のバックフィールド層を、前記バッファ層上にエピタキシャルに付着させる工程と、前記格子定数と格子整合し、バリアドーパント濃度とバリア温度で成長させたバリア厚さとを有する半導体材料の第一のバリア層を、前記バックフィールド層上にエピタキシャルに付着させる工程とがある。追加の工程は、欠陥が低密度であり、形状及び大きさを有する高密度の均一な自己組織化量子ドットを含む量子ドット層を、量子ドット用の公称組成を有し、前記格子定数まで大きくひずみを受け、量子ドットドーパント濃度、量子ドット厚さ、量子ドット成長温度、量子ドット成長速度、量子ドットV族超過圧力又はIII~V族の割合を有する半導体を用いて、先のバリア上にエピタキシャルに付着させる工程と、成長中断時間を得るために成長を中断した後、前記格子定数と格子整合し、バリアドーパント濃度,バリア厚さ、バリア成長速度、及び量子ドットのオーバーグロースの間の基板温度に関するバリア温度プロファイルを有する半導体材料のバリア層を、先の量子ドット層上にエピタキシャルに付着させる工程と、最後の二つの工程を多数周期繰り返す工程であって、成長パラメータにより、量子ドットの前記組成、前記大きさ及び前記形状が制御され、積み重ねプロファイルを通じて変化させることができる工程である。更なる工程には、前記格子定数と格子整合し、上部フィールドドーパント濃度を有する半導体材料の上部フィールド層を、先のバリア層上にエピタキシャルに付着させる工程と、前記格子定数と格子整合し、トンネル接合の初めの部分では前記上部フィールドドーパントと同じ型のドーパント濃度で、トンネル接合の終わりの部分では反対の型に急激に変化するドーパント濃度を有する高濃度にドープされた半導体材料のトンネル接合を、前記上部フィールド層上にエピタキシャルに付着させる工程と、前記格子定数と格子整合したサブセルを、先のトンネル接合上に設ける工程と、前記格子定数と格子整合したトンネル接合を、先のサブセル上に設ける工程と、最後の二つの工程を繰り返して、前記多接合太陽電池に含まれる多数のサブセルを完成させる工程がある。最後に、この方法は、上部サブセル上にウィンドウを設け、前記ウィンドウ上に反射防止被膜を設け、前記上部サブセルに接続された接点層を設けることを含んでいる。今説明している方法において、前記バッファ層のドーパント濃度は、1x1016cm-3~1x1019cm-3、前記バックフィールド層の前記ドーパント濃度は、1x1016cm-3~1x1019cm-3、前記バリアドーパント濃度は、1x1013cm-3~1x1017cm-3、前記量子ドット厚さは、0.4nm~5.0nm、前記量子ドット成長温度は、450°C~540°C、前記量子ドット成長速度は、0.0001nm/s~0.2nm/s、前記成長中断時間は、0秒~600秒であり、前記バリア温度プロファイルは、一定か又は450°C~650°Cの間で変化し、前記バリア成長速度は、0.01nm/s~1nm/s、前記バリア厚さは、3nm~60nm、前記上部フィールド層の前記ドーパント濃度は、1x1016cm-3~1x1019cm-3である。格子定数は、GaAsの格子定数でよく、前記バッファ層、前記バックフィールド層、前記バリア材料、及び前記上部フィールド層の合金組成は、Al0.3Ga0.7AsとGaAsの合金組成の間であり、量子ドットの前記公称組成は、In0.3Ga0.7AsとInAsの公称組成の間であり;格子定数は、GaAsの格子定数でよく、前記バッファ層、前記バックフィールド層、前記バリア材料、及び前記上部フィールド層の合金組成は、Al0.9Ga0.1AsとAl0.1Ga0.9Asの合金組成の間であり、量子ドットの前記公称組成は、In0.3Al0.7AsとInAsの公称組成の間であり;又は格子定数は、GaAsの格子定数でよく、前記バッファ層、前記バックフィールド層、前記バリア材料、及び前記上部フィールド層の合金組成は、GaAsと格子整合したGaAlInPの合金組成であり、量子ドットの前記公称組成は、InPである。本発明の第三の実施の形態が、高効率モノリシック二接合光起電太陽電池を提供する。他の一つの実施の形態では、自己組織化量子ドット材料が、二接合太陽電池に用いられるようになっている。高効率光起電二接合太陽電池を得るためには、自己組織化量子ドット材料94と類似しているが、吸収端が0.92eVである自己組織化量子ドット材料を有する第一のサブセルが、約1.6eVよりも大きなエネルギーを有する光子を吸収する材料を有する第二のサブセルとともに、必要である。第二のサブセルは、自己組織化量子ドット材料94と類似の自己組織化量子材料を含んでいてもよい。斯かる二接合太陽電池は、各サブセルで発生したバランスのとれた電流を有する。さらに、各サブセルは、図1のバンドギャップ151.6eVとバンドギャップ230.92eVが図示されたプロット10で示すように、総太陽光子束の約31を吸収する。本発明の二接合光起電太陽電池が、図6に描かれている。この二接合太陽電池は、上に第一のサブセル146をエピタキシーによって仮像的に成長させた基板144を備えており、0.92eVの有効バンドギャップを得るように適合させた第一の自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を備えている。第一のサブセル146の詳細は、図4に開示された図2の第二のサブセル30の詳細及びそれに対応する説明と同様である。第二のサブセル148は、第一のサブセル146上にエピタキシーによって仮像的に成長させたものであり、AlInAs/GaAs量子ドットを有するのが好ましい約1.6eVの有効バンドギャップを得るよう適合させた第二の自己組織化量子ドット材料を含んでいてもよい。この実施の形態では、基板144は、導電性のGaAs基板又は導電性のGe基板であるのが好ましく、これらはいずれも似たような格子定数を有している。他の多接合の実施の形態について先に述べたように、基板144のドーピングは、n形でもp型でもよい。基板144が、上に成長させたn-p又はn-i-p接合を有するn型であるか、上に成長させたp-n又はp-i-n接合を有するp型であるかは、本発明にとって根本的なことではない。説明の目的で、この実施の形態は、n-p又はn-i-p接合を有するn型基板を用いる。他のあり得る材料は、非ドープの基板及び埋設のバック接点を含むが、同様に可能である。プロセスの最終段階で、基板144は、図6に示すように、抵抗接点150を形成するため、金属被覆されてもよい。種々の構造的、電気的又は光学的特性を最適化するため、第一のサブセル146を成長させる前に、バッファ及び/又はバックフィールド層152を、基板144上に成長させることができる。第一のサブセル146は、トンネル接合154を介して第二のサブセル148に電気的に接続されている。この実施の形態では、トンネル接合154は、約1.7eVよりも大きなバンドギャップを有する高密度にドープされたInGaP、又はAlGaAsのn-p接合を備えていてもよい。そのほか、他の同様のAlInGaAsP合金を使用することができる。第二のサブセル148は、基本的にエピタキシーによって仮像的に成長させたn-p又はn-i-p接合である。上述のように、第二のサブセル148は、約1.6eVの有効バンドギャップを得るよう適合させた自己組織化AlInAs/AlGaAs量子ドット材料を含むことができる。そのほか、第二のセル148は、バルクGaInP又はAlGaAs或いは約1.6eVのバンドギャップをもたらす合金組成を有する他の同様のInAlGaAsP合金からなっていてもよい。第二のサブセル148は、多接合太陽電池の製造において通例であるように、ウィンドウ156、反射防止被膜158、及び電気接点160を有していてもよい。図6の上部は、太陽スペクトル50に関する波長の関数としてのスペクトル強度のグラフ162を示している。グラフ162はまた、それぞれ、第一のセル146及び第二のセル148に関する太陽スペクトル50の吸収域164及び166を示している。図1の記述の助けを借りれば、斯かる二接合光起電太陽電池が、高い変換効率とともに、サブセル間の良好な電流の均衡を有することが、当業者には、明らかであろう。この実施の形態に関して、自己組織化量子ドット材料層構造を有するサブセルの構造は、図4に開示されたサブセルの構造及びそれに関する説明と同様である。しかしながら、所望の光学的、電気的及び構造的特性を得るため、成長条件を変えている。特に、自己組織化量子ドット材料の吸収を、第一のサブセル146に関しては、より長い波長へと広げ、第二のサブセル148に関しては、より短い波長へと広げるため、量子ドット又は量子ドットに近接する材料の大きさ及び組成を変更してある。先に述べたように、所望の目的を達成することのできる多くのパラメータの組み合わせがある。この実施の形態を説明する目的で、第一のセル146の自己組織化量子ドット材料の所望の吸収特性は、GaAs上にInAsを成長させることにより得られ、InAsの厚さは、0.5~0.8nm、好ましくは0.50~0.58nmである。InAsの好ましい成長速度は、0.001~3nm/sで、より好ましくは0.01~0.03nm/sである。InAsの付着成長には成長の中断が続き、成長の中断は、0~300秒の範囲であるのが好ましい。InAs量子ドット層の成長の後には、6nm~50nmの範囲の厚さを有するバリア層のオーバーグロースが続く。バリア層は、GaAs層又は同様のバンドギャップを有する合金であるのが好ましい。量子ドット層とバリア層の成長シーケンスは、先に述べたように、何回も繰り返される。上記のように、量子ドット層のオーバーグロースの間に、量子ドットの形状、組成、及び均一性を調整するため、基板144の特定の温度サイクリングを用いることができる。この場合、次の量子ドット層の成長の前に、基板144の温度を、好ましくはInAsの脱着温度よりも上に上昇させた後、低下させてその公称値まで戻す。所望の吸収端が約0.92eVである場合には、バリアの厚さが1~50nm、好ましくは2~11nm、より好ましくは7.5~11nmの時に、オーバーグロースの間に行う温度サイクリングを行うことができる。加えて、吸収をより長い波長へと広げるため、バンドギャップがGaAsよりもわずかに低い材料の合金、例えば、低いインジウム濃度のInGaAs、又は段階的バンドギャップ材料を、量子ドット層に近接して成長させることもできる。第二のサブセル148用に、所望の特性を有する自己組織化量子ドット材料を得るため、同様の方法が用いられるが、InAs量子ドットの代わりにAlInAs量子ドットが用いられ、GaAsバリア材料が、AlGaAsバリア材料に代えられている。バリアにおけるAlの公称パーセンテージは、0~100でよいが、直接バンドギャップ材料を維持するためには、0~35であるのが好ましい。より好ましくは、Alパーセンテージは、25~35である。量子ドットにおけるInの公称パーセンテージは、35~100でよいが、50~75が好ましく、55~70がより好ましい。自己組織化量子ドット層を形成するのに使用されるAlInAsの厚さは、0.7nm~1.2nmが好ましく、0.8nm~0.9nmであるのがより好ましい。そのほか、第二のサブセル148用に、AlInAs量子ドットの代わりにInP量子ドットを、AlGaAsバリアの代わりにGaInPバリアを用いることにより、同等の構造を製造することができる。GaAsと格子整合した他の合金、例えば、GaAlInP又はGaInPAsをバリアに用いることができる。本発明は、他の実施の形態及び材料、例えば、InP基板上に成長させた二接合モノリシック太陽電池に適用することができる。この二接合電池は、第一のサブセルを有しており、このサブセルは、基本的にn-p又はn-i-p接合であって、InPと格子整合したInGaAsバリア内にInAs量子ドット材料を含んでいるのが好ましい。この二接合電池はまた、第二のサブセルを有しており、このサブセルは、基本的に、ドープされたバルクAlInAsからなる或いはInPと格子整合した同様の合金、例えば、AlInGaAs又はGaInPAsからなるのが好ましいn-p接合である。この実施の形態の第一のサブセルは、このサブセルが約0.65eVという小さなエネルギーの光子を吸収するので、Geと比較して広がった吸収域を有している。第一及び第二のサブセルの配置は、図6に描かれているものと同様である。いくつかの更に別の実施の形態では、第二のサブセルは、選択随意でよい。第二のサブセルが省略される実施の形態においては、変換効率はより低いが、製造がより簡単であり、コストがより低く、しかも/或いは、耐放射線性又は耐欠陥性がより高いという利点がある。他の関心の対象となる実施の形態が、効率の高い二接合モノリシック光起電太陽電池を形成するのに、ゲルマニウム基板を用いている。ここでもまた、第一及び第二のサブセルの配置は、図6に描かれている通りである。第一のサブセルは、基本的にn-p又はn-i-p接合であって、図5のサブセル110について述べたように、エピタキシー又は他の同様のデポジション、打ち込み、相互拡散技術によってGe基板上に仮像的に成長させたGeからなる。第二のサブセルは、基本的にn-p又はn-i-p接合であって、Geの格子定数に近い格子定数を有するエピタキシーによって仮像的に成長させたAlGaAsバリア又は同様の合金、例えば、AlGaP合金内にInGaAs量子ドット材料を含んでいるのが好ましい。Ge基板を使用する斯かる二接合電池は、本願明細書で論じた他の可能な実施の形態ほどは効率的でないが、製造がより簡単であり、バリア層及び量子ドット層に関する選択の組み合わせがひろいので融通性がより高く、耐放射線性及び耐欠陥性がより高いのでより高い寿命末期効率につながるという面から利点がある。特に興味深い他の実施の形態が、効率の高い二接合モノリシック光起電太陽電池を形成するのに、シリコン基板を用いている。ここでもまた、第一及び第二のセルの配置は、図6に描かれている通りである。第一のサブセルは、基本的にn-p又はn-i-p接合であって、Ge又はSiGe量子ドット材料と、エピタキシー又は他の同様のデポジション技術によって仮像的にSi基板上に成長させたSiバリアとを備えているのが好ましい。薄膜法又は半導体結晶を成長させる方法の組み合わせも使用することができる。第二のサブセルは、基本的にn-p又はn-i-p接合であって、エピタキシーによってSi上に仮像的に成長させたGaPバリア又は同様の合金、例えば、AlGaP内に、InP量子ドット材料を含んでいるのが好ましい。Si基板を用いた二接合電池は、向上した効率を得るため、従来の結晶又は多結晶Si第一セル上に成長させた第二のサブセルに自己組織化量子ドット材料を用いるよう設計することもできる。いくつかの更に別の実施の形態では、第二のサブセルは、選択随意でよい。第二のサブセルが、省略される場合には、変換効率はより低いが、製造がより簡単で、コストがより低いという利点がある。上記のように、自己組織化量子ドット材料は、耐放射線性及び耐欠陥性が桁違いに高いデバイスを作り出すものとして示されてきた。より高い耐放射線性及び耐欠陥性は、A欠陥のある領域を隔絶する空間的閉じ込めspatialconfinement、Bナノ構造に起因する好ましい拡散距離損傷係数、C放射線によって最も影響を受けるサブセルにおける電流を制限する制約currentlimitingrestrictionsの排除、及びD電流を制限するセルのない太陽電池の設計の組み合わせの結果である。これが、自己組織化量子材料を有するデバイスを、宇宙の用途に対して特に魅力のあるものにしている。上述の実施の形態の太陽電池は、デバイスが放射線にさらされる用途において、耐放射線性の面から利点がある。例えば、最適化された太陽電池は、約40の寿命のはじめの効率を有する。この最適化された太陽電池が、従来の太陽電池に対して二桁大きい向上した耐放射線性を有すると仮定すると、寿命の終わりの効率は、寿命の終わりを、1MeV電子放射線の1x1015cm-2の総線量と等価と定義すると、38よりも高い。幾分かの変換効率を部分的に犠牲にしながらも、耐欠陥性を活用し、しかも/又は最適化する本発明の実施の形態があることが望ましい。例えば、二接合太陽電池が、推移バッファ層をつくるため、上に複数のGaAs/AlGaAs層を変形してmetamorphically成長させたSi基板を備えていてもよい。この推移バッファ層上には、約0.92eVの有効バンドギャップを得るように適合させた自己組織化InGaAs/GaAs量子ドット材料を含む第一のサブセルがエピタキシャルに成長している。第二のサブセルは、実施の形態によっては選択随意であるが、第一のサブセル上にエピタキシーによって成長し、AlInAs/GaAs量子ドットからなるのが好ましい自己組織化量子ドット材料を含むことができ、約1.6eVの有効バンドギャップを得るように適合させてある。この実施の形態では、SiとGaAsとの間の大きな格子不整合に起因して、かなりの欠陥の集中があろう。しかしながら、変換効率は、自己組織化量子ドット材料の耐欠陥性により、ある用途には、受け入れ可能であろう。耐欠陥性に加え、本発明の他の利点を、実現することができる。例えば、自己組織化量子ドット材料は、半導体のバンドギャップを越える光子エネルギーの幾分かを回収することにより、変換効率を高めることができ、さもなければ、この幾分かの光子エネルギーは、有効バンドギャップより高いエネルギーを有する光子が、多接合太陽電池に当射する時に失われる。周知のように、有効バンドギャップを越えるエネルギーは、光子を発生させることができる。これらの光子の幾分かは、量子ドット内に再吸収され、空乏領域を横切って掃引される前に、光キャリアを、閉じ込められた量子ドットの状態から、より高い、閉じ込められていない状態に上げることにより、熱電子放出プロセスに使用される。したがって、より高い効率が得られる。変換効率を最高にする他の同様の手法を、本発明の実施の形態に組み込むことができる。例えば、より長い赤外線波長において検出手段として作用するよう、自己組織化量子ドット材料を、制御された残留ドーピングcontrolledresidualdopingでドープすることができる。検出プロセスは、バンド間遷移と同時にバンド内吸収を用い、したがって、総太陽光子束のより大きなフラクションを用いることにより、サブセルの電流を上昇させる。これが、図7に示されており、この図において、量子ドットにおいてポテンシャル井戸202を形成するためのバイアスのかかった伝導帯端200が示されている。電子量子化エネルギー準位204、206及び208が、擬フェルミ準位212とともに、ポテンシャル井戸202に示されている。準位204及び206にある電子300が示されている。長波長赤外線バンド内吸収遷移216及び218として示すは、通常は太陽電池には存在しないのであるが、矢印310で示すようにデバイス内を漂流するdrift追加の光キャリアをつくる。この種の吸収は、太陽光子束の約20が、Geバンドギャップの下にあるエネルギー領域にあるので、重要である。提案するアプローチを、やはり、他の実施の形態及び材料システムへと広げることができる。例えば、InGaAsNのような希薄な窒化物を含む自己組織化量子ドット又は少量の窒素を含む同様の半導体合金、或いはGaAlNバリア内のInGaN量子ドット、或いはGaAlSbバリア内のInSb自己組織化量子ドット又は同様の合金のようなアンチモンベースの材料システムを用いものである。明らかに、本発明は、太陽エネルギー変換以外の用途にも、広帯域の光子源の電気信号への効率のよい変換を必要とする用途にも有益である。本発明の一連のいろいろな実施の形態が、提示されてきた。全ての実施の形態は、全ての実施の形態は、自己組織化量子ドット材料を有する少なくとも一つのサブセルを備えたモノリシック半導体光起電太陽電池に関したものである。自己組織化量子材料を有するサブセルの有効バンドギャップを、どのようにして調整するかについての詳細が、提示された。バンドギャップの調整は、先行技術の太陽電池よりも高い変換効率を有する太陽電池を可能にする。二つ、三つ及び四つのサブセルを含む実施の形態を論述した。上述の本発明の実施の形態は、例示であることのみを意図するものである。本願明細書に添付の請求の範囲よってのみ定義される本発明の範囲を逸脱することなしに、当業者によって、具体的な実施の形態に、変更、調整及び改変を行うことができる。"