p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層と前記n型半導体層とに挟まれ、かつ、量子層および障壁層が複数回交互に積層された超格子半導体層とを備えた太陽電池であって、前記超格子半導体層は、前記量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より低く、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であることを特徴とする太陽電池。前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より高いエネルギー準位である請求項1に記載の太陽電池。前記超格子半導体層は、前記量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドがただ1つ形成されるように積層された積層構造を有する請求項1または2に記載の太陽電池。前記p型半導体層、前記n型半導体層および前記超格子半導体層は、pn接合またはpin接合を形成する請求項1~3のいずれか1つに記載の太陽電池。前記量子層は、複数の量子ドットからなる量子ドット層である請求項1~4のいずれか1つに記載の太陽電池。前記超格子半導体層は、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体またはカルコパイライト型半導体からなる請求項1~5のいずれか1つに記載の太陽電池。前記超格子半導体層は、Al、GaおよびInのうち少なくとも1つの元素を含み、かつ、As、Sb、NおよびPのうち少なくとも1つの元素を含むIII-V族化合物半導体からなる請求項1~6のいずれか1つに記載の太陽電池。現在、ミニバンドを利用した量子ドット太陽電池において、量子ドット層からの光電流取り出し効率は最大数程度に止まっている。この原因は明らかではないが、量子ドットで生成されたキャリアが、光励起または熱励起によってp型およびn型の母体半導体領域へと移動する確率が低いことが考えられる。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、p型およびn型半導体領域へ効率よくキャリアを取り出すことができる超格子構造を有する太陽電池を提供する。本発明は、p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層と前記n型半導体層とに挟まれ、かつ、量子層および障壁層が複数回交互に積層された超格子半導体層とを備えた太陽電池であって、前記超格子半導体層は、前記量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より低く、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であることを特徴とする太陽電池を提供する。本発明によれば、超格子半導体層は、量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より低い。このため、母体半導体材料のバンドギャップに対応した光遷移に加えて、ミニバンドを利用した母体半導体材料のバンドギャップ未満の光エネルギーで生成されたキャリアをp型半導体層およびn型半導体層から外部に取り出すことができ、光電流を増加させることができる。本発明によれば、超格子半導体層に形成されるミニバンドの上端のエネルギー準位は、障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であるため、室温におけるフェルミ分布関数から、ミニバンドの電子が障壁層の伝導帯に熱励起される確率を10以上とすることができ、超格子半導体層で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すことができ、短絡電流を大幅に増加させることができる。このことにより、高い光電変換効率を有する太陽電池を得ることが可能となる。本発明の太陽電池は、p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層と前記n型半導体層とに挟まれ、かつ、量子層および障壁層が複数回交互に積層された超格子半導体層とを備えた太陽電池であって、前記超格子半導体層は、前記量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より低く、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であることを特徴とする。ここで、本明細書中でよく用いられる語句について簡単な説明を加える。超格子構造とは、共に半導体からなりバンドギャップが異なる障壁層と量子層量子井戸層および量子ドット層を含むとが複数回繰り返し積層された構造である。ミニバンドとは、超格子構造の量子井戸あるいは量子ドットの電子の波動関数が隣接する量子井戸あるいは量子ドットの波動関数と相互作用し、量子井戸あるいは量子ドットの量子準位間の共鳴トンネル効果が生じ形成されるバンドをいう。なお、ミニバンドとは、少なくとも一部が障壁層の価電子帯上端と伝導帯下端の間に形成されたものをいう。量子ドットとは、100nm以下の粒子サイズを有する半導体微粒子であり、量子ドットを構成する半導体よりもバンドギャップの大きい半導体で囲まれた微粒子である。量子準位とは、量子ドットの電子の離散的なエネルギー準位をいう。障壁層とは、量子ドットを構成する半導体よりもバンドギャップの大きい半導体からなり、超格子構造を構成する。x方向とは、図1に示すような積層面に平行な方向であり、y方向とは、積層面に平行な方向であり、x方向に垂直な方向である。また、z方向とは、図1に示すような積層面に垂直な方向である。本発明の太陽電池において、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、前記障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より高いエネルギー準位であることが好ましい。このような構成によれば、ミニバンドの電子が容易に障壁層の伝導帯に移動することができ、超格子半導体層で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すことができる。本発明の太陽電池において、前記超格子半導体層は、前記量子層の伝導帯側の量子準位によりミニバンドがただ1つ形成されるように積層された積層構造を有することが好ましい。このような構成によれば、ミニバンドが複数形成されたときに生じるミニバンド間の緩和等がなく、超格子半導体層で生成されたキャリアを効率的にp型半導体層またはn型半導体層を介して取り出すことができる。本発明の太陽電池において、前記p型半導体層、前記n型半導体層および前記超格子半導体層は、pn接合またはpin接合を形成することが好ましい。このような構成によれば、pin接合またはpn接合が受光することにより、効果的に起電力を生じさせることができる。本発明の太陽電池において、前記量子層は、複数の量子ドットからなる量子ドット層であることが好ましい。このような構成によれば、量子ドットの量子効果により、ミニバンドのエネルギー高さを容易に変化させることができ、ミニバンドのエネルギー下端が障壁層のエネルギーよりも低いエネルギー準位であり、かつ、ミニバンドのエネルギー上端が障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位よりも高い又は障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位よりも室温での熱エネルギーの2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であるミニバンドを容易に形成することができる。本発明の太陽電池において、前記超格子半導体層は、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体またはカルコパイライト型半導体からなることが好ましい。このような構成によれば、超格子半導体層にミニバンドが形成されやすくなり、また、ミニバンドの位置を調整しやすくなる。本発明の太陽電池において、前記超格子半導体層は、Al、GaおよびInのうち少なくとも1つの元素を含み、かつ、As、Sb、NおよびPのうち少なくとも1つの元素を含むIII-V族化合物半導体からなることが好ましい。このような構成によれば、超格子半導体層にミニバンドが形成されやすくなり、また、ミニバンドの位置を調整しやすくなる。以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。太陽電池の構成図1は本発明の一実施形態の太陽電池の構成を示す概略断面図である。本実施形態の太陽電池20は、p型半導体層1と、n型半導体層12と、p型半導体層1とn型半導体層12とに挟まれ、かつ、量子層6および障壁層8が複数回交互に積層された超格子半導体層10とを備えた太陽電池20であって、超格子半導体層10は、量子層6の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位より低く、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であることを特徴とする。なお、図1は量子層6を量子ドット層の場合の実施形態であるが、量子層6は、量子井戸層であってもよい。本実施形態の太陽電池20は、以上の構成を有していればよいが、量子層6は、複数の量子ドット7で構成する量子ドット層6であってもよい。また、図1にあるように、バッファー層3、ベース層4、窓層14、コンタクト層15、p型電極18、n型電極17を有してもよい。以下、本実施形態の太陽電池20について説明する。1.p型半導体層およびn型半導体層p型半導体層1は、p型不純物を含む半導体からなり、i型半導体層超格子半導体層10、n型半導体層12とともにpin接合またはpn接合を構成することができる。n型半導体層12は、n型不純物を含む半導体からなり、i型半導体層超格子半導体層10、p型半導体層1とともにpin接合またはpn接合を構成することができる。このpin接合またはpn接合が受光することにより、起電力が生じる。p型半導体層1およびn型半導体層12は、図1のようにどちらか一方が基板であってもよく、両方ともCVD法などにより形成された薄膜であってもよい。p型半導体層1およびn型半導体層12は、障壁層8と同じ半導体材料に対応する不純物を添加したものでもよく、障壁層8と異なる半導体材料に対応する不純物を添加したものであってもよい。2.超格子半導体層超格子半導体層10は、p型半導体層1とn型半導体層12に挟まれ、pin接合またはpn接合を構成することができる。また、超格子半導体層10は、障壁層8と量子層6とが交互に繰り返し積層された超格子構造を有する。超格子半導体層10は、i型半導体であってもよく、受光することにより起電力が生じれば、p型不純物またはn型不純物を含む半導体層であってもよい。代表的な量子層6としては、量子ドット層6、量子井戸層が挙げられる。以下では、量子ドット層6である場合について説明するが、他の量子層についても同様である。超格子半導体層10を構成する障壁層8と量子ドット層6を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、III―V族化合物半導体から構成することができる。量子ドット層6は、障壁層8よりもバンドギャップの狭い半導体材料で構成される。また、超格子半導体層10を構成する障壁層8、量子ドット層6を構成する材料は、例えばAlSb、InAsxSb1x、AlSbxAs1x、AlAs、GaAs、InxGa1xAs、AlxGa1xAs、InxGa1xPを用いることができる。さらに、たとえば周期律表の第IV族半導体、第III族と第V族からなる化合物半導体、第II族と第VI第VII族からなる化合物半導体あるいはこれらの混晶材料としてもよい。また、カルコパイライト系材料を用いてもよく、これら以外の半導体を用いてもよい。例えば、障壁層8の材料にGaNAsで、量子ドット層6の材料にInAsや、障壁層8の材料にGaPで量子ドット層6の材料にInAs、障壁層8の材料にGaNで量子ドット層6の材料にGaxIn1xN、障壁層8の材料にGaAsで量子ドット層6の材料にGaSb、障壁層8の材料にAlAsで量子ドット層6の材料にInAs、障壁層8の材料にCuGaS2で量子ドット層6の材料にCuInSe2等を用いることができる。障壁層8の厚みを薄くすることで隣接する2つの量子層6間の電子的結合が生じさせることができ、量子層6の量子準位により、超格子ミニバンドを形成することができる。xy方向に閉じ込め状態である量子ドットを用いた超格子構造を考えた場合、量子ドット構造の波動関数はz方向にのみ閉じ込めをおこなった量子井戸の波動関数と同じであることを意味する。一方、量子ドット構造のエネルギー値は、z方向のエネルギー値Ezに、x方向およびy方向のエネルギー値Ex、Eyを足し合わせた値と考えて差し支えない。ExおよびEyは、電界がかかっていない状態での単一量子井戸で得られるエネルギー値より求まる。図2は、図1の一点鎖線A-Aにおける超格子半導体層10の伝導帯のエネルギー準位を示した概略バンド図である。図1、2の量子ドット7の超格子半導体層10の厚さ方向のサイズda、隣接する2つの量子ドットの間隔db、量子ドット7の材料および障壁層8の材料を制御することにより、図2のようにミニバンドを形成することができる。超格子半導体層10に形成されるミニバンドの下端のエネルギー準位は、図2のように障壁層8の伝導帯の下端のエネルギー準位より低いエネルギー準位である。このことにより、障壁層8または量子ドット7の価電子帯上端とミニバンドの下端とのエネルギー差は、障壁層8または量子ドット7の価電子帯上端と障壁層8の伝導帯の下端とのエネルギー差よりも小さくなり、より長波長の光により価電子帯の電子をミニバンドに光励起することが可能になる。超格子半導体層10に形成されるミニバンドの上端のエネルギー準位は、図2のように、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位Ecより室温のおける熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度26meVの2倍分だけ低いエネルギー準位Ec-2kTEc-52meVよりも高いエネルギー準位である。この構成を有することにより、室温におけるフェルミ分布関数から、ミニバンドの電子が障壁層8の伝導帯に熱励起される確率を10以上とすることができ、超格子半導体層10で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すことができる。また、超格子半導体層10に形成されるミニバンドの上端のエネルギー準位は、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位よりも高いエネルギー準位であってもよい。このことにより、ミニバンドの電子がより容易に障壁層8の伝導帯に移動することができる。なお、従来の超格子構造を導入した太陽電池では、量子層で生成されたキャリアの取り出し効率が低い。量子準位あるいはミニバンドにあるキャリアを、障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位まで励起させる必要があるが、光励起の確率が低く、熱励起においては、量子層で生成されたキャリアにとって、エネルギー障壁の大きさが熱エネルギーよりも十分大きい為キャリア励起されにくい。また、超格子半導体層10に量子ドット7の伝導帯側の量子準位により形成されるミニバンドは、図2のように1つのみであってもよい。このことにより、ミニバンド間の緩和等なく、生成されたキャリアを効率的にpn電極より取り出すことができる。なお、量子ドットの伝導帯側の量子準位により複数ミニバンドを形成する場合、第二以降のエネルギーの高いミニバンドで生成されたキャリアも、短時間で第一のミニバンド基底エネルギーに遷移してしまい、量子ドット層を脱出できずに再結合して消滅する割合が高い。図2に示したようなミニバンドが形成されるように超格子半導体層10を作製する方法としては、例えば、量子ドット層6の量子ドットサイズdaと障壁層の厚みdbを調節する方法がある。あるいは、量子ドット層の量子ドット材料や障壁層の材料を変化させる方法がある。例えば、InxGa1xAs0≦x≦1であれば、混晶比xを変更することにより、バンドギャップ、キャリアの有効質量、価電子帯および伝導帯の障壁高さを変化させることができる。従って、この方法により、ミニバンドの位置と幅を調節することができる。以上の構造は、ミニバンド形成可能な量子井戸層を挿入した量子井戸太陽電池においても同様に可能である。しかしながら、三次元方向に閉じ込めである量子ドットは、一次元方向のみの閉じ込めである量子井戸と比べてミニバンドのエネルギー位置は高くなりやすい為より好ましい。なお、本実施形態と同様の構造を有する太陽電池は、集光システムと組み合わせることもできる。この場合、太陽電池20は、p型半導体層1と、n型半導体層12と、p型半導体層1とn型半導体層12とに挟まれ、かつ、量子層6および障壁層8が複数回交互に積層された超格子半導体層10とを備えた太陽電池20であって、超格子半導体層10は、量子層6の伝導帯側の量子準位によりミニバンドが形成されるように積層された積層構造を有し、前記ミニバンドの下端のエネルギー準位は、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位より低く、前記ミニバンドの上端のエネルギー準位は、障壁層8の伝導帯下端のエネルギー準位より集光時の温度における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度の2倍分だけ低いエネルギー準位よりも高いエネルギー準位である。このことにより、集光時の温度におけるフェルミ分布関数から、ミニバンドの電子が障壁層の伝導帯に熱励起される確率を10以上とすることができ、超格子半導体層で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すことができ、短絡電流を大幅に増加させることができる。3.太陽電池の製造方法超格子半導体層10は、分子線エピタキシーMBE法や有機金属化学気相成長MOCVD法等の手法により形成することができる。量子ドット層6においては、Stranski―KrastanovS―K成長と呼ばれる方法で成長させることができる。上記手法の材料構成比を変えることで量子ドット7または量子井戸の混晶比を調整することができ、原材料成長温度圧力堆積時間等を変えることによって量子ドット7のサイズまたは量子井戸幅を調整することができる。本実施形態の太陽電池20の製造においては、例えば、膜厚制御に優れた分子線エピタキシーMBE法や有機金属化学気相成長法MOCVD等を用い、量子ドット太陽電池を製造することができる。本実施形態の太陽電池20は、例えば母体半導体材料障壁層8の材料としてGaAsを、量子ドット7の材料として混晶比xにより禁制帯幅が約143eVGaAsから036eVインジウム砒素:InAsまで容易に変化させ得るインジウムガリウム砒素InxGa1xAsを用いて製造することができる。以下、このような太陽電池20の製造方法を詳細に説明する。まず、p型半導体基板1であるp-GaAs基板を有機系洗浄液で洗浄した後、硫酸系エッチング液によってエッチングし、さらに10分間流水洗浄を施した後、MOCVD装置内に支持する。このp型半導体基板1の上にバッファー層3として300nmの厚さでp-GaAs層を形成する。バッファー層3は、その上に形成すべき光吸収層の結晶性を向上させるための層である。続いてバッファー層3であるp-GaAs層の上に300nmの厚さでベース層4であるp-GaAsベース層、および1nmの厚さで障壁層8となるGaAs層を結晶成長させた後、自己組織化機構を用いてInAsx=1からなる量子ドット層6を形成する。この障壁層8と量子ドット層6の結晶成長の繰り返しにより量子ドット層6を積層する。量子ドット層6を結晶成長させた後は、結晶表面の平坦性を回復するために約4nmの厚さでGaAsキャップ層図示せずを成長させて超格子半導体層10を完成させる。続いて、キャップ層の上に250nmの厚さでn型半導体層12であるn-GaAs層を結晶成長させてpin構造を形成し、次いで、窓層14として50nmの厚さでn-Al075Ga025As層を形成する。次いで、100nmの厚さでコンタクト層15としてp-GaAs層を結晶成長により形成する。次に、MOCVD装置から取り出した後、p型電極18を基板裏面の全面に形成する。次いで、コンタクト層15上にフォトリソグラフィーとリフトオフ技術により櫛型電極を形成し、この櫛型電極をマスクとしてコンタクト層15を選択エッチングしてn型電極17を形成することで、量子ドット太陽電池20を形成することができる。基板処理温度は、例えば、Inの再脱離を防ぐために量子ドット層6を含む超格子半導体層10を作製時のみ520°Cとし、それ以外の層は590°Cとして結晶成長を行うことができる。また、n型ドーパントとして例えばSiを、p型ドーパントとしては例えばBeを用いることができる。電極材料としては例えば、Auを用い、抵抗加熱蒸着法により真空蒸着で形成することができる。尚、ここで示した例は一例であり、本発明の太陽電池に用いる基板、バッファー層、量子ドット、ドーパント、電極などの各材料や、各プロセスで使用する洗浄剤、基板処理温度、製造装置等は、ここで示した例に限定されない。評価実験MATLABソフトを用いて、一次元モデルであるクローニッヒペニーのモデルを解くシミュレーションシュレディンガー方程式を解くシミュレーションも含むを行った。クローニッヒペニーモデルを解くことで、伝導帯および価電子帯の分散関係E-k分散を計算することができ、ミニバンド位置およびミニバンド幅が得られる。例えばJOURNALOFAPPLIEDPHYSICS、89巻、5509ページ、2001年、を参照。ミニバンド位置およびミニバンド幅に寄与するパラメータとして、主に、量子ドットサイズ又は量子井戸の厚み、障壁層の厚み、量子層材料および障壁層材料の伝導帯又は価電子帯重い正孔、軽い正孔の有効質量、伝導帯又は価電子帯の障壁高さがあり、これらの値を前述のクローニッヒペニーのモデルに代入することによって、ミニバンド位置およびミニバンド幅を求めることができる。[実験1]実験1では、障壁層、n型半導体層、p型半導体層を構成する母体半導体材料にガリウムヒ素GaAs、量子ドット層を構成する量子ドット材料にインジウムガリウム砒素In02Ga08Asを用いた超格子構造の分散関係を計算するシミュレーションを行った。量子ドットは直方体であるとして、積層方向のサイズ高さを6nm、面内方向のサイズを10nmとした。障壁層の厚みは1nmとした。電子の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.067m0、インジウムガリウム砒素In02Ga08Asを0.058m0とした。重い正孔の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.349m0、インジウムガリウム砒素In02Ga08Asを0.346m0とした。軽い正孔の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.090m0、インジウムガリウム砒素In02Ga08Asを0.077m0とした。ガリウムヒ素とインジウムガリウム砒素との間の伝導帯の障壁高さは0.189eV、価電子帯の障壁高さは0.101eVとした。ここで、m0は電子の質量9.11×1031kgである。図3に実験1により計算された超格子構造の伝導帯における分散関係を示し、図4に価電子帯重い正孔における分散関係を示し、図5に価電子帯軽い正孔における分散関係を示した。これらのグラフにおいて、横軸は波数を示し、縦軸はエネルギーを示している。エネルギーの値は、量子ドットを構成する材料のバルクにおける伝導帯の下端または価電子帯の上端のエネルギー準位の位置をゼロとして示している。また、障壁層の伝導帯の下端、または障壁層の価電子帯の上端のエネルギー準位を点線で示している。このような条件下においては、ミニバンドが伝導帯において1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端が障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも低く、かつ伝導帯におけるミニバンドのエネルギー上端が障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも高いミニバンドを形成することがわかった。以下、図3~5を参照してより具体的に説明する。図3から、伝導帯においてミニバンドが1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端0.087eVが障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位0.189eVよりも低く、かつミニバンドのエネルギー上端0.193eVが障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位0.189eVよりも高いことがわかる。これにより、生成された電子はミニバンド中で熱励起され、n型半導体層から容易に取り出すことができることを示している。図4および図5からは、価電子帯では複数のミニバンド重い正孔第1ミニバンド:-0.025~-0.037eV、重い正孔第2ミニバンド:-0.060~価電子帯の障壁高さである-0.101eV以下、軽い正孔第1ミニバンド:-0.056~価電子帯の障壁高さである-0.101eV以下を形成することを示しており、最も高いエネルギー位置にある価電子帯のミニバンドのエネルギー上端より小さいエネルギーでは、ほぼ連続的にミニバンドが形成され、生成されたホールはフォノン散乱などによってp型半導体層から容易に取り出されることを示している。以上から、本量子ドット構造では、母体半導体材料のバンドギャップに対応した光遷移に加えて、ミニバンドを利用した母体半導体材料のバンドギャップ未満の光エネルギーで生成されたキャリアを効率的に取り出すことが可能となり、短絡電流が増大する。[実験2]実験2では、障壁層、n型半導体層、p型半導体層を構成する母体半導体材料にガリウムヒ素GaAs、量子ドット層を構成する量子ドット材料にインジウムガリウム砒素In02Ga08Asを用いた超格子構造の分散関係を計算するシミュレーションを行った。なお、実験2は、実験1から量子ドット層の量子ドットサイズ、障壁層の厚みを変えることによってミニバンドの位置および幅を調節させた量子ドット太陽電池の例である。量子ドットは直方体であるとして、積層方向のサイズ高さを8nm、面内方向のサイズを6nmとした。障壁層の厚みは2nmとした。電子の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.067m0、インジウムガリウム砒素In02Ga08Asを0.058m0とした。ガリウムヒ素とインジウムヒ素との間の伝導帯の障壁高さは0.189eVとした。ここで、m0は電子の質量9.11×1031kgである。図6に実験2により計算された超格子構造の伝導帯における分散関係を示す。横軸は波数を示し、縦軸はエネルギーを示している。エネルギーの値は、量子ドットを構成する材料のバルクにおける伝導帯の下端のエネルギー位置をゼロとしてエネルギーを示している。また、障壁層の伝導帯下端のエネルギー位置EcおよびEc-2kTのエネルギー準位を点線で示している。なお、図6は、実験1における図3に対応している。このような条件下においては、ミニバンドが伝導帯において1つのみ形成され、伝導帯におけるミニバンドのエネルギー下端が障壁層のエネルギーよりも低く、かつ伝導帯におけるミニバンドのエネルギー上端が、障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度26meVの2倍分だけ低いエネルギー準位Ec-2kTよりも高いエネルギー準位になることがわかった。以下、図6を参照してより具体的に説明する。図6から、伝導帯においてミニバンドが1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端0.150eVが障壁層の伝導帯下端のエネルギー位置0.189eVよりも低く、かつミニバンドのエネルギー上端0.188eVが障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度26meVの2倍分だけ低いエネルギー準位0.137eVよりも高いエネルギー準位になることがわかる。これにより、生成された電子はミニバンド中で熱励起され、n型半導体層から容易に取り出すことができることを示している。価電子帯においては、実験1と同様、複数のミニバンドが形成され、生成されたホールはフォノン散乱などによってp型半導体層から容易に取り出される。本量子ドット構造では、母体半導体材料のバンドギャップに対応した光遷移に加えて、ミニバンドを利用した母体半導体材料のバンドギャップ未満の光エネルギーで生成されたキャリアを効率的に取り出すことが可能となり、短絡電流が増大する。以上から、量子ドット層の量子ドットサイズ、障壁層の厚みを変えることによって、ミニバンドの位置および幅を調節できることがわかり、太陽光スペクトルに整合する超格子構造を作製できることを示している。[実験3]実験3では、障壁層、n型半導体層、p型半導体層を構成する母体半導体材料にガリウムヒ素GaAs、量子ドット層を構成する量子ドット材料にインジウムガリウム砒素In05Ga05Asを用いた超格子構造の分散関係を計算するシミュレーションを行った。なお、実験3は、実験1および2と異なる量子ドット材料に対して、ミニバンドの位置および幅を調節させた量子ドット太陽電池の例である。量子ドットは直方体であるとして、積層方向のサイズ高さを6nm、面内方向のサイズを4nmとした。障壁層の厚みは1nmとした。電子の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.067m0、インジウムガリウム砒素In05Ga05Asを0.045m0とした。ガリウムヒ素とインジウムヒ素との間の伝導帯の障壁高さは0.426eVとした。ここで、m0は電子の質量9.11×1031kgである。図7に実験3により計算された超格子構造の伝導帯における分散関係を示す。横軸は波数を示し、縦軸はエネルギーを示している。エネルギーの値は、量子ドットを構成する材料のバルクにおける伝導帯の下端のエネルギー位置をゼロとしてエネルギーを示している。また、障壁層の伝導帯の下端のエネルギー位置を点線で示している。なお、図7は、実験1における図3に対応している。このような条件下においては、ミニバンドが伝導帯において1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端が障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも低く、かつミニバンドのエネルギー上端が障壁層の伝導帯の下端のエネルギーよりも高くなることがわかった。以下、図7を参照してより具体的に説明する。図7から、伝導帯においてミニバンドが1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端0.335eVが障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位0.426eVよりも低く、かつミニバンドのエネルギー上端0.451eVが障壁層の伝導帯の下端のエネルギー0.426eVよりも高いことがわかる。これにより、生成された電子はミニバンド中で熱励起され、n型半導体層から容易に取り出すことができることを示している。価電子帯においては、実験1および実験2と同様、複数のミニバンドが形成され、生成されたホールはフォノン散乱などによってp型半導体層から容易に取り出される。本量子ドット構造では、母体半導体材料のバンドギャップに対応した光遷移に加えて、ミニバンドを利用した母体半導体材料のバンドギャップ未満の光エネルギーで生成されたキャリアを効率的に取り出すことが可能となり、短絡電流が増大する。以上から、異なる量子ドット材料で構成される量子ドット構造においても、任意にミニバンドの位置および幅を調節できることがわかった。[実験4]実験4では、障壁層、n型半導体層、p型半導体層を構成する母体半導体材料にガリウムヒ素GaAs、量子井戸層を構成する量子井戸材料にインジウムガリウム砒素In02Ga08Asを用いた超格子構造の分散関係を計算するシミュレーションを行った。なお、実験4は、超格子構造の量子層を量子井戸で構成し、量子井戸幅を変えることによって、量子井戸太陽電池の例である。量子井戸の厚みは4nm、障壁層の厚みは2nmとした。電子の有効質量は、ガリウムヒ素GaAsを0.067m0、インジウムガリウム砒素In02Ga08Asを0.058m0とした。ガリウムヒ素とインジウムヒ素との間の伝導帯の障壁高さは0.189eVとした。ここで、m0は電子の質量9.11×1031kgである。図8に実験4により計算された超格子構造の伝導帯における分散関係を示す。横軸は波数を示し、縦軸はエネルギーを示している。エネルギーの値は、量子井戸を構成する材料のバルクにおける伝導帯の下端のエネルギー位置をゼロとしてエネルギーを示している。また、障壁層の伝導帯の下端のエネルギー位置およびEc-2kTのエネルギー準位を点線で示している。なお、図8は、実験1における図3に対応している。このような条件下においては、ミニバンドが伝導帯において1つのみ形成され、伝導帯におけるミニバンドのエネルギー下端が障壁層のエネルギーよりも低く、かつ伝導帯におけるミニバンドのエネルギー上端が、障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度26meVの2倍分だけ低いエネルギー準位Ec-2kTよりも高いエネルギー準位になることがわかった。以下、図8を参照してより具体的に説明する。図8から、伝導帯においてミニバンドが1つのみ形成され、ミニバンドのエネルギー下端0.050eVが障壁層の伝導帯の下端のエネルギー準位0.189eVよりも低く、かつミニバンドのエネルギー上端0.176eVが障壁層の伝導帯下端のエネルギー準位より室温における熱エネルギーkTk:ボルツマン定数、T:絶対温度26meVの2倍分だけ低いエネルギー準位0.137eVよりも高いエネルギー準位になることがわかる。これにより、生成された電子はミニバンド中で熱励起され、n型半導体層から容易に取り出すことができることを示している。価電子帯においては、実験1および実験2と同様、複数のミニバンドが形成され、生成されたホールはフォノン散乱などによってp型半導体層から容易に取り出される。本量子井戸構造では、母体半導体材料のバンドギャップに対応した光遷移に加えて、ミニバンドを利用した母体半導体材料のバンドギャップ未満の光エネルギーで生成されたキャリアを効率的に取り出すことが可能となり、短絡電流が増大する。以上から、超格子構造の量子層を量子井戸で構成される量子井戸構造においても、任意にミニバンドの位置および幅を調節できることがわかった。