ES2558965T3 - Elemento de conversión fotoeléctrica - Google Patents

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ES2558965T3 ES09847564.3T ES09847564T ES2558965T3 ES 2558965 T3 ES2558965 T3 ES 2558965T3 ES 09847564 T ES09847564 T ES 09847564T ES 2558965 T3 ES2558965 T3 ES 2558965T3
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Abstract

Un dispositivo de conversión fotoeléctrica que comprende: una capa p; una capa n; una capa i dispuesta entre la capa p y la capa n; un primer electrodo conectado a la capa p; y un segundo electrodo conectado a la capa n; en el que la capa i comprende: una capa de pared constituida por un primer semiconductor; y una parte de estructura cuántica constituida por un segundo semiconductor y dispuesta en la capa de pared; una banda prohibida del primer semiconductor es más ancha que la del segundo semiconductor; está contenida una impureza de tipo p en una zona en el lado de la capa n de la capa i, y/o está contenida una impureza de tipo n en una zona en el lado de la capa p de la capa i; en el caso de contener la impureza de tipo p en la zona del lado de la capa n de la capa i, cuando la concentración de la impureza de tipo p que puede estar contenida en el centro de la capa i en una dirección del grosor de la misma se define como Cp1, y la concentración de la impureza de tipo p contenida en la zona del lado de la capa n de la capa i se define como Cp2, se satisface la relación Cp1<Cp2; y en el caso de contener la impureza de tipo n en la zona del lado de la capa p de la capa i, cuando la concentración de la impureza de tipo n que puede estar contenida en el centro de la capa i en una dirección del grosor de la misma se define como Cn1, y la concentración de la impureza de tipo n contenida en la zona del lado de la capa p de la capa i se define como Cn2, se satisface la relación Cn1<Cn2.

Description

DESCRIPCION
Elemento de conversion fotoelectrica Sector tecnico
La presente invencion se refiere a un dispositivo de conversion fotoelectrica; y en particular se refiere a un 5 dispositivo de conversion fotoelectrica que utiliza una estructura cuantica.
Antecedentes de la tecnica
Una celula solar tiene las ventajas de que la cantidad de dioxido de carbono emitido por generacion de ene^a es pequena, y de que no se requieren combustibles para la generacion de energfa. Por lo tanto, se han desarrollado activamente estudios sobre diversos tipos de celulas solares. Actualmente, entre las celulas solares de utilidad 10 practica, se ha generalizado una celula solar mono-union que tiene un conjunto de uniones p-n y que utiliza silicio de un unico cristal o silicio policristalino. Sin embargo, el ffmite teorico de la eficiencia de la conversion fotoelectrica de la celula solar mono-union (en adelante, denominado "ffmite teorico de la eficiencia") sigue siendo de aproximadamente el 30 %; por lo tanto, se han estudiado nuevos procedimientos para seguir mejorando el ffmite teorico de la eficiencia.
15 Uno de los nuevos procedimientos que se han estudiado hasta ahora es una celula solar que utiliza una estructura cuantica de un semiconductor. Los ejemplos conocidos de la estructura cuantica utilizada para este tipo de celula solar incluyen un punto cuantico, un pozo cuantico y un hilo cuantico. Utilizando la estructura cuantica, es posible absorber un ancho de banda del espectro solar que no puede ser absorbido mediante una celula solar convencional. De este modo, se asume que con una celula solar que utiliza la estructura cuantica, el ffmite teorico de la eficiencia 20 se puede mejorar hasta un 60 % o mas.
Como una tecnica relacionada con una celula solar de este tipo (que incluye un dispositivo semiconductor optico), por ejemplo, el documento de patente 1 da a conocer un dispositivo de semiconductor optico en el que un elemento semiconductor de emision/recepcion de luz comprende, como capa de emision/recepcion de luz, una serie de capas que comprenden un punto cuantico fabricado de un semiconductor y que tiene un tamano en seccion transversal de 25 aproximadamente la longitud de onda de De Broglie de los electrones; y que comprende un semiconductor que rodea el punto cuantico y que tiene una energfa potencial mayor que la del punto cuantico para funcionar como una barrera de energfa. Adicionalmente, el documento de patente 2 da a conocer una celula solar formada de una estructura p-i-n, y que comprende un punto cuantico que tiene un efecto de confinamiento tridimensional en una capa i como capa de fotodeteccion, en la que la estructura de las bandas de energfa del punto cuantico y de la capa 30 de barrera que rodea el punto cuantico es de tipo-II; una capa para impedir la inyeccion de un portador, que sirve como barrera para impedir la inyeccion de un hueco en el punto cuantico, esta formada en un lado de la capa n del punto cuantico; y una capa para impedir la inyeccion de un portador que sirve como barrera para impedir la inyeccion de un electron en el punto cuantico, esta formada en un lado de la capa p del punto cuantico.
Lista de referencias
35 Bibliograffa de patentes
Documento de patente numero 1: solicitud de patente japonesa a inspeccion publica (JP-A) numero 08-264825 Documento de patente 2: JP-A numero 2006-114815 Bibliograffa no de patentes
Documento no de patente numero 1: E. E. Mendez, et al., Physical Review Letters 60, 2426 (1988)
40 Documento no de patente numero 2: P. Voisin, et al., Physical Review Letters 61, 1639 (1988)
Compendio de la invencion Problemas tecnicos
En una celula solar de tipo p-i-n (es decir, una celula solar que tiene una union p-i-n) que utiliza la estructura cuantica, considerando que un electron y un hueco (que en adelante se pueden denominar colectivamente como un 45 "portador") generados en la estructura cuantica son transferidos entre las estructuras cuanticas principalmente
mediante conduccion por efecto tunel, a menudo se asume que el electron y el hueco son excitados termicamente a una capa n o a una capa p desde la estructura cuantica mas proxima a un electrodo. En este caso, tal como se describe en los documentos no de patente 1 y 2, en la transferencia del portador que existe en la estructura cuantica a la estructura cuantica adyacente mediante conduccion por efecto tunel, si existe una gran diferencia de energfa 50 entre los niveles cuanticos en las estructuras cuanticas adyacentes, disminuye la probabilidad de efecto tunel para el portador. Por lo tanto, para aumentar la probabilidad del efecto tunel, es preferible reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de las estructuras cuanticas adyacentes. Por otra parte, cuando la celula solar de tipo p-i-
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n que utiliza la estructura cuantica se utiliza a temperatura ambiente, la energfa de excitacion termica esta por debajo de 30 meV. Por lo tanto, para transferir el portador en la estructura cuantica, a la capa n y a la capa p mediante excitacion termica, es preferible reducir la barrera de energfa entre la estructura cuantica, y la capa n o la capa p.
En el documento de patente 1 se utiliza el punto cuantico; si el portador que existe en el punto cuantico puede ser transferido mediante conduccion por efecto tunel, se considera posible proporcionar un dispositivo de semiconductor optico de alta eficiencia. Sin embargo, la tecnica dada a conocer en el documento de patente 1 falla al intentar reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de los puntos cuanticos adyacentes. Por lo tanto, es diffcil extraer el portador que existe en el nivel cuantico fundamental y similares, lo que provoca dificultades para mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Este problema es diffcil de resolver incluso mediante una combinacion de las tecnicas dadas a conocer en los documentos de patente 1 y 2.
JP2009 - 520357 da a conocer un dispositivo fotovoltaico con puntos cuanticos y una estructura p-i-n.
Por consiguiente, un objetivo de la presente invencion es dar a conocer un dispositivo de conversion fotoelectrica que pueda mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Soluciones a los problemas
Para resolver los problemas descritos anteriormente, la presente invencion toma las siguientes medidas. Es decir, la presente invencion es un dispositivo de conversion fotoelectrica que comprende: una capa p, una capa n; una capa i dispuesta entre la capa p y la capa n; un primer electrodo conectado a la capa p; y un segundo electrodo conectado a la capa n, donde la capa i comprende: una capa de pared constituida por un primer semiconductor; y una parte de estructura cuantica constituida por un segundo semiconductor y dispuesta en la capa de pared; la banda prohibida del primer semiconductor es mas ancha que la del segundo semiconductor; esta contenida una impureza de tipo p en una zona del lado de la capa n de la capa i, y/o esta contenida una impureza de tipo n en una zona del lado de la capa p de la capa i; en caso de contener la impureza de tipo p en la zona del lado de la capa n de la capa i, cuando la concentracion de la impureza de tipo p que puede estar contenida en el centro de la capa i en la direccion del grosor de la misma se define como Cp1, y la concentracion de la impureza de tipo p contenida en la zona del lado de la capa n de la capa i se define como Cp2, se satisface la relacion Cp1 < Cp2; y en el caso de contener la impureza de tipo n en la zona del lado de la capa p de la capa i, cuando la concentracion de la impureza de tipo n que puede estar contenida en el centro de la capa i en una direccion del grosor de la misma se define como Cn1, y la concentracion de la impureza de tipo n contenida en la zona del lado de la capa p de la capa i se define como Cn2, se satisface la relacion Cn1 < Cn2.
En este caso, en la presente invencion, el termino "parte de estructura cuantica" incluye un punto cuantico, un pozo cuantico y un hilo cuantico. Ademas, la "parte de estructura cuantica constituida por un segundo semiconductor y dispuesta en la capa de pared" indica, por ejemplo, que cuando la parte de estructura cuantica es un pozo cuantico o un punto cuantico formado por un proceso de auto-ordenamiento que utiliza el procedimiento de epitaxia de haces moleculares (MBE, Molecular Beam Epitaxy), y una capa humeda, la capa de pared y la parte de la estructura cuantica estan laminadas alternativamente. Por otra parte, cuando la parte de la estructura cuantica es un punto cuantico coloidal o un hilo cuantico, esto significa que la parte de la estructura cuantica esta incorporada en la capa de pared. Ademas, en la presente invencion, la "direccion del grosor de la capa i" se refiere a la direccion de laminacion de la capa p, la capa i y la capa n. El "centro de la capa i en la direccion del grosor de la misma" se refiere a una parte en la capa i, en la que la distancia desde dicha parte hasta una cara extrema en el lado de la capa p de la capa i es igual a la distancia desde dicha parte hasta una cara extrema en la el lado de la capa n de la capa i. La "impureza de tipo n" se refiere a una sustancia que se dopa en la capa i para generar un electron en la capa i. Y la "zona en el lado de la capa p de la capa i" se refiere a la capa i situada en el lado de la capa p, cuando se biseca la capa i dispuesta entre la capa p y la capa n mediante un plano en una direccion ortogonal a la direccion de laminacion de la capa p, la capa n y la capa i. En la presente invencion, el centro de la capa i en la direccion del grosor de la misma no incluye la zona del lado de la capa p de la capa i. Adicionalmente, en la presente invencion la "impureza de tipo p" se refiere una sustancia que se dopa en la capa i para generar un hueco en la capa i. Y la "zona en el lado de la capa n de la capa i" se refiere a la capa i situada en el lado de la capa n, cuando se biseca la capa i dispuesta entre la capa p y la capa n mediante un plano en una direccion ortogonal a la direccion de laminacion de la capa p, la capa n y la capa i. En la presente invencion, el centro de la capa i en la direccion del grosor de la misma no incluye la zona del lado de la capa n de la capa i. Ademas, en la presente invencion, el "dispositivo de conversion fotoelectrica" incluye los conceptos de dispositivo de fotodeteccion, celula solar y similares.
En la presente invencion descrita anteriormente, la impureza de tipo p esta contenida preferentemente en una parte extrema del lado de la capa n de la capa i.
En este caso, en la presente invencion, la "parte extrema del lado de la capa n de la capa i" se refiere a: una zona cuyo grosor medido desde la capa n hacia el interior de la capa i es la longitud del lado de un cuadrado, que incluye una parte de la estructura cuantica en promedio, en el caso en que las partes de estructura cuantica estan dispuestas aleatoriamente; y a una zona cuyo grosor medido desde la capa n hasta el interior de la capa i es igual que un periodo de las partes de la estructura cuantica, en el caso en el que las partes de la estructura cuantica estan dispuestas periodicamente.
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En la presente invencion, en la que la impureza de tipo p esta contenida en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i, la Cp2 y la concentracion de la impureza de tipo n en la capa n estan controladas preferentemente de tal modo que el electron puede ser transferido a la capa n desde la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i mediante conduccion por efecto tunel.
Ademas, en la presente invencion, en la que estan controladas la Cp2 y la concentracion de la impureza de tipo n en la capa n, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es preferentemente igual o menor que el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i.
En la presente memoria, que "el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es igual o menor que el nivel fundamental en la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i" significa que cuando se realiza un diagrama de bandas en el que la energfa de un electron es mayor en un lado superior y la energfa de un hueco es mayor en un lado inferior, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es igual al nivel fundamental en la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i, o esta situado por debajo del nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i. Ademas, "el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i" se refiere al nivel fundamental (de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema de la capa i del lado de la capa n) en el que puede entrar un electron.
Adicionalmente, en la presente invencion, cuando la impureza de tipo p esta contenida en la zona del lado de la capa n de la capa i, se forma preferentemente un potencial triangular que tiene el nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n mediante disponer una capa n+ entre la capa n y el segundo electrodo, de tal modo que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n de la capa n+ es mayor que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ de la capa n.
En la presente memoria, que "el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n de la capa n+ es mayor que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ de la capa n" significa que cuando se realiza un diagrama de bandas en el que la energfa de un electron es mayor en el lado superior y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n de la capa n+ esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ de la capa n.
Ademas, en la presente invencion, en la que se forma el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n mediante disponer la capa n+, el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n es, preferentemente, aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+.
En la presente memoria, que "el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+" significa que cuando existe un nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n, este nivel cuantico es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+. Por otra parte, cuando hay dos o mas niveles cuanticos formados en la banda de conduccion de la capa n, uno de dichos dos o mas niveles cuanticos es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+. Ademas, la expresion "aproximadamente igual" incluye el concepto de ser igual, y el de estar comprendido en un intervalo de fluctuacion termica, es decir, dentro de un intervalo de KbT ('Kb' se refiere la constante de Boltzmann; y 'T' se refiere a la temperatura, por ejemplo en torno a una temperatura ambiente de 300 K).
En la presente invencion descrita anteriormente, la impureza de tipo n esta contenida preferentemente en una parte extrema en el lado de la capa p de la capa i.
En este caso, en la presente invencion, la "parte extrema en el lado de la capa p de la capa i" se refiere a: una zona cuyo grosor medido desde la capa p hacia el interior de la capa i es la longitud del lado de un cuadrado, que incluye una parte de la estructura cuantica en promedio, en el caso en que las partes de estructura cuantica estan dispuestas aleatoriamente; y a una zona cuyo grosor medido desde la capa p hasta el interior de la capa i es igual que un periodo de las partes de la estructura cuantica, en el caso en el que las partes de la estructura cuantica estan dispuestas periodicamente.
Ademas, en la presente invencion, en la que la impureza de tipo n esta contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, la Cn2 y la concentracion de la impureza de tipo p en la capa p estan controladas preferentemente de tal modo que el hueco puede ser transferido a la capa p desde parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i mediante conduccion por efecto tunel.
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Ademas, en la presente invencion, en la que la Cn2 y la concentracion de la impureza de tipo p en la capa p estan controladas, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es preferentemente igual o mayor que el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i.
En la presente memoria, que "el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es preferentemente igual o mayor que el nivel fundamental en la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i" significa que cuando se realiza un diagrama de bandas en el que la energfa de un electron es mayor en el lado superior y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es igual que el nivel fundamental en la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, o esta situado por encima del nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i. Ademas, el "nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i" se refiere al nivel fundamental (de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i) en el que puede entrar un hueco.
Adicionalmente, en la presente invencion, cuando la impureza de tipo n esta contenida en la zona del lado de la capa p de la capa i, un potencial triangular que tiene el nivel cuantico se forma preferentemente en la banda de valencia de la capa p mediante disponer una capa p+ entre la capa p y el primer electrodo, de tal modo que el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p de la capa p+ es menor que el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ de la capa p.
En la presente memoria, que "el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p de la capa p+ sea menor que el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ de la capa p" significa que cuando se realiza un diagrama de bandas en el que la energfa de un electron es mayor en el lado superior y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p de la capa p+ esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ de la capa p.
Ademas, en la presente invencion en la que el potencial triangular que tiene el nivel cuantico esta formado en la banda de valencia de la capa p mediante disponer la capa p+, el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p es preferentemente aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+.
En la presente memoria, que "el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema del lado del primer electrodo de la capa p+" significa que cuando hay un nivel cuantico formado en la banda de valencia en la capa p, este nivel cuantico es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+. Por otra parte, cuando hay dos o mas niveles cuanticos formados en la banda de valencia de la capa p, uno de dichos dos o mas niveles cuanticos es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+. Ademas, la expresion "aproximadamente igual" incluye el concepto de ser igual, y el de estar comprendido en un intervalo de fluctuacion termica, es decir, dentro de un intervalo de KbT ('Kb' se refiere la constante de Boltzmann; y T se refiere a la temperatura, por ejemplo en torno a una temperatura ambiente de 300 K).
Resultados de la invencion
Segun la presente invencion, dado que se satisfacen las relaciones Cp1<Cp2 y/o Cn1<Cn2, es posible hacer suavemente inclinada la banda de la capa i. Al hacer suavemente inclinada la banda de la capa i, se puede reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de las partes de estructura cuantica adyacentes. Por lo tanto, con la presente invencion, el portador en la parte de la estructura cuantica se puede transferir facilmente mediante conduccion por efecto tunel. Al permitir que se transfiera facilmente el portador, resulta posible mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, es posible proporcionar un dispositivo de conversion fotoelectrica que pueda mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Ademas, en la presente invencion, al contener la impureza de tipo p en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i, es posible suavizar la inclinacion de la banda en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i, donde tiende a producirse un aumento de la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de las partes de estructura cuantica adyacentes. Como resultado, se hace posible reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de la parte de la estructura cuantica que existe en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i, y el nivel cuantico de la parte de la estructura cuantica adyacente a la parte de la estructura cuantica anterior; y por lo tanto, se pueden transferir una serie de electrones a la parte de la estructura cuantica que existe en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i, mediante conduccion por efecto tunel.
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En la presente invencion, controlando la Cp1 y la concentracion de la impureza de tipo n en la capa n de tal modo que se puede transferir el electron a la capa n desde la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i mediante conduccion por efecto tunel, se pueden transferir facilmente a la capa n los electrones existentes en el nivel cuantico fundamental de la parte de la estructura cuantica.
Asimismo, en la presente invencion, al hacer el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n igual o menor que el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i, el electron existente en la parte de la estructura cuantica se puede transferir facilmente a la capa n mediante conduccion por efecto tunel.
En la presente invencion, al formar el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n, resulta posible transferir el electron a la capa n por medio del nivel cuantico del potencial triangular, permitiendo de ese modo mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
En la presente invencion, al hacer el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Adicionalmente, en la presente invencion, al contener la impureza de tipo n en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, resulta posible suavizar la inclinacion de la banda en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, donde tiende a producirse un aumento en la diferencia de energfa entre el nivel cuantico de las partes de estructura cuantica adyacentes. Como resultado, resulta posible reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de la parte de la estructura cuantica existente en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, y el nivel cuantico de la parte de la estructura cuantica adyacente a la parte de la estructura cuantica anterior; y por lo tanto, se pueden transferir facilmente una serie de huecos a la parte de la estructura cuantica que existe en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i mediante conduccion por efecto tunel.
En la presente invencion, al controlar la Cn2 y la concentracion de la impureza de tipo p de la capa p de tal modo que el hueco se puede transferir facilmente a la capa p desde la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i mediante conduccion por efecto tunel, se pueden transferir facilmente a la capa p los huecos existentes en el nivel cuantico fundamental de la parte de la estructura cuantica.
Asimismo, en la presente invencion, al hacer el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p igual o mayor que el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, el hueco existente en la parte de la estructura cuantica se puede transferir facilmente a la capa p mediante conduccion por efecto tunel.
En la presente invencion, al formar el potencial triangular que tiene el nivel cuantico en la banda de valencia de la capa p, resulta posible transferir el hueco a la capa p por medio del nivel cuantico del potencial triangular, permitiendo de ese modo mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
En la presente invencion, al hacer el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 10; la figura 2 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 10;
la figura 3 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 20; la figura 4 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 20;
la figura 5 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 30; la figura 6 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 30;
la figura 7 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 40; la figura 8 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 40;
la figura 9 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 50; la figura 10 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 50;
la figura 11 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 60; la figura 12 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 60;
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la figura 13 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion de una celula solar 70; la figura 14 es un diagrama de bandas que muestra la celula solar 70.
Lista de numerales de referencia 10 celula solar
11
capa p
12
capa n
13
capa i
13a
capa de pared
13an
capa de pared
13ap
capa de pared
13b
punto cuantico
13bn
punto cuantico
13bp
punto cuantico
14
primer electrodo
15
segundo electrodo
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celula solar
21
capa p
22
capa n
23
capa i
23a
capa de pared
23an
capa de pared
23ap
capa de pared
23b
punto cuantico
23bn
punto cuantico
23bp
punto cuantico
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celula solar
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capa i
31a
capa de pared
31an
capa de pared
31ap
capa de pared
31b
barrera
31c
capa humeda
31d
punto cuantico
31e
capa
31en
capa
31ep
capa
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celula solar
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50
41 capa p
42 capa n
43 capa p+
44 capa n+
50 celula solar
51 capa p+
52 capa n+
60 celula solar
61 capa de aislamiento
62 capa de aislamiento
70 celula solar
Modos para llevar a cabo la invencion
A continuacion, se describira un caso en el que se aplica la presente invencion a una celula solar haciendo referencia a los dibujos. Se debe observar que las realizaciones mostradas a continuacion son ejemplos de la presente invencion, a los que no se limita la invencion.
1. Primera realizacion
La figura 1 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 10 de acuerdo con una primera realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 1. Tal como se muestra en la figura 1, la celula solar 10 comprende: una capa p 11; una capa n 12; una capa i 13 dispuesta entre la capa p 11 y la capa n 12; un primer electrodo 14 conectado a la capa p 11; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n 12. La capa i 13 comprende una capa de pared 13a y puntos cuanticos 13b, 13b, ... (en ocasiones, denominados simplemente un "punto cuantico 13b", en adelante), dispuestos en la capa de pared 13a. La capa de pared 13a se compone de un primer semiconductor; y los puntos cuanticos 13b, 13b, ... se componen de un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor. En la celula solar 10, la separacion entre los puntos cuanticos 13b, 13b, ... esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 13a, en la parte extrema en el lado de la capa p 11 de la capa i 13 (en adelante, denominada "capa de pared 13ap"); y esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 13a, en la parte extrema en el lado de la capa n 12 de la capa i 13 (en adelante, denominada una "capa de pared 13an"). En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 13a aparte de la capa de pared 13ap y de la capa de pared 13an. Es decir, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 13 en una direccion del grosor de la misma como Cn11, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 11 de la capa i 13 como Cn12, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 13 en la direccion del grosor de la misma como Cp11 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 12 de la capa i 13 como Cp12, se satisfacen las relaciones Cn11<Cn12 y Cp11<Cp12 en la celula solar 10.
La figura 2 es un diagrama de bandas de la celula solar 10. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 2, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 2, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 10, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 2, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar
10 haciendo referencia a las figuras 1 y 2.
Tal como se muestra en la figura 2, en la celula solar 10, se genera un campo electrico interno mediante la capa p
11 y la capa n 12, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda de la capa i 13, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 13a y la inclinacion de la banda del punto cuantico 13b estan suavizadas mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 13ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 13an. Ademas, tal como se muestra en la figura 2, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema del lado del segundo electrodo 15 de la capa n 12 esta situado por debajo del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que puede existir un electron; en adelante, denominado como un "nivel fundamental de un punto cuantico 13bn") de los puntos cuanticos 13b, 13b, ... dispuestos en la parte extrema del lado de la capa n 12 de la capa i 13 (en adelante, los puntos cuanticos se denominan un "punto cuantico 13bn"). El nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p 11 esta situado por encima del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que
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puede existir un hueco; en adelante se denomina un "nivel fundamental de un punto cuantico 13bp") de los puntos cuanticos 13b, 13b, ... dispuestos en la parte extrema del lado de la capa p 11 de la capa i 13 (en adelante, denominado un "punto cuantico 13bp").
En la celula solar 10, cuando se hace incidir luz sobre la capa i 13, se genera un par electron-hueco tanto en la capa de pared 13a como en el punto cuantico 13b. Por lo menos una parte de los portadores generados en la capa de pared 13a se desplazan en la capa de pared 13a, alcanzando el hueco la capa de pared 13ap, y alcanzando el electron la capa de pared 13an. Y por lo menos una parte de los huecos que han alcanzado la capa de pared 13ap llegan directamente a la capa p 11, mientras que por lo menos una parte de los huecos restantes que han alcanzado la capa de pared 13ap caen al punto cuantico 13bp. Ademas, por lo menos una parte de los electrones que han alcanzado la capa de pared 13an llegan directamente a la capa n 12, mientras que por lo menos una parte de los electrones restantes que han alcanzado la capa de pared 13an caen al punto cuantico 13bn. Por otra parte, tal como se ha descrito anteriormente, el segundo semiconductor que constituye el punto cuantico 13b tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor que constituye la capa de pared 13a; por lo tanto, por lo menos una parte de los portadores generados en la capa de pared 13a caen al punto cuantico 13b. En este caso, en la celula solar 10, la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de los puntos cuanticos adyacentes 13b, 13b se reduce al contener la impureza de tipo n en la capa de pared 13ap y al contener la impureza de tipo p en la capa de pared 13an. De este modo, los portadores que han cafdo en el punto cuantico 13b se pueden desplazar facilmente entre los puntos cuanticos 13b, 13b, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco el punto cuantico 13bp, y alcanzando el electron el punto cuantico 13bn. Por otra parte, los portadores generados en el punto cuantico 13b se desplazan analogamente entre los puntos cuanticos 13b, 13b, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco el punto cuantico 13bp, y alcanzando el electron el punto cuantico 13bn. Tal como se muestra en la figura 2, en la celula solar 10, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de Valencia de la cara extrema en el lado del punto cuantico 13bp de la capa p 11 esta situado por debajo del nivel fundamental del punto cuantico 13bp; por otra parte, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p 11 esta situado por encima del nivel fundamental del punto cuantico 13bp. Por lo tanto, el hueco que ha alcanzado el punto cuantico 13bp se puede desplazar a la capa p 11 siendo excitado termicamente. Ademas, tal como se muestra en la figura 2, en la celula solar 10, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del punto cuantico 13bn de la capa n 12 esta situado por encima del nivel fundamental del punto cuantico 13bn; por otra parte, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n 12 esta situado por debajo del nivel fundamental del punto cuantico 13bn. Por lo tanto, el electron que ha alcanzado el punto cuantico 13bn se puede desplazar a la capa n 12 al ser excitado termicamente.
En este caso, el punto cuantico 13b (que incluye el punto cuantico 13bp y el punto cuantico 13bn; lo mismo aplica en adelante) tiene un nivel cuantico discreto; y el numero de portadores que puede incorporar cada uno de los puntos cuanticos 13b, 13b, ... esta limitado. Ademas, se asume que el hueco se incorpora al punto cuantico 13bp desde el nivel profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja), y que el electron se incorpora asimismo al punto cuantico 13bn desde el nivel profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja). Por lo tanto, el hueco que se incorpora al punto cuantico 13bp, una vez que el hueco ya se ha incorporado, entra al nivel poco profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente alta) del punto cuantico 13bp; y el electron que se incorpora al punto cuantico 13bn, una vez que el electron ya se ha incorporado entra al nivel poco profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente alta) del punto cuantico 13bn. La barrera de energfa es baja para que el hueco que ha entrado al nivel poco profundo del punto cuantico 13bp la supere para desplazarse a la capa p 11. Por lo tanto, el hueco se puede desplazar facilmente desde el punto cuantico 13bp a la capa p 11 al ser excitado termicamente. Analogamente, la barrera de energfa es baja para que el electron que ha entrado al nivel poco profundo del punto cuantico 13bn la supere para desplazarse a la capa n 12. Por lo tanto, el electron se puede desplazar facilmente desde el punto cuantico 13bn a la capa n 12 al ser excitado termicamente.
De este modo, de acuerdo con la celula solar 10, al reducir la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de los puntos cuanticos adyacentes 13b, 13b, el hueco existente en el punto cuantico 13b puede ser transferido facilmente al punto cuantico 13bp mediante conduccion por efecto tunel, y el electron existente en el punto cuantico 13b puede ser transferido facilmente al punto cuantico 13bn. El hueco existente en el punto cuantico 13bp puede ser transferido facilmente a la capa p 11, y el electron existente en el punto cuantico 13bn puede ser transferido facilmente a la capa n 12; por lo tanto, en la celula solar 10, es posible extraer facilmente el portador desde el punto cuantico 13b. Permitiendo que se extraiga facilmente el portador desde el punto cuantico, se pueden mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, es posible disponer una celula solar 10 que pueda mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Tal como se ha descrito anteriormente, el punto cuantico 13b tiene un nivel cuantico discreto; y el nivel cuantico del punto cuantico, especialmente en el lado de baja energfa, es mas discreto que el de las otras estructuras cuanticas (tal como un pozo cuantico y un hilo cuantico). Ademas, se asume que el tiempo necesario para que el portador relaje su energfa entre los niveles cuanticos discretos es mayor que el tiempo necesario para que el portador relaje su energfa entre los niveles cuanticos continuos. Por lo tanto, con la celula solar 10 que comprende el cuanto 13b, es posible prolongar el penodo de tiempo en el que el electron y el hueco se recombinan; como resultado, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
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En la celula solar 10, la capa de pared 13a puede estar constituida por ZnO o similares. Ademas, la capa p 11 puede estar constituida por un material obtenido dopando una impureza de tipo p conocida en un material semiconductor para constituir la capa de pared 13a, o puede estar constituida por Cu2O de tipo p o similar. La capa n 12 puede estar constituida por un material obtenido dopando una impureza de tipo n conocida en un material semiconductor para constituir la capa de pared 13a. Ademas, la capa de pared 13ap puede estar constituida por un material obtenido dopando en un material para constituir la capa de pared 13a, una pequena cantidad de impureza de tipo n (es decir, la cantidad de la impureza de tipo n que permita una concentracion de electrones de la capa de pared 13ap que sea menor que la de la capa n 12; lo mismo aplica en adelante). La capa de pared 13an puede estar constituida por un material obtenido dopando en un material para constituir la capa de pared 13a, una pequena cantidad de impureza de tipo p (es decir, la cantidad de impureza de tipo p que permita una concentracion de huecos de la capa de pared 13an que sea menor que la de la capa p 11, lo mismo aplica en adelante). Ademas, como material que constituye del punto cuantico 13b, se puede utilizar adecuadamente un material que tenga una banda prohibida mas estrecha que la del material que constituye la capa de pared 13a. Y como material constituyente de los electrodos 14 y 15, se puede utilizar adecuadamente un material que se pueda utilizar como electrodo de una celula solar.
En la celula solar 10 con dichas configuraciones, la parte central de la capa i 13 en la direccion del grosor de la misma se puede fabricar, por ejemplo, mediante las etapas de: disolver el primer semiconductor que constituye la capa de pared 13a en una solucion mediante la utilizacion de un disolvente organico o similar; dispersar en la solucion un punto cuantico disponible comercialmente; y a continuacion volatilizar el disolvente para sinterizar.
Asimismo, la parte extrema en el lado de la capa p 11 de la capa i 13 se puede fabricar, por ejemplo, mediante las etapas de: disolver un precursor de un semiconductor obtenido dopando una pequena cantidad de elemento de tipo n en el primer semiconductor (es decir, un semiconductor para constituir la capa de pared 13ap) en una solucion utilizando un disolvente organico; dispersar en la solucion un punto cuantico disponible comercialmente; y a continuacion volatilizar el disolvente para sinterizar.
Ademas, la parte extrema en el lado de la capa n 12 de la capa i 13 se puede fabricar, por ejemplo, mediante las etapas de: disolver un precursor de un semiconductor obtenido dopando una pequena cantidad de elemento de tipo p en el primer semiconductor (es decir, un semiconductor para constituir la capa de pared 13an) en una solucion utilizando un disolvente organico; dispersar en la solucion un punto cuantico disponible comercialmente; y a continuacion volatilizar el disolvente para sinterizar.
En la fabricacion de la celula solar 10, por ejemplo, se lleva a cabo lo siguiente: se forma la capa p 11 sobre una superficie de un sustrato de vidrio conocido, mediante un procedimiento conocido tal como deposicion de vapor; se forma la capa i 13, mediante el procedimiento anterior, sobre una superficie de la capa p 11 formada; y a continuacion se forma la capa n 12, mediante el procedimiento conocido como deposicion de vapor, sobre una superficie de la capa i 13 formada. Despues de que se han formado de este modo la capa p 11, la capa i 13 y la capa n 13 en el orden mencionado, se realiza el grabado de una parte de la capa n 12 y de la capa i 13 para asegurar la conduccion con la capa p 11. Y a continuacion, se forma el primer electrodo 14 sobre la superficie de la capa p 11, y se forma el segundo electrodo 15 sobre la superficie de la capa n 12, respectivamente mediante el procedimiento conocido como procedimiento de deposicion por haz de electrones. La celula solar 10 se puede fabricar llevando a cabo estas etapas.
2. Segunda realizacion
La figura 3 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 20 de acuerdo con una segunda realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 3. En la figura 3, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 10, se asignan los mismos numerales de referencia que los utilizados en las figuras 1 y 2, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 3, la celula solar 20 comprende: una capa p 21; una capa n 22; una capa i 23 dispuesta entre la capa p 21 y la capa n 22; un primer electrodo 14 conectado a la capa p 21; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n 22. La concentracion de un hueco contenido en la capa p 21 es mayor que la del hueco contenido en la capa p 11 de la celula solar 10; y la concentracion de un electron contenido en la capa n 22 es mayor que la de los electrones contenidos en la capa n 12 de la celula solar 10. La capa i 23 comprende una capa de pared 23a y puntos cuanticos 23b, 23b, ..., (en ocasiones, denominados simplemente un "punto cuantico 23b", en adelante) dispuestos en la capa de pared 23a. La capa de pared 23a esta constituida por un primer semiconductor; y el punto cuantico 23b esta constituido por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor. En la celula solar 20, la separacion entre los puntos cuanticos 23b, 23b, ... esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 23a, en la parte extrema del lado de la capa p 11 de la capa i 23 (en adelante, denominada una "capa de pared 23ap"); y la concentracion de electrones de la capa de pared 23ap es mayor que la de la capa de pared 13ap de la celula solar 10. Ademas, esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 23a, en la parte extrema del lado de la capa n 22 de la capa i 23 (en adelante, denominada una "capa de pared 23an"); y la concentracion de huecos de la capa de pared 23an es mayor que la de la capa de pared 13an de la celula solar 10. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la
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capa de pared 23a aparte de la capa de pared 23ap y de la capa de pared 23an. Es dedr, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 23 en una direccion del grosor de la misma como Cn21, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 21 de la capa i 23 como Cn22, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 23 en la direccion del grosor de la misma como Cp21 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 22 de la capa i 23 como Cp22, se satisfacen las relaciones Cn21<Cn22 y Cp21<Cp22 en la celula solar 20.
La figura 4 es un diagrama de bandas de la celula solar 20. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 4, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 4, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 20, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 4, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar
20 haciendo referencia a las figuras 1 a 4.
Tal como se muestra en la figura 4, en la celula solar 20, se genera un campo electrico interno mediante la capa p
21 y la capa n 22, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda de la capa i 23, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 23a y la inclinacion de la banda del punto cuantico 23b estan suavizadas mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 23ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 23an. Ademas, tal como se muestra en la figura 4, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema del lado del segundo electrodo 15 de la capa n 22 esta situado por debajo del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que puede existir un electron) de los puntos cuanticos 23b, 23b, ... dispuestos en la parte extrema del lado de la capa n 22 de la capa i 23 (en adelante, denominados un "punto cuantico 23bn"). El nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p 21 esta situado por encima del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que puede existir un hueco) de los puntos cuanticos 23b, 23b, ... dispuestos en la parte extrema del lado de la capa p 21 de la capa i 23 (en adelante, denominados un "punto cuantico 23bp").
Ademas, la celula solar 20 esta dotada de la capa p 21 que tiene una concentracion de huecos mayor que la de la capa p 11 de la celula solar 10, y esta dotada de la capa de pared 23ap que tiene una concentracion de electrones mayor que la de la capa de pared 13ap de la celula solar 10; por lo tanto, la inclinacion de la banda del extremo superior de la banda de valencia en la capa p 21 es mas pronunciada que la del extremo superior de la banda de valencia en la capa p 11 de la celula solar 10. Con esta configuracion, es posible reducir la distancia del movimiento del hueco que se transfiere desde el punto cuantico 23bp a la capa p 21 mediante conduccion por efecto tunel. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 20, el hueco existente en el punto cuantico 23bp se puede transferir facilmente a la capa p 21 mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, de acuerdo con la celula solar 20, cuando el hueco existente en el punto cuantico 23bp se transfiere a la capa p 21, se puede transferir facilmente mediante conduccion por efecto tunel; por lo tanto, el hueco existente en el nivel profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja) del punto cuantico 23bp se puede asimismo transferir facilmente al primer electrodo 14.
Por otra parte, la celula solar 20 esta dotada de la capa n 22 que tiene una concentracion de electrones mayor que la de la capa n 12 de la celula solar 10, y esta dotada de una capa de pared 23an que tiene una concentracion de huecos mayor que la de la capa de pared 13an de la celula solar 10; por lo tanto, la inclinacion de la banda del extremo inferior de la banda de conduccion en la capa n 22 es mas pronunciada que la del extremo inferior de la banda de conduccion en la capa n 12 de la celula solar 10. Con esta configuracion, es posible reducir la distancia del movimiento del electron que se transfiere desde el punto cuantico 23bn a la capa n 22 mediante conduccion por efecto tunel. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 20, el electron existente en el punto cuantico 23bn se puede transferir facilmente a la capa n 22 mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, de acuerdo con la celula solar 20, cuando el electron existente en el punto cuantico 23bn se transfiere a la capa n 22, se puede transferir facilmente mediante conduccion por efecto tunel; por lo tanto, el electron existente en el nivel profundo (es decir, el nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja) del punto cuantico 23bn se puede asimismo transferir facilmente al segundo electrodo 15. De este modo, de acuerdo con la celula solar 20, es posible mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica mejor que en el caso de la celula solar 10.
Tal como se ha descrito anteriormente, el punto cuantico 23b tiene un nivel cuantico discreto; y el nivel cuantico del punto cuantico, especialmente en el lado de baja energfa, es mas discreto que el de las otras estructuras cuanticas (tal como un pozo cuantico y un hilo cuantico). Ademas, se asume que el tiempo necesario para que el portador relaje su energfa entre los niveles cuanticos discretos es mayor que el tiempo necesario para que el portador relaje su energfa entre los niveles cuanticos continuos. Por lo tanto, con la celula solar 20 que comprende el cuanto 23b, es posible prolongar el penodo de tiempo en el que el electron y el hueco se recombinan; como resultado, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
En la celula solar 20, la capa de pared 23a puede estar constituida por el mismo material que el de la capa de pared 13a de la celula solar 10. Ademas, la capa p 21 puede estar constituida, por ejemplo, por un material obtenido dopando en un material semiconductor para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de la impureza de tipo p
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que en el caso de la capa p 11 de la celula solar 10. Asimismo, la capa n 22 puede estar constituida por un material obtenido dopando en un semiconductor material para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de impureza de tipo n que en el caso de la capa n 12 de la celula solar 10. Ademas, la capa de pared 23ap puede estar constituida por un material obtenido dopando en un material para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de la impureza de tipo n que en el caso de la capa de pared 13ap de la celula solar 10. Asimismo, la capa de pared 23an puede estar constituida por un material obtenido dopando en un material para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de impureza de tipo p que en el caso de la capa de pared 13an de la celula solar 10. Ademas, el punto cuantico 23b puede estar constituido por el mismo material que el del punto cuantico 13b de la celula solar 10. La celula solar 20 que comprende cada uno de los elementos constituidos por los materiales segun lo anterior, se puede fabricar de manera similar al caso de la celula solar 10.
3. Tercera realizacion
La figura 5 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 30 de acuerdo con una tercera realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 5. En la figura 5, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 20, se asignan los mismos numerales de referencia que los utilizados en las figuras 3 y 4, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 5, la celula solar 30 comprende: una capa p 21; una capa n 22; una capa i 31 dispuesta entre la capa p 21 y la capa n 22; un primer electrodo 14 conectado a la capa p 21; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n 22. La capa i 31 esta configurada en cierto modo laminando una capa de pared 31a; una barrera 31b; y una capa 31e que comprende una capa humeda 31c y puntos cuanticos 31d, 31d, ... (en ocasiones, denominados simplemente como un "punto cuantico 31d", en adelante). Las capas de pared 31a, 31a, ... (en ocasiones, denominadas simplemente como una "capa de pared 31a", en adelante) estan constituidas por un primer semiconductor; y las capas 31e, 31e, ... (en ocasiones denominadas simplemente como una "capa 31e", en adelante) estan constituidas por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor. En la celula solar 30, la separacion entre las capas adyacentes 31e, 31e (es decir, el grosor total de la capa de pared 31a y las barreras 31b, 31b que estan intercaladas entre las dos capas 31e, 31e; lo mismo aplica en adelante), esta configurada para permitir la transferencia de un portador mediante conduccion por efecto tunel. Y la separacion entre capas adyacentes 31a, 31a (es decir, el grosor total de la capa 31e y las barreras 31b, 31b que estan intercaladas mediante las dos capas 31a, 31a; lo mismo aplica en adelante), esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel.
En la celula solar 30, el cuanto 31d se forma mediante un proceso de auto-ordenamiento utilizando un procedimiento MBE; y se forma en la capa humeda 31c. Cada una de las barreras 31b, 31b, ... (en ocasiones, denominadas simplemente una "barrera 31b", en adelante) esta dispuesta entre las capas 31e, 31e, ... y las capas de pared 31a, 31a, ..., que estan dispuestas en el centro de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma (es decir, una direccion de arriba abajo de la hoja de la figura 5). Y la barrera 31b esta constituida por un material (un semiconductor o un aislante) que tiene una banda prohibida mas ancha que la del primer semiconductor. En cambio, la barrera 31b no esta dispuesta en el lado de la capa p 21 de la capa 31e dispuesta en la parte extrema del lado de la capa p 21 de la capa i 31 (en ocasiones, denominada simplemente una "capa 31ep", en adelante), y no esta dispuesta en el lado de la capa n 22 de la capa 31e dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa n 22 de la capa i 31 (denominada como una "capa 31en"). Ademas, en la celula solar 30, esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 31a, en la parte extrema del lado de la capa p 21 de la capa i 31 (en ocasiones, denominada una "capa de pared 31ap", en adelante); y la concentracion de electrones en la capa de pared 31ap es alta (o de gran densidad) tal como la concentracion de electrones de la capa de pared 23ap de la celula solar 20. Ademas, esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 31a, en la parte extrema en el lado de la capa n 22 de la capa i 31 (en ocasiones, denominada una "capa de pared 31an", en adelante); y la concentracion de huecos de la capa de pared 23an es alta (o de gran densidad), tal como la concentracion de huecos de la capa de pared 23an de la celula solar 20. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 31a aparte de la capa de pared 31ap y de la capa de pared 31an. Es decir, cuando la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i en la direccion del grosor 31 de la misma esta definida como Cn31, la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona en el lado de la capa p 21 de la capa i 31 esta definida como Cn32, la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma esta definida como Cp31 y la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona en el lado de la capa n 22 de la capa i 31 esta definida como Cp32, se satisfacen las relaciones Cn31<Cn32 y Cp31<Cp32 en la celula solar 30.
La figura 6 es un diagrama de bandas de la celula solar 30. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 6, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 6, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 30, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 6, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar 30 haciendo referencia a las figuras 5 y 6.
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Tal como se muestra en la figura 6, en la celula solar 30, se genera un campo electrico interno mediante la capa p
21 y la capa n 22, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda en la capa i 31, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 31a y la inclinacion de la banda de la capa 31e (la inclinacion de la banda de la capa humeda 31c y del punto cuantico 31d) se suavizan mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 31ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 31an. Ademas, tal como se muestra en la figura 6, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n 22 esta situado por debajo del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que puede existir un electron) de la capa 31en dispuesta en la parte extrema del lado de la capa n
22 de la capa i 31. El nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p 21 esta situado por encima del nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que puede existir un hueco) en la capa 31ep dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p 21 de la capa i 31.
Ademas, en la celula solar 30, la banda mala de un material que constituye la barrera 31b es mas ancha que la del primer semiconductor que constituye la capa de pared 31a. Existe un intervalo entre el extremo inferior de la banda de conduccion en la barrera 31b y el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa de pared 31a; y entre el extremo superior de la banda de valencia en la barrera 31b y el extremo superior de la banda de valencia de la capa de pared 31a. Y existe un intervalo entre el extremo inferior de la banda de conduccion en la barrera 31b y el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa de pared 31e; y entre el extremo superior de la banda de valencia en la barrera 31b y el extremo superior de la banda de valencia de la capa de pared 31e. Estos intervalos son mayores que la energfa termica que absorbe el portador en el entorno de temperaturas en el que se utiliza la celula solar 30; y tienen una altura a la que permiten que el portador generado en la capa 31e se transfiera entre las capas adyacentes 31e, 31e mediante conduccion por efecto tunel.
En la celula solar 30, cuando se hace incidir luz sobre la capa i 31, se genera un par electron-hueco tanto en la capa de pared 31a como en la capa 31e (la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d. En este caso, tal como se ha descrito anteriormente, el intervalo entre la capa de pared 31a y la barrera 31b es mayor que la energfa termica que absorbe el portador. Por lo tanto, cuando el portador generado en la capa de pared 31a se desplaza en la parte central de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma, la barrera 31b impide que el portador caiga a la capa 31e (la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d). Por consiguiente, el portador se puede desplazar en el interior de la capa de pared 31a que esta intercalada por las barreras 31b, 31b; y puede pasar a traves de la estructura laminar de la barrera 31b y de la capa 31e dispuesta en la parte central de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma, mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, el hueco que ha alcanzado la parte extrema del lado de la capa p 21 de la capa i 31 (es decir, la capa 31ap en contacto con la capa p 21) se mueve directamente a la capa p 21. En cambio, el electron que ha alcanzado la capa 31an pasa a traves de la barrera 31b y de la capa 31en y se desplaza a la capa n 22, mediante conduccion por efecto tunel. Por otra parte, el portador generado en la capa 31e se desplaza entre las capas 31e, 31e, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco la capa 31ep y alcanzando el electron la capa 31en.
Tal como se muestra en las figuras 5 y 6, en la celula solar 30, la barrera 31b no esta dispuesta entre la capa 31ep y la capa p 21, ni entre la capa 31en y la capa n 22. De este modo, el hueco existente en la capa 31ep se puede transferir a la capa p 21 mediante conduccion por efecto tunel, sin ser obstruido por la barrera 31b. Analogamente, el electron existente en la capa 31en se puede transferir a la capa n 22 mediante conduccion por efecto tunel, sin ser obstruido por la barrera 31b. En este caso, la capa 31e (que incluye la capa 31ep y la capa 31en) constituida por la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d tiene un nivel cuantico discreto; y el numero de portadores que puede incorporar cada una de las capas 31e, 31e, ... es limitado. Ademas, se asume que el hueco se incorpora a la capa 31ep desde el nivel profundo (es decir, un nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja); y que el electron se incorpora asimismo a la capa 31en desde el nivel profundo (es decir, un nivel cuantico en el que la energfa es relativamente baja). Por lo tanto, el hueco que se incorpora a la capa 31ep, una vez que el hueco ya se ha incorporado, entra al nivel poco profundo (es decir, un nivel cuantico en el que la energfa es relativamente alta) de la capa 31ep; y el electron que se incorpora a la capa 31en, una vez que electron ya se ha incorporado, entra al nivel poco profundo (es decir, un nivel cuantico en el que la energfa es relativamente alta) de la capa 31en. La energfa de barrera es baja para que el hueco que ha entrado al nivel poco profundo de la capa 31bp la atraviese con el fin de desplazarse a la capa p 21; y la distancia a atravesar es corta. Por lo tanto, el hueco se puede mover facilmente desde la capa 31ep a la capa p 21 mediante conduccion por efecto tunel. Analogamente, la energfa de barrera es baja para que el electron que ha entrado al nivel poco profundo de la capa 31en la atraviese con el fin de moverse a la capa n 12; y la distancia a atravesar es corta. Por lo tanto, el electron se puede mover facilmente desde la capa 31en a la capa n 22 mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, en la celula solar 30 que comprende la capa 31ep y la capa 31en, la transferencia del hueco a la capa p 21 mediante conduccion por efecto tunel y la transferencia del electron a la capa n 22 mediante conduccion por efecto tunel no estan obstaculizadas por la barrera 31b; de este modo, es posible extraer facilmente el portador desde la capa 31ep y la capa 31en constituidas por la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d. Y facilitando extraer el portador desde la capa humeda y el punto cuantico, se puede mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, es posible disponer una celula solar 30 que pueda mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
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Tal como se ha descrito anteriormente, el punto cuantico 31d tiene un nivel cuantico discreto; y el nivel cuantico del punto cuantico, especialmente en el lado de menor energfa, es mas discreto que el de las otras estructuras cuanticas (tal como un pozo cuantico y un hilo cuantico). Ademas, se asume que el tiempo necesario para que el portador relaje su ene^a entre los niveles cuanticos discretos es mayor que el tiempo necesario para que el portador relaje su energfa entre los niveles cuanticos continuos. Por lo tanto, con la celula solar 30 dotada del cuanto 31d, es posible prolongar el periodo de tiempo en el que el electron y el hueco se recombinan; como resultado, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
Ademas, el gradiente de la concentracion de portadores en la direccion de la corriente electrica se genera en la capa de pared 31a de la celula solar 30. En la capa p 21 o en la parte extrema del lado de la capa p 21 de la capa i 31, el electron es el portador minoritario; y en la capa n 22 o en la parte extrema del lado de la capa n 22 de la capa i 31, el hueco es el portador minoritario. Por lo tanto, incluso si no esta dispuesta la barrera 31b en el lado de la capa p 21 de la capa 31ep, no cae un gran numero de electrones a la capa 31ep, y por lo tanto no se produce una gran perdida de energfa. Analogamente, incluso si no esta dispuesta la barrera 31b en el lado de la capa n 22 de la capa 31en, no cae un gran numero de huecos a la capa 31en, y por lo tanto no se produce una gran perdida de energfa.
En la celula solar 30, la capa de pared 31a puede estar constituida por el mismo material que el de la capa de pared 23a de la celula solar 20; y la capa 31e (la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d) puede estar constituida por el mismo material que el del punto cuantico 23b de la celula solar 20. Ademas, en la celula solar 30, la barrera 31b puede estar constituida por un material que tenga una banda prohibida mas ancha que la del material que constituye la capa de pared 31a. Asimismo, en la celula solar 30, la capa i 31 se puede fabricar repitiendo las etapas de: formar la capa 31en mediante el procedimiento MBE, sobre la cara superior de la capa 22 formada en la superficie del electrodo 15 mediante el procedimiento MBE o similar; formar la barrera 31b mediante el procedimiento MBE, sobre la cara superior de la capa 31en formada de este modo; y formar la capa de pared 31a mediante el procedimiento MBE sobre la cara superior de la barrera 31b formada de este modo; y formar finalmente la capa de pared 31a sobre la cara superior de la capa 31ep, despues de repetir las etapas anteriores. Ademas, la capa n 22, el electrodo 14 y el electrodo 15 se pueden fabricar de mismo modo que en el caso de la celula solar 20.
En la descripcion anterior de la celula solar de la presente invencion, se ha mostrado la realizacion en la que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es igual o menor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un electron) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i. Sin embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. En la celula solar de la presente invencion, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n puede ser mayor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un electron) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i. Sin embargo, para que el electron incorporado en el nivel cuantico de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i se transfiera facilmente a la capa n mediante conduccion por efecto tunel, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es preferentemente igual o menor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un electron) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i.
Ademas, en la descripcion anterior de la celula solar de la presente invencion, se ha mostrado la realizacion en la que el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es igual o mayor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un hueco) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i. Sin embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. En la celula solar de la presente invencion, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p puede ser menor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un hueco) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i. Sin embargo, para que el hueco incorporado en el nivel cuantico de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i se transfiera facilmente a la capa p mediante conduccion por efecto tunel, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es preferentemente igual o mayor que el nivel fundamental (es decir, un nivel fundamental en el que se puede incorporar un hueco) de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i.
4. Cuarta realizacion
La figura 7 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 40 de acuerdo con una cuarta realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 7. En la figura 7, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 20, se asignan los mismos numerales de referencia que los utilizados en las figuras 3 y 4, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 7, la celula solar 40 comprende: una capa p 41; una capa n 42; una capa i 23 dispuesta entre la capa p 41 y la capa n 42; una capa p+ 43 conectada a la capa p 41; un primer electrodo 14
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conectado a la capa p+ 43; una capa n+ 44 conectada a la capa n 42; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n+ 44. La capa p 41 esta constituida por el mismo material que el de la capa p 21 de la celula solar 20. El grosor de la capa p 41 es menor que el de la capa p 21 de la celula solar 20; y la concentracion de huecos de la capa p 41 es aproximadamente igual que la de la capa p 21. Ademas, la capa n 42 esta constituida por el mismo material que el de la capa n 22 de la celula solar 20. El grosor de la capa n 42 es menor que el de la capa n 22 de la celula solar 20; y la concentracion de electrones de la capa n 42 es aproximadamente igual que la de la capa n 22. La capa i 23 comprende una capa de pared 23a, y un punto cuantico 23b dispuesto en la capa de pared 23a. La capa de pared 23a esta constituida por el primer semiconductor. Esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 23ap; esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 23an. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 23a aparte de la capa de pared 23ap y de la capa de pared 23an. Es decir, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 23 en una direccion del grosor de la misma como Cn41, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 41 de la capa i 23 como Cn42, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 23 en la direccion del grosor de la misma como Cp41 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 42 de la capa i 23 como Cp42, se satisfacen las relaciones Cn41<Cn42 y Cp41<Cp42 en la celula solar 40. Ademas, el punto cuantico 23b esta constituido por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor; y la separacion entre los puntos cuanticos adyacentes 23b, 23b esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Ademas, la concentracion de huecos de la capa p+ 43 dispuesta entre la capa p 41 y el primer electrodo 14 es mayor que la de la capa p 41; y la capa p+ 43 esta constituida por un semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa p 41. La concentracion de electrones de la capa n+ 44 dispuesta entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15 es mayor que la de la capa n 42; y la capa n+ 44 esta constituida por un semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa n 42.
La figura 8 es un diagrama de bandas de la celula solar 40. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 8, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 8, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 40, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 8, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar
40 haciendo referencia a las figuras 7 y 8.
Tal como se muestra en la figura 8, en la celula solar 40, se genera un campo electrico interno mediante la capa p
41 y la capa n 42, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda de la capa i 23, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 23a y la inclinacion de la banda del punto cuantico 23b estan suavizadas mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 23ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 23an. Ademas, dado que la celula solar 40 comprende la capa p 41 que tiene una concentracion de huecos elevada, y la capa n 42 que tiene una concentracion de electrones elevada, las inclinaciones de la banda del extremo superior de la banda de Valencia en la capa p 41 y del extremo inferior de la banda de conduccion en la capa n 42 son pronunciadas.
En la celula solar 40, la capa p+ 43 esta dispuesta entre la capa p 41 y el primer electrodo 14; y la capa n+ 44 esta dispuesta entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15. Tal como se muestra en la figura 8, la banda prohibida de un semiconductor que constituye la capa p+ 43 es mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa p 41. El nivel de energfa en el extremo superior de la banda de Valencia de la cara extrema en el lado de la capa p 41 de la capa p+ 43 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ 43 de la capa p 41. Al disponer entre la capa p 41 y el primer electrodo 14 la capa p+ 43 que tiene dichas propiedades y que esta constituida por el material semiconductor que tiene una concentracion de huecos mayor que la de la capa p 41, en la celula solar 40, se forma un potencial triangular que tiene un nivel cuantico en la banda de valencia de la capa p 41. El potencial triangular formado en la banda de valencia de la capa p 41 tiene una serie de niveles cuanticos. Un nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ 43 de la capa p 41. La concentracion de huecos y el grosor de la capa p 41, y la concentracion de huecos y el grosor de la capa p+ 43 se controlan de tal modo que el nivel fundamental se haga aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p+ 43.
Por otra parte, tal como se muestra en la figura 8, la banda prohibida de un semiconductor que constituye la capa n+ 44 es mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa n 42. El nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n 42 de la capa n+ 44 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ 44 de la capa n 42. Al disponer entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15 la capa n+ 44 que tiene dichas propiedades y que esta constituida por el material semiconductor que tiene una concentracion de electrones mayor que la de la capa n 42, en la celula solar 40, se forma un potencial triangular que tiene un nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n 42. El potencial triangular formado en la banda de conduccion de la capa n 42 tiene una serie de niveles cuanticos. El nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n
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42 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ 44 de la capa n 42. La concentracion de electrones y el grosor de la capa n 42 y la concentracion de electrones y el grosor de la capa n+ 44 se controlan de tal modo que el nivel fundamental se hace aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n+ 44.
Ademas, tal como se muestra en la figura 8, en la celula solar 40, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p+ 43 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p 41. Y el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia en la capa n+ 44 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia en la capa n 42.
En la celula solar 40, cuando se hace incidir luz sobre la capa i 23, se genera un par electron-hueco tanto en la capa de pared 23a como en el punto cuantico 23b. Por lo menos una parte de los portadores generados en la capa de pared 23a se desplazan en la capa de pared 23a, alcanzando el hueco la capa de pared 23ap y alcanzando el electron la capa de pared 23an. Y por lo menos una parte de los huecos que han alcanzado la capa de pared 23ap llegan directamente a la capa p 41, mientras que por lo menos una parte de los huecos restantes que han alcanzado la capa de pared 23ap caen al punto cuantico 23bp. Ademas, por lo menos una parte de los electrones que han alcanzado la capa de pared 23an llegan directamente a la capa n 42, mientras que por lo menos una parte de los electrones restantes que han alcanzado la capa de pared 23an caen al punto cuantico 23bn. En este caso, tal como se ha descrito anteriormente, en la celula solar 40, se forma un nivel cuantico en la banda de valencia de la capa p 41, y se forma asimismo un nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n. Por lo tanto, el hueco que ha alcanzado la capa p 41 desde la capa de pared 23ap se incorpora al nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41. Tal como se muestra en la figura 8, el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema del lado de la capa p 41 de la capa p+ 43. Por lo tanto, el hueco incorporado al nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 alcanza la capa p+ 43 al ser excitado termicamente. En cambio, el electron que ha alcanzado la capa n 42 desde la capa de pared 23an se incorpora al nivel cuantico formado en la banda de
conduccion de la capa n 42. Tal como se muestra en la figura 8, el nivel cuantico formado en la banda de
conduccion de la capa n 42 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n 42 de la capa n+ 44. Por lo tanto, el electron incorporado al
nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 alcanza la capa n+ 44 al ser excitado
termicamente.
Por otra parte, tal como se ha descrito anteriormente, la banda prohibida del segundo semiconductor que constituye el punto cuantico 23b es mas estrecha que la del primer semiconductor que constituye la capa de pared 23a. De este modo, por lo menos una parte de los portadores generados en la capa de pared 23a caen al punto cuantico 23b. En este caso, en la celula solar 40, la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de los puntos cuanticos adyacentes 23b, 23b se reduce al contener la impureza de tipo n en la capa de pared 23ap y la impureza de tipo p en la capa de pared 23an. Por lo tanto, los portadores que han cafdo al punto cuantico 23b se pueden desplazar facilmente entre los puntos cuanticos 23b, 23b, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco el punto cuantico 23bp y alcanzando el electron el punto cuantico 23bn. Por otra parte, los portadores generados en el punto cuantico 23b se desplazan analogamente entre los puntos cuanticos 23b, 23b, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco el punto cuantico 23bp y alcanzando el electron el punto cuantico 23bn. El hueco que ha alcanzado de este modo el punto cuantico 23bp es transferido mediante conduccion por efecto tunel, incorporandose de ese modo al nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41. Y el hueco incorporado a este nivel cuantico se excita termicamente, alcanzando por lo tanto la capa p+ 43. En cambio, el electron que ha alcanzado el punto cuantico 23bn es transferido mediante conduccion por efecto tunel, incorporandose de ese modo al nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42. Y el electron incorporado a este nivel cuantico se excita termicamente, alcanzando la capa n+ 44.
De este modo, de acuerdo con la celula solar 40, el hueco se puede transferir a la capa p+ 43 por medio del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41; y el electron se puede transferir a la capa n+ 44 por medio del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42. En este caso, el nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 esta situado por debajo del extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ 43 de la capa p 41. Por lo tanto, es posible reducir la perdida de energfa del hueco al transferirlo a traves del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41. Ademas, el nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p+ 43. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 40, es posible reducir la perdida de energfa provocada en el momento en que el hueco incorporado en el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 se desplaza a la capa p+ 43.
Analogamente, el nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 esta situado por encima del extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ 44 de la capa n 42. Por lo tanto, es posible reducir la perdida de energfa del electron al transferirlo a traves del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42. Ademas, el nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo
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inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n+ 44. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 40, es posible reducir la perdida de energfa causada en el momento en que el electron incorporado al nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 se desplaza a la capa n+ 44. Ademas, en la celula solar 40, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p+ 43 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p 41; por lo tanto, es posible impedir que el electron, como portador minoritario en la proximidad de la capa p 41, se desplace al primer electrodo 14. Analogamente, en la celula solar 40, el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la capa n+ 44 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia en la capa n 42; por lo tanto, es posible impedir que el hueco, como portador minoritario en la proximidad de la capa n 42, se desplace al segundo electrodo 15. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 40, es posible impedir la recombinacion del electron y el hueco, mejor que en el caso de la celula solar 20.
En la celula solar 40, la capa p 41 puede estar constituida del mismo modo que la capa p 21 de la celula solar 20, excepto porque la capa p 41 se fabrica mas delgada que la capa p 21 de la celula solar 20. Ademas, la capa n 42 se puede fabricar del mismo modo que la capa n 22 de la celula solar 20, excepto porque la capa n 42 se fabrica mas delgada que la capa n 22 de la celula solar 20. La capa p+ 43 puede estar constituida, por ejemplo, por un material obtenido dopando, en un material semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del material semiconductor que constituye la capa de pared 23a, mas cantidad de impureza de tipo p que en el caso de la capa p 41. Ademas, la capa n+ 44 puede estar constituida, por ejemplo, mediante un material obtenido dopando, en un material semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de la impureza de tipo n que en el caso de la capa n 42. En la celula solar 40, la capa p 41 y la capa p+ 43 se pueden fabricar del mismo modo que la capa p 21 de la celula solar 20; y la capa n 42 y la capa n+ 44 se pueden fabricar del mismo modo que la capa n 22 de la celula solar 20. Ademas, la capa i 23, el primer electrodo 14 y el segundo electrodo 15 se pueden fabricar del mismo modo que en el caso de la celula solar 20.
5. Quinta realizacion
La figura 9 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 50 de acuerdo con una quinta realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 9. En la figura 9, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 40, se asignan los mismos numerales de referencia que los utilizados en las figuras 7 y 8, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 9, la celula solar 50 comprende: una capa p 41; una capa n 42; una capa i 23 dispuesta entre la capa p 41 y la capa n 42; una capa p+ 51 conectada a la capa p 41; un primer electrodo 14 conectado a la capa p+ 51; una capa n+ 52 conectada a la capa n 42; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n+ 52. La capa i 23 comprende una capa de pared 23a, y un punto cuantico 23b dispuesto en la capa de pared 23a. La capa de pared 23a esta constituida por un primer semiconductor. Esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 23ap; esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 23an. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 23a aparte de la capa de pared 23ap y de la capa de pared 23an. Es decir, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 23 en una direccion del grosor de la misma como Cn51, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 41 de la capa i 23 como Cn52, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 23 en la direccion del grosor de la misma como Cp51 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 42 de la capa i 23 como Cp52, se satisfacen las relaciones Cn51<Cn52 y Cp51<Cp52 en la celula solar 50.
Ademas, el punto cuantico 23b esta constituido por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor; y la separacion entre los puntos cuanticos adyacentes 23b, 23b esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Ademas, la concentracion de huecos de la capa p+ 51 dispuesta entre la capa p 41 y el primer electrodo 14 es mayor que la de la capa p+ 43 de la celula solar 40; y la capa p+ 51 esta constituida por un semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa p 41. La concentracion de electrones de la capa n+ 52 dispuesta entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15 es mayor que la de la capa n+ 44 de la celula solar 40; y la capa n+ 52 esta constituida por un semiconductor que tiene una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa n 42.
La figura 10 es un diagrama de bandas de la celula solar 50. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 10, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 10, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 50, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 10, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar 50 haciendo referencia a las figuras 7 a 10.
Tal como se muestra en la figura 10, en la celula solar 50, se genera un campo electrico interno mediante la capa p 41 y la capa n 42, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda de la capa i 23, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 23a y la inclinacion de la banda del punto cuantico 23b estan suavizadas
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mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 23ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 23an. En la celula solar 50, la capa p+ 51 esta dispuesta entre la capa p 41 y el primer electrodo 14; y la capa n+ 52 esta dispuesta entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15. Tal como se muestra en la figura 10, la banda prohibida del semiconductor que constituye la capa p+ 51 es mas ancha que la de semiconductor que constituye la capa p 41. El nivel de energfa en el extremo superior de la banda de Valencia de la cara extrema en el lado de la capa p 41 de la capa p+ 51 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de Valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ 51 de la capa p 41. Al disponer entre la capa p 41 y el primer electrodo 14 la capa p+ 51 que tiene dichas propiedades y que esta constituida por el material semiconductor que tiene una concentracion de huecos mayor que la de la capa p+ 43 de la celula solar 40, en la celula solar 50, se forma en la banda de Valencia de la capa p 41 un potencial triangular que tiene un nivel cuantico. El potencial triangular formado en la banda de Valencia de la capa p 41 tiene una serie de niveles cuanticos. El nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p+ 51 de la capa p 41. La concentracion de huecos y el grosor de la capa p 41, y la concentracion de huecos y el grosor de la capa p+ 51 se controlan de tal modo que el nivel fundamental se haga aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p+ 51.
Por otra parte, tal como se muestra en la figura 10, la banda prohibida del semiconductor que constituye la capa n+ 52 es mas ancha que la del semiconductor que constituye la capa n 42. El nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n 42 de la capa n+ 52 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ 52 de la capa n 42. Al disponer entre la capa n 42 y el segundo electrodo 15 la capa n+ 52 que tiene dichas propiedades y que esta constituida por el material semiconductor que tiene una concentracion de electrones mayor que la de la capa n+ 44 de la celula solar 40, en la celula solar 50, se forma en la banda de conduccion de la capa n 42 un potencial triangular que tiene un nivel cuantico. El potencial triangular formado en la banda de conduccion de la capa n 42 tiene una serie de niveles cuanticos. El nivel fundamental del nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ 52 de la capa n 42. La concentracion de electrones y el grosor de la capa n 42 y la concentracion de electrones y el grosor de la capa n+ 52 se controlan de tal modo que el nivel fundamental se hace aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n+ 52.
Ademas, tal como se muestra en la figura 10, en la celula solar 50, el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p+ 51 esta situado por encima del nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa p 41. Y el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia en la capa n+ 52 esta situado por debajo del nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia en la capa n 42.
Ademas, la celula solar 50 esta dotada de la capa p+ 51 que tiene una concentracion de huecos mayor que la de la capa p+ 43 de la celula solar 40. Por lo tanto, tal como se muestra en la figura 10, la inclinacion de la banda del extremo superior de la banda de valencia del lado de la capa p 41 de la capa p+ 51 es mas pronunciada que la del extremo superior de la banda de valencia del lado de la capa p 41 de la capa p+ 43 de la celula solar 40. Con esta configuracion de la celula solar 50, es posible reducir la distancia del movimiento del hueco que se transfiere desde el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 a la capa p+ 51 mediante conduccion por efecto tunel. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 50, el hueco existente en el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 se puede transferir facilmente a la capa p+ 51 mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, de acuerdo con la celula solar 50, una manera de transferir el hueco mediante conduccion por efecto tunel se puede anadir facilmente al patron de desplazamiento del hueco en el momento en que el hueco existente en el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 se transfiere a la capa p+ 51; por lo tanto, el hueco se puede transferir al primer electrodo 14 mas facilmente que en el caso de la celula solar 40.
Por otra parte, la celula solar 50 esta dotada de la capa n+ 52 que tiene una concentracion de electrones mayor que la de la capa n+ 44 de la celula solar 40. Por lo tanto, tal como se muestra en la figura 10, la inclinacion de la banda del extremo inferior de la banda de conduccion en el lado de la capa n 42 de la capa n+ 52 es mas pronunciada que la del extremo inferior de la banda de conduccion en el lado de la capa n 42 de la capa n+ 44 de la celula solar 40. Con esta configuracion de la celula solar 50, es posible reducir la distancia del movimiento del electron que se esta transfiriendo desde el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 a la capa n+ 52 mediante conduccion por efecto tunel. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 50, el electron existente en el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 se puede transferir facilmente a la capa n+ 52 mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, de acuerdo con la celula solar 50, una manera de transferir el electron mediante conduccion por efecto tunel se puede anadir facilmente al patron de desplazamiento del electron en el momento en que el electron existente en el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 se transfiere la capa n+ 52; por lo tanto, el electron se puede transferir al segundo electrodo 15 mas facilmente que en el caso de la celula solar 40. De este modo, de acuerdo con la celula solar 50, es posible mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica mejor que en el caso de la celula solar 40.
En la celula solar 50, la capa p+ 51 puede estar constituida, por ejemplo, por un material obtenido dopando, en un material semiconductor que tenga una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor para fabricar la capa de
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pared 23a, mas cantidad de impureza de tipo p que en el caso de la capa p+ 43 de la celula solar 40. Ademas, la capa n+ 52 puede estar constituida, por ejemplo, mediante un material obtenido dopando, en un material semiconductor que tenga una banda prohibida mas ancha que la del semiconductor para constituir la capa de pared 23a, mas cantidad de la impureza de tipo n que en el caso de la capa n+ 44 de la celula solar 40. En la celula solar 50, la capa p+ 51 se puede fabricar del mismo modo que la capa p+ 43 de la celula solar 40; y la capa n+ 52 se puede fabricar del mismo modo que la capa n+ 44 de la celula solar 40. Los otros elementos de la celula solar 50 se pueden fabricar del mismo modo que en el caso de la celula solar 40.
6. Sexta realizacion
La figura 11 es una vista en seccion transversal que muestra una celula solar 60 de acuerdo con una sexta realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 11. En la figura 11, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 50, se asigna el mismo numeral de referencia que se utiliza en las figuras 9 y 10, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 11, la celula solar 60 comprende: una capa p 41; una capa n 42; una capa i 23 dispuesta entre la capa p 41 y la capa n 42; una capa de aislamiento 61 conectada a la capa p 41; una capa p+ 51 conectada a la capa de aislamiento 61; un primer electrodo 14 conectado a la capa p+ 51; una capa de aislamiento 62 conectada a la capa n 42; una capa n+ 52 conectada a la capa de aislamiento 62; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n+ 52. La capa i 23 comprende una capa de pared 23a, y un punto cuantico 23b dispuesto en la capa de pared 23a. La capa de pared 23a esta constituida por un primer semiconductor. Esta contenida una impureza de tipo n en la capa de pared 23ap; esta contenida una impureza de tipo p en la capa de pared 23an. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 23a aparte de la capa de pared 23ap y de la capa de pared 23an. Es decir, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 23 en una direccion del grosor de la misma como Cn61, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 41 de la capa i 23 como Cn62, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 23 en la direccion del grosor de la misma como Cp61 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 42 de la capa i 23 como Cp62, se satisfacen las relaciones Cn61<Cn62 y Cp61<Cp62 en la celula solar 60. Ademas, el punto cuantico 23b esta constituido por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor; y la separacion entre los puntos cuanticos adyacentes 23b, 23b esta configurada para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Ademas, la capa de aislamiento 61 dispuesta entre la capa p 41 y la capa p+ 51 esta configurada para tener un grosor que permita que el hueco pase mediante conduccion por efecto tunel; y la capa de aislamiento 62 dispuesta entre la capa n 42 y la capa n+ 52 esta configurada para tener un grosor que permita que el electron pase mediante conduccion por efecto tunel.
La figura 12 es un diagrama de bandas de la celula solar 60. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 12, y la energfa de un hueco es mayor en el lado inferior de la hoja. En la figura 12, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 60, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 12, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. A continuacion, proseguiran las explicaciones de la celula solar 60 haciendo referencia a las figuras 9 a 12.
Tal como se muestra en la figura 12, en la celula solar 60, se genera un campo electrico interno mediante la capa p 41 y la capa n 42, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda de la capa i 23, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 23a y la inclinacion de la banda del punto cuantico 23b estan suavizadas mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 23ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 23an. Ademas, en la celula solar 60, la capa de aislamiento 61 esta dispuesta entre la capa p 41 y la capa p+ 51. Con esta configuracion, resulta facil ampliar la diferencia entre el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p 41 de la capa de aislamiento 61 y el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa de aislamiento 61 de la capa p 41, permitiendo facilmente por lo tanto la formacion de un potencial triangular que tiene un nivel cuantico, en la banda de valencia de la capa p 41. Analogamente, en la celula solar 60, la capa de aislamiento 62 esta dispuesta entre la capa n 42 y la capa n+ 52. Con esta configuracion, resulta facil ampliar la diferencia entre el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n 42 de la capa de aislamiento 62 y el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa de aislamiento 62 de la capa n 42, permitiendo por lo tanto formar facilmente un potencial triangular que tiene un nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n 42.
Tal como se ha descrito anteriormente, al formar el potencial triangular que tiene el nivel cuantico en la banda de valencia de la capa p 41, resulta posible reducir la perdida de energfa del hueco provocada en el momento en que el hueco se desplaza desde la capa i 23 al primer electrodo 14. Asimismo, al formar en la banda de conduccion de la capa n 42 el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, resulta posible reducir la perdida de energfa del electron provocada en el momento en que el electron se desplaza desde la capa i 23 al segundo electrodo 15. Por lo tanto, de acuerdo con la celula solar 60, se puede mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
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En la celula solar 60, el material constituyente de las capas aislantes 61, 62 no esta limitado siempre que permita la formacion del potencial triangular, y siempre que pueda resistir el entorno en el que se utiliza la celula solar. Por ejemplo, se puede utilizar GaN, que es un semiconductor de banda amplia no dopado, y pelfcula de oxido metalico. Ademas, el grosor de las capas de aislamiento 61, 62 no esta limitado siempre que permita que el portador pase mediante conduccion por efecto tunel; por ejemplo, puede ser de aproximadamente 2 nm. Las capas de aislamiento 61, 62 se pueden fabricar mediante un procedimiento conocido, tal como el procedimiento MBE. Los otros elementos de la celula solar 60 se pueden fabricar del mismo modo que en el caso de la celula solar 50.
7. Septima realizacion
La figura 13 es una vista en seccion que muestra una celula solar 70, de acuerdo con una septima realizacion. Algunos de los numerales de referencia se omiten en la figura 13. En la figura 13, a los elementos que tienen la misma estructura que los de la celula solar 30 o de la celula solar 50, se proporcionan los mismos numerales de referencia que se utilizan en las figuras 5 y 6, o en las figuras 9 y 10, y se omiten adecuadamente las explicaciones de los mismos.
Tal como se muestra en la figura 13, la celula solar 70 comprende: una capa p 41; una capa n 42; una capa i 31 dispuesta entre la capa p 41 y la capa n 42; una capa p+ 51 conectada a la capa p 41; un primer electrodo 14 conectado a la capa p+ 51; una capa n+ 52 conectada a la capa n 42; y un segundo electrodo 15 conectado a la capa n+ 52. La capa i 31 esta configurada en cierto modo laminando una capa de pared 31a; una barrera 31b; y una capa 31e dotada de una capa humeda 31c y un punto cuantico 31d. La capa de pared 31a esta constituida por un primer semiconductor; y la capa 31e esta constituida por un segundo semiconductor que tiene una banda prohibida mas estrecha que la del primer semiconductor. En la celula solar 70, esta configurada una separacion entre las capas adyacentes 31e, 31e para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel. Y esta configurada una separacion entre las capas adyacentes 31a, 31a para permitir que se transfiera un portador mediante conduccion por efecto tunel.
En la celula solar 70, el cuanto 31d se forma mediante un proceso de auto-ordenamiento utilizando un procedimiento MBE; y se forma en la capa humeda 31c. Cada una de las barreras 31b, 31b, ... esta dispuesta entre las capas 31e, 31e, ... y las capas de pared 31a, 31a, ..., que estan dispuestas en el centro de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma (es decir, una direccion de arriba abajo de la hoja de la figura 13). Y la barrera 31b esta constituida por un material (un semiconductor o un aislante) que tiene una banda prohibida mas ancha que la del primer semiconductor. En cambio, la barrera 31b no esta dispuesta en el lado de la capa p 41 de la capa 31ep, y no esta dispuesta en el lado de la capa n 42 de la capa 31en. Ademas, en la celula solar 70, se contiene una impureza de tipo n en la capa de pared 31ap; y se contiene una impureza de tipo p en la capa de pared 31an. En cambio, la impureza de tipo n y la impureza de tipo p no estan contenidas en la zona de la capa de pared 31a aparte de la capa de pared 31ap y de la capa de pared 31an. Es decir, cuando se define la concentracion de la impureza de tipo n en el centro de la capa i 31 en una direccion del grosor de la misma como Cn71, se define la concentracion de la impureza de tipo n contenida en una zona del lado de la capa p 41 de la capa i 31 como Cn72, se define la concentracion de la impureza de tipo p en el centro de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma como Cp71 y se define la concentracion de la impureza de tipo p contenida en una zona del lado de la capa n 42 de la capa i 31 como Cp72, se satisfacen las relaciones Cn71<Cn72 y Cp71<Cp72 en la celula solar 70.
La figura 14 es un diagrama de bandas de la celula solar 70. La energfa de un electron es mayor en el lado superior de la hoja de la figura 14, y la energfa de un cuerpo hueco es mayor en el lado inferior de la hoja de la figura 14. En la figura 14, se proporcionan los numerales de referencia correspondientes a cada elemento de la celula solar 70, y se omiten algunos de los numerales. En la figura 14, la flecha desde el lado izquierdo de la hoja hacia el lado derecho muestra un patron de desplazamiento de un electron; y la flecha desde el lado derecho de la hoja hacia el lado izquierdo muestra un patron de desplazamiento de un hueco. En adelante, proseguiran las explicaciones de la celula solar 70 haciendo referencia a las figuras 9, 10, 13 y 14.
Tal como se muestra en la figura 14, en la celula solar 70, se genera un campo electrico interno mediante la capa p 41 y la capa n 42, y la banda esta inclinada. Y la inclinacion de la banda en la capa i 31, en otras palabras, la inclinacion de la banda de la capa de pared 31a y la inclinacion de la banda de la capa 31e (la inclinacion de la banda de la capa humeda 31c y del punto cuantico 31d) se suavizan mediante la impureza de tipo n contenida en la capa de pared 31ap y mediante la impureza de tipo p contenida en la capa de pared 31an. Ademas, tal como se muestra en la figura 14, en la celula solar 70, una banda mala de un material que constituye la barrera 31b es mas ancha que la del primer semiconductor que constituye la capa de pared 31a. Existe un intervalo entre el extremo inferior de la banda de conduccion en la barrera 31b y el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa de pared 31a; y entre el extremo superior de la banda de Valencia en la barrera 31b y el extremo superior de la banda de Valencia en la capa de pared 31a. Y existe un intervalo entre el extremo inferior de la banda de conduccion en la barrera 31b y el extremo inferior de la banda de conduccion en la capa 31e; y entre el extremo superior de la banda de valencia en la barrera 31b y el extremo superior de la banda de valencia en la capa 31e. Estos intervalos son mayores que la energfa termica que absorbe el portador en el entorno de temperaturas en el que se utiliza la celula solar 70; y tienen una altura a la que permiten que el portador generado en la capa 31e se transfiera entre las capas adyacentes 31e, 31e mediante conduccion por efecto tunel.
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En la celula solar 70, cuando se hace incidir luz sobre la capa i 31, se genera un par electron-hueco tanto en la capa de pared 31a como en la capa 31e (la capa humeda 31c y el punto cuantico 3ld. En este caso, tal como se ha descrito anteriormente, el intervalo entre la capa de pared 31a y la barrera 31b es mayor que la energfa termica que absorbe el portador. Por lo tanto, cuando el portador generado en la capa de pared 31a se desplaza en la parte central de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma, la barrera 31b impide que el portador caiga a la capa 31e (la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d). Por consiguiente, el portador se puede desplazar en el interior de la capa de pared 31a intercalada por las barreras 31b, 31b; y puede pasar a traves de la estructura laminar de la barrera 31b y de la capa 31e dispuesta en la parte central de la capa i 31 en la direccion del grosor de la misma, mediante conduccion por efecto tunel. De este modo, el hueco que ha alcanzado la parte extrema en el lado de la capa p 41 de la capa i 31 (es decir, la capa 31ap en contacto con la capa p 41) se desplaza directamente al nivel cuantico formado en la banda de Valencia de la capa p 41. En cambio, el electron que ha llegado a la capa 31an pasa a traves de la barrera 31b y de la capa 31en y se desplaza al nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 mediante conduccion por efecto tunel. Por otra parte, el portador generado en la capa 31e se desplaza entre las capas 31e, 31e, ... mediante conduccion por efecto tunel, alcanzando el hueco la capa 31ep y alcanzando el electron la capa 31en.
Tal como se muestra en las figuras 13 y 14, en la celula solar 70, la barrera 31b no esta dispuesta entre la capa 31ep y la capa p 41, ni entre la capa 31en y la capa n 42. Ademas, la inclinacion de la banda del extremo superior de la banda de valencia en la capa p 41 y la inclinacion de banda de la banda de conduccion en la capa n 42 son pronunciadas. Por lo tanto, el hueco existente en la capa 31ep se puede transferir al nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 mediante conduccion por efecto tunel, sin ser obstruido por la barrera 31b. Analogamente, el electron existente en la capa 31en se puede transferir al nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 mediante conduccion por efecto tunel, sin ser obstruido por la barrera 31b. De este modo, en la celula solar 70 dotada de la capa 31ep y de la capa 31en, al hacer pronunciadas las inclinaciones de la banda de la capa p y de la capa n 42, es posible extraer facilmente el portador desde la capa 31ep y la capa 31en, que estan constituidas por la capa humeda 31c y el punto cuantico 31d. En este caso, tal como se muestra en la figura 14, la inclinacion de la banda del extremo superior de la banda de valencia del lado de la capa p 41 de la capa p+ 51, y la inclinacion de banda de la banda de conduccion del lado de la capa n 42 de la capa n+ 52 son pronunciadas. Por lo tanto, el hueco que se ha desplazado al nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p 41 se puede transferir a la capa p+ 51 mediante conduccion por efecto tunel; y el electron que se ha desplazado al nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n 42 se puede transferir a la capa n+ 52 mediante conduccion por efecto tunel.
De este modo, en la celula solar 70, al hacer pronunciadas las inclinaciones de banda del extremo superior de la banda de valencia en la capa p 41 y la capa p+ 51, es posible transferir facilmente el hueco mediante conduccion por efecto tunel; y al hacer pronunciadas las inclinaciones de banda del extremo inferior de la banda de conduccion en la capa n 42 y la capa n+ 52, es posible transferir facilmente el electron mediante conduccion por efecto tunel. Ademas, en la celula solar 70, se forma el potencial triangular en la banda de valencia de la capa p 41 y el nivel cuantico fundamental del potencial triangular es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo 14 de la capa p+ 51; por lo tanto se reduce la perdida de energfa del hueco provocada en el momento en el que hueco se desplaza al primer electrodo 14. Ademas, en la celula solar 70, se forma el potencial triangular en la banda de conduccion de la capa n 42 y el nivel cuantico fundamental del potencial triangular es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo 15 de la capa n+ 52; de este modo, se reduce la perdida de energfa del electron provocada en el momento en que el electron se desplaza al segundo electrodo 15. Al posibilitar extraer facilmente el portador de la capa humeda o del punto cuantico, y reducir la perdida de energfa, se mejora la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, es posible disponer una celula solar 70 que pueda mejorar la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
En la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, en la que se forma el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, se ha mostrado la realizacion en la que el potencial triangular tiene el nivel cuantico en la banda de valencia de la capa p y la banda de conduccion de la capa n. Sin embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. En la celula solar de la presente invencion, el potencial triangular que tiene el nivel cuantico se puede formar solamente en la banda de valencia de la capa p mediante disponer la capa p+ entre la capa p y el primer electrodo, pero no disponiendo la capa n+ entre la capa n y el segundo electrodo. Ademas, el potencial triangular que tiene el nivel cuantico se puede formar solamente en la banda de conduccion de la capa n, no disponiendo la capa p+ entre la capa p y el primer electrodo sino disponiendo la capa n+ entre la capa n y el segundo electrodo. Sin embargo, al formar el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, es posible reducir la perdida de energfa del portador, permitiendo de este modo una mejora de la eficiencia de la conversion fotoelectrica. Por lo tanto, para proporcionar una celula solar que pueda mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica, es preferible la celula solar en la que el potencial triangular que tiene el nivel cuantico esta formado en la banda de valencia de la capa p y en la banda de conduccion de la capa n.
Ademas, en la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, en la que se forma el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, se ha mostrado la realizacion en la que el nivel cuantico fundamental del potencial triangular formado en la banda de valencia de la capa p es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+. Sin
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embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. En la celula solar de la presente invencion, entre los niveles cuanticos del potencial triangular formado en la banda de Valencia de la capa p, el nivel cuantico que tiene una energfa mayor que el nivel fundamental puede ser aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+. Ademas, ninguno de los niveles cuanticos en el potencial triangular formado en la banda de valencia de la capa p puede ser igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+. Asimismo, en la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, en la que se forma el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, se ha mostrado la realizacion en la que el nivel cuantico fundamental del potencial triangular formado en la banda de conduccion de la capa n es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+. Sin embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. En la celula solar de la presente invencion, entre los niveles cuanticos del potencial triangular formado en la banda de conduccion de la capa n, el nivel cuantico que tiene una energfa mayor que el nivel fundamental puede ser aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+. Ademas, ninguno de los niveles cuanticos del potencial triangular formado en la banda de conduccion de la capa n puede ser igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n+.
Ademas, en la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, en la que se forma el potencial triangular que tiene el nivel cuantico, se ha mostrado la realizacion en la que la celula solar comprende: la capa p+ constituida por el material que tiene una banda prohibida mas ancha que la del material que constituye la capa p; y la capa n+ constituida por el material que tiene una banda prohibida mas ancha que la del material que constituye la capa n, a lo cual no se limita la celula solar de la presente invencion. Sin embargo, en vista de la inhibicion del desplazamiento del electron como portador minoritario al primer electrodo, se proporciona preferentemente la capa p+ constituida por el material que tiene una banda prohibida mas ancha que la del material que constituye la capa p. Ademas, en vista de la inhibicion del desplazamiento del hueco como portador minoritario al segundo electrodo, se dispone preferentemente la capa n+ constituida por el material que tiene una banda prohibida mas ancha que la del material que constituye la capa n.
Ademas, en la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, se ha mostrado la realizacion en la que se satisfacen las relaciones Cn1<Cn2 y Cp1<Cp2 al contener la impureza de tipo n en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, y al contener la impureza de tipo p en la parte extrema del lado de la capa n de la capa i. Sin embargo, la celula solar de la presente invencion no se limita a esta realizacion. La celula solar de la presente invencion puede tener una configuracion en la que la relacion Cn1<Cn2 se satisface solamente conteniendo la impureza de tipo n en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, y no conteniendo la impureza de tipo p en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i. O bien, la celula solar de la presente invencion puede tener una configuracion en la que la relacion Cp1<Cp2 se satisface solamente conteniendo la impureza de tipo p en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i, y no conteniendo la impureza de tipo n en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i. Sin embargo, con vistas a mejorar facilmente la eficiencia de la conversion fotoelectrica, las relaciones Cn1<Cn2 y Cp1<Cp2 se satisfacen preferentemente conteniendo la impureza de tipo n en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, y conteniendo la impureza de tipo p en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i. Ademas, en la celula solar de la presente invencion, la impureza de tipo n puede estar contenida en toda la zona del lado de la capa p de la capa i incluyendo la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i; y la impureza de tipo p puede estar contenida en toda la zona del lado de la capa n de la capa i incluyendo la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i. En la presente invencion, la medida en la que se suaviza la inclinacion de la banda de la capa i se puede ajustar controlando la concentracion y el grosor de la impureza de tipo n y de la impureza de tipo p a contener en la capa i. En la presente invencion, la banda de la capa i esta preferentemente inclinada suavemente, de tal modo que se reduce la diferencia de energfa entre los niveles cuanticos de las estructuras cuanticas adyacentes.
Ademas, en la descripcion anterior relacionada con las celulas solares 30, 70, la realizacion en la que el punto cuantico esta formado en el lado de la capa p de la capa humeda, a la que no se limita la celula solar de la presente invencion. En la celula solar de la presente invencion, se pueden sustituir la capa p y la capa n de las celulas solares 30, 70.
Ademas, en la celula solar de la presente invencion, la banda prohibida del semiconductor que constituye la capa p y la banda prohibida del semiconductor que constituye la capa n no estan limitadas particularmente. Sin embargo, con vistas a proporcionar una celula solar en la que el hueco se pueda extraer facilmente de la parte de la estructura cuantica dispuesta en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i, la capa p esta constituida preferentemente por el semiconductor que tiene una banda prohibida que esta entre la banda prohibida del primer semiconductor y la del segundo semiconductor. Desde el mismo punto de vista, la capa n esta constituida preferentemente por el semiconductor que tiene una banda prohibida que esta entre la banda prohibida del primer semiconductor y la del segundo semiconductor.
Ademas, en la descripcion anterior relacionada con la celula solar de la presente invencion, se ha mostrado la realizacion en la que la parte de la estructura cuantica es el punto cuantico, a la cual no se limita la celula solar de la presente invencion. La celula solar de la presente invencion puede tener una realizacion en la que se utilice un pozo
cuantico o un hilo cuantico en la capa i. Cuando se utiliza el hilo cuantico como la parte de estructura cuantica de la presente invencion, por ejemplo, se puede mostrar mediante la seccion transversal similar a la de la figura 1 una celula solar en la que el hilo cuantico esta dispuesto en la capa i de tal modo que la direccion axial del hilo cuantico se cruza con la direccion de la corriente/tension electrica de la capa i. En la presente invencion, cuando se utiliza el 5 hilo cuantico como la parte de la estructura cuantica, el material y la estructura para constituir el hilo cuantico no estan limitados particularmente; se puede utilizar un hilo cuantico conocido, tal como nanotubo de carbono. Adicionalmente, cuando se utiliza el pozo cuantico como la parte de la estructura cuantica, el pozo cuantico se puede disponer de la misma manera que la capa humeda 31c de la celula solar 30 y de la celula solar 70.
Tal como se ha visto anteriormente, se ha descrito un caso en el que la presente invencion se aplica a una celula 10 solar; sin embargo, la aplicacion del dispositivo de conversion fotoelectrica de la presente invencion no se limita a la celula solar. La presente invencion se puede aplicar asimismo a otros dispositivos de conversion fotoelectrica, tal como un dispositivo de fotodeteccion.
Aplicabilidad industrial
El dispositivo de conversion fotoelectrica de la presente invencion puede ser utilizado, por ejemplo, para una fuente 15 de energfa de vehnculos electricos y un sistema fotovoltaico.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo de conversion fotoelectrica que comprende: una capa p;
    una capa n;
    una capa i dispuesta entre la capa p y la capa n; un primer electrodo conectado a la capa p; y un segundo electrodo conectado a la capa n;
    en el que la capa i comprende: una capa de pared constituida por un primer semiconductor; y
    una parte de estructura cuantica constituida por un segundo semiconductor y dispuesta en la capa de pared;
    una banda prohibida del primer semiconductor es mas ancha que la del segundo semiconductor;
    esta contenida una impureza de tipo p en una zona en el lado de la capa n de la capa i, y/o esta contenida una impureza de tipo n en una zona en el lado de la capa p de la capa i;
    en el caso de contener la impureza de tipo p en la zona del lado de la capa n de la capa i, cuando la concentracion de la impureza de tipo p que puede estar contenida en el centro de la capa i en una direccion del grosor de la misma se define como Cp1, y la concentracion de la impureza de tipo p contenida en la zona del lado de la capa n de la capa i se define como Cp2, se satisface la relacion Cp1<Cp2; y
    en el caso de contener la impureza de tipo n en la zona del lado de la capa p de la capa i, cuando la concentracion de la impureza de tipo n que puede estar contenida en el centro de la capa i en una direccion del grosor de la misma se define como Cn1, y la concentracion de la impureza de tipo n contenida en la zona del lado de la capa p de la capa i se define como Cn2, se satisface la relacion Cn1<Cn2.
  2. 2. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 1, en el que la impureza de tipo p esta contenida en una parte extrema del lado de la capa n de la capa i.
  3. 3. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 2, en el que la Cp2 y la concentracion de la impureza de tipo n en la capa n se controlan de manera que el electron se puede transferir a la capa n desde la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i mediante conduccion por efecto tunel.
  4. 4. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 3, en el que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado del segundo electrodo de la capa n es igual o menor que el nivel fundamental de la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa n de la capa i.
  5. 5. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la impureza de tipo p esta contenida en la zona del lado de la capa n de la capa i;
    esta dispuesta una capa n+ entre la capa n y el segundo electrodo;
    el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n de la capa n+ es mayor que el nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de la capa n+ de la capa n; y
    se forma un potencial triangular que tiene el nivel cuantico, en la banda de conduccion de la capa n mediante disponer la capa n+.
  6. 6. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 5, en el que el nivel cuantico formado en la banda de conduccion de la capa n es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo inferior de la banda de conduccion de la cara extrema en el lado de el segundo electrodo de la capa n+.
  7. 7. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la impureza de tipo n esta contenida en una parte extrema en el lado de la capa p de la capa i.
  8. 8. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 7, en el que la Cn2 y la concentracion de la impureza de tipo p en la capa p estan controladas de tal modo que el hueco se puede transferir a la capa p desde la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i mediante conduccion por efecto tunel.
  9. 9. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 8, en el que el nivel de ene^a en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p es igual o mayor que el nivel fundamental en la parte de la estructura cuantica contenida en la parte extrema en el lado de la capa p de la capa i.
    5 10. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la impureza de
    tipo n esta contenida en la zona del lado de la capa p de la capa i;
    esta dispuesta una capa p+ entre la capa p y el primer electrodo;
    el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el lado de la capa p de la capa p+ es menor que el nivel de energfa en el extremo superior de la banda de valencia de la cara extrema en el 10 lado de la capa p+ de la capa p; y
    se forma un potencial triangular que tiene el nivel cuantico, en la banda de valencia de la capa p mediante disponer la capa p+.
  10. 11. El dispositivo de conversion fotoelectrica segun la reivindicacion 10, en el que el nivel cuantico formado en la banda de valencia de la capa p es aproximadamente igual al nivel de energfa en el extremo superior de la banda de 15 valencia de la cara extrema en el lado del primer electrodo de la capa p+.
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