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特表2022-551624薄膜太陽電池の改良型超格子構造体

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-12

(54)【発明の名称】薄膜太陽電池の改良型超格子構造体

(51)【国際特許分類】

H01L 31/0352 20060101AFI20221205BHJP

H01L 29/06 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 342A

H01L29/06 601N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022521163

(86)(22)【出願日】2020-08-17

(85)【翻訳文提出日】2022-06-02

(86)【国際出願番号】 IL2020050904

(87)【国際公開番号】W WO2021070169

(87)【国際公開日】2021-04-15

(31)【優先権主張番号】62/911,646

(32)【優先日】2019-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522139039

【氏名又は名称】アーベル・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＲＢＥＬＬＥＮＥＲＧＹＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アーベル，マタン

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151AA01

5F151AA08

5F151AA09

5F151CB11

5F151DA13

5F151FA02

(57)【要約】

薄膜太陽電池のための超格子構造体。超格子構造体は、ナノ結晶による複数の重畳された層を備え、太陽放射線により照射されると前記層に渡って電子の流れを発生するように構成される。層の各々は、略同一のサイズおよび形状を有するナノ結晶のアレイを備え、かつ、前記層の各々のナノ結晶は、他の層のナノ結晶とは異なるサイズおよび／または異なる形状を有する。前記層は、超格子構造体が異方性であるような順序でソートされる。
本発明は、超格子構造体を備える薄膜太陽電池、および超格子構造体を作製するための方法にも関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

薄膜太陽電池のための超格子構造体であって、前記超格子構造体は、ナノ結晶の複数の重畳された層を備えていて、太陽放射線により照射されると前記層に渡って電子の流れを発生するように構成され、前記層の各々は、略同一のサイズおよび形状を有するナノ結晶のアレイを備え、
かつ、前記層の各々の前記ナノ結晶は、他の層のナノ結晶とは異なるサイズおよび／または異なる形状を有し、
前記層は、前記超格子構造体が異方性であるような順序でソートされる、超格子構造体。

【請求項2】

前記超格子構造体は、導電性が必要とされる横方向に沿って異方性である、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項3】

前記層は、前記ナノ結晶のサイズにより、導電性が必要とされる横方向に沿って昇順または降順でソートされる、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項4】

前記層は、
－第１の形状を有するナノ結晶を備える、第１のタイプの層と、
－前記第１の形状とは異なる第２の形状を有するナノ結晶を備える、第２のタイプの層と、を備え、
前記第１のタイプの層は、前記第２のタイプの層と互い違いにされる、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項5】

前記ナノ結晶は、エネルギー的および機械的アラインメントの双方を有するような方法で、前記層内の予め決められた位置に固定される、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項6】

前記ナノ結晶は、下記の材料：
ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、
のうちの１つまたはそれ以上で製造される、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項7】

前記ナノ結晶は、下記の材料：ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅのうちの１つまたはそれ以上で製造される、請求項１に記載の超格子構造体。

【請求項8】

先行する請求項のいずれかに記載の超格子構造体を備える薄膜太陽電池であって、前記超格子構造体は、第１の導体接点と第２の導体接点との間に置かれ、前記層は、前記ナノ結晶のサイズにより昇順で前記第１の導体接点から前記第２の導体接点に向かってソートされ、よって、前記電子は、前記横方向に沿って前記第２の導体接点に向かって流れる、薄膜太陽電池。

【請求項9】

薄膜太陽電池の超格子構造体を製造するための方法であって、少なくとも、
ａ．第１の形状および第１のサイズを有する第１のナノ結晶のアレイを備える第１の層を堆積させるステップと、
ｂ．前記第１の層上に、第２の形状および第２のサイズを有する第２のナノ結晶のアレイを備える第２の層を堆積させるステップであって、前記第２の形状は、前記第１の形状とは異なり、かつ／または、前記第２のサイズは、前記第１のサイズとは異なる、堆積させるステップと、
ｃ．前記第２の層上に、前記第１の形状および第３のサイズを有する第３のナノ結晶のアレイを備える第３の層を堆積させるステップと、
ｄ．前記第３の層上に、前記第２の形状および第４のサイズを有する第４のナノ結晶のアレイを備える第４の層を堆積させるステップと、を含む方法。

【請求項10】

前記第３のサイズは、前記第１のサイズより大きく、かつ前記第４のサイズは、前記第２のサイズより大きい、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第２の形状は、前記第１の形状とは異なる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の形状および前記第２の形状は、同一である、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記第１のサイズは、前記第２のサイズより大きく、前記第２のサイズは、前記第３のサイズより大きく、前記第３のサイズは、前記第４のサイズより大きい、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１のサイズ、前記第２のサイズ、前記第３のサイズおよび前記第４のサイズは、同一であり、かつ前記第２の形状は、前記第１の形状とは異なる、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

明細書本文
本発明は、薄膜太陽電池のための超格子構造体、超格子構造体を備える薄膜太陽電池、および超格子構造体を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
既知であるように、太陽電池、すなわち光電池は、光のエネルギーを光起電力効果によって電気へと直に変換するデバイスである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

太陽電池の最も関連性の高い特性は、その効率、すなわち、太陽電池により電気に変換されることが可能な太陽光放射線形態のエネルギー部分にある。

【0004】

第１世代の太陽電池－従来の伝統的な電池またはウェーハベースの電池とも呼ばれる－は、通常、結晶シリコンで製造され、より正確には、ポリシリコンおよび単結晶シリコンなどの材料を含む。個々の従来的太陽電池は、一般に、組み合わされて、別段でソーラーパネルとして知られるモジュールを形成する。

【0005】

これらのシリコン系太陽電池は、競争力のあるコストで比較的高い効率（エネルギー変換効率に関して）を提供し、よって、今日でも商業的に優勢である。

【0006】

最新技術において、単一のｐ－ｎ接合を用いる従来のシリコン系太陽電池は、最大効率約３０％を有する。

【0007】

単一のｐ－ｎ接合を用いるこれらの従来のシリコン系太陽電池は、「ショックレー－クワイサー限界」として知られる理論上の最大効率、３３％～３４％を有することが知られている。

【0008】

また、より高い効率限界を有する多接合太陽電池も知られているが、それらは、極めて高価であって製造も容易ではなく、それらのより高い複雑さおよび製造価格により、その用途は、特殊な役割に、具体的には、それらの高いパワーウエート・レシオが望まれる航空宇宙に限定されている。

【0009】

上述の効率限界に加えて、シリコン系太陽電池は、特に多用性、重量およびサイズ、生産速度、ならびに柔軟性などの特徴に関連して他の制限を有する。

【0010】

やがて、一般に薄膜太陽電池として知られる第２世代の太陽電池が開発された。
既知の薄膜太陽電池は、通常、ガラス、プラスチックまたは金属などの基板上に光起電力材料の１つまたは複数の薄層または薄膜（ＴＦ）を堆積させることによって製造される。薄膜は、通常、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）およびアモルファス薄膜シリコン（ａ－Ｓｉ、ＴＦ－Ｓｉ）などの材料を含む。

【0011】

薄膜太陽電池は、膜厚が数ナノメートル（ｎｍ）～何十マイクロメートル（μｍ）と変わり、よって、従来のシリコン系太陽電池より遙かに薄い。これにより、薄膜太陽電池は、結晶シリコン太陽電池よりフレキシブルで、より軽量となり、よって多用性もより高い。さらに、これらの既知の薄膜太陽電池は、従来の結晶シリコン太陽電池より安価である。

【0012】

たとえば、今日、薄膜太陽電池は、建物一体型太陽光発電において、かつ、窓に積層されることが可能な半透明の光起電力グレージング材料として、一般的に使用されている。

【0013】

しかしながら、最新技術において、薄膜太陽電池は、従来の結晶シリコン太陽電池より効率が悪い。

【0014】

実際に、この既知の薄膜太陽電池は、最大効率が約１０％である。
最近では、薄膜太陽電池に吸収性光起電力材料として使用されることが可能な新規材料が研究されていて、その中に超格子構造体がある。

【0015】

既知であるように、言及している超格子は、「量子ドット」または「量子ワイヤ」としても知られる数ナノメートルサイズの半導体粒子であるナノ結晶のアレイを備える、周期構造体である。より精確には、こうしたナノ結晶は、その製造材料である物質のボーア半径より小さいサイズを有し、よって、量子効果に起因する特異な光学的および電子的特性を有する。

【0016】

既知の技術によれば、光起電性の超格子は、ナノ結晶が実際にはシャッフルされている等方性構造である。

【0017】

理論上は極めて有望なものであるが、これまでに開発されているこれらの光起電性の超格子は、商業用途において有用であるに足る効率にまで達していない。

【0018】

実際のところ、最新技術において、吸収性光起電力材料として超格子を有するこの既知の薄膜太陽電池の最大効率は、約８％～１２％である。

【課題を解決するための手段】

【0019】

発明の概要
本発明の意図は、上記の技術的課題を解決し、背景技術の欠点を取り除きかつ制限事項を克服して、従来技術より改善された効率を有する薄膜太陽電池を提供することにある。

【0020】

この意図の範囲内で、本発明の１つの目的は、競争力のあるコストで容易に製造される薄膜太陽電池を提供することにある。

【0021】

さらに、本発明の１つの目的は、高い多用性の薄膜太陽電池を提供することにある。
本発明の別の目的は、既知の解決策の代替案をも提供することにある。

【0022】

この意図、ならびにこれらの目的および以後でより明らかとなる他の目的は、薄膜太陽電池のための超格子構造体によって達成され、前記超格子構造体は、ナノ結晶の複数の重畳された層を備えていて、太陽放射線により照射されると前記層に渡って電子の流れを発生するように構成され、
前記層の各々は、略同一のサイズおよび形状を有するナノ結晶のアレイを備え、
かつ、前記層の各々のナノ結晶は、他の層のナノ結晶とは異なるサイズおよび／または異なる形状を有し、
前記層は、前記超格子構造体が異方性であるような順序でソートされる。

【0023】

この意図およびこれらの目的は、請求項８に記載の薄膜太陽電池によっても達成される。

【0024】

この意図およびこれらの目的は、請求項９に記載の超格子構造体を製造するための方法によっても達成される。

【0025】

図面の簡単な説明
本発明の上述の、ならびにさらなる特徴および利点は、添付の図面に非限定的な例として示される、本発明による超格子構造体の、および超格子構造体を含む薄膜太陽電池の好ましい、但し排他的でない実施形態に関する以下の説明からより明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明による薄膜太陽電池の略図である。

【図2】本発明による超格子構造体の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

上記図面は、本発明の基礎を成す構造をよりよく示す目的で正確な比率を反映するものではないという理由で、略図として意図されなければならないことは、留意されるべきである。

【0028】

発明の詳細な説明
引用されている諸図を参照すると、概して参照数字１で示される薄膜太陽電池は、（図２に詳述されている）超格子構造体１０を備える。

【0029】

超格子構造体１０は、ナノ結晶２１、２２、２３、２４、２５、３１、３２、３３、３４による複数の重畳された層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを備え、以後でより明らかとなるように、太陽放射線Ｓにより照射されると前記層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅに渡って電子ｅ^－の流れを発生するように構成される。

【0030】

超格子構造体１０の図示されている非限定的な実施形態には、９つの層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｄが存在するが、層の数は、実施形態に依存して変えられることが可能である。好ましくは、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｄの数は、少なくとも２つであり、より好ましくは、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｄの数は、超格子構造体１０の厚さが０．５μｍ未満となるようなものである。

【0031】

各層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、（同一層内に）略同一のサイズおよび形状を有するナノ結晶２１～２５、３１～３５のアレイを備え、第１の層２Ａの全てのナノ結晶２１は、略同一のサイズおよび略同一の形状を有し、第２の層３Ａの全てのナノ結晶３１は、略同一のサイズおよび略同一の形状を有し、以下同様となる。

【0032】

本明細書本文および添付の特許請求の範囲における「形状」という用語が、ナノ結晶の単なる幾何学的形状（すなわち、幾何学的構造）を指すと理解されるものであって、そのサイズに関わらないという点を明記することは、有益である。

【0033】

全ての層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、導電性が必要とされる横断方向Ｙに対して垂直な平面上にある。

【0034】

言い換えれば、横方向Ｙは、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅが存在する平面に対して垂直な横断軸Ｙにより画定される方向である。

【0035】

本発明によれば、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅの各々のナノ結晶は、他の層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅのナノ結晶とは異なるサイズおよび／または異なる形状を有する。

【0036】

より精確に言えば、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、効果的には、超格子構造体１０が異方性である（すなわち、異なる方向の軸に沿って測定されると値が異なる特性を示す）ような順序でソートされる。

【0037】

さらにより精確には、超格子構造体１０は、導電性が必要とされる横方向Ｙに沿って異方性である。

【0038】

言い換えれば、超格子構造体１０は、横断方向Ｙに沿って異方性でありかつ他の直交する２方向に沿って等方性であるナノ結晶２１～２５、３１～３５より成るマトリクスに存する。この特徴の効果として、超格子構造体１０内には、電子ｅ^－が流れる選好方向（すなわち、横方向Ｙ）が存在するが、この点については、後により明らかとなるであろう。

【0039】

たとえば、図２に示す好ましい実施形態において、第１の層２Ａ、第３の層２Ｂ、第５の層２Ｃ、第７の層２Ｄおよび第９の層２Ｅ（以下、「奇数層２Ａ～２Ｅ」）のナノ結晶２１～２５は、同一形状を有するが、これらのナノ結晶は、奇数層２Ａ～２Ｅの各層毎に異なるサイズを有し、より精確には、ナノ結晶２１～２５のサイズは、横方向Ｙに沿って縮小し、第１の層２Ａのナノ結晶２１のサイズは、第３の層２Ｂのナノ結晶２２のサイズより大きく、第３の層２Ｂのナノ結晶２２のサイズは、第５の層２Ｃのナノ結晶２３のサイズより大きく、以下同様である。

【0040】

同様に、第２の層３Ａ、第４の層２Ｂ、第６の層３Ｃおよび第８の層３Ｄ（以下、「偶数層３Ａ～３Ｄ」）のナノ結晶３１～３４は、同一形状を有するが、これらのナノ結晶３１～３４は、偶数層３Ａ～３Ｄの各層毎に異なるサイズを有し、より精確には、ナノ結晶３１～３４のサイズは、横方向Ｙに沿って縮小し、第２の層３Ａのナノ結晶３１のサイズは、第４の層３Ｂのナノ結晶３２のサイズより大きく、第４の層３Ｂのナノ結晶３２のサイズは、第６の層３Ｃのナノ結晶３３のサイズより大きく、以下同様である。

【0041】

よって、概して、全ての層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、ナノ結晶２１～２５、３１～３４のサイズにより、導電性が必要とされる横方向Ｙに沿って昇順または降順でソートされる。

【0042】

実際に、１つのナノ結晶におけるエネルギーギャップ（すなわち、電子の伝導帯の底部と価電子帯の上部との間のエネルギーの差）は、ナノ結晶のサイズに反比例し、よって、本発明によれば、超格子構造体１０において、電子ｅ^－は、横方向Ｙに沿って第１の層２Ａから最後の層（本例では、第９の層２Ｅ）に向かって流れるように誘導され、逆方向には誘導されない。

【0043】

超格子構造体１０内では、ナノ結晶は、それらがエネルギーアラインメントを有するような方法で予め決められた位置に固定されることは、留意されるべきである。実際には、ナノ結晶のエネルギーギャップは、（太陽放射線Ｓの吸収により励起される）電子ｅ^－が超格子構造体１０全体を横断できるようにアラインされる。

【0044】

太陽電池１の好ましい実施形態において、超格子構造体１０は、第１の導体接点９１と第２の導体接点９２（たとえば、電極）との間に置かれ、かつ、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、ナノ結晶のサイズにより昇順で第１の導体接点９１から第２の導体接点９２に向かってソートされ、よって、電子ｅ^－は、横方向Ｙに沿って第２の導体接点９２に向かって流れる（かつ必然的に、電流ｃは、反対方向に流れる）。

【0045】

超格子構造体１０の好ましい実施形態に関して、層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、好ましくは、
－第１の形状を有するナノ結晶２１～２５を備える第１のタイプの層２Ａ～２Ｅと、
－前記第１の形状とは異なる第２の形状を有するナノ結晶３１～３４を備える第２のタイプの層３Ａ～３Ｄと、を備える。

【0046】

諸図を見れば理解され得るように、奇数層２Ａ～２Ｅは、全て第１のタイプの層２Ａ～２Ｅであり、かつ偶数層３Ａ～３Ｄは、全て第２のタイプの層であって、実際には、第１のタイプの層２Ａ～２Ｅは、規則的なパターンで第２のタイプの層３Ａ～３Ｄと互い違いにされる。

【0047】

図示されている非限定的な例において、第１の形状（すなわち、奇数層２Ａ～２Ｅのナノ結晶２１～２５の形状）は、１６面体であり、第２の形状（すなわち、偶数層３Ａ～３Ｄのナノ結晶３１～３４の形状）は、５面体である。

【0048】

他の実施形態（不図示）において、第１および／または第２の形状は異なり、たとえば、８面体、立方８面体、六角形、他．．．である。

【0049】

他の実施形態（不図示）において、全ての層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅの全てのナノ結晶２１～２５、３１～３４（すなわち、超格子構造体１０に含まれるナノ結晶２１～２５、３１～３４の全て）は、同一形状を有し、これらの実施形態では、ナノ結晶のサイズは、異なる層内で異なり、かつ好ましくは、ナノ結晶３１～３４のサイズは、横方向Ｙに沿って縮小し、第１の層のナノ結晶のサイズは、第２の層のナノ結晶のサイズより大きく、第２の層のナノ結晶のサイズは、第３の層のナノ結晶のサイズより大きく、第３の層のナノ結晶のサイズは、第４の層のサイズより大きく、以下同様である。

【0050】

さらに他の実施形態（不図示）では、全ての層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅの全てのナノ結晶２１～２５、３１～３４（すなわち、超格子構造体１０に含まれるナノ結晶２１～２５、３１～３４の全て）が略同一のサイズを有し、ナノ結晶の形状のみが（横方向Ｙに沿って）変わる。

【0051】

よって、超格子構造体１０内では、ナノ結晶２１～２５、３１～３４は、それらが形状方向のアラインメントを有するような方法で予め決められた位置に固定されることは、留意されるべきである。

【0052】

より詳細には、ナノ結晶２１～２５、３１～３４の形状および方向づけは、ナノ結晶２１～２５、３１～３４がエネルギーアラインメントだけでなく機械的アラインメントも有するように規定される。

【0053】

さらにより詳細には、ナノ結晶２１～２５、３１～３４の形状および方向づけは、ナノ結晶２１～２５、３１～３４の幾何学的形状に起因する、ナノ結晶２１～２５、３１～３４の各々と、横方向Ｙに沿って隣接する複数のナノ結晶２１～２５、３１～３４との間のエネルギー障壁を最小にするように選択され、よって、電子ｅ^－は、横方向Ｙに沿って最後の層（本例では第９の層２Ｅ）から第１の層２Ａに向かって流れるようにさらにいっそう誘導される。

【0054】

機械的アラインメントは、層を、幾何学的互換性があるように、すなわち、最上層が最下層に嵌合してナノ結晶同士が互いに安定されるように、調整することにより達成される。

【0055】

最終的に、これらの好ましい実施形態において、ナノ結晶２１～２５、３１～３４は、エネルギー的および機械的アラインメントの双方を有するような方法で、前記層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅ内の予め決められた位置に固定される。

【0056】

効果的には、ナノ結晶２１～２５、３１～３４間のギャップおよび接続部は、ナノ結晶２１～２５、３１～３４へ連接されるリガンド分子によって制御される。

【0057】

このようなエネルギー的および機械的アラインメントの相乗的組合せの結果として、超格子構造体１０内には、太陽放射線の光子の吸収の結果としてナノ結晶２１～２５、３１～３４内で励起される電子ｅ^－が、横方向Ｙにおいて第２の導体接点９２に向かって隣接するナノ結晶２１～２５、３１～３４へと「飛ぶ」（移動する）極めて高い確率が存在し、かつ、このような電子ｅ^－が、他の方向で隣接する他のナノ結晶２１～２５、３１～３４へと「飛ぶ」（移動する）極めて低い確率が存在する。

【0058】

さらに、超格子構造体１０内のナノ結晶２１～２５、３１～３４のサイズが特異であることの結果として、多励起子生成の確率（すなわち、単一光子の吸収が複数の電子の励起および放出をもたらす確率）の高まりがあり、よって、本発明による超格子構造体１０は、ショックレー－クワイサー効率限界を超えることができる。

【0059】

さらに、ナノ結晶２１～２５、３１～３４の異なる形状およびサイズは、あらゆるタイプのナノ結晶２１～２５、３１～３４が太陽放射線Ｓのスペクトルの異なる部分を吸収することから、多色応答を提供し、よって、この好ましい実施形態では、吸収効率が既知の単一接合セルより高い。

【0060】

これまでに述べた効果的な効率の組合せは全て、本発明による太陽電池の好ましい実施形態では、４０％超の効率に達することを可能にする。

【0061】

ナノ結晶２１～２５、３１～３４の組成について言えば、これらは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰなどの半導体材料で製造される。

【0062】

これらの好ましい実施形態において、ナノ結晶２１～２５、３１～３４は、以下の材料：ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅのうちの１つまたはそれ以上で製造される。

【0063】

好ましくは、全てのナノ結晶２１～２５、３１～３４は、同じ材料で製造される。
しかしながら、実施形態によっては、場合により、奇数層２Ａ～２Ｅのナノ結晶２１～２５が、第１の材料で製造されて、偶数層３Ａ～３Ｄのナノ結晶３１～３４が、前記第１の材料とは異なる第２の材料で製造され、よって、第１の材料製のナノ結晶２１～２５は、横方向Ｙに沿って規則的なパターンで第２の材料製のナノ結晶２１～２５と互い違いにされる。

【0064】

全てのナノ結晶２１～２５、３１～３４は、それらの製造材料のボーア半径より小さいサイズ（すなわち、最大寸法）を有する。

【0065】

また、本発明による超格子構造体１０は、製造が極めて容易でもある。
本発明による、薄膜太陽電池１のための超格子構造体１０の製造方法は、上述の特徴を有する一連の層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅを順に堆積するプロセスを含む。

【0066】

概して、超格子構造体１０を製造する方法は、
ａ．第１の形状および第１のサイズを有する第１のナノ結晶２１のアレイを備える第１の層２Ａを堆積させるステップと、
ｂ．前記第１の層２Ａ上に、第２の形状および第２のサイズを有する第２のナノ結晶３１のアレイを備える第２の層３Ａを堆積させるステップであって、前記第２の形状は、前記第１の形状とは異なり、かつ／または、前記第２のサイズは、前記第１のサイズとは異なる、堆積させるステップと、
ｃ．前記第２の層３Ａ上に、前記第１の形状および第３のサイズを有する第３のナノ結晶２２のアレイを備える第３の層２Ｂを堆積させるステップであって、前記第３のサイズは、好ましくは前記第１のサイズとは異なる（かつさらにより好ましくは、前記第１のサイズより大きい）、堆積させるステップと、
ｄ．前記第３の層２Ｂ上に、前記第２の形状および第４のサイズを有する第４のナノ結晶３２のアレイを備える第４の層３Ｂを堆積させるステップであって、前記第４のサイズは、好ましくは前記第２のサイズとは異なる（かつさらにより好ましくは、前記第２のサイズより大きい）、堆積させるステップと、
以下同様の、予め決められた数の層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅが達成されるまで行われる堆積させるステップと、を含む。

【0067】

これらの好ましい実施形態において、前記第２の形状は、前記第１の形状とは異なる。
他の実施形態において、前記第１の形状および前記第２の形状は同一であって、好ましくは、前記第１のサイズは、前記第２のサイズより大きく、前記第２のサイズは、前記第３のサイズより大きく、前記第３のサイズは、前記第４のサイズより大きく、以下同様である。

【0068】

前記第２の形状が前記第１の形状とは異なる実施形態の一部において、前記第１のサイズ、前記第２のサイズ、前記第３のサイズおよび前記第４のサイズは同一である（よって、全てのナノ結晶のサイズが同一である）。

【0069】

場合により、第１の層は、ＩＴＯおよびＦＴＯなどの（但しこれらに限定されない）透明な導電体上に堆積される。

【0070】

場合により、最後の層２Ｅの上に、導体接点９１（たとえば、電極）が置かれる。
層２Ａ～２Ｅ、３Ａ～３Ｅは、インクジェット技術、原子層堆積、スピンコーティング、浸漬コーティング、キャストコーティング相分離、他などの、均一かつコンフォーマルな薄膜を堆積させることができる任意の既知技術によって堆積されることが可能である。

【0071】

実施形態によっては、薄膜太陽電池１は、超格子構造体１０に加えて、他の活性層（技術上既知であるもの）を備える。

【0072】

超格子構造体、および超格子構造体を備える薄膜太陽電池の動作は、これまでに述べたことから明らかである。

【0073】

実際には、本発明による超格子構造体が、従来技術に比べて薄膜太陽電池の効率向上を可能にするという理由で、意図された目標および目的を達成することが分かっている。

【0074】

本発明による超格子構造体の別の利点は、多用性の高い薄膜太陽電池の提供を可能にすることにある。

【0075】

本発明による超格子構造体のさらなる利点は、信頼性が高く、比較的容易に、かつ競争力のあるコストで製造されることにある。

【0076】

さらに、本発明による超格子構造体は、既知のソリューションの代替案を提供する。
このようにして考案される本発明は、その全てが本発明概念の範囲に含まれる多くの変更および変形が可能であり、全ての詳細は、技術的に等価な他のエレメントでさらに置き換えられてもよい。