JPH0410577A - GaAs系太陽電池の製造方法 - Google Patents

GaAs系太陽電池の製造方法

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JPH0410577A
JPH0410577A JP2113153A JP11315390A JPH0410577A JP H0410577 A JPH0410577 A JP H0410577A JP 2113153 A JP2113153 A JP 2113153A JP 11315390 A JP11315390 A JP 11315390A JP H0410577 A JPH0410577 A JP H0410577A
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JP
Japan
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epitaxial layer
gaas
electrode
type
solar cell
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JP2113153A
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English (en)
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Youhei Otogi
洋平 乙木
Tsunehiro Unno
恒弘 海野
Shoji Kuma
隈 彰二
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は太陽電池、特にGaAs系エピタキシャル層を
有するGaAs系太陽電池に関するものである。
[従来の技術] GaAs系を用いた太陽電池は、GaAsの禁制帯幅か
太陽、電池の理想とされる1、5eVに近い1.43e
Vであることから、他の多くの太陽電池の中でも最も高
い変換効率を示す。その構造の典型的な例を第2図に示
す。
n型GaAs基板1上にn型GaAs−[−ピタキシャ
ル層2.p型GaAsエピタキンヤル層3を成長する。
このGaAsエピタキシャル層3上に更ニp型c a 
Al2A sエピタキシャル層4を成長し、その一部を
エツチングによりくし形に除去して、そこにp型GaA
sエピタキシャル層3に接触する表面電極6を取り付け
る。そして表面に反射防止膜6を被覆し、GaAs基板
1の裏面に裏面電極7を全面に取り付ける。入射した太
陽光によって、pn接合に発生した電力をp型GaAs
エピタキシャル層3上に形成した表面電極5と、基板1
下に設けた裏面電極7とを通じて取り出す。
ここで、p型Ga AρAsエピタキ/ヤル層4および
反射防止膜6を形成する理由を説明する。
まず、p型GaAsエピタキシャル層3の表面には不飽
和結合(ダングリングボンド)による表面準位が高密度
で存在するので、発生したキャリアが表面電極5に取り
込まれる前に表面で再結合し、エネルギの変換効率か著
しく低下してしまう。そこで、表面準位を消滅させ、表
面へのキャリア流出を防くため、表面近傍の小数キャリ
ア濃度を減することを目的としてp型GaAsエピタキ
シャル層3の上に上記したp型GaAρAsエピタキシ
ャル層を窓材として設ける構造がとられる。
次に、p型GaAQAsエピタキシャル層4の保護及び
入射光の反射を極力少なくすることを目的として、p型
GaALAsエピタキシャル層4上に5rsNa等の太
陽光に対し透明かつ耐久性のある材、質の薄膜、即ち上
記した反射防止膜6か設けられる。
このような構造にすることで、変換効率20%以上のG
aAs系太陽電池が得られている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、地上に到達する太陽光の波長は短波長側の0
.3μmから長波長側は数μmまである。
すなわち、太陽電池は0.3μmより長波長の光を活用
できる。しかしなから、窓材としてのGaA3Asは、
禁制帯幅を大きくするため極力Ap混晶比の高いものを
使うが(通常混晶比z08)、それでも禁制帯幅は2.
1eV(間接型、直接遷移ならば2.4ev)、波長で
0.6μm(直接遷移で0.5μm)である。それ以上
の高いエネルギをもつ光に対しては、GaAρAs窓材
のバンド間遷移による吸収のため、GaAsセルに届く
光の効率が悪くなってしまう。その結果、変換効率が落
ちる。
このためGaAffAs窓材は極力薄くするが、薄くす
ると、表面へ流出するキャリアが増え、そのキャリアは
GaAl2Asの表面準位によって再結合してしまい、
変換効率を下げることになる。
本発明の目的は、ダングリングボンドをなくすことによ
って、前記した従来技術の欠点を解消し、窓材をつけな
くても高い変換効率が得られるGaAs系太陽電池の製
造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、窓材がある場合に、窓材を極力
薄くしても、表面再結合を抑え高い変換効率が得られる
GaAs系太陽電池の製造方法を提供するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、GaAs系セル表面を硫化物を含む溶
液で処理することによりタングリングホントを無(すこ
とにある。
即ち、本発明は、太陽光が入射する側の電極を取り付け
たセル表面にGaAsあるいはGaAQAsエピタキシ
ャル層を有したセル構造をもつGaAs系太陽電池の製
造方法において、前記セル表面となるエピタキシャル層
を形成して電極を取り付けた後、このエピタキシャル層
表面を硫化物を含む溶液で処理し、さらに反射防止膜で
被覆したものである。
また、本発明は、太陽光が入射する側の電極を取り付け
たセル表面にGaAlAsより成る薄膜エピタキシャル
層を窓材として有したセル構造をもつGaAs系太陽電
池の製造方法において、前記窓材となるGaA(lAs
より成る薄膜エビタキシャル層を形成して電極を取り付
けた後、このエピタキシャル層表面を硫化物を含む溶液
で処理し、さらに反射防止膜で被覆したものである。
そして、上記硫化物を含む溶液が、(NH4)。
S、に、S、NH4H3,C5,S ” 4H,O,N
a、S、NiS、LiSの水溶液のいずれか1つまたは
2つ以上を選択的に混合した水溶液であることが好まし
い。
また、上記反射防止膜がSiOx、  S I 3Ni
pSG、TatOsのいずれかの材質から成っているこ
とが好ましい。
[作用] GaAs単体の表面準位を減少させる手段として、硫化
物で表面を処理する方法が報告されている。例えばB、
 J、 Skrommeらは、GaAs表面にNa、S
を塗布することにより、表面にAr+レーザを照射した
時のフォトルミネセンス強度が1〜3桁増加することを
報告している(App(2,phys、Lett、51
(1987)2022) 、これはGaAs表面のダン
グリングボンドがS(硫黄)と結合し、表面準位が減少
したためと考えられている。
本発明はこの処理方法に着目したものであり、この方法
を特にGaAs系太陽電池に適用したものである。
GaAlAsからなる窓材を有していない場合には、G
aAs系セル表面を硫化物を含む溶液で処理することに
よりダングリングボンドが無くなる。
また、GaAlAsからなる窓材を有している場合でも
、GaAρAs窓材表面を硫化物を含む溶液で処理する
と、GaAlAs窓材表面のダングリングボンドが無く
なる。従って、窓材を極力薄くしても表面準位による再
結合が抑制される。
[実施例コ 以下、本発明の実施例を第1図〜第3図を用いて説明す
る。
本発明の効果を確認するため、第1図、第2図第3図に
示す構造をもつ3種のGaAs系太陽電池で、本発明方
法を適用したものと、適用しないものとを製作した。こ
れらをそれぞれ、Aタイプ、Bタイプ、Cタイプと称す
る。AタイプはGaAlAs工ピタキシヤル層からなる
窓材(窓層)のないもの、Bタイプは窓層のある典型的
なもの、Cタイプはp型GaAρA s / n型Ga
AlAsというセル構造をもつ試作品である。
そして、これらを放射スペクトルAMI(AirMas
sの略で、地上で太陽が天頂にある場合の太陽光を示す
)における変換効率を調べた。いずれ゛の構造において
も、本発明方法を適用したものの方が高い変換効率を得
た。高効率となる理由はGaAs表面のダングリングボ
ンドが本実施例の処理によって削減し、表面再結合がお
きないためである。
ここで、まずAタイプ、Bタイプについて製作法の詳細
を述べる。
Siをドープしたn型GaAs基板1(キャリア濃度I
 X 10”cm−、厚さ300μm)を用い、液相成
長法(L P E)でn型GaAsエピタキシャル層2
(Siドープ、キャリア濃度2X10”cm−、厚さ3
0μm)及びp型GaAs:cピタキシャル層3(Zn
ドープ、キャリア濃度lX 10”cm−、厚さ2μm
)を成長した。
第1図に示すAタイプの場合は、太陽光が入射する側の
セル表面となるp型GaAsエピタキシャル層3上に表
面電極5を形成した。
第2図に示すBタイプの場合は、セル表面となるp型G
aAsエピタキシャル層3上にp型GaAQAsエピタ
キシャル層4(Znドープ、  A!2混晶比0.8.
キャリア濃度lXl0”cm−厚さO,1μm)を窓層
として成長した後、電極蒸着部のみGaAaAsエピタ
キシャル層4を選択的に除去し、その上に表面電極5を
形成した。p型GaAsエピタキシャル層3上の電極材
にはAu−Znを用い、選択的に蒸着した後、基板1の
襄全面にAu−Ge−N 1−Auii極材から成る裏
面電極7を蒸着し、400℃×2分N、中でアロイした
一方、第3図に示すCタイプ構造の場合は、n型GaA
s基板1上にn型GaAρAsエピタキシャル層8(S
i ドープ、AQ混晶比0,4. キャリア濃度2X 
10I7cm−、厚さ5μm)、セル表面となるp型G
aALAsエピタキシャル層9(Znドープ、AC混晶
比0.4.キャリア濃度I X 10”cm−、厚さ2
μm)を成長し、その上に表面電極5を形成した。p型
GaA12ASエピタキシャル層9上の電極材にはAu
−Znを用い、選択的に蒸着した後、基板1の裏金面に
AuGe−Ni−Au44極材からなる裏面電極7を蒸
着し、400℃×2分N!雰囲気中でアロイしたー。
このようにしてAタイプ、Bタイプ、Cタイプにそれぞ
れ電極を形成した後、HF:H,0=1=10溶液で酸
化膜を除去した。以上の工程を経たウェハをAタイプ、
Bタイプ、Cタイプそれぞれ4枚ずつ準備し、2枚はN
a、S溶液で表面を処理し、他2枚は未処理のまま反射
防止膜6 (SiOl、200人)を形成した。反射防
止膜6のNa、Sの処理は、ウェハにN a 、S水溶
液を滴下し、スピンナでウェハを回転させることにより
行った。
製造したGaAs系太陽電池の変換効率を放射スペクト
ルAM1の条件で測定した。その結果は、下表の通りで
あり、いずれの場合もN a 、S処理によって大幅に
効率が向上した。
表 (%値は平均値である) なお、上記実施例では液相成長法でエピタキシャル層を
成長した場合について述へたが、本発明はこれに限定さ
れるのもではなく、有機金属熱分解法等の気相成長法で
成長させた場合についても適用することができる。
[発明の効果] 本発明によれば次の効果を発揮する。
(1)G a A QA sの窓層を有していなくても
、GaA9As窓付構造と同等以上の効率を得ることが
できる。このため、製造プロセスが簡単であるばかつか
、安価で高効率のGaAs太陽電池を提供できる。
(2)また、GaAQAs窓付構造の場合でも、GaA
(As表面での表面再結合を減少できるので、窓材を極
力薄くしても、表面再結合を有効に抑えることかできる
ため、変換効率を更に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用したGaAρAs窓層のないGa
As系太陽電池(Aタイプ)の構造例を示す断面図、第
2図は同じく典型的なGaAs系太陽電池(Bタイプと
呼ぶ)の構造例を示す断面図、第3図は本発明を適用す
るために試作したGaA(!As太陽電池(Cタイプ)
の構造例を示す断面図である。 1はn型GaAs基板、2はn型GaAsエピタキシャ
ル層、3はp型GaAsエピタキシャル層、4 i;!
 p型G a ALA sエピタキシャル層(窓層)5
は表面電極、6は反射防止膜、7は裏面電極、8はn型
GaA(!Asエピタキシャル層、9はp型GaAQA
sエピタキシャル層である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、太陽光が入射する側の電極を取り付けたセル表面に
    GaAsあるいはGaAlAsエピタキシャル層を有し
    たセル構造をもつGaAs系太陽電池の製造方法におい
    て、 前記セル表面となるエピタキシャル層を形成して前記電
    極を取り付けた後、 このエピタキシャル層表面を硫化物を含む溶液で処理し
    、 さらに反射防止膜で被覆したことを特徴とするGaAs
    系太陽電池の製造方法。 2、太陽光が入射する側の電極を取り付けたセル表面に
    GaAlAsより成る薄膜エピタキシャル層を窓材とし
    て有したセル構造をもつGaAs系太陽電池の製造方法
    において、前記窓材となるGaAlAsより成る薄膜エ
    ピタキシャル層を形成して前記電極を取り付けた後、こ
    のエピタキシャル層表面を硫化物を含む溶液で処理し、 さらに反射防止膜で被覆したことを特徴とするGaAs
    系太陽電池の製造方法。 3、上記硫化物を含む溶液が、(NH_4)_2S、K
    _2S、NH_4HS、Cs_2S・4H_2O、Na
    _2S、NiS、LiSの水溶液のいずれか1つまたは
    2つ以上を選択的に混合した水溶液であることを特徴と
    する請求項1または2に記載のGaAs系太陽電池の製
    造方法。 4、上記反射防止膜がSiO_2、Si_3N_4、P
    SG、Ta_2O_3のいずれかの材質から成っている
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
    GaAs系太陽電池の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60157269A (ja) * 1984-01-26 1985-08-17 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> GaAs太陽電池およびその製造方法
US4751201A (en) * 1987-03-04 1988-06-14 Bell Communications Research, Inc. Passivation of gallium arsenide devices with sodium sulfide

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60157269A (ja) * 1984-01-26 1985-08-17 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> GaAs太陽電池およびその製造方法
US4751201A (en) * 1987-03-04 1988-06-14 Bell Communications Research, Inc. Passivation of gallium arsenide devices with sodium sulfide

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