JPS58162073A - モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 - Google Patents
モノリシツクカスケ−ド形太陽電池Info
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- JPS58162073A JPS58162073A JP57044662A JP4466282A JPS58162073A JP S58162073 A JPS58162073 A JP S58162073A JP 57044662 A JP57044662 A JP 57044662A JP 4466282 A JP4466282 A JP 4466282A JP S58162073 A JPS58162073 A JP S58162073A
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- Japan
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- semiconductor
- solar cell
- monolithic
- junction
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
- H10F10/142—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising multiple PN homojunctions, e.g. tandem cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発＃４は、禁止帯幅の異なる半導体のｐｎ接合を多層
に積層することにより、変換効率を高めたモノリシック
カスケード形太陽電池Ｋ１１Ｉｌするものである。
に積層することにより、変換効率を高めたモノリシック
カスケード形太陽電池Ｋ１１Ｉｌするものである。
一１ｌＩｔＩＡの半導体のｐｎ接合を用いた太陽電池の
変換動＊は、最適蒙止帯幅（約７４１・Ｖ）の半導体を
用いても、最大的Ｂ％である。その理由は、太陽光スペ
クトルのうち、半導体の禁止帯幅以上のエネルギの光は
、半導体中を透過し利用できないからである。したがっ
て、それ以上の高効率を実現するためＫは、多１１＠ｌ
の禁止帯幅のＭなる半導体を用いて太陽光スペクトルを
幅広く利用する必要がある。このような太陽電池として
％禁止帯幅の興なる半導体のｐｍ接合を同一基板上に多
層ＫＩｉ層したモノリシックカスケード形太陽電池と秤
ばれるものがある。
変換動＊は、最適蒙止帯幅（約７４１・Ｖ）の半導体を
用いても、最大的Ｂ％である。その理由は、太陽光スペ
クトルのうち、半導体の禁止帯幅以上のエネルギの光は
、半導体中を透過し利用できないからである。したがっ
て、それ以上の高効率を実現するためＫは、多１１＠ｌ
の禁止帯幅のＭなる半導体を用いて太陽光スペクトルを
幅広く利用する必要がある。このような太陽電池として
％禁止帯幅の興なる半導体のｐｍ接合を同一基板上に多
層ＫＩｉ層したモノリシックカスケード形太陽電池と秤
ばれるものがある。
ところが、これまでに作ｌ１１８れたモノリシックカス
ケード形太陽電池の変換効率を工、理論的に予想される
ものよりも着しく低いものであった。例えば、 ＧａＡ
ｊＡｓとＧａＡｓのモノリシンクカスケード形太陽電池
では、Ｊｊ−３０ｓの置換効率が理論的に期待されるに
もかかわらず、実際の効率は１３％程匿で、 ＧａＡ−
単独の太陽電池の場合の効率ｘ襲よりも＆するかに小さ
いものであった。その原因は。
ケード形太陽電池の変換効率を工、理論的に予想される
ものよりも着しく低いものであった。例えば、 ＧａＡ
ｊＡｓとＧａＡｓのモノリシンクカスケード形太陽電池
では、Ｊｊ−３０ｓの置換効率が理論的に期待されるに
もかかわらず、実際の効率は１３％程匿で、 ＧａＡ−
単独の太陽電池の場合の効率ｘ襲よりも＆するかに小さ
いものであった。その原因は。
ＧａＡｊＡｍ層内およびＧａＡｓ層内の各ｐｍ接合部で
発生した光キャリアを有効に外ｉＢＫ取出すためのこれ
ら両層間の電気的接続機構に間朧があることに存する。
発生した光キャリアを有効に外ｉＢＫ取出すためのこれ
ら両層間の電気的接続機構に間朧があることに存する。
この間紬を纂１図により更に詳述する。ＧａＡＩＡｍ層
とＧａＡｇ＋層との間の電気的接続は、第１図に示すよ
うに、ｎ＋形ＧａＡ−基板ｌの上のＧａＡａ ＮコとＧ
ａｊｋＪＡｓ ｆ＠ Ｊとの間ＴＫ、 ＧａＡｊＡｓの
高不純物濃Ｗ接合（ｐ＋＋ｎ＋＋接合）参を形成し、こ
の接合部でのトンネル現象な利用するものであった。な
お、Ｉ ｋ”ＬＧａＡ／Ａｓ層Ｊのオーム性電極である
。十分に低抵抗で、かつ光吸収の小さいｐｍ 接合部
を実現するためＫは、不純物製置がｔｏ ｃｍ 以上
で、厚さが１０００ Ａ以下のＧａＡｊＡｓのｐ 層＃
ａおよびｎ＋＋層＋ｂｔ形成する必要がある。しかしな
がら、０１ムｌＡｓにこのような高濃度不純物な再現性
よく添加することは極めて困難であり、また、たとえ添
加されても、その上のＧａＡＪＡｓ層Ｊの成長中に添加
不純物が上下の層に拡散してしまい、その分布が極めて
広く拡がるという問題があった。このような原因のため
に１期待されるよっな藩い低抵抗のｐｔｔ 接合・は
実現され千いなかった。
とＧａＡｇ＋層との間の電気的接続は、第１図に示すよ
うに、ｎ＋形ＧａＡ−基板ｌの上のＧａＡａ ＮコとＧ
ａｊｋＪＡｓ ｆ＠ Ｊとの間ＴＫ、 ＧａＡｊＡｓの
高不純物濃Ｗ接合（ｐ＋＋ｎ＋＋接合）参を形成し、こ
の接合部でのトンネル現象な利用するものであった。な
お、Ｉ ｋ”ＬＧａＡ／Ａｓ層Ｊのオーム性電極である
。十分に低抵抗で、かつ光吸収の小さいｐｍ 接合部
を実現するためＫは、不純物製置がｔｏ ｃｍ 以上
で、厚さが１０００ Ａ以下のＧａＡｊＡｓのｐ 層＃
ａおよびｎ＋＋層＋ｂｔ形成する必要がある。しかしな
がら、０１ムｌＡｓにこのような高濃度不純物な再現性
よく添加することは極めて困難であり、また、たとえ添
加されても、その上のＧａＡＪＡｓ層Ｊの成長中に添加
不純物が上下の層に拡散してしまい、その分布が極めて
広く拡がるという問題があった。このような原因のため
に１期待されるよっな藩い低抵抗のｐｔｔ 接合・は
実現され千いなかった。
このように、従来のモノリンツクカスケード形太陽電池
で汀、各半導体層間の電気的接続のために高不純物製置
接合を用いる構造であったから、電気的接続部の抵抗が
大きく、また、高不純物濃度接合部での光吸収が無視で
きないので、変換効率を向上させることができなかった
。
で汀、各半導体層間の電気的接続のために高不純物製置
接合を用いる構造であったから、電気的接続部の抵抗が
大きく、また、高不純物濃度接合部での光吸収が無視で
きないので、変換効率を向上させることができなかった
。
そこで、本発明の目的は、上述の欠点を除去して、ａ造
が簡単で高効率のモノリンツクカスケード形太陽電池を
提供することにある。
が簡単で高効率のモノリンツクカスケード形太陽電池を
提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、各半導体層
間の電気的接続を層間に埋込んだオーム性金ＸＳにより
行５ようＫする。
間の電気的接続を層間に埋込んだオーム性金ＸＳにより
行５ようＫする。
半導体の多層膜の成長過程で、半導体層間に金属膜を埋
込むことは、従来はほとんど行われていなかった１本発
明者らは１分子−エピタキシャル法（Ｍａｉｌ法）およ
び気相エピタキシャル成長法（ＶＰＩ法）による半導体
の多層膜の成長において、金属膜を半導体層間に埋込む
ことが可能である′ことを見い出した。特に、ＭＢＩ法
が金属膜を埋込んだ多層膜の形成九適していることを明
らかにした。
込むことは、従来はほとんど行われていなかった１本発
明者らは１分子−エピタキシャル法（Ｍａｉｌ法）およ
び気相エピタキシャル成長法（ＶＰＩ法）による半導体
の多層膜の成長において、金属膜を半導体層間に埋込む
ことが可能である′ことを見い出した。特に、ＭＢＩ法
が金属膜を埋込んだ多層膜の形成九適していることを明
らかにした。
本発＃４は、このようなｆａ織の下になしたものであっ
て、半導体層間に厘込む金属として半導体に対してオー
ム性接触を形成する金属を選び、この金ＭＫよりモノリ
シンクカスケード形太陽電池（おける各半導体層間の電
気的接続を行うようＫｊる。
て、半導体層間に厘込む金属として半導体に対してオー
ム性接触を形成する金属を選び、この金ＭＫよりモノリ
シンクカスケード形太陽電池（おける各半導体層間の電
気的接続を行うようＫｊる。
以下に図面を参照して本発明を説明する。
本発明によるＧａＡＪＡｍとＧａＡｓのモノリシンクカ
スケード形太陽電池の実施例を第２図に示す。ここて、
ｌＩ＆ｌ ＧｍＡｍ基板、／Ｊ ｋ’ｓ基板／／上に配
置したＧａＡｓ層、／ＪはＧａＡｓ層１２上に配置した
ＧａＡＪＡｍ層。
スケード形太陽電池の実施例を第２図に示す。ここて、
ｌＩ＆ｌ ＧｍＡｍ基板、／Ｊ ｋ’ｓ基板／／上に配
置したＧａＡｓ層、／ＪはＧａＡｓ層１２上に配置した
ＧａＡＪＡｍ層。
１５はＧａＡＪＡｓ Ｎ／３のオーム性電極、／４ｔＸ
層／２と１３との間に配置した埋込みｋｌ膜である。な
お％実際の太陽電池では、ＧａＡｊＡｓ層１３の上に、
４階として、禁止帯幅の大きいＧａＡＪＡｍ層が形成さ
れるが、これは、本発明の説明においては本質的なもの
でないので、省略する。
層／２と１３との間に配置した埋込みｋｌ膜である。な
お％実際の太陽電池では、ＧａＡｊＡｓ層１３の上に、
４階として、禁止帯幅の大きいＧａＡＪＡｍ層が形成さ
れるが、これは、本発明の説明においては本質的なもの
でないので、省略する。
第一図の太陽電池をＭＢＩｉ法によって製造する場合の
工程について説明する。まず、鏡面研磨したＧａＡｍ基
板／／上に、内＠ＶＣｐ＊接合を有するＧａＡｓ層／２
を形成する１次に、 ＧａｌＳ層）λ上に、材質がＴ＆
で所定のバター／を有する金属マスクを用（・て、Ａｉ
膜１６を形成する。さらに、金属マスクのない状態で、
内部ＫＰＩＩＩＩ合を有するＧａＡｊＡｓ層／３を形成
する。最後に、上記の金属マスクを用いて、Ａｌ展／４
のパターンに重なる位置にオーム性′シ極１５を形成す
る。
工程について説明する。まず、鏡面研磨したＧａＡｍ基
板／／上に、内＠ＶＣｐ＊接合を有するＧａＡｓ層／２
を形成する１次に、 ＧａｌＳ層）λ上に、材質がＴ＆
で所定のバター／を有する金属マスクを用（・て、Ａｉ
膜１６を形成する。さらに、金属マスクのない状態で、
内部ＫＰＩＩＩＩ合を有するＧａＡｊＡｓ層／３を形成
する。最後に、上記の金属マスクを用いて、Ａｌ展／４
のパターンに重なる位置にオーム性′シ極１５を形成す
る。
ＧａＡｓ層／２とＧａＡｊＡｍ層１３との間に埋込んだ
Ａｊ験／４４２ 、 ＧａＡｓ層１２のｐ形餉城とＧａ
ＡｊＡｍ層／３のｎ影領域の双方に対してオーム性接触
を形成するので、 ＧａＡｓ層ｌλのｐ影領域で発生し
たホール電流とＧａＡｊＡａ層／ｊ ｆ） ｍ影領域で
発生した電子電流を短絡する０丁なわち、このム４膜／
６により、ＧａＡｓ層／２のｐｍ接合とＧａＡＪＡｓ層
１３のｐｍ接合との良好な電気的接続を行うことができ
る。こりよ５に作製した本発明モノリシンクカスケード
形太陽電池に工、ＡＭ （ａｉｒ １１１ａｍｓ ）
０の太陽光下で３％の変換効率配水し、従来のものに比
べて極めて優れていることがＷＡ紹された。
Ａｊ験／４４２ 、 ＧａＡｓ層１２のｐ形餉城とＧａ
ＡｊＡｍ層／３のｎ影領域の双方に対してオーム性接触
を形成するので、 ＧａＡｓ層ｌλのｐ影領域で発生し
たホール電流とＧａＡｊＡａ層／ｊ ｆ） ｍ影領域で
発生した電子電流を短絡する０丁なわち、このム４膜／
６により、ＧａＡｓ層／２のｐｍ接合とＧａＡＪＡｓ層
１３のｐｍ接合との良好な電気的接続を行うことができ
る。こりよ５に作製した本発明モノリシンクカスケード
形太陽電池に工、ＡＭ （ａｉｒ １１１ａｍｓ ）
０の太陽光下で３％の変換効率配水し、従来のものに比
べて極めて優れていることがＷＡ紹された。
ところで、半導体層間に堀込む金属としては。
半導体とのオーム性接触の形成の観点ｐ・ら選択される
から、当然、半導体とは結晶構造や格子定数のＩＪ４な
った金属が用いられるのが一般的である。
から、当然、半導体とは結晶構造や格子定数のＩＪ４な
った金属が用いられるのが一般的である。
したがって、傘属展の直上−に成長する半導体装置内部
に汀、転位などの欠陥の発生や、あるいは半導体が多結
晶化することが予想される。しかしながら、埋込んだ金
属膜が占める面Ｍは、太陽電池の全受光面構の７０％以
下であるため、金属股上のかかる結晶性の低下は、太陽
電池の変換効率の低下に重要な影響配与えるものではな
い。
に汀、転位などの欠陥の発生や、あるいは半導体が多結
晶化することが予想される。しかしながら、埋込んだ金
属膜が占める面Ｍは、太陽電池の全受光面構の７０％以
下であるため、金属股上のかかる結晶性の低下は、太陽
電池の変換効率の低下に重要な影響配与えるものではな
い。
もしも、わずかな変換効率の低下が問題になる場合には
、第１図の場合のように、埋込みＡＩ膜／６をＧａＡｊ
Ａｍ層／３のオーム性電極１５の真下に形成丁ればよい
。ＧａＡｊＡｍ層／３のうち、オーム性電極／Ｓの真下
の領域はこのオーム性電極／Ｓの隙となって太陽光が入
射しない領域である。すなわち、Ａｊ ＠ ／４の有無
にかかわらず、光キャリアの発生のない領域であるため
、第１図のような構造にすれば、この領域の結晶性の低
下が変換効率の低下の新たな原因になることはない。
、第１図の場合のように、埋込みＡＩ膜／６をＧａＡｊ
Ａｍ層／３のオーム性電極１５の真下に形成丁ればよい
。ＧａＡｊＡｍ層／３のうち、オーム性電極／Ｓの真下
の領域はこのオーム性電極／Ｓの隙となって太陽光が入
射しない領域である。すなわち、Ａｊ ＠ ／４の有無
にかかわらず、光キャリアの発生のない領域であるため
、第１図のような構造にすれば、この領域の結晶性の低
下が変換効率の低下の新たな原因になることはない。
以上の説明を工、埋込み金属としてＡｊを用（・たＧａ
ＡＪＡｓ −Ｇ＆Ａｌモノリンツクカスケード形太陽電
池に関するものであるが、半導体の材料糸によっては、
一種類の金属で二ｌ１ｉＩｌの半導体に対してオーム性
接触を形成するのが困難な場合が多い、そのような場合
には、上下の各々の半導体層に対してオーム性接触を形
成する二種類の金属を積層して用いればよい。例えば、
ｎ形半導体層に対して＆工、８量や８ｎ、ｐ形半導体層
に対してはｚ！１やＭｇ等を使用する半導体との関係で
選択できる。
ＡＪＡｓ −Ｇ＆Ａｌモノリンツクカスケード形太陽電
池に関するものであるが、半導体の材料糸によっては、
一種類の金属で二ｌ１ｉＩｌの半導体に対してオーム性
接触を形成するのが困難な場合が多い、そのような場合
には、上下の各々の半導体層に対してオーム性接触を形
成する二種類の金属を積層して用いればよい。例えば、
ｎ形半導体層に対して＆工、８量や８ｎ、ｐ形半導体層
に対してはｚ！１やＭｇ等を使用する半導体との関係で
選択できる。
以上Ｕｔ明したように、本発明によれば、各半導体層間
の電気的接続を半導体層間に埋込んだオーム性金属を用
いて行うことによって、簡単な構造で、＾い変換効率を
有するモノリシックカスケード形太陽電池を実現するこ
とができる。
の電気的接続を半導体層間に埋込んだオーム性金属を用
いて行うことによって、簡単な構造で、＾い変換効率を
有するモノリシックカスケード形太陽電池を実現するこ
とができる。
第１図は従来のＧａＡＪＡｓ −Ｇ凰Ａｍモノリシンク
カスケード形太陽電池の構造の一例を示す模式的１９Ｔ
向図％第λ図は本発明のＧａＡＪＡｓ −ＧａＡ易モノ
リシックカスケード形太陽電池の構造の一例を示す模式
的断面図である。 ／、 ／／ −−−ＧａＡｍ基板、 コ、 ／２−
ＧａＡｓ層。 Ｊ、 ／ｊ −ＧａＡｊＡｓ層ｂ ４’ −Ｇａ
ＡｊＡａの高濃度不純物接合（ｐ＋＋ｎ＋＋接合）、 ４（ａ ・＝ ｐ＋＋ −ＧａＡｊＡｓ 、
４１ｂ −＝ ｎ” −ＧａＡｊＡｍ
、／ｓ−ＧａＡｊＡｍ層３０オ一層性０オーム性電極
埋込みｈｉｍ。 特許出願人 日本電信電話公社
カスケード形太陽電池の構造の一例を示す模式的１９Ｔ
向図％第λ図は本発明のＧａＡＪＡｓ −ＧａＡ易モノ
リシックカスケード形太陽電池の構造の一例を示す模式
的断面図である。 ／、 ／／ −−−ＧａＡｍ基板、 コ、 ／２−
ＧａＡｓ層。 Ｊ、 ／ｊ −ＧａＡｊＡｓ層ｂ ４’ −Ｇａ
ＡｊＡａの高濃度不純物接合（ｐ＋＋ｎ＋＋接合）、 ４（ａ ・＝ ｐ＋＋ −ＧａＡｊＡｓ 、
４１ｂ −＝ ｎ” −ＧａＡｊＡｍ
、／ｓ−ＧａＡｊＡｍ層３０オ一層性０オーム性電極
埋込みｈｉｍ。 特許出願人 日本電信電話公社
Claims (1)
- 禁止帯幅の異なる半導体のｐｎ＊合を多層に積層した構
造のモノリシンクカスケード形太陽電池において、前記
ｐｎ接合の各々を形成する半導体層間にオーム性金属を
埋込んで各ｐｎ１ｉｉ！合間の電気的接続を行うように
したことを特徴とするモノリシンクカスケード形太陽電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57044662A JPS58162073A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57044662A JPS58162073A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58162073A true JPS58162073A (ja) | 1983-09-26 |
| JPS6257271B2 JPS6257271B2 (ja) | 1987-11-30 |
Family
ID=12697652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57044662A Granted JPS58162073A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58162073A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009141331A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5544793A (en) * | 1978-09-25 | 1980-03-29 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
| JPS5633889A (en) * | 1979-08-28 | 1981-04-04 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
-
1982
- 1982-03-23 JP JP57044662A patent/JPS58162073A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5544793A (en) * | 1978-09-25 | 1980-03-29 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
| JPS5633889A (en) * | 1979-08-28 | 1981-04-04 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009141331A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6257271B2 (ja) | 1987-11-30 |
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