JPS58220475A - 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
- Publication number
- JPS58220475A JPS58220475A JP57103096A JP10309682A JPS58220475A JP S58220475 A JPS58220475 A JP S58220475A JP 57103096 A JP57103096 A JP 57103096A JP 10309682 A JP10309682 A JP 10309682A JP S58220475 A JPS58220475 A JP S58220475A
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- JP
- Japan
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- inp
- cell
- added
- window layer
- junction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
-
- 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
- Y02E10/547—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
本発明は、高効率のモノリシンクカスケード形太陽電池
に関するものである。 30%以上の変換効率が期待できる太陽電池として、モ
ノリシックカスケード形太陽電池が提案されている。こ
れは、同一基板上に禁止帯幅の異なる二つの太陽電池(
以下、上部セルおよび下部セルと略す)と窓層とを積層
したもので、高い変換効率を実現するためには、次の2
つの基本的条件を満足する材料系を選ぶ必要がある。 (、) 上部セルおよび下部セルの半導体の禁止帯幅
が、それぞれ、1.≦・Vおよび0.9j @Vである
とともに、窓層となる半導体の禁止帯幅が/、1〜/、
9 eVであること。 (b) 基板となる半導体と、下部セルおよび上部セ
ルならびに窓層材料との格子整合がとれていること。 しかしながら、従来は、これら一つの条件を満足する材
料系が見い出されていなかったため、高効率のモノリシ
ンク膨大VJh電池は実現されていなかった。なお、従
来、上部セルおよび下部セルについては最適禁止帯幅(
/、4*Vおよび0.91@V)を有し、基板との格子
、整合がとれる材料系としては、InP C基板) −
’InGa、A@P C下部セルフ−InAjAs (
上部セル〕の組合せが知られていた。 しかしながら、この場合には1.l〜/、9@Vの禁止
帯幅な有し、かつInPと格子整合する窓層材料が存在
しなかった。そのため、上部セル表面での光キャリアの
再結合が著しく、変換効率の向上が図れなかった。 本発明はs InPの光学的禁止帯幅が高濃度のドナ不
純物の添加により大幅に増大することに着目してなした
ものであり、このドナ不純物高濃度添加InPを窓層材
料として用いることにより、上述した一つの基本的条件
を満足する材料系を実現し。 以て高効率のモノリシックカスケード形太陽電池を提供
することを目的とするものである。 かかる目的を達成するために、本発明は、 InP基板
を有し、該InP基板上に、InPと格子整合したIn
Ga人SPあるいはAjGaInAsのpn接合層を下
部セルとして形成し、該下部セルの上にInPと格子整
合したInAJAsのpn接合層を上部セルとして積層
したモノリシンクカスケ:□、−ド形太陽電池において
、前記上部セル層の窓層材料として1周期律表Mb族元
素を高濃度に添加することにより光学的禁止帯幅を/、
6・7以上に増大させたInPを用いたことを特徴とす
る。 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 一般に、半導体に高濃度のドナ不純物やアクセプタ不純
物を添加すると、光学的禁止帯幅が増大することが知ら
れている。これは、縮退と呼ばれる現象で、フェルミ準
位が伝導帯内(n形の場合〕あるいは、充満帯内(p形
の場合ンに入るために生じるものである。この現象によ
る光学的禁止帯幅の増加量は、半導体への不純物の固溶
度によって制限され1通常の半導体では、固溶度は0.
/at%程度で、光学的禁止帯幅の増加はせいぜい0.
/〜0.コeV程度である。 最近、InPにおいて1周期律表wb族元素であるS、
8e、 T・が/ at%以上の高濃度に添加で
き、その結果%(7,jeV以上の光学的禁止帯幅の増
加が得られることが明らかにされた( y、 z。 HaWrylo : Appl、 f’hys、
Lett、 17. 1011 (/デ10)
)。 第1図に、 InPにおけるS・の添加量(at%)と
光学的禁止帯幅の増加量
に関するものである。 30%以上の変換効率が期待できる太陽電池として、モ
ノリシックカスケード形太陽電池が提案されている。こ
れは、同一基板上に禁止帯幅の異なる二つの太陽電池(
以下、上部セルおよび下部セルと略す)と窓層とを積層
したもので、高い変換効率を実現するためには、次の2
つの基本的条件を満足する材料系を選ぶ必要がある。 (、) 上部セルおよび下部セルの半導体の禁止帯幅
が、それぞれ、1.≦・Vおよび0.9j @Vである
とともに、窓層となる半導体の禁止帯幅が/、1〜/、
9 eVであること。 (b) 基板となる半導体と、下部セルおよび上部セ
ルならびに窓層材料との格子整合がとれていること。 しかしながら、従来は、これら一つの条件を満足する材
料系が見い出されていなかったため、高効率のモノリシ
ンク膨大VJh電池は実現されていなかった。なお、従
来、上部セルおよび下部セルについては最適禁止帯幅(
/、4*Vおよび0.91@V)を有し、基板との格子
、整合がとれる材料系としては、InP C基板) −
’InGa、A@P C下部セルフ−InAjAs (
上部セル〕の組合せが知られていた。 しかしながら、この場合には1.l〜/、9@Vの禁止
帯幅な有し、かつInPと格子整合する窓層材料が存在
しなかった。そのため、上部セル表面での光キャリアの
再結合が著しく、変換効率の向上が図れなかった。 本発明はs InPの光学的禁止帯幅が高濃度のドナ不
純物の添加により大幅に増大することに着目してなした
ものであり、このドナ不純物高濃度添加InPを窓層材
料として用いることにより、上述した一つの基本的条件
を満足する材料系を実現し。 以て高効率のモノリシックカスケード形太陽電池を提供
することを目的とするものである。 かかる目的を達成するために、本発明は、 InP基板
を有し、該InP基板上に、InPと格子整合したIn
Ga人SPあるいはAjGaInAsのpn接合層を下
部セルとして形成し、該下部セルの上にInPと格子整
合したInAJAsのpn接合層を上部セルとして積層
したモノリシンクカスケ:□、−ド形太陽電池において
、前記上部セル層の窓層材料として1周期律表Mb族元
素を高濃度に添加することにより光学的禁止帯幅を/、
6・7以上に増大させたInPを用いたことを特徴とす
る。 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 一般に、半導体に高濃度のドナ不純物やアクセプタ不純
物を添加すると、光学的禁止帯幅が増大することが知ら
れている。これは、縮退と呼ばれる現象で、フェルミ準
位が伝導帯内(n形の場合〕あるいは、充満帯内(p形
の場合ンに入るために生じるものである。この現象によ
る光学的禁止帯幅の増加量は、半導体への不純物の固溶
度によって制限され1通常の半導体では、固溶度は0.
/at%程度で、光学的禁止帯幅の増加はせいぜい0.
/〜0.コeV程度である。 最近、InPにおいて1周期律表wb族元素であるS、
8e、 T・が/ at%以上の高濃度に添加で
き、その結果%(7,jeV以上の光学的禁止帯幅の増
加が得られることが明らかにされた( y、 z。 HaWrylo : Appl、 f’hys、
Lett、 17. 1011 (/デ10)
)。 第1図に、 InPにおけるS・の添加量(at%)と
光学的禁止帯幅の増加量
【・V】との関係を示す。
本発明者らは、/ at%以上のS、 S・、T・を
添加したInP結晶においても、これらの不純物添加に
伴う結晶性の低下がないこと、さらに、格子定数の変化
がjXlo %以下であることを明らかにし、これが
モノリシックカスケード形太陽電池の奪層に利用できる
ことを見い出した。以下、実施例を用いて本発明の詳細
な説明する。 第一図は、 Be添加InPを窓層材料とした本発明の
モノリシックカスケード形太陽電池の断面構造の一例を
示し、ここで、lはp形InP基板1.2は内部にpn
g台なもっ(”jl ”0.1)+1.4T I”@、
l5AII層(禁止帯幅0.デjeV)から成る下部セ
ル、!゛++ はI n o、 、3AJ 6. at Amのpn
接合層で、上下セル間の電気的接続を行うトンネル接
合として働く。ダは内部にpn接合を有する”O,H”
6.41 As層(禁止帯幅/、6@V)から成る上部
セル、!は8eを/Jat%添′IJuシたInP層(
光学的禁止帯幅1.り・V)で、賦層として働く。6は
Au −Ge F)@形オーム性電極、7はAu −Z
nの裏面オーム性電極である。 これを作製するには* InP基板上の上に各層コ。 J、lおよび!を順次にエピタキシャル成長させ、最後
に、オーム性電極6および7をそれぞれInP慧層Sお
よびInP基板上に形成する。エピタキシャル成長法と
しては、液相成長法L LPR) 、気相成長法(VP
E )および分子線蒸着法(MHI )のいずれの方法
を用いてもよい。 このようにして作製したモノリンツクカスケード形太陽
電池は、toorrcW/−のAMIの太陽光下で、3
%の変換効率を示した。これは、従来得られていた最高
の効率13%を大幅に上回るものである。また、第一図
に8いて、8e添加InP窓層jのない太陽電池も同時
に作製したが、この場合の効率は75%であり、本発明
の8e添加InP窓層jが効率向上に極めて大きな効果
をもつことが確認された。なお、本実施例の3%の効率
は1反射防止膜のない状態で得られたものであり、適当
な反射防止膜を用いるとともに、トンネル接合である”
+1.HA40.4−I A−のp + n+接合層J
の特性(厚さ。 抵抗など)を改@すれば、3e%以上の効率を実現でき
る。 以上の実施例は、InF C基板入−AJGaInAs
(下部セル) −InAJAs (上部セルフ系材料
の場合についてであるが、Ink(基板) −InGa
AsP (下部セル) −InAjAl (上部セル)
糸材料についても同様の結果が得られる。またs In
P奪層jへの添加不純物としては、S・以外の他のwb
族元素8゜Teについても、添加量と光学的禁止帯幅と
の関係に多少のちがいはあるが、同様の効果を得ること
ができる。 以上説明したように1本発明のモノリシンクカスケード
形太陽電池では、基板にInPを用い、窓層として高濃
度のwb族元素を添加し、格子定数を貧化させない状態
で光学的禁止帯幅のみを増大させたInPを用いるので
あるから、下部セル、上部セルおよび窓層の禁止帯幅を
理想値に保ちつつ。 それらと基板との格子整合をとることができるので、極
めて高い置換効率を実現できるという利点がある。さら
に加えて、高S度のMb族元素な添加したInP窓層は
、その比抵抗が著しく小さいため、オーム性電極の形成
が簡単であること、またかなり薄く(〜0./μm)で
も電池の直列抵抗の増大をもたらすことがないなどの利
点もある。
添加したInP結晶においても、これらの不純物添加に
伴う結晶性の低下がないこと、さらに、格子定数の変化
がjXlo %以下であることを明らかにし、これが
モノリシックカスケード形太陽電池の奪層に利用できる
ことを見い出した。以下、実施例を用いて本発明の詳細
な説明する。 第一図は、 Be添加InPを窓層材料とした本発明の
モノリシックカスケード形太陽電池の断面構造の一例を
示し、ここで、lはp形InP基板1.2は内部にpn
g台なもっ(”jl ”0.1)+1.4T I”@、
l5AII層(禁止帯幅0.デjeV)から成る下部セ
ル、!゛++ はI n o、 、3AJ 6. at Amのpn
接合層で、上下セル間の電気的接続を行うトンネル接
合として働く。ダは内部にpn接合を有する”O,H”
6.41 As層(禁止帯幅/、6@V)から成る上部
セル、!は8eを/Jat%添′IJuシたInP層(
光学的禁止帯幅1.り・V)で、賦層として働く。6は
Au −Ge F)@形オーム性電極、7はAu −Z
nの裏面オーム性電極である。 これを作製するには* InP基板上の上に各層コ。 J、lおよび!を順次にエピタキシャル成長させ、最後
に、オーム性電極6および7をそれぞれInP慧層Sお
よびInP基板上に形成する。エピタキシャル成長法と
しては、液相成長法L LPR) 、気相成長法(VP
E )および分子線蒸着法(MHI )のいずれの方法
を用いてもよい。 このようにして作製したモノリンツクカスケード形太陽
電池は、toorrcW/−のAMIの太陽光下で、3
%の変換効率を示した。これは、従来得られていた最高
の効率13%を大幅に上回るものである。また、第一図
に8いて、8e添加InP窓層jのない太陽電池も同時
に作製したが、この場合の効率は75%であり、本発明
の8e添加InP窓層jが効率向上に極めて大きな効果
をもつことが確認された。なお、本実施例の3%の効率
は1反射防止膜のない状態で得られたものであり、適当
な反射防止膜を用いるとともに、トンネル接合である”
+1.HA40.4−I A−のp + n+接合層J
の特性(厚さ。 抵抗など)を改@すれば、3e%以上の効率を実現でき
る。 以上の実施例は、InF C基板入−AJGaInAs
(下部セル) −InAJAs (上部セルフ系材料
の場合についてであるが、Ink(基板) −InGa
AsP (下部セル) −InAjAl (上部セル)
糸材料についても同様の結果が得られる。またs In
P奪層jへの添加不純物としては、S・以外の他のwb
族元素8゜Teについても、添加量と光学的禁止帯幅と
の関係に多少のちがいはあるが、同様の効果を得ること
ができる。 以上説明したように1本発明のモノリシンクカスケード
形太陽電池では、基板にInPを用い、窓層として高濃
度のwb族元素を添加し、格子定数を貧化させない状態
で光学的禁止帯幅のみを増大させたInPを用いるので
あるから、下部セル、上部セルおよび窓層の禁止帯幅を
理想値に保ちつつ。 それらと基板との格子整合をとることができるので、極
めて高い置換効率を実現できるという利点がある。さら
に加えて、高S度のMb族元素な添加したInP窓層は
、その比抵抗が著しく小さいため、オーム性電極の形成
が簡単であること、またかなり薄く(〜0./μm)で
も電池の直列抵抗の増大をもたらすことがないなどの利
点もある。
第1図はInPにおけるSe添加量と光学的禁止帯幅の
増加凰との関係ケ示す特性曲線図、第2図は本発明のモ
ノリンツクカスケード形太陽電池の一実施例を示す断面
図である。 l・・・p形InP基板、 コ・・・内部にpn接合をも”:) (Alo、 2
龜o、s )0.47”0.58八一層(下部セル〕。 3=・In0.511 AIo、 47 Allのp+
n+接合層(トンネル接合)、 ダ・・・内部にpn接合を有するIns、ss Ajo
、atハ層(上部セル)。 j−Beを/、jat%添加したInP窓層、6・・・
Au”Goの櫛形オーム性電極、7・・・Au −Zn
の裏面オーム性電極。 特許出願人 日本電信電話公社
増加凰との関係ケ示す特性曲線図、第2図は本発明のモ
ノリンツクカスケード形太陽電池の一実施例を示す断面
図である。 l・・・p形InP基板、 コ・・・内部にpn接合をも”:) (Alo、 2
龜o、s )0.47”0.58八一層(下部セル〕。 3=・In0.511 AIo、 47 Allのp+
n+接合層(トンネル接合)、 ダ・・・内部にpn接合を有するIns、ss Ajo
、atハ層(上部セル)。 j−Beを/、jat%添加したInP窓層、6・・・
Au”Goの櫛形オーム性電極、7・・・Au −Zn
の裏面オーム性電極。 特許出願人 日本電信電話公社
Claims (1)
- InP基板を有し、該InPJi板上に、InPと格子
整合したInGaA@PあるいはAJGaI′nAaの
pn接合層を下部セルとして形成し、該下部セルの上に
InPと格子整合したInAjAsのpn接合層を上部
セルとして積層したモノリシンクカスケード形太陽電池
においてS@記上部セル層の窓層材料として、周期律表
Mb族元素を高濃匿に添加することにより光学的禁止帯
幅を八6・1以上に増大させたInPを用いたことを特
徴とするモノリンンクヵス゛ケート形太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57103096A JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP57103096A JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58220475A true JPS58220475A (ja) | 1983-12-22 |
| JPS6258674B2 JPS6258674B2 (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=14345097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57103096A Granted JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58220475A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2581797A1 (fr) * | 1985-05-08 | 1986-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | Dispositif semi-conducteur pour la conversion de la lumiere en electricite |
| JP2014531771A (ja) * | 2011-09-30 | 2014-11-27 | マイクロリンク デバイシズ,インコーポレーテッド | エピタキシャルリフトオフを用いた薄膜inpベースの太陽電池 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6455069U (ja) * | 1987-10-02 | 1989-04-05 |
-
1982
- 1982-06-17 JP JP57103096A patent/JPS58220475A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2581797A1 (fr) * | 1985-05-08 | 1986-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | Dispositif semi-conducteur pour la conversion de la lumiere en electricite |
| US4681982A (en) * | 1985-05-08 | 1987-07-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Light-electricity conversion semiconductor device |
| JP2014531771A (ja) * | 2011-09-30 | 2014-11-27 | マイクロリンク デバイシズ,インコーポレーテッド | エピタキシャルリフトオフを用いた薄膜inpベースの太陽電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6258674B2 (ja) | 1987-12-07 |
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