JPS61502020A

JPS61502020A - ソ−ラ−セルと光検出器

Info

Publication number: JPS61502020A
Application number: JP60502278A
Authority: JP
Inventors: フアン，ジヨン・シー・シー; ゲール，ロナルド・ピー
Original assignee: マサチュ−セッツ・インステチュ−ト・オブ・テクノロジ−
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-25
Publication date: 1986-09-11
Also published as: EP0179896A1; CA1222043A; WO1985005226A1; US4547622A

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】本発明はソーラーセルを含めた、光電池デバイスの分野に関する。

背景技術ノー２−セルは太陽光から直接に電気エネルギーを発生させるために開発されてきた。一般的には、これらのセルはヘテロジャンクション・デバイスまたはホモジャンクション・デバイスのいずれかとして区分できる。ヘテロジャンクションは異なる二つの半導体物質の間あるいは金属と半導体の間で形成されるものであり、あるいは金属／絶縁体／半導体のサンドイッチから形成されるものである。

ホモジャンクション・デバイスは異なる不純物でド−プして異なる電気的性質を提供する同じ半導体物質の層の間で形成されるジャンクションにのみ依存する。

これまでは、ダイレクトギャップ半導体物質を用いるホモジャンクショ／・セルは一般的には不満足な効率を示した。ダイレクトギャップ物質は第［１−ＩＶ族からの強くフォトンを吸収する半導体物質である。ホモジャンクション・ソーラーセルにおける比較的低い効率についての一つの理由はガリウム砒化物のようなダイレクトギャップ半導体物質が本質的に高い吸収係数を有するためと信じられている。例えば、ＡＭ　ｌ輻射に基づくキャリアの約半分は砒化ガリウムの表面の０．２μｍ内で発生する。それゆえ、ＧａＡｓのような物質については、それらはまた高い表面再結合速度をもつものであるが、太陽輻射によって発生したキャリアの大部分は、それらが荷電分離ジャンクションに到達する前にその頂層において再結合し、転換効率の著しい減少をひきおこす。

ヘテロフェースこの問題を克服するのに用いられてきた一つの試みは、液相エピタキシーによってＧａＡｓウエノ・−上に成長させたガリウムアルミニウム砒化物（Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓ／ＧａＡｓ）の薄い窓層（ｔｈｉｎ　ｗｉｎｄｏｗ　１ｈｙｅｒ　）の使用であった。このようなセルはへテロフェース・セルとよんでもよい。Ｇａ１−ＸＡｌＸＡｓ／ＧａＡ日界面においてはＧａＡｓ面におけるよシも再結合速度がはるかに小さいので、よし大きい転換効率が達成された。例えば、ホーベルおよびウッドオールは、エアマスｌ（ＡＭ−１）輻射に対してＧａ１−ｘＡＡ工Ａｅ／ＧａＡｓヘテロフェースで２２チに及ぶ転換効率を報告しているが、ＧａＡｓホモジャンクンヨン・ソーラーセルについては僅かに１４チまでである。ホー（ルとウラ１オールＪ、Ｍ。

の第１２回工′ｆ２ＥＥ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　５ｐｅｃｉａ’１ｉｓｔｓ　Ｃｏｎｆ−＋　１９７６（Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ。

ニューヨーク、１９７６年）、９４５頁を参照のこと。

浅型（８ｈａｌｌＯＷ　）ホモジャンクションＧ　ａ　１−ｚ　Ａ　Ｉ　Ｘ　Ａ　ｓ層を完全になくする異なるセル構造方式の第二の試みはＧａＡｓ　（Ｊ、Ｃ０Ｃ，７アン、Ｃ，Ｏ，ボツラーおよびＲ，Ｌ、　＋ヤプ７７　、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　３２．　３９０　（１９７８））およびＧｅ（Ｃ，Ｏ，ボツラー、、Ｔ、Ｃ，Ｃ，７アンおよびＲ，Ｗ、−ｖツククｖランｆｊ　、　工ｎｓｔ、　Ｐｈｙｓ、　Ｃｏｎｆ、　Ｓｅｒ、　４５．４２９　（１９７９））の単結晶基板の上のＧａＡｓセルについてＡＭＩにおいて２１チはどの高い転換効率をつくり出した。この構造はｎ＋　ｐ接合（＋記号は比較的強度のド− プ水準を示す）の周りで構成される。

高度ド−プｎ＋ＧａＡｓのトップ層はきわめて浅く、一般的には０．１マイクロメートル以下の厚さであり、従って大部分のフォトンは下のメイン活性９層中に吸収される。このメイン活性９層の中でつくり出される光誘発キャリアはかくしてトップｎ＋表面中で再結合中心の大集団を回避する。この方式は、単結晶セルについて成功していて、能力の割に低コストでありかつ高転換効率を与える効率的な薄膜セルをつくるのに今用いられつつある。この構造において高い開路電圧を得るために、バックサーフェースフィーヤト・（Ｂｓｐ）がより低いｐ＋ＧａＡｓバックサーフエースレイヤー（ＢＳＬ）によって形成された。それゆえ、浅型ジャンクション構造はｎ”／ｐ／ｐ＋構造であり、二つのジャンクション、ｎ ”／ｐ電荷分離ジャンクションとｐＺｐ十電荷閉じ込めジャンクションをもつ（Ｃ，Ｏ，ボツラー、Ｒ，Ｌ、チャプマン。

Ｊ、　Ｃ，Ｃ，ファンおよびＲ，Ｗ、マツククレランド、米国特許４．２２７．９４１号（１９８０）を見よ〕。

ヘテロジャンクションソーラーセルにおける転換効率改良問題への第三の試みはジョンストンＪｒ、の米国特許３，９８２，２６５号に記載されている。

ジョンストンのデバイスにおいては、ｎ型の高バンドギャップＡＩＡθ層がｐ型の電荷分離Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層の上に沈着されて電荷分離へテロジャンクションを形成スる。

もう一つの開発がＲ，Ｃ，ミラーらのＡｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　３３７２１　（１９７８）の論文に示されている。ＧａＡｌＡｓ　光電池検出器が記載されており、四層ＱＧａＡｌＡｓ　二重へテロ構造から成り、その中で、反射防止塗膜ホール（ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　−ｃｏａｔｅｄｈｏＬｅ　）がＧａＡθ基板中にトップ面上でエツチングされ、Ｔｉ−Ｐｔの制限された面積の反射性接続（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔａｃｔ　）が底面上で与えられる。

四つのＧａＡＪＡｓ　層のアルミニウム割合はトップから底へ次のとおりに変えられる：層１□３６チ層２□２４チ層３□０チ層４□２４チ２４チのＡｌをもつ第四層すなわち底の層は１５８ｍ’Ｖ高い拡散障壁を活性領域との界面において示し、効率的に電子を反射してｐ　−ｎ　ヘテロジャンクション（層２と層３の間）４＞方へ戻して集めるといわれる。〔メルノらの、同じ構造についての、ＪｏｕｒｎａＩＡｐ　１．　Ｐｈｙｅ、　４８．３５８０（１９７７）およびラルーらのＰｒｏｃ、　１５ｔｈ　ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌａｔｉｃ　５ｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ　Ｃｏｎｆ、　２２８（１９８２）をまだ児よ〕。

この分野において広汎な活動が行なわれ、そして、ソーラーセル転換の効率的構造の酌記改良についての必要性が永年感じられてきたにもかかわらず、上述のタイプの従来法構造において得られるよりもさらに良好な転換効率をめる要望がなお存在している。１−２チの改善ですら、ソーラーセルが実際上応用できるかどうかへの実質的な要件となる。

中間層および第三のボトム層で形成される２’ｊＹ５ヤンクシヨン・セル構造から成る改良されたソーラーセルまたはフォトセルが提供される。第一層と第二層の間のジャンクションは電荷分離ジャンクションであり、その第二中間層によって規定される領域はメイン活性層から成る。第一のジャンクションは好ましくはＧａＡｓ物質で形成される浅型ホモジャンクション構造である。

第二のジャンクションはＧａＡθ／Ｇａｘ−ｘＡｌｘＡθの電荷閉じ込めヘテロジャンクションであり、式中、Ｘは約０．４２より小さい。

ｘ：０．４２から０．４５．をこえる場合にはＧａｘ−ｚＡｌｚＡｓはインダイレクト・バンドギャップ物質となり、これはバックサーフエースフィールドにおいて望ましくない影響をひきおこし、そしてまたＧａＡｄＡｓ　Ｎのド−ピングにおける困難を増加させる。

Ｇ　ａ　１−Ｘ　Ａ　ｌｘ　Ａｓ層は活性層物質より高いエネルギーギャップ（Ｅｇ）をもつ物質のバックサーフエースフィールドを形成し、すなわち、ＧａＡｓのＥｇ：　１．４３　ｅＶであり、一方、ＡｌＡｓのＥｇ’：２，２ｅＶであり、それゆえ、ＡＡ！Ａ８の添加パーセンテージは”１−ｘＡｌ工Ａ日層中でより高いエネルギーギャップをもたらす。

詳細に説明するとおり、エネルギーギャップのこの差は第二ジャンクションの電荷分離性質の著しい改善ひいてはデバイスの総括的効率の著しい改善をもたらす。

第１図は本発明によるホモ構造ＢＳＦ’をもつ浅型ホモジャンクション・ソーラーセルの第一具体化の模型図である。

第２図は各種段階のｎ＋アノ−ディック・シンニング（ａｎｏｄｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇ　）　におけるＡＭＩ照射下でのへテロ構造ＢＳＦ’セルと慣用セルについて、開路電圧を短絡電流の関数としてプロットしたものである。

第３図はへテロ構造ＢＳＦをもつＧａＡｓセルについて、光電流を電圧の関数としてプロットしたものである。

第４図は第３図のセルについての、波長の関数としての外部を子効率のプロットである。

第５図はへテロ構造バックサーフエースフィールドをもつｎ＋／ｐ／ｐ十浅型ホモジャンクション・ソーラーセルの模型的エネルギーバンド９線図および慣用的浅型ホモジャンクション構造についての類似プロットである。

第６図は本発明によってつくられるタンデム構造の模型的断面である。

第７図は本発明によるＧａＡｅ　ＣＬＥＦＴノ２ツクサーフエース反射体・セルの模型的断面である。

本発明実施の最良方式本発明をここで図面を具体的に参照しながら述べる。本発明のソーラーセル具体化の模型的断面が第１図に示されている。

セル１０は基板２３上に形成された複数個の半導体１−１ｔ／族物質の層で形成される。基板２３は単結晶ｐ　＋Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　のウェハーで形成されている。そのｐ＋ドーパントは亜鉛、カドミウム、イリリウムまたはマンガンのような周知のｐ＋　ドーパント元素で成つていてよい。このｐ＋キャリア濃度は約ＩＱ１８キャリア／ｃＩｒＬ２である。基板２３の厚さに特別な制限はなく、約１から５００μｍであってよい。

所望により、厚さ約４−５μｍのエピタキシャルｐ十〇ａＡｓバッファ一層１８が、キャリアガスとしての水素とソースガスとしてのトリメチルガリウムおよび砒素を使って水平式ＯＭ（有機金属）ＣＶＤ反応器の中で、基板２３の上面の上で形成される。

ジメチル亜鉛がｐ十ド−パント源として用いられる。

次に、ｐ＋ＡｌｚＧａ１−ｚＡｅのエピタキシャル・バックサーフエース層（ＢＳＬ）２２が上述の方法でＯＭ　ＣＶＤ　反応器の中で形れる。層２２は好ましくは約０．５μｍ　の厚さである。

厚さが約４．５μｍ　で好ましくは１−５μｍの間の厚さの範囲にあるｐＧａＡｓの活性層２４が次に上述の方法でＢＳＦ’層２２上２２上される。層２４は約Ｉ　Ｑ　１４−Ｉ　Ｑ　１８　ｃｙｎ−３のキャリア濃度ヘド−プされる。

ｎ”ＧａＡ６　の層２６はエピタキシャルに層２４上に沈着されてその界面において浅型ホモジャンクション３ｏを形成している。終局的に層２６は０１５μｍまたはそれ以下の厚みに制限して活性層２４中に十分なキャリアを発生させるようにすることが重要である。適当なｎ型ド−パントは硫黄、珪素、セレンあるいは錫のガス源によって与えられてよい。特に、セレン化水素はジメチル亜鉛ｐ型ド−パントガスに前記段階において置換された。層２６のｎ＋キャリア濃度は好ましくはＩＱ１Ｂキャリア７ｃｍ５より大きい。

接続格子１６が周知のマスキング技法によって模様をつけたＡｕ蒸発膜を沈着させることによって層２６上に形成される。背面接続１２がＡｕを基板２３上に電気メッキすることによって形成される。

ｎ＋ＧａＡｓ　層２６のメッキされてない領域は、陽極酸化と酸化物除去（エツチング）の工程の繰返しによって約５００オングストロームへ薄められる。

最後にネイティブ（ｎａｔ　ｉｖｅ　）酸化物または沈着酸化物の被膜をセルの上へ注ぎ、　６３２８オングストロームにおいて約１．８から２．０の屈折率をもつ反射既出（ＡＲ）塗膜を形成させる。次いで慣用のメサ加工技法によって、０．０９５−０．５１　ｃ１ｒＬ２のセル領域を規定した。

得られた構造体１０は、以下に説明するとおり、比較的安価な製造設計の、効率の高いセルを提供する。

第２図は上述のｎ十ＧａＡｅ層の薄層化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ　）工程の前およびその間における開路電圧値ＶＯＣが短絡回路電流密度（Ｊｓｃ）の関数としてプロットされている。プロットＢは本発明のへテロ構造ＢＳＦセル１０についての曲線でろり、プロットＡは米国特許４，２２７，９４１号に記載のタイプの慣用的浅型ホモジャンクションセルについての曲線を示す。我々が従来つくった高効率ＧａＡｓセルの代表である後者のセルは、陽極酸化／剥離の工程回数とともにＪｅｃが増し、それにつれてＶＯＣが着実に増すことを示している。しかし、不発明のへテロ構造ＢＳＦセルはＪｓｃの７０％の増加にもかかわらすＶＯＣの認むべき変化を示なさい。

これらの結果はへテロ構造ＢＳＦセル１０がより低い漏洩電流をもち、従って慣用の浅型ホモジャンクションセルよリモ良いＢＳＦを提供することを示している。

第３図は本発明によってつくられる最良の０．５２１２へテロ構造ＢＳＦ’セルの一つについて屋上計算値（ｒｏｏｆｔｏｐ　ｃａｌｉｂｒａ−ｔｉ、ｏｎ）へ調節した、シミュレート化ＡＭ１条件の下での電流−電圧曲線を示す。この曲線について、ＶＯＣは１．ＯＯＶ、Ｊｓｃは２５、６　ｍ　Ａ’／ｃｍ２テあり、フィルファクター（ｆｉ、１１　ｆａｃｔｏｒ　）　ｆｆは０，８５でろり、　２１．９チのＡＭＩ効率を与える。この効率は単一層ＡＲ塗膜をもつソーラーセルについて最高の効率である。

従来、我々の最良のＧａＡｓ浅型ホモジャンクションセルは、ＶＯＣがＯ，ｇ　Ｂ　Ｖ、　Ｊ　ｓｃ　カ２５．５　ｍＡ／ｍ２、オヨヒフィルファクターが０．８１であり、２０．０％のＡＭ　ｌ効率をもたらした。

さらに、我々は弗化マグネシウムＭｇＦ２と硫化亜鉛ＺｎＳ　との二重ＡＲ塗膜を用いてセルを製作した。このようなセルはニー太陽照射（１−５ｕｎ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　）下でＡＭｉにおいて２３チの効率をもつことがわかった。

上記第３図に関連して述べた単−ＡＲ塗膜セルの外部量子効率は、第５図において波長の関数としてプロットされている。

効率値は最良の慣用的ＧａＡｓセルについて以前に測定された値よりわずかによい。しかし、その差は陽極酸化ＡＲ塗膜あるいはｎ中層の厚さの差によってひきおこされ得るほどに十分に小さい。これらの可変因子を考慮すると、本発明のへテロ構造ＢＳＦセルがｐ／ｐ＋ＢＳＦ＋をもつ慣用的浅型ホモジャンクションセルに比べて光電流の改善をもたらすことを十分に確認したとは言えない。しかし、ヘテロ構造ＢＳＦがＶＯＣとｆｆにおいて観察できる改善をもたらすことは明らかである。

第１図に示すセル構造は電荷分離浅型ホモジャンクション３０と電荷閉じ込めヘテロジャンクション３２から成ることが見られる。活性領域はｐＧａＡｅ層２４に上２４提供される。ＢＳＦ’はＡ、ｌ　ｘ　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　ｓ層２２によって提供される。Ａｌの原子重量％″ｘ”は各種の理由で制限的である。ＡＡが多すぎると電荷閉シ込メヘテロジャンクション３２において望ましくない格子不整合がおこる。Ａｌが少なすぎると活性層２４とＢＳＬ２２との間の十分に高いバンドギャップ電圧Ｅｇ差を生じない。さらに重要なことには、前記で論じたとおり、Ｘ冨０．４２から０．４５においてＡｌＧａＡｓ　ＢＳＬはインダイレクトバンドギャップ物質となる。

第２図と第３図の曲線に関して述べたデバイスにおいて、０．０５から０４２の範囲が推奨される。好ましくは層２２のＡｌ含量″ｘ″は約０．２でおるべきである。これはヘテロジャンクション３２において少数キャリア・ミラーとして働（ＢＳＦを生ずる。実効バックサーフエース再結合速度はそれによって減少し、捕集電流とセル電圧を増す。従来は、ＢＳＦ’はｎ／ｎ中またはｐ／ｐ＋）’− ピング方式を用いることによって、ＳｌおよびＧａＡｓのセルの中へ組入れられていた（Ｊ、マンデルコルントＪ、　Ｈ，ラ（工ＥＥＥ、ニューヨーク、１９７３）、６碩；Ｃ，Ｏ，ボツラー。

、Ｔ、Ｃ，Ｃ，７７７、およびＲ，Ｗ、　？　ツクフレランドのＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ７　ｔｈ　工ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ＧａＡｅａｎｄ　ＲｅｌａｔｅｄＣｏｍｐｏｕｎａｅ　、セントルイス、１９７８　（Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｒｉｅｓａｎｄ　ＰｈｙｓｉｃａＩＳｏｃｉｅｔｙ、ロントゞン、１９７９）、４２９頁〕。

＄１およびＧａＡｓセルにおいて使用する従来のド−ピンクについては、ＢＳＦ ’に対してひきおこされるフェルミ−準位差はそれぞれ約０．２ｅｖと０．１ｅＶであった。本発明においては、前述のとおり障壁の高さが増し、よシ大きいバンドギャップのｐ　＋　Ａ　ｌ　、ｃ　Ｇ　ａ　１−　ｚ　ＡＢ　物質を用いることによって形成されるヘテロ構造を組入れることによって、電荷閉じ込めを改善する。理想的ｎ＋／ｐ／ｐ＋へテロ構造ＢＳＦのエネルギーバンド線図は第５図の曲線Ａにおいて実線で模型的に示されている。理想的な浅型ホモジャンクション慣用構造のエネルギーバンド線図は曲線Ａの上に曲線りの点線で重ねられて示され、二つの構造体の間の差を示している。バンドギャップ差（これはＢマイナスＣである）による有効障壁高Ｂへの寄与はド−ピングにおける差のみによって障壁高Ｃよりも数倍大きくできる。ＢＳＦ’とは障壁高の勾配であるが、慣用的ホモ構造にまさるヘテロ構造ＢＳＦの有効性は、ド−ピンダプロファイルを単に用いるよりも各種バンドギャップの物質の間の界百が一層唐突につくられるので増大される。

非タンデム単一セル（第１図にあるような）については、活性層は最適には約１．４ｅＶから１．６ｅＶのエネルギーギャップをもつべきである。ｙ≦０．１０であるＧ　ａ　１−ｙ　Ａ　ｌ　ｙ　Ａ　ｓ　は理想的であり、そしてＧａ１− ：ｃＡｌｚＡｓ　Ｂ２Ｏ層（０，１５≦×≦０４２）をともにもつことが理想的である。２個セルのタンデム構造については、活性層は１．７から１．ｓｅｖのエネルギーギャップをもつべきで、その場合、７＝０．２５から０．３５、およびＸ≦０．４２１９Ｖである。

ここで第６図を参照すると、タンデムセルの具体化が記載されている。第６図においては、第１図における相当部分についての数字記号は類似数字をもち、類似部分はプライム符号をもっている。本発明のへテロ構造ＢＳＦセル構造は第６図に示すと２す、Ａ、ｌ　Ｇ　ａ　Ａ　８の上方セル１０′　と例えば慣用的Ｓ１の下方セル１００をもつ高効率タンデム構造によく適していることを知るべきである。ＣＶＤのような蒸気成長系においては、Ａｌ含量の変更はド−ピング水準の変更と同様容易に実施することができる。セル１０’中のより高いバンドギャップのＡｌＧａＡｓ層２２′は、ＢＳＦ’を提供するだけでなく、リアウィンビーとして作用して下方セル１００中のＳ１層５０への光の透過を最大にする。この構造は１６％ＡＭＩをこえる転換効率をもつ１．８ｅＶバンドギャップのＡｌＧａＡｓ　ソーラーセルを製作するのに使用した。

タンデム構造においては、異なるエネルギーギャップをもつソーラーセル１０と１００を縦に積重ね、太陽へ面するセル１０′が最大のエネルギーギャップをもつようにする。この上方セル１０はそのエネルギーギャップに等しいかそれより大きいエネルギーをもつ入射フォトンを吸収し、そのエネルギーギャップに等しいかそれより大きいエネルギーをもつ低エネルギーフォトンを透過し、そして残りをそのスタック中などにおいて下向きに透過する。上方セル中で光電流へ有意に寄与しないソーラーフォトンはその上方セルによって吸収されないことが肝要である。

慣用的な従来法の浅型ホモジャンクション構造においては、ｐ＋ＧａＡｓ　ＢＳＦ　層は光電流には著しくは寄与しないが、相当に良好なバックサーフエースフィールドを形成し、実質的な数のノーラーフオトンを下方へ透過せずに吸収する。その上、重度ド−プ層（例えばｎ＋まだはｐ＋）においては、そのバンドギャップはしばしば小さくな９、［Ｈ，Ｃ，キャセー、Ｄ、Ｄ、セルおよびに、　Ｗ、ウニヒト、Ｊ、　Ａ、ｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、４６　２５０　（１９７４）を見よ〕、従ってこの吸収問題を悪くする。第６図において示す新しい構造において、Ｇａ１−ｘＡ７ｚＡθのＢＳＬ層２２′はより大きいバンドギャップをもち、従ってタンデム構造に対して理想的な窓を形成する。同様に、ｎ中層はまたｎ　十〇　ａ　１−　ｚ　Ａ　ｌ　ｚ　Ａｅ層によって置換えてヘテロジャンクション窓を形成することもできる。

第６図に見られるとおり、ホモジャンクション３０′はＡ　ｌｙ　Ｇ　ａ　１− ｙ　Ａ　ｓ層２６′のｎ＋とｐ　Ａ　ｌ　ｙＧ　ａ　１−ｙ　Ａ　ｓ層２４′　との間の界面において形成される。ジャンクンヨン３０′は電荷分離ジャンクションである。電荷閉じ込めヘテロジャンクション３２′は層２４′とＢＳＬ層２２′　との間の界面において形成される。ＢＳＬ層２２′はｐ＋ＡｌｘＧａ　１ −１Ａｓ　で形成される。好ましくはＸ″は０．４２　より小さいかそれに等しく、ｘ　−１は０，０５　より大きく、活性層より大きいバンドギャップのＢＳＬ層内部に格子整合構造をもたらす。第６図に示す構造は以下に記述するＣＬＥＦ”Ｔ法を使って形成されて第１図のＧａＡｓ基板からフィルム層を分離するのが有利である。

場合により、ＡＲ塗膜６０を慣用の８１セル（９）上に形成した格子接触１６′ の上に形成してもよい。背面接触１２′はＳ１セル関上に設けられる。

本発明のセル構造は、１９８１年４月６日に出願され本明細書において文献として挙げれられている米国特許出願／ｌ６２５１．．２１４号（１９８０年４月１０日出願の米国特許出願慮１３８，８９１号の一部継続出願）の中の０ＬＥＦＴピールド・フィルム（ｐｅｅｌθｄ−ｎ１ｍ）法とともに用いるのが有利でおる。第７図はＣＬＥＦ’Ｔ法ヲ使ってバックサーフエース・レフレクタ−（ＢＳＲ）セル１０／／をつくる本発明の具体化の模型的表現であり、セル１０“はＧａＡ、８活性層２４“中ではじめ吸収されない７オトンをｐ＋　Ａｚ（：ｒ　ａＡ　ｓのＢＳＬＳ二層“中に透過させ、層２２“の背面上に沈着させた銀またはアルミニウムなどでつくられた高度反射性膜によって反射させる。反射されたフォトンは次に活性層２４“を通る第二の通過時に吸収される。

このＢＳＲ構造は、場合によシ、厚みが慣用的セル中で用いられる厚さの半分であるが同量の光を吸収するＧａＡｓ活性層を使用することを許容する。ＢＳＲＳ１セル関上、ヘテロ構造ジャンクション３２“のために、そしてまた、暗飽和電流がより薄いＧ　ａ　Ａ　ａ層１０“中で減るので、ＶＯＣの増加を示すはずである。より高い量子効率もまた期待される。なぜならば、キャリアーは捕集用ジャンクションに一層近く発生するからである。

ＢＳＲ構造でソーラーセルを製作することは、第１図のＧａＡｓ基板２３から隔てた薄いＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを得る技法を必要とする。基板の局在的エツチングは、ＢＳＲをもつ二重へテロ構造ＧａＡｓ光検出器を製作するのに使用できるけれども〔ミラー等。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｔ３．　Ｌθｔｔ、３ａ、　７２１　（１９７８）　）、適度の面積の層を化学的エツチングによって基板から分離することは困難でもありかつまた無駄である。本発明によると、ＣＬＥＦＴ法はＧａＡｓ基板上に横方向の表面成長を行なせるのに用いＱｉする。その後、表面成長層２２”、２４“、および２６″は基板２３から骨間される。

骨間後、ＧａＡｓ基板−ツファ一層１８　（Ｆｉｇ、ｌ　）はエツチングによって選択的に除去され、金属被膜６０がｐ＋ＡｌＧａＡｓ層へ適用されてＢＳＲと背面オーム接続を形成する。反射体として背面メッキを用いることの代りとして、多層光学被覆を施用してセルのエネルギーギャップ以下の波長を選択的に反射し、残りを透過させることが望ましいかもしれない。この変形はタンダムセル構造にきわめて有用でちるはずである。

記述の構造のすべてにおいて、活性層と良好な格子整合を示し活性層より高いエネルギーギャップをもつＢＳＦ’物質を用いることが重要である。この格子不整合は約０１％をこえるべきではない。Ｘが約０．２より小さいかそれに等しいＧ　ａ　１−ｚ　Ａ　Ｉ　ＸＡ、　ｓの上のＧａＡｓはこの種の応用についてのすぐれた選択である。

ＧａＡｓのＢＳＬ上のＧｅ　もまた良好な候補である。その上、エピタキシアルＢＳＬ層と活性層物質の代りに非晶質物質を用いることができ、なぜならば格子整合は非晶質物質においては問題でないからである。

非晶質物質はまた各種のエネルギーギャップを示し、ダイレクトバンドギャップ物質のように挙動する。ＢＳＬ層をもつヘテロジャンクションセルを製造するだめの適当な非晶質物質構造は、ｎ＋ａ　５ｉｎ−ｙＨｙ／ｐａ　５ｉ１−ｙＨｙ／ｐ”ａ　５ｉｌ−ｚＨｚの層によるデバイスである。”ｙ″によって規定されるＨのパーセンテージは好ましくは約０．１であって、ｐ−ａ−８ｉ　ｔ−ｙＨｙの活性層について約】、７θ■　のバンドギャップをもたらし、そしてｐ”　ａ　５ｉｌ−１ＨｚのＢＳＬ層について約１．．９ｅＶのバンドギャップのためにＸ″は約０３に等しい。

工業的応用本発明はソーラーセル製作において工業的応用をもつ。

画業熟練者はここで記述する本発明の特定具体化と等価の多くのものを認識し、あるいは日常的実験のみを使って確かめることができる。このような等何物は以下の請求の範囲によって含まれることが考えられる。ＯＭＣＶＤがＧａＡｓとＧａＡ４Ａ日のエピタキシアル層の大量生産に特に適しているけれども、その他の沈着技法をそれに置換できる。さらに、”ｙ″として示され表現される層の中のＡＡのパーセンテージは与えられたいくつかの実施例において同じであったが、異なるパーセンテージのｎ２ｍは２≧ｙの場合のｎ＋Ｇａ１−２ＡｌｚＡｓ／ｐＧａｌ−ｙＡｌｙＡ　ｓ　／ｐ　”Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａｉｔ　ｘ　Ａ　ｓ　構造をエピタキシアル形態または非晶質形態で構成するのに用いてよいことが理解される。

また、ｐド−プ活性層２４のキャリア濃度は、前述のとおり約１０１４−１０１８ｃＴｔ−３が好ましいけれども、層全体にわたって均一である必要はなく、勾配があってよいことも理解されるはずである。

ＩＩＩ＋ｅｍ＊ｍｍ−＾ｅａｈｈ＋−ａ−Ｎ＝　ＰＣＴ／ＵＳ　８５１００７３６ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　丁’）ｉＥ　工ＮＴＥＲＮＡτ丁０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　０ＮＵＳ−Ａ−４２２７９４１１４／１０／８０　Ｎｏｎｅυ５ −Ａ−３９９０１０１０２／１１／７６　Ｎｏｎ＠

Claims

【特許請求の範囲】

１．バツクサーフエース・フイールド（ＢＳＦ）をもつ光電池デバイスであつて、（ａ）ｐドープされたダイレクトバンドギヤツプ半導体物質のＢＳＬ層；（ｂ）ＢＳＬ層より低いエネルギーギヤツプＥｇをもつＰドープされたダイレクトバンドギヤツプ半導体物質の活性層；（ｃ）活性層とともに電荷分離ジヤンクシヨンを形成するｎドープ・ダイレクトバンドギヤツプ半導体物質の、厚さが０．１５μｍより小さい浅い層；から成る光電池デバイス。
２．ＢＳＬ層と活性層の間の格子不整合が約０．１％より小さい、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
３．ＢＳＬ層中の半導体物質がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓであり、その際０．０５≦ ×≦０．４２である、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
４．活性層の厚さ“ｔ”が５μｍより小さいかまたはそれに等しい、請求の範囲第３項に記載のデバイス。
５．ＢＳＬ層のエネルギーギヤツプＥｇが２ｅＶに等しいかそれより小さい、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
６．ＢＳＬ層へ付加してタンデムセル構造を形成する第二セルを含む、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
７．ＢＳＬ層の露出した平面に接して形成された光学的反射体を含む、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
８．バツクサーフエースフイールド（ＢＳＦ）をもつ光電池であつて、ａ）ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ物質のｐ＋ドープ・ダイレクトバンドギヤツプのＢＳＬ層；ｂ）ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ物質のＰドープ・ダイレクトバンドギヤツプ半導体の活性層；ｃ）活性層とともに電荷分離ホモジヤンクシヨンを形成するＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ物質のｎ＋ドープ・ダイレクトバンドギヤツプ半導体の層；から成り、その際ｘ≦０．４２、ｘ−ｙ＞０．０５、およびｙ≧０である、光電池デバイス。
９．ＢＳＬ層と活性層との間の格子不整合が約０．１％より小さい、請求の範囲第８項に記載のデバイス。
１０．ＡｌＧａＡｓがすべての層の中で用いられる物質である、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
１１．層物質が非晶質である、請求の範囲第１項に記載のデバイス。