JPS6249754B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6249754B2 JPS6249754B2 JP57018225A JP1822582A JPS6249754B2 JP S6249754 B2 JPS6249754 B2 JP S6249754B2 JP 57018225 A JP57018225 A JP 57018225A JP 1822582 A JP1822582 A JP 1822582A JP S6249754 B2 JPS6249754 B2 JP S6249754B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
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- inp
- solar cell
- impurity concentration
- thickness
- 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.)
- Expired
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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
- H10F10/144—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs,AlGaAs, or InP photovoltaic 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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光から電気への変換効率の高い太陽
電池に関するものである。
電池に関するものである。
太陽電池は、光照射によつて半導体中に発生し
た電子と正孔の対をpn接合によつて分離して外
部に起電力として取り出すものである。従来、こ
の種素子材料としてはシリコンSiが多く用いられ
ていた。Siは資源が豊富であるなどの特長がある
ものの、禁制帯幅が1.1eVであり、波長0.5μｍ
（エネルギーにして〜2.5eV）に極大をもつ太陽
光スペクトルを効率よく収集するためには禁制帯
幅が小さい欠点がある。太陽光を効率よく収集す
るためには、1.4〜1.6eVの禁制帯幅を有する半導
体材料を使用することが望ましい。このような材
料としてはGaAs、InPなどがある。GaAsには、
発生した電子−正孔対が表面で再結合し電流に寄
与しない欠点があるので、通常はAlGaAsを表面
にエピタキシヤル成長して用いる。InPについて
は、従来、CdSとのヘテロ接合を用いた太陽電池
が研究されていた。しかし、ヘテロ接合の場合に
は、表面の半導体の禁制帯幅以上のエネルギーの
光を利用できない。たとえば、CdSにおいては、
禁制帯幅が太陽光スペクトルの極大付近の2.5eV
にあり、短波長側で特に光の収集効率の低い欠点
があつた。
た電子と正孔の対をpn接合によつて分離して外
部に起電力として取り出すものである。従来、こ
の種素子材料としてはシリコンSiが多く用いられ
ていた。Siは資源が豊富であるなどの特長がある
ものの、禁制帯幅が1.1eVであり、波長0.5μｍ
（エネルギーにして〜2.5eV）に極大をもつ太陽
光スペクトルを効率よく収集するためには禁制帯
幅が小さい欠点がある。太陽光を効率よく収集す
るためには、1.4〜1.6eVの禁制帯幅を有する半導
体材料を使用することが望ましい。このような材
料としてはGaAs、InPなどがある。GaAsには、
発生した電子−正孔対が表面で再結合し電流に寄
与しない欠点があるので、通常はAlGaAsを表面
にエピタキシヤル成長して用いる。InPについて
は、従来、CdSとのヘテロ接合を用いた太陽電池
が研究されていた。しかし、ヘテロ接合の場合に
は、表面の半導体の禁制帯幅以上のエネルギーの
光を利用できない。たとえば、CdSにおいては、
禁制帯幅が太陽光スペクトルの極大付近の2.5eV
にあり、短波長側で特に光の収集効率の低い欠点
があつた。
本発明の目的は、これらの欠点を除去するた
め、InPのホモ接合を適切に構成して、太陽光を
有効に利用できる高効率太陽電池を提供すること
にある。
め、InPのホモ接合を適切に構成して、太陽光を
有効に利用できる高効率太陽電池を提供すること
にある。
本発明では、禁制帯幅が約1.4eVであつて太陽
電池として適当な材料であるInP結晶を用い、そ
の電気的および光学的性質を十分に勘案して高効
率太陽電池を実現する。
電池として適当な材料であるInP結晶を用い、そ
の電気的および光学的性質を十分に勘案して高効
率太陽電池を実現する。
すなわち、本発明は、InP単結晶基板上に低不
純物濃度の第一導電型のInP層および高不純物濃
度の第二導電型のInP層をエピタキシヤル成長に
より付着させてホモ接合を形成した太陽電池にお
いて、前記第二導電型のInP層の膜厚を0.5μｍ以
下とし、および前記第一導電型のInP層を、２×
1015cm-3以下の不純物濃度で膜厚を１μｍ以上と
して、キヤリヤを収集できる深さと、光を大部分
吸収する深さとを略々等しくなしたことを特徴と
するものである。
純物濃度の第一導電型のInP層および高不純物濃
度の第二導電型のInP層をエピタキシヤル成長に
より付着させてホモ接合を形成した太陽電池にお
いて、前記第二導電型のInP層の膜厚を0.5μｍ以
下とし、および前記第一導電型のInP層を、２×
1015cm-3以下の不純物濃度で膜厚を１μｍ以上と
して、キヤリヤを収集できる深さと、光を大部分
吸収する深さとを略々等しくなしたことを特徴と
するものである。
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明太陽電池の構成の一例を示し、
ここで１はｐ型InP単結晶基板であり、この基板
１上に、低不純物濃度のｐ型InP層２および高不
純物濃度のn+型InP層３をこの順序でエピタキシ
ヤル成長により付着させ、以てInPからなるn+p
のホモ接合を形成する。ここで、n+層３の膜厚
を0.5μｍ以下とし、ｐ層２を、２×1015cm-3以下
の不純物濃度で膜厚を１μｍ以上とすることによ
り、キヤリヤを収集できる深さと、光を大部分吸
収する深さとを略々等しくする。更に、n+層３
上に収集電極４を配設し、n+層３および収集電
極４全体を反射防止膜５で覆う。
ここで１はｐ型InP単結晶基板であり、この基板
１上に、低不純物濃度のｐ型InP層２および高不
純物濃度のn+型InP層３をこの順序でエピタキシ
ヤル成長により付着させ、以てInPからなるn+p
のホモ接合を形成する。ここで、n+層３の膜厚
を0.5μｍ以下とし、ｐ層２を、２×1015cm-3以下
の不純物濃度で膜厚を１μｍ以上とすることによ
り、キヤリヤを収集できる深さと、光を大部分吸
収する深さとを略々等しくする。更に、n+層３
上に収集電極４を配設し、n+層３および収集電
極４全体を反射防止膜５で覆う。
ここでは、便宜上、ｐ型基板１上に順次にエピ
タキシヤル成長されたｐ層２およびn+層３の構
成について説明するが、導電型を逆にして、ｎ型
基板上にｎ層およびp+層を形成してもよく、そ
の場合にも以下に述べるのと同様の結果が得られ
る。
タキシヤル成長されたｐ層２およびn+層３の構
成について説明するが、導電型を逆にして、ｎ型
基板上にｎ層およびp+層を形成してもよく、そ
の場合にも以下に述べるのと同様の結果が得られ
る。
本発明太陽電池のエネルギーバンド図を第２図
に示す。本発明太陽電池においては、太陽光の収
集効率を大きくするために、以下のような条件を
設ける。
に示す。本発明太陽電池においては、太陽光の収
集効率を大きくするために、以下のような条件を
設ける。
InPは直接遷移型の半導体であるため、吸収係
数がエネルギーギヤツプ付近まで大きいので、光
を十分に吸収する膜厚は２〜３μｍで十分であ
る。
数がエネルギーギヤツプ付近まで大きいので、光
を十分に吸収する膜厚は２〜３μｍで十分であ
る。
InP結晶の特長としては、表面再結合速度が103
〜104cm／secと小さいこと、および少数キヤリヤ
の拡散長が0.5〜１μｍ程度と小さいことが挙げ
られる。
〜104cm／secと小さいこと、および少数キヤリヤ
の拡散長が0.5〜１μｍ程度と小さいことが挙げ
られる。
まず、表面のn+層３について述べる。n+層３
は、太陽電池の直列抵抗を減少させるために1018
〜1019cm-3のキヤリヤ濃度を必要とする。また、
InPでは、表面再結合が小さいため、GaAs太陽
電池で用いられるAlGaAsのようなヘテロ窓層は
不要であり、短波長側の光まで入射させることが
できる。
は、太陽電池の直列抵抗を減少させるために1018
〜1019cm-3のキヤリヤ濃度を必要とする。また、
InPでは、表面再結合が小さいため、GaAs太陽
電池で用いられるAlGaAsのようなヘテロ窓層は
不要であり、短波長側の光まで入射させることが
できる。
InPにおいては、短波長側では吸収係数が大き
いため、光は表面近傍で吸収されてキヤリヤが発
生する。表面再結合によるキヤリヤの消失は小さ
いが、少数キヤリヤの拡散長が小さいためpn接
合に到達する前に再結合して電流に寄与しなくな
ることがある。このような無効成分を減少するた
めに、n+層３の膜厚を薄くすることを検討し
た。第３図に、n+層３の厚さを変えた場合の収
集効率の波長依存性を示す。第３図からわかるよ
うに、n+層３の膜厚を0.2μｍまで薄くすると特
に短波長側での収集効率が増加する。しかし、直
列抵抗の増加および薄層作製の難しさをも考慮す
ると、n+層３の膜厚としては0.5μｍ以下程度が
実用的である。
いため、光は表面近傍で吸収されてキヤリヤが発
生する。表面再結合によるキヤリヤの消失は小さ
いが、少数キヤリヤの拡散長が小さいためpn接
合に到達する前に再結合して電流に寄与しなくな
ることがある。このような無効成分を減少するた
めに、n+層３の膜厚を薄くすることを検討し
た。第３図に、n+層３の厚さを変えた場合の収
集効率の波長依存性を示す。第３図からわかるよ
うに、n+層３の膜厚を0.2μｍまで薄くすると特
に短波長側での収集効率が増加する。しかし、直
列抵抗の増加および薄層作製の難しさをも考慮す
ると、n+層３の膜厚としては0.5μｍ以下程度が
実用的である。
次にｐ層２について述べる。n+層３を高キヤ
リヤ濃度としているため、キヤリヤ空乏層はほと
んどｐ層２中にできる。pnホモ接合を用いると
きには、ヘテロ接合の場合に問題となる界面再結
合は生じないので、空乏層中で発生したキヤリヤ
は有効に電流に寄与する。
リヤ濃度としているため、キヤリヤ空乏層はほと
んどｐ層２中にできる。pnホモ接合を用いると
きには、ヘテロ接合の場合に問題となる界面再結
合は生じないので、空乏層中で発生したキヤリヤ
は有効に電流に寄与する。
ここで、空乏層幅は、不純物濃度を下げると大
きくなり、1016cm-3では約0.5μｍ、1015cm-3では
約1.3μｍとなる。光吸収に必要なInPの厚さは
高々２〜３μｍであるから、ｐ層２中における空
乏層幅を１μｍ近くにすることにより、n+層３
の厚さおよびｐ層２で電界のない領域での少数キ
ヤリヤ拡散長の膜厚を含めて、キヤリヤを収集で
きる膜厚と光吸収をする膜厚とは、ほぼ同じとな
る。
きくなり、1016cm-3では約0.5μｍ、1015cm-3では
約1.3μｍとなる。光吸収に必要なInPの厚さは
高々２〜３μｍであるから、ｐ層２中における空
乏層幅を１μｍ近くにすることにより、n+層３
の厚さおよびｐ層２で電界のない領域での少数キ
ヤリヤ拡散長の膜厚を含めて、キヤリヤを収集で
きる膜厚と光吸収をする膜厚とは、ほぼ同じとな
る。
本発明の一実施例として、公知の液相エピタキ
シヤル法により作製したｐ型基板１上のpnホモ
接合太陽電池の収集効率の波長依存性を第４図に
示す。ここでは、ｐ層２の不純物濃度を2.0×
1015cm-3、n+層３の不純物濃度を1.0×1019cm-3と
した。第４図からも明らかなように、本発明によ
れば、短波長側からバンド・ギヤツプ付近まで平
坦な特性が得られる。この実施例において、n+
層３が薄いことに起因して直列抵抗が増加する点
を補うため、フオトリソグラフイー技術により
n+層３の表面の収集電極４を細く密に配置し
た。また、太陽電池表面にはSiOを用いた反射防
止膜５を設けて反射防止を行なつた。本発明で
は、pn接合を形成するｐ層およびn+層（または
ｎ層およびp+層）の不純物濃度、厚さなどをInP
の物質定数に対応して決めることにより、吸収さ
れた太陽光線を極めて効率よく光電流に変換する
ことができる。
シヤル法により作製したｐ型基板１上のpnホモ
接合太陽電池の収集効率の波長依存性を第４図に
示す。ここでは、ｐ層２の不純物濃度を2.0×
1015cm-3、n+層３の不純物濃度を1.0×1019cm-3と
した。第４図からも明らかなように、本発明によ
れば、短波長側からバンド・ギヤツプ付近まで平
坦な特性が得られる。この実施例において、n+
層３が薄いことに起因して直列抵抗が増加する点
を補うため、フオトリソグラフイー技術により
n+層３の表面の収集電極４を細く密に配置し
た。また、太陽電池表面にはSiOを用いた反射防
止膜５を設けて反射防止を行なつた。本発明で
は、pn接合を形成するｐ層およびn+層（または
ｎ層およびp+層）の不純物濃度、厚さなどをInP
の物質定数に対応して決めることにより、吸収さ
れた太陽光線を極めて効率よく光電流に変換する
ことができる。
以上説明したように、本発明によれば、InPを
用いて、容易に良質の膜を作製できるpnホモ接
合太陽電池において高効率化を達成できるため、
太陽光を有効に利用できる。特に、本発明の高効
率太陽電池は、設置場所が極めて限定されている
宇宙空間などで使用するのに有効である。
用いて、容易に良質の膜を作製できるpnホモ接
合太陽電池において高効率化を達成できるため、
太陽光を有効に利用できる。特に、本発明の高効
率太陽電池は、設置場所が極めて限定されている
宇宙空間などで使用するのに有効である。
第１図は本発明太陽電池の一例を示す断面図、
第２図は本発明太陽電池のエネルギーバンド図、
第３図はn+層の厚さを変えた場合の収集効率の
波長依存性を示す特性曲線図、第４図は本発明太
陽電池の一実施例における収集効率の波長依存性
を示す特性曲線図である。 １……ｐ型InP基板、２……ｐ型InP層、３…
…n+型InP層、４……収集電極、５……反射防止
膜。
第２図は本発明太陽電池のエネルギーバンド図、
第３図はn+層の厚さを変えた場合の収集効率の
波長依存性を示す特性曲線図、第４図は本発明太
陽電池の一実施例における収集効率の波長依存性
を示す特性曲線図である。 １……ｐ型InP基板、２……ｐ型InP層、３…
…n+型InP層、４……収集電極、５……反射防止
膜。
Claims (1)
- １ InP単結晶基板上に低不純物濃度の第一導電
型のInP層および高不純物濃度の第二導電型の
InP層をエピタキシヤル成長により付着させてホ
モ接合を形成した太陽電池において、前記第二導
電型のInP層の膜厚を0.5μｍ以下とし、および前
記第一導電型のInP層を、２×1015cm-3以下の不
純物濃度で膜厚を１μｍ以上として、キヤリアを
収集できる深さと、光を大部分吸収する深さとを
略々等しくなしたことを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57018225A JPS58137263A (ja) | 1982-02-09 | 1982-02-09 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57018225A JPS58137263A (ja) | 1982-02-09 | 1982-02-09 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137263A JPS58137263A (ja) | 1983-08-15 |
| JPS6249754B2 true JPS6249754B2 (ja) | 1987-10-21 |
Family
ID=11965702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57018225A Granted JPS58137263A (ja) | 1982-02-09 | 1982-02-09 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58137263A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6022381A (ja) * | 1983-07-18 | 1985-02-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 太陽電池 |
| JPS6089982A (ja) * | 1983-10-24 | 1985-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 太陽電池 |
| US4591654A (en) * | 1983-07-18 | 1986-05-27 | Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation | Solar cells based on indium phosphide |
| JPH01175269A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-11 | Nippon Mining Co Ltd | 太陽電池 |
| JPH01307277A (ja) * | 1988-06-04 | 1989-12-12 | Nippon Mining Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5110783A (ja) * | 1974-07-17 | 1976-01-28 | Hitachi Ltd |
-
1982
- 1982-02-09 JP JP57018225A patent/JPS58137263A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58137263A (ja) | 1983-08-15 |
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