JPH08204215A - Series connected solar cell - Google Patents

Series connected solar cell

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JPH08204215A
JPH08204215A JP7009810A JP981095A JPH08204215A JP H08204215 A JPH08204215 A JP H08204215A JP 7009810 A JP7009810 A JP 7009810A JP 981095 A JP981095 A JP 981095A JP H08204215 A JPH08204215 A JP H08204215A
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JP
Japan
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layer
cell
base layer
bsf
solar cell
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Application number
JP7009810A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kurita
博 栗田
Eiji Ikeda
英治 池田
Tatsuya Takamoto
達也 高本
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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Abstract

PURPOSE: To obtain a structure of series connected solar cell having high conversion efficiency and improved spectral sensitivity characteristics. CONSTITUTION: A tandem solar cell comprising upper and lower cells 4, 2 of mixed crystal of a compound semiconductor connected in series through a tunnel junction layer 3 has a structure where the band gap Eg of a BSF layer 412 is set higher than that of a base layer 42 by equalizing the impurity concentration between the base layer 42 and the BSF layer 412 of the upper cell 4 while differentiating the composition of mixed crystal. Crystal strain is relaxed by providing a strain relax layer 411 having Eg lower than that of the base layer 42 under the BSF layer 412.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光エネルギーを電
気エネルギーに変換するための半導体素子である太陽電
池の構造に関し、特に変換効率を高めるために工夫され
た化合物半導体混晶を使ったタンデムセル等の直列接続
型太陽電池の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a solar cell, which is a semiconductor element for converting solar energy into electric energy, and particularly to a tandem using a compound semiconductor mixed crystal devised to enhance conversion efficiency. The present invention relates to a structure of a series-connected solar cell such as cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池には種々の構造があるが、たと
えば図6(a)に示すようなn型エミッタ層433およ
びp型ベース層422からなるpn接合半導体太陽電池
においては、n型エミッタ層433を光入射側とし、そ
の下層のp型ベース層422で吸収された光子は1対の
正孔−電子を生成し、このうち少数キャリヤである電子
は拡散で移動し、p−n界面の空乏層まで到達すると空
乏層の大きな電界によってn型エミッタ層433に流れ
込み、電流となる。ところが図6(b)に示すようにp
型ベース層422で生じた電子のうちには拡散によって
裏面電極層8に入り込むものもあり、それらはもはやベ
ース層422に戻ることはできず、いずれ多数キャリヤ
である正孔と結合し消滅して、電流とはならない。この
ような裏面再結合損失を防ぐために、従来より、ベース
層422で生じた少数キャリヤ(電子)をなるべく裏面
電極層8に近付けないように裏面電界(Back Su
rface Field;以下「BSF」という)層4
11と呼ばれる層をベース層422の下に設けることが
行なわれる。図6(c)に示すようにBSF層はベース
層で生じた少数キャリヤに対してバンド障壁として作用
する。BSF層としては、 1)ベース層と同じ材料で不純物密度を高くして少数キ
ャリヤに対して障壁となるようにしたもの、 2)他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようにし
たもの、 が用いられる。このようなBSF層によって、ベース層
の伝導帯がBSF層との界面で急激に上昇し、少数キャ
リヤである電子はこの障壁によって跳ね返され、それ以
上奥には行かない。上の1)の方法で、少数キャリヤに
対して十分な障壁を得るためには、BSF層の不純物密
度をきわめて高くする必要がある。このことは、単層の
太陽電池の場合にはあまり問題とならないが、高出力電
圧を得るために太陽電池を直列(タンデム)接続した積
層型の太陽電池の上部セルBSF層として高濃度ドーピ
ング層を用いた場合、その層で高濃度多数キャリヤによ
る赤外光吸収が起こる。この赤外光は本来、タンデム接
続の下層のセルまで到達し、そこで吸収され電流となる
はずのものであり、BSF層におけるこのような赤外光
吸収は太陽電池にとって大きなエネルギー損失となり好
ましくない。一方、上記の2)の方法では赤外光吸収の
問題はないが、適当な材料を探すことが一般に難しい。
また、適当な材料があってもBSF層の上にベース層を
異種半導体ヘテロエピタキシャル成長で成長することに
なり、両者の格子定数が異なるため界面に結晶欠陥が生
じやすいという欠点がある。
2. Description of the Related Art There are various structures of solar cells. For example, in a pn junction semiconductor solar cell including an n-type emitter layer 433 and a p-type base layer 422 as shown in FIG. With the layer 433 as the light incident side, the photons absorbed in the underlying p-type base layer 422 generate a pair of holes-electrons, of which electrons, which are the minority carriers, move by diffusion to form the pn interface. When it reaches the depletion layer, it flows into the n-type emitter layer 433 due to the large electric field of the depletion layer and becomes a current. However, as shown in FIG. 6B, p
Some of the electrons generated in the mold base layer 422 may enter the back surface electrode layer 8 by diffusion, and they cannot return to the base layer 422 anymore, and eventually combine with holes that are majority carriers and disappear. , Current does not. In order to prevent such a back surface recombination loss, conventionally, a back surface electric field (Back Su) is made so that minority carriers (electrons) generated in the base layer 422 should be kept away from the back surface electrode layer 8 as much as possible.
rface Field; hereinafter referred to as "BSF") Layer 4
A layer called 11 is provided below the base layer 422. As shown in FIG. 6C, the BSF layer acts as a band barrier for the minority carriers generated in the base layer. As the BSF layer, 1) the same material as the base layer is used to increase the impurity density to serve as a barrier against minority carriers, 2) other semiconductor materials have a larger forbidden band width than the base layer material, Also used is a barrier against minority carriers. With such a BSF layer, the conduction band of the base layer sharply rises at the interface with the BSF layer, and the electrons, which are minority carriers, are repelled by this barrier and cannot go further. In order to obtain a sufficient barrier against minority carriers by the method 1) above, it is necessary to make the impurity density of the BSF layer extremely high. This is not a serious problem in the case of a single-layer solar cell, but a high-concentration doping layer is used as the upper cell BSF layer of a stacked solar cell in which solar cells are connected in series (tandem) to obtain a high output voltage. Is used, infrared light absorption due to a high concentration of majority carriers occurs in the layer. This infrared light is supposed to reach the cell in the lower layer of the tandem connection and be absorbed there to become a current, and such infrared light absorption in the BSF layer causes a large energy loss for the solar cell, which is not preferable. On the other hand, the above method 2) does not have a problem of infrared light absorption, but it is generally difficult to find a suitable material.
Further, even if an appropriate material is used, the base layer is grown on the BSF layer by hetero-heteroepitaxial growth, and since the lattice constants of the two differ, crystal defects easily occur at the interface.

【0003】1)の方法によるBSF層を用いた構造と
しては図5に示すような積層型太陽電池(セル)が知ら
れている。図5は高変換効率を得るため、あるいは高起
電圧を得るための構造であって単一セルを複数直列に接
続したいわゆるタンデムセルである。図5において下部
セル(ボトムセル)としてGaAsセル2が用いられ、
上部セル(トップセル)としては、GaAsに格子整合
するIn0.5 Ga0.5Pセル4が用いられている。さら
に、この下部セルと上部セルとを電気的に直列接続する
ために両者の間にGaAsトンネル接合層3が設けられ
ている。図5のトップセル(上部セル)のBSF層41
の不純物密度がベース層42の不純物密度よりも高くさ
れている。詳細に述べるとGaAsボトムセル2はZn
ドープのp+ GaAs基板11(p<1×1019
-3)の上部に形成された厚み0.3μm、不純物密度
7.0×1018cm-3のp+ GaAsバッファ層12の
上に形成されている。そしてGaAsセル2はp+ Ga
Asバッファ層12の上に形成された厚み0.1μm
で、不純物密度3.0×1018cm-3のp+ InGaP
のBSF層21、その上部に設けられた厚み3μm、不
純物密度2.0×1017cm-3のpGaAsベース層2
2、その上部に設けられた厚み0.1μm、不純物密度
2.0×1018cm-3のn+ GaAsエミッタ層23、
さらにその上部の厚み0.1μm、不純物密度2.0×
1018cm-3のn+ InGaP窓層24とから構成され
ている。エミッタ層23とベース層22の間にpn接合
が形成されている。GaAsトンネル接合層3は下部セ
ル(GaAsボトムセル)2の最上層であるn+ InG
aP窓層24の上部に形成された厚み15nm、不純物
密度5×1018cm-3以上のn+ GaAs層31と、厚
み15nm、不純物密度1.0×1019のp+ GaAs
層32とから構成されている。そしてこの上部には厚み
0.3〜0.7μmで不純物密度4×1017cm-3のp
+ In0.5 Ga0.5 PのBSF層41;厚み0.7〜
1.5μm、不純物密度1.5×1017cm-3のpIn
0.5 Ga0.5 Pベース層42;厚み50nm、不純物密
度3.0×1018cm-3のn+ In0.5 Ga0.5 Pエミ
ッタ層43;および厚み30nm、不純物密度2×10
18cm-3のn+ AlInP窓層44がこの順に堆積され
たIn0.5 Ga0.5 Pトップセル4が形成されている。
In0.5 Ga0.5 Pトップセル4の上部の一部にはオー
ミックコンタクト用の厚み0.3μmのn+ GaAs層
51が形成され、その上部にはAu−Ge/Ni/Au
層71およびその上のAu層72からなる上部金属電極
層(表面電極層)7が形成されている。p+ GaAs基
板11の裏面には下部金属電極層(裏面電極層)8とし
てAu層が形成されている。In0.5 Ga0.5 Pトップ
セル4のn+ AlInP窓層44の表面においてn+
aAs層51およびその上の上部金属電極層7が形成さ
れている部分以外の領域には、ZnS層61、MgF2
層62からなる反射防止膜6が形成されている。
As a structure using the BSF layer according to the method 1), a laminated solar cell (cell) as shown in FIG. 5 is known. FIG. 5 shows a so-called tandem cell in which a plurality of single cells are connected in series in order to obtain a high conversion efficiency or a high electromotive voltage. In FIG. 5, a GaAs cell 2 is used as the lower cell (bottom cell),
As an upper cell (top cell), an In 0.5 Ga 0.5 P cell 4 lattice-matched to GaAs is used. Further, a GaAs tunnel junction layer 3 is provided between the lower cell and the upper cell in order to electrically connect them in series. BSF layer 41 of the top cell (upper cell) of FIG.
Has an impurity density higher than that of the base layer 42. In detail, the GaAs bottom cell 2 is Zn
Doped p + GaAs substrate 11 (p <1 × 10 19 c
m −3 ) formed on the p + GaAs buffer layer 12 having a thickness of 0.3 μm and an impurity density of 7.0 × 10 18 cm −3 . And the GaAs cell 2 is p + Ga
Thickness of 0.1 μm formed on the As buffer layer 12
And p + InGaP with an impurity density of 3.0 × 10 18 cm -3
BSF layer 21 of, and a pGaAs base layer 2 provided thereon with a thickness of 3 μm and an impurity density of 2.0 × 10 17 cm −3
2. An n + GaAs emitter layer 23 having a thickness of 0.1 μm and an impurity density of 2.0 × 10 18 cm −3 provided on the upper portion thereof,
Furthermore, the thickness of the upper part is 0.1 μm and the impurity density is 2.0 ×
It is composed of 10 18 cm −3 of n + InGaP window layer 24. A pn junction is formed between the emitter layer 23 and the base layer 22. The GaAs tunnel junction layer 3 is n + InG which is the uppermost layer of the lower cell (GaAs bottom cell) 2.
An n + GaAs layer 31 having a thickness of 15 nm and an impurity density of 5 × 10 18 cm −3 or more formed on the aP window layer 24, and ap + GaAs having a thickness of 15 nm and an impurity density of 1.0 × 10 19
And the layer 32. And on this upper part, p with a thickness of 0.3 to 0.7 μm and an impurity density of 4 × 10 17 cm −3
+ In 0.5 Ga 0.5 P BSF layer 41; thickness 0.7 to
PIn with 1.5 μm and impurity density of 1.5 × 10 17 cm −3
0.5 Ga 0.5 P base layer 42; n + In 0.5 Ga 0.5 P emitter layer 43 having a thickness of 50 nm and an impurity density of 3.0 × 10 18 cm −3 ; and a thickness of 30 nm, an impurity density of 2 × 10
The In 0.5 Ga 0.5 P top cell 4 is formed by depositing the 18 cm −3 n + AlInP window layer 44 in this order.
An n + GaAs layer 51 having a thickness of 0.3 μm for ohmic contact is formed on a part of the upper portion of the In 0.5 Ga 0.5 P top cell 4, and an Au—Ge / Ni / Au layer is formed on the n + GaAs layer 51.
An upper metal electrode layer (surface electrode layer) 7 including a layer 71 and an Au layer 72 thereon is formed. On the back surface of the p + GaAs substrate 11, an Au layer is formed as a lower metal electrode layer (back surface electrode layer) 8. At the surface of the n + AlInP window layer 44 of the In 0.5 Ga 0.5 P top cell 4, n + G
The ZnS layer 61 and the MgF 2 layer are formed in regions other than the portion where the aAs layer 51 and the upper metal electrode layer 7 are formed.
The antireflection film 6 including the layer 62 is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示したような従来型の積層型太陽電池は、トップセルの
BSF層41において大きな赤外光吸収があり、入射光
が十分ボトムセルに到達せずタンデムセルとして有効に
波長分割効果が作用しないという問題があった。そのた
め、従来のタンデム構造の積層型太陽電池(タンデムセ
ル)は変換効率が低く又、開放電圧Voc、短絡光電流
Isc等も低いという問題があった。
However, in the conventional laminated solar cell as shown in FIG. 5, the BSF layer 41 of the top cell absorbs a large amount of infrared light, and the incident light does not reach the bottom cell sufficiently. However, there is a problem that the wavelength division effect does not work effectively as a tandem cell. Therefore, the conventional stacked solar cell (tandem cell) having a tandem structure has a problem that the conversion efficiency is low, and the open circuit voltage Voc, the short-circuit photocurrent Isc, and the like are also low.

【0005】本発明は以上の点を鑑みてなされたもの
で、トップセルにおける赤外光吸収が極めて小さく、し
かも有効に裏面再結合損失が防止できる新規な積層型太
陽電池の構造を提供することを、その目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a novel laminated solar cell structure in which the infrared light absorption in the top cell is extremely small and the back surface recombination loss can be effectively prevented. Is the purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は図1に示すように、トップセル4とボトムセ
ル2とが接合層3とから少なくとも構成されたタンデム
セル型太陽電池であり、そのトップセル4の構造に特徴
がある。すなわち、トップセル4は第1導電型の第1の
エミッタ層43、第2導電型の第1のベース層42、第
2導電型の第1のBSF層412、第2導電型の歪緩和
層411を主なる構成要素とし、第1のBSF層41
2、歪緩和層411の不純物密度が第1のベース層の不
純物密度とほぼ等しいか、それよりも小さいこと、およ
び、第1のBSF層412の禁制帯Egが第1のBSF
層のEgよりも大きく、歪緩和層411のEgが第1の
ベース層42のEgよりも小さいことを特徴とする。ボ
トムセルは図1に示すように第2のエミッタ層23、第
2のベース層22、第2のBSF層21等を主なる構成
要素とする。なお、図1は例示であり、本発明は3セル
以上の直列接続型の太陽電池としてもよいことは勿論で
ある。
In order to solve the above problems, the present invention is a tandem cell type solar cell in which a top cell 4 and a bottom cell 2 are composed of at least a bonding layer 3 as shown in FIG. The structure of the top cell 4 is characteristic. That is, the top cell 4 includes the first conductivity type first emitter layer 43, the second conductivity type first base layer 42, the second conductivity type first BSF layer 412, and the second conductivity type strain relaxation layer. 411 as a main component and the first BSF layer 41
2. The impurity density of the strain relaxation layer 411 is substantially equal to or smaller than the impurity density of the first base layer, and the forbidden band Eg of the first BSF layer 412 is the first BSF.
It is characterized in that it is larger than the Eg of the layer and the Eg of the strain relaxation layer 411 is smaller than the Eg of the first base layer 42. As shown in FIG. 1, the bottom cell mainly includes the second emitter layer 23, the second base layer 22, the second BSF layer 21, and the like. Note that FIG. 1 is merely an example, and it goes without saying that the present invention may be a series-connected solar cell having three or more cells.

【0007】好ましくは請求項2記載のように第1のベ
ース層42、第1のBSF層412、歪緩和層411は
同一の構成元素からなる混晶化合物半導体であり、この
混晶の組成xが第1のベース層42、第1のBSF層4
12、歪緩和層411においてそれぞれ異なることを特
徴とする。
Preferably, the first base layer 42, the first BSF layer 412, and the strain relaxation layer 411 are mixed crystal compound semiconductors composed of the same constituent element, and the composition x of this mixed crystal is preferable. Are the first base layer 42 and the first BSF layer 4
12 and the strain relaxation layer 411 are different from each other.

【0008】また好ましくは請求項3記載のように接合
層3は第1導電型の化合物半導体31と第2導電型化合
物半導体32とからなるトンネル接合層であることを特
徴とする。
Preferably, the junction layer 3 is a tunnel junction layer composed of a first conductivity type compound semiconductor 31 and a second conductivity type compound semiconductor 32.

【0009】また好ましくは、請求項4記載のようにト
ップセル4、接合層3、ボトムセル2が化合物半導体基
板11の上に形成され、トップセル4の第1のベース層
42の格子定数は化合物半導体基板の格子定数とほぼ整
合していることを特徴とする。
Preferably, the top cell 4, the bonding layer 3 and the bottom cell 2 are formed on the compound semiconductor substrate 11 as described in claim 4, and the lattice constant of the first base layer 42 of the top cell 4 is the compound. It is characterized in that it substantially matches the lattice constant of the semiconductor substrate.

【0010】さらに好ましくは、請求項5記載のように
第1のベース層42はInx Ga1- x Pであり、化合物
半導体基板11はGaAsであり、組成xは実質的に
0.5であること、を特徴とする。実質的に0.5と
は、格子歪の発生が抑制される範囲で、0.5から多少
ずれてもよいという意味である。
[0010] More preferably, the first base layer 42 as claimed in claim 5, wherein is an In x Ga 1-x P, a compound semiconductor substrate 11 is GaAs, the composition x is substantially 0.5 There is a feature. Substantially 0.5 means that it may be slightly deviated from 0.5 within a range in which the occurrence of lattice strain is suppressed.

【0011】[0011]

【作用】本発明の特徴によれば、第1のBSF層41
2、歪緩和層411の不純物密度をベース層42の値と
等しいか、それよりも小さくしているため、従来技術で
問題となったBSF層中での多数キャリアによる赤外光
吸収はほとんどなく、入射光が有効にトップセルを透過
し、ボトムセルに到達する、したがって、タンデムセル
としての波長分割効果が十分に発揮され、変換効率が増
大する。
According to the features of the present invention, the first BSF layer 41 is
2. Since the impurity density of the strain relaxation layer 411 is equal to or smaller than the value of the base layer 42, there is almost no infrared light absorption by the majority carrier in the BSF layer, which is a problem in the conventional technique. The incident light effectively passes through the top cell and reaches the bottom cell. Therefore, the wavelength division effect as a tandem cell is sufficiently exerted and the conversion efficiency is increased.

【0012】本発明の太陽電池は図4(b)のバンドダ
イアグラムに示すように第1のBSF層412の禁制帯
幅Egを第1のBSF層42のEgよりも大きくするこ
とにより電位障壁を形成し、光吸収によって生じた少数
キャリアの裏面再結合損失を防いでいる。図4(a)は
従来技術におけるバンドダイアグラムを示すが、従来技
術おいては、第1のBSF層41と第2のベース層42
との禁制帯幅Egとはほぼ等しく、第1のBSF層41
の不純物密度を高くすることにより少数キャリアに対す
る電位障壁を形成している。したがってこの場合は第1
のBSF層中で赤外光の吸収が発生する。図4(b)に
示すようにした場合、心配される点は、第1のベース層
42と第1のBSF層412との禁制帯幅の差違ΔEg
を大きく取るために第1のベース層42と第1のBSF
層412の混晶の組成比xを変えたことに起因する格子
定数の相違の発生である。結晶格子間隔が異なる状態で
エピタキシャル成長すれば、第1のベース層42の結晶
性が低劣なものとなり、新たに光吸収の原因を形成し、
結局分光感度特性が改善できないということになる。本
発明においては、第1のBSF層412のEgを第1の
ベース層42のEgよりも大きくすると同時に、第1の
BSF層412に接して形成した歪緩和層411のEg
を第1のベース層42のEgよりも小さくしている。そ
の結果、第1のBSF層412と歪緩和層411とで格
子歪は補償され、ベース層42には格子不整合の影響が
及ばないようにされている。すなわち、歪緩和層411
の混晶組成比を、第1のベース層412の格子間隔から
第1のBSF層411の格子間隔に差し引いた値が、第
1のベース層42の格子間隔から、歪み緩和層411の
格子間隔を差し引いた値と逆符号で等しい値となるよう
に選ばれているので、格子歪は補償され、第1のベース
層の結晶性は良好なものとなる。そのためタンデムセル
としての変換効率や開放電圧Vos、短絡光電流Isc
が改善される。
In the solar cell of the present invention, as shown in the band diagram of FIG. 4B, the forbidden band width Eg of the first BSF layer 412 is made larger than the Eg of the first BSF layer 42 so that the potential barrier is increased. The backside recombination loss of the minority carriers generated by light absorption is prevented. FIG. 4A shows a band diagram in the conventional technique. In the conventional technique, the first BSF layer 41 and the second base layer 42 are used.
And the forbidden band width Eg of the first BSF layer 41
A potential barrier for minority carriers is formed by increasing the impurity density of. Therefore, in this case, the first
Absorption of infrared light occurs in the BSF layer. In the case shown in FIG. 4B, a concern is that the forbidden band difference ΔEg between the first base layer 42 and the first BSF layer 412 is ΔEg.
The first base layer 42 and the first BSF
This is the occurrence of a difference in lattice constant due to changing the composition ratio x of the mixed crystal of the layer 412. If epitaxial growth is performed in a state where the crystal lattice spacing is different, the crystallinity of the first base layer 42 becomes poor, and a new cause of light absorption is formed.
After all, the spectral sensitivity characteristic cannot be improved. In the present invention, the Eg of the first BSF layer 412 is made larger than the Eg of the first base layer 42, and at the same time, the Eg of the strain relaxation layer 411 formed in contact with the first BSF layer 412.
Is smaller than Eg of the first base layer 42. As a result, the lattice strain is compensated by the first BSF layer 412 and the strain relaxation layer 411 so that the base layer 42 is not affected by the lattice mismatch. That is, the strain relaxation layer 411
The value obtained by subtracting the mixed crystal composition ratio from the lattice spacing of the first base layer 412 to the lattice spacing of the first BSF layer 411 is calculated from the lattice spacing of the first base layer 42 to the lattice spacing of the strain relaxation layer 411. Since it is selected so as to have the same sign with the opposite sign to the value obtained by subtracting, the lattice strain is compensated and the crystallinity of the first base layer becomes good. Therefore, conversion efficiency as a tandem cell, open circuit voltage Vos, short-circuit photocurrent Isc
Is improved.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図5に重複する部分には同一の符号を用いてい
る。図1は本発明の実施例に係るGaAsに格子整合す
るIn0.5 Ga0.5 Pをエミッタ層、ベース層に用いた
上部セル(トップセル)4と、GaAs下部セル(ボト
ムセル)2とをGaAsトンネル接合層3で接続したタ
ンデムセル構造の太陽電池である。詳細に述べるとGa
As下部セル(ボトムセル)2はZnドープのp+ Ga
As基板11(p<1×1019cm-3)の上部に形成さ
れた厚み0.3μm、不純物密度7.0×1018cm-3
のp+ GaAsバッファ層12の上に形成されている。
そしてGaAsセル2はp+ GaAsバッファ層12の
上に形成された厚み0.1μmで、不純物密度3.0×
1018cm-3のp+ InGaPのBSF層21、その上
部に設けられた厚み3μm、不純物密度2.0×1017
cm-3のpGaAsベース層22、その上部に設けられ
た厚み0.1μm、不純物密度2.0×1018cm-3
+ GaAsエミッタ層23、さらにその上部の厚み
0.1μm、不純物密度2.0×1018cm-3のn+
nGaP窓層24とから構成されている。エミッタ層2
3とベース層22の間にpn接合が形成されている。G
aAsトンネル接合層3は下部セル(GaAsボトムセ
ル)2の最上層であるn+ InGaP窓層24の上部に
形成された厚み15nm、不純物密度5×1018cm-3
以上のn++GaAs層31と、厚み15nm、不純物密
度1.0×1019のp++GaAs層32とから構成され
ている。トンネル接合層3のピーク電流は約50mA/
cm2 である。そしてこの上部には厚み0.2μmで不
純物密度1.5×1017cm-3のpIny Ga1-y
(y>0.5)歪緩和層411が形成され、この歪緩和
層411の上には厚み0.2μmで、不純物密度1.5
×1017cm-3のpInx Ga1-x P(x<0.5)B
SF層412が形成され、さらにその上に厚み0.7〜
1.5μm、不純物密度1.5×1017cm-3のpIn
0.5 Ga0.5 Pベース層42;厚み50nm、不純物密
度3.0×1018cm-3のn+ In0.5 Ga0.5 Pエミ
ッタ層43;および厚み30nm、不純物密度2×10
18cm-3のn+ AlInP窓層44がこの順に堆積さ
れ、InGaP上部セル(トップセル)4が形成されて
いる。In0.5 Ga0.5 Pトップセル4の上部の一部に
はオーミックコンタクト用の厚み0.3μmのn+ Ga
As層51が形成され、その上部にはAu−Ge/Ni
/Au層71およびその上のAu層72からなる上部金
属電極層(表面電極層)7が形成されている。p+ Ga
As基板11の裏面には下部金属電極層(裏面電極層)
8としてAu層が形成されている。In0.5 Ga0.5
トップセル4のn+ AlInP窓層44の表面において
+ GaAs層51およびその上の上部金属電極層7が
形成されている部分以外の表面領域には、ZnS層6
1、MgF2 層62からなる反射防止膜6が形成されて
いる。図6におけるドーパントはp+ GaAsバッファ
層12、p+ InGaP−BSF層21、pGaAsベ
ース層22、p++GaAs層32、pIny Ga1-y
歪緩和層411、pInx Ga1-xP−BSF層41
2、pInGaPベース層42に対してはZnを用いる
のが望ましく、n+ GaAsエミッタ層23、n+ In
0.5 Ga0.5 P窓層24、n++GaAs層31、n+
0.5 0.5 Pエミッタ層43、n+ AlInP窓層4
4、n+ GaAs層51にはSiを用いることが望まし
いが、他のドーパントでも同様な効果は得られる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts are designated by the same reference numerals in FIG. FIG. 1 shows a GaAs tunnel junction between an upper cell (top cell) 4 and an GaAs lower cell (bottom cell) 2 using In 0.5 Ga 0.5 P lattice-matched with GaAs as an emitter layer and a base layer according to an embodiment of the present invention. It is a tandem cell structure solar cell connected by layer 3. Ga in detail
As lower cell (bottom cell) 2 is Zn-doped p + Ga.
A thickness of 0.3 μm formed on the As substrate 11 (p <1 × 10 19 cm −3 ) and an impurity density of 7.0 × 10 18 cm −3
Is formed on the p + GaAs buffer layer 12.
The GaAs cell 2 has a thickness of 0.1 μm formed on the p + GaAs buffer layer 12, and has an impurity density of 3.0 ×
10 18 cm −3 p + InGaP BSF layer 21, thickness 3 μm provided on the BSF layer 21, and impurity density 2.0 × 10 17
cm −3 pGaAs base layer 22, 0.1 μm thickness provided on the upper part thereof, n + GaAs emitter layer 23 having an impurity density of 2.0 × 10 18 cm −3 , and 0.1 μm thickness on the upper part, and impurity density 2.0 × 10 18 cm -3 n + I
and the nGaP window layer 24. Emitter layer 2
A pn junction is formed between 3 and the base layer 22. G
The aAs tunnel junction layer 3 has a thickness of 15 nm and an impurity density of 5 × 10 18 cm −3 formed on the n + InGaP window layer 24 which is the uppermost layer of the lower cell (GaAs bottom cell) 2.
It is composed of the above n ++ GaAs layer 31 and the p ++ GaAs layer 32 having a thickness of 15 nm and an impurity density of 1.0 × 10 19 . The peak current of the tunnel junction layer 3 is about 50 mA /
cm 2 . On top of this, pIn y Ga 1 -y P having a thickness of 0.2 μm and an impurity density of 1.5 × 10 17 cm −3
(Y> 0.5) A strain relaxation layer 411 is formed, and the strain relaxation layer 411 has a thickness of 0.2 μm and an impurity density of 1.5.
× 10 17 cm -3 pIn x Ga 1-x P (x <0.5) B
An SF layer 412 is formed, and a thickness of 0.7 to
PIn with 1.5 μm and impurity density of 1.5 × 10 17 cm −3
0.5 Ga 0.5 P base layer 42; n + In 0.5 Ga 0.5 P emitter layer 43 having a thickness of 50 nm and an impurity density of 3.0 × 10 18 cm −3 ; and a thickness of 30 nm, an impurity density of 2 × 10
An 18 cm −3 n + AlInP window layer 44 is deposited in this order to form an InGaP upper cell (top cell) 4. The In 0.5 Ga 0.5 P top cell 4 has a part of the upper portion thereof with n + Ga having a thickness of 0.3 μm for ohmic contact.
An As layer 51 is formed, and Au-Ge / Ni is formed on the As layer 51.
The upper metal electrode layer (surface electrode layer) 7 including the / Au layer 71 and the Au layer 72 thereon is formed. p + Ga
A lower metal electrode layer (rear surface electrode layer) is formed on the rear surface of the As substrate 11.
8 is an Au layer. In 0.5 Ga 0.5 P
On the surface region of the n + AlInP window layer 44 of the top cell 4, other than the part where the n + GaAs layer 51 and the upper metal electrode layer 7 thereon are formed, a ZnS layer 6 is formed.
1. The antireflection film 6 made of the MgF 2 layer 62 is formed. The dopant in FIG. 6 is p + GaAs buffer layer 12, p + InGaP-BSF layer 21, pGaAs base layer 22, p ++ GaAs layer 32, pIn y Ga 1-y P.
The strain relaxation layer 411, the pIn x Ga 1-x P-BSF layer 41
2. Zn is preferably used for the pInGaP base layer 42, and n + GaAs emitter layer 23, n + In
0.5 Ga 0.5 P window layer 24, n ++ GaAs layer 31, n + I
n 0.5 G 0.5 P emitter layer 43, n + AlInP window layer 4
4, it is desirable to use Si for the n + GaAs layer 51, but similar effects can be obtained with other dopants.

【0014】図2(b)に本発明の実施例の積層型太陽
電池の上部セル近傍の不純物密度(Nd−Na)プロフ
ァイルを、図2(a)に、従来技術として説明した図5
の不純物密度プロファイルを示した。従来技術において
はpIn0.5 Ga0.5 Pベース層42よりもp+ In
0.5 Ga0.5 P−BSF層の不純物密度が高くなってい
るが、本発明ではpIny Ga1-y P歪緩和層411お
よびpInx Ga1-x P−BSF層412の不純物密度
はpIn0.5 Ga0.5 Pベース層42と等しい不純物密
度となっている。したがって、従来技術において問題と
なったp+ In0. 5 Ga0.5 P−BSF層における光吸
収は極めて小さく抑えられる。なお、BSF層412、
歪緩和層411の不純物密度をpベース層42の不純物
密度より低くしてもよい。本発明においては、図3
(b)に上部セル近傍における表面からの深さ方向のI
nの組成(x,y)の分布を示したが、pInx Ga
1-x P−BSF層412の組成xは0.5より小さく、
pIny Ga1-y P歪緩和層411の組成yは0.5よ
り大きくしている。(参考図として図3(a)に従来技
術の組成の分布を示したが、従来技術ではp+ In0.5
Ga0.5 P−BSF層41の組成は0.5で、pIn
0.5 Ga0.5 Pベース層41の組成と同一である。)こ
のため、本発明の実施例においては、図3(c)に示す
ように禁制帯幅EgがpInx Ga1-x P−BSF層4
12でpIn0.5 Ga0.5 Pベース層42のEgよりも
ΔEg大きく、pIny Ga1-y P歪緩和層411のE
gは、pIn0.5Ga0.5 Pベース層42のEgよりも
ΔEgだけ小さくなっている。
FIG. 2B shows the impurity density (Nd-Na) profile in the vicinity of the upper cell of the stacked solar cell according to the embodiment of the present invention, and FIG.
The impurity density profile of In the prior art, p + In rather than pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 42 is used.
Although the impurity density of the 0.5 Ga 0.5 P-BSF layer is high, the impurity density of the pIn y Ga 1-y P strain relaxation layer 411 and the pIn x Ga 1-x P-BSF layer 412 is pIn 0.5 Ga in the present invention. The impurity density is the same as that of the 0.5 P base layer 42. Therefore, light absorption in the p + In 0. 5 Ga 0.5 P -BSF layer in question in the prior art can be suppressed extremely small. Note that the BSF layer 412,
The impurity density of the strain relaxation layer 411 may be lower than the impurity density of the p base layer 42. In the present invention, FIG.
(B) shows I in the depth direction from the surface in the vicinity of the upper cell.
Although the distribution of the composition (x, y) of n is shown, pIn x Ga
The composition x of the 1-x P-BSF layer 412 is smaller than 0.5,
The composition y of the pIn y Ga 1-y P strain relaxation layer 411 is set to be larger than 0.5. (As a reference diagram, the distribution of the composition of the conventional technique is shown in FIG. 3A. In the conventional technique, p + In 0.5
The composition of the Ga 0.5 P-BSF layer 41 is 0.5 and pIn
It has the same composition as the 0.5 Ga 0.5 P base layer 41. Therefore, in the embodiment of the present invention, the forbidden band width Eg is pIn x Ga 1 -x P-BSF layer 4 as shown in FIG.
12 is larger than Eg of the pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 42 by ΔEg, and E of the pIn y Ga 1-y P strain relaxation layer 411 is
g is smaller than Eg of the pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 42 by ΔEg.

【0015】図3(c)でpIn0.5 Ga0.5 Pベース
層42のEg=1.85eVとして示しているが、これ
は例示であり、厳密には不純物密度や、成長方法等によ
り若干異った値となる。いずれにしても、本発明におい
てはΔEgを30meV〜90meVとすることによ
り、裏面再結合損失を防ぐと同時に、BSF層412と
歪緩和層411との格子歪が打ち消され、BSF層41
2のEgを大きくしたことによる結晶格子歪の影響が、
pIn0.5 Ga0.5 Pベース層42に及ばないようにで
きる。このためには、組成xは0.5に対し0.025
(ΔEg=30meVに対応)から0.075(ΔEg
=90meVに対応)大きくすればよい。BSF層41
2のEgがpベース層42のEgより大きいので、BS
F層412の不純物密度がpベース層42の値より若干
低くても裏面再結合損失を防止でき、したがって、BS
F層412中の光吸収はさらに減少できる。しかも、歪
緩和層412の効果により、pベース層42の結晶性は
良好となり、格子歪に起因する光感度低下もほとんど発
生しない。
In FIG. 3 (c), Eg = 1.85 eV of the pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 42 is shown, but this is an example, and strictly speaking, it slightly differs depending on the impurity density, the growth method and the like. It becomes a value. In any case, in the present invention, ΔEg is set to 30 meV to 90 meV to prevent back surface recombination loss, and at the same time, the lattice strain between the BSF layer 412 and the strain relaxation layer 411 is canceled and the BSF layer 41
The influence of the crystal lattice strain caused by increasing Eg of 2 is
It can be set so as not to reach the pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 42. For this purpose, the composition x is 0.025 with respect to 0.5
(Corresponding to ΔEg = 30 meV) to 0.075 (ΔEg
= Corresponding to 90 meV). BSF layer 41
Since the Eg of 2 is larger than the Eg of the p base layer 42,
Even if the impurity density of the F layer 412 is slightly lower than the value of the p base layer 42, back surface recombination loss can be prevented, and therefore, the BS
Light absorption in the F layer 412 can be further reduced. Moreover, due to the effect of the strain relaxation layer 412, the crystallinity of the p base layer 42 becomes good, and the photosensitivity reduction due to the lattice strain hardly occurs.

【0016】本発明の図1に示したタンデムセルの太陽
電池は以下に示すような製造方法で製造できる。すなわ
ち、 (a)まず有機金属気相成長法(MOCVD法)、CB
E(ChemicalBeam Epitaxy)法、
MBE(Molecular Beam Epitax
y)法、MLE(Molecular Layer E
pitaxy)法等を用いて、p+ GaAs基板11の
上にp+ GaAs層12、GaAsボトムセル2、Ga
Asトンネル接合3、In0.5 Ga0.5 Pトップセル
4、n+GaAs層51を連続エピタキシャル成長す
る。より具体的にはGaAsボトムセル2はp+ InG
aP−BSF層21、pGaAsベース層22、n+
aAsエミッタ層23、n+ In0.5 Ga0.5 P層24
の多層エピタキシャル成長層であり、In0.5 Ga0.5
Pトップセル4は、pIny Ga1-y P歪緩和層41
1、pInx Ga1-x P−BSF層412、pIn0.5
Ga0.5 Pベース層42、n+ In0.5 Ga0.5 Pエミ
ッタ層43、n+ AlInP窓層44の順に積層した多
層エピタキシャル成長層であり、さらに、GaAsトン
ネル接合はn++GaAs層31、p++GaAs層32か
らなる連続エピタキシャル成長層である。MOCVDは
常圧MOCVDでも減圧MOCVDでも可能であるが、
望ましくは、たとえば6.7〜10kPaに保持された
減圧MOCVD法、さらに望ましくは縦型減圧MOCV
D法によるのがよい。III 族の原料ガスとしてはトリエ
チルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(TM
I)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチル
アミンアラン(TMAAl)など、V族の原料ガスとし
てはホスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )など
を用いる。あるいはターシャリー・ブチル・フォスフィ
ン((C4 9 )PH2 ;TBP)、ターシャリー・ブ
チル・アルシン((C4 9 )AsH2 ;TBA)など
を用いてもよい。n型のドーパントガスとしては、モノ
シラン(SiH4 )、ジシラン(Si26 )、あるい
はジエチルセレン(DESe)、ジエチルテルル(DE
Te)等を用いればよいが、モノシランが好ましい。p
型のドーパントガスとしてはジエチル亜鉛(DEZn)
あるいはトリメチルガリウム(TMG)を用いてもよ
い。これらの原料ガスおよびドーパントガスはマスフロ
ーコントローラ等を用いて6.7kPa〜10kPaの
減圧に制御された反応管中に導入される。V族の原料ガ
スとIII 族の原料ガスとの比、いわゆるV/III 比は、
たとえば120〜170程度で行えばよい。成長時の基
板温度はたとえば650℃〜700℃とすればよく、図
12に示したように高いVocの値を得るためには、G
aAsボトムセル2の成長は700℃が好ましい。
The tandem cell solar cell shown in FIG. 1 of the present invention can be manufactured by the following manufacturing method. That is, (a) First, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), CB
E (Chemical Beam Epitaxy) method,
MBE (Molecular Beam Epitax)
y) method, MLE (Molecular Layer E)
Pitaxy method or the like, and on the p + GaAs substrate 11, the p + GaAs layer 12, the GaAs bottom cell 2, Ga
An As tunnel junction 3, an In 0.5 Ga 0.5 P top cell 4, and an n + GaAs layer 51 are continuously epitaxially grown. More specifically, the GaAs bottom cell 2 is p + InG
aP-BSF layer 21, pGaAs base layer 22, n + G
aAs emitter layer 23, n + In 0.5 Ga 0.5 P layer 24
In 0.5 Ga 0.5
The P top cell 4 has a pIn y Ga 1-y P strain relaxation layer 41.
1, pIn x Ga 1-x P-BSF layer 412, pIn 0.5
The Ga 0.5 P base layer 42, the n + In 0.5 Ga 0.5 P emitter layer 43, and the n + AlInP window layer 44 are laminated in this order to form a multilayer epitaxial growth layer. Further, the GaAs tunnel junction is an n ++ GaAs layer 31, p ++. It is a continuous epitaxial growth layer composed of the GaAs layer 32. MOCVD can be performed by either normal pressure MOCVD or low pressure MOCVD.
Desirably, for example, a low pressure MOCVD method in which the pressure is maintained at 6.7 to 10 kPa, and more preferably, a vertical type low pressure MOCV method.
It is better to use method D. As group III source gas, triethylgallium (TEG), trimethylindium (TM)
I), trimethylaluminum (TMA), trimethylamine alane (TMAAl), or the like, and phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) or the like is used as a group V source gas. Alternatively, tertiary butyl phosphine ((C 4 H 9 ) PH 2 ; TBP), tertiary butyl arsine ((C 4 H 9 ) AsH 2 ; TBA) and the like may be used. Examples of n-type dopant gas include monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), diethyl selenium (DESe), and diethyl tellurium (DE).
Te) or the like may be used, but monosilane is preferable. p
Type dopant gas is diethylzinc (DEZn)
Alternatively, trimethylgallium (TMG) may be used. These raw material gas and dopant gas are introduced into a reaction tube controlled to a reduced pressure of 6.7 kPa to 10 kPa using a mass flow controller or the like. The ratio of the group V source gas to the group III source gas, the so-called V / III ratio, is
For example, about 120 to 170 may be performed. The substrate temperature during growth may be 650 ° C. to 700 ° C., for example, in order to obtain a high Voc value as shown in FIG.
The growth of the aAs bottom cell 2 is preferably 700 ° C.

【0017】(b)次に、このように連続エピタキシャ
ル成長した多層構造のウェハを反応管より取り出し、リ
フトオフのためのフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィーにより所定のパターンを形成し、その上から
Au−Ge/Ni/Auを真空蒸着する。たとえば10
0nmのAu−Ge(12wt%)、20nmのNi、
70nmのAu膜をEB蒸着法にて形成する。その後フ
ォトレジストを除去すれば、櫛状のストライプ等所望の
平面パターン形状の上部金属電極層71が形成される。
リフトオフ法を用いず、通常のフォトリソグラフィー
で、KI/I溶液等のエッチャントでエッチングしても
同様なパターンは得られるが、リフトオフ法の方が簡便
である。その後、H2 雰囲気中あるいはN2 等の不活性
ガス雰囲気中で360〜450℃で電極のシンタリング
を行う。360℃で2秒程度のシンタリングが好まし
い。
(B) Next, the wafer having the multilayer structure thus continuously epitaxially grown is taken out from the reaction tube, a photoresist for lift-off is applied, a predetermined pattern is formed by photolithography, and Au-- Vacuum deposition of Ge / Ni / Au. For example, 10
0 nm Au-Ge (12 wt%), 20 nm Ni,
A 70 nm Au film is formed by the EB vapor deposition method. Then, if the photoresist is removed, the upper metal electrode layer 71 having a desired plane pattern shape such as a comb-shaped stripe is formed.
Although a similar pattern can be obtained by etching with an etchant such as a KI / I solution by ordinary photolithography without using the lift-off method, the lift-off method is simpler. Then, the electrode is sintered at 360 to 450 ° C. in an H 2 atmosphere or an inert gas atmosphere such as N 2 . Sintering at 360 ° C. for about 2 seconds is preferable.

【0018】(c)次にエピタキシャル成長層表面をフ
ォトレジスト等がカバーしp+ GaAs基板11の裏面
をブロム(Br2 )系のエッチャントを用いて約6μm
エッチング後、その表面に約1μm程度の裏面電極層8
のAuメッキをする。続いてエピタキシャル成長層表面
の所定の平面パターンを有するAu−Ge/Ni/Au
膜71の上部表面部分のみフォトリソグラフィーを用い
て約1μmのAuメッキ膜72をメッキし、上部金属電
極層7の平面パターン形状を得る。
(C) Next, the surface of the epitaxial growth layer is covered with photoresist or the like, and the back surface of the p + GaAs substrate 11 is about 6 μm using a brom (Br 2 ) based etchant.
After etching, the back electrode layer 8 having a thickness of about 1 μm is formed on the surface.
Au plating of. Subsequently, Au-Ge / Ni / Au having a predetermined plane pattern on the surface of the epitaxial growth layer
Only the upper surface portion of the film 71 is plated with an Au plating film 72 of about 1 μm by photolithography to obtain a plane pattern shape of the upper metal electrode layer 7.

【0019】(d)次に、たとえば10mm×20mm
等所望の平面寸法の受光面および上部電極層からなる素
子の主領域をフォトレジストでカバーし、カバーされて
いない他のエピタキシャル成長層の表面を約30μm〜
50μmの幅で約1μmの深さにメサエッチングし、メ
サを形成する。
(D) Next, for example, 10 mm × 20 mm
The main area of the device consisting of the light receiving surface and the upper electrode layer having a desired planar dimension such as is covered with photoresist, and the surface of the other uncovered epitaxial growth layer is about 30 μm-
Mesa etching is performed to form a mesa with a width of 50 μm and a depth of about 1 μm.

【0020】続いて、上部金属電極層7の平面パターン
をマスクとして、上部電極層7の下のn+ GaAs層5
1のみを残して、他の部分のn+ GaAs層51をエッ
チングにより除去する。
Then, using the plane pattern of the upper metal electrode layer 7 as a mask, the n + GaAs layer 5 under the upper electrode layer 7 is formed.
The remaining n + GaAs layer 51 is removed by etching, leaving only 1.

【0021】(e)次に、再びリフトオフ法を用いてZ
nS膜61、MgF2 膜62からなる反射防止膜6をス
パッタリングもしくは真空蒸着により形成する。
(E) Next, using the lift-off method again, Z
The antireflection film 6 including the nS film 61 and the MgF 2 film 62 is formed by sputtering or vacuum evaporation.

【0022】(f)次に、(d)で説明した幅30μm
〜50μmのメサラインを利用してへき開等により10
×20mmのセルを切り出して図1に示す形状の太陽電
池が完成する。
(F) Next, the width of 30 μm described in (d)
10 by cleavage using a mesa line of ~ 50 μm
A cell of × 20 mm is cut out to complete the solar cell having the shape shown in FIG.

【0023】本実施例では2セル積層型太陽電池につい
て述べたが、3セル以上の積層型太陽電池においても本
発明は有効であることは明らかである。
In this embodiment, the two-cell laminated solar cell has been described, but it is clear that the present invention is also effective for a laminated solar cell having three or more cells.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば上部セルにおける多数キ
ャリアによる赤外光吸収はほとんどなく、長波長側分光
感度特性が改善され、入射光が有効に下部セルに到達
し、十分な波長分割効果が得られる。したがって、たと
えば2%の電極占有率の2セル積層型太陽電池において
28%以上の変換効率が得られる等きわめて高効率とな
る。
According to the present invention, there is almost no infrared light absorption by the majority carriers in the upper cell, the long wavelength side spectral sensitivity characteristic is improved, the incident light effectively reaches the lower cell, and the sufficient wavelength division effect is obtained. Is obtained. Therefore, for example, in a 2-cell stacked solar cell having an electrode occupation rate of 2%, a conversion efficiency of 28% or more can be obtained, which is extremely high efficiency.

【0025】また本発明によれば、長波長側分光感度が
向上し、タンデムセルを構成している各層における格子
歪等も緩和され、キャリアのライフタイムも長くなり、
Vocも大幅に向上し、2.5V以上の高い値が得られ
る。本発明によれば、Iscや曲線因子(fill f
actor;FF)も改善される。
Further, according to the present invention, the spectral sensitivity on the long wavelength side is improved, lattice strain and the like in each layer constituting the tandem cell is alleviated, and the carrier lifetime is extended,
Voc is also greatly improved, and a high value of 2.5 V or higher can be obtained. According to the present invention, Isc and fill factor (fill f
(actor; FF) is also improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るIn0.5 Ga0.5 P/G
aAsの断面図である。
FIG. 1 shows In 0.5 Ga 0.5 P / G according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of aAs.

【図2】図2(b)は本発明の実施例に係るタンデムセ
ルの表面からの深さ方向の不純物密度分布を、図2
(a)は従来技術における不純物密度分布を示す図であ
る。
2 (b) is a graph showing the impurity density distribution in the depth direction from the surface of the tandem cell according to the embodiment of the present invention.
(A) is a figure which shows the impurity density distribution in a prior art.

【図3】図3(b)、および図3(c)はそれぞれ、本
発明の実施例に係るタンデムセルの表面からの深さ方向
の組成(x)の分布および、禁制帯幅(Eg)の変化を
示す図である。図3(a)は比較のために、従来技術に
おける組成の分布を示す図である。
FIG. 3 (b) and FIG. 3 (c) respectively show the distribution of the composition (x) in the depth direction from the surface of the tandem cell according to the example of the present invention and the forbidden band width (Eg). It is a figure which shows the change of. FIG. 3A is a diagram showing a composition distribution in the conventional technique for comparison.

【図4】図4(a)、および図4(b)はそれぞれ従来
技術および本発明の実施例に係るタンデムセルのエネル
ギーバンド図である。
FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) are energy band diagrams of a tandem cell according to a conventional technique and an embodiment of the present invention, respectively.

【図5】従来技術におけるタンデムセルの断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tandem cell in the related art.

【図6】太陽電池の動作を説明するための模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the solar cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 GaAsボトムセル(下部セル) 3 GaAsトンネル接合層 4 In0.5 Ga0.5 Pトップセル(上部セル) 6 反射防止膜 7 上部金属電極層(表面電極層) 8 下部金属電極層(裏面電極層) 11 p+ GaAs基板 12 p+ GaAsバッファ層 21 p+ In0.5 Ga0.5 P BSF層 22 pGaAsベース層 23 n+ GaAsエミッタ層 24 n+ InGaP窓層 31 n++GaAs層 32 p++GaAs層 41 p+ In0.5 Ga0.5 P−BSF層 42 pIn0.5 Ga0.5 Pベース層 43 n+ InGaPエミッタ層 44 n+ AlInP窓層 51 n+ GaAsコンタクト層 61 ZnS膜 62 MgF2 膜 71 Au−Ge/Ni/Au膜 72 Auメッキ膜 411 pIny Ga1-y P歪緩和層(y>0.5) 412 pInx Ga1-x P−BSF層(x<0.5) 422 ベース層 433 エミッタ層2 GaAs bottom cell (lower cell) 3 GaAs tunnel junction layer 4 In 0.5 Ga 0.5 P top cell (upper cell) 6 antireflection film 7 upper metal electrode layer (front electrode layer) 8 lower metal electrode layer (back electrode layer) 11 p + GaAs substrate 12 p + GaAs buffer layer 21 p + In 0.5 Ga 0.5 P BSF layer 22 p GaAs base layer 23 n + GaAs emitter layer 24 n + InGaP window layer 31 n ++ GaAs layer 32 p ++ GaAs layer 41 p + In 0.5 Ga 0.5 P-BSF layer 42 pIn 0.5 Ga 0.5 P base layer 43 n + InGaP emitter layer 44 n + AlInP window layer 51 n + GaAs contact layer 61 ZnS film 62 MgF 2 film 71 Au-Ge / Ni / Au film 72 Au plated film 411 pIn y Ga 1-y P strain relaxation layer (y> 0.5) 412 pIn x Ga 1-x P-BSF layer (x <0.5) 422 Base layer 433 Emitter layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1のエミッタ層と、該第
1のエミッタ層に接した第2導電型の第1のベース層
と、該第1のベース層に接した第2導電型の第1のBS
F層と、該第1のBSF層に接した第2導電型の歪緩和
層とを少なくとも具備するトップセルと、 第1導電型の第2のエミッタ層と、該第2のエミッタ層
に接した第2導電型の第2のベース層と、該第2のベー
ス層に接した第2導電型の第2のBSF層とを少なくと
も具備するボトムセルと、 該トップセルとボトムセルとの間に形成され、該トップ
セルとボトムセルとを互いに直列接続する接合層とから
少なくとも構成され、 該第1のBSF層および歪緩和層の不純物密度が該第1
のベース層の不純物密度と等しいか、これよりも小さな
値であり、該第1のBSF層の禁制帯幅が該第1のベー
ス層の禁制帯幅よりも大きく、該歪緩和層の禁制帯幅が
該第1のベース層の禁制帯幅よりも小さいことを特徴と
する直列接続型太陽電池。
1. A first conductivity type first emitter layer, a second conductivity type first base layer in contact with the first emitter layer, and a second conductivity type in contact with the first base layer. Type 1st BS
An F layer, a top cell having at least a second conductivity type strain relaxation layer in contact with the first BSF layer, a first conductivity type second emitter layer, and a second emitter layer contacting the second emitter layer. Formed between the top cell and the bottom cell, and a bottom cell having at least a second base layer of the second conductivity type and a second BSF layer of the second conductivity type in contact with the second base layer. At least a bonding layer that connects the top cell and the bottom cell in series with each other, and the impurity density of the first BSF layer and the strain relaxation layer is the first layer.
Is equal to or smaller than the impurity density of the base layer, the forbidden band width of the first BSF layer is larger than the forbidden band width of the first base layer, and the forbidden band of the strain relaxation layer is A series-connected solar cell having a width smaller than the forbidden band width of the first base layer.
【請求項2】 前記第1のベース層、第1のBSF層、
歪緩和層は同一の構成元素からなる混晶化合物半導体で
あり、 該混晶の組成がそれぞれ異なることを特徴とする請求項
1記載の直列接続型太陽電池。
2. The first base layer, the first BSF layer,
The series connection solar cell according to claim 1, wherein the strain relaxation layers are mixed crystal compound semiconductors composed of the same constituent element, and the compositions of the mixed crystals are different from each other.
【請求項3】 前記接合層は第1導電型および第2導電
型化合物半導体からなるトンネル接合層であることを特
徴とする請求項1記載の直列接続型太陽電池。
3. The series connection solar cell according to claim 1, wherein the junction layer is a tunnel junction layer made of a first conductivity type and a second conductivity type compound semiconductor.
【請求項4】 前記トップセル、接合層、ボトムセルは
化合物半導体基板上に形成され、前記第1のベース層は
該化合物半導体基板とほぼ格子整合していることを特徴
とする請求項1〜3いずれかに記載の直列接続型太陽電
池。
4. The top cell, the bonding layer, and the bottom cell are formed on a compound semiconductor substrate, and the first base layer is substantially lattice-matched with the compound semiconductor substrate. The series-connected solar cell according to any of the above.
【請求項5】 前記第1のベース層はInx Ga1-x
であり、 前記化合物半導体基板はGaAsであり、Inx Ga
1-x Pの組成xは実質的に0.5であることを特徴とす
る請求項4記載の直列接続型太陽電池。
5. The first base layer is In x Ga 1 -x P
And the compound semiconductor substrate is GaAs, In x Ga
The series-connected solar cell according to claim 4, wherein the composition x of 1-xP is substantially 0.5.
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