JP2001085718A - 太陽電池 - Google Patents
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- cell
- unit solar
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 キャリア再結合損失を低減し、発電効率の高
い太陽電池を提供する。 【解決手段】 ｎ+層、ｐ層、ｐ+層で構成された上部セ
ル１２とｐ層の下部に裏面に沿ってｎ+層とｐ+層を並べ
た下部セル１４とを積層し太陽電池１０とする。この上
部セル１２と下部セル１４との間に中間層３０を設け、
この中間層３０のバンドギャップを、上部セル１２及び
下部セル１４のバンドギャップの中間のバンドギャップ
とする。これにより、上部セル１２と下部セル１４との
接合面におけるエネルギ障壁を小さくでき、キャリアの
再結合損失を抑制し、発電効率を向上できる。
い太陽電池を提供する。 【解決手段】 ｎ+層、ｐ層、ｐ+層で構成された上部セ
ル１２とｐ層の下部に裏面に沿ってｎ+層とｐ+層を並べ
た下部セル１４とを積層し太陽電池１０とする。この上
部セル１２と下部セル１４との間に中間層３０を設け、
この中間層３０のバンドギャップを、上部セル１２及び
下部セル１４のバンドギャップの中間のバンドギャップ
とする。これにより、上部セル１２と下部セル１４との
接合面におけるエネルギ障壁を小さくでき、キャリアの
再結合損失を抑制し、発電効率を向上できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池、特に異な
るバンドギャップを有する単位太陽電池を積層したタン
デム型の太陽電池の改良に関する。
るバンドギャップを有する単位太陽電池を積層したタン
デム型の太陽電池の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層することにより、広い波長域で光電変換効率
を向上させたタンデム型太陽電池が知られている。特開
平４−２２６０８４号公報にも、このようなタンデム型
の太陽電池が開示されている。
電池を積層することにより、広い波長域で光電変換効率
を向上させたタンデム型太陽電池が知られている。特開
平４−２２６０８４号公報にも、このようなタンデム型
の太陽電池が開示されている。
【０００３】図１５には、このような従来のタンデム型
太陽電池の断面図が示される。図１５において、太陽電
池１０は、光入射側（図の上側）の単位太陽電池である
上部セル１２と、裏面側の単位太陽電池である下部セル
１４とが積層された構造となっており、一般に上部セル
１２としてバンドギャップ（Ｅｇ）の大きい太陽電池が
使用され、下部セル１４としてバンドギャップの小さい
太陽電池が使用されている。また、太陽電池１０の光入
射側には上部電極１８が、裏面側には下部電極２０がそ
れぞれ設けられており、上部セル１２及び下部セル１４
で発生したキャリアである電子は上部電極１８から、正
孔は下部電極２０からそれぞれ取り出される。
太陽電池の断面図が示される。図１５において、太陽電
池１０は、光入射側（図の上側）の単位太陽電池である
上部セル１２と、裏面側の単位太陽電池である下部セル
１４とが積層された構造となっており、一般に上部セル
１２としてバンドギャップ（Ｅｇ）の大きい太陽電池が
使用され、下部セル１４としてバンドギャップの小さい
太陽電池が使用されている。また、太陽電池１０の光入
射側には上部電極１８が、裏面側には下部電極２０がそ
れぞれ設けられており、上部セル１２及び下部セル１４
で発生したキャリアである電子は上部電極１８から、正
孔は下部電極２０からそれぞれ取り出される。
【０００４】この場合、上部セル１２と下部セル１４と
では、それぞれのバンドレベルに隔たりがあるので、上
部セル１２と下部セル１４との接合面で電子及び正孔の
キャリア移動が妨げられる。このため、この接合部分に
トンネルダイオード１６を配置し、接合部分でのキャリ
アの移動を可能としている。
では、それぞれのバンドレベルに隔たりがあるので、上
部セル１２と下部セル１４との接合面で電子及び正孔の
キャリア移動が妨げられる。このため、この接合部分に
トンネルダイオード１６を配置し、接合部分でのキャリ
アの移動を可能としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１５に示さ
れた従来の太陽電池１０においては、上部セル１２と下
部セル１４との間に設けられたトンネルダイオード１６
及びこれらの界面での抵抗損失やキャリアの再結合損失
が多いという問題があった。特に、上記界面では格子の
不整合による欠陥密度が高く、この部分でのキャリアの
再結合損失が多かった。
れた従来の太陽電池１０においては、上部セル１２と下
部セル１４との間に設けられたトンネルダイオード１６
及びこれらの界面での抵抗損失やキャリアの再結合損失
が多いという問題があった。特に、上記界面では格子の
不整合による欠陥密度が高く、この部分でのキャリアの
再結合損失が多かった。
【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、キャリア再結合損失を低減
し、発電効率の高い太陽電池を提供することにある。
ものであり、その目的は、キャリア再結合損失を低減
し、発電効率の高い太陽電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太陽電
池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうちの一方が光
入射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面
電極と、を備え、光入射側の単位太陽電池と裏面側の単
位太陽電池との間に、それぞれの単位太陽電池のバンド
ギャップの中間のバンドギャップを有する半導体中間層
を設けたことを特徴とする。
に、本発明は、異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太陽電
池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうちの一方が光
入射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面
電極と、を備え、光入射側の単位太陽電池と裏面側の単
位太陽電池との間に、それぞれの単位太陽電池のバンド
ギャップの中間のバンドギャップを有する半導体中間層
を設けたことを特徴とする。
【０００８】また、異なるバンドギャップを有する単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち正極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ正孔が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池と裏面側の単位太陽電池との間に、それぞれ
の単位太陽電池の価電子帯のエネルギレベルの中間のエ
ネルギレベルをとる価電子帯を有する半導体中間層を設
けたことを特徴とする。
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち正極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ正孔が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池と裏面側の単位太陽電池との間に、それぞれ
の単位太陽電池の価電子帯のエネルギレベルの中間のエ
ネルギレベルをとる価電子帯を有する半導体中間層を設
けたことを特徴とする。
【０００９】また、異なるバンドギャップを有する単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち負極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ電子が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池と裏面側の単位太陽電池との間に、それぞれ
の単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルの中間のエネ
ルギレベルをとる伝導帯を有する半導体中間層を設けた
ことを特徴とする。
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち負極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ電子が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池と裏面側の単位太陽電池との間に、それぞれ
の単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルの中間のエネ
ルギレベルをとる伝導帯を有する半導体中間層を設けた
ことを特徴とする。
【００１０】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、そのバンドギャップが段階的に変化する複数層で
構成されることを特徴とする。
層が、そのバンドギャップが段階的に変化する複数層で
構成されることを特徴とする。
【００１１】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、その価電子帯のエネルギレベルが段階的に変化す
る複数層で構成されることを特徴とする。
層が、その価電子帯のエネルギレベルが段階的に変化す
る複数層で構成されることを特徴とする。
【００１２】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、その伝導帯のエネルギレベルが段階的に変化する
複数層で構成されることを特徴とする。
層が、その伝導帯のエネルギレベルが段階的に変化する
複数層で構成されることを特徴とする。
【００１３】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、そのバンドギャップが連続的に変化する層で構成
されることを特徴とする。
層が、そのバンドギャップが連続的に変化する層で構成
されることを特徴とする。
【００１４】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、その価電子帯のエネルギレベルが連続的に変化す
る層で構成されることを特徴とする。
層が、その価電子帯のエネルギレベルが連続的に変化す
る層で構成されることを特徴とする。
【００１５】また、上記太陽電池において、半導体中間
層が、その伝導帯のエネルギレベルが連続的に変化する
層で構成されることを特徴とする。
層が、その伝導帯のエネルギレベルが連続的に変化する
層で構成されることを特徴とする。
【００１６】また、異なるバンドギャップを有する単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち正極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ正孔が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池の下部の価電子帯のエネルギレベルが裏面側
の単位太陽電池の上部の価電子帯のエネルギレベルより
低いことを特徴とする。
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち正極が光入
射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏面電
極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側の単
位太陽電池へ正孔が移動する構成であり、光入射側の単
位太陽電池の下部の価電子帯のエネルギレベルが裏面側
の単位太陽電池の上部の価電子帯のエネルギレベルより
低いことを特徴とする。
【００１７】また、異なるバンドギャップを有する単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち負極が前記
光入射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏
面電極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側
の単位太陽電池へ電子が移動する構成であり、光入射側
の単位太陽電池の下部の伝導帯のエネルギレベルが裏面
側の単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルより高いこ
とを特徴とする。
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太
陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池
の一方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設け
られ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそれぞれ
独立して接続されて裏面側の単位太陽電池の一対の電極
を形成するとともに、この一対の電極のうち負極が前記
光入射側の単位太陽電池の他方の電極にも兼用される裏
面電極と、を備え、光入射側の単位太陽電池から裏面側
の単位太陽電池へ電子が移動する構成であり、光入射側
の単位太陽電池の下部の伝導帯のエネルギレベルが裏面
側の単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルより高いこ
とを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。
実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】実施形態１．図１には、本発明に係る太陽
電池の実施形態１の構成の断面図が示される。図１にお
いて、太陽電池１０は、バンドギャップ（Ｅｇ）の広い
半導体材料で構成される単位太陽電池である上部セル１
２とバンドギャップの狭い半導体材料で構成される単位
太陽電池である下部セル１４とが積層されたタンデム型
の構造となっている。上部セル１２は、ｎ+層、ｐ層、
ｐ+層が積層されて構成されており、本発明に係る光入
射側の単位太陽電池を構成する。また、その最上部に形
成されたｎ+層に接続されて上部電極１８が設けられて
いる。さらに、ｎ+層の上には絶縁膜２４が形成されて
いる。絶縁膜２４は透明材料で構成されており、太陽光
はこの絶縁膜２４を介して太陽電池１０に入射してく
る。
電池の実施形態１の構成の断面図が示される。図１にお
いて、太陽電池１０は、バンドギャップ（Ｅｇ）の広い
半導体材料で構成される単位太陽電池である上部セル１
２とバンドギャップの狭い半導体材料で構成される単位
太陽電池である下部セル１４とが積層されたタンデム型
の構造となっている。上部セル１２は、ｎ+層、ｐ層、
ｐ+層が積層されて構成されており、本発明に係る光入
射側の単位太陽電池を構成する。また、その最上部に形
成されたｎ+層に接続されて上部電極１８が設けられて
いる。さらに、ｎ+層の上には絶縁膜２４が形成されて
いる。絶縁膜２４は透明材料で構成されており、太陽光
はこの絶縁膜２４を介して太陽電池１０に入射してく
る。
【００２０】また、下部セル１４は、基板となるｐ層の
裏面にｎ+層、ｐ+層が交互に設けられている。各ｎ+層
には負極２６が、各ｐ+層には正極２８がそれぞれ独立
して接続されており、本発明に係る裏面電極を構成して
いる。これらの負極２６及び正極２８は、下部セル１４
の一対の電極を構成するとともに、正極２８が上部セル
１２の一方の電極である上部電極１８に対して他方の電
極としても兼用されている。なお、下部セル１４が本発
明に係る裏面側の単位太陽電池に相当する。
裏面にｎ+層、ｐ+層が交互に設けられている。各ｎ+層
には負極２６が、各ｐ+層には正極２８がそれぞれ独立
して接続されており、本発明に係る裏面電極を構成して
いる。これらの負極２６及び正極２８は、下部セル１４
の一対の電極を構成するとともに、正極２８が上部セル
１２の一方の電極である上部電極１８に対して他方の電
極としても兼用されている。なお、下部セル１４が本発
明に係る裏面側の単位太陽電池に相当する。
【００２１】上述した上部セル１２の材料としては、た
とえばＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを使用することができる。そ
のバンドギャップは１．８２ｅＶである。また、この場
合ｎ+層のドーパント濃度は２×１０18ｃｍ-3であり、
その厚みは０．１μｍである。また、ｐ層のドーパント
濃度は１×１０17ｃｍ-3であり、その厚みは０．８μｍ
である。さらに、ｐ+層のドーパント濃度は２×１０18
ｃｍ-3であり、その厚みは０．１μｍである。
とえばＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを使用することができる。そ
のバンドギャップは１．８２ｅＶである。また、この場
合ｎ+層のドーパント濃度は２×１０18ｃｍ-3であり、
その厚みは０．１μｍである。また、ｐ層のドーパント
濃度は１×１０17ｃｍ-3であり、その厚みは０．８μｍ
である。さらに、ｐ+層のドーパント濃度は２×１０18
ｃｍ-3であり、その厚みは０．１μｍである。
【００２２】また、下部セル１４の材料としては、たと
えばＳｉを使用することができる。そのバンドギャップ
は１．１２ｅＶである。また、この場合ｎ+層のドーパ
ント濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、その厚みは１．０
μｍである。またｐ層のドーパント濃度は５×１０13ｃ
ｍ-3であり、その厚みは１００μｍである。さらに、ｐ
+層のドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、その
厚みは１．０μｍである。
えばＳｉを使用することができる。そのバンドギャップ
は１．１２ｅＶである。また、この場合ｎ+層のドーパ
ント濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、その厚みは１．０
μｍである。またｐ層のドーパント濃度は５×１０13ｃ
ｍ-3であり、その厚みは１００μｍである。さらに、ｐ
+層のドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、その
厚みは１．０μｍである。
【００２３】本実施形態では、上部セル１２と下部セル
１４との間に、中間層３０が形成されている。この中間
層３０の材料としてはＧａＡｓを使用することができ
る。そのバンドギャップは１．４２ｅＶである。また、
この場合中間層３０のドーパント濃度は１×１０18ｃｍ
-3であり、その厚みは０．０１μｍ〜１０μｍの範囲と
する。なお、上記ドーパントとしてはｐ+型を使用す
る。
１４との間に、中間層３０が形成されている。この中間
層３０の材料としてはＧａＡｓを使用することができ
る。そのバンドギャップは１．４２ｅＶである。また、
この場合中間層３０のドーパント濃度は１×１０18ｃｍ
-3であり、その厚みは０．０１μｍ〜１０μｍの範囲と
する。なお、上記ドーパントとしてはｐ+型を使用す
る。
【００２４】タンデム型の太陽電池において、図１に示
された中間層３０を設けない場合のエネルギバンド構造
の模式図は図１６のようになる。図１６において、横軸
には太陽電池の表面すなわち光入射面からの距離が示さ
れ、縦軸には、この距離に対応する伝導帯（Ｅｃ）及び
価電子帯（Ｅｖ）のエネルギレベルが示される。このＥ
ｃとＥｖとの差がバンドギャップである。
された中間層３０を設けない場合のエネルギバンド構造
の模式図は図１６のようになる。図１６において、横軸
には太陽電池の表面すなわち光入射面からの距離が示さ
れ、縦軸には、この距離に対応する伝導帯（Ｅｃ）及び
価電子帯（Ｅｖ）のエネルギレベルが示される。このＥ
ｃとＥｖとの差がバンドギャップである。
【００２５】図１に示された太陽電池では、上部セル１
２、下部セル１４の基板がｐ型であるので、少数キャリ
アは電子となる。電子は、図１６に示されるように、上
部セル１２と下部セル１４の接合部を境にして、上部セ
ル１２で発生した電子は上部セル１２の上方向に向かっ
て移動し、上部電極１８に集められる。また、下部セル
１４で発生した電子は下部セル１４の下方向に向かって
移動し、裏面電極のうち負極２６に集められる。したが
って、上部セル１２と下部セル１４との接合部を通過す
る電子はないので、図１６のような伝導帯のエネルギバ
ンド構造でも問題が生じない。
２、下部セル１４の基板がｐ型であるので、少数キャリ
アは電子となる。電子は、図１６に示されるように、上
部セル１２と下部セル１４の接合部を境にして、上部セ
ル１２で発生した電子は上部セル１２の上方向に向かっ
て移動し、上部電極１８に集められる。また、下部セル
１４で発生した電子は下部セル１４の下方向に向かって
移動し、裏面電極のうち負極２６に集められる。したが
って、上部セル１２と下部セル１４との接合部を通過す
る電子はないので、図１６のような伝導帯のエネルギバ
ンド構造でも問題が生じない。
【００２６】これに対して、多数キャリアである正孔
は、上部セル１２と下部セル１４との接合部分を通過し
てすべて下部セル１４の裏面に設けられた裏面電極のう
ち正極２８に集められる。このため、図１６に示される
ような上部セル１２と下部セル１４との接合面に生じる
エネルギのノッチ及びギャップが正孔の移動に対して障
害となる。また、上部セル１２と下部セル１４との界面
部における欠陥量が多い場合には、ここを通過するキャ
リアである正孔が上記エネルギ障壁部分で再結合し消滅
する確率も多くなる。したがって、図１６に示されたノ
ッチ、ギャップの高さを極力小さくし、正孔の移動に対
するエネルギ障壁を極力低くすることが、太陽電池の発
電効率を向上させるために重要である。
は、上部セル１２と下部セル１４との接合部分を通過し
てすべて下部セル１４の裏面に設けられた裏面電極のう
ち正極２８に集められる。このため、図１６に示される
ような上部セル１２と下部セル１４との接合面に生じる
エネルギのノッチ及びギャップが正孔の移動に対して障
害となる。また、上部セル１２と下部セル１４との界面
部における欠陥量が多い場合には、ここを通過するキャ
リアである正孔が上記エネルギ障壁部分で再結合し消滅
する確率も多くなる。したがって、図１６に示されたノ
ッチ、ギャップの高さを極力小さくし、正孔の移動に対
するエネルギ障壁を極力低くすることが、太陽電池の発
電効率を向上させるために重要である。
【００２７】このため、図１に示された中間層３０のバ
ンドギャップを上部セル１２及び下部セル１４のそれぞ
れのバンドギャップの中間のバンドギャップとなるよう
に調整する。この様子が図２に示される。このように、
上部セル１２と下部セル１４との間にそれらのバンドギ
ャップの中間のバンドギャップを有する中間層３０を設
ければ、上部セル１２と中間層３０及び中間層３０と下
部セル１４の接合界面に生じるノッチとギャップの高さ
を小さくすることができる。この結果、上部セル１２と
下部セル１４とが直接接合している場合よりエネルギ障
壁が小さくなり、上部セル１２で発生したキャリアであ
る正孔が下部セル１４へ移動する際に、上部セル１２と
下部セル１４との界面近傍において発生するキャリアの
再結合損失を抑制することができる。このため、図１に
示されたタンデム型太陽電池の光発電量を増加させ、発
電効率を向上させることができる。
ンドギャップを上部セル１２及び下部セル１４のそれぞ
れのバンドギャップの中間のバンドギャップとなるよう
に調整する。この様子が図２に示される。このように、
上部セル１２と下部セル１４との間にそれらのバンドギ
ャップの中間のバンドギャップを有する中間層３０を設
ければ、上部セル１２と中間層３０及び中間層３０と下
部セル１４の接合界面に生じるノッチとギャップの高さ
を小さくすることができる。この結果、上部セル１２と
下部セル１４とが直接接合している場合よりエネルギ障
壁が小さくなり、上部セル１２で発生したキャリアであ
る正孔が下部セル１４へ移動する際に、上部セル１２と
下部セル１４との界面近傍において発生するキャリアの
再結合損失を抑制することができる。このため、図１に
示されたタンデム型太陽電池の光発電量を増加させ、発
電効率を向上させることができる。
【００２８】なお、上部セル１２と下部セル１４との間
の中間層３０の厚みとしては、０．０１μｍよりも薄い
と上述したエネルギ障壁を小さくする効果を十分得るこ
とができず、また１０μｍよりも厚くなると下部セル１
４へ到達する光量を減少させ、いずれも発電効率を向上
させることができない。したがって、中間層３０の厚み
としては前述したとおり０．０１μｍ〜１０μｍ程度の
範囲が望ましい。
の中間層３０の厚みとしては、０．０１μｍよりも薄い
と上述したエネルギ障壁を小さくする効果を十分得るこ
とができず、また１０μｍよりも厚くなると下部セル１
４へ到達する光量を減少させ、いずれも発電効率を向上
させることができない。したがって、中間層３０の厚み
としては前述したとおり０．０１μｍ〜１０μｍ程度の
範囲が望ましい。
【００２９】なお、図１及び図２においては、上部セル
１２から下部セル１４へ移動するキャリアが正孔の場合
であったが、図１の構造において各ｐ層、ｎ層を入れ替
えれば、上部セル１２から下部セル１４へ移動するキャ
リアは電子となる。この場合にも、上部セル１２と下部
セル１４とのそれぞれのバンドギャップの中間のバンド
ギャップを有する中間層３０を設けることにより、電子
の移動に対するエネルギ障壁を小さくでき、上述した正
孔の場合と同様に再結合損失を小さくでき、発電効率の
向上を図ることができる。
１２から下部セル１４へ移動するキャリアが正孔の場合
であったが、図１の構造において各ｐ層、ｎ層を入れ替
えれば、上部セル１２から下部セル１４へ移動するキャ
リアは電子となる。この場合にも、上部セル１２と下部
セル１４とのそれぞれのバンドギャップの中間のバンド
ギャップを有する中間層３０を設けることにより、電子
の移動に対するエネルギ障壁を小さくでき、上述した正
孔の場合と同様に再結合損失を小さくでき、発電効率の
向上を図ることができる。
【００３０】この場合に用いることのできる材料として
は、前述した上部セル１２、下部セル１４、中間層３０
の材料に加え、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＰ、ＧａＰ、Ａ
ｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
xＧａ(1-x)Ａｓ、ＩｎxＧａ( 1-x)Ｐ、ＩｎxＧａ(1-x)Ａ
ｓ、ＡｌxＧａ(1-x)ＡｓyＳｂ(1-y)、ＩｎxＧａ(1-x)Ａ
ｓyＰ(1-y)、ＩｎxＧａ(1-x)ＰyＳｂ(1-y)、ＣｄＴｅ、
ＨｇＴｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｃｕ
ＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎxＧａ(1-x)Ｓｅ2等の半導体材料や
水素、ハロゲン元素等を含んだ上記半導体材料を主材料
とした非晶質半導体材料を用いることができる。これら
の材料を、バンドギャップや光吸収係数を考慮し、ま
た、適切なドーパント材料と濃度を用いて組み合わせ、
上部セル１２、下部セル１４，中間層３０に用いること
ができる。
は、前述した上部セル１２、下部セル１４、中間層３０
の材料に加え、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＰ、ＧａＰ、Ａ
ｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
xＧａ(1-x)Ａｓ、ＩｎxＧａ( 1-x)Ｐ、ＩｎxＧａ(1-x)Ａ
ｓ、ＡｌxＧａ(1-x)ＡｓyＳｂ(1-y)、ＩｎxＧａ(1-x)Ａ
ｓyＰ(1-y)、ＩｎxＧａ(1-x)ＰyＳｂ(1-y)、ＣｄＴｅ、
ＨｇＴｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｃｕ
ＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎxＧａ(1-x)Ｓｅ2等の半導体材料や
水素、ハロゲン元素等を含んだ上記半導体材料を主材料
とした非晶質半導体材料を用いることができる。これら
の材料を、バンドギャップや光吸収係数を考慮し、ま
た、適切なドーパント材料と濃度を用いて組み合わせ、
上部セル１２、下部セル１４，中間層３０に用いること
ができる。
【００３１】図３には、本実施形態に係る太陽電池の変
形例のエネルギバンド構造が示される。図３に示された
変形例では、上部セル１２から下部セル１４へ正孔が移
動する構成となっている。この場合の中間層３０は、上
部セル１２及び下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエ
ネルギレベル（Ｅｖ）の中間のエネルギレベルを取る価
電子帯を有している。このような中間層３０を設けるこ
とにより、上部セル１２と下部セル１４との価電子帯の
エネルギレベル（Ｅｖ）の間に中間層３０の価電子帯の
エネルギレベルが存在することになる。これによってノ
ッチ、ギャップが低くなり、正孔が上部セル１２から下
部セル１４へ移動する際のエネルギ障壁が小さくなる。
このため、上部セル１２と下部セル１４との接合界面に
おける正孔の再結合損失を小さくすることができ、太陽
電池の発電効率を向上させることができる。
形例のエネルギバンド構造が示される。図３に示された
変形例では、上部セル１２から下部セル１４へ正孔が移
動する構成となっている。この場合の中間層３０は、上
部セル１２及び下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエ
ネルギレベル（Ｅｖ）の中間のエネルギレベルを取る価
電子帯を有している。このような中間層３０を設けるこ
とにより、上部セル１２と下部セル１４との価電子帯の
エネルギレベル（Ｅｖ）の間に中間層３０の価電子帯の
エネルギレベルが存在することになる。これによってノ
ッチ、ギャップが低くなり、正孔が上部セル１２から下
部セル１４へ移動する際のエネルギ障壁が小さくなる。
このため、上部セル１２と下部セル１４との接合界面に
おける正孔の再結合損失を小さくすることができ、太陽
電池の発電効率を向上させることができる。
【００３２】なお、図３においては、上部セル１２で生
じた電子は上部セル１２の上部電極１８から、下部セル
１４で生じた電子は下部セル１４の裏面電極のうち負極
２６から取り出されるため、上記接合界面を電子が移動
することはないので、伝導帯のエネルギレベルＥｃを調
整する必要はない。このため、本変形例のように、価電
子帯のエネルギレベルＥｖのみ調整すれば図２の場合と
同じ効果を得ることができる。
じた電子は上部セル１２の上部電極１８から、下部セル
１４で生じた電子は下部セル１４の裏面電極のうち負極
２６から取り出されるため、上記接合界面を電子が移動
することはないので、伝導帯のエネルギレベルＥｃを調
整する必要はない。このため、本変形例のように、価電
子帯のエネルギレベルＥｖのみ調整すれば図２の場合と
同じ効果を得ることができる。
【００３３】図４には、本実施形態に係る太陽電池のさ
らに他の変形例のエネルギバンド構造が示される。図４
においては、図３とは逆に、上部セル１２、下部セル１
４、中間層３０はｎ型半導体で構成されている。したが
って、上部セル１２から下部セル１４へ電子が移動する
構成となっている。この場合には、上部セル１２と下部
セル１４との界面を通過するのは電子であるので、伝導
帯におけるエネルギ障壁を小さくする必要がある。この
ため、本変形例における中間層３０は、上部セル１２及
び下部セル１４のそれぞれの伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃの中間のエネルギレベルを取る伝導帯を有している。
らに他の変形例のエネルギバンド構造が示される。図４
においては、図３とは逆に、上部セル１２、下部セル１
４、中間層３０はｎ型半導体で構成されている。したが
って、上部セル１２から下部セル１４へ電子が移動する
構成となっている。この場合には、上部セル１２と下部
セル１４との界面を通過するのは電子であるので、伝導
帯におけるエネルギ障壁を小さくする必要がある。この
ため、本変形例における中間層３０は、上部セル１２及
び下部セル１４のそれぞれの伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃの中間のエネルギレベルを取る伝導帯を有している。
【００３４】このように、上部セル１２と下部セル１４
の伝導帯のエネルギレベルＥｃの中間に、中間層３０の
エネルギレベルＥｃが存在することにより、図４に示さ
れるように、上部セル１２と下部セル１４との間の接合
界面に生じるノッチ、ギャップを小さくでき、エネルギ
障壁を小さくすることができる。これは、図２、図３で
示された、上部セル１２から下部セル１４に正孔が移動
する構成における価電子帯の接合界面のエネルギ障壁を
小さくする場合と同様の効果を得ることができる。この
ため、図４のように多数キャリアが電子の場合でも中間
層３０を設けることによりキャリア再結合による損失を
抑制でき、発電効率を向上させることができる。
の伝導帯のエネルギレベルＥｃの中間に、中間層３０の
エネルギレベルＥｃが存在することにより、図４に示さ
れるように、上部セル１２と下部セル１４との間の接合
界面に生じるノッチ、ギャップを小さくでき、エネルギ
障壁を小さくすることができる。これは、図２、図３で
示された、上部セル１２から下部セル１４に正孔が移動
する構成における価電子帯の接合界面のエネルギ障壁を
小さくする場合と同様の効果を得ることができる。この
ため、図４のように多数キャリアが電子の場合でも中間
層３０を設けることによりキャリア再結合による損失を
抑制でき、発電効率を向上させることができる。
【００３５】実施形態２．図５には、本発明に係る太陽
電池の実施形態２の構成が示され、図１と同一要素には
同一符号を付してその説明を省略する。図５において特
徴的な点は、中間層３０が複数の層で構成されている点
にある。かかる中間層３０を構成する各層は、そのバン
ドギャップが段階的に変化するように構成されている。
電池の実施形態２の構成が示され、図１と同一要素には
同一符号を付してその説明を省略する。図５において特
徴的な点は、中間層３０が複数の層で構成されている点
にある。かかる中間層３０を構成する各層は、そのバン
ドギャップが段階的に変化するように構成されている。
【００３６】図６には、上記図５に示された太陽電池の
エネルギバンド構造が示される。図６に示されるよう
に、中間層３０の伝導帯のエネルギレベルＥｃと価電子
帯のエネルギレベルＥｖとの差すなわちエネルギギャッ
プは、上部セル１２と下部セル１４のそれぞれのエネル
ギギャップの間で段階的に変化している。このように、
上部セル１２のエネルギギャップと下部セル１４のエネ
ルギギャップとの間を一段階ではなく数段階でエネルギ
ギャップが変化する中間層３０を設けることにより、図
１６に示されたようなノッチ、ギャップの高さがより低
くなり、正孔が上部セル１２から下部セル１４に移動す
る際の各層間のエネルギ障壁をより小さくすることがで
きる。この結果、正孔の再結合損失を小さくすることが
でき、発電効率を向上させることができる。
エネルギバンド構造が示される。図６に示されるよう
に、中間層３０の伝導帯のエネルギレベルＥｃと価電子
帯のエネルギレベルＥｖとの差すなわちエネルギギャッ
プは、上部セル１２と下部セル１４のそれぞれのエネル
ギギャップの間で段階的に変化している。このように、
上部セル１２のエネルギギャップと下部セル１４のエネ
ルギギャップとの間を一段階ではなく数段階でエネルギ
ギャップが変化する中間層３０を設けることにより、図
１６に示されたようなノッチ、ギャップの高さがより低
くなり、正孔が上部セル１２から下部セル１４に移動す
る際の各層間のエネルギ障壁をより小さくすることがで
きる。この結果、正孔の再結合損失を小さくすることが
でき、発電効率を向上させることができる。
【００３７】本実施形態に係る太陽電池においては、上
部セル１２及び下部セル１４の構成は図１の場合と同様
である。また中間層３０については以下のような構成と
なっている。まず、中間層３０の第１層すなわち上部セ
ル１２側の層は、材料としてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓを使
用し、そのバンドギャップが１．６１ｅＶである。この
層のドーパント濃度はｐ+型のドーパントを使用し、２
×１０18ｃｍ-3である。またその厚みは０．１μｍであ
る。また、中間層３０の第２層は、材料としてＧａＡｓ
を使用し、そのバンドギャップが１．４２ｅＶとなって
いる。ドーパントとしてはｐ+型を使用し、ドーパント
濃度が２×１０18ｃｍ-3となっている。また、その厚み
は０．１μｍ程度である。さらに、中間層３０の第３層
すなわち下部セル１４側の層は、材料としてＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓを使用し、そのバンドギャップが１．２２ｅ
Ｖとなっている。ドーパントとしてはｐ+型を使用し、
ドーパント濃度が２×１０18ｃｍ-3である。また、その
厚みは０．１μｍ程度である。
部セル１２及び下部セル１４の構成は図１の場合と同様
である。また中間層３０については以下のような構成と
なっている。まず、中間層３０の第１層すなわち上部セ
ル１２側の層は、材料としてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓを使
用し、そのバンドギャップが１．６１ｅＶである。この
層のドーパント濃度はｐ+型のドーパントを使用し、２
×１０18ｃｍ-3である。またその厚みは０．１μｍであ
る。また、中間層３０の第２層は、材料としてＧａＡｓ
を使用し、そのバンドギャップが１．４２ｅＶとなって
いる。ドーパントとしてはｐ+型を使用し、ドーパント
濃度が２×１０18ｃｍ-3となっている。また、その厚み
は０．１μｍ程度である。さらに、中間層３０の第３層
すなわち下部セル１４側の層は、材料としてＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓを使用し、そのバンドギャップが１．２２ｅ
Ｖとなっている。ドーパントとしてはｐ+型を使用し、
ドーパント濃度が２×１０18ｃｍ-3である。また、その
厚みは０．１μｍ程度である。
【００３８】このような中間層３０の全体の厚みとして
は、０．０１μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。０．０１
μｍより薄いとエネルギ障壁を小さくする効果が低くな
り、１０μｍより厚くなると下部セル１４まで到達する
光量が減少するので、いずれも発電量が減少してしまう
ためである。
は、０．０１μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。０．０１
μｍより薄いとエネルギ障壁を小さくする効果が低くな
り、１０μｍより厚くなると下部セル１４まで到達する
光量が減少するので、いずれも発電量が減少してしまう
ためである。
【００３９】図７には、本実施形態に係る太陽電池の変
形例のエネルギバンド構造が示される。図７において
は、中間層３０の価電子帯のエネルギレベルＥｖが、上
部セル１２と下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエネ
ルギレベルＥｖの間で段階的に変化する構成となってい
る。前述したとおり、上部セル１２と下部セル１４とを
ｐ型半導体で形成した場合には、上部セル１２から下部
セル１４に移動するキャリアは正孔であるので、価電子
帯のエネルギレベルＥｖのみそのエネルギ障壁を小さく
すれば、図５の場合と同じ効果を得ることができる。
形例のエネルギバンド構造が示される。図７において
は、中間層３０の価電子帯のエネルギレベルＥｖが、上
部セル１２と下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエネ
ルギレベルＥｖの間で段階的に変化する構成となってい
る。前述したとおり、上部セル１２と下部セル１４とを
ｐ型半導体で形成した場合には、上部セル１２から下部
セル１４に移動するキャリアは正孔であるので、価電子
帯のエネルギレベルＥｖのみそのエネルギ障壁を小さく
すれば、図５の場合と同じ効果を得ることができる。
【００４０】本変形例では、上述のとおり、中間層３０
の価電子帯のエネルギレベルＥｖを上部セル１２と下部
セル１４との価電子帯のエネルギレベルＥｖの間で段階
的に変化させているので、各層間におけるノッチ、ギャ
ップを小さくでき、エネルギ障壁を小さくすることがで
きる。このため、キャリア再結合損失を抑制でき、発電
効率を向上することができる。
の価電子帯のエネルギレベルＥｖを上部セル１２と下部
セル１４との価電子帯のエネルギレベルＥｖの間で段階
的に変化させているので、各層間におけるノッチ、ギャ
ップを小さくでき、エネルギ障壁を小さくすることがで
きる。このため、キャリア再結合損失を抑制でき、発電
効率を向上することができる。
【００４１】図８には、本実施形態に係る太陽電池の他
の変形例のエネルギバンド構造が示される。本変形例で
は、上部セル１２、下部セル１４、中間層３０がいずれ
もｎ型半導体で構成されており、上部セル１２から下部
セル１４へ移動するキャリアは電子となっている。図８
における中間層３０は、その伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃが、上部セル１２及び下部セル１４のそれぞれの伝導
帯のエネルギレベルＥｃの間で、段階的に変化する構成
となっている。これにより、上部セル１２から下部セル
１４に至る各層におけるエネルギ障壁を小さくすること
ができ、キャリアである電子が上部セル１２と下部セル
１４との接合界面を移動する際のキャリア再結合損失を
抑制できる。これによって、本変形例に係る太陽電池の
発電効率を向上させることができる。
の変形例のエネルギバンド構造が示される。本変形例で
は、上部セル１２、下部セル１４、中間層３０がいずれ
もｎ型半導体で構成されており、上部セル１２から下部
セル１４へ移動するキャリアは電子となっている。図８
における中間層３０は、その伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃが、上部セル１２及び下部セル１４のそれぞれの伝導
帯のエネルギレベルＥｃの間で、段階的に変化する構成
となっている。これにより、上部セル１２から下部セル
１４に至る各層におけるエネルギ障壁を小さくすること
ができ、キャリアである電子が上部セル１２と下部セル
１４との接合界面を移動する際のキャリア再結合損失を
抑制できる。これによって、本変形例に係る太陽電池の
発電効率を向上させることができる。
【００４２】実施形態３．図９には、本実施形態に係る
太陽電池のエネルギバンド構造が示される。図９におい
ては、図１に示された太陽電池の中間層３０のバンドギ
ャップが、上部セル１２と下部セル１４のそれぞれのバ
ンドギャップの間で、連続的に変化する構成となってい
る。このように、中間層３０のバンドギャップを連続的
に変化させることにより、バンドギャップを段階的に変
化させる実施形態２の中間層３０の場合よりも、キャリ
アの移動（図９の場合には正孔の移動）に対するエネル
ギ障壁をより小さくすることができる。これにより、よ
り発電効率の向上を図ることができる。なお、本実施形
態の場合にも、中間層３０の厚みとしては０．０１μｍ
〜１０μｍ程度が望ましい。
太陽電池のエネルギバンド構造が示される。図９におい
ては、図１に示された太陽電池の中間層３０のバンドギ
ャップが、上部セル１２と下部セル１４のそれぞれのバ
ンドギャップの間で、連続的に変化する構成となってい
る。このように、中間層３０のバンドギャップを連続的
に変化させることにより、バンドギャップを段階的に変
化させる実施形態２の中間層３０の場合よりも、キャリ
アの移動（図９の場合には正孔の移動）に対するエネル
ギ障壁をより小さくすることができる。これにより、よ
り発電効率の向上を図ることができる。なお、本実施形
態の場合にも、中間層３０の厚みとしては０．０１μｍ
〜１０μｍ程度が望ましい。
【００４３】本実施形態における中間層３０の材料とし
ては、たとえばＩｎxＧａ(1-x)ＡｓyＰ(1-y)を使用する
ことができる。この中間層３０を形成するには、たとえ
ばガスソースを用い、ＭＯＣＶＤ（メタルオーガニック
ＣＶＤ）法により形成することができる。この際、上記
化学式における各成分組成すなわちｘ、ｙの割合を連続
的に変化させるようにして中間層３０の積層を行えば、
図９に示されるように、エネルギバンドギャップが連続
的を変化させることができる。この場合、上部セル１２
側でのエネルギバンドギャップは１．８０ｅＶであり、
下部セル１４側では１．１５ｅＶとなっている。
ては、たとえばＩｎxＧａ(1-x)ＡｓyＰ(1-y)を使用する
ことができる。この中間層３０を形成するには、たとえ
ばガスソースを用い、ＭＯＣＶＤ（メタルオーガニック
ＣＶＤ）法により形成することができる。この際、上記
化学式における各成分組成すなわちｘ、ｙの割合を連続
的に変化させるようにして中間層３０の積層を行えば、
図９に示されるように、エネルギバンドギャップが連続
的を変化させることができる。この場合、上部セル１２
側でのエネルギバンドギャップは１．８０ｅＶであり、
下部セル１４側では１．１５ｅＶとなっている。
【００４４】図１０には、本実施形態の変形例のエネル
ギバンド構造が示される。図１０においては、上部セル
１２、下部セル１４、中間層３０がｐ型基板で形成され
ているため、上部セル１２から下部セル１４に移動する
キャリアは正孔である。このため図１０における中間層
３０は、価電子帯のエネルギレベルＥｖが、上部セル１
２及び下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエネルギレ
ベルＥｖの間を連続的に変化する構成となっている。上
部セル１２から下部セル１４に移動するキャリアが正孔
であるので、このように価電子帯におけるエネルギ障壁
を小さくできれば、図９の場合と同じ効果を得ることが
できる。
ギバンド構造が示される。図１０においては、上部セル
１２、下部セル１４、中間層３０がｐ型基板で形成され
ているため、上部セル１２から下部セル１４に移動する
キャリアは正孔である。このため図１０における中間層
３０は、価電子帯のエネルギレベルＥｖが、上部セル１
２及び下部セル１４のそれぞれの価電子帯のエネルギレ
ベルＥｖの間を連続的に変化する構成となっている。上
部セル１２から下部セル１４に移動するキャリアが正孔
であるので、このように価電子帯におけるエネルギ障壁
を小さくできれば、図９の場合と同じ効果を得ることが
できる。
【００４５】図１０に示された中間層３０を形成する場
合にも、図９の場合と同様に、中間層３０の成分組成を
連続的に変化させながら積層することにより、価電子帯
のエネルギレベルを連続的に変化させることができる。
合にも、図９の場合と同様に、中間層３０の成分組成を
連続的に変化させながら積層することにより、価電子帯
のエネルギレベルを連続的に変化させることができる。
【００４６】図１１には、本実施形態に係る太陽電池の
他の変形例のエネルギバンド構造図が示される。図１に
おいては、上部セル１２、下部セル１４、中間層３０が
ｎ型基板により形成されているので、上部セル１２から
下部セル１４に移動するキャリアは電子となっている。
したがってこの場合には、伝導帯のエネルギレベルＥｃ
を中間層３０において連続的に変化させれば図１０の場
合と同様の効果を得ることができる。この場合にも、中
間層３０を構成する材料の成分組成を連続的に変化させ
ながら積層することにより、伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃを連続的に変化させることができる。
他の変形例のエネルギバンド構造図が示される。図１に
おいては、上部セル１２、下部セル１４、中間層３０が
ｎ型基板により形成されているので、上部セル１２から
下部セル１４に移動するキャリアは電子となっている。
したがってこの場合には、伝導帯のエネルギレベルＥｃ
を中間層３０において連続的に変化させれば図１０の場
合と同様の効果を得ることができる。この場合にも、中
間層３０を構成する材料の成分組成を連続的に変化させ
ながら積層することにより、伝導帯のエネルギレベルＥ
ｃを連続的に変化させることができる。
【００４７】実施形態４．図１２には、本発明に係る太
陽電池の実施形態４の構成が示され、図１と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略する。図１２に示さ
れた例では、上部セル１２と下部セル１４とはｐ型半導
体で形成されているので、上部セル１２から下部セル１
４に移動するキャリアは正孔となる。このようなタンデ
ム型の太陽電池において、上部セル１２と下部セル１４
のエネルギバンド構造が図１７に示されるような場合す
なわち上部セル１２の価電子帯のエネルギレベルＥｖよ
りも下部セル１４の価電子帯のエネルギレベルＥｖの方
が低い場合には、上部セル１２と下部セル１４との接合
界面を移動するキャリアである正孔にとって、エネルギ
障壁が高い状態となる。このため、上部セル１２から下
部セル１４へのスムーズなキャリア移動が妨げられる。
したがって、下部セル１４の価電子帯のエネルギレベル
を上部セル１２の価電子帯のエネルギレベルより高く維
持する必要がある。
陽電池の実施形態４の構成が示され、図１と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略する。図１２に示さ
れた例では、上部セル１２と下部セル１４とはｐ型半導
体で形成されているので、上部セル１２から下部セル１
４に移動するキャリアは正孔となる。このようなタンデ
ム型の太陽電池において、上部セル１２と下部セル１４
のエネルギバンド構造が図１７に示されるような場合す
なわち上部セル１２の価電子帯のエネルギレベルＥｖよ
りも下部セル１４の価電子帯のエネルギレベルＥｖの方
が低い場合には、上部セル１２と下部セル１４との接合
界面を移動するキャリアである正孔にとって、エネルギ
障壁が高い状態となる。このため、上部セル１２から下
部セル１４へのスムーズなキャリア移動が妨げられる。
したがって、下部セル１４の価電子帯のエネルギレベル
を上部セル１２の価電子帯のエネルギレベルより高く維
持する必要がある。
【００４８】そこで、図１２に示されたタンデム型の太
陽電池１０においては、その材料を適宜選択することに
より、上部セル１２の最下層の価電子帯のエネルギレベ
ルが、下部セル１４の最上層の価電子帯のエネルギレベ
ルよりも低くなるように設定されている。具体的には、
上部セル１２には、ＧａＡｓが使用され、そのバンドギ
ャップは１．４２ｅＶである。また、下部セル１４に
は、Ｓｉが使用され、そのバンドギャップは１．１２ｅ
Ｖである。このような構成により、図１２に示された太
陽電池１０のエネルギバンド構造は図１３のようにな
る。図１３に示されるように、上部セル１２の最下層の
価電子帯のエネルギレベルは、下部セル１４の最上層の
価電子帯のエネルギレベルよりも低くなっている。ま
た、この場合、上部セル１２と下部セル１４との間に発
生するノッチ、ギャップは図１６のものより小さくなっ
ている。
陽電池１０においては、その材料を適宜選択することに
より、上部セル１２の最下層の価電子帯のエネルギレベ
ルが、下部セル１４の最上層の価電子帯のエネルギレベ
ルよりも低くなるように設定されている。具体的には、
上部セル１２には、ＧａＡｓが使用され、そのバンドギ
ャップは１．４２ｅＶである。また、下部セル１４に
は、Ｓｉが使用され、そのバンドギャップは１．１２ｅ
Ｖである。このような構成により、図１２に示された太
陽電池１０のエネルギバンド構造は図１３のようにな
る。図１３に示されるように、上部セル１２の最下層の
価電子帯のエネルギレベルは、下部セル１４の最上層の
価電子帯のエネルギレベルよりも低くなっている。ま
た、この場合、上部セル１２と下部セル１４との間に発
生するノッチ、ギャップは図１６のものより小さくなっ
ている。
【００４９】上記のような構成をとることにより、上部
セル１２から下部セル１４へスムーズに正孔を移動させ
ることができ、上部セル１２と下部セル１４との接合界
面でのキャリア再結合損失を抑制することができる。こ
のため、太陽電池１０における発電効率を向上させるこ
とができる。
セル１２から下部セル１４へスムーズに正孔を移動させ
ることができ、上部セル１２と下部セル１４との接合界
面でのキャリア再結合損失を抑制することができる。こ
のため、太陽電池１０における発電効率を向上させるこ
とができる。
【００５０】図１４には、本実施形態に係る太陽電池の
変形例のエネルギバンド構造が示される。図１４におい
ては、上部セル１２及び下部セル１４がｎ型半導体で形
成されているので、上部セル１２から下部セル１４に移
動するキャリアは電子となっている。この場合には、上
部セル１２及び下部セル１４を構成する材料を適宜選択
し、上部セル最下層の伝導帯のエネルギレベルＥｃが、
下部セル１４の最上層の伝導帯のエネルギレベルＥｃよ
りも高くなるように設定されている。
変形例のエネルギバンド構造が示される。図１４におい
ては、上部セル１２及び下部セル１４がｎ型半導体で形
成されているので、上部セル１２から下部セル１４に移
動するキャリアは電子となっている。この場合には、上
部セル１２及び下部セル１４を構成する材料を適宜選択
し、上部セル最下層の伝導帯のエネルギレベルＥｃが、
下部セル１４の最上層の伝導帯のエネルギレベルＥｃよ
りも高くなるように設定されている。
【００５１】上記構成により、上部セル１２から下部セ
ル１４への電子の移動がスムーズになり、上部セル１２
と下部セル１４との接合界面におけるキャリア再結合損
失を抑制できる。このため、本変形例においても太陽電
池１０における発電効率を向上させることができる。
ル１４への電子の移動がスムーズになり、上部セル１２
と下部セル１４との接合界面におけるキャリア再結合損
失を抑制できる。このため、本変形例においても太陽電
池１０における発電効率を向上させることができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上部セルと下部セルとの間に上部セルと下部セルのバン
ドギャップの中間のバンドギャップをとり、あるいは上
部セルと下部セルの価電子帯のエネルギレベルまたは伝
導帯のエネルギレベルの中間のエネルギレベルを取る中
間層を設けているので、上部セルと下部セルとの間のエ
ネルギ障壁が小さくなり、キャリア再結合損失を抑制で
きる。
上部セルと下部セルとの間に上部セルと下部セルのバン
ドギャップの中間のバンドギャップをとり、あるいは上
部セルと下部セルの価電子帯のエネルギレベルまたは伝
導帯のエネルギレベルの中間のエネルギレベルを取る中
間層を設けているので、上部セルと下部セルとの間のエ
ネルギ障壁が小さくなり、キャリア再結合損失を抑制で
きる。
【００５３】また、上記中間層を複数層とすることによ
り、よりエネルギ障壁を小さくすることができる。
り、よりエネルギ障壁を小さくすることができる。
【００５４】さらに、中間層のバンドギャップあるいは
エネルギレベルの変化を連続的に行わせれば、さらにエ
ネルギ障壁を小さくすることができる。
エネルギレベルの変化を連続的に行わせれば、さらにエ
ネルギ障壁を小さくすることができる。
【００５５】また、上部セルと下部セルとの価電子帯あ
るいは伝導帯のエネルギレベルを調整することにより、
上部セルから下部セルへのキャリア移動をよりスムーズ
に行わせることができる。
るいは伝導帯のエネルギレベルを調整することにより、
上部セルから下部セルへのキャリア移動をよりスムーズ
に行わせることができる。
【図１】 本発明に係る太陽電池の実施形態１の構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】 図１に示された太陽電池のエネルギバンド構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図３】 実施形態１の変形例のエネルギバンド構造を
示す図である。
示す図である。
【図４】 実施形態１の他の変形例のエネルギバンド構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図５】 本発明に係る太陽電池の実施形態２の構成を
示す図である。
示す図である。
【図６】 図５に示された太陽電池のエネルギバンド構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図７】 実施形態２の変形例のエネルギバンド構造を
示す図である。
示す図である。
【図８】 実施形態２の他の変形例のエネルギバンド構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図９】 本発明に係る太陽電池の実施形態３の太陽電
池のエネルギバンド構造を示す図である。
池のエネルギバンド構造を示す図である。
【図１０】 実施形態３の変形例のエネルギバンド構造
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】 実施形態３の他の変形例のエネルギバンド
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図１２】 本発明に係る太陽電池の実施形態４の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図１３】 図１２に示された太陽電池のエネルギバン
ド構造を示す図である。
ド構造を示す図である。
【図１４】 実施形態４の変形例のエネルギバンド構造
を示す図である。
を示す図である。
【図１５】 従来におけるタンデム型太陽電池の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図１６】 中間層を設けないタンデム型太陽電池のエ
ネルギバンド構造を示す図である。
ネルギバンド構造を示す図である。
【図１７】 中間層を設けないタンデム型太陽電池のエ
ネルギバンド構造を示す図である。
ネルギバンド構造を示す図である。
１０ 太陽電池、１２ 上部セル、１４ 下部セル、１
６ トンネルダイオード、１８ 上部電極、２０ 下部
電極、２４ 絶縁膜、２６ 負極、２８ 正極、３０
中間層。
６ トンネルダイオード、１８ 上部電極、２０ 下部
電極、２４ 絶縁膜、２６ 負極、２８ 正極、３０
中間層。
Claims (11)
- 【請求項１】 異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて裏面側の
前記単位太陽電池の一対の電極を形成するとともに、こ
の一対の電極のうちの一方が前記光入射側の単位太陽電
池の他方の電極にも兼用される裏面電極と、を備え、 前記光入射側の単位太陽電池と前記裏面側の単位太陽電
池との間に、それぞれの単位太陽電池のバンドギャップ
の中間のバンドギャップを有する半導体中間層を設けた
ことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて裏面側の
前記単位太陽電池の一対の電極を形成するとともに、こ
の一対の電極のうち正極が前記光入射側の単位太陽電池
の他方の電極にも兼用される裏面電極と、を備え、 前記光入射側の単位太陽電池から前記裏面側の単位太陽
電池へ正孔が移動する構成であり、前記光入射側の単位
太陽電池と前記裏面側の単位太陽電池との間に、それぞ
れの単位太陽電池の価電子帯のエネルギレベルの中間の
エネルギレベルをとる価電子帯を有する半導体中間層を
設けたことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項３】 異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて裏面側の
前記単位太陽電池の一対の電極を形成するとともに、こ
の一対の電極のうち負極が前記光入射側の単位太陽電池
の他方の電極にも兼用される裏面電極と、を備え、 前記光入射側の単位太陽電池から前記裏面側の単位太陽
電池へ電子が移動する構成であり、前記光入射側の単位
太陽電池と前記裏面側の単位太陽電池との間に、それぞ
れの単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルの中間のエ
ネルギレベルをとる伝導帯を有する半導体中間層を設け
たことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項４】 請求項１記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、そのバンドギャップが段階的に変化す
る複数層で構成されることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項５】 請求項２記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、その価電子帯のエネルギレベルが段階
的に変化する複数層で構成されることを特徴とする太陽
電池。 - 【請求項６】 請求項３記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、その伝導帯のエネルギレベルが段階的
に変化する複数層で構成されることを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項７】 請求項１記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、そのバンドギャップが連続的に変化す
る層で構成されることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項８】 請求項２記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、その価電子帯のエネルギレベルが連続
的に変化する層で構成されることを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項９】 請求項３記載の太陽電池において、前記
半導体中間層が、その伝導帯のエネルギレベルが連続的
に変化する層で構成されることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項１０】 異なるバンドギャップを有する単位太
陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて裏面側の
前記単位太陽電池の一対の電極を形成するとともに、こ
の一対の電極のうち正極が前記光入射側の単位太陽電池
の他方の電極にも兼用される裏面電極と、を備え、 前記光入射側の単位太陽電池から前記裏面側の単位太陽
電池へ正孔が移動する構成であり、前記光入射側の単位
太陽電池の下部の価電子帯のエネルギレベルが前記裏面
側の単位太陽電池の上部の価電子帯のエネルギレベルよ
り低いことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項１１】 異なるバンドギャップを有する単位太
陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて裏面側の
前記単位太陽電池の一対の電極を形成するとともに、こ
の一対の電極のうち負極が前記光入射側の単位太陽電池
の他方の電極にも兼用される裏面電極と、を備え、 前記光入射側の単位太陽電池から前記裏面側の単位太陽
電池へ電子が移動する構成であり、前記光入射側の単位
太陽電池の下部の伝導帯のエネルギレベルが前記裏面側
の単位太陽電池の伝導帯のエネルギレベルより高いこと
を特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26198399A JP3724272B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26198399A JP3724272B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085718A true JP2001085718A (ja) | 2001-03-30 |
| JP3724272B2 JP3724272B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=17369381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26198399A Expired - Lifetime JP3724272B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3724272B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20120092120A (ko) * | 2009-11-06 | 2012-08-20 | 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈 | 고온 및 저온의 2개의 스크린-프린트된 부분으로 구성된 광기전력 전지 |
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| CN113471322A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 叠层光伏器件及生产方法 |
-
1999
- 1999-09-16 JP JP26198399A patent/JP3724272B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| KR101706804B1 (ko) | 2009-11-06 | 2017-02-14 | 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈 | 고온 및 저온의 2개의 스크린-프린트된 부분으로 구성된 광기전력 전지 |
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| US10944022B2 (en) | 2012-02-29 | 2021-03-09 | The Boeing Company | Solar cell with delta doping layer |
| CN113471322A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 叠层光伏器件及生产方法 |
| CN113471322B (zh) * | 2020-03-30 | 2022-12-02 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 叠层光伏器件及生产方法 |
| US11942564B2 (en) | 2020-03-30 | 2024-03-26 | Longi Green Energy Technology Co., Ltd. | Laminated photovoltaic device, and production method |
| CN112466975A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-09 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 光伏器件 |
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| JP3724272B2 (ja) | 2005-12-07 |
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