JP2002289887A - 多元系多結晶太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

多元系多結晶太陽電池及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高効率と低コストを両立できる太陽電池、及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】多元系組成の融液を、冷却速度を制御して
冷却してミクロ的な組成分布が不均一で、かつ、マクロ
的な組成分布が均一な多元系多結晶を作成し、この多元
系多結晶により太陽電池を製造する方法及びその太陽電
池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SiGe,InG
aAsなどの多元系多結晶を備えた太陽電池及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来公知の低コストの実用型太陽電池と
してキャスト法(凝固法の一種)で成長した多結晶を用
いたものが知られている。Si多結晶からなる太陽電池
は、この製造コストの低いキャスト法を用いて製造する
ことができるが、Si多結晶太陽光のスペクトルの長波
長側が吸収できないため効率が低いという課題がある。
一方、高効率の太陽電池として、SiやGeに化合物半
導体の薄膜を積層させたヘテロ構造のタンデム型太陽電
池が知られている。しかし、タンデム型太陽電池はエピ
タキシャル成長を用いて製造されため、コストが高いと
いう課題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
効率の高さとコストの低さとを両立できる太陽電池は知
られておらず、用途により各太陽電池を使い分けていた
のが現状である。しかるに近年、太陽電池をクリーンエ
ネルギーとして大々的に活用するために、高効率と低コ
ストを両立できる技術が渇望されている。
【0004】本発明は高効率と低コストを両立できる太
陽電池、及びその製造方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の太陽電
池は、ミクロ的な組成分布が不均一で、かつ、マクロ的
な組成分布が均一な多元系多結晶を備えた太陽電池であ
り、本発明の太陽電池の製法は、多元系組成の融液を、
冷却速度を制御して冷却してミクロ的な組成分布が不均
一で、かつ、マクロ的な組成分布が均一な多元系多結晶
を作成し、この多元系多結晶により太陽電池を製造する
方法である。
【0006】ここで「ミクロ的に不均一」とは、個々の
結晶粒(典型的には数ミクロン〜数ミリの大きさ)の組
成に注目し、例えば吸収波長領域の異なる材料Aと材料
Bからなる混晶A1−xBにおいては、最大でX=0
から1までの広範囲に分散していることをいう。好適な
ミクロ的に不均一な分布は、原料の種類,必要とする特
性、用途により異なり、一概に決めることはできない。
【0007】マクロ的に均一とは、多結晶内の組成分布
を個々の結晶粒の大きさに比べて十分広い範囲で測定す
ると、結晶内のどの部分においても設計した組成分布を
有していることをいう。
【0008】上記の組成分布は、太陽光のスペクトルを
有効に利用し、最も変換効率が高くなるように設計され
る。
【0009】また「冷却速度を制御する」とは、ミクロ
的に不均一な所望の組成分布を得るための手法であり、
好適な冷却速度は、原料の種類,必要とする特性、用途
により所望の組成分布が異なるため、一概に決めること
はできない。
【0010】
【発明の実施の態様】次に本発明の実施の態様を説明す
る。SiとGeの原料をそれぞれ1.66gと3.71
g混合して融解し、組成50%のSi−Ge2元系の均
一組成の融液を用意する。これを10℃/minの冷却
速度で冷却しながら凝固成長させると、図1(b)のよ
うな組成の分布比率がほぼ等しい組成分布(ミクロ的組
成分布)を持った多結晶が作製できる。図1は結晶面内
の多数の測定点の中から横軸の結晶組成を持った点の数
を比率で示したヒストグラムである。この時、冷却速度
を変化させることにより、図1に示すように、ミクロ的
に各種組成分布を持った結晶が得られる。この結晶は、
それぞれ図2のような組織をしており、冷却速度によっ
て組織は変化する。図3に、単一組成の、ミクロ的組成
分布を有しないSi0.5Ge0.5結晶を用いた太陽
電池の太陽光のスペクトル分布を持った光源に対する短
絡電流の波長依存性と、本発明による図2のミクロ的組
成分布を持ったSiGe多結晶太陽電池の短絡電流の波
長依存性を示す。なお、ミクロ的組成ブンブを有しない
Si0.5Ge0.5結晶は、従来の冷却速度を制御し
ない液相エピタキシー法により製造されたものである。
【0011】図3から明らかなように、本発明のように
ミクロ的組成分布を持った結晶のほうが、平均的には同
じ組成の結晶(Si:Ge=1:1)でも明らかに単一
組成のSi0.5Ge0.5結晶よりも全面積が広く、
全電流値が大きくなり、効率が上がってくることがわか
る。
【0012】更に、高効率にするために、本発明による
ミクロ的組成分布をもったSiGe多結晶を基板とし
て、その上に薄膜を堆積させた2層構造にすることがで
きる。また、上記実施例はSiGe系であるが、InA
s−GaAs系にすると、より高効率にできる。この
他、材料の組合わせとして、GaSb−GaAsのよう
なIII−V族の3元系やInAs−GaP,InAs−
GaSbのような4元系を用いることも可能である。要
は、本発明は吸収波長領域の異なる材料の組合わせであ
ればよい。
【0013】図3に示すように、本発明によるSiGe
多結晶太陽電池の太陽光のスペクトルに対する波長依存
性をもった短絡電流値を得ることができた。この値は、
同一条件におけるSi多結晶太陽電池の電流値よりも大
きい。
【0014】また、本発明によりミクロ的組成分布を、
図1のように冷却条件によって変化させることにより、
図3に示したように太陽光のスペクトルに対する感度分
布を制御できるため、最適の組成分布をもった最も高効
率の太陽電池を作製することができる。
【0015】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、融液成
長技術を使って、冷却速度・過冷却速度などの冷却条件
や融液組成を制御することにより、太陽光のスペクトル
を最も効率よく吸収でき、優れた感度応答性を持つ組成
分布をキャスト法のような実用的で簡便な手法で実現
し、高効率太陽電池を作製することができる。そして、
この方法は、タンデム型のような複雑な構造を用いるこ
となくもっとも高率の高い組成分布を実現でき、かつS
iGeに限らず、InGaAs等の多元系結晶にも容易
に適用できる実用性の高い技術である。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷却速度を変化させたときの、融液成長したS
iGe多結晶のミクロ的組成分布のヒストグラム
【図2】冷却速度を変化させたときの、融液成長したS
iGe多結晶の組成を示す顕微鏡写真
【図3】単一組成のSi0.5Ge0.5結晶太陽電池
と本発明による図1(b)のミクロ的組成分布をもった
SiGe多結晶太陽電池の短絡電流の波長依存性を示す
図。なお、図中「R=1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1」は、組
成0から1までのSiGe結晶が0.1の組成刻みで均
等に分布したような結晶を仮定したことを示している。
また、「d=2μm」は、計算に必要なキャリアの拡散
長さを示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G072 AA20 BB12 GG01 GG03 HH01 JJ09 MM38 NN01 UU02 5F051 AA03 AA08 CB04 CB29

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ミクロ的な組成分布が不均一で、かつ、
    マクロ的な組成分布が均一な多元系多結晶を備えた太陽
    電池。
  2. 【請求項2】 多元系組成の融液を、冷却速度を制御し
    て冷却してミクロ的な組成分布が不均一で、かつ、マク
    ロ的な組成分布が均一な多元系多結晶を作成し、この多
    元系多結晶により太陽電池を製造する方法。
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