JP2008270604A - 化合物半導体太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主としてIII−V族化合物半導体からなる光電変換層(101および102)と、該光電変換層(101および102)上に形成されたコンタクト層(103)と、該コンタクト層(103)の表面の少なくとも一部に形成された電極(105)と、を含む太陽電池であって、該コンタクト層(103)は、主としてGaPからなり、該光電変換層の厚さは2.5μm以下であることを特徴とする。光電変換層(101および102)の厚さとコンタクト層(103)の厚さとの合計は、3μm以上であることが好ましい。
【選択図】図1
Description
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図1に示される太陽電池は、p−InGaPからなるベース層101およびn−InGaPからなるエミッタ層102から構成される光電変換層、表面側に形成されたn−GaPからなるコンタクト層103、および裏面側に形成されたp+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層104を有している。トンネル接合層104は、パッド部分と櫛型状部分とそれらを連結するバー状領域を残してエッチング除去されており、コンタクト層103およびトンネル接合層104の上には、電極105、106がそれぞれ形成されている。また、電極105および電極106のパッド部分には、それぞれインターコネクター107、108が溶接され、表面側はシリコン系の樹脂等によりカバーガラス109が接着されている。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図5に示される太陽電池は、p−InGaPからなるベース層501およびn−InGaPからなるエミッタ層502からなる光電変換層、n−GaPからなるコンタクト層503、および裏面側に形成されたp+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層504、インターコネクター507、508、およびカバーガラス509から構成される、上記第1の実施形態に係る太陽電池と同様の構成の太陽電池(以下、太陽電池(A)ともいう)の下に、Si太陽電池(バックコンタクト型)510(以下、太陽電池(B)ともいう)を設置してタンデム型の構造とした、スタック型太陽電池である。ここで、Si太陽電池510が光電変換層のバンドギャップは、上記p−InGaPからなるベース層501およびn−InGaPからなるエミッタ層502からなる光電変換層のバンドギャップより小さくしているので、太陽電池(A)を透過した、該太陽電池(A)の光電変換層のバンドギャップに相当する光より長波長の光は、太陽電池(B)の光電変換層によって吸収され、変換効率が大きく向上している。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図7に示される太陽電池は、n−Gapからなるコンタクト層703と、p−InGaPからなるベース層701およびn−InGaPからなるエミッタ層702より構成される光電変換層との間に、n−AlGaInPからなる中間層711を設けたこと以外は、上記第1の実施形態に係る太陽電池と同様の構成を有する。
図11は、本発明の第4の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図11に示される太陽電池は、図1に示される上記第1の実施形態に係る太陽電池の構造と比較して、GaPコンタクト層の導電型を逆転し、該GaPコンタクト層を光電変換層の下方に配した構造を有する。より詳しくは、p−InGaPからなるベース層1101およびn−InGaPからなるエミッタ層1102から構成される光電変換層、表面側に形成されたp+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層1104、およびp−GaPからなるコンタクト層1103を有している。トンネル接合層1104は、パッド部分と櫛型状部分を残してエッチング除去されており、p−GaPコンタクト層1103は全面に形成されている。コンタクト層1103およびトンネル接合層1104の上には、電極1105、1106がそれぞれ形成されている。また、電極1105および電極1106のパッド部分には、それぞれインターコネクター1107、1108が溶接され、表面側はシリコン系の樹脂等によりカバーガラス1109が接着されている。このような構成によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図1に示される構造のIII−V族化合物半導体太陽電池を図4に示す方法により作製した。まず、GaAsからなる基板401上に、n−InGaPからなるエッチングストップ層402(0.2μm厚、Siドープ:2×1017cm-3)、p+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層104(それぞれ、0.05μm厚/0.25μm厚、Cドープ:2×1019cm-3/Teドープ:5×1019cm-3)、p−InGaPからなるベース層101(1.5μm厚、Znドープ:2×1017cm-3)およびn−InGaPからなるエミッタ層102(0.05μm厚、Siドープ:2×1018cm-3)および、n−GaPを主成分とするコンタクト層103(2.0μm厚、Siドープ:5×1018cm-3)をこの順に形成した(図4(a))。
実施例1の太陽電池の下にSi太陽電池(バックコンタクト型)を設置して、図5に示されるタンデム型の太陽電池を作製した。実施例1のInGaP光電変換層を有する太陽電池を透過したAM1.5の光に対するSi太陽電池の変換効率を測定したところ、10.5%であり、タンデム型全体で、28.5%の効率が得られた。
実施例1と同様の方法を用いて、図7に示される、n−GaPからなるコンタクト層703と、光電変換層(p−InGaPからなるベース層701およびn−InGaPエミッタ層よりなる)との間にn−AlGaInPからなる中間層711を有する太陽電池を作製した。各層の厚さおよびキャリア濃度は、以下の層以外は、実施例1と同じとした。コンタクト層703:層厚2.0μm、Siドープ。キャリア濃度は、上(電極705側)の0.4μmのみ5×1018cm-3とし、下(中間層711側)の1.6μmについては1×1018cm-3とした(中間層711:層厚0.1μm、Siドープ:1×1018cm-3)。
図11に示される構造のIII−V族化合物半導体太陽電池を、実施例1と同様の方法により作製した。各層の構成は、以下のとおりとした。p−InGaPベース層1101(1.5μm厚、Znドープ:2×1017cm-3)、n−InGaPエミッタ層1102(0.05μm厚、Siドープ:2×1018cm-3)、p−GaPコンタクト層1103(2.0μm厚、Znドープ:5×1018cm-3)、p+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層1104(それぞれ、0.05μm厚/0.25μm厚、Cドープ:2×1019cm-3/Teドープ:5×1019cm-3)。
図9に示される構造の太陽電池を図10の方法により作製した。各層の構成は、以下のとおりとした。p−InGaPベース層901(1.5μm厚、Znドープ:2×1017cm-3)、n−InGaPエミッタ層902(0.05μm厚、Siドープ:2×1018cm-3)、n−GaAsコンタクト層903(0.4μm厚、Teドープ:5×1018cm-3)、p+−GaAs/n+−GaAsからなるトンネル接合層904(それぞれ、0.05μm厚/0.25μm厚、Cドープ:2×1019cm-3/Teドープ:5×1019cm-3)。また、図10において、基板にはGaAs、エッチングストップ層1002にはn−InGaP(0.2μm厚、Siドープ:2×1017cm-3)を用いた。この太陽電池をAM1.5下で、上記測定方法にて変換効率を測定したところ、17.0%であった。
Claims (6)
- 主としてIII−V族化合物半導体からなる光電変換層と、
前記光電変換層上に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面の少なくとも一部に形成された電極と、を含む太陽電池であって、
前記コンタクト層は、主としてGaPからなり、
前記光電変換層の厚さは2.5μm以下であることを特徴とする太陽電池。 - 前記光電変換層の厚さと前記コンタクト層の厚さとの合計は、3μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。
- 前記光電交換層の厚さは、1〜2μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記コンタクト層は、AlxGa1-x-yInyP(0<x≦0.1、0<y≦0.1)からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池。
- 前記光電変換層と前記コンタクト層との間に中間層をさらに有し、
前記中間層のバンドギャップおよび格子定数は、前記光電変換層のバンドギャップおよび格子定数と、前記コンタクト層のバンドギャップおよび格子定数との間にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池(A)に直列接続された太陽電池(B)を有するスタック型太陽電池であって、
前記太陽電池(B)が有する光電変換層のバンドギャップは、前記太陽電池(A)が有する光電変換層のバンドギャップより小さいスタック型太陽電池。
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