JP2015050367A - Solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の太陽電池セルを接合したタンデム型の太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a tandem solar cell in which a plurality of solar cells are joined.
ＧａＮをはじめとした窒化物半導体は、ＩＩＩ族元素の混合比を変えることで０．７〜６．２ｅＶという広範な範囲のエネルギーギャップを有する材料を得ることができる。このバンドギャップ範囲は、可視光の領域を完全に含んでいる。こうした特徴を生かし、窒化物半導体は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などに応用され、信号機や様々なディスプレイとして広く一般に使われている。 For nitride semiconductors such as GaN, materials having an energy gap in a wide range of 0.7 to 6.2 eV can be obtained by changing the mixing ratio of group III elements. This band gap range completely includes the visible light region. Taking advantage of these features, nitride semiconductors are applied to LEDs (Light Emitting Diodes) and the like, and are widely used as traffic lights and various displays.
また、窒化物半導体のエネルギーギャップ範囲は、太陽光のスペクトルをほぼ網羅しているため、発電効率の高い太陽電池を実現しうる材料として注目されている。例えば、単結晶シリコン系の太陽電池セルとＩｎＧａＮで構成した太陽電池セルとのタンデム化により、３１％の発電効率が見込めるとの予測がされている（非特許文献１参照）。また、この予測では、単結晶シリコン系太陽電池セルに２つのＩｎＧａＮ太陽電池セルを組み合わせた３接合セルにおいて、ＩｎＧａＮのエネルギーギャップを適切に選ぶことで、３５％の発電効率が見込めるとされている。 In addition, since the energy gap range of nitride semiconductors almost covers the spectrum of sunlight, it attracts attention as a material that can realize a solar cell with high power generation efficiency. For example, it is predicted that power generation efficiency of 31% can be expected by tandemization of a single crystal silicon solar cell and a solar cell composed of InGaN (see Non-Patent Document 1). In addition, in this prediction, it is said that a power generation efficiency of 35% can be expected by appropriately selecting the energy gap of InGaN in a three-junction cell in which two InGaN solar cells are combined with a single crystal silicon solar cell. .
また、実際に、シリコンセルと窒化物半導体セルの多接合太陽電池を作製する試みも報告されている（非特許文献２参照）。 In addition, an attempt to actually manufacture a multi-junction solar cell composed of a silicon cell and a nitride semiconductor cell has also been reported (see Non-Patent Document 2).
このように、窒化物半導体は、超高効率太陽電池の実現に対する高いポテンシャルを有しており、窒化物半導体を用いた太陽電池の開発が、国内外で進められている。 Thus, nitride semiconductors have a high potential for realizing ultra-high efficiency solar cells, and development of solar cells using nitride semiconductors is underway in Japan and overseas.
上述した多接合太陽電池について簡単に説明すると、まず、図８に例示するように、導電性を有する基板８０１の上に、シリコンから構成されたボトムセル８０２を電極層８１１を介して形成し、ボトムセル８０２の上に窒化物半導体から構成されたトップセル８０３を積層する。トップセル８０３の上面には櫛形電極８１２が形成され、櫛形電極８１２には、第１出力端子８０６が接続する。また、基板８０１には、第２出力端子８０７が接続する。 The multi-junction solar cell described above will be briefly described. First, as illustrated in FIG. 8, a bottom cell 802 made of silicon is formed on a conductive substrate 801 with an electrode layer 811 interposed therebetween. A top cell 803 made of a nitride semiconductor is stacked on the layer 802. A comb electrode 812 is formed on the top surface of the top cell 803, and the first output terminal 806 is connected to the comb electrode 812. A second output terminal 807 is connected to the substrate 801.
この構成では、ボトムセル８０２を構成するｎ型シリコン層の側の第１の面８２１が基板８０１の側を向き、ｐ型シリコン層の側の第２の面８２２が、トップセル８０３の側を向く。また、ボトムセル８０３を構成する。ｎ型窒化物受光層の側の第３の面８３１がボトムセル８０２の側を向き、ｐ型窒化物受光層の側の第４の面８３２に、櫛形電極８１２が形成される。 In this configuration, the first surface 821 on the n-type silicon layer side constituting the bottom cell 802 faces the substrate 801 side, and the second surface 822 on the p-type silicon layer side faces the top cell 803 side. . Also, the bottom cell 803 is configured. The third surface 831 on the n-type nitride light-receiving layer side faces the bottom cell 802 side, and the comb-shaped electrode 812 is formed on the fourth surface 832 on the p-type nitride light-receiving layer side.
この太陽電池では、ボトムセル８０２のトップセル８０３側に位置する層の導電型と、トップセル８０３のボトムセル８０２側の導電型とは、異なっており、２つの太陽電池セルは直列に接続された状態である。また、このように、直列接続であるので、ボトムセル裏面側となる第１の面８２１と、トップセル表面側となる第４の面８３２に電極を取ることで電力を取り出している。 In this solar cell, the conductivity type of the layer located on the top cell 803 side of the bottom cell 802 is different from the conductivity type of the top cell 803 on the bottom cell 802 side, and the two solar cells are connected in series. It is. Since the connection is in series as described above, electric power is taken out by taking electrodes on the first surface 821 on the bottom cell back surface side and the fourth surface 832 on the top cell surface side.
ところで、高効率な多接合太陽電池を作製するのに重要となるのは、「電流整合」という概念である。通常の多接合太陽電池においては、接合される各々の太陽電池セルは、直列に接続されている。従って、多接合太陽電池として取り出せる電流は、各太陽電池セルで発生する電流のうちの、最も低い電流値で律速されてしまう。従って、各太陽電池セルにおいて発生する電流を等しくするように構造が設計される。このように、各太陽電池で発生する電流を等しくすることを電流整合といい、高効率な多接合太陽電池を実現するうえで必要となる条件である。 By the way, the concept of “current matching” is important for producing a highly efficient multi-junction solar cell. In an ordinary multi-junction solar cell, each solar cell to be joined is connected in series. Therefore, the current that can be taken out as a multi-junction solar cell is limited by the lowest current value among the currents generated in each solar battery cell. Therefore, the structure is designed to equalize the current generated in each solar battery cell. Thus, equalizing the current generated in each solar cell is called current matching, and is a condition necessary for realizing a highly efficient multijunction solar cell.
ところが、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルからなる多接合太陽電池を作製しようとした場合、電流整合を取りにくいという現状がある。シリコン太陽電池では、一般に市販されている発電効率１５％前後のもので３０ｍＡ／ｃｍ2程度の短絡電流である。これに対し、現状で実現されている窒化物半導体太陽電池のうち最大の発電効率が得られているものであっても、短絡電流はたかだか３ｍＡ／ｃｍ2弱と、シリコン太陽電池の１／１０以下でしかない。 However, when a multi-junction solar cell composed of nitride semiconductor solar cells and silicon solar cells is to be manufactured, there is a current situation that it is difficult to achieve current matching. The silicon solar cell has a power generation efficiency of about 15% that is generally marketed and has a short-circuit current of about 30 mA / cm 2 . On the other hand, even if the maximum power generation efficiency is obtained among the nitride semiconductor solar cells realized at present, the short-circuit current is at most 3 mA / cm 2 , which is 1/10 that of silicon solar cells. Only below.
このように短絡電流が小さくなってしまう要因は、次に示すことがある。 The factors that cause the short circuit current to be reduced in this way are as follows.
第１に、ある程度良質な窒化物半導体ＩｎＧａＮ結晶を得るためには、比較的Ｉｎ組成の少ない範囲（典型的には２０％以下）のＩｎＧａＮとすることになる。この組成では、ＩｎＧａＮの禁制帯エネルギーは、２．５ｅＶを越える大きい値となる。従って、上記組成のＩｎＧａＮを用いた太陽電池では、太陽光エネルギーのうち発電に寄与できるのは、フォトンエネルギーとして２．５ｅＶ以上のエネルギー範囲の光となる。これは、全太陽光エネルギーのうちの、たかだか１８％に過ぎず、その分だけ電流が少なくなる。これに対し、シリコンの場合、太陽光エネルギーのうち６４％弱が発電に寄与する。 First, in order to obtain a nitride semiconductor InGaN crystal having a certain level of quality, it is necessary to use InGaN with a relatively low In composition (typically 20% or less). In this composition, the forbidden band energy of InGaN becomes a large value exceeding 2.5 eV. Therefore, in the solar cell using InGaN having the above composition, light in the energy range of 2.5 eV or more as photon energy can contribute to power generation among the solar energy. This is only 18% of the total solar energy, and the current decreases accordingly. On the other hand, in the case of silicon, a little less than 64% of solar energy contributes to power generation.
第２に、ある程度良質なＩｎＧａＮであるとはいえ、シリコンに比べると結晶品質は格段に劣っている。ＩｎＧａＮの結晶内には、高密度に転位や点欠陥などの結晶欠陥が存在している。このため、光吸収により生成したキャリア（電子および正孔）は、結晶欠陥を介して再結合してしまう。この結果、上述した窒化物半導体による太陽電池では、理論上取り出せるはずの値よりも大幅に少ない電流値しか取り出せない。 Second, although it is a somewhat good quality InGaN, the crystal quality is much inferior to silicon. In InGaN crystals, crystal defects such as dislocations and point defects exist at high density. For this reason, carriers (electrons and holes) generated by light absorption are recombined through crystal defects. As a result, the above-described solar cell made of a nitride semiconductor can extract only a current value significantly smaller than a value that should theoretically be extracted.
以上に説明したように、単結晶シリコン系の太陽電池セルと、ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池では、効率よく電流を取り出すことができないという問題があった。 As described above, a tandem solar cell using a single-crystal silicon solar cell and a solar cell made of a nitride semiconductor such as InGaN cannot efficiently extract current. was there.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコン系の太陽電池セルと窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池で、効率よく電流が取り出せるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a tandem solar battery using a silicon solar battery cell and a solar battery cell made of a nitride semiconductor, and efficiently. The purpose is to be able to extract current.
本発明に係る太陽電池は、導電性を有する支持台側に第１導電型とされた第１の面を向けて支持台の上に配置され、第１の面を支持台に電気的に接続した第１太陽電池セルと、第１太陽電池セルの第２導電型とされた第２の面に第２導電型とされた第３の面を向けて第１太陽電池セルの上に積層された第２太陽電池セルと、第２太陽電池セルの第１導電型とされた第４の面と支持台とを電気的に接続する接続手段と、第１太陽電池セルの第２の面および第２太陽電池の第３の面に電気的に接続する第１出力端子と、支持台に電気的に接続する第２出力端子とを備え、第１太陽電池セルは、窒化物半導体またはシリコンから構成され、第２太陽電池セルは、シリコンまたは窒化物半導体から構成されている。 The solar cell according to the present invention is arranged on the support base with the first surface of the first conductivity type facing the conductive support base side, and the first surface is electrically connected to the support base. The first solar cell is laminated on the first solar cell with the third surface of the first solar cell facing the second surface of the second solar cell and the second surface of the second solar cell. A second solar cell, a connection means for electrically connecting the fourth surface of the second solar cell with the first conductivity type and the support, a second surface of the first solar cell, and A first output terminal electrically connected to the third surface of the second solar cell; and a second output terminal electrically connected to the support base, wherein the first solar cell is made of a nitride semiconductor or silicon. The second solar battery cell is composed of silicon or a nitride semiconductor.
上記太陽電池において、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとは異なる面積に形成され、第１出力端子は、異なる面積とされることで、第１太陽電池セルの第２の面と第２太陽電池セルの第３の面との接合領域より外側に形成された、第１太陽電池セルの第２の面または第２太陽電池セルの第３の面の延長領域に電気的に接続されているようにすればよい。 In the solar cell, the first solar cell and the second solar cell are formed in different areas, and the first output terminal has a different area, so that the second surface of the first solar cell and the second Electrically connected to the second surface of the first solar cell or the extended region of the third surface of the second solar cell formed outside the junction region with the third surface of the two solar cells. You should make it.
上記太陽電池において、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとの間に形成された透明電極材料から構成された導電層を備え、第１出力端子は、導電層に電気的に接続しているようにしてもよい。 The solar cell includes a conductive layer made of a transparent electrode material formed between the first solar cell and the second solar cell, and the first output terminal is electrically connected to the conductive layer. You may make it.
また、上記太陽電池において、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとの接合面の端部の第２太陽電池セルに形成された切欠部を備え、第１出力端子は、切欠部に電気的に接続しているようにしてもよい。 The solar cell further includes a notch formed in the second solar cell at the end of the joint surface between the first solar cell and the second solar cell, and the first output terminal is electrically connected to the notch. May be connected to each other.
以上説明したことにより、本発明によれば、シリコン系の太陽電池セルと窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池で、効率よく電流が取り出せるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, a tandem solar battery using a silicon solar battery cell and a solar battery cell made of a nitride semiconductor is excellent in that current can be efficiently extracted. An effect is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池の構成を示す構成図である。図１において、（ａ）は側方から見た状態を示し、（ｂ）は、平面図である。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the solar cell according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, (a) shows the state seen from the side, and (b) is a plan view.
この太陽電池は、支持台１０１の上に配置された第１太陽電池セル１０２と、第１太陽電池セル１０２の上に積層された第２太陽電池セル１０３とを備える。第１太陽電池セル１０２は、シリコンから構成されている。また、第２太陽電池セル１０３は、窒化物半導体から構成されている。 This solar battery includes a first solar battery cell 102 disposed on a support base 101 and a second solar battery cell 103 stacked on the first solar battery cell 102. The first solar battery cell 102 is made of silicon. Further, the second solar battery cell 103 is made of a nitride semiconductor.
例えば、第１太陽電池セル１０２は、ｐ型シリコン層およびこのｐ型シリコン層上に形成されたｎ型シリコン受光層を備える。ｐ型シリコン層側の表面が、第１の面１２１となり、ｎ型シリコン受光層の側の表面が第２の面１２２となる。 For example, the first solar battery cell 102 includes a p-type silicon layer and an n-type silicon light receiving layer formed on the p-type silicon layer. The surface on the p-type silicon layer side becomes the first surface 121, and the surface on the n-type silicon light receiving layer side becomes the second surface 122.
また、第２太陽電池セル１０３は、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える。これらは、例えば、窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成できる。ｎ型窒化物受光層の側の表面が第３の面１３１となり、ｐ型窒化物受光層の側の表面が第４の面１３２となる。これらの場合、第１導電型が、ｐ型であり、第２導電型がｎ型となる。 The second solar cell 103 includes an n-type nitride light-receiving layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type nitride light-receiving layer made of a p-type nitride semiconductor. These can be formed, for example, by crystal growth on a semiconductor substrate made of a nitride semiconductor. The surface on the n-type nitride light-receiving layer side becomes the third surface 131, and the surface on the p-type nitride light-receiving layer side becomes the fourth surface 132. In these cases, the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
支持台１０１は、導電性を備えていればよく、例えば金属から構成すればよい。実施の形態１では、第１太陽電池セル１０２の第１の面１２１が、支持台１０１に電気的に接続されて配置されている。第１太陽電池セル１０２の第１の面１２１には、電極層１１１が形成されており、電極層１１１が支持台１０１上面に接触している。 The support base 101 only needs to have conductivity, and may be made of metal, for example. In Embodiment 1, the 1st surface 121 of the 1st photovoltaic cell 102 is electrically connected to the support stand 101, and is arrange | positioned. An electrode layer 111 is formed on the first surface 121 of the first solar battery cell 102, and the electrode layer 111 is in contact with the upper surface of the support base 101.
また、第１太陽電池セル１０２の第２の面１２２の上に、第２太陽電池セル１０３が積層されている。加えて、第１太陽電池セル１０２と第２太陽電池セル１０３とは、異なる面積に形成されている。このように異なる面積にしているので、第１太陽電池セル１０２の第２の面１２２と、第２太陽電池セル１０３の第２導電型とされた第３の面１３１との接合領域より外側に、延長領域１０５を備える状態となる。延長領域１０５は、より大きな面積とされた太陽電池セルの方に形成される。実施の形態１では、第１太陽電池セル１０２の第２の面１２２に、延長領域１０５が形成される場合を示している。 Further, the second solar battery cell 103 is stacked on the second surface 122 of the first solar battery cell 102. In addition, the first solar cell 102 and the second solar cell 103 are formed in different areas. Since the areas are different in this way, outside the junction region between the second surface 122 of the first solar cell 102 and the third surface 131 of the second solar cell 103 which is the second conductivity type. In this state, the extended region 105 is provided. The extension region 105 is formed toward a solar cell having a larger area. In Embodiment 1, the case where the extended region 105 is formed on the second surface 122 of the first solar battery cell 102 is shown.
また、この太陽電池は、第２太陽電池セル１０３の第４の面１３２と、支持台１０１とを電気的に接続する接続線（接続手段）１０４を備える。また、この太陽電池は、延長領域１０５に電気的に接続する第１出力端子１０６と、支持台１０１に電気的に接続する第２出力端子１０７とを備える。接続線１０４の一端は、第２太陽電池セル１０３の第４の面１３２に形成された櫛形電極１１２に接続されている。また、各出力端子には、ワイヤーが接続されている。 In addition, this solar battery includes a connection line (connection means) 104 that electrically connects the fourth surface 132 of the second solar battery cell 103 and the support base 101. In addition, the solar cell includes a first output terminal 106 that is electrically connected to the extension region 105 and a second output terminal 107 that is electrically connected to the support base 101. One end of the connection line 104 is connected to a comb electrode 112 formed on the fourth surface 132 of the second solar battery cell 103. Each output terminal is connected to a wire.
上述した実施の形態１によれば、まず、第１太陽電池セル１０２と第２太陽電池セルとの接続面（側）とを同一の導電型としている。また、トップセルとなる第２太陽電池セル１０３のトップ側（第４の面１３２）と、ボトムセルとなる第１太陽電池セル１０２のボトム側（第１の面１２１）とを短絡している。この状態で、接続面（延長領域１０５）、および第１太陽電池セル１０２のボトム側（第１の面１２１）の各々より、出力を取っている。このように、実施の形態１では、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルとを並列に接続しているところに特徴がある。 According to Embodiment 1 mentioned above, the connection surface (side) of the 1st photovoltaic cell 102 and the 2nd photovoltaic cell is made into the same conductivity type first. Moreover, the top side (fourth surface 132) of the 2nd photovoltaic cell 103 used as a top cell and the bottom side (1st surface 121) of the 1st photovoltaic cell 102 used as a bottom cell are short-circuited. In this state, output is taken from each of the connection surface (extension region 105) and the bottom side (first surface 121) of the first solar battery cell 102. Thus, the first embodiment is characterized in that nitride semiconductor solar cells and silicon solar cells are connected in parallel.
この結果、実施の形態１によれば、直列接続した場合と異なり、タンデム型の太陽電池として取り出せる電流が、各太陽電池セルで発生される最も低い電流値で律速されることがなく、電流整合を考慮する必要がない。 As a result, according to the first embodiment, unlike the case of series connection, the current that can be extracted as a tandem solar cell is not rate-controlled by the lowest current value generated in each solar cell, and current matching is achieved. There is no need to consider.
また、実施の形態１によれば、次に示す利点もある。図８を用いて説明した太陽電池では、ボトムセルのトップセル側に位置する層の導電型と、トップセルのボトムセル側の導電型とは、異なっており、２つの太陽電池セルは直列に接続された状態である。また、このように、直列接続であるので、ボトムセル裏面側とトップセル表面側に電極を取ることで電力を取り出している。この構造においては、ボトムセルとトップセルの接合部での電力ロスを低減させるために、オーミック性の接合にする必要があり、トンネル接合とするのが一般的である。 The first embodiment also has the following advantages. In the solar cell described with reference to FIG. 8, the conductivity type of the layer located on the top cell side of the bottom cell is different from the conductivity type of the top cell on the bottom cell side, and the two solar cells are connected in series. It is in a state. In addition, as described above, since it is connected in series, power is taken out by taking electrodes on the bottom cell back surface side and the top cell surface side. In this structure, in order to reduce power loss at the junction between the bottom cell and the top cell, it is necessary to form an ohmic junction, and a tunnel junction is generally used.
上述した直列接続の構成に対し、実施の形態１によれば、ボトムセルのトップセル側に位置する層の導電型とトップセルのボトムセル側の導電型を同一とし、かつ、トップセル表面とボトムセル裏面を短絡している。また、出力用の端子は、両セルの接続部およびボトムセルの底面（あるいはトップセルの表面）から取り出す構成とし、両セルは並列接続された形態としている。この構造においては、ボトムセルとトップセルの接合部は同じ導電型を有しているために、前述したようなトンネル接合で接合するというような手段は不要であり、この点も実施の形態１における利点となる。 In contrast to the series connection configuration described above, according to the first embodiment, the conductivity type of the layer located on the top cell side of the bottom cell is the same as the conductivity type of the bottom cell side of the top cell, and the top cell surface and the bottom cell back surface Is short-circuited. Further, the output terminal is configured to be taken out from the connection portion of both cells and the bottom surface of the bottom cell (or the top cell surface), and both cells are connected in parallel. In this structure, since the junction part of the bottom cell and the top cell has the same conductivity type, the means for joining by the tunnel junction as described above is unnecessary, and this point is also in the first embodiment. It will be an advantage.
以上に説明したように、実施の形態１によれば、シリコン系の太陽電池セルと窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池で、効率よく電流が取り出せるようになる。なお、実施の形態１では、ｎ型層どうしを接続した形態の例を示しているが、言うまでもなく、ｐ型層どうしを接続した形態であっても構わない。 As described above, according to the first embodiment, a tandem solar cell using a silicon solar cell and a solar cell composed of a nitride semiconductor can efficiently extract current. . In the first embodiment, an example of a form in which n-type layers are connected to each other is shown. Needless to say, a form in which p-type layers are connected to each other may be used.
次に、実施の形態１における太陽電池の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における太陽電池の製造方法を説明するための説明図である。 Next, the manufacturing method of the solar cell in Embodiment 1 is demonstrated using FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the method of manufacturing the solar cell in the first embodiment of the present invention.
まず、図２の（ａ）に示すように、第１の面２１１がｐ型シリコン層側の表面とされ、第２の面２１２がｎ型シリコン受光層とされたシリコン太陽電池セル２０１を用意する。例えば、ｐ型シリコン層とこの上に積層されたｎ型シリコン層とから構成されていればよい。 First, as shown in FIG. 2A, a silicon solar battery cell 201 is prepared in which the first surface 211 is a p-type silicon layer-side surface and the second surface 212 is an n-type silicon light-receiving layer. To do. For example, it may be composed of a p-type silicon layer and an n-type silicon layer laminated thereon.
次に、シリコン太陽電池セル２０１の第２の面２１２の上に、例えば有機金属化学気相成長法などの一般によく知られた手法により、ｎ−ＩｎＧａＮ層およびｐ−ＩｎＧａＮ層を順次積層し、図２の（ｂ）に示すように、窒化物半導体太陽電池セル２０２を積層する。窒化物半導体太陽電池セル２０２のｐ−ＩｎＧａＮ層側の上面が、第４の面２２１であり、ｎ−ＩｎＧａＮ層側の下面が、第３の面２２２である。このとき、窒化物半導体太陽電池セル２０２の下側となる第３の面２２２と、シリコン太陽電池セル２０１の上側となる第２の面２１２とが、接合されることになる。 Next, an n-InGaN layer and a p-InGaN layer are sequentially stacked on the second surface 212 of the silicon solar battery cell 201 by a generally well-known method such as a metal organic chemical vapor deposition method, As shown in FIG. 2B, nitride semiconductor solar cells 202 are stacked. The upper surface on the p-InGaN layer side of the nitride semiconductor solar battery 202 is the fourth surface 221, and the lower surface on the n-InGaN layer side is the third surface 222. At this time, the third surface 222 that is the lower side of the nitride semiconductor solar battery cell 202 and the second surface 212 that is the upper side of the silicon solar battery cell 201 are joined.
次いで、例えば蒸着により、シリコン太陽電池セル２０１の裏面側全域に、電極金属材料を堆積し、図２の（ｃ）に示すように、金属層２０３を形成する。次に、窒化物半導体太陽電池セル２０２の第４の面２２１上に、例えば蒸着によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を堆積し、図２の（ｄ）に示すように電流拡散層２０４を形成する。 Next, an electrode metal material is deposited over the entire back surface side of the silicon solar battery cell 201 by, for example, vapor deposition, and a metal layer 203 is formed as shown in FIG. Next, ITO (Indium Tin Oxide) is deposited on the fourth surface 221 of the nitride semiconductor solar battery cell 202 by, for example, vapor deposition to form a current diffusion layer 204 as shown in FIG.
更に、図２の（ｅ）に示すように、櫛形電極１１２を形成する。例えば、電極形成領域に開口を備えるレジストパターンを形成し、これらの上に電極材料を堆積し、この後、レジストパターンを除去（リフトオフ）すればよい。リフトオフにより、レジストパターンの開口の部分に電極材料が残り、櫛形電極１１２が形成できる。 Further, as shown in FIG. 2E, a comb electrode 112 is formed. For example, a resist pattern having openings in the electrode formation region is formed, electrode material is deposited thereon, and then the resist pattern is removed (lifted off). By lift-off, the electrode material remains in the opening portion of the resist pattern, and the comb-shaped electrode 112 can be formed.
次に、エッチングプロセスなどにより、窒化物半導体太陽電池セル２０２をメサ加工し、図２の（ｆ）に示すように、シリコン太陽電池セル２０１の上に、複数の第２太陽電池セル１０３が形成された状態とする。各第２太陽電池セル１０３は、後述するように第１出力端子１０６を形成する領域を備える状態に、間隔を開けて配置された状態とする。 Next, the nitride semiconductor solar battery cell 202 is mesa processed by an etching process or the like, and a plurality of second solar battery cells 103 are formed on the silicon solar battery cell 201 as shown in FIG. It is assumed that Each of the second solar cells 103 is in a state of being arranged with a space in a state of having a region for forming the first output terminal 106 as will be described later.
次に、図２の（ｇ）に示すように、メサ加工により露出した、隣り合う第２太陽電池セル１０３の間のシリコン太陽電池セル２０１の上に、環状の第１出力端子１０６を形成する。例えば、櫛形電極１１２と同様に、公知のリフトオフ法により第１出力端子１０６を形成すればよい。 Next, as shown in FIG. 2G, the annular first output terminal 106 is formed on the silicon solar battery cell 201 between the adjacent second solar battery cells 103 exposed by mesa processing. . For example, similarly to the comb electrode 112, the first output terminal 106 may be formed by a known lift-off method.
次に、ダイシングあるいは劈開により、シリコン太陽電池セル２０１を分割し、図２の（ｈ）に示すように、第１太陽電池セル１０２の上に第２太陽電池セル１０３が積層された複数のチップを作製する。この後、放熱板を兼ねた金属板に電極層１１１を貼り合わせ、ボンディングなどにより接続線１０４，第２出力端子１０７，ワイヤーなどを形成することで、図１に示す、実施の形態１における太陽電池が得られる。なお、図１では、電流拡散層を省略して図示していない。ところで、上述した製造方法の説明では、シリコン太陽電池セル２０１上に気相成長することで、窒化物半導体太陽電池セル２０２を積層しているが、これに限るものではない。例えば、各々個別に作製した後、接合技術を用いて貼り合わせることで作製してもよい。 Next, the silicon solar cells 201 are divided by dicing or cleavage, and a plurality of chips in which the second solar cells 103 are stacked on the first solar cells 102 as shown in FIG. Is made. Thereafter, the electrode layer 111 is bonded to a metal plate that also serves as a heat dissipation plate, and the connection line 104, the second output terminal 107, a wire, and the like are formed by bonding or the like, whereby the sun in the first embodiment shown in FIG. A battery is obtained. In FIG. 1, the current diffusion layer is not shown. By the way, in the description of the manufacturing method described above, the nitride semiconductor solar battery cells 202 are stacked by vapor phase growth on the silicon solar battery cells 201, but the present invention is not limited to this. For example, each may be manufactured individually and then bonded together using a bonding technique.
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における太陽電池の構成を示す構成図である。図３において、（ａ）は側方から見た状態を示し、（ｂ）は、平面図である。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the solar cell according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, (a) shows the state seen from the side, and (b) is a plan view.
この太陽電池は、支持台１０１の上に配置された第１太陽電池セル３０２と、第１太陽電池セル３０２の上に積層された第２太陽電池セル３０３とを備える。第１太陽電池セル３０２は、シリコンから構成されている。また、第２太陽電池セル３０３は、窒化物半導体から構成されている。支持台１０１は、前述した実施の形態１と同様である。 This solar battery includes a first solar battery cell 302 disposed on a support base 101 and a second solar battery cell 303 stacked on the first solar battery cell 302. The first solar cell 302 is made of silicon. Further, the second solar battery cell 303 is made of a nitride semiconductor. The support base 101 is the same as that of the first embodiment described above.
例えば、第１太陽電池セル３０２は、ｐ型シリコン層およびこのｐ型シリコン層上に形成されたｎ型シリコン受光層を備える。ｐ型シリコン層側の表面が、第１の面３２１となり、ｎ型シリコン受光層の側の表面が第２の面３２２となる。 For example, the first solar battery cell 302 includes a p-type silicon layer and an n-type silicon light receiving layer formed on the p-type silicon layer. The surface on the p-type silicon layer side becomes the first surface 321, and the surface on the n-type silicon light receiving layer side becomes the second surface 322.
また、第２太陽電池セル３０３は、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える。これらは、例えば、窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成できる。ｐ型窒化物受光層の側の表面が第４の面３３２となり、ｎ型窒化物受光層の側の表面が第３の面３３１となる。これらの場合も、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型となる。 The second solar cell 303 includes an n-type nitride light-receiving layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type nitride light-receiving layer made of a p-type nitride semiconductor. These can be formed, for example, by crystal growth on a semiconductor substrate made of a nitride semiconductor. The surface on the p-type nitride light-receiving layer side becomes the fourth surface 332, and the surface on the n-type nitride light-receiving layer side becomes the third surface 331. Also in these cases, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
実施の形態２では、第１太陽電池セル３０２の第１の面３２１が、支持台１０１に電気的に接続されて配置されている。第１太陽電池セル３０２の第１の面３２１には、電極層３１１が形成されており、電極層３１１が支持台１０１上面に接触している。 In Embodiment 2, the 1st surface 321 of the 1st photovoltaic cell 302 is electrically connected to the support stand 101, and is arrange | positioned. An electrode layer 311 is formed on the first surface 321 of the first solar cell 302, and the electrode layer 311 is in contact with the upper surface of the support base 101.
また、第１太陽電池セル３０２の第２の面３２２の上に、第２太陽電池セル３０３が積層されている。加えて、第１太陽電池セル３０２と第２太陽電池セル３０３とは、異なる面積に形成されている。このように異なる面積にしているので、第１太陽電池セル３０２の第２の面３２２と第２太陽電池セル３０３の第２導電型とされた第３の面３３１との接合領域より外側に、延長領域３０５を備える状態となる。延長領域３０５は、より大きな面積とされた太陽電池セルの方に形成される。実施の形態２では、第２太陽電池セル３０３の第３の面３３１に、延長領域３０５が形成される場合を示している。この場合、延長領域３０５の面は、支持台１０１の側を向く状態となる。 Further, the second solar battery cell 303 is stacked on the second surface 322 of the first solar battery cell 302. In addition, the first solar cell 302 and the second solar cell 303 are formed in different areas. Since the areas are different in this way, outside the junction region between the second surface 322 of the first solar cell 302 and the third surface 331 of the second solar cell 303 that is the second conductivity type, The extended region 305 is provided. The extension region 305 is formed toward the solar cell having a larger area. In Embodiment 2, the case where the extension area | region 305 is formed in the 3rd surface 331 of the 2nd photovoltaic cell 303 is shown. In this case, the surface of the extended region 305 is in a state facing the support base 101 side.
また、この太陽電池は、第２太陽電池セル３０３の第４の面３３２と、支持台１０１とを電気的に接続する接続線（接続手段）３０４を備える。また、この太陽電池は、延長領域３０５に電気的に接続する第１出力端子３０６と、支持台１０１に電気的に接続する第２出力端子２０７とを備える。接続線３０４の一端は、第２太陽電池セル３０３の第４の面３３２に形成された櫛形電極３１２に接続されている。また、各出力端子には、ワイヤーが接続されている。 In addition, this solar battery includes a connection line (connection means) 304 that electrically connects the fourth surface 332 of the second solar battery cell 303 and the support base 101. Further, the solar cell includes a first output terminal 306 that is electrically connected to the extension region 305 and a second output terminal 207 that is electrically connected to the support base 101. One end of the connection line 304 is connected to a comb-shaped electrode 312 formed on the fourth surface 332 of the second solar battery cell 303. Each output terminal is connected to a wire.
上述した実施の形態２においても、まず、第１太陽電池セル３０２と第２太陽電池セルとの接続面（側）を同一の導電型としている。また、トップセルとなる第２太陽電池セル３０３のトップ側（第４の面３３２）と、ボトムセルとなる第１太陽電池セル３０２のボトム側（第１の面３２１）とを短絡している。この状態で、接続面（延長領域３０５）、および第１太陽電池セル３０２のボトム側（第１の面３２１）の各々より、出力を取っている。このように、実施の形態２においても、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルとを並列に接続しているところに特徴がある。 Also in Embodiment 2 mentioned above, the connection surface (side) of the 1st photovoltaic cell 302 and the 2nd photovoltaic cell is made into the same conductivity type first. Further, the top side (fourth surface 332) of the second solar cell 303 serving as the top cell and the bottom side (first surface 321) of the first solar cell 302 serving as the bottom cell are short-circuited. In this state, output is taken from each of the connection surface (extension region 305) and the bottom side (first surface 321) of the first solar cell 302. Thus, the second embodiment is also characterized in that nitride semiconductor solar cells and silicon solar cells are connected in parallel.
この結果、実施の形態２においても、直列接続した場合と異なり、タンデム型の太陽電池として取り出せる電流が、各太陽電池セルで発生される最も低い電流値で律速されることがなく、電流整合を考慮する必要がない。また、実施の形態２によれば、ボトムセルとトップセルの接合部は同じ導電型を有しているために、前述したようなトンネル接合で接合するというような手段は不要であり、この点も利点となる。 As a result, also in the second embodiment, unlike the case of series connection, the current that can be taken out as a tandem solar cell is not limited by the lowest current value generated in each solar cell, and current matching is achieved. There is no need to consider. Further, according to the second embodiment, since the joint portion of the bottom cell and the top cell has the same conductivity type, there is no need for means for joining by the tunnel junction as described above. It will be an advantage.
以上に説明したように、実施の形態２においても、シリコン系の太陽電池セルと窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池で、効率よく電流が取り出せるようになる。なお、実施の形態２でも、ｎ型層どうしを接続した形態の例を示しているが、言うまでもなく、ｐ型層どうしを接続した形態であって構わない。 As described above, also in the second embodiment, a tandem solar battery using a silicon solar battery cell and a solar battery cell made of a nitride semiconductor can efficiently extract current. In the second embodiment, an example in which the n-type layers are connected to each other is shown. Needless to say, however, the p-type layers may be connected to each other.
次に、実施の形態２における太陽電池の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための説明図である。 Next, the manufacturing method of the solar cell in Embodiment 2 is demonstrated using FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the method of manufacturing the solar cell in the second embodiment of the present invention.
まず、図４の（ａ）に示すように、第１の面４１１がｐ型シリコン層側の表面とされ、第２の面４１２がｎ型シリコン受光層とされたシリコン太陽電池セル４０１を用意する。例えば、ｐ型シリコン層とこの上に積層されたｎ型シリコン層とから構成されていればよい。また、例えば蒸着により、シリコン太陽電池セル４０１の裏面側全域に、電極金属材料を堆積し、金属層４０２を形成する。 First, as shown in FIG. 4A, a silicon solar cell 401 is prepared in which the first surface 411 is a surface on the p-type silicon layer side and the second surface 412 is an n-type silicon light-receiving layer. To do. For example, it may be composed of a p-type silicon layer and an n-type silicon layer laminated thereon. Further, an electrode metal material is deposited over the entire back surface side of the silicon solar battery cell 401 by, for example, vapor deposition to form the metal layer 402.
次に、ダイシングあるいは劈開により、シリコン太陽電池セル４０１を分割する。これらのことにより、図４の（ｂ）に示すように、各々に電極層３１１が形成された複数の第１太陽電池セル３０２を作製する。また、図４の（ｃ）に示すように、シリコン太陽電池セル２０１の電極層３１１を、放熱板を兼ねた支持台１０１に貼り合わせる。 Next, the silicon solar battery cell 401 is divided by dicing or cleavage. As a result, as shown in FIG. 4B, a plurality of first solar cells 302 each having an electrode layer 311 formed thereon are produced. Further, as shown in FIG. 4C, the electrode layer 311 of the silicon solar battery cell 201 is bonded to the support base 101 that also serves as a heat sink.
次に、基板４０３の上に、例えば有機金属化学気相成長法などの一般によく知られた手法により、ｎ−ＩｎＧａＮ層およびｐ−ＩｎＧａＮ層を順次積層し、図４の（ｄ）に示すように、窒化物半導体太陽電池セル４０４を形成する。基板４０３は、例えば、サファイア，炭化シリコン，シリコン，ＧａＮなど、一般に窒化物半導体成長用に用いられる基板材料から構成されていればよい。窒化物半導体太陽電池セル４０４のｐ−ＩｎＧａＮ層側の上面が、第４の面４２１であり、ｎ−ＩｎＧａＮ層側の下面が、第３の面４２２である。 Next, an n-InGaN layer and a p-InGaN layer are sequentially stacked on the substrate 403 by a generally well-known method such as metal organic chemical vapor deposition, as shown in FIG. Next, the nitride semiconductor solar battery cell 404 is formed. The substrate 403 may be made of a substrate material generally used for growing a nitride semiconductor, such as sapphire, silicon carbide, silicon, or GaN. The upper surface on the p-InGaN layer side of the nitride semiconductor solar battery 404 is the fourth surface 421, and the lower surface on the n-InGaN layer side is the third surface 422.
また、後述する各チップとなる領域毎に、第３の面４２２に環状の複数の第１出力端子３０６を形成する。例えば、出力端子形成領域に開口を備えるレジストパターンを形成し、これらの上に端子電極材料を堆積し、この後、レジストパターンを除去（リフトオフ）すればよい。リフトオフにより、レジストパターンの開口の部分に端子電極材料が残り、第１出力端子３０６が形成できる。 In addition, a plurality of annular first output terminals 306 are formed on the third surface 422 for each region to be a chip described later. For example, a resist pattern having an opening in the output terminal formation region is formed, a terminal electrode material is deposited thereon, and then the resist pattern is removed (lifted off). By the lift-off, the terminal electrode material remains in the opening portion of the resist pattern, and the first output terminal 306 can be formed.
次に、窒化物半導体太陽電池セル４０４をダイシングあるいは劈開により分割し、図４の（ｅ）に示すように、各々に第１出力端子３０６が形成された第２太陽電池セル３０３を作製する。ここで、第２太陽電池セル３０３は、第１太陽電池セル３０２より大きな面積に形成する。なお、この段階では、第２太陽電池セル３０３は、基板４０３の上に形成された状態である。基板４０３は、第２太陽電池セル３０３の支持基板として用いることができる。 Next, the nitride semiconductor solar cell 404 is divided by dicing or cleaving to produce second solar cells 303 each having a first output terminal 306 formed as shown in FIG. Here, the second solar cell 303 is formed in a larger area than the first solar cell 302. At this stage, the second solar battery cell 303 is in a state formed on the substrate 403. The substrate 403 can be used as a support substrate for the second solar battery cell 303.
次に、分割して形成した第１太陽電池セル３０２の第２の面３２２と、やはり、分割して形成した第２太陽電池セル３０３の第３の面３３１とを貼り合わる。この貼り合わせにより、図４の（ｆ）に示すように、第１太陽電池セル３０２の第２の面３２２上に、第２太陽電池セル３０３の第３の面３３１が接合して積層された状態とする。前述したように、第２太陽電池セル３０３は、第１太陽電池セル３０２より大きな面積に形成している。このため、第２太陽電池セル３０３の第３の面３３１における周辺部が、庇状に接合領域より突出する。また、この突出した領域（延長領域）には、環状の第１出力端子３０６が形成されている状態となる。 Next, the second surface 322 of the first solar cell 302 formed by division and the third surface 331 of the second solar cell 303 formed by division are bonded together. As a result of this bonding, the third surface 331 of the second solar cell 303 is bonded and laminated on the second surface 322 of the first solar cell 302 as shown in FIG. State. As described above, the second solar cell 303 is formed in a larger area than the first solar cell 302. For this reason, the peripheral part in the 3rd surface 331 of the 2nd photovoltaic cell 303 protrudes from a joining area | region in hook shape. Further, an annular first output terminal 306 is formed in the protruding region (extension region).
次に、基板４０３を剥離し、また基板４０３の残りを研磨などにより除去することで、第２太陽電池セル３０３の第４の面３３２を露出させる。次いで、露出させた第４の面３３２に、例えば蒸着によりＩＴＯを堆積し、図４の（ｇ）に示すように電流拡散層４０５を形成する。また、櫛形電極３１２を形成する。例えば、電極形成領域に開口を備えるレジストパターンを形成し、これらの上に電極材料を堆積し、この後、レジストパターンを除去（リフトオフ）すればよい。リフトオフにより、レジストパターンの開口の部分に電極材料が残り、櫛形電極３１２が形成できる。この後、接続線３０４，第２出力端子２０７，ワイヤーなどを形成することで、図３に示す、実施の形態２における太陽電池が得られる。なお、図３では、電流拡散層を省略して図示していない。 Next, the substrate 403 is peeled, and the remainder of the substrate 403 is removed by polishing or the like, so that the fourth surface 332 of the second solar cell 303 is exposed. Next, ITO is deposited on the exposed fourth surface 332 by, for example, vapor deposition to form a current diffusion layer 405 as shown in FIG. Further, a comb-shaped electrode 312 is formed. For example, a resist pattern having openings in the electrode formation region is formed, electrode material is deposited thereon, and then the resist pattern is removed (lifted off). By lift-off, the electrode material remains in the opening portion of the resist pattern, and the comb-shaped electrode 312 can be formed. Thereafter, the solar cell in the second embodiment shown in FIG. 3 is obtained by forming the connection line 304, the second output terminal 207, the wire, and the like. In FIG. 3, the current diffusion layer is not shown.
ところで、本発明は、導電性を有する支持台側に第１導電型とされた第１の面を向けて支持台の上に配置され、第１の面を支持台に電気的に接続した第１太陽電池セルと、第１太陽電池セルの第２導電型とされた第２の面に第２導電型とされた第３の面を向けて第１太陽電池セルの上に積層された第２太陽電池セルと、第２太陽電池セルの第１導電型とされた第４の面と支持台とを電気的に接続する接続手段と、第１太陽電池セルの第２の面および第２太陽電池の第３の面に電気的に接続する第１出力端子と、支持台に電気的に接続する第２出力端子とを備えるところに特徴がある。 By the way, this invention arrange | positions on a support stand with the 1st conductivity type 1st surface turned to the support stand side which has electroconductivity, and the 1st surface was electrically connected to the support stand. A first solar cell and a second solar cell laminated on the first solar cell with a second surface of the second solar cell facing the second surface of the second solar cell Connecting means for electrically connecting the second solar cell, the fourth conductivity type of the second solar cell and the support surface to the fourth surface, the second surface and the second of the first solar cell. It is characterized in that a first output terminal electrically connected to the third surface of the solar cell and a second output terminal electrically connected to the support base are provided.
従って、上述したように、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとが、異なる面積となっている必要はない。例えば、図５に示すように構成してもよい。この太陽電池は、支持台５０１の上に配置された第１太陽電池セル５０２と、第１太陽電池セル５０２の上に積層された第２太陽電池セル５０３とを備える。第１太陽電池セル５０２は、シリコンから構成されている。また、第２太陽電池セル５０３は、窒化物半導体から構成されている。 Therefore, as described above, the first solar cell and the second solar cell need not have different areas. For example, you may comprise as shown in FIG. This solar battery includes a first solar battery cell 502 disposed on a support base 501 and a second solar battery cell 503 stacked on the first solar battery cell 502. The first solar cell 502 is made of silicon. Further, the second solar battery cell 503 is made of a nitride semiconductor.
例えば、第１太陽電池セル５０２は、ｐ型シリコン層およびこのｐ型シリコン層上に形成されたｎ型シリコン受光層を備える。ｐ型シリコン層側の表面が、第１の面５２１となり、ｎ型シリコン受光層の側の表面が第２の面５２２となる。 For example, the first solar cell 502 includes a p-type silicon layer and an n-type silicon light receiving layer formed on the p-type silicon layer. The surface on the p-type silicon layer side becomes the first surface 521, and the surface on the n-type silicon light-receiving layer side becomes the second surface 522.
また、第２太陽電池セル５０３は、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える。これらは、例えば、窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成できる。ｎ型窒化物受光層の側の表面が第３の面５３１となり、ｐ型窒化物受光層の側の表面が第４の面５３２となる。これらの場合、第１導電型が、ｐ型であり、第２導電型がｎ型となる。 Second solar cell 503 includes an n-type nitride light-receiving layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type nitride light-receiving layer made of a p-type nitride semiconductor. These can be formed, for example, by crystal growth on a semiconductor substrate made of a nitride semiconductor. The surface on the n-type nitride light-receiving layer side becomes the third surface 531, and the surface on the p-type nitride light-receiving layer side becomes the fourth surface 532. In these cases, the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
支持台５０１は、導電性を備えていればよく、例えば金属から構成すればよい。この構成では、第１太陽電池セル５０２の第１の面５２１が、支持台５０１に電気的に接続されて配置されている。第１太陽電池セル５０２の第１の面５２１には、電極層５１１が形成されており、電極層５１１が支持台５０１上面に接触している。 The support base 501 only needs to have conductivity, and may be made of metal, for example. In this configuration, the first surface 521 of the first solar battery cell 502 is disposed so as to be electrically connected to the support base 501. An electrode layer 511 is formed on the first surface 521 of the first solar cell 502, and the electrode layer 511 is in contact with the upper surface of the support base 501.
また、第１太陽電池セル５０２の第２の面５２２の上に、第２太陽電池セル５０３が積層されている。加えて、第１太陽電池セル５０２と第２太陽電池セル５０３との間には、透明電極材料から構成された導電層５０５を備える。これらの構成は、前述した実施の形態２と同様に、各太陽電池セルを各々作製し、第１太陽電池セル５０２の上（第２の面５２２）には、導電層５０５を形成しておき、ここに、第２太陽電池セル５０３の第３の面５３１を貼り合わせればよい。 Further, the second solar battery cell 503 is stacked on the second surface 522 of the first solar battery cell 502. In addition, a conductive layer 505 made of a transparent electrode material is provided between the first solar cell 502 and the second solar cell 503. In these configurations, as in the second embodiment described above, each solar cell is produced, and a conductive layer 505 is formed on the first solar cell 502 (second surface 522). Here, the third surface 531 of the second solar battery cell 503 may be attached.
また、この太陽電池は、第２太陽電池セル５０３の第４の面５３２と、支持台５０１とを電気的に接続する接続線（接続手段）５０４を備える。また、この太陽電池は、導電層５０５に電気的に接続する第１出力端子５０６と、支持台５０１に電気的に接続する第２出力端子５０７とを備える。接続線５０４の一端は、第２太陽電池セル５０３の第４の面５３２に形成された櫛形電極５１２に接続されている。また、各出力端子には、ワイヤーが接続されている。 In addition, this solar cell includes a connection line (connection means) 504 that electrically connects the fourth surface 532 of the second solar battery cell 503 and the support base 501. In addition, the solar cell includes a first output terminal 506 that is electrically connected to the conductive layer 505 and a second output terminal 507 that is electrically connected to the support base 501. One end of the connection line 504 is connected to a comb-shaped electrode 512 formed on the fourth surface 532 of the second solar battery cell 503. Each output terminal is connected to a wire.
上述した太陽電池においても、まず、第１太陽電池セル５０２と第２太陽電池セルとの接続面（側）とを同一の導電型としている。また、トップセルとなる第２太陽電池セル５０３のトップ側（第４の面５３２）と、ボトムセルとなる第１太陽電池セル５０２のボトム側（第１の面５２１）とを短絡している。この状態で、接続面（導電層５０５）、および第１太陽電池セル５０２のボトム側（第１の面５２１）の各々より、出力を取っている。このように、この太陽電池においても、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルとを並列に接続している。 Also in the solar cell described above, first, the connection surface (side) between the first solar cell 502 and the second solar cell is of the same conductivity type. In addition, the top side (fourth surface 532) of the second solar cell 503 serving as the top cell and the bottom side (first surface 521) of the first solar cell 502 serving as the bottom cell are short-circuited. In this state, output is taken from each of the connection surface (conductive layer 505) and the bottom side (first surface 521) of the first solar battery cell 502. Thus, also in this solar cell, the nitride semiconductor solar cell and the silicon solar cell are connected in parallel.
また、図６に示すように構成してもよい。この太陽電池は、支持台６０１の上に配置された第１太陽電池セル６０２と、第１太陽電池セル６０２の上に積層された第２太陽電池セル６０３とを備える。第１太陽電池セル６０２は、シリコンから構成されている。また、第２太陽電池セル６０３は、窒化物半導体から構成されている。 Moreover, you may comprise as shown in FIG. The solar battery includes a first solar battery cell 602 disposed on a support base 601 and a second solar battery cell 603 stacked on the first solar battery cell 602. The first solar battery cell 602 is made of silicon. Further, the second solar battery cell 603 is made of a nitride semiconductor.
例えば、第１太陽電池セル６０２は、ｐ型シリコン層およびこのｐ型シリコン層上に形成されたｎ型シリコン受光層を備える。ｐ型シリコン層側の表面が、第１の面６２１となり、ｎ型シリコン受光層の側の表面が第２の面６２２となる。 For example, the first solar cell 602 includes a p-type silicon layer and an n-type silicon light receiving layer formed on the p-type silicon layer. The surface on the p-type silicon layer side becomes the first surface 621, and the surface on the n-type silicon light-receiving layer side becomes the second surface 622.
また、第２太陽電池セル６０３は、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える。これらは、例えば、窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成できる。ｎ型窒化物受光層の側の表面が第３の面６３１となり、ｐ型窒化物受光層の側の表面が第４の面６３２となる。これらの場合、第１導電型が、ｐ型であり、第２導電型がｎ型となる。 Second solar battery cell 603 includes an n-type nitride light-receiving layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type nitride light-receiving layer made of a p-type nitride semiconductor. These can be formed, for example, by crystal growth on a semiconductor substrate made of a nitride semiconductor. The surface on the n-type nitride light-receiving layer side becomes the third surface 631, and the surface on the p-type nitride light-receiving layer side becomes the fourth surface 632. In these cases, the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
支持台６０１は、導電性を備えていればよく、例えば金属から構成すればよい。この構成では、第１太陽電池セル６０２の第１の面６２１が、支持台６０１に電気的に接続されて配置されている。第１太陽電池セル６０２の第１の面６２１には、電極層６１１が形成されており、電極層６１１が支持台６０１上面に接触している。 The support base 601 only needs to have conductivity, and may be made of metal, for example. In this configuration, the first surface 621 of the first solar battery cell 602 is disposed so as to be electrically connected to the support base 601. An electrode layer 611 is formed on the first surface 621 of the first solar battery cell 602, and the electrode layer 611 is in contact with the upper surface of the support base 601.
また、第１太陽電池セル６０２の第２の面６２２の上に、第２太陽電池セル６０３が積層されている。加えて、第１太陽電池セル６０２と第２太陽電池セル６０３との接合面の端部に、切欠部６０５を備える。切欠部６０５は、第１太陽電池セル６０２の第２の面６２２端部を加工することで形成すればよい。 Further, the second solar battery cell 603 is stacked on the second surface 622 of the first solar battery cell 602. In addition, a notch 605 is provided at the end of the joint surface between the first solar cell 602 and the second solar cell 603. The notch 605 may be formed by processing the end of the second surface 622 of the first solar battery cell 602.
また、この太陽電池は、第２太陽電池セル６０３の第４の面６３２と、支持台６０１とを電気的に接続する接続線（接続手段）６０４を備える。また、この太陽電池は、切欠部６０５に電気的に接続する第１出力端子６０６と、支持台６０１に電気的に接続する第２出力端子６０７とを備える。接続線６０４の一端は、第２太陽電池セル６０３の第４の面６３２に形成された櫛形電極６１２に接続されている。また、各出力端子には、ワイヤーが接続されている。 Further, this solar cell includes a connection line (connection means) 604 that electrically connects the fourth surface 632 of the second solar battery cell 603 and the support base 601. In addition, the solar cell includes a first output terminal 606 that is electrically connected to the notch 605 and a second output terminal 607 that is electrically connected to the support base 601. One end of the connection line 604 is connected to a comb electrode 612 formed on the fourth surface 632 of the second solar battery cell 603. Each output terminal is connected to a wire.
上述した太陽電池においても、まず、第１太陽電池セル６０２と第２太陽電池セルとの接続面（側）とを同一の導電型としている。また、トップセルとなる第２太陽電池セル６０３のトップ側（第４の面６３２）と、ボトムセルとなる第１太陽電池セル６０２のボトム側（第１の面６２１）とを短絡している。この状態で、接続面（切欠部６０５）、および第１太陽電池セル６０２のボトム側（第１の面６２１）の各々より、出力を取っている。このように、この太陽電池においても、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルとを並列に接続している。 Also in the solar cell described above, first, the connection surface (side) of the first solar cell 602 and the second solar cell is of the same conductivity type. Further, the top side (fourth surface 632) of the second solar cell 603 serving as the top cell and the bottom side (first surface 621) of the first solar cell 602 serving as the bottom cell are short-circuited. In this state, output is taken from each of the connection surface (notch 605) and the bottom side (first surface 621) of the first solar battery cell 602. Thus, also in this solar cell, the nitride semiconductor solar cell and the silicon solar cell are connected in parallel.
また、図７に示すように構成してもよい。この太陽電池は、支持台７０１の上に配置された第１太陽電池セル７０２と、第１太陽電池セル７０２の上に積層された第２太陽電池セル７０３とを備える。第１太陽電池セル７０２は、シリコンから構成されている。また、第２太陽電池セル７０３は、窒化物半導体から構成されている。 Moreover, you may comprise as shown in FIG. The solar battery includes a first solar battery cell 702 disposed on a support base 701 and a second solar battery cell 703 stacked on the first solar battery cell 702. The first solar battery cell 702 is made of silicon. Further, the second solar battery cell 703 is made of a nitride semiconductor.
例えば、第１太陽電池セル７０２は、ｐ型シリコン層およびこのｐ型シリコン層上に形成されたｎ型シリコン受光層を備える。ｐ型シリコン層側の表面が、第１の面７２１となり、ｎ型シリコン受光層の側の表面が第２の面７２２となる。 For example, the first solar cell 702 includes a p-type silicon layer and an n-type silicon light receiving layer formed on the p-type silicon layer. The surface on the p-type silicon layer side becomes the first surface 721, and the surface on the n-type silicon light-receiving layer side becomes the second surface 722.
また、第２太陽電池セル７０３は、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える。これらは、例えば、窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成できる。ｎ型窒化物受光層の側の表面が第３の面７３１となり、ｐ型窒化物受光層の側の表面が第４の面７３２となる。これらの場合、第１導電型が、ｐ型であり、第２導電型がｎ型となる。 Second solar cell 703 includes an n-type nitride light-receiving layer made of an n-type nitride semiconductor and a p-type nitride light-receiving layer made of a p-type nitride semiconductor. These can be formed, for example, by crystal growth on a semiconductor substrate made of a nitride semiconductor. The surface on the n-type nitride light-receiving layer side becomes the third surface 731, and the surface on the p-type nitride light-receiving layer side becomes the fourth surface 732. In these cases, the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
支持台７０１は、導電性を備えていればよく、例えば金属から構成すればよい。この構成では、第１太陽電池セル７０２の第１の面７２１が、支持台７０１に電気的に接続されて配置されている。第１太陽電池セル７０２の第１の面７２１には、電極層７１１が形成されており、電極層７１１が支持台７０１上面に接触している。 The support base 701 only needs to have conductivity, and may be made of metal, for example. In this configuration, the first surface 721 of the first solar battery cell 702 is disposed so as to be electrically connected to the support base 701. An electrode layer 711 is formed on the first surface 721 of the first solar battery cell 702, and the electrode layer 711 is in contact with the upper surface of the support base 701.
また、第１太陽電池セル７０２の第２の面７２２の上に、第２太陽電池セル７０３が積層されている。加えて、第２太陽電池セル７０３の端面に、切欠部７０５を備える。切欠部７０５を形成することで、第２太陽電池セル７０３は、第１太陽電池セル７０２より面積が小さくなる。この結果、切欠部７０５を形成した領域においては、第１太陽電池セル７０２の上面が露出する延長領域７０５ａが形成される。 Further, the second solar battery cell 703 is stacked on the second surface 722 of the first solar battery cell 702. In addition, a cutout portion 705 is provided on the end surface of the second solar battery cell 703. By forming the notch 705, the area of the second solar battery cell 703 is smaller than that of the first solar battery cell 702. As a result, in the region where the notch 705 is formed, an extended region 705a where the upper surface of the first solar battery cell 702 is exposed is formed.
また、この太陽電池は、第２太陽電池セル７０３の第４の面７３２と、支持台７０１とを電気的に接続する接続線（接続手段）７０４を備える。また、この太陽電池は、切欠部７０５に電気的に接続する第１出力端子７０６と、支持台７０１に電気的に接続する第２出力端子７０７とを備える。接続線７０４の一端は、第２太陽電池セル７０３の第４の面７３２に形成された櫛形電極７１２に接続されている。また、各出力端子には、ワイヤーが接続されている。 In addition, this solar battery includes a connection line (connection means) 704 that electrically connects the fourth surface 732 of the second solar battery cell 703 and the support base 701. In addition, the solar cell includes a first output terminal 706 that is electrically connected to the notch 705 and a second output terminal 707 that is electrically connected to the support base 701. One end of the connection line 704 is connected to a comb electrode 712 formed on the fourth surface 732 of the second solar cell 703. Each output terminal is connected to a wire.
上述した太陽電池においても、まず、第１太陽電池セル７０２と第２太陽電池セルとの接続面（側）とを同一の導電型としている。また、トップセルとなる第２太陽電池セル７０３のトップ側（第４の面７３２）と、ボトムセルとなる第１太陽電池セル７０２のボトム側（第１の面７２１）とを短絡している。この状態で、接続面（延長領域７０５ａ）、および第１太陽電池セル７０２のボトム側（第１の面７２１）の各々より、出力を取っている。このように、この太陽電池においても、窒化物半導体太陽電池セルとシリコン太陽電池セルとを並列に接続している。 Also in the solar cell described above, first, the connection surface (side) between the first solar cell 702 and the second solar cell is of the same conductivity type. In addition, the top side (fourth surface 732) of the second solar cell 703 serving as the top cell and the bottom side (first surface 721) of the first solar cell 702 serving as the bottom cell are short-circuited. In this state, output is taken from each of the connection surface (extension region 705a) and the bottom side (first surface 721) of the first solar battery cell 702. Thus, also in this solar cell, the nitride semiconductor solar cell and the silicon solar cell are connected in parallel.
以上に説明したように、本発明では、第１太陽電池セルの第２導電型とされた他方の面に、第２太陽電池セルの第２導電型とされた他方の面を接合し、第１太陽電池セルの上に第２太陽電池セルを積層して並列接続した。この結果、本発明によれば、シリコン系の太陽電池セルと窒化物半導体で構成した太陽電池セルとを用いたタンデム型の太陽電池で、効率よく電流が取り出せるようになる。 As described above, in the present invention, the other surface of the second solar cell that is the second conductivity type is joined to the other surface of the first solar cell that is the second conductivity type, A second solar cell was stacked on one solar cell and connected in parallel. As a result, according to the present invention, a tandem solar cell using a silicon solar cell and a solar cell made of a nitride semiconductor can efficiently extract current.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
１０１…支持台、１０２…第１太陽電池セル、１０３…第２太陽電池セル、１０４…接続線（接続手段）、１０５…延長領域、１０６…第１出力端子、１０７…第２出力端子、１１１…電極層、１１２…櫛形電極、１２１…第１の面、１２２…第２の面、１３１…第３の面、１３２…第４の面、２０４…電流拡散層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Support stand, 102 ... 1st photovoltaic cell, 103 ... 2nd photovoltaic cell, 104 ... Connection line (connection means), 105 ... Extension area | region, 106 ... 1st output terminal, 107 ... 2nd output terminal, 111 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Electrode layer, 112 ... Comb electrode, 121 ... 1st surface, 122 ... 2nd surface, 131 ... 3rd surface, 132 ... 4th surface, 204 ... Current diffusion layer.
Claims (4)
前記第１太陽電池セルの第２導電型とされた第２の面に第２導電型とされた第３の面を向けて前記第１太陽電池セルの上に積層された第２太陽電池セルと、
前記第２太陽電池セルの第１導電型とされた第４の面と前記支持台とを電気的に接続する接続手段と、
前記第１太陽電池セルの第２の面および前記第２太陽電池の第３の面に電気的に接続する第１出力端子と、
前記支持台に電気的に接続する第２出力端子と
を備え、
前記第１太陽電池セルは、窒化物半導体またはシリコンから構成され、前記第２太陽電池セルは、シリコンまたは窒化物半導体から構成されている
ことを特徴とする太陽電池。 A first solar cell disposed on the support base with the first surface of the first conductivity type facing the support base side having conductivity and electrically connecting the first surface to the support base Cell,
The second solar cell stacked on the first solar cell with the third surface made the second conductivity type facing the second surface made the second conductivity type of the first solar cell. When,
A connecting means for electrically connecting the fourth surface of the second solar cell to the first conductivity type and the support;
A first output terminal electrically connected to the second surface of the first solar cell and the third surface of the second solar cell;
A second output terminal electrically connected to the support base,
The first solar cell is made of a nitride semiconductor or silicon, and the second solar cell is made of silicon or a nitride semiconductor.
前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとは異なる面積に形成され、
前記第１出力端子は、
異なる面積とされることで、前記第１太陽電池セルの前記第２の面と前記第２太陽電池セルの第３の面との接合領域より外側に形成された、前記第１太陽電池セルの前記第２の面または前記第２太陽電池セルの前記第３の面の延長領域に電気的に接続されている
ことを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 1,
The first solar cell and the second solar cell are formed in different areas,
The first output terminal is
By being made into a different area, the first solar cell formed outside the junction region between the second surface of the first solar cell and the third surface of the second solar cell. A solar cell, wherein the solar cell is electrically connected to an extension region of the second surface or the third surface of the second solar cell.
前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとの間に形成された透明電極材料から構成された導電層を備え、
前記第１出力端子は、前記導電層に電気的に接続している
ことを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 1,
Comprising a conductive layer made of a transparent electrode material formed between the first solar cell and the second solar cell;
The first output terminal is electrically connected to the conductive layer. A solar cell, wherein:
前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとの接合面の端部の前記第２太陽電池セルに形成された切欠部を備え、
前記第１出力端子は、前記切欠部に電気的に接続している
ことを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 1,
A notch formed in the second solar cell at the end of the joint surface between the first solar cell and the second solar cell;
The first output terminal is electrically connected to the cutout portion.
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