JP2591493B2 - 化合物半導体太陽電池 - Google Patents
化合物半導体太陽電池Info
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- compound semiconductor
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- semiconductor solar
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- 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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメサ分離型の化合物半導
体太陽電池に関する。
体太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（アルミニウムガリ
ウム砒素）は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）とその格子定
数が略等しく、かつ混晶比Ｘの値を変化させることによ
りバンドギャップを１．４ｅＶから２．２ｅＶまで変化
させることができる。このためＬＥＤ（発光ダイオー
ド）や太陽電池等の半導体素子に使用されている。
ウム砒素）は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）とその格子定
数が略等しく、かつ混晶比Ｘの値を変化させることによ
りバンドギャップを１．４ｅＶから２．２ｅＶまで変化
させることができる。このためＬＥＤ（発光ダイオー
ド）や太陽電池等の半導体素子に使用されている。
【０００３】図５は従来の化合物半導体太陽電池の断面
図である。
図である。
【０００４】同図に示すように、板状の電極１上にｎ−
ＧａＡｓ基板２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｐ−ＧａＡｓ層４
が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層４の上にはＧａＡｓ
表面の表面再結合を抑止するための高混晶比のｐ−Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 Ａｓからなるウィンドウ層５が形成されて
いる。ウィンドウ層５にはコンタクト層６と反射防止膜
７とが形成され、コンタクト層６には電極８が形成され
ている。
ＧａＡｓ基板２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｐ−ＧａＡｓ層４
が形成されている。ｐ−ＧａＡｓ層４の上にはＧａＡｓ
表面の表面再結合を抑止するための高混晶比のｐ−Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 Ａｓからなるウィンドウ層５が形成されて
いる。ウィンドウ層５にはコンタクト層６と反射防止膜
７とが形成され、コンタクト層６には電極８が形成され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで同図に示すよ
うにＧａＡｓ太陽電池はヘテロフェイス構造を有してお
り、ｐｎ接合部が表面（側面）に露出している。また、
半導体の結晶表面では、結晶内部とは異なり、ダングリ
ングボンドと呼ばれる未結合手が存在している。このダ
ングリングボンドに付着した酸素等の原子は表面準位を
形成し、これらの準位を介してｐｎ接合部に表面再結合
電流が流れる。これは非発光再結合であるので、太陽電
池のような受光素子では、電流として外部に取り出すこ
とができないので損失となり、光／電流変換効率（外部
量子効率）が低下してしまう。そこでこのようなダング
リングボンドを安定化する手段として溶液による硫黄処
理が知られている。
うにＧａＡｓ太陽電池はヘテロフェイス構造を有してお
り、ｐｎ接合部が表面（側面）に露出している。また、
半導体の結晶表面では、結晶内部とは異なり、ダングリ
ングボンドと呼ばれる未結合手が存在している。このダ
ングリングボンドに付着した酸素等の原子は表面準位を
形成し、これらの準位を介してｐｎ接合部に表面再結合
電流が流れる。これは非発光再結合であるので、太陽電
池のような受光素子では、電流として外部に取り出すこ
とができないので損失となり、光／電流変換効率（外部
量子効率）が低下してしまう。そこでこのようなダング
リングボンドを安定化する手段として溶液による硫黄処
理が知られている。
【０００６】しかしながらＮＨ4 ＳX 等の硫黄化合物は
高混晶比のＡｌＧａＡｓを溶解してしまう。このためヘ
テロフェイス構造のＧａＡｓセルには適用できない。ま
た乾式の処理では効果が長時間持続しない。さらにＡｌ
ＧａＡｓは化学的に活性な物質であるため空気中の酸素
や水分によって容易に変質してしまう。この性質はＡｌ
Ａｓ混晶比が高い程顕著になる。
高混晶比のＡｌＧａＡｓを溶解してしまう。このためヘ
テロフェイス構造のＧａＡｓセルには適用できない。ま
た乾式の処理では効果が長時間持続しない。さらにＡｌ
ＧａＡｓは化学的に活性な物質であるため空気中の酸素
や水分によって容易に変質してしまう。この性質はＡｌ
Ａｓ混晶比が高い程顕著になる。
【０００７】太陽電池は実際の使用環境ではモジュール
に収容されているが、完全に密閉されているわけではな
いので劣化してしまう。
に収容されているが、完全に密閉されているわけではな
いので劣化してしまう。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、外部量子効率が高く、信頼性が高い化合物半導体太
陽電池を提供することにある。
し、外部量子効率が高く、信頼性が高い化合物半導体太
陽電池を提供することにある。
【０００９】
【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、化合物半導体の受光部をメサ分離型に形成
し、そのメサ周囲のｐｎ接合部を含む表面を硫黄化合物
又はセレン化合物で覆ったものである。
に本発明は、化合物半導体の受光部をメサ分離型に形成
し、そのメサ周囲のｐｎ接合部を含む表面を硫黄化合物
又はセレン化合物で覆ったものである。
【００１０】本発明は上記構成に加え、受光部に形成さ
れ表面再結合を防止するためのウィンドウ層がＡｌX Ｇ
ａ1-X Ａｓからなるものである。
れ表面再結合を防止するためのウィンドウ層がＡｌX Ｇ
ａ1-X Ａｓからなるものである。
【００１１】本発明は上記構成に加え、硫黄化合物又は
セレン化合物がスパッタリング法で形成されたものであ
る。
セレン化合物がスパッタリング法で形成されたものであ
る。
【００１２】本発明は上記構成に加え、硫黄化合物又は
セレン化合物の上に、反射を防止するための絶縁体膜を
形成したものである。
セレン化合物の上に、反射を防止するための絶縁体膜を
形成したものである。
【００１３】本発明は上記構成に加え、硫黄化合物がＡ
ｓ2 Ｓ3 からなるものである。
ｓ2 Ｓ3 からなるものである。
【００１４】
【作用】上記構成によれば、メサ分離型の化合物半導体
太陽電池の受光部のメサ周囲のｐｎ接合部を含む表面が
硫黄化合物又はセレン化合物で覆われているので、ｐ型
半導体及びｎ型半導体のダングリングボンドが硫黄原子
又はセレン原子で終端化され、無駄な表面再結合電流が
流れるのが抑制される。このため外部量子効率が向上す
る。硫黄化合物又はセレン化合物の上に絶縁体膜を形成
することにより保護されるので、劣化しにくくなり信頼
性が向上する。
太陽電池の受光部のメサ周囲のｐｎ接合部を含む表面が
硫黄化合物又はセレン化合物で覆われているので、ｐ型
半導体及びｎ型半導体のダングリングボンドが硫黄原子
又はセレン原子で終端化され、無駄な表面再結合電流が
流れるのが抑制される。このため外部量子効率が向上す
る。硫黄化合物又はセレン化合物の上に絶縁体膜を形成
することにより保護されるので、劣化しにくくなり信頼
性が向上する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００１６】図１は本発明の化合物半導体太陽電池の一
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
【００１７】同図に示すように平板状の電極１０上にｎ
−ＧａＡｓ基板１１、ｎ−ＧａＡｓ層１２、ｐ−ＧａＡ
ｓ層１３、ｐ−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓからなるウィンド
ウ層１４がこの順番で形成されていると共に、ウィンド
ウ層１４からｎ−ＧａＡｓ層１２に亙ってその側面が削
り取られてメサ分離型のＧａＡｓセルの受光部Ａが形成
されている。その削り取られた側面（メサ周囲）とウィ
ンドウ層１４の上面には終端化用膜としてのＡｓ2 Ｓ3
（三硫化二砒素）膜１５が形成され、Ａｓ2 Ｓ3 膜１５
の上には光源からの光の反射を防止する絶縁体膜として
のＺｎＳ膜１６及びＭｇＦ2 膜１７が形成されている。
これらＭｇＦ2 膜１７、ＺｎＳ膜１６、Ａｓ2 Ｓ3 膜１
５を貫通してウィンドウ層１４に接触するように略枠型
のコンタクト層１８が形成されている。コンタクト層１
８には電極１９が形成されてメサ分離型の化合物半導体
太陽電池が形成されている。
−ＧａＡｓ基板１１、ｎ−ＧａＡｓ層１２、ｐ−ＧａＡ
ｓ層１３、ｐ−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓからなるウィンド
ウ層１４がこの順番で形成されていると共に、ウィンド
ウ層１４からｎ−ＧａＡｓ層１２に亙ってその側面が削
り取られてメサ分離型のＧａＡｓセルの受光部Ａが形成
されている。その削り取られた側面（メサ周囲）とウィ
ンドウ層１４の上面には終端化用膜としてのＡｓ2 Ｓ3
（三硫化二砒素）膜１５が形成され、Ａｓ2 Ｓ3 膜１５
の上には光源からの光の反射を防止する絶縁体膜として
のＺｎＳ膜１６及びＭｇＦ2 膜１７が形成されている。
これらＭｇＦ2 膜１７、ＺｎＳ膜１６、Ａｓ2 Ｓ3 膜１
５を貫通してウィンドウ層１４に接触するように略枠型
のコンタクト層１８が形成されている。コンタクト層１
８には電極１９が形成されてメサ分離型の化合物半導体
太陽電池が形成されている。
【００１８】次に実施例の作用を述べる。
【００１９】受光部Ａのメサ周囲のｐｎ接合部を含む表
面が、硫黄酸化物としてのＡｓ2 Ｓ3 膜１５で覆われて
いるので、ｎ−ＧａＡｓ層１２及びｐ−ＧａＡｓ層１３
のダングリングボンドが硫黄原子で終端化されて無駄な
表面再結合電流が流れるのが抑制される。このため外部
量子効率が向上する。また、Ａｓ2 Ｓ3 膜１５の上に反
射を防止する絶縁体膜としてのＺｎＳ膜１６、ＭｇＦ2
膜１７を形成することにより保護されるので、劣化しに
くくなって効果が長時間持続し信頼性が向上する。
面が、硫黄酸化物としてのＡｓ2 Ｓ3 膜１５で覆われて
いるので、ｎ−ＧａＡｓ層１２及びｐ−ＧａＡｓ層１３
のダングリングボンドが硫黄原子で終端化されて無駄な
表面再結合電流が流れるのが抑制される。このため外部
量子効率が向上する。また、Ａｓ2 Ｓ3 膜１５の上に反
射を防止する絶縁体膜としてのＺｎＳ膜１６、ＭｇＦ2
膜１７を形成することにより保護されるので、劣化しに
くくなって効果が長時間持続し信頼性が向上する。
【００２０】図５に示した従来例のＡｌＧａＡｓからな
るウィンドウ層５は高混晶比のＡｌＧａＡｓの安定性の
問題から、実用的には混晶比Ｘは０．７が限界であっ
た。これに対して本実施例ではメサ周囲を硫黄化合物で
覆ってさらに絶縁体膜を形成することによりウィンドウ
層１４の混晶比Ｘを０．８５まで高くすることができ
た。
るウィンドウ層５は高混晶比のＡｌＧａＡｓの安定性の
問題から、実用的には混晶比Ｘは０．７が限界であっ
た。これに対して本実施例ではメサ周囲を硫黄化合物で
覆ってさらに絶縁体膜を形成することによりウィンドウ
層１４の混晶比Ｘを０．８５まで高くすることができ
た。
【００２１】終端化用膜としてのＡｓ2 Ｓ3 膜１５は、
ターゲットにＡｓ2 Ｓ3 を用いてＡｒ（アルゴン）でス
パッタリングすることで形成される（厚さ約５ｎｍ）。
このＡｓ2 Ｓ3 膜１５の上に、ＺｎＳ膜（厚さ約６０ｎ
ｍ）１６、ＭｇＦ2 膜（厚さ約９８ｎｍ）１７をスパッ
タリング法で形成される。これらの膜１５、１６、１７
は同一の装置により連続的に形成することができる。受
光部Ａの表面をＡｓ2 Ｓ3 膜１５で覆ってさらに絶縁体
膜を形成することにより短絡電流密度は図２に示すよう
に２３．０ｍＡ／ｃｍ2 （特性曲線Ｌ1 ）から２６．０
ｍＡ／ｃｍ2 （特性曲線Ｌ2 ）に増加し、外部変換効
率は２１．３％から２４％に向上した。これは図３に示
すようにウィンドウ層の混晶比Ｘを０．７（特性曲線Ｌ
3 ）から０．８５（特性曲線Ｌ4 ）にしたことにより短
波長側における外部量子効率が大きく改善されたことに
よる。また、長期間の信頼性についても図４に示すよう
にＡｓ2 Ｓ3 膜を形成した場合（特性曲線Ｌ5 ）の方が
Ａｓ2 Ｓ3 膜を形成しない場合よりも劣化しにくくなる
ことがわかる（特性曲線Ｌ6 ）。
ターゲットにＡｓ2 Ｓ3 を用いてＡｒ（アルゴン）でス
パッタリングすることで形成される（厚さ約５ｎｍ）。
このＡｓ2 Ｓ3 膜１５の上に、ＺｎＳ膜（厚さ約６０ｎ
ｍ）１６、ＭｇＦ2 膜（厚さ約９８ｎｍ）１７をスパッ
タリング法で形成される。これらの膜１５、１６、１７
は同一の装置により連続的に形成することができる。受
光部Ａの表面をＡｓ2 Ｓ3 膜１５で覆ってさらに絶縁体
膜を形成することにより短絡電流密度は図２に示すよう
に２３．０ｍＡ／ｃｍ2 （特性曲線Ｌ1 ）から２６．０
ｍＡ／ｃｍ2 （特性曲線Ｌ2 ）に増加し、外部変換効
率は２１．３％から２４％に向上した。これは図３に示
すようにウィンドウ層の混晶比Ｘを０．７（特性曲線Ｌ
3 ）から０．８５（特性曲線Ｌ4 ）にしたことにより短
波長側における外部量子効率が大きく改善されたことに
よる。また、長期間の信頼性についても図４に示すよう
にＡｓ2 Ｓ3 膜を形成した場合（特性曲線Ｌ5 ）の方が
Ａｓ2 Ｓ3 膜を形成しない場合よりも劣化しにくくなる
ことがわかる（特性曲線Ｌ6 ）。
【００２２】尚、図２は図１に示した化合物半導体太陽
電池の出力特性を示す図である。図２において横軸は電
圧を示し、縦軸は短絡電流密度を示している。図３は図
１に示した化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す
図である。図３において横軸は波長を示し、縦軸は外部
量子効率を示している。図４は図１に示した化合物半導
体太陽電池の短絡電流の経時変化を示す図である。図４
において横軸は光照射時間を示し、縦軸は短絡電流密度
を示している。
電池の出力特性を示す図である。図２において横軸は電
圧を示し、縦軸は短絡電流密度を示している。図３は図
１に示した化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す
図である。図３において横軸は波長を示し、縦軸は外部
量子効率を示している。図４は図１に示した化合物半導
体太陽電池の短絡電流の経時変化を示す図である。図４
において横軸は光照射時間を示し、縦軸は短絡電流密度
を示している。
【００２３】次に最適条件について述べる。
【００２４】図１においてＡｓ2 Ｓ3 膜１５の厚さｔに
ついては、太陽電池表面の全面が確実に硫黄原子により
終端化されるためには最低２ｎｍの厚さが必要である。
一方、Ａｓ2 Ｓ3 は短波長の光を吸収するので、光の吸
収損失を５％以内に抑えるためＡｓ2 Ｓ3 膜１５の厚さ
ｔは最大で１０ｎｍである（２ｎｍ≦ｔ≦１０ｎｍ）。
ついては、太陽電池表面の全面が確実に硫黄原子により
終端化されるためには最低２ｎｍの厚さが必要である。
一方、Ａｓ2 Ｓ3 は短波長の光を吸収するので、光の吸
収損失を５％以内に抑えるためＡｓ2 Ｓ3 膜１５の厚さ
ｔは最大で１０ｎｍである（２ｎｍ≦ｔ≦１０ｎｍ）。
【００２５】以上において本実施例によれば、硫黄化合
物に続いて反射膜等の絶縁膜を同一装置内で連続形成す
ることにより、製造工程は従来と比べて複雑になること
なく性能を向上させることができる。また、屋外の使用
において長期間安定した性能を保持することができる。
物に続いて反射膜等の絶縁膜を同一装置内で連続形成す
ることにより、製造工程は従来と比べて複雑になること
なく性能を向上させることができる。また、屋外の使用
において長期間安定した性能を保持することができる。
【００２６】尚、本実施例ではＧａＡｓセルを用いて説
明したが、ＧａＡｓセルの代わりにＡｌＧａＡｓセルを
用いてもよい。基本構造はＧａＡｓセルと同一で、表面
にはＧａ2 Ｓｅ3 膜（厚さ約５ｎｍ）をスパッタリング
法により形成する。その上に絶縁体膜としてＴｉＯ2 膜
（厚さ約４０ｎｍ）、ＳｉＯ2 膜（厚さ約１００ｎｍ）
をスパッタリング法で連続形成する。ＧａＡｓ太陽電池
の場合と同様にＧａ2Ｓｅ3 により外部量子効率が向上
する効果は、ＳｉＯ2 膜を形成することにより保護され
るため、変換効率の向上が長時間持続されて信頼性が向
上する。また、受光部のメサ周囲のｐｎ接合部を含む表
面を硫黄酸化物で覆ったが、これに限定されるものでは
なく、セレン化合物で覆ってもよい。
明したが、ＧａＡｓセルの代わりにＡｌＧａＡｓセルを
用いてもよい。基本構造はＧａＡｓセルと同一で、表面
にはＧａ2 Ｓｅ3 膜（厚さ約５ｎｍ）をスパッタリング
法により形成する。その上に絶縁体膜としてＴｉＯ2 膜
（厚さ約４０ｎｍ）、ＳｉＯ2 膜（厚さ約１００ｎｍ）
をスパッタリング法で連続形成する。ＧａＡｓ太陽電池
の場合と同様にＧａ2Ｓｅ3 により外部量子効率が向上
する効果は、ＳｉＯ2 膜を形成することにより保護され
るため、変換効率の向上が長時間持続されて信頼性が向
上する。また、受光部のメサ周囲のｐｎ接合部を含む表
面を硫黄酸化物で覆ったが、これに限定されるものでは
なく、セレン化合物で覆ってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００２８】メサ周囲のｐｎ接合部を含む側面を、硫黄
化合物又はセレン化合物で覆ったので、外部量子効率が
高く、信頼性が高い化合物半導体太陽電池を実現するこ
とができる。
化合物又はセレン化合物で覆ったので、外部量子効率が
高く、信頼性が高い化合物半導体太陽電池を実現するこ
とができる。
【図１】本発明の化合物半導体太陽電池の一実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１に示した化合物半導体太陽電池の出力特性
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図１に示した化合物半導体太陽電池の分光感度
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図４】図１に示した化合物半導体太陽電池の短絡電流
の経時変化を示す図である。
の経時変化を示す図である。
【図５】従来の化合物半導体太陽電池の断面図である。
１０、１９ 電極 １１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２ ｎ−ＧａＡｓ層 １３ ｐ−ＧａＡｓ層 １４ ウィンドウ層 １５ 硫黄化合物（Ａｓ2 Ｓ3 膜） １６ ＺｎＳ膜 １７ ＭｇＦ2 膜 １８ コンタクト層 Ａ 受光部
Claims (5)
- 【請求項１】 化合物半導体の受光部をメサ分離型に形
成し、そのメサ周囲のｐｎ接合部を含む表面を硫黄化合
物又はセレン化合物で覆ったことを特徴とする化合物半
導体太陽電池。 - 【請求項２】 上記受光部に形成され表面再結合を防止
するためのウィンドウ層がＡｌX Ｇａ1-X Ａｓからなる
請求項１記載の化合物半導体太陽電池。 - 【請求項３】 上記硫黄化合物又は上記セレン化合物が
スパッタリング法で形成された請求項１記載の化合物半
導体太陽電池。 - 【請求項４】 上記硫黄化合物又は上記セレン化合物の
上に、反射を防止するための絶縁体膜を形成した請求項
１記載の化合物半導体太陽電池。 - 【請求項５】 上記硫黄化合物がＡｓ2 Ｓ3 からなる請
求項１記載の化合物半導体太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6228105A JP2591493B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 化合物半導体太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6228105A JP2591493B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 化合物半導体太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897449A JPH0897449A (ja) | 1996-04-12 |
| JP2591493B2 true JP2591493B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=16871284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6228105A Expired - Fee Related JP2591493B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 化合物半導体太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2591493B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2007239746B2 (en) * | 2006-04-14 | 2011-10-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell, solar cell module using the solar cell and method for manufacturing the solar cell module |
| JP5078415B2 (ja) * | 2006-04-14 | 2012-11-21 | シャープ株式会社 | 太陽電池の製造方法、及び太陽電池モジュールの製造方法 |
-
1994
- 1994-09-22 JP JP6228105A patent/JP2591493B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0897449A (ja) | 1996-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |