JP2600603B2 - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JP2600603B2 JP2600603B2 JP6077266A JP7726694A JP2600603B2 JP 2600603 B2 JP2600603 B2 JP 2600603B2 JP 6077266 A JP6077266 A JP 6077266A JP 7726694 A JP7726694 A JP 7726694A JP 2600603 B2 JP2600603 B2 JP 2600603B2
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- thin film
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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)
Description
【０００１】
【産業上の技術分野】本発明は太陽電池に関し、特に薄
型で高効率の太陽電池に関するものである。
型で高効率の太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギー源とし
て注目されているが、製造コストが高いため、既存の商
用電源と比べて発電コストが高いことが実用化の大きな
障害となっている。そのため、変換効率を高くするため
の研究開発が行われている。これまで、単一材料の太陽
電池の高効率化がすすめられ、実用化の試みが始まって
いる。高効率化の観点では、太陽電池を構成する材料と
しては、ＧａＡｓ系化合物半導体が非常に優れており、
現在、２５％余りの変換効率が得られている。しかし、
太陽電池の構成材料にＧａＡｓ系化合物半導体を用い、
基板にもＧａＡｓを用いる現在の製法で太陽電池を作製
した場合、製造コストが非常に高くなり、発電コストが
高くなってしまう。このため、低発電コストを目指すた
めに、効率をさらに高く、また、製造コストを低減しな
ければならない。
て注目されているが、製造コストが高いため、既存の商
用電源と比べて発電コストが高いことが実用化の大きな
障害となっている。そのため、変換効率を高くするため
の研究開発が行われている。これまで、単一材料の太陽
電池の高効率化がすすめられ、実用化の試みが始まって
いる。高効率化の観点では、太陽電池を構成する材料と
しては、ＧａＡｓ系化合物半導体が非常に優れており、
現在、２５％余りの変換効率が得られている。しかし、
太陽電池の構成材料にＧａＡｓ系化合物半導体を用い、
基板にもＧａＡｓを用いる現在の製法で太陽電池を作製
した場合、製造コストが非常に高くなり、発電コストが
高くなってしまう。このため、低発電コストを目指すた
めに、効率をさらに高く、また、製造コストを低減しな
ければならない。
【０００３】高効率を得るためには、太陽電池をバンド
ギャップの異なる複数の太陽電池を積層した構造としな
ければならない。具体的には、太陽光の入射側（上部）
にバンドギャップの大きな半導体材料よりなる太陽電池
を、その下部にバンドギャップの小さな半導体材料より
なる太陽電池を配置する。上部の太陽電池では太陽光ス
ペクトルの短波長域の光が吸収されて光電変換される。
下部の太陽電池では上部で吸収されずに透過した残りの
長波長域の光が吸収されて光電変換される。太陽光のス
ペクトルを分割利用することにより、太陽光エネルギー
を電気エネルギーに有効に変換できる。Henry らの理論
計算によると、２層構造で効率３５％を達成できる可能
性が示されている（ C.H.Henry,"Limiting Efficiency
of IdealSingle and Multiple Energy Gap Terrestrial
Solar Cells" J.Appl.Phys.514494(1980) ）。たとえ
ば、ＧａＡｓ太陽電池とＡｌＧａＡｓ太陽電池とをトン
ネル接合中間層を用いて接続した２段の積層型太陽電池
が提案されている。
ギャップの異なる複数の太陽電池を積層した構造としな
ければならない。具体的には、太陽光の入射側（上部）
にバンドギャップの大きな半導体材料よりなる太陽電池
を、その下部にバンドギャップの小さな半導体材料より
なる太陽電池を配置する。上部の太陽電池では太陽光ス
ペクトルの短波長域の光が吸収されて光電変換される。
下部の太陽電池では上部で吸収されずに透過した残りの
長波長域の光が吸収されて光電変換される。太陽光のス
ペクトルを分割利用することにより、太陽光エネルギー
を電気エネルギーに有効に変換できる。Henry らの理論
計算によると、２層構造で効率３５％を達成できる可能
性が示されている（ C.H.Henry,"Limiting Efficiency
of IdealSingle and Multiple Energy Gap Terrestrial
Solar Cells" J.Appl.Phys.514494(1980) ）。たとえ
ば、ＧａＡｓ太陽電池とＡｌＧａＡｓ太陽電池とをトン
ネル接合中間層を用いて接続した２段の積層型太陽電池
が提案されている。
【０００４】製造コストを下げるためには安価な基板の
使用と太陽電池構成材料の節約を図らなければならな
い。基板については、現在用いているＧａＡｓをＳｉに
換えることが提案されている。また、太陽電池構成材料
の節約については太陽電池の薄膜化が望ましい。
使用と太陽電池構成材料の節約を図らなければならな
い。基板については、現在用いているＧａＡｓをＳｉに
換えることが提案されている。また、太陽電池構成材料
の節約については太陽電池の薄膜化が望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】先に述べたようにＳｉ
基板を用いた高効率のＧａＡｓ系太陽電池の開発がすす
められているが、以下の問題がある。
基板を用いた高効率のＧａＡｓ系太陽電池の開発がすす
められているが、以下の問題がある。
【０００６】高い光電変換効率を得るためには、十分な
光吸収と励起キャリアの有効利用の２つの主な要因があ
る。このうち、光吸収の観点からは、エピ層であるｐ型
半導体層（ｐ層）並びにｎ型半導体層（ｎ層）が厚い方
がよい。しかし、基板であるＳｉと太陽電池を構成する
ＧａＡｓ系結晶とでは格子定数や熱膨張係数が異なるた
め、Ｓｉ上にＧａＡｓ系結晶を３μｍ以上の膜厚で成長
させるとクラックが起き、結晶欠陥が多量に発生してし
まう。
光吸収と励起キャリアの有効利用の２つの主な要因があ
る。このうち、光吸収の観点からは、エピ層であるｐ型
半導体層（ｐ層）並びにｎ型半導体層（ｎ層）が厚い方
がよい。しかし、基板であるＳｉと太陽電池を構成する
ＧａＡｓ系結晶とでは格子定数や熱膨張係数が異なるた
め、Ｓｉ上にＧａＡｓ系結晶を３μｍ以上の膜厚で成長
させるとクラックが起き、結晶欠陥が多量に発生してし
まう。
【０００７】一方、励起キャリアを有効に取り出す観点
からは、ｐ層並びにｎ層の厚さを薄くするか、もしく
は、励起キャリアの拡散長を長くすればよい。励起キャ
リアの拡散長を長くする研究はすすめられているが、顕
著な進展は得られていない。そこで、ｐ層とｎ層の厚さ
を薄くすることが考えられる。このためには、薄い層で
光吸収係数を高くできる構造が必要となる。
からは、ｐ層並びにｎ層の厚さを薄くするか、もしく
は、励起キャリアの拡散長を長くすればよい。励起キャ
リアの拡散長を長くする研究はすすめられているが、顕
著な進展は得られていない。そこで、ｐ層とｎ層の厚さ
を薄くすることが考えられる。このためには、薄い層で
光吸収係数を高くできる構造が必要となる。
【０００８】本発明はかかる事情の下に創案されたもの
であり、その目的はｐ層並びにｎ層の厚さを薄くした状
態で十分な光電変換効率を得ることが可能な新規な太陽
電池を提供することにある。
であり、その目的はｐ層並びにｎ層の厚さを薄くした状
態で十分な光電変換効率を得ることが可能な新規な太陽
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、ｐ層とｎ層とを接合してこのｐｎ接合層で
光電交換を行う太陽電池において、上記ｐ層及びｎ層中
にこれらよりも屈折率の小さい薄膜層を挿入したことを
特徴とする。
に本発明は、ｐ層とｎ層とを接合してこのｐｎ接合層で
光電交換を行う太陽電池において、上記ｐ層及びｎ層中
にこれらよりも屈折率の小さい薄膜層を挿入したことを
特徴とする。
【００１０】本発明の太陽電池において、ｐ層に挿入さ
れた上記薄膜層とｎ層に挿入された上記薄膜層との間隔
が式（１）を満足するように設定されていることが望ま
しい。
れた上記薄膜層とｎ層に挿入された上記薄膜層との間隔
が式（１）を満足するように設定されていることが望ま
しい。
【００１１】
【数１】
【００１２】上記ｐ層及びｎ層の材料としてＧａＡｓ
を、上記薄膜層の材料としてＡｌＧａＡｓを用いること
が望ましい。
を、上記薄膜層の材料としてＡｌＧａＡｓを用いること
が望ましい。
【００１３】
【作用】上記のごとく構成される本発明の太陽電池によ
れば、太陽電池として光電交換を行うｐｎ接合を構成す
るｐ層中とｎ層中にこれらよりも屈折率の小さい薄膜層
を各々挿入したことにより、ｐ層に入射した光がｎ層中
の薄膜層で反射され、この反射した光がｐ層中の薄膜層
で反射され、この反射が繰り返されることによって２つ
の薄膜層の間に光が閉じ込められる。これにより薄膜層
間に挟まれたｐｎ接合領域に光が有効に吸収されるよう
になり、ｐ層とｎ層の厚さを薄くしても高い光吸収係数
を得ることが可能になる。上記ｐ層及びｎ層の材料とし
て、それ自体吸収効率の良い直接遷移形のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いれば、薄い層による光の吸収がより
効果的に達成されるようになる。また、ｐ層に挿入され
た上記薄膜層とｎ層に挿入された上記薄膜層との間隔ｄ
が前記式（１）を満足するようにしておけば、薄膜層の
間での光の反射が光電変換に有利な波長の光に対して繰
り返され、この光がｐｎ接合領域に有効に吸収されるよ
うになる。
れば、太陽電池として光電交換を行うｐｎ接合を構成す
るｐ層中とｎ層中にこれらよりも屈折率の小さい薄膜層
を各々挿入したことにより、ｐ層に入射した光がｎ層中
の薄膜層で反射され、この反射した光がｐ層中の薄膜層
で反射され、この反射が繰り返されることによって２つ
の薄膜層の間に光が閉じ込められる。これにより薄膜層
間に挟まれたｐｎ接合領域に光が有効に吸収されるよう
になり、ｐ層とｎ層の厚さを薄くしても高い光吸収係数
を得ることが可能になる。上記ｐ層及びｎ層の材料とし
て、それ自体吸収効率の良い直接遷移形のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いれば、薄い層による光の吸収がより
効果的に達成されるようになる。また、ｐ層に挿入され
た上記薄膜層とｎ層に挿入された上記薄膜層との間隔ｄ
が前記式（１）を満足するようにしておけば、薄膜層の
間での光の反射が光電変換に有利な波長の光に対して繰
り返され、この光がｐｎ接合領域に有効に吸収されるよ
うになる。
【００１４】以下に、式（１）の導出法を示す。
【００１５】上記２つの薄膜層の間で光の反射が繰り返
し起こる条件（共鳴反射条件）は、次の式（２）で表さ
れる。
し起こる条件（共鳴反射条件）は、次の式（２）で表さ
れる。
【００１６】 ｄ＝１／２×λ／ｎ ・・・（２） ここで、ｄは薄膜層の間隔（図５参照）、ｎはｐ層及び
ｎ層の屈折率、λはｐｎ層で吸収して欲しい光の波長で
ある。
ｎ層の屈折率、λはｐｎ層で吸収して欲しい光の波長で
ある。
【００１７】ところで、光の吸収は、半導体のバンドギ
ャップＥg に相当する波長（発光波長）λEgよりも単波
長の光に対して起こる。そして、光の吸収の度合（光の
吸収係数）は、光の波長が短くなればなる程大きくな
る。逆の見方をすれば、光の波長がλEgに近い程透過し
やすくなる。
ャップＥg に相当する波長（発光波長）λEgよりも単波
長の光に対して起こる。そして、光の吸収の度合（光の
吸収係数）は、光の波長が短くなればなる程大きくな
る。逆の見方をすれば、光の波長がλEgに近い程透過し
やすくなる。
【００１８】そこでこの発明では、波長がλEg／２から
λEgの光に対して、上記反射が繰り返されるよう条件を
設定する。すなわち、ｐｎ層で最も吸収して欲しい光の
波長λの範囲を次式（３）の範囲とする。 λEg×0.5 ＜λ＜λEg×1.0 ・・・（３） さて、発光波長λEgは λEg＝1240／Ｅg ・・・（４） で表され、この式（４）を式（３）に代入すると、 1240／Ｅg ×0.5 ＜λ＜1240／Ｅg ×1.0 ・・・（５） となる。さらに、式（２）を変形すると λ＝２・ｎ・ｄ ・・・（２´） となり、これを式（５）に代入すると 1240／Ｅg ×0.5 ＜２・ｎ・ｄ＜1240／Ｅg ×1.0 ・・・（６） となる。この式（６）を２・ｎで割ると、前記式（１）
が得られる。ＧａＡｓの場合バンドギャップＥg は 1.4
24eV、屈折率ｎは波長λ＝ 800nmの光に対して3.68（図
３参照）であるので、この場合上記２つの薄膜層の間隔
は、式（１）より 59nm＜ｄ＜118nm の範囲が良いことになる。
λEgの光に対して、上記反射が繰り返されるよう条件を
設定する。すなわち、ｐｎ層で最も吸収して欲しい光の
波長λの範囲を次式（３）の範囲とする。 λEg×0.5 ＜λ＜λEg×1.0 ・・・（３） さて、発光波長λEgは λEg＝1240／Ｅg ・・・（４） で表され、この式（４）を式（３）に代入すると、 1240／Ｅg ×0.5 ＜λ＜1240／Ｅg ×1.0 ・・・（５） となる。さらに、式（２）を変形すると λ＝２・ｎ・ｄ ・・・（２´） となり、これを式（５）に代入すると 1240／Ｅg ×0.5 ＜２・ｎ・ｄ＜1240／Ｅg ×1.0 ・・・（６） となる。この式（６）を２・ｎで割ると、前記式（１）
が得られる。ＧａＡｓの場合バンドギャップＥg は 1.4
24eV、屈折率ｎは波長λ＝ 800nmの光に対して3.68（図
３参照）であるので、この場合上記２つの薄膜層の間隔
は、式（１）より 59nm＜ｄ＜118nm の範囲が良いことになる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００２０】本発明の太陽電池の有効性を示すために、
従来技術による太陽電池と本発明による太陽電池とを実
際に作製し、両者の特性比較を行った。
従来技術による太陽電池と本発明による太陽電池とを実
際に作製し、両者の特性比較を行った。
【００２１】図１は本発明の一実施例を示す太陽電池の
断面図である。各層の成長には有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いた。その際のＧａ、Ａｌ、Ａｓの原
料にはそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
用いた。ｎ型、ｐ型のドーパントにはそれぞれジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いた。
成長温度は 725℃である。(110) 方向に 2°傾けた(10
0) 面を基板表面とする厚さ350 μｍ、キャリア濃度 5.
0×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ基板１の上に厚さ 0.2μ
ｍ、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.
8 Ａｓ層２、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型ＧａＡ
ｓ層３を成長させた後、厚さ0.01μｍ、キャリア濃度
5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｎ型薄
膜層）４、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ
層５、キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層
６、厚さ0.01μｍ、キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｐ型薄膜層）７、キャリア濃
度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層８、厚さ0.05μｍ、
キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａ
ｓ層９及び厚さ 0.2μｍ、キャリア濃度 1.0×1019cm-3
のｐ型ＧａＡｓ層１０を成長させた。そしてｐ型ＧａＡ
ｓ層１０を図示のようにエッチング整形した後、その表
面と基板１の裏面に電極１１，１２を形成した。ここで
太陽電池として作用するのはｐ型半導体層１３とｎ型半
導体層１４とからなるｐｎ層である。ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ層２はｎ型ＧａＡｓ基板１で生成した電子が太
陽電池の効率に寄与しないようにするためのバリア層、
つまり、この太陽電池の効率に対してｐｎ層の構造がい
かに影響するかを明確にするために設けられた層であ
る。また、ｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層９は表面再結合
を抑えるウィンドウ層、ｐ型ＧａＡｓ層１０は電極との
接触抵抗を下げるための層である。
断面図である。各層の成長には有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いた。その際のＧａ、Ａｌ、Ａｓの原
料にはそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
用いた。ｎ型、ｐ型のドーパントにはそれぞれジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いた。
成長温度は 725℃である。(110) 方向に 2°傾けた(10
0) 面を基板表面とする厚さ350 μｍ、キャリア濃度 5.
0×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ基板１の上に厚さ 0.2μ
ｍ、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.
8 Ａｓ層２、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型ＧａＡ
ｓ層３を成長させた後、厚さ0.01μｍ、キャリア濃度
5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｎ型薄
膜層）４、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ
層５、キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層
６、厚さ0.01μｍ、キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｐ型薄膜層）７、キャリア濃
度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層８、厚さ0.05μｍ、
キャリア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａ
ｓ層９及び厚さ 0.2μｍ、キャリア濃度 1.0×1019cm-3
のｐ型ＧａＡｓ層１０を成長させた。そしてｐ型ＧａＡ
ｓ層１０を図示のようにエッチング整形した後、その表
面と基板１の裏面に電極１１，１２を形成した。ここで
太陽電池として作用するのはｐ型半導体層１３とｎ型半
導体層１４とからなるｐｎ層である。ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ層２はｎ型ＧａＡｓ基板１で生成した電子が太
陽電池の効率に寄与しないようにするためのバリア層、
つまり、この太陽電池の効率に対してｐｎ層の構造がい
かに影響するかを明確にするために設けられた層であ
る。また、ｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層９は表面再結合
を抑えるウィンドウ層、ｐ型ＧａＡｓ層１０は電極との
接触抵抗を下げるための層である。
【００２２】ｎ型薄膜層４とｐ型薄膜層７は、ＧａＡｓ
の吸収端波長より短波長の光を共鳴反射させるための層
である。これら２つの薄膜層４，７の間隔を40nm、60n
m、80nm、100nm 、115nm 、140nm とそれぞれ変えて太
陽電池を製作した。その際２つの薄膜層４，７の丁度中
間がｎ型ＧａＡｓ層５とｐ型ＧａＡｓ層６との界面（ｐ
ｎ界面）となるようにした。また、ｎ型ＧａＡｓ層３と
ｎ型ＧａＡｓ層５との厚さの和を 1.2μｍとし、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層６とｐ型ＧａＡｓ層８との厚さの和を1.2 μｍ
とした。したがって、本発明の太陽電池において実質的
に太陽電池として作用するｐｎ層の厚さは、ｎ型薄膜層
４及びｐ型薄膜層７を含めて1.72μｍである。
の吸収端波長より短波長の光を共鳴反射させるための層
である。これら２つの薄膜層４，７の間隔を40nm、60n
m、80nm、100nm 、115nm 、140nm とそれぞれ変えて太
陽電池を製作した。その際２つの薄膜層４，７の丁度中
間がｎ型ＧａＡｓ層５とｐ型ＧａＡｓ層６との界面（ｐ
ｎ界面）となるようにした。また、ｎ型ＧａＡｓ層３と
ｎ型ＧａＡｓ層５との厚さの和を 1.2μｍとし、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層６とｐ型ＧａＡｓ層８との厚さの和を1.2 μｍ
とした。したがって、本発明の太陽電池において実質的
に太陽電池として作用するｐｎ層の厚さは、ｎ型薄膜層
４及びｐ型薄膜層７を含めて1.72μｍである。
【００２３】図２は従来の太陽電池の断面図である。こ
の場合、図１と同じ基板１の上に上記と同様の方法で厚
さ 0.2μｍ、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.
2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２、厚さ 4.0μｍ、キャリア濃度 5.0
×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ層１５、厚さ 0.5μｍ、キャ
リア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層１６、キャリ
ア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層９
及び厚さ 0.2μｍ、キャリア濃度 1.0×1019cm-3のｐ型
ＧａＡｓ層１０を成長させた。そして、ｐ型ＧａＡｓ層
１０の表面と基板１の裏面に電極１１，１２を形成し
た。太陽電池として作用するのはｎ型ＧａＡｓ層１５と
ｐ型ＧａＡｓ層１６とからなるｐｎ層であり、この場合
のｐｎ層の厚さは 4.5μｍである。
の場合、図１と同じ基板１の上に上記と同様の方法で厚
さ 0.2μｍ、キャリア濃度 5.0×1017cm-3のｎ型Ａｌ0.
2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２、厚さ 4.0μｍ、キャリア濃度 5.0
×1017cm-3のｎ型ＧａＡｓ層１５、厚さ 0.5μｍ、キャ
リア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型ＧａＡｓ層１６、キャリ
ア濃度 1.0×1018cm-3のｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層９
及び厚さ 0.2μｍ、キャリア濃度 1.0×1019cm-3のｐ型
ＧａＡｓ層１０を成長させた。そして、ｐ型ＧａＡｓ層
１０の表面と基板１の裏面に電極１１，１２を形成し
た。太陽電池として作用するのはｎ型ＧａＡｓ層１５と
ｐ型ＧａＡｓ層１６とからなるｐｎ層であり、この場合
のｐｎ層の厚さは 4.5μｍである。
【００２４】図１，図２に示す太陽電池の各層を構成す
る材料の屈折率は図３のとおりである。
る材料の屈折率は図３のとおりである。
【００２５】これらの太陽電池の真性変換効率を測定し
た結果、図２の従来構造の太陽電池では16.8％であっ
た。
た結果、図２の従来構造の太陽電池では16.8％であっ
た。
【００２６】図４は本発明の太陽電池における測定結果
であり、ここには波長800nm の光に対する光電変換効率
のｎ型薄膜層４とｐ型薄膜層７との間隔依存性が示され
ている。同図より、２つの薄膜層４，７の間隔が60nmか
ら115nm の間で従来よりも高い効率を発揮できることが
わかる。
であり、ここには波長800nm の光に対する光電変換効率
のｎ型薄膜層４とｐ型薄膜層７との間隔依存性が示され
ている。同図より、２つの薄膜層４，７の間隔が60nmか
ら115nm の間で従来よりも高い効率を発揮できることが
わかる。
【００２７】以上より、本発明の太陽電池は僅か1.72μ
ｍの厚さのｐ型及びｎ型ＧａＡｓ層１３，１４で 4.5μ
ｍの厚さのＧａＡｓ層を有する従来構造の太陽電池以上
の性能を発揮することが確かめられた。
ｍの厚さのｐ型及びｎ型ＧａＡｓ層１３，１４で 4.5μ
ｍの厚さのＧａＡｓ層を有する従来構造の太陽電池以上
の性能を発揮することが確かめられた。
【００２８】なお、通常太陽電池の表面にはエピタキシ
ャル層表面での反射を抑えるために反射防止膜が設けら
れるが、本発明と従来技術とを比較する上では必要ない
ので本実施例ではあえてこれを省略した。
ャル層表面での反射を抑えるために反射防止膜が設けら
れるが、本発明と従来技術とを比較する上では必要ない
ので本実施例ではあえてこれを省略した。
【００２９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、太陽電池
として光電交換を行うｐｎ接合を構成するｐ型半導体層
中とｎ型半導体層中にこれらよりも屈折率の小さい薄膜
層を各々挿入したことにより、これら２つの薄膜層間の
薄いｐｎ層で十分に光を吸収でき、その結果、高効率の
薄型太陽電池を実現できる。
として光電交換を行うｐｎ接合を構成するｐ型半導体層
中とｎ型半導体層中にこれらよりも屈折率の小さい薄膜
層を各々挿入したことにより、これら２つの薄膜層間の
薄いｐｎ層で十分に光を吸収でき、その結果、高効率の
薄型太陽電池を実現できる。
【図１】本発明の太陽電池の一実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】従来の太陽電池を示す断面図である。
【図３】図１，図２の太陽電池の各層を構成する材料の
屈折率の波長依存性を示す図である。
屈折率の波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の太陽電池の変換効率のｎ型薄膜層とｐ
型薄膜層との間隔依存性を示す図である。
型薄膜層との間隔依存性を示す図である。
【図５】ｎ型薄膜層とｐ型薄膜層との間隔を規定する数
式の導出過程を説明するための模式図である。
式の導出過程を説明するための模式図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層（バリア層） ３ ｎ型ＧａＡｓ層 ４ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｎ型薄膜層） ５ ｎ型ＧａＡｓ層 ６ ｐ型ＧａＡｓ層 ７ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層（ｐ型薄膜層） ８ ｐ型ＧａＡｓ層 ９ ｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層（ウィンドウ層） １０ ｐ型ＧａＡｓ層（低抵抗化層） １１ 電極 １２ 電極 １３ ｐ型半導体層 １４ ｎ型半導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 健 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (56)参考文献 特開 昭63−261882（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163962（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−304786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−239931（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ｐ形半導体層とｎ形半導体層とを接合して
これらｐ形及びｎ形半導体層で光電変換を行う太陽電池
において、上記ｐ形及びｎ形半導体層中にこれらよりも
屈折率の小さい薄膜層を各々挿入したことを特徴とする
太陽電池。 - 【請求項２】請求項１記載の太陽電池において、ｐ形半
導体層に挿入された上記薄膜層とｎ形半導体層に挿入さ
れた上記薄膜層との間隔が式（１）を満足することを特
徴とする太陽電池。 （１２４０／２・Ｅｇ・ｎ）×０．５＜ｄ＜（１２４０
／２・Ｅｇ・ｎ）×１．０ …（１） ｎ ：ｐ形及びｎ形半導体層構成材料の屈折率 Ｅｇ：ｐ形及びｎ形半導体層構成材料のバンドギャップ
エネルギー（ｅＶ） ｄ ：薄膜層の間隔（ｎｍ） - 【請求項３】上記ｐ形及びｎ形半導体層の材料としてＧ
ａＡｓを、上記薄膜層の材料としてＡｌＧａＡｓを各々
用いてなる請求項１又は２記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6077266A JP2600603B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6077266A JP2600603B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283428A JPH07283428A (ja) | 1995-10-27 |
| JP2600603B2 true JP2600603B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=13629047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6077266A Expired - Lifetime JP2600603B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600603B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261882A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体素子 |
| JPH06163962A (ja) * | 1992-11-26 | 1994-06-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 太陽電池 |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP6077266A patent/JP2600603B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07283428A (ja) | 1995-10-27 |
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