JP3027116B2 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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JP3027116B2
JP3027116B2 JP8041697A JP4169796A JP3027116B2 JP 3027116 B2 JP3027116 B2 JP 3027116B2 JP 8041697 A JP8041697 A JP 8041697A JP 4169796 A JP4169796 A JP 4169796A JP 3027116 B2 JP3027116 B2 JP 3027116B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及びその
製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池は半導体のpn接合を基本構造
とし、入射光によりpn接合領域に励起されたキャリア
が拡散して半導体内を伝導し内部電界領域に達した後、
その内部電界によって電子はn側の電極へ、正孔はp側
の電極へ到達し、そこから外部に取り出されることによ
り出力が得られる。
2. Description of the Related Art A solar cell has a pn junction of a semiconductor as a basic structure. Carriers excited in a pn junction region by incident light diffuse through the semiconductor and reach an internal electric field region.
Due to the internal electric field, electrons reach the n-side electrode, and holes reach the p-side electrode, and an output is obtained by being extracted therefrom to the outside.

【0003】図2は、現在製造されている砒化ガリウム
(GaAs)太陽電池の構造を示す略断面図である。そ
の基本構成はGaAsのエミッターn型層4とベースp
型層5より形成されるpn接合層であるが、キャリアの
再結合損失を低下させるため、GaAsと同じ格子定数
を持ち、良好な界面を形成するガリウムインジウム燐
(Ga0.5In0.5P)を導入したヘテロ構造となってい
る。図においてエミッター層4の上に積層されたGa
0.5In0.5P層3は一般に窓層と呼ばれている。この窓
層3は、光生成キャリアが表面に到達しないようにして
表面再結合損失を低減させるための層である。またベー
ス層5の下に積層されたGa0.5In0.5P層6は裏面電
界(BSF)層と呼ばれ、裏面に到達するキャリアを追
い返し裏面での再結合損失を低減させるための層であ
り、生成キャリアの収集効率を高めるためには不可欠な
層である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a currently manufactured gallium arsenide (GaAs) solar cell. The basic configuration is such that the GaAs emitter n-type layer 4 and the base p
Although it is a pn junction layer formed from the mold layer 5, gallium indium phosphorus (Ga 0.5 In 0.5 P) having the same lattice constant as GaAs and forming a good interface is introduced to reduce the recombination loss of carriers. It has a hetero structure. In the figure, Ga stacked on the emitter layer 4 is shown.
The 0.5 In 0.5 P layer 3 is generally called a window layer. The window layer 3 is a layer for preventing photogenerated carriers from reaching the surface to reduce surface recombination loss. Further, the Ga 0.5 In 0.5 P layer 6 laminated under the base layer 5 is called a back surface field (BSF) layer and is a layer for repelling carriers reaching the back surface and reducing recombination loss on the back surface. This layer is indispensable for improving the collection efficiency of generated carriers.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、周期律
表のIII族元素及びV族元素から成る化合物半導体太陽
電池は、異種の半導体材料を積層するヘテロ構造で構成
されるのが一般的であり、その製造手段としては有機金
属化学気相成長(MOCVD)法あるいは分子線エピタ
キシー(MBE)法といった成長法が現在主流である。
この場合の膜成長過程は、蒸気圧の高いV族元素で覆わ
れた成長基板表面にIII族元素が到達し、結合すること
によって進行していく。
As described above, a compound semiconductor solar cell comprising a group III element and a group V element of the periodic table generally has a heterostructure in which different kinds of semiconductor materials are stacked. As a manufacturing method, a growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method is currently mainstream.
In this case, the film growth process proceeds by the group III element reaching and bonding to the surface of the growth substrate covered with the group V element having a high vapor pressure.

【0005】ここで、図2に示した従来の太陽電池製造
の際の成膜シーケンスを考えると、例えばBSF層6か
らベース層5へかけてのGa0.5In0.5P層からGaA
s層の成長の際には、V族元素である燐(P)から砒素
(As)への切替えが必要となる。前述したようにV族
元素であるPやAsは蒸気圧が高く、この場合、Pの供
給をシャッター操作等の方法で遮断したとしても、それ
が払拭されるまでにはある程度の時間がかかる。
Here, considering the film forming sequence in the conventional solar cell manufacturing shown in FIG. 2, for example, from the Ga 0.5 In 0.5 P layer from the BSF layer 6 to the base layer 5, the GaAs
In growing the s layer, it is necessary to switch from phosphorus (P), which is a group V element, to arsenic (As). As described above, P and As, which are Group V elements, have a high vapor pressure. In this case, even if the supply of P is shut off by a method such as a shutter operation, it takes some time before the P is wiped off.

【0006】そこで、通常V族元素切替え時には元素供
給の無い、いわゆる中断時間を設けている。この中断時
間が短いと、次に供給されるAsとの反応でガリウムイ
ンジウム砒素燐(GaInAsP)といったV族元素が
入り交じった界面生成物が形成されてしまう。一方、中
断時間が長い場合には、その間にGa0.5In0.5P膜表
面からのPの再蒸発、いわゆるV族ぬけが顕著に起こ
り、次に供給されるAsとの反応でやはりGaInAs
Pが形成される。この層はGa0.5In0.5P及びGaA
sよりも狭い禁制帯幅を有するため、伝導キャリアの再
結合領域となり、その結果太陽電池の効率は低下してし
まう。エミッター層4から窓層3の成長に際しても同様
のことが言える。
[0006] Therefore, a so-called interruption time, in which no element is supplied when switching the group V element, is usually provided. If the interruption time is short, an interface product in which group V elements such as gallium indium arsenide phosphide (GaInAsP) are mixed in the reaction with As supplied next is formed. On the other hand, when the interruption time is long, re-evaporation of P from the surface of the Ga 0.5 In 0.5 P film, that is, so-called group V penetration occurs remarkably, and GaInAs also reacts with the next supplied As.
P is formed. This layer is made of Ga 0.5 In 0.5 P and GaAs
Since it has a band gap narrower than s, it becomes a recombination region of conduction carriers, and as a result, the efficiency of the solar cell is reduced. The same can be said for the growth of the window layer 3 from the emitter layer 4.

【0007】以上のように周期律表のIII族元素及びV
族元素から成る第1の化合物半導体と、それとは異なる
V族元素を構成元素とする第2のIII−V族化合物半導
体とのヘテロ接合を構成要素とする太陽電池において、
膜成長時のV族元素の切替に起因する太陽電池の効率低
下は大きな問題である。本発明の目的は、上記従来技術
の問題を解決するため、ヘテロ界面での損失を低減する
に最適な太陽電池構造を提案することにある。
As described above, the group III elements and V in the periodic table
In a solar cell having a heterojunction of a first compound semiconductor composed of a group III element and a second III-V compound semiconductor composed of a different group V element different therefrom,
Reduction of the efficiency of the solar cell due to switching of the group V element during film growth is a major problem. An object of the present invention is to propose a solar cell structure that is optimal for reducing loss at a hetero interface in order to solve the above-mentioned problems of the conventional technology.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、周期律表のIII族元素及びV族元素から成
る第1の化合物半導体上に、それとは異なるV族元素を
構成元素とする第2のIII−V族化合物半導体を積層す
る構造を有する太陽電池において、その界面に第1及び
第2の化合物半導体の少なくとも一方より大きい禁制帯
幅を有し、かつ、それらを構成するV族元素の両方を構
成元素とする第3のIII−V族化合物半導体層を導入し
た太陽電池構造を提案するものである。このような精密
な膜制御を必要とする素子構造の作製には分子線エピタ
キシー(MBE)法や有機金属化学気相成長(MOCV
D)法等の成長法が適している。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first compound semiconductor comprising a group III element and a group V element of the periodic table, wherein a different group V element is formed on the first compound semiconductor. In a solar cell having a structure in which a second III-V compound semiconductor is laminated, the interface has a forbidden band width larger than at least one of the first and second compound semiconductors and constitutes them. The present invention proposes a solar cell structure in which a third III-V compound semiconductor layer containing both group V elements as constituent elements is introduced. To fabricate a device structure requiring such precise film control, a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCV) method is used.
A growth method such as the D) method is suitable.

【0009】上記従来技術の問題点は膜成長時のV族元
素雰囲気の切替の困難さに起因しているため、それを逆
に利用し、第1及び第2の化合物半導体に含まれるV族
元素の両方を含む化合物半導体層をその界面に導入する
ことはたやすい。例えば、図2に示したようなGa0.5
In0.5Pを窓層3及びBSF層6とするGaAs太陽
電池の場合においては、第3のIII−V族化合物半導体
層9としてガリウム砒素燐(GaAsP)あるいはアル
ミニウムガリウム砒素燐(AlGaAsP)等が適して
おり、その導入部はGa0.5In0.5P層とGaAs層と
のヘテロ接合の3箇所であり、それを図1に示した。
The above-mentioned problem of the prior art is caused by the difficulty in switching the atmosphere of the group V element during film growth. It is easy to introduce a compound semiconductor layer containing both elements into the interface. For example, Ga 0.5 as shown in FIG.
In the case of a GaAs solar cell using In 0.5 P as the window layer 3 and the BSF layer 6, gallium arsenide phosphorus (GaAsP) or aluminum gallium arsenide phosphorus (AlGaAsP) is suitable as the third III-V compound semiconductor layer 9. The introduction portions are at three places of the hetero junction between the Ga 0.5 In 0.5 P layer and the GaAs layer, which are shown in FIG.

【0010】本発明の太陽電池構造によると、膜成長時
のV族元素の切替に起因する効率低下の問題を解決する
ことが可能である。図1の断面構造を有する太陽電池を
例にとり、図3のエネルギーバンド図を参照してその作
用について説明する。図3において、(a)は図2に示
した従来構造における窓層3、エミッター層4、ベース
層5、BSF層6の理想状態のエネルギーバンド図、
(b)は実際に作製した素子におけるエネルギーバンド
図、(c)は本発明の構造におけるP原子の混晶比が大
きいGaAsP層導入の(第3の化合物半導体の禁制帯
幅が、第1の化合物半導体と第2の化合物半導体のどち
らよりも大きい)場合のエネルギーバンド図、(d)は
P原子の混晶比が小さいGaAsP層導入(第3の化合
物半導体の禁制帯幅が、第1の化合物半導体あるいは第
2の化合物半導体のどちらかより大きい)の場合のエネ
ルギーバンド図をそれぞれ示している。ただし、図にお
いてはヘテロ界面における禁制帯幅の差に起因するバン
ドの曲がりは省略し、実効的なエネルギー差のみを示し
た。
According to the solar cell structure of the present invention, it is possible to solve the problem of a decrease in efficiency due to switching of a group V element during film growth. The operation of the solar cell having the cross-sectional structure of FIG. 1 will be described with reference to the energy band diagram of FIG. 3 as an example. 3A is an energy band diagram of the window layer 3, the emitter layer 4, the base layer 5, and the BSF layer 6 in an ideal state in the conventional structure shown in FIG.
(B) is an energy band diagram of an actually manufactured device, and (c) is a structure of the present invention in which a GaAsP layer having a large mixed crystal ratio of P atoms is introduced. FIG. 4D is an energy band diagram in the case where the compound semiconductor and the second compound semiconductor are larger than each other. FIG. 4D shows the introduction of a GaAsP layer having a small mixed crystal ratio of P atoms (the band gap of the third compound semiconductor is the first band gap). The energy band diagram in the case of either the compound semiconductor or the second compound semiconductor is shown. However, in the figure, the bending of the band due to the difference in the forbidden band width at the hetero interface is omitted, and only the effective energy difference is shown.

【0011】理想状態では図3(a)のようになり、素
子の奥深くで生成された電子も裏面のBSF層6にはね
かえされ、表面のn層側へ到達することができる。ま
た、正孔は裏面方向へ損失なく伝導する。よって、ヘテ
ロ構造導入の効果によりキャリアの収集効率は高くなる
ことが期待できる。しかし、実際に作製すると、ヘテロ
界面にGaInAsP等の生成物が形成されてしまう。
このときのエネルギーバンドは、禁制帯幅の狭い領域を
含んだ(b)に示すようになる。伝導するキャリアは電
極に到達する前にエネルギーの低い領域に捕らえられて
しまうので、再結合損失が増大し、太陽電池の性能は低
下する。
In an ideal state, the state is as shown in FIG. 3A. Electrons generated deep in the element are also repelled by the BSF layer 6 on the back surface and can reach the n-layer side on the front surface. In addition, holes are conducted without loss toward the back surface. Therefore, it can be expected that the carrier collection efficiency is increased by the effect of introducing the heterostructure. However, when actually manufactured, a product such as GaInAsP is formed at the hetero interface.
The energy band at this time is as shown in (b) including a region with a narrow forbidden band width. Since the conducting carriers are trapped in the low energy region before reaching the electrodes, the recombination loss increases and the performance of the solar cell decreases.

【0012】一方、本発明の構造では第3の化合物半導
体層9を導入し、界面生成物が形成される領域を禁制帯
幅の大きい領域に置き換えることにより、従来構造にお
ける再結合損失を低減する。図3(c)、(d)に示し
たように、導入する第3の化合物半導体層としては2種
類が考えられる。まず、P原子の混晶比が大きいGaA
sPのように第3の化合物半導体の禁制帯幅が、第1の
化合物半導体と第2の半導体のそれのどちらよりも大き
い層を導入した場合には(c)にようになる。また、P
原子の混晶比が小さいGaAsPのように第3の化合物
半導体の禁制帯幅が、第1の化合物半導体あるいは第2
の化合物半導体のそれのどちらかより大きい層を導入し
た場合には(d)のようになる。いずれの場合にも再結
合領域が消滅し、従来構造における損失を低減すること
ができる。特に(c)においては、導入した第3の化合
物半導体層9が少数キャリアに対してより大きなBSF
効果を示す。AlGaAsP層導入の場合にも、その組
成比によって(c)と(d)の両方が可能である。
On the other hand, in the structure of the present invention, the recombination loss in the conventional structure is reduced by introducing the third compound semiconductor layer 9 and replacing the region where the interface product is formed with a region having a large band gap. . As shown in FIGS. 3C and 3D, there are two types of third compound semiconductor layers to be introduced. First, GaAs having a large mixed crystal ratio of P atoms
When a layer in which the forbidden band width of the third compound semiconductor is larger than that of either the first compound semiconductor or the second semiconductor is introduced as in sP, the state becomes as shown in FIG. Also, P
The bandgap of the third compound semiconductor, such as GaAsP having a small mixed crystal ratio of atoms, is larger than that of the first compound semiconductor or the second compound semiconductor.
(D) when a layer larger than either of the compound semiconductors is introduced. In either case, the recombination region disappears, and the loss in the conventional structure can be reduced. In particular, in (c), the introduced third compound semiconductor layer 9 has a larger BSF for minority carriers.
Show the effect. In the case of introducing an AlGaAsP layer, both (c) and (d) are possible depending on the composition ratio.

【0013】また、このとき第3の化合物半導体層を、
第1の化合物半導体層及び第2の化合物半導体層よりも
屈折率の小さい材料とすれば、従来構造よりヘテロ界面
における屈折率差を大きくして、光の閉じ込め効率を向
上させることができる。以上の作用により、本発明の構
造においては理想的な素子に近い高いキャリアの収集効
率が実現でき、高効率の太陽電池の作製が可能となる。
At this time, the third compound semiconductor layer is
If a material having a lower refractive index than the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer is used, the refractive index difference at the hetero interface can be increased as compared with the conventional structure, and the light confinement efficiency can be improved. By the above operation, in the structure of the present invention, a high carrier collection efficiency close to an ideal element can be realized, and a highly efficient solar cell can be manufactured.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 [実施の形態1]図2に示した従来構造の太陽電池にお
いて、Ga0.5In0.5PからGaAsへの切り替えの際
及びGaAsからGa0.5In0.5Pへの切り替えの際に
本発明を適用して図1に断面構造を略示する太陽電池を
製造した。成長方法はガスソースMBE(GS−MB
E)法とした。これはV族元素の供給に気体原料を用い
る方法である。ここではAsに関してアルシン(AsH
3)、Pに関してホスフィン(PH3)を熱クラッキング
して用いた。作製する半導体基板はp型のGaAs(1
00)基板である。
Embodiments of the present invention will be described below. In the solar cell of the conventional structure shown in FIG. 2 Embodiment 1, by applying the present invention from the switching of the time and GaAs to GaAs from Ga 0.5 In 0.5 P when switching to Ga 0.5 In 0.5 P A solar cell whose sectional structure is schematically shown in FIG. 1 was manufactured. The growth method is gas source MBE (GS-MB
E) Method. This is a method in which a gaseous raw material is used for supplying a group V element. Here, Arsine (AsH)
3 ) For P, phosphine (PH 3 ) was used after thermal cracking. The semiconductor substrate to be manufactured is p-type GaAs (1).
00) Substrate.

【0015】AsH3供給下のAs雰囲気において、G
aAs基板8の表面の酸化膜を580℃、10分の熱ク
リーニングにより除去した後、GaとBeのシャッター
を開き、同一温度にて基板8上にバッファー層7として
ベリリウム(Be)をドープしたp型GaAs層(ドー
プ濃度7×1018cm-3)を0.3μm成長させた。そ
の後、基板温度を500℃まで低下させ、GaとIn及
びBeのシャッターを同時に開き、BSF層6としてB
eをドープしたp型Ga0.5In0.5P層(ドープ濃度
4.5×1018cm-3)を0.1μm成長させた。BS
F層6の成長終了後、Inシャッターを先に閉じ、Ga
シャッターを開いたままPとAsを同時に供給し第3の
化合物半導体層9としてGaAsP層を形成した。この
ように第3の化合物半導体層9の導入は、シャッター操
作のみで非常に容易に実現できる。第3の化合物半導体
層9の膜厚は1nm程度で十分な効果が得られる。
In an As atmosphere under the supply of AsH 3 , G
After removing the oxide film on the surface of the aAs substrate 8 by thermal cleaning at 580 ° C. for 10 minutes, the shutters of Ga and Be are opened, and beryllium (Be) -doped p-type buffer layer 7 is formed on the substrate 8 at the same temperature. A GaAs layer (doping concentration: 7 × 10 18 cm −3 ) was grown to 0.3 μm. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 500 ° C., and the shutters of Ga, In, and Be are simultaneously opened, and BSF is formed as the BSF layer 6.
An e-doped p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer (doping concentration 4.5 × 10 18 cm −3 ) was grown to 0.1 μm. BS
After the growth of the F layer 6 is completed, the In shutter is closed first, and Ga
P and As were supplied simultaneously with the shutter open to form a GaAsP layer as the third compound semiconductor layer 9. Thus, the introduction of the third compound semiconductor layer 9 can be realized very easily only by the shutter operation. A sufficient effect can be obtained when the film thickness of the third compound semiconductor layer 9 is about 1 nm.

【0016】次に基板温度を580℃とし、Beをドー
プしたp型GaAsベース層5(ドープ濃度2×1017
cm-3)を3.0μm、続いて珪素(Si)をドープし
たn型GaAsエミッター層4(ドープ濃度2×1018
cm-3)を0.1μm成長させた。その後、GaとAs
のシャッターと同時にPのシャッターを開き、再び第3
の化合物半導体層9としてGaAsP層を導入した。そ
して基板温度を再び500℃まで低下させ、温度安定
後、窓層3としてSiをドープしたn型Ga0.5In0.5
P層(ドープ濃度2×1018cm-3)を0.03μm成
長させた。窓層3の成長後にも同様にして第3の化合物
半導体層9を導入した。最後に、Siをドープしたn型
GaAsキャップ層2(ドープ濃度3×1018cm-3
を0.5μm成長させた。
Next, at a substrate temperature of 580 ° C., a p-type GaAs base layer 5 doped with Be (doping concentration 2 × 10 17
cm −3 ) of 3.0 μm, followed by silicon (Si) doped n-type GaAs emitter layer 4 (doping concentration 2 × 10 18
cm −3 ) was grown to 0.1 μm. Then, Ga and As
The shutter of P is opened at the same time as the shutter of
As a compound semiconductor layer 9, a GaAsP layer was introduced. Then, the substrate temperature is lowered again to 500 ° C., and after the temperature is stabilized, n-type Ga 0.5 In 0.5 doped with Si is used as the window layer 3.
A P layer (doping concentration: 2 × 10 18 cm −3 ) was grown to 0.03 μm. The third compound semiconductor layer 9 was similarly introduced after the growth of the window layer 3. Lastly, the n-type GaAs cap layer 2 doped with Si (doping concentration: 3 × 10 18 cm −3 )
Was grown 0.5 μm.

【0017】このようにして作製した太陽電池の量子効
率を、図2に示した従来の太陽電池の量子効率を1とし
て相対的に比較した結果を図4に示す。図4から明らか
なように、本発明による太陽電池は、短波長側及び長波
長側の量子効率に顕著な向上が見られる。また、最近タ
ンデム型太陽電池のボトムセルとして注目を集めている
ガリウムインジウム砒素(Ga0.5In0.5As)太陽電
池においては、インジウム燐(InP)を窓層3及びB
SF層6として用いており、第3の化合物半導体層9と
して適正な組成比のインジウム砒素燐(InAsP)あ
るいはアルミニウムインジウム砒素燐(AlInAs
P)を導入することによって同様の効果が得られる。 [実施の形態2]界面損失低減とともに光閉じ込め効率
も向上させた太陽電池を作製した。光閉じ込め効率を向
上させるには、第3の化合物半導体として第1及び第2
の化合物半導体よりも屈折率の小さな材料を選択するこ
とが必要であり、その屈折率が小さいほど閉じこめ効率
は上がる。屈折率低下にはAlの導入が有効である。こ
こでは、第3の化合物半導体層としてGaAsP層に代
えてAlGaAsP層を用いた以外は実施の形態1と同
様の、図1に断面構造を略示する太陽電池を作製した。
FIG. 4 shows the results of a relative comparison between the quantum efficiency of the solar cell fabricated in this way and the quantum efficiency of the conventional solar cell shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the solar cell according to the present invention shows a remarkable improvement in the quantum efficiency on the short wavelength side and the long wavelength side. Further, in a gallium indium arsenide (Ga 0.5 In 0.5 As) solar cell, which has recently attracted attention as a bottom cell of a tandem solar cell, indium phosphorus (InP) is applied to the window layers 3 and B.
The third compound semiconductor layer 9 is used as the SF layer 6 and has an appropriate composition ratio of indium arsenide phosphide (InAsP) or aluminum indium arsenide phosphide (AlInAs).
A similar effect can be obtained by introducing P). [Embodiment 2] A solar cell was manufactured in which the interface loss was reduced and the light confinement efficiency was improved. In order to improve the light confinement efficiency, the first and second compound semiconductors are used as the third compound semiconductor.
It is necessary to select a material having a smaller refractive index than that of the compound semiconductor described above, and the smaller the refractive index is, the higher the confinement efficiency is. Introducing Al is effective for lowering the refractive index. Here, a solar cell similar to that of Embodiment 1 except that an AlGaAsP layer was used as the third compound semiconductor layer instead of the GaAsP layer, and whose sectional structure is schematically shown in FIG. 1 was manufactured.

【0018】Beをドープしたp型Ga0.5In0.5P層
(ドープ濃度4.5×1018cm-3)からなるBSF層
6とBeをドープしたp型GaAsベース層5(ドープ
濃度2×1017cm-3)との界面へのAlGaAsP層
の導入は、BSF層6の成長終了後、Inシャッターを
先に閉じ、Gaシャッターを開いたままP,As及びA
lを同時に供給することで行った。Siをドープしたn
型GaAsエミッター層4(ドープ濃度2×1018cm
-3)とSiをドープしたn型Ga0.5In0.5P窓層3
(ドープ濃度2×1018cm-3)の界面へのAlGaA
sP層の導入は、エミッター層4の成長終了後、Gaシ
ャッター及びAsシャッターを開いたままP及びAlを
同時に供給することで行った。窓層3の成長後にも、同
様にして第3の化合物半導体層9としてAlGaAsP
層を導入した。第3の化合物半導体層9の膜厚はいずれ
も約1nmとした。
A BSF layer 6 comprising a Be-doped p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer (doping concentration 4.5 × 10 18 cm -3 ) and a Be-doped p-type GaAs base layer 5 (doping concentration 2 × 10 The introduction of the AlGaAsP layer to the interface with 17 cm −3 ) is performed by closing the In shutter first after the growth of the BSF layer 6 is completed, and leaving P, As, and A with the Ga shutter open.
1 at the same time. N doped with Si
-Type GaAs emitter layer 4 (doping concentration 2 × 10 18 cm
-3 ) and n-type Ga 0.5 In 0.5 P window layer 3 doped with Si
(Doped concentration 2 × 10 18 cm −3 ) at the interface
After the growth of the emitter layer 4, the introduction of the sP layer was performed by simultaneously supplying P and Al with the Ga shutter and the As shutter open. After the growth of the window layer 3, AlGaAsP is similarly formed as the third compound semiconductor layer 9.
Layers were introduced. The thickness of each of the third compound semiconductor layers 9 was about 1 nm.

【0019】図1に示すように、このような3種類の半
導体層の組がエミッタ層4及びベース層5を挟んで2組
存在するダブルヘテロ構造では、光の閉じこめ効率がよ
り高くなりキャリアの収集効率が上がる。ここで作製し
た太陽電池は、第3の化合物半導体層9としてAlGa
AsP層を用いたことにより、GaAsP層を用いた実
施の形態1の太陽電池に比較して量子効率が全体的に数
%向上した。同様の効果はGa0.5In0.5As太陽電池
において第3の半導体層としてAlInAsP層を用い
た場合にも得られる。
As shown in FIG. 1, in a double hetero structure in which two sets of three types of semiconductor layers exist with the emitter layer 4 and the base layer 5 interposed therebetween, the light confinement efficiency becomes higher and carrier carriers become higher. Increases collection efficiency. The solar cell fabricated here has AlGa as the third compound semiconductor layer 9.
The use of the AsP layer improved the quantum efficiency as a whole by several percent as compared with the solar cell of the first embodiment using the GaAsP layer. The same effect can be obtained when the AlInAsP layer is used as the third semiconductor layer in the Ga 0.5 In 0.5 As solar cell.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、成長時のV族元素切替
えに起因する界面生成物による再結合損失を低減し、高
効率の太陽電池を作製することができる。
According to the present invention, recombination loss due to interface products due to switching of group V elements during growth can be reduced, and a highly efficient solar cell can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による太陽電池の断面構造図。FIG. 1 is a sectional structural view of a solar cell according to the present invention.

【図2】従来の太陽電池の断面構造図。FIG. 2 is a sectional structural view of a conventional solar cell.

【図3】各素子のエネルギーバンドの説明図であり、
(a)は理想構造の場合、(b)は実際の素子の場合、
(c)はP原子の混晶比が大きいGaAsP層導入の場
合、(d)はP原子の混晶比が小さいGaAsP層導入
の場合を示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an energy band of each element;
(A) is for an ideal device, (b) is for an actual device,
(C) shows the case of introducing a GaAsP layer having a large P atom mixed crystal ratio, and (d) shows the case of introducing a GaAsP layer having a small P atom mixed crystal ratio.

【図4】本発明による太陽電池の相対量子効率を従来例
を1として示した図。
FIG. 4 is a diagram showing the relative quantum efficiency of a solar cell according to the present invention assuming that a conventional example is 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…表面電極、2…キャップ層、3…窓層、4…エミッ
ター層、5…ベース層、6…BSF、7…バッファー
層、8…半導体基板、9…第3の化合物半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface electrode, 2 ... Cap layer, 3 ... Window layer, 4 ... Emitter layer, 5 ... Base layer, 6 ... BSF, 7 ... Buffer layer, 8 ... Semiconductor substrate, 9 ... Third compound semiconductor layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 克 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 峯邑 純子 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−218881(JP,A) 特開 昭63−261882(JP,A) 特開 平2−36536(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Katsura Tamura 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Junko Minemura 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo (56) References JP-A-60-218881 (JP, A) JP-A-63-261882 (JP, A) JP-A-2-36536 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】周期律表のIII−V族元素から成る第1の
化合物半導体層と、それとは異なるV族元素を構成元素
とする第2のIII−V族化合物半導体層とを積層する構
造を有し、前記第1の化合物半導体層と前記第2の化合
物半導体層の格子定数が同じである太陽電池において、
前記第1の化合物半導体層と第2の化合物半導体層との
界面に前記第1及び第2の化合物半導体の少なくとも一
方より大きい禁制帯幅を有し、前記第1及び第2の化合
物半導体層を構成するV族元素の両方を構成元素とする
第3のIII−V族化合物半導体層を導入したことを特徴
とする太陽電池。
1. A structure in which a first compound semiconductor layer made of a group III-V element of the periodic table and a second group III-V compound semiconductor layer containing a different group V element as a constituent element are stacked. have a, the second compound and the first compound semiconductor layer
In a solar cell having the same lattice constant of the semiconductor layer ,
At the interface between the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer, the first compound semiconductor layer has a forbidden band width larger than at least one of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer. A solar cell comprising a third group III-V compound semiconductor layer containing both of the constituent group V elements as constituent elements.
【請求項2】前記第3の化合物半導体層は、前記第1の
化合物半導体層及び第2の化合物半導体層より小さい屈
折率を有することを特徴とする請求項1記載の太陽電
池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein said third compound semiconductor layer has a lower refractive index than said first compound semiconductor layer and said second compound semiconductor layer.
【請求項3】前記第1、第2、第3の化合物半導体層の
組をpn接合層を挟んで2組有することを特徴とする請
求項2記載の太陽電池。
3. The solar cell according to claim 2, wherein two sets of said first, second and third compound semiconductor layers are provided with a pn junction layer interposed therebetween.
【請求項4】前記第1の化合物半導体がガリウムインジ
ウム燐であり、前記第2の化合物半導体がガリウム砒素
であり、前記第3の化合物半導体がガリウム砒素燐であ
ることを特徴とする請求項1、2又は3記載の太陽電
池。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first compound semiconductor is gallium indium phosphide, said second compound semiconductor is gallium arsenide, and said third compound semiconductor is gallium arsenide phosphorus. 4. The solar cell according to 2 or 3.
【請求項5】前記第1の化合物半導体がガリウムインジ
ウム燐であり、前記第2の化合物半導体がガリウム砒素
であり、前記第3の化合物半導体がアルミニウムガリウ
ム砒素燐であることを特徴とする請求項1、2又は3記
載の太陽電池。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first compound semiconductor is gallium indium phosphide, said second compound semiconductor is gallium arsenide, and said third compound semiconductor is aluminum gallium arsenide phosphor. 4. The solar cell according to 1, 2, or 3.
【請求項6】前記第1の化合物半導体がガリウムインジ
ウム砒素であり、前記第2の化合物半導体がインジウム
燐であり、前記第3の化合物半導体がインジウム砒素燐
であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の太陽
電池。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first compound semiconductor is gallium indium arsenide, said second compound semiconductor is indium phosphide, and said third compound semiconductor is indium arsenide phosphide. 4. The solar cell according to 2 or 3.
【請求項7】前記第1の化合物半導体がガリウムインジ
ウム砒素であり、前記第2の化合物半導体がインジウム
燐であり、前記第3の化合物半導体がアルミニウムイン
ジウム砒素燐であることを特徴とする請求項1、2又は
3記載の太陽電池。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first compound semiconductor is gallium indium arsenide, said second compound semiconductor is indium phosphide, and said third compound semiconductor is aluminum indium arsenide phosphide. 4. The solar cell according to 1, 2, or 3.
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