JP3368822B2 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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JP3368822B2
JP3368822B2 JP07097698A JP7097698A JP3368822B2 JP 3368822 B2 JP3368822 B2 JP 3368822B2 JP 07097698 A JP07097698 A JP 07097698A JP 7097698 A JP7097698 A JP 7097698A JP 3368822 B2 JP3368822 B2 JP 3368822B2
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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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、特に異な
るバンドギャップを有する単位太陽電池を積層したタン
デム型の太陽電池の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly to an improvement of a tandem type solar cell in which unit solar cells having different band gaps are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層することにより、広い波長域で光電変換効率
を向上させたタンデム型太陽電池が知られている。特開
平4−226084号公報にも、このようなタンデム型
の太陽電池が開示されている。
2. Description of the Related Art A tandem solar cell is known in which photoelectric conversion efficiency is improved in a wide wavelength range by stacking unit solar cells having different band gaps. Japanese Patent Laying-Open No. 4-226084 also discloses such a tandem solar cell.

【0003】図9には、このような従来のタンデム型太
陽電池の断面図が示される。図9において、太陽電池1
0は、光入射側(図の上側)の単位太陽電池である上部
セル12と、裏面側の単位太陽電池である下部セル14
との間に、トンネルダイオード16が挟み込まれた構造
となっている。また、光入射側には上部電極18が、裏
面側には下部電極20がそれぞれ設けられている。この
ようなタンデム型の太陽電池においては、一般に上部セ
ルにバンドギャップ(Eg)の大きい太陽電池を使用
し、下部セルとしてバンドギャップの小さい太陽電池が
使用される。
FIG. 9 shows a cross-sectional view of such a conventional tandem solar cell. In FIG. 9, the solar cell 1
0 indicates an upper cell 12 which is a unit solar cell on the light incident side (upper side in the figure) and a lower cell 14 which is a unit solar cell on the back surface side.
The tunnel diode 16 is sandwiched between and. An upper electrode 18 is provided on the light incident side and a lower electrode 20 is provided on the back surface side. In such a tandem solar cell, a solar cell having a large bandgap (Eg) is generally used for the upper cell and a solar cell having a small bandgap is used for the lower cell.

【0004】図10には、図9に示された太陽電池のD
の破線に沿ったバンド構造が示される。図10に示され
るように、上部セル12と下部セル14とでは、それぞ
れのバンドレベルに隔たりがあるので、上部セル12と
下部セル14との接合面で電子及び正孔のキャリア移動
が妨げられる。このため、この接合部分にトンネルダイ
オード16を配置し、接合部分でのキャリアの移動を可
能としている。これにより、上部セル12と下部セル1
4とが直列接続された状態となっている。この結果、全
体として1つの太陽電池として機能することが可能とな
る。以上のような構成とすることにより、上部セル12
及び下部セル14で吸収される光の波長を異ならせるこ
とができるので、吸収できる光の波長の範囲が広くな
り、光電変換効率を向上させることができる。
FIG. 10 shows the D of the solar cell shown in FIG.
The band structure along the dashed line of is shown. As shown in FIG. 10, since the upper cell 12 and the lower cell 14 are separated from each other in band level, carrier transfer of electrons and holes is hindered at the junction surface between the upper cell 12 and the lower cell 14. . For this reason, the tunnel diode 16 is arranged at this junction to enable the movement of carriers at the junction. As a result, the upper cell 12 and the lower cell 1
4 and 4 are connected in series. As a result, it becomes possible to function as one solar cell as a whole. With the above configuration, the upper cell 12
Moreover, since the wavelength of the light absorbed in the lower cell 14 can be made different, the range of the wavelength of the light that can be absorbed is widened, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図9に示され
た従来の太陽電池10においては、上部セル12と下部
セル14とが直列に接合されているため、上部セル12
と下部セル14とで流れる電流を等しくする必要があ
る。したがって、図9に示された太陽電池10において
は、上部セル12と下部セル14の厚さを、2つのセル
で発生するキャリアの量が等しく、流れる電流量が整合
する厚さとする必要がある。従って、光電変換効率にと
って最も好適な厚さとすることができないという問題が
あった。
However, in the conventional solar cell 10 shown in FIG. 9, since the upper cell 12 and the lower cell 14 are connected in series, the upper cell 12
It is necessary to equalize the currents flowing in the lower cell 14 and the lower cell 14. Therefore, in the solar cell 10 shown in FIG. 9, the thicknesses of the upper cell 12 and the lower cell 14 need to be set such that the amounts of carriers generated in the two cells are equal and the amounts of flowing currents match. . Therefore, there is a problem that the thickness cannot be most suitable for photoelectric conversion efficiency.

【0006】さらに、上部セル12と下部セル14との
間にトンネルダイオード16が存在するが、このトンネ
ルダイオード16での抵抗損失やキャリアの再結合損失
が多いという問題もあった。
Further, although the tunnel diode 16 exists between the upper cell 12 and the lower cell 14, there is a problem that the tunnel diode 16 has a large resistance loss and carrier recombination loss.

【0007】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、太陽電池の厚さを光電変換効
率にとって最も有利な厚さとでき、かつキャリア再結合
損失を低減することができる太陽電池を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object thereof is to make the thickness of a solar cell the most advantageous thickness for photoelectric conversion efficiency and to reduce carrier recombination loss. It is to provide a solar cell that can.

【0008】[0008]

【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、異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、太陽電
池の光入射面に設けられ、光入射側の単位太陽電池の一
方の電極となる上部電極と、太陽電池の裏面に設けら
れ、この裏面側に形成されたn層とp層とにそれぞれ独
立して接続されて光入射側の単位太陽電池の他方の電極
と裏面側の単位太陽電池の一対の電極とに兼用される裏
面電極と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a tandem type solar cell in which unit solar cells having different band gaps are laminated, and the tandem type solar cell is provided on the light incident surface of the solar cell. , An upper electrode which is one electrode of the unit solar cell on the light incident side, and an n layer and a p layer formed on the back surface of the solar cell and formed on the back surface side of the solar cell, respectively, and are independently connected to each other. The other electrode of the unit solar cell and the back surface electrode which is also used as a pair of electrodes of the unit solar cell on the back surface side.

【0009】また、上記太陽電池において、異なるバン
ドギャップを有する単位太陽電池の間に多重量子井戸層
を形成したことを特徴とする。
Further, in the above solar cell, a multiple quantum well layer is formed between unit solar cells having different band gaps.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0011】実施形態1.図1には本発明に係る太陽電
池の構成の断面図が示される。図1において、太陽電池
10は、バンドギャップ(Eg)の広い半導体材料で構
成される単位太陽電池である上部セル12とバンドギャ
ップの狭い半導体材料で構成される単位太陽電池である
下部セル14とが積層されたタンデム型の構造となって
いる。上部セル12は、n+層、p層、p+層が積層され
て構成されており、本発明に係る光入射側の単位太陽電
池を構成する。また、その最上部に形成されたn+層に
接続されて上部電極18が設けられている。さらに、n
+層の上には絶縁膜24が形成されている。絶縁膜24
は透明材料で構成されており、太陽光はこの絶縁膜24
を介して太陽電池10に入射してくる。
Embodiment 1. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure of the solar cell according to the present invention. In FIG. 1, a solar cell 10 includes an upper cell 12 which is a unit solar cell composed of a semiconductor material having a wide band gap (Eg) and a lower cell 14 which is a unit solar cell composed of a semiconductor material having a narrow band gap. It has a tandem type structure in which is laminated. The upper cell 12 is configured by laminating an n + layer, a p layer, and a p + layer, and constitutes the light incident side unit solar cell according to the present invention. Further, an upper electrode 18 is provided so as to be connected to the n + layer formed on the uppermost part thereof. Furthermore, n
An insulating film 24 is formed on the + layer. Insulating film 24
Is made of a transparent material, and the insulating film 24
The light enters the solar cell 10 via.

【0012】また、下部セル14は、基板となるp層の
裏面にn+層、p+層が交互に設けられている。各n+
には負極26が、各p+層には正極28がそれぞれ独立
して接続されており、本発明にかかる裏面電極を構成し
ている。これらの負極26及び正極28は、下部セル1
4の一対の電極を構成するとともに、上部セル12の一
方の電極である上部電極18に対して他方の電極として
も兼用されている。なお、下部セル14が本発明に係る
裏面側の単位太陽電池に相当する。
In the lower cell 14, the n + layers and the p + layers are alternately provided on the back surface of the p layer serving as the substrate. A negative electrode 26 is independently connected to each n + layer, and a positive electrode 28 is independently connected to each p + layer, and constitutes a back electrode according to the present invention. These negative electrode 26 and positive electrode 28 correspond to the lower cell 1
The upper electrode 18 is one electrode of the upper cell 12 and is also used as the other electrode. The lower cell 14 corresponds to the rear unit solar cell according to the present invention.

【0013】上述した上部セル12としては、例えば材
料としてAlGaAsを使用することができる。そのバ
ンドギャップは1.82eVである。また、この場合n
+層のドーパント濃度は1×1019cm-3であり、その
厚みは0.1μmである。また、p層のドーパント濃度
は1×1016cm-3であり、その厚みは1.0μmであ
る。更に、p+層のドーパント濃度は1×1019cm-3
であり、その厚みは0.1μmである。
For the above-mentioned upper cell 12, for example, AlGaAs can be used as a material. Its bandgap is 1.82 eV. In this case, n
The dopant concentration of the + layer is 1 × 10 19 cm −3 , and the thickness thereof is 0.1 μm. The p-layer has a dopant concentration of 1 × 10 16 cm −3 and a thickness of 1.0 μm. Further, the p + layer has a dopant concentration of 1 × 10 19 cm −3
And its thickness is 0.1 μm.

【0014】また、下部セル14の材料としては、例え
ばSiを使用することができる。そのバンドギャップは
1.11eVである。また、この場合n+層のドーパン
ト濃度は1×1019cm-3であり、その厚みは1.0μ
mである。また、p層のドーパント濃度は5×1013
-3であり、その厚みは100μmである。更に、p+
層のドーパント濃度は1×1019cm-3であり、その厚
みは1.0μmである。
As the material of the lower cell 14, for example, Si can be used. Its bandgap is 1.11 eV. In this case, the n + layer has a dopant concentration of 1 × 10 19 cm −3 and a thickness of 1.0 μm.
m. Further, the dopant concentration of the p layer is 5 × 10 13 c
m -3 and its thickness is 100 μm. Furthermore, p +
The dopant concentration of the layer is 1 × 10 19 cm −3 and its thickness is 1.0 μm.

【0015】なお、上部セル12の材料としてはInG
aPやGaAsを使用することもできる。そのバンドギ
ャップは、それぞれ1.88eV、1.42eVであ
る。また、下部セル14の材料としては、GaAsも使
用することができ、そのバンドギャップは1.42eV
である。更に、下部セル14としてはGeも使用するこ
とができ、そのバンドギャップは0.66eVである。
The material of the upper cell 12 is InG.
It is also possible to use aP or GaAs. The band gaps thereof are 1.88 eV and 1.42 eV, respectively. GaAs can also be used as the material of the lower cell 14, and its band gap is 1.42 eV.
Is. Further, Ge can be used as the lower cell 14, and its band gap is 0.66 eV.

【0016】図2には、図1に示された破線部分Aのバ
ンド構造が示される。また、図3には、図1に示された
破線部分Bのバンド構造が示される。また、図4には、
図1に示された破線部分Cのバンド構造が示される。こ
れらはいずれも太陽電池10に光が照射されている場合
のバンド構造である。
FIG. 2 shows the band structure of the broken line portion A shown in FIG. Further, FIG. 3 shows a band structure of a broken line portion B shown in FIG. In addition, in FIG.
The band structure of the broken line portion C shown in FIG. 1 is shown. These are all band structures when the solar cell 10 is irradiated with light.

【0017】図1の破線部分Aにおけるバンド構造は、
図2に示されるようになっているので、太陽光が太陽電
池10に照射されると、下部セル14中でキャリアであ
る電子と正孔が発生し、電子はn+層に移動し、下部電
極のうち負極26に集められ、正孔はp+層に移動し、
下部電極のうち正極28に集められる。この場合には、
発生したキャリアは、いずれも下部セル14中のみを移
動するので、従来例のように上部セル12と下部セル1
4とで流れる電流値を整合させる必要はない。また、ト
ンネルダイオードも不要であるのでここでのキャリア再
結合による損失も発生しない。
The band structure at the broken line portion A in FIG.
As shown in FIG. 2, when the solar cell 10 is irradiated with sunlight, electrons and holes that are carriers are generated in the lower cell 14, the electrons move to the n + layer, and Collected in the negative electrode 26 of the electrode, holes move to the p + layer,
Collected in the positive electrode 28 of the lower electrode. In this case,
Since all the generated carriers move only in the lower cell 14, the upper cell 12 and the lower cell 1 as in the conventional example.
It is not necessary to match the values of the currents flowing in 4 and 4. Further, since the tunnel diode is not necessary, the loss due to carrier recombination does not occur here.

【0018】図3に示されるように、図1の破線部分B
においては、上部セル12の最下層であるp+層で伝導
帯のエネルギレベルが最も高くなる。このため、太陽光
が太陽電池10に照射され、上部セル12で発生した電
子は、上部電極18に向かって移動する。また、下部セ
ル14で発生した電子は、下部電極のうち負極26に向
かって移動する。
As shown in FIG. 3, the broken line portion B of FIG.
In, the p + layer, which is the lowermost layer of the upper cell 12, has the highest energy level in the conduction band. Therefore, the solar cell 10 is irradiated with sunlight, and the electrons generated in the upper cell 12 move toward the upper electrode 18. Also, the electrons generated in the lower cell 14 move toward the negative electrode 26 of the lower electrode.

【0019】また、破線部分Bにおける価電子帯のエネ
ルギレベルは、破線部分Bにおける太陽電池10の最上
層及び最下層であるn+層で低くなる。したがって、破
線部分Bに沿っては正孔が移動することができない。こ
のため、上部セル12及び下部セル14で発生した正孔
は、それぞれのセル中を図1の横方向に移動し、破線部
分Cに沿って移動することになる。
Further, the energy level of the valence band in the broken line portion B becomes low in the n + layer which is the uppermost layer and the lowermost layer of the solar cell 10 in the broken line portion B. Therefore, holes cannot move along the broken line portion B. Therefore, the holes generated in the upper cell 12 and the lower cell 14 move in the respective cells in the lateral direction of FIG. 1 and move along the broken line portion C.

【0020】図4に示されるように、図1の破線部分C
においては、価電子帯のエネルギレベルがフラットとな
っている。これは、上部セル12のp層とp+層及び下
部セル14のp層のドーパント濃度を適宜調整し、光照
射時にこれらの層の価電子帯のエネルギレベルがフラッ
トとなるように調整されているからである。図4に示さ
れた部分すなわち図1の破線部分Cでは、太陽電池10
の受光面側にn+層が形成され、裏面側にp+層が形成さ
れている。このような構成により、図4に示されるよう
に、上部セル12及び下部セル14中で発生した正孔は
裏面側のp+層に移動していき、裏面電極のうちの正極
28に集められる。この場合、上部セル12で発生した
正孔は、上部セル12と下部セル14との界面を移動し
ていくことになる。しかし上述したように、移動経路中
でのエネルギレベルがフラットであるため、トンネルダ
イオードを使用する必要はない。
As shown in FIG. 4, the broken line portion C of FIG.
In, the energy level of the valence band is flat. This is done by appropriately adjusting the dopant concentrations of the p layer and p + layer of the upper cell 12 and the p layer of the lower cell 14 so that the energy level of the valence band of these layers becomes flat during light irradiation. Because there is. In the portion shown in FIG. 4, that is, the broken line portion C in FIG.
Are n + layers on the light-receiving surface side of the formation, p + layer is formed on the back side. With such a configuration, as shown in FIG. 4, holes generated in the upper cell 12 and the lower cell 14 move to the p + layer on the back surface side and are collected in the positive electrode 28 of the back surface electrodes. . In this case, the holes generated in the upper cell 12 move on the interface between the upper cell 12 and the lower cell 14. However, as mentioned above, there is no need to use a tunnel diode because of the flat energy level in the travel path.

【0021】また、破線部分Cにおける伝導帯のエネル
ギレベルは、上部セル12のp層及びp+層と下部セル
14のp+層とで高くなる構造となるので、下部セル1
4のp層中で発生した電子は図1の破線部分Cに沿って
移動することができない。このため、ここで発生した電
子は、下部セル14中を図1の横方向に移動し、破線部
分Bに沿って移動することになる。なお、上部セル12
のp層及びp+層で発生した電子については上部セル1
2のn+層に向かって移動し、上部電極18で集められ
ることになる。
Further, the energy level of the conduction band in the broken-line part C, because the higher becomes the structure by the p + layer of p layer and p + layer and the bottom cell 14 of the upper cell 12, the lower cell 1
The electrons generated in the p-layer 4 of FIG. 4 cannot move along the broken line portion C in FIG. Therefore, the electrons generated here move in the lower cell 14 in the lateral direction of FIG. 1 and move along the broken line portion B. The upper cell 12
For electrons generated in the p layer and p + layer of
2 towards the n + layer and will be collected at the upper electrode 18.

【0022】以上のとおり、下部セル14の裏面側に設
けられた負極26及び正極28は、下部セル14の一対
の電極として機能するとともに、正極28が、上部セル
12に設けられた一方電極としての上部電極18に対し
て上部セル12の他方電極としても機能している。この
ような構成としたことにより、下部セル14中で発生し
た電子は負極26に、正孔は正極28にそれぞれ集めら
れる。また、上部セル12で発生した電子については、
破線部分Bに沿って上部セル12のn+層に移動し、上
部電極18に集められる。更に、上部セル12及び下部
セル14で発生した正孔については、破線部分Cに沿っ
て下部セル14のp+層に移動し、正極28に集められ
る。このように、本実施形態に係る太陽電池10では、
2つの単位太陽電池である上部セル12及び下部セル1
4が積層されているが、通常の直列接合の構造ではない
ため、上部セル12と下部セル14とで電流値を整合さ
せる必要がない。このため、各セルの厚みを光吸収効率
にとって最も都合のよい厚みとすることができ、光電変
換効率を向上させることができる。
As described above, the negative electrode 26 and the positive electrode 28 provided on the back surface side of the lower cell 14 function as a pair of electrodes of the lower cell 14, and the positive electrode 28 serves as one electrode provided on the upper cell 12. The upper electrode 18 also functions as the other electrode of the upper cell 12. With this structure, the electrons generated in the lower cell 14 are collected in the negative electrode 26 and the holes are collected in the positive electrode 28. Regarding the electrons generated in the upper cell 12,
It moves to the n + layer of the upper cell 12 along the broken line portion B and is collected by the upper electrode 18. Further, the holes generated in the upper cell 12 and the lower cell 14 move to the p + layer of the lower cell 14 along the broken line portion C and are collected in the positive electrode 28. Thus, in the solar cell 10 according to the present embodiment,
Two unit solar cells, upper cell 12 and lower cell 1
4 is laminated, but it is not necessary to match the current values in the upper cell 12 and the lower cell 14 because the structure is not a normal series junction structure. Therefore, the thickness of each cell can be set to the most convenient thickness for the light absorption efficiency, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

【0023】また、上部セル12の上部と下部セル14
の下部とにn+層を設けたので、各セルで発生した電子
はそれぞれのセルのn+層に移動し、光入射側の上部電
極18及び裏面側の負極28に集められる。このため、
少数キャリアである電子の移動距離を短くでき、再結合
損失を低減できる。
In addition, the upper cell 12 and the lower cell 14
Since the n + layer is provided under the cell, electrons generated in each cell move to the n + layer of each cell and are collected by the upper electrode 18 on the light incident side and the negative electrode 28 on the back surface side. For this reason,
The distance traveled by the electrons, which are minority carriers, can be shortened, and recombination loss can be reduced.

【0024】さらに、通常の直列接続されたタンデム型
の太陽電池のように、エネルギ障壁をキャリアが通過す
る必要はなく、このためのトンネルダイオードも不要と
なっている。このため、余分なトンネルダイオードを形
成する必要もなく、またこのトンネルダイオードでの抵
抗損失及びキャリア再結合による損失も防止することが
できる。
Further, unlike ordinary tandem type solar cells connected in series, it is not necessary for carriers to pass through the energy barrier, and a tunnel diode for this purpose is also unnecessary. Therefore, it is not necessary to form an extra tunnel diode, and it is possible to prevent resistance loss and loss due to carrier recombination in this tunnel diode.

【0025】なお、本実施形態においては、太陽電池を
形成する基板としてp型基板を使用しているが、これを
n型の基板とすることも可能である。この場合には、上
述した伝導帯と価電子帯の関係及び電子と正孔との関係
が逆の挙動となるが、機能的には同じものを実現するこ
とができる。
In this embodiment, the p-type substrate is used as the substrate for forming the solar cell, but it can be an n-type substrate. In this case, the above-described relationship between the conduction band and the valence band and the relationship between the electron and the hole have opposite behaviors, but the same functionally can be realized.

【0026】実施形態2.図5には、本発明に係る太陽
電池の実施形態2の断面図が示される。図5において、
上部セル12の最下層には、バンドギャップの異なる2
種類の薄膜を積層した多重量子井戸層22が形成されて
いる。この多重量子井戸層22は、そのサブバンド間励
起を利用し、太陽電池において光電変換効率を向上させ
る手段として用いられる。ただし、従来はこの多重量子
井戸層22をpn接合間に形成した形で用いられていた
が、本実施形態においては、上部セル12と下部セル1
4との間に形成した形となっている。これは、太陽電池
10内で発生するキャリアのうち特に少数キャリアが多
重量子井戸層22を通過しないで済むようにし、この多
重量子井戸層22における少数キャリアの再結合損失を
防止するためである。本実施形態では、この多重量子井
戸層22が上部セル12と下部セル14との間に設けら
れた点を除いては、図1に示された実施形態1の太陽電
池と同じ構成となっている。
Embodiment 2. FIG. 5 shows a sectional view of Embodiment 2 of the solar cell according to the present invention. In FIG.
The lowermost layer of the upper cell 12 has two different band gaps.
A multiple quantum well layer 22 is formed by laminating thin films of different types. This multiple quantum well layer 22 is used as a means for improving photoelectric conversion efficiency in a solar cell by utilizing the intersubband excitation. However, in the past, this multiple quantum well layer 22 was used in a form formed between pn junctions, but in the present embodiment, the upper cell 12 and the lower cell 1 are used.
It is a shape formed between 4 and. This is because especially minority carriers generated in the solar cell 10 do not have to pass through the multiple quantum well layer 22, and recombination loss of minority carriers in the multiple quantum well layer 22 is prevented. The present embodiment has the same structure as the solar cell of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the multiple quantum well layer 22 is provided between the upper cell 12 and the lower cell 14. There is.

【0027】上記多重量子井戸層22は、例えば、バン
ドギャップの広い材料としては、AlGaAsを使用す
ることができる。そのバンドギャップ(Eg)は1.8
2eVである。また、この場合ドーパント濃度は1×1
16cm-3であり、その厚みは20nmである。また、
バンドギャップの狭い材料としては、GaAsを使用す
ることができる。そのバンドギャップは1.42eVで
ある。この場合ドーパント濃度は1×1016cm-3であ
り、その厚みは10nmである。
For the multiple quantum well layer 22, for example, AlGaAs can be used as a material having a wide band gap. Its band gap (Eg) is 1.8
It is 2 eV. In this case, the dopant concentration is 1 × 1.
It is 0 16 cm -3 and its thickness is 20 nm. Also,
GaAs can be used as the material having a narrow band gap. Its band gap is 1.42 eV. In this case, the dopant concentration is 1 × 10 16 cm −3 and its thickness is 10 nm.

【0028】また、その他に、バンドギャップの広い材
料として、GaAsも使用することができる。そのバン
ドギャップは1.42eVである。この場合ドーパント
濃度は1×1016cm-3であり、その厚みは30nmで
ある。また、バンドギャップの狭い材料として、InG
aAsも使用することができる。そのバンドギャップは
1.25eVである。この場合ドーパント濃度は1×1
16cm-3であり、その厚みは15nmである。
Besides, GaAs can also be used as a material having a wide band gap. Its band gap is 1.42 eV. In this case, the dopant concentration is 1 × 10 16 cm −3 and its thickness is 30 nm. InG is used as a material having a narrow band gap.
aAs can also be used. Its bandgap is 1.25 eV. In this case, the dopant concentration is 1 × 1
It is 0 16 cm -3 and its thickness is 15 nm.

【0029】図6には、図5に示された破線部分Aのバ
ンド構造が示される。また、図7には、図5に示された
破線部分Bのバンド構造が示される。また、図8には、
図5に示された破線部分Cのバンド構造が示される。こ
れらはいずれも太陽電池10に光が照射されている場合
のバンド構造である。
FIG. 6 shows the band structure of the broken line portion A shown in FIG. Further, FIG. 7 shows a band structure of a broken line portion B shown in FIG. In addition, in FIG.
The band structure of the broken line portion C shown in FIG. 5 is shown. These are all band structures when the solar cell 10 is irradiated with light.

【0030】図6において、図5の破線部分Aのバンド
構造は、図2に示された実施形態1のものと同じであ
る。したがって、下部セル14中で発生した電子はn+
層に移動し、負極26に集められる。また、正孔は、p
+層に移動し、正極28に集められる。
In FIG. 6, the band structure of the broken line portion A of FIG. 5 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the electrons generated in the lower cell 14 are n +
Transferred to the layer and collected on the negative electrode 26. Also, holes are p
It moves to the + layer and is collected in the positive electrode 28.

【0031】図7に示されるように、図5の破線部分B
においては、伝導体のエネルギレベルは、上部セル12
のp層と多重量子井戸層22とで最も高くなる。このた
め、上部セル12のp層と多重量子井戸層22とで発生
した電子は、上部セル12のn+層に移動し、上部電極
18に集められる。また、下部セル14中で発生した電
子は、多重量子井戸層22でのエネルギ障壁が高いの
で、下部セル14の裏面に設けられたn+層に移動し、
裏面電極のうち負極26に集められる。このように、本
実施形態においても、太陽電池10の光入射側の面及び
裏面にn+層が形成されており、上部セル12で発生し
た電子は光入射側のn+層に、下部セル14中で発生し
た電子は裏面側のn+層に移動することになる。このた
め、少数キャリアである電子は、キャリア再結合損失の
大きい多重量子井戸層22を通過しないで済む。また、
電子の移動距離も短くすることができる。これにより太
陽電池10の発電効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 7, the broken line portion B of FIG.
In, the energy level of the conductor is
Of the p-layer and the multiple quantum well layer 22 of FIG. Therefore, the electrons generated in the p layer of the upper cell 12 and the multiple quantum well layer 22 move to the n + layer of the upper cell 12 and are collected in the upper electrode 18. Further, since the electrons generated in the lower cell 14 have a high energy barrier in the multiple quantum well layer 22, they move to the n + layer provided on the back surface of the lower cell 14,
It is collected in the negative electrode 26 of the back surface electrode. As described above, also in the present embodiment, the n + layer is formed on the light incident side surface and the back surface of the solar cell 10, and the electrons generated in the upper cell 12 are generated in the light incident side n + layer and the lower cell. The electrons generated in 14 move to the n + layer on the back surface side. Therefore, the electrons, which are minority carriers, do not have to pass through the multiple quantum well layer 22, which has a large carrier recombination loss. Also,
The distance traveled by the electrons can also be shortened. Thereby, the power generation efficiency of the solar cell 10 can be improved.

【0032】なお、破線部分Bの価電子帯のエネルギレ
ベルは、図7に示されるように、太陽電池10の両面の
+層で低くなり、その間のp層、多重量子井戸層22
で高くなっている。このため、上部セル12及び下部セ
ル14で発生した正孔については図5の破線部分Bに沿
って移動することはできない。したがって、それぞれの
セル中を図5の横方向に移動し、破線部分Cに沿って移
動することとなる。
As shown in FIG. 7, the energy level of the valence band in the broken line portion B becomes low in the n + layers on both sides of the solar cell 10, and the p layer and the multiple quantum well layer 22 between them are low.
Is getting higher. Therefore, the holes generated in the upper cell 12 and the lower cell 14 cannot move along the broken line portion B in FIG. Therefore, the cells move in the horizontal direction in FIG. 5 and move along the broken line portion C.

【0033】図8に示されるように、図5の破線部分C
においては、上部セル12のp層と多重量子井戸層22
と下部セル14のp層の価電子帯のエネルギレベルがフ
ラットとなる。これも、図4で説明したとおり、各層の
ドーパント濃度を適宜調整することにより実現できる。
このため、上部セル12、多重量子井戸層22、下部セ
ル14で発生した正孔は、下部セル14の裏面側に形成
されたp+層に移動し、正極28に集められる。この場
合、上部セル12で発生した正孔も、多重量子井戸層2
2を通過することになるが、本実施形態では多重量子井
戸層22はp層で形成されており、多数キャリアである
正孔の場合には再結合損失が小さいので、特に問題とは
ならない。
As shown in FIG. 8, the broken line portion C of FIG.
, The p layer of the upper cell 12 and the multiple quantum well layer 22
And the energy level of the valence band of the p layer of the lower cell 14 becomes flat. This can also be realized by appropriately adjusting the dopant concentration of each layer as described in FIG.
Therefore, the holes generated in the upper cell 12, the multiple quantum well layer 22, and the lower cell 14 move to the p + layer formed on the back surface side of the lower cell 14, and are collected in the positive electrode 28. In this case, holes generated in the upper cell 12 are also included in the multiple quantum well layer 2
However, in the present embodiment, the multiple quantum well layer 22 is formed of a p-layer, and recombination loss is small in the case of holes that are majority carriers, so there is no particular problem.

【0034】また、破線部分Cの伝導帯のエネルギレベ
ルは、図8に示されるように、上部セルのp層と多重量
子井戸層22とで高くなり、また下部セル14のp+
でも高くなる。このため、下部セル14の中で発生した
電子は、上部セル12に形成されたn+層に向かって移
動することはできない。したがって、下部セル14で発
生した電子は、図5の横方向に移動し、破線部分Bに沿
って下部セル14のn+層に移動し、負極26に集めら
れることとなる。なお、上部セル12で発生した電子
は、上部セル12に設けられたn+層に向かって移動
し、上部電極18に集められる。
As shown in FIG. 8, the energy level of the conduction band in the broken line portion C is high in the p layer of the upper cell and the multiple quantum well layer 22, and is also high in the p + layer of the lower cell 14. Become. Therefore, the electrons generated in the lower cell 14 cannot move toward the n + layer formed in the upper cell 12. Therefore, the electrons generated in the lower cell 14 move laterally in FIG. 5, move to the n + layer of the lower cell 14 along the broken line portion B, and are collected in the negative electrode 26. The electrons generated in the upper cell 12 move toward the n + layer provided in the upper cell 12 and are collected by the upper electrode 18.

【0035】上述したように、本実施形態でも、上部セ
ル12及び下部セル14で発生した少数キャリアである
電子は、いずれも再結合損失の大きい多重量子井戸層2
2を通過しないで済む構成となっているので、電子が再
結合損失で低減することを防止できる。これにより発電
効率を向上することができる。また、上部セル12で発
生した正孔は、上述のように多重量子井戸層22を通過
するが、正孔は本実施形態では多数キャリアであり、価
電子帯のエネルギレベル差も小さいため、再結合損失は
少ない。このように、キャリアの再結合損失が少ないう
え、多重量子井戸層22の効果により、光電変換効率を
向上させることができ、本実施形態に係る太陽電池10
の発電効率をより向上させることができる。
As described above, also in this embodiment, the electrons, which are minority carriers generated in the upper cell 12 and the lower cell 14, both have a large recombination loss, and thus the multiple quantum well layer 2 is formed.
Since it does not have to pass through 2, it is possible to prevent electrons from being reduced by recombination loss. Thereby, power generation efficiency can be improved. Further, the holes generated in the upper cell 12 pass through the multiple quantum well layer 22 as described above, but the holes are majority carriers in this embodiment, and the energy level difference in the valence band is small, so Coupling loss is small. Thus, the recombination loss of carriers is small, and the photoelectric conversion efficiency can be improved by the effect of the multiple quantum well layer 22, and the solar cell 10 according to the present embodiment can be improved.
The power generation efficiency of can be further improved.

【0036】なお、本実施形態においても、太陽電池を
形成する基板としてp型基板を使用しているが、これを
n型の基板とすることも可能である。この場合には、上
述した伝導帯と価電子帯の関係及び電子と正孔との関係
が逆の挙動となるが、機能的には同じものを実現するこ
とができる。
In this embodiment as well, the p-type substrate is used as the substrate for forming the solar cell, but it may be an n-type substrate. In this case, the above-described relationship between the conduction band and the valence band and the relationship between the electron and the hole have opposite behaviors, but the same functionally can be realized.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バンドギャップの異なるそれぞれの単位太陽電池で発生
する少数キャリアは、それぞれ発生した単位太陽電池内
のみを移動するだけであるので、再結合損失を大幅に低
減することができる。また、それぞれの単位太陽電池
は、直列接合の構造となっておらず、各単位太陽電池毎
にキャリアを取り出せるので、各単位太陽電池内を流れ
る電流値を整合させる必要がない。このため、各単位太
陽電池を光電変換効率の最もよい厚さに形成することが
でき、この点でも発電効率を向上させることができる。
As described above, according to the present invention,
Since the minority carriers generated in the respective unit solar cells having different band gaps move only in the generated unit solar cells, the recombination loss can be significantly reduced. Moreover, since each unit solar cell does not have a structure of a series junction and a carrier can be taken out for each unit solar cell, it is not necessary to match the current value flowing in each unit solar cell. For this reason, each unit solar cell can be formed to have a thickness with the best photoelectric conversion efficiency, and also in this respect, power generation efficiency can be improved.

【0038】また、各単位太陽電池の間に、多重量子井
戸層を形成することにより、更に光電変換効率を向上さ
せることができる。
Further, by forming a multiple quantum well layer between each unit solar cell, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

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

【図1】 本発明に係る太陽電池の実施形態1の断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of Embodiment 1 of a solar cell according to the present invention.

【図2】 図1に示された破線部分Aのバンド構造を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band structure of a broken line portion A shown in FIG.

【図3】 図1に示された破線部分Bのバンド構造を示
す図である。
3 is a diagram showing a band structure of a broken line portion B shown in FIG.

【図4】 図1に示された破線部分Cのバンド構造を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a band structure of a broken line portion C shown in FIG.

【図5】 本発明に係る太陽電池の実施形態2の断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view of Embodiment 2 of the solar cell according to the present invention.

【図6】 図5に示された破線部分Aのバンド構造を示
す図である。
6 is a diagram showing a band structure of a broken line portion A shown in FIG.

【図7】 図5に示された破線部分Bのバンド構造を示
す図である。
7 is a diagram showing a band structure of a broken line portion B shown in FIG.

【図8】 図5に示された破線部分Cのバンド構造を示
す図である。
8 is a diagram showing a band structure of a broken line portion C shown in FIG.

【図9】 従来におけるタンデム型太陽電池の構造を示
す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional tandem solar cell.

【図10】 図9に示されたタンデム型太陽電池のバン
ド構造を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a band structure of the tandem solar cell shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 太陽電池、12 上部セル、14 下部セル、1
6 トンネルダイオード、18 上部電極、20 下部
電極、22 多重量子井戸層、24 絶縁膜、26 負
極、28 正極。
10 solar cell, 12 upper cell, 14 lower cell, 1
6 tunnel diode, 18 upper electrode, 20 lower electrode, 22 multiple quantum well layer, 24 insulating film, 26 negative electrode, 28 positive electrode.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−225372(JP,A) 特開 平3−206670(JP,A) 特開 昭60−201670(JP,A) 特開 昭57−1268(JP,A) 特開 昭51−113481(JP,A) 特開 昭63−222469(JP,A) 特開 平3−181180(JP,A) 特開 平8−204214(JP,A) 特開 平9−199742(JP,A) 特開 平4−27169(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-1-225372 (JP, A) JP-A-3-206670 (JP, A) JP-A-60-201670 (JP, A) JP-A-57-1268 (JP , A) JP 51-113481 (JP, A) JP 63-222469 (JP, A) JP 3-181180 (JP, A) JP 8-204214 (JP, A) JP 9-199742 (JP, A) JP-A-4-27169 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 異なるバンドギャップを有する単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、 前記太陽電池の光入射面に設けられ、光入射側の前記単
位太陽電池の一方の電極となる上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たn層とp層とにそれぞれ独立して接続されて前記光入
射側の単位太陽電池の他方の電極と裏面側の前記単位太
陽電池の一対の電極とに兼用される裏面電極と、を備え
ることを特徴とする太陽電池。
1. A tandem-type solar cell in which unit solar cells having different band gaps are stacked, which is provided on a light incident surface of the solar cell and serves as one electrode of the unit solar cell on the light incident side. The upper electrode is provided on the back surface of the solar cell, and is independently connected to the n layer and the p layer formed on the back surface side of the solar cell, and the other electrode of the unit solar cell on the light incident side and the back surface side A solar cell, comprising: a back electrode that also serves as a pair of electrodes of the unit solar cell.
【請求項2】 請求項1記載の太陽電池において、前記
異なるバンドギャップを有する単位太陽電池の間に多重
量子井戸層を形成したことを特徴とする太陽電池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein a multiple quantum well layer is formed between unit solar cells having different band gaps.
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