JP5548908B2 - Method of manufacturing a multi-junction solar cells - Google Patents

Method of manufacturing a multi-junction solar cells Download PDF

Info

Publication number
JP5548908B2
JP5548908B2 JP2011047418A JP2011047418A JP5548908B2 JP 5548908 B2 JP5548908 B2 JP 5548908B2 JP 2011047418 A JP2011047418 A JP 2011047418A JP 2011047418 A JP2011047418 A JP 2011047418A JP 5548908 B2 JP5548908 B2 JP 5548908B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
silicon substrate
silicon
layer
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011047418A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012186265A (en
Inventor
則之 渡邉
春喜 横山
直輝 重川
あき勇 山本
Original Assignee
日本電信電話株式会社
国立大学法人福井大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社, 国立大学法人福井大学 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to JP2011047418A priority Critical patent/JP5548908B2/en
Publication of JP2012186265A publication Critical patent/JP2012186265A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5548908B2 publication Critical patent/JP5548908B2/en
Application status is Active legal-status Critical
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/52Manufacturing of products or systems for producing renewable energy
    • Y02P70/521Photovoltaic generators

Description

本発明は、各々異なるバンドギャップエネルギーの材料から構成された複数の太陽電池セルを積層した多接合型太陽電池の製造に関するものである。 The present invention relates to the production of multi-junction solar cell formed by stacking a plurality of solar cells constructed from materials of the respective different band gap energies.

近年、地球温暖化抑制に関わる様々な研究・技術開発が進められている中、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池は、地球上のほとんどの場所で小規模でも利用できるエネルギー源として期待されている。 In recent years, a variety of research and technological development related to global warming suppression has been promoted, solar cells that convert sunlight into electrical energy, is expected to be a source of energy that can be used even small in most places on earth ing. この太陽電池の中で最も広く用いられているのは、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンなど結晶シリコン系の太陽電池であり、すでに実用に供されている。 The most widely used in the solar cell is a solar cell of single crystal silicon and polycrystalline silicon such as crystalline silicon, it is already put to practical use. シリコン系の太陽電池の変換効率は、原理的には30%程度、実験室レベルで24%程度が実現されている(非特許文献1,2参照)。 Conversion efficiency of the solar cell silicon-based, in principle, is about 30%, about 24% at the laboratory level is realized (see Non-Patent Documents 1 and 2).

上述したシリコン系の太陽電池は、バンドギャップエネルギーが同じ単一の材料系で太陽電池セルを構成しており、太陽光の持つエネルギーのうち、材料の持つバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギー領域は透過し、また、バンドギャップエネルギーよりも高いエネルギー領域の一部は熱に変換されている。 Solar cell silicon system described above constitutes a solar cell bandgap energy of the same single material system, among the energy of sunlight, low energy region than the band gap energy of the material permeability and, also, it has been converted to heat a portion of higher energy region than the band gap energy. これらが、変換効率を制限している要因である。 These are the factors limiting the conversion efficiency. こうしたエネルギー損失を回避するため、複数の異なるエネルギーギャップ(バンドギャップエネルギー)を有する材料で構成された太陽電池セルを組み合わせた、多接合型の太陽電池セルも実用に供されている。 Such order to avoid energy loss, and is subjected to a combination of solar cells made of a material having a plurality of different energy gaps (band gap energy), solar cell multijunction also practical. 例えば、結晶シリコンとアモルファスシリコンを組み合わせたものでは、実用サイズ(100cm 2以上)のセルで23%程度の変換効率を実現している(非特許文献3参照)。 For example, a combination of crystalline silicon and amorphous silicon realizes the conversion efficiency of approximately 23% of cells of a practical size (100 cm 2 or more) (see Non-Patent Document 3).

しかし、結晶シリコンとアモルファスシリコンの組み合わせでは、バンドギャップエネルギーの組み合わせのバリエーションがほとんどなく、上述した値以上の高効率化はかなり難しいと言わざるを得ない。 However, to say that the combination of crystalline silicon and amorphous silicon, little variation of the combination of the band gap energy, high efficiency of more than the above-mentioned value is considerably difficult.

一方、超高効率な太陽電池としては、Ge基板(太陽電池のボトムセル)上に、InGaAsの太陽電池セル(ミドルセル)、InGaP(トップセル)を重ねた3接合太陽電池が開発されている。 On the other hand, the ultra-high-efficiency solar cells, on the Ge substrate (solar cell of the bottom cell), InGaAs solar cell (middle cell), the 3-junction solar cells of repeated InGaP (top cell) has been developed. この3接合太陽電池では、太陽光をレンズで454倍に集光した状態で、41%程度の変換効率を実現している(非特許文献4,5参照)。 This 3-junction solar cell, while focused on 454 times the sunlight lens realizes a conversion efficiency of about 41% (see Non-Patent Documents 4 and 5). この3接合太陽電池では、バンドギャップの組み合わせを太陽光スペクトルに整合させることで、高い変換効率を得ている。 This 3-junction solar cell, by matching the combination of the band gap in the solar spectrum, to obtain a high conversion efficiency.

更に、Ge基板は高価であるため、安価なシリコン基板上に組成傾斜したSiGeバッファ層を介してGeを成長してセルとした太陽電池も報告されている(非特許文献6,7参照)。 Further, since the Ge substrate is expensive, (see Non-Patent Documents 6 and 7) inexpensive silicon on a substrate via a SiGe buffer layer composition gradient also solar cells and growing the cells of Ge has been reported. しかし、この構造ではシリコン基板は単なる基板として用いられているだけで、すでに高品質な太陽電池として蓄積のあるシリコン太陽電池セルを作り込んで活用するということはなされていない。 However, the silicon substrate is structured only been used merely as a substrate, not is made that utilize crowded make already silicon solar cells that is stored as a high-quality solar cell.

上述したように、すでに高品質な太陽電池が実現されているシリコン系においては、バンドギャップの組み合わせにバリエーションがなく、多接合による高効率化を目指すのは困難である。 As described above, in the silicon being implemented already high-quality solar cell, there is no variation in the combination of the band gap, it is difficult to aim higher efficiency by multijunction. 一方、化合物半導体のバンドギャップ制御の柔軟性を生かしたGe基板による多接合太陽電池においては、Ge基板のコストが高いという問題がある。 On the other hand, in the multi-junction solar cell according to Ge substrate by taking advantage of flexibility of the band gap control compound semiconductor, the cost of the Ge substrate is high. 他方、安価なシリコン基板を用いるという試みにおいては、高品質な太陽電池が実現されているシリコン系の太陽電池セルを活用できていないという問題がある。 On the other hand, in the attempt to use an inexpensive silicon substrate, there is a problem that does not take advantage of the solar cell silicon-based high-quality solar cell is realized.

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、バンドギャップエネルギーの組み合わせを柔軟にすることで太陽光エネルギーを効率的に利用できる多接合型太陽電池を、高品質なシリコン太陽電池を用いることでより安価に形成できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, a multi-junction solar cells can utilize solar energy effectively by flexible combinations of band gap energy, high quality and an object thereof is to allow a lower cost formed by using a silicon solar cell.

例えば多接合太陽電池は、シリコンから構成された第1太陽電池セルと、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成されて第1太陽電池セルの一方の面に積層された第2太陽電池セルと、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成されて第1太陽電池セルの他方の面に積層された第3太陽電池セルとを少なくとも備える。 For example multi-junction solar cell, the first solar and battery cell, the second sun laminated on one surface of a first solar cell is composed of a small first material having a band gap energy than silicon composed of silicon It includes a battery cell, and a third solar cells laminated on the other surface of the first solar cell is composed of a large second material having a band gap energy than the silicon least.

例えば多接合太陽電池の製造方法は、シリコン基板の上にシリコンから構成された第1太陽電池セルを作製する工程と、第1太陽電池セルの一方の面に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成された第2太陽電池セルを積層する工程と、第1太陽電池セルの他方の面に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成された第3太陽電池セルを積層する工程とを少なくとも備える。 For example manufacturing method of the multi-junction solar cell, a process of forming a first solar cell constructed from silicon on a silicon substrate, on one surface of the first solar cell, a smaller band gap energy than silicon laminating a second solar cell that is composed of a first material, the other surface of the first solar cell, the third solar cell constructed from a large second material having a band gap energy than silicon comprising at least a step of laminating.

発明に係る他の多接合太陽電池の製造方法は、第1シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第1太陽電池セルを作製する工程と、第1太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成された第2太陽電池セルを積層する工程と、第2シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成された第3太陽電池セルを積層する工程と、第1シリコン基板の裏面と第2シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程とを少なくとも備える。 Another method for manufacturing a multijunction solar cell according to the present invention includes the steps of preparing a first photovoltaic cell configured of silicon on a main surface of the first silicon substrate, on the first solar cell, silicon laminating a second solar cell that is composed of a small first material having a band gap energy than, on a main surface of the second silicon substrate, which is composed of a large second material having a band gap energy than silicon and a step of stacking a third solar cell, and a step of bonding the rear surface of the first silicon substrate and the back surface of the second silicon substrate at least.

また、本発明に係る他の多接合太陽電池の製造方法は、第1シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第1太陽電池セルを作製する工程と、第2シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成された第2太陽電池セルを積層する工程と、第1太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成された第3太陽電池セルを積層する工程と、第1シリコン基板の裏面と第2シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程とを少なくとも備える。 Also, another method for manufacturing a multijunction solar cell according to the present invention includes the steps of preparing a first photovoltaic cell configured of silicon on a main surface of the first silicon substrate, on the main surface of the second silicon substrate in a step of laminating a second solar cell that is composed of a first material having a small band gap energy than silicon, on the first solar cell, composed of a large second material having a band gap energy than silicon and a step of stacking a third solar battery cells, and a step of bonding the rear surface of the first silicon substrate and the back surface of the second silicon substrate at least.

以上説明したことによりに、本発明によれば、バンドギャップエネルギーの組み合わせを柔軟にすることで太陽光エネルギーを効率的に利用できる多接合型太陽電池を、高品質なシリコン太陽電池を用いることでより安価に形成できるようになるという優れた効果が得られる。 Above in By explained, according to the present invention, the multi-junction solar cells can utilize solar energy effectively by the flexible combination of bandgap energy, the use of high-quality silicon solar cells excellent effect can be more inexpensively formed in is obtained.

図1は、 接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 1 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. 図2は、 接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。 Figure 2 is a characteristic diagram showing the spectral sensitivity characteristics of multi-junction solar cell. 図3は、 接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 3 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. 図4は、 接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。 Figure 4 is a characteristic diagram showing the spectral sensitivity characteristics of multi-junction solar cell. 図5は、 接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 5 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. 図6は、 接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。 Figure 6 is a characteristic diagram showing the spectral sensitivity characteristics of multi-junction solar cell. 図7Aは、 接合太陽電池の製造方法例1を説明するための工程図である。 Figure 7A is a process diagram for explaining a manufacturing method of the first multi-junction solar cell. 図7Bは、 接合太陽電池の製造方法例1を説明するための工程図である。 Figure 7B is a process diagram for explaining a manufacturing method of the first multi-junction solar cell. 図7Cは、 接合太陽電池の製造方法例1を説明するための工程図である。 Figure 7C is a process diagram for explaining a manufacturing method of the first multi-junction solar cell. 図7Dは、 接合太陽電池の製造方法例1を説明するための工程図である。 Figure 7D is a process diagram for explaining a manufacturing method of the first multi-junction solar cell. 図8Aは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8A is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図8Bは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8B is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図8Cは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8C is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図8Dは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8D is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図8Eは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8E is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図8Fは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例2を説明するための工程図である。 Figure 8F is a process diagram for explaining a manufacturing method of the second multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Aは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 Figure 9A is a process diagram for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Bは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 9B is a process diagram for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Cは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 9C is a process diagram for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Dは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 9D is a process diagram for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Eは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 Figure 9E is a process drawing for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention. 図9Fは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例3を説明するための工程図である。 Figure 9F is a process drawing for explaining a manufacturing method of the third multi-junction solar cells definitive to form state of the present invention.

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, will be described with reference to the drawings embodiments of the present invention.

じめに、 多接合太陽電池について図1を用いて説明する。 This First, the multijunction solar cell will be described with reference to FIG. 図1は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 1 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第1太陽電池セル101と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成されて第1太陽電池セル101の一方の面に積層された第2太陽電池セル102と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成されて第1太陽電池セル101の他方の面に積層された第3太陽電池セル103とを備える。 The multi-junction solar cell, the first solar cell 101 is comprised of silicon, it is stacked on one surface of the first solar cell 101 is composed of a small first material having a band gap energy than silicon It includes two solar cell 102, and a third solar cell 103 stacked on the other surface of the first solar cell 101 is composed of a large second material having a band gap energy than silicon.

本多接合太陽電池において、第2太陽電池セル102は、第1材料をGeとし、第3太陽電池セル103は、第2材料をInGaPとしている。 In Honda junction solar cell, the second solar cell 102, the first material and Ge, third solar cell 103 has a second material and InGaP. 第1太陽電池セル101を構成しているシリコンは、バンドギャップエネルギーが1.1eVであり、第1材料のGeはバンドギャップエネルギーが0.66eVである。 Silicon constituting the first solar cell 101, the band gap energy is 1.1 eV, Ge of the first material is a band gap energy is 0.66 eV. また、第2材料のInGaPは、III族元素のInおよびGaの組成比により、バンドギャップエネルギーは、1.34eV(InP)から2.26eV(GaP)まで変更可能である。 Further, InGaP of the second material, the composition ratio of In and Ga of group III element, the band gap energy can be changed from 1.34 eV (InP) to 2.26 eV (GaP).

ここで、第1太陽電池セル101は、シリコン基板を用い、シリコン基板に不純物を導入することで、p型層およびn型層を形成して太陽電池セルとしている。 Here, the first solar cell 101, a silicon substrate, by introducing an impurity into the silicon substrate, and a solar cell by forming a p-type and n-type layers. また、第2太陽電池セル102は、p型のGeからなるp型層とn型のSiGeからなるn型層を形成して太陽電池セルとしている。 The second solar cell 102 has a solar cell by forming a n-type layer made of p-type layer and the n-type SiGe made of p-type Ge. また、第3太陽電池セルは、例えば、p型のGaP、p型のInGaPおよびn型のInGaPより太陽電池セルを構成している。 The third solar cell, for example, p-type GaP, constitute a solar cell of p-type InGaP and n-type InGaP.

なお、第1太陽電池セル101を構成しているシリコン基板の一方の面にGeからなる第2太陽電池セル102を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にInGaPからなる第3太陽電池セル103を形成するにあたり、実際には、GeおよびInGaPを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるための裏面電界(Back Surface Field: BSF)層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。 Incidentally, the second solar cell 102 formed of Ge is formed on one surface of the silicon substrate constituting the first solar cell 101, The third solar cell made of InGaP on the other surface of the silicon substrate in forming cell 103, in fact, and various buffer layer structure for satisfactorily forming Ge and InGaP, the solar cell characteristics back surface field to improve (Back Surface field: BSF) layer, each forming a like tunnel junction layer for joining between cells. これらの層は、図1では省略しているが、多くのバリエーションがある。 These layers, although omitted in FIG. 1, there are many variations.

本多接合太陽電池において、第3太陽電池セル103を構成するInGaPのIII族組成を、バンドギャップエネルギーが1.8eV程度になるように設定した場合、図2に示すような分光感度特性となる。 In Honda junction solar cell, when a group III composition of InGaP constituting the third solar cell 103, the band gap energy is set to be approximately 1.8 eV, the spectral sensitivity characteristics shown in FIG. 2 . 図2において、(a)は、第1太陽電池セル101の量子効率曲線であり、(b)は、第2太陽電池セル102の量子効率曲線であり、(c)は、第3太陽電池セル103の量子効率曲線である。 In FIG. 2, (a) is a quantum efficiency curve of the first solar cell 101, (b) is a quantum efficiency curve of the second solar cell 102, (c) a third solar cell 103, which is a quantum efficiency curve of. なお、図2の(d)は、太陽光スペクトルである。 Incidentally, in FIG. 2 (d) is a solar spectrum. 図2より明らかなように、3つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。 As is apparent from FIG. 2, the three solar cells, it covers almost the sunlight spectrum can be expected to be a high efficiency.

に、 他の多接合太陽電池について図3を用いて説明する。 In the following, it will be described with reference to FIG. 3 for other multi-junction solar cell. 図3は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 3 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第1太陽電池セル301と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成されて第1太陽電池セル301の一方の面に積層された第2太陽電池セル302と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成されて第1太陽電池セル301の他方の面に積層された第3太陽電池セル303とを備える。 The multi-junction solar cell, the first solar cell 301 constructed from silicon, are stacked on one surface of the first solar cell 301 is composed of a small first material having a band gap energy than silicon It includes two solar cell 302, and a third solar cell 303 stacked on the other surface of the first solar cell 301 is composed of a large second material having a band gap energy than silicon.

本多接合太陽電池において、第2太陽電池セル302は、第1材料をInNとし、第3太陽電池セル303は、第2材料をInGaNとしている。 In Honda junction solar cell, the second solar cell 302, the first material and InN, third solar cell 303 has a second material and InGaN. 第1材料のInNは、バンドギャップエネルギーが0.7eVである。 InN of the first material, the band gap energy is 0.7eV. また、第2材料のInGaNは、III族元素のInおよびGaの組成比により、バンドギャップエネルギーは、0.7eV(InN)から3.4eV(GaN)まで変更可能である。 Further, InGaN of the second material, the composition ratio of In and Ga of group III element, the band gap energy can be varied from 0.7 eV (InN) to 3.4 eV (GaN).

ここで、第1太陽電池セル301は、シリコン基板を用い、シリコン基板に不純物を導入することで、p型層およびn型層を形成して太陽電池セルとしている。 Here, the first solar cell 301, a silicon substrate, by introducing an impurity into the silicon substrate, and a solar cell by forming a p-type and n-type layers. また、第2太陽電池セル302は、p型のInNからなるp型層とn型のInNからなるn型層を形成して太陽電池セルとしている。 The second solar cell 302 has a solar cell by forming a n-type layer made of InN of the p-type layer and the n-type made of p-type InN. また、第3太陽電池セルは、例えば、p型のGaN、p型のInGaNおよびn型のInGaNより太陽電池セルを構成している。 The third solar cell, for example, p-type GaN, constitute a solar cell of p-type InGaN, and n-type InGaN.

なお、第1太陽電池セル301を構成しているシリコン基板の一方の面にInNからなる第2太陽電池セル302を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にInGaNからなる第3太陽電池セル303を形成するにあたり、実際には、InNおよびInGaNを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるためのBSF層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。 The first forming a second solar cell 302 made of InN on one surface of the silicon substrate constituting the solar cell 301, The third solar cell consisting of InGaN on the other surface of the silicon substrate in forming cell 303, in fact, and various buffer layer structure for satisfactorily forming an InN and InGaN, BSF layer to improve the characteristics of the solar cell, a tunnel for bonding between cells forming and bonding layer. これらの層は、図3では省略しているが、多くのバリエーションがある。 These layers, although omitted in FIG. 3, there are many variations.

本多接合太陽電池において、第3太陽電池セル303を構成するInGaNのIII族組成を、バンドギャップエネルギーが1.8eV程度になるように設定した場合、図4に示すような分光感度特性となる。 In Honda junction solar cell, when a group III composition of the InGaN forming the third solar cell 303, the band gap energy is set to be approximately 1.8 eV, the spectral sensitivity characteristics shown in FIG. 4 . 図4において、(a)は、第1太陽電池セル301の量子効率曲線であり、(b)は、第2太陽電池セル302の量子効率曲線であり、(c)は、第3太陽電池セル303の量子効率曲線である。 In FIG. 4, (a) is a quantum efficiency curve of the first solar cell 301, (b) is a quantum efficiency curve of the second solar cell 302, (c) a third solar cell 303 is a quantum efficiency curve of. なお、図4の(d)は、太陽光スペクトルである。 Incidentally, in FIG. 4 (d), a solar spectrum. 図4より明らかなように、3つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。 As is clear from FIG. 4, the three solar cells, it covers almost the sunlight spectrum can be expected to be a high efficiency.

次に、 他の多接合太陽電池について図5を用いて説明する。 Next, will be described with reference to FIG other multi-junction solar cell. 図5は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。 Figure 5 is a block diagram showing a configuration of a multi-junction solar cell. この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第1太陽電池セル501と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成されて第1太陽電池セル501の一方の面に積層された第2太陽電池セル502と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成されて第1太陽電池セル501の他方の面に積層された第3太陽電池セル503とを備える。 The multi-junction solar cell, the first solar cell 501 is comprised of silicon, it is stacked on one surface of the first solar cell 501 is composed of a small first material having a band gap energy than silicon It includes two solar cell 502, and a third solar cell 503 stacked on the other surface of the first solar cell 501 is composed of a large second material having a band gap energy than silicon. 加えて、本多接合太陽電池では、第1太陽電池セル501と第3太陽電池セル503との間に、バンドギャップエネルギーが、シリコンよりも大きく第2材料よりも小さい第3材料から構成された第4太陽電池セル504を設けている。 In addition, in the multi-junction solar cell, between the first solar cell 501 third solar cell 503, the band gap energy, which is composed of a small third material than the second material greater than the silicon It is provided a fourth solar cell 504.

本多接合太陽電池において、第2太陽電池セル502は、第1材料をInNとし、第3太陽電池セル503は、第2材料をInAlNとし、第3材料をInGaNとしている。 In Honda junction solar cell, the second solar cell 502, the first material and InN, third solar cell 503, the second material and InAlN, and a third material and InGaN.

なお、第1太陽電池セル501を構成しているシリコン基板の一方の面にInNからなる第2太陽電池セル502を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にInAlNからなる第4太陽電池セル504を形成するにあたり、実際には、InNおよびInAlNを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるためのBSF層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。 Note that it is effective to form the second solar cell 502 made of InN on one surface of the silicon substrate constituting the first solar cell 501, also a fourth solar cell made of InAlN on the other surface of the silicon substrate in forming cell 504, in fact, and various buffer layer structure for satisfactorily forming an InN and InAlN, BSF layer to improve the characteristics of the solar cell, a tunnel for bonding between cells forming and bonding layer. これらの層は、図5では省略しているが、多くのバリエーションがある。 These layers, although omitted in FIG. 5, there are many variations.

本多接合太陽電池において、第3太陽電池セル503を構成するInGaNのIn組成を、バンドギャップエネルギーが1.4eV程度になるように設定し、第4太陽電池セル504を構成するInAlNのIn組成を、バンドギャップエネルギーが2.0eV程度になるように設定した場合、図6に示すような分光感度特性となる。 In Honda junction solar cell, the In composition of the InGaN forming the third solar cell 503, set to the band gap energy is about 1.4 eV, the In composition of InAlN constituting the fourth solar cell 504 the, if the bandgap energy is set to be approximately 2.0 eV, the spectral sensitivity characteristics shown in FIG. なお、このようなIn組成の設定を行うと、InGaNとInAlNとの格子定数がほぼ一致し、いわゆる格子整合の状態となり、より高品質にInAlNの層が形成できるという利点がある。 Incidentally, when the setting of such a In composition, and substantially match the lattice constant of the InGaN and InAlN, a state of so-called lattice-matched, there is an advantage that higher quality layer of InAlN can be formed.

図6において、(a)は、第1太陽電池セル501の量子効率曲線であり、(b)は、第2太陽電池セル502の量子効率曲線であり、(c)は、第3太陽電池セル503の量子効率曲線であり、(d)は、第4太陽電池セル504の量子効率曲線である。 In FIG. 6, (a) is a quantum efficiency curve of the first solar cell 501, (b) is a quantum efficiency curve of the second solar cell 502, (c) a third solar cell 503 is a quantum efficiency curve, (d) is a quantum efficiency curves of the fourth solar cell 504. なお、図6の(e)は、太陽光スペクトルである。 Incidentally, (e) in FIG. 6 is a solar spectrum. 図6より明らかなように、4つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。 6 As is clear from the four solar cells, covers almost the sunlight spectrum can be expected to be a high efficiency. また、本多接合太陽電池によれば、前述した多接合太陽電池に比較して、より短波長側に量子効率曲線が伸びており、更に高効率になることが期待できる。 The present according to the multi-junction solar cell, compared to a multi-junction solar cell described above, extends the quantum efficiency curves to a shorter wavelength side, it is expected that further comprising a high efficiency.

[製造方法] [Production method]
次に、本発明における多接合太陽電池の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a multijunction solar cell of the present invention. 以下では、前述した多接合太陽電池の製造法について説明する。 Hereinafter, description will be given of a manufacturing method of the multi-junction solar cell described above.

[製造方法例1] [Production Method Example 1]
はじめに、製造方法例1について、図7A〜図7Dを用いて説明する。 First, a method for manufacturing Example 1 will be described with reference to FIGS 7A~ Figure 7D. まず、図7Aに示すように、導電型がp型とされたシリコン基板701を用意する。 First, as shown in FIG. 7A, conductivity type is prepared a silicon substrate 701 which is a p-type. 次に、図7Bに示すように、シリコン基板701の主表面にn + −Si層702を形成し、シリコン基板701の裏面に、BSF層703およびトンネル接合層704を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, the n + -Si layer 702 is formed on the main surface of the silicon substrate 701, the back surface of the silicon substrate 701 to form a BSF layer 703 and the tunnel junction layer 704. このように各層が形成されたシリコン基板701により、第1太陽電池セルが構成される。 Thus the silicon substrate 701 each layer is formed, constitute a first solar cell.

ここで、BSF層703は、シリコン基板701で生成した小数キャリアである電子の実効的な拡散長を増大させる。 Here, BSF layer 703 increases the effective diffusion length of the electrons, which are minority carriers generated in the silicon substrate 701. また、トンネル接合層704は、BSF層703と組み合わせることで、後述する第2太陽電池セルとのトンネル接合を形成する。 Further, the tunnel junction layer 704, combined with the BSF layer 703, a tunnel junction between the second solar cell to be described later. このトンネル接合により、第1太陽電池セルと第2太陽電池セルとを、電気的に損失なく接続することができる。 The tunnel junction, the first solar cell and the second solar cells can be connected electrically without losses.

各不純物の導入層は、まず、シリコン基板701の裏に、高濃度にp型不純物の導入を行うことで、BSF層703を形成する。 Introducing layers of each impurity is first on the back of the silicon substrate 701, by the introduction of the p-type impurity at a high concentration, to form a BSF layer 703. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にp型不純物を導入したp + −Si層であるBSF層703を形成すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be formed BSF layer 703 is a p + -Si layer obtained by introducing a p-type impurity at a high concentration. 次に、シリコン基板701の主表面および裏面に高濃度にn型不純物の導入を行うことで、n + −Si層702およびトンネル接合層704を形成する。 Then, by performing the introduction of n-type impurities into the main surface and a high concentration on the rear surface of the silicon substrate 701 to form an n + -Si layer 702 and the tunnel junction layer 704. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にn型不純物を導入すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be introduced n-type impurity at a high concentration.

次に、図7Cに示すように、n + −Si層702の上に、高濃度にp型不純物が導入されたGaPからなるトンネル接合層711、組成傾斜層712、p型不純物が導入されたInGaPからなるp−InGaP層713、および高濃度にn型不純物が導入されたInGaPからなるn + −InGaP層714を、順次形成する。 Next, as shown in FIG. 7C, on the n + -Si layer 702, the high-concentration p-type impurity introduced into the made of GaP tunnel junction layer 711, the composition gradient layer 712, p-type impurity is introduced the p-InGaP layer 713, and the high-concentration n-type impurity is composed of introduced InGaP to n + -InGaP layer 714 made of InGaP, are sequentially formed. 組成傾斜層712は、GaPからバンドギャップエネルギー1.8eVとなるInGaPまでIII族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、p型不純物を導入してp型としている。 Composition gradient layer 712 is a layer gradually changing the composition ratio of group III elements of GaP to InGaP as the band gap energy 1.8 eV, and a p-type by introducing a p-type impurity.

トンネル接合層711とn + −Si層702との間にはトンネル接合が形成され、Siで構成された第1太陽電池セルとInGaPで構成された第3太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 It is formed tunnel junction, and a third solar cell formed by the first solar cell and the InGaP comprised of Si, electrical loss between the tunnel junction layer 711 and the n + -Si layer 702 not able to connect. また、GaPとSiとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でGaPを堆積することが可能であることが利点である。 The lattice constant difference between the GaP and Si is small, because of the so-called lattice-matched, it is an advantage it is possible to deposit the GaP high-quality state. また、n + −InGaN層714は、この上面にnコンタクト電極を形成するための層(n型コンタクト層)である。 Further, n + -InGaN layer 714 is a layer for forming the n-contact electrode on the upper surface (n-type contact layer).

次に、図7Dに示すように、シリコン基板701の裏面側のトンネル接合層704に、組成傾斜層721、p形の不純物が導入されたGeからなるp−Ge層722、およびp型の不純物が高濃度に導入されたGeからなるp + −Ge層723を順次形成する。 Next, as shown in FIG. 7D, the tunnel junction layer 704 on the back surface side of the silicon substrate 701, p-Ge layer 722 made of Ge compositional gradient layer 721, p-type impurity is introduced, and a p-type impurity There are formed successively p + -Ge layer 723 made of Ge introduced at a high concentration. 組成傾斜層721は、n型不純物が導入され、SiとGeの混合比率をトンネル接合層704から離れるに従って(p−Ge層722に向かって)徐々に変化させた層である。 Composition gradient layer 721, n-type impurities are introduced, the mixture ratio of Si and Ge (toward the p-Ge layer 722) as the distance from the tunnel junction layer 704 is a layer that gradually changed.

トンネル接合層704と組成傾斜層721との間にはトンネル接合が形成され、シリコンで構成された第1太陽電池セルとGeで構成された第2太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 It is formed a tunnel junction between the tunnel junction layer 704 and the graded composition layer 721, and a second solar cell formed by the first solar cell and Ge, which is made of silicon, electrical losses without connection it can. また、p + −Ge層723は、BSF層であるとともにpコンタクト電極を形成するためのpコンタクト層の機能を有する。 Further, p + -Ge layer 723 has a function of p-contact layer for forming a p-contact electrode with a BSF layer.

上述した製造方法では、第1太陽電池セルを構成しているシリコン基板の主表面の側に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料(InGaP)で構成される第3太陽電池セルを形成し、シリコン基板の裏面(下面)側にシリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい材料(Ge)で構成される第2太陽電池セルを形成する例を示した。 In the above-described manufacturing method, the side of the main surface of the silicon substrate constituting the first solar cell, forming a third solar cell composed of a material having a large band gap energy than silicon (InGaP), an example of forming a second solar cell composed of a back surface of the silicon substrate (lower surface) smaller band gap energy than silicon side material (Ge). また、同様な工程により、シリコン基板の主表面側に第2太陽電池セルを形成し、シリコン基板の裏面側に第3太陽電池セルを形成してもよい。 Further, by the same process, the second solar cell is formed on the main surface of the silicon substrate may be formed of the third solar cell on the back side of the silicon substrate.

また、上述した製造方法では、シリコン基板の主表面側にn型コンタクト層を配置し、シリコン基板裏面側にp型コンタクト層を配置する例を示したが、これに限るものではない。 In the manufacturing method described above, the n-type contact layer disposed on the main surface of the silicon substrate, the example of arranging the p-type contact layer on a silicon substrate backside, not limited to this. シリコン基板の主表面側にp型コンタクト層を配置し、裏面側にn型コンタクト層を配置してもよい。 The p-type contact layer disposed on the main surface of the silicon substrate, may be disposed an n-type contact layer on the back side. 更に、上述では、p型シリコン基板を用いるなど、太陽電池セルとしての吸収層に対応する領域をp型とした例を示したが、これに限るものではない。 Further, in the above, such as a p-type silicon substrate, but the region corresponding to the absorption layer of a solar cell shows an example in which a p-type, but not limited thereto. n型シリコン基板を用いるなどして吸収層に相当する領域をn型にすることも可能である。 It is also possible to a region corresponding to the absorption layer, such as using the n-type silicon substrate in the n-type. あるいは、第2太陽電池セル、第1太陽電池セル、第3太陽電池セルの各々において、吸収層の導電型を任意に選択することも可能である。 Alternatively, the second solar cell, the first solar cell in each of the third solar cell, it is possible to arbitrarily select the conductivity type of the absorber layer. また、いずれかの、もしくはすべての太陽電池セルにおいて(実用上はトップセルにおいて)、吸収層領域に導電性不純物を導入せずにいわゆるp−i−n構造としてもよい。 Furthermore, (in practice the top cell) either, or in all of the solar cell may be a so-called p-i-n structure without introducing conductive impurities into absorbent layer region.

上述した製造方法では、トンネル接合の形成について、第3太陽電池セル〜第1太陽電池セルの間は、p + −GaP/n + −Siとヘテロ接合でトンネル接合を形成している。 In the above-described manufacturing method, the formation of tunnel junction, during a third solar cells - first solar cell forms a tunnel junction with p + -GaP / n + -Si and heterozygotes. また、第1太陽電池セル〜第2太陽電池セルの間は、p + −Si/n + −Siとシリコン基板側にホモ接合でトンネル接合を形成した。 Further, between the first solar cell-second solar cells to form a tunnel junction with p + -Si / n + -Si and the silicon substrate side homozygous. しかしながらこれに限るものではなく、例えば、第3太陽電池セル〜第1太陽電池セルの間をp + −GaP/n + −GaPとホモ接合のトンネル接合にしてもよい。 However the present invention is not limited to this, for example, between the third solar cells - first solar cell may be a tunnel junction p + -GaP / n + -GaP and homozygous. また、第1太陽電池セル〜第3太陽電池セルの間は、p + −Ge/n + −Siとヘテロ接合のトンネル接合にしてもよく、また、p + −Ge/n + −Geというホモ接合のトンネル接合にしてもよい。 Further, between the first solar cell to third solar cell may be a tunnel junction p + -Ge / n + -Si and heterozygous, also homopolymers of p + -Ge / n + -Ge it may be a tunnel junction of the junction.

更に、第3太陽電池セル〜第1太陽電池セルの間を、GaPよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料(例えば、AlP)でトンネル接合を形成すると、電気的な損失がないだけでなく光学的な損失も回避することができ、変換効率向上のためには非常に有効である。 Further, between the third solar cells - first solar cell, a material having a high (e.g., AlP) of the band gap energy than the GaP to form a tunnel junction, the optical well without electrical losses loss can be avoided, because of the conversion efficiency is very effective. 同じ理由で、第1太陽電池セル〜第2太陽電池セルの間も、Siよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料(例えばGaP)でトンネル接合を形成すると、電気的・光学的な損失のない接続が可能となり、変換効率向上のためには非常に有効である。 For the same reason, between the first solar cell-second solar cell is also to form a tunnel junction material having a large band gap energy than Si (e.g. GaP), there is no electrical and optical losses connected possible and will, for the conversion efficiency is very effective.

[製造方法例2] [Production Method Example 2]
次に、製造方法例2について、図8A〜図8Fを用いて説明する。 Next, a method of manufacturing Example 2 will be described with reference to FIG. 8A~ Figure 8F. まず、図8Aに示すように、導電型がp型とされたシリコン基板(第1シリコン基板)801を用意する。 First, as shown in FIG. 8A, conductivity type is prepared a silicon substrate (first silicon substrate) 801 and p-type. 次に、図8Bに示すように、シリコン基板801の主表面にn + −Si層802を形成し、シリコン基板801の裏面に、BSF層803およびn + −Si層804を形成する。 Next, as shown in FIG. 8B, the n + -Si layer 802 is formed on the main surface of the silicon substrate 801, the back surface of the silicon substrate 801 to form a BSF layer 803 and the n + -Si layer 804. シリコン基板801とn + −Si層802とにより、第1太陽電池セルが構成される。 The silicon substrate 801 and the n + -Si layer 802, is formed first solar cell. また、BSF層803は、シリコン基板801で生成した小数キャリアである電子の実効的な拡散長を増大させる。 Also, BSF layer 803 increases the effective diffusion length of the electrons, which are minority carriers generated in the silicon substrate 801. また、n + −Si層804は、BSF層803と組み合わせることで、後述する第2太陽電池セルとのトンネル接合を形成する。 Further, n + -Si layer 804, combined with the BSF layer 803, a tunnel junction between the second solar cell to be described later. このトンネル接合により、第1太陽電池セルと第2太陽電池セルとを、電気的に損失なく接続することができる。 The tunnel junction, the first solar cell and the second solar cells can be connected electrically without losses.

各不純物の導入層は、まず、シリコン基板801の裏に、高濃度にp型不純物の導入を行うことで、BSF層803を形成する。 Introducing layers of each impurity is first on the back of the silicon substrate 801, by the introduction of the p-type impurity at a high concentration, to form a BSF layer 803. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にp型不純物を導入したp + −Si層であるBSF層803を形成すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be formed BSF layer 803 is a p + -Si layer obtained by introducing a p-type impurity at a high concentration. 次に、シリコン基板801の主表面および裏面に高濃度にn型不純物の導入を行うことで、n + −Si層802およびn + −Si層804を形成する。 Then, by performing the introduction of n-type impurities into the main surface and a high concentration on the rear surface of the silicon substrate 801 to form an n + -Si layer 802 and n + -Si layer 804. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にn型不純物を導入すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be introduced n-type impurity at a high concentration.

次に、図8Cに示すように、n + −Si層802の上に、高濃度にp型不純物が導入されたGaPからなるトンネル接合層811、組成傾斜層812、p型不純物が導入されたInGaPからなるp−InGaP層813、および高濃度にn型不純物が導入されたInGaPからなるn + −InGaP層814を、順次形成する。 Next, as shown in FIG. 8C, on the n + -Si layer 802, the high-concentration p-type impurity introduced into the made of GaP tunnel junction layer 811, the composition gradient layer 812, p-type impurity is introduced the p-InGaP layer 813 n + -InGaP layer 814 n-type impurities consisting introduced InGaP and a high concentration, consisting InGaP, are sequentially formed. 組成傾斜層812は、GaPからバンドギャップエネルギー1.8eVとなるInGaPまでIII族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、p型不純物を導入してp型としている。 Composition gradient layer 812 is a layer gradually changing the composition ratio of group III elements of GaP to InGaP as the band gap energy 1.8 eV, and a p-type by introducing a p-type impurity.

トンネル接合層811とn + −Si層802との間にはトンネル接合が形成され、Siで構成された第1太陽電池セルとInGaPで構成された第3太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 It is formed tunnel junction, and a third solar cell formed by the first solar cell and the InGaP comprised of Si, electrical loss between the tunnel junction layer 811 and the n + -Si layer 802 not able to connect. また、GaPとSiとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でGaPを堆積することが可能であることが利点である。 The lattice constant difference between the GaP and Si is small, because of the so-called lattice-matched, it is an advantage it is possible to deposit the GaP high-quality state. また、n + −InGaN層814は、この上面にnコンタクト電極を形成するための層(n型コンタクト層)である。 Further, n + -InGaN layer 814 is a layer for forming the n-contact electrode on the upper surface (n-type contact layer).

以上の第1太陽電池セルおよび第3太陽電池セルの製造については、前述した製造方法例1と同様である。 Above for the preparation of the first solar cell and the third solar cell is the same as the manufacturing method Example 1 described above. この製造方法では、次に説明するように、第2太陽電池セルを別の基板に作製する。 In this manufacturing method, as described below, to produce a second solar cell on another substrate.

まず、図8Dに示すように、高濃度にn型の不純物が導入された低抵抗のシリコン基板(第2シリコン基板)820を用意する。 First, as shown in FIG. 8D, providing a silicon substrate (second silicon substrate) 820 of a low resistance n-type impurity is introduced at a high concentration. 次に、図8Eに示すように、シリコン基板820の主表面に、組成傾斜層821、p形の不純物が導入されたGeからなるp−Ge層822、およびp型の不純物が高濃度に導入されたGeからなるp + −Ge層823を順次形成する。 Next, as shown in FIG. 8E, the main surface of the silicon substrate 820, introducing the impurity of high concentration of p-Ge layer 822, and p-type consisting of Ge composition gradient layer 821, p-type impurity is introduced sequentially forming a p + -Ge layer 823 consisting been Ge. 組成傾斜層821は、n型の不純物が導入され、SiとGeの混合比率をシリコン基板820から離れるに従って(p−Ge層822に向かって)徐々に変化させた層である。 Composition gradient layer 821, n-type impurities are introduced, the mixture ratio of Si and Ge (toward the p-Ge layer 822) as the distance from the silicon substrate 820 is a layer that gradually changed. + −Ge層823は、BSF層であるとともにpコンタクト電極を形成するためのpコンタクト層の機能を有する。 p + -Ge layer 823 has a function of p-contact layer for forming a p-contact electrode with a BSF layer. なお、後述するように、シリコン基板820が、トンネル接合層として機能する。 As described later, the silicon substrate 820 functions as a tunnel junction layer.

次に、図8Fに示すように、シリコン基板801の裏面(n + −Si層804)にシリコン基板820の裏面を当接させて両者を貼り合わせる。 Next, as shown in FIG. 8F, by contacting the back surface of the silicon substrate 820 on the back surface of the silicon substrate 801 (n + -Si layer 804) bonded to both. このように貼り合わせることで、n + −Si層804とシリコン基板820とでトンネル接合層が構成され、シリコンで構成された第1太陽電池セルとGeで構成された第2太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 By bonding this manner, n + tunnel junction layer between -Si layer 804 and the silicon substrate 820 is formed, and a second solar cell formed by the first solar cell and Ge, which is made of silicon It can be connected without electrical losses. なお、シリコン基板820は、ここにおける光学的な損失を低減するために、可能な範囲で薄くすることが望ましい。 The silicon substrate 820, in order to reduce optical losses in this case, it is desirable to thin the extent possible. 例えば、貼り合わせる前にシリコン基板820を研磨により薄層化しておけば、変換効率の向上により有効である。 For example, by polishing the silicon substrate 820 before bonding if and thin layer, is effective by improving the conversion efficiency.

製造方法例2では、InGaPで構成された第3太陽電池セル側の最表面をn +層、Geで構成された第2太陽電池セル側の最表面をp +層としたが、逆の組み合わせにしても全く問題はない。 In the production method Example 2, the outermost n + layer of the third solar cell side comprised of InGaP, although the outermost surface of the second solar cell side containing Ge and the p + layer, opposite combination there is no problem even if the. また、トンネル接合の形成や単一セルの構造をp−i−n構造にするといったことについては、製造方法例1で説明した様々なバリエーションがこの製造方法例2にも適用可能であることは言うまでもない。 Also, about such a structure of the formation and single cell of tunnel junction p-i-n structure, that various variations as described in the manufacturing method Example 1 is also applicable to the manufacturing process example 2 needless to say.

[製造方法例3] [Production Method Example 3]
次に、製造方法例3について、図9A〜図9Fを用いて説明する。 Next, a method of manufacturing Example 3 will be described with reference to FIGS 9A~ Figure 9F. まず、図9Aに示すように、導電型がp型とされたシリコン基板(第1シリコン基板)901を用意する。 First, as shown in FIG. 9A, conductivity type is prepared a silicon substrate (first silicon substrate) 901 which is a p-type. 次に、図9Bに示すように、シリコン基板901の主表面にp + −SiからなるBSF層903およびn + −Siからなるトンネル接合層904を形成し、シリコン基板901の裏面に、n + −Si層902を形成する。 Next, as shown in FIG. 9B, a tunnel junction layer 904 made of BSF layers 903 and n + -Si consisting p + -Si the main surface of the silicon substrate 901 is formed on the back surface of the silicon substrate 901, n + forming a -Si layer 902. これらが第1太陽電池セルとなる。 These is the first solar cell.

各不純物の導入層は、まず、シリコン基板901の主表面に、高濃度にp型不純物の導入を行うことで、BSF層903を形成する。 Introducing layers of each impurity is first the main surface of the silicon substrate 901, by the introduction of the p-type impurity at a high concentration, to form a BSF layer 903. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にp型不純物を導入したp + −Si層であるBSF層903を形成すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be formed BSF layer 903 is a p + -Si layer obtained by introducing a p-type impurity at a high concentration. 次に、シリコン基板901の主表面および裏面に高濃度にn型不純物の導入を行うことで、n + −Si層902およびトンネル接合層904を形成する。 Then, by performing the introduction of n-type impurities into the main surface and a high concentration on the rear surface of the silicon substrate 901 to form an n + -Si layer 902 and the tunnel junction layer 904. 例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にn型不純物を導入すればよい。 For example, thermal diffusion, by a technique such as ion implantation or epitaxial growth, may be introduced n-type impurity at a high concentration.

次に、図9Cに示すように、シリコン基板901の主表面側のトンネル接合層904の上に、組成傾斜層921、p形の不純物が導入されたGeからなるp−Ge層922、およびp型の不純物が高濃度に導入されたGeからなるp + −Ge層923を順次形成する。 Next, as shown in FIG. 9C, p-Ge layer 922 on the main surface side of the tunnel junction layer 904 of the silicon substrate 901, made of Ge compositional gradient layer 921, p-type impurity is introduced, and p sequentially forming a p + -Ge layer 923 -type impurity consists Ge introduced at a high concentration. 組成傾斜層921は、n型の不純物が導入され、SiとGeの混合比率をトンネル接合層904から離れるに従って(p−Ge層922に向かって)徐々に変化させた層である。 Composition gradient layer 921, n-type impurities are introduced, the mixture ratio of Si and Ge (toward the p-Ge layer 922) as the distance from the tunnel junction layer 904 is a layer gradually changed.

トンネル接合層904と組成傾斜層921との間にはトンネル接合が形成され、シリコンで構成された第1太陽電池セルとGeで構成された第2太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 It is formed a tunnel junction between the tunnel junction layer 904 and the graded composition layer 921, and a second solar cell formed by the first solar cell and Ge, which is made of silicon, electrical losses without connection it can. また、p + −Ge層923は、BSF層であるとともにpコンタクト電極を形成するためのpコンタクト層の機能を有する。 Further, p + -Ge layer 923 has a function of p-contact layer for forming a p-contact electrode with a BSF layer.

次に、以下に説明するように、第2太陽電池セルを別の基板に作製する。 Then, as described below, to produce a second solar cell on another substrate. まず、図9Dに示すように、高濃度にn型の不純物が導入された低抵抗のシリコン基板(第2シリコン基板)910を用意する。 First, as shown in FIG. 9D, it is prepared a silicon substrate (second silicon substrate) 910 of a low resistance n-type impurity is introduced at a high concentration.

次に、図9Eに示すように、シリコン基板910の上に、高濃度にp型不純物が導入されたGaPからなるトンネル接合層911、組成傾斜層912、p型不純物が導入されたInGaPからなるp−InGaP層913、および高濃度にn型不純物が導入されたInGaPからなるn + −InGaP層914を、順次形成する。 Next, as shown in FIG. 9E, on a silicon substrate 910, made of high-density tunnel junction layer 911 p-type impurities consisting introduced GaP, the composition gradient layer 912, p-type impurity is introduced InGaP the p-InGaP layer 913 n + -InGaP layer 914 n-type impurities consisting introduced InGaP and a high concentration, are sequentially formed. 組成傾斜層912は、GaPからバンドギャップエネルギー1.9eVとなるInGaPまでIII族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、p型不純物を導入してp型としている。 Composition gradient layer 912 is a layer gradually changing the composition ratio of group III elements of GaP to InGaP as the band gap energy 1.9 eV, and a p-type by introducing a p-type impurity.

トンネル接合層911とシリコン基板910との間にはトンネル接合が形成され、後述するシリコン基板901とシリコン基板910との接合により、Siで構成された第1太陽電池セルとInGaPで構成された第3太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 It is formed a tunnel junction between the tunnel junction layer 911 and the silicon substrate 910, first by bonding the silicon substrate 901 and the silicon substrate 910 to be described later, is composed of a first solar cell and the InGaP comprised of Si 3 and the solar battery cells can be connected electrically without loss. また、GaPとSiとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でGaPを堆積することが可能であることが利点である。 The lattice constant difference between the GaP and Si is small, because of the so-called lattice-matched, it is an advantage it is possible to deposit the GaP high-quality state. また、n + −InGaN層914は、この上面にnコンタクト電極を形成するための層(n型コンタクト層)である。 Further, n + -InGaN layer 914 is a layer for forming the n-contact electrode on the upper surface (n-type contact layer).

次に、図9Fに示すように、シリコン基板901の裏面(n + −Si層902)にシリコン基板910の裏面を当接させて両者を貼り合わせる。 Next, as shown in FIG. 9F, bonded to both abut against the back surface of the silicon substrate 910 on the back surface of the silicon substrate 901 (n + -Si layer 902). このように貼り合わせることで、n + −Si層901とシリコン基板910とでトンネル接合層が構成され、シリコンで構成された第1太陽電池セルとInGaPで構成された第3太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。 By bonding this manner, n + tunnel junction layer between -Si layer 901 and the silicon substrate 910 is formed, and a third solar cell formed by the first solar cell and the InGaP made of silicon It can be connected without electrical losses. なお、シリコン基板910は、ここにおける光学的な損失を低減するために、可能な範囲で薄くすることが望ましい。 The silicon substrate 910, in order to reduce optical losses in this case, it is desirable to thin the extent possible. 例えば、貼り合わせる前にシリコン基板910を研磨により薄層化しておけば、変換効率の向上により有効である。 For example, by polishing the silicon substrate 910 before bonding if and thin layer, is effective by improving the conversion efficiency.

この製造方法例3では、第3太陽電池セル側の最表面をn +層、第2太陽電池セル側の最表面をp +層としたが、逆の組み合わせにしても全く問題はない。 In the manufacturing process Example 3, the outermost surface n + layer of the third solar cell side, but the outermost surface of the second solar cell side was p + layer, there is no problem even if the reverse combination. また、トンネル接合の形成や単一セルの構造をp−i−n構造にするなど、製造方法例1で説明した様々なバリエーションが、製造方法例3でも有効であることは言うまでもない。 Further, such a structure of the formation and single cell of tunnel junction p-i-n structure, many variations described in Production Method Example 1, it is needless to say that effective even manufacturing process Example 3.

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, without departing from the teachings of the present invention, by those skilled in the art, many variations and combinations are feasible it is obvious. 例えば、前述では、3つおよび4つの太陽電池セルから構成した多接合太陽電池について説明したが、これに限るものではなく、更に多くの太陽電池セルから構成した多接合太陽電池であっても同様である。 For example, the above has described the multijunction solar cell composed of three and four solar cells is not limited thereto, be a multi-junction solar cell constituted from more solar cells similar it is.

また、シリコンよりもバンドギャップの大きい材料として、InGaP,InGaN,およびInAlNを例示したが、これに限るものではなく、これ以外の材料でも本発明の効果を当然実現できる。 Further, as the material having a large band gap than silicon, InGaP, InGaN, and is exemplified InAlN, not limited to this, of course possible to realize effects of the present invention in other materials. 更に、シリコンよりもバンドギャップの小さい材料として、GeおよびInNを例示したが、これ以外の材料でも本発明の効果を実現できる。 Further, as the material having a small band gap than silicon, it has been illustrated Ge and InN, can achieve the effect of the present invention in other materials.

また、例えば、前述した製造方法例では、シリコン基板上に第3太陽電池セルや第2太陽電池セルを形成する際の工程として、エピタキシャル成長など、基板上に堆積する手法を採ったが、例えば、GaAs基板上にInGaPから構成された第3太陽電池セルの構造を堆積した後、シリコン基板上へ貼り合わせ、この後GaAs基板を除去するようにしてもよい。 Further, for example, in the manufacturing method examples described above, as a step in forming a third solar cell and a second solar cell on a silicon substrate, such as epitaxial growth, but adopted a method of depositing on a substrate, for example, after depositing the structure of the third solar cell constructed of InGaP on a GaAs substrate, bonded to the silicon substrate may be removed after this GaAs substrate. また、Geで構成した第2太陽電池セルに関しては、Ge基板を用いてセルを作製した後にシリコン基板に貼り付けるようにしてもよい。 As for the second solar cell constituted by Ge, it may be pasted on a silicon substrate after forming the cell by using the Ge substrate.

101…第1太陽電池セル、102…第2太陽電池セル、103…第3太陽電池セル。 101 ... first solar cell, 102 ... second solar cell, 103 ... third solar cells.

Claims (2)

  1. 第1シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第1太陽電池セルを作製する工程と、 A step of preparing a first photovoltaic cell configured of silicon on a main surface of the first silicon substrate,
    前記第1太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成された第2太陽電池セルを積層する工程と、 On the first solar cell, laminating the second solar cell constructed from smaller first material having a band gap energy than silicon,
    第2シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成された第3太陽電池セルを積層する工程と、 On the main surface of the second silicon substrate, laminating a third solar cell constructed from a large second material having a band gap energy than silicon,
    前記第1シリコン基板の裏面と前記第2シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程と を少なくとも備えることを特徴とする多接合太陽電池の製造方法。 Method of manufacturing a multijunction solar cell, characterized in that it comprises at least a step of bonding the rear surface of the second silicon substrate and the back surface of the first silicon substrate.
  2. 第1シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第1太陽電池セルを作製する工程と、 A step of preparing a first photovoltaic cell configured of silicon on a main surface of the first silicon substrate,
    第2シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第1材料から構成された第2太陽電池セルを積層する工程と、 On the main surface of the second silicon substrate, laminating a second solar cell that is composed of a small first material having a band gap energy than silicon,
    前記第1太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第2材料から構成された第3太陽電池セルを積層する工程と、 On the first solar cell, laminating the third solar cell constructed from a large second material having a band gap energy than silicon,
    前記第1シリコン基板の裏面と前記第2シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程と を少なくとも備えることを特徴とする多接合太陽電池の製造方法。 Method of manufacturing a multijunction solar cell, characterized in that it comprises at least a step of bonding the rear surface of the second silicon substrate and the back surface of the first silicon substrate.
JP2011047418A 2011-03-04 2011-03-04 Method of manufacturing a multi-junction solar cells Active JP5548908B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011047418A JP5548908B2 (en) 2011-03-04 2011-03-04 Method of manufacturing a multi-junction solar cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011047418A JP5548908B2 (en) 2011-03-04 2011-03-04 Method of manufacturing a multi-junction solar cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012186265A JP2012186265A (en) 2012-09-27
JP5548908B2 true JP5548908B2 (en) 2014-07-16

Family

ID=47016082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011047418A Active JP5548908B2 (en) 2011-03-04 2011-03-04 Method of manufacturing a multi-junction solar cells

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5548908B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5669228B2 (en) * 2013-05-08 2015-02-12 日本電信電話株式会社 Multijunction solar cell and manufacturing method thereof
JP2015050367A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 日本電信電話株式会社 Solar battery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196620A (en) * 2000-01-11 2001-07-19 Toyota Motor Corp Tandem solar battery
DE112008002387T5 (en) * 2007-09-07 2010-06-24 Amberwave Systems Corp. Multijunction solar cells
JP5360818B2 (en) * 2009-06-05 2013-12-04 国立大学法人福井大学 Tandem solar cell and its production methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012186265A (en) 2012-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bett et al. III-V compounds for solar cell applications
CN101136444B (en) Photovotic device, its manufacture method and solar cells incorporating same
US8735202B2 (en) High-efficiency, monolithic, multi-bandgap, tandem, photovoltaic energy converters
JP3318658B2 (en) High-efficiency solar cell and a method of manufacturing the same
CN101183689B (en) Graded hybrid amorphous silicon nanowire solar cells
US6340788B1 (en) Multijunction photovoltaic cells and panels using a silicon or silicon-germanium active substrate cell for space and terrestrial applications
US8227689B2 (en) Solar cells having a transparent composition-graded buffer layer
EP1134813A2 (en) Multijunction photovoltaic cell with thin first (top) subcell and thick second subcell of same or similar semiconductor material
KR101093588B1 (en) Multi-junction solar cells
US7122733B2 (en) Multi-junction photovoltaic cell having buffer layers for the growth of single crystal boron compounds
US5853497A (en) High efficiency multi-junction solar cells
ES2340645B2 (en) amorfocristalinas nanostructured solar cells in tandem.
JP5425480B2 (en) Heterojunction subcells in inverted metamorphic multijunction solar cell
CN106206780B (en) Based nanowire solar cell structure
JP3657143B2 (en) Solar cell and a method of manufacturing the same
US20090272438A1 (en) Strain Balanced Multiple Quantum Well Subcell In Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cell
US7977568B2 (en) Multilayered film-nanowire composite, bifacial, and tandem solar cells
US20100093127A1 (en) Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cell Mounted on Metallized Flexible Film
US20100132774A1 (en) Thin Film Silicon Solar Cell Device With Amorphous Window Layer
US7217882B2 (en) Broad spectrum solar cell
AU2007254673B2 (en) Nanowall solar cells and optoelectronic devices
CN101165925B (en) Solar cell structure with localized doping of cap layer
Dimroth et al. High-efficiency multijunction solar cells
US9214580B2 (en) Multi-junction solar cell with dilute nitride sub-cell having graded doping
US8895838B1 (en) Multijunction solar cell employing extended heterojunction and step graded antireflection structures and methods for constructing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130510

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130510

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131210

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140422

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140424

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5548908

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250