JPH02135786A - 太陽電池セル - Google Patents
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- JPH02135786A JPH02135786A JP63290990A JP29099088A JPH02135786A JP H02135786 A JPH02135786 A JP H02135786A JP 63290990 A JP63290990 A JP 63290990A JP 29099088 A JP29099088 A JP 29099088A JP H02135786 A JPH02135786 A JP H02135786A
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- Y—GENERAL 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は太陽電池セルに関し、特に、複数個の太陽電池
セルを直列接続して光発電に使用する際に、太陽電池セ
ルが一部影になった時に発生する太陽電池セルの逆電圧
破壊を防止できるとともに太陽電池モジュールの出力低
下を最小限にとどめることのできる太陽電池セルに関す
るものである。
セルを直列接続して光発電に使用する際に、太陽電池セ
ルが一部影になった時に発生する太陽電池セルの逆電圧
破壊を防止できるとともに太陽電池モジュールの出力低
下を最小限にとどめることのできる太陽電池セルに関す
るものである。
太陽電池セルは、基本的には１つのｐ−ｎ接合を有する
ダイオードである。そして、太陽電池セルを実際に発電
用として使用する際には、個々の素子の発電電圧が低い
ために複数個のセルを直列に接続し、全体の発生電圧が
所定の電圧になるようにして使用していた。しかし、こ
のような状態で、直列接続されたセルの一部が影になっ
た場合、影になったセルには、直列接続された他のセル
が発生する電圧が、太陽電池セルをダイオードとして見
た場合の逆方向電圧として印加されることになり、この
場合この影になったセルが電流を阻止するようになるた
め、太陽電池モジュールとしての出力は大幅に低下する
。さらには、この時に太陽電池セルの逆方向耐量が小さ
いと、破壊現象が起こり太陽電池セルとしての機能を低
下、若しくは消滅せしめることになる。
ダイオードである。そして、太陽電池セルを実際に発電
用として使用する際には、個々の素子の発電電圧が低い
ために複数個のセルを直列に接続し、全体の発生電圧が
所定の電圧になるようにして使用していた。しかし、こ
のような状態で、直列接続されたセルの一部が影になっ
た場合、影になったセルには、直列接続された他のセル
が発生する電圧が、太陽電池セルをダイオードとして見
た場合の逆方向電圧として印加されることになり、この
場合この影になったセルが電流を阻止するようになるた
め、太陽電池モジュールとしての出力は大幅に低下する
。さらには、この時に太陽電池セルの逆方向耐量が小さ
いと、破壊現象が起こり太陽電池セルとしての機能を低
下、若しくは消滅せしめることになる。
これを防止するためには、太陽電池セルの逆方向耐圧を
高めるか、若しくは直列段数の発生電圧が１セルの逆阻
止能力を越えない範囲毎に、太陽電池セルの接合と逆並
列に別途ダイオードを挿入し、素子に加えられる逆方向
電圧をバイパスする方法がある。
高めるか、若しくは直列段数の発生電圧が１セルの逆阻
止能力を越えない範囲毎に、太陽電池セルの接合と逆並
列に別途ダイオードを挿入し、素子に加えられる逆方向
電圧をバイパスする方法がある。
ここでまず、太陽電池セルの逆方向耐圧を高めることは
、ベース層の不純物濃度を下げることにより実現される
が、一般的に、太陽電池セルは浅いｐ−ｎ接合が必要で
あり、特に宇宙用太陽電池セルでは短波長感度を高める
ためにｐ−ｎ接合の深さは０．３〜０．５μｍ以下にす
る必要がある。
、ベース層の不純物濃度を下げることにより実現される
が、一般的に、太陽電池セルは浅いｐ−ｎ接合が必要で
あり、特に宇宙用太陽電池セルでは短波長感度を高める
ためにｐ−ｎ接合の深さは０．３〜０．５μｍ以下にす
る必要がある。
しかし、数百Ｖの逆耐圧を得るに必要な不純物濃度を有
するベース層に対して、このようなｐ−ｎ接合を拡散に
よって実現することは、実験的には可能であっても量産
的には困難である。さらに、ＧａＡｓ太陽電池セルにお
いては、結晶成長過程で０２等の不純物が混入すること
等により低不純物濃度のベース層を形成することは困難
であり、得られる逆耐圧はせいぜい数十Ｖである。この
ように、太陽電池セルの逆耐圧を高めることには限度が
あり、充電圧発電システムでの使用は困難であった。
するベース層に対して、このようなｐ−ｎ接合を拡散に
よって実現することは、実験的には可能であっても量産
的には困難である。さらに、ＧａＡｓ太陽電池セルにお
いては、結晶成長過程で０２等の不純物が混入すること
等により低不純物濃度のベース層を形成することは困難
であり、得られる逆耐圧はせいぜい数十Ｖである。この
ように、太陽電池セルの逆耐圧を高めることには限度が
あり、充電圧発電システムでの使用は困難であった。
また、上述のように太陽電池セルの接合と逆並列にダイ
オードを挿入し、素子に加えられる逆方向電圧をバイパ
スする方法は、システムとしては有効な方法であるが、
外部逆並列ダイオードのためのスペースが必要になるば
かりでなく、ダイオード接続によるコストアップにもつ
ながり、さらには部品数の増加によりシステムの信頼性
が低下することになる。特に、高信頼性を要求される宇
宙用等では、これは大きな問題である。
オードを挿入し、素子に加えられる逆方向電圧をバイパ
スする方法は、システムとしては有効な方法であるが、
外部逆並列ダイオードのためのスペースが必要になるば
かりでなく、ダイオード接続によるコストアップにもつ
ながり、さらには部品数の増加によりシステムの信頼性
が低下することになる。特に、高信頼性を要求される宇
宙用等では、これは大きな問題である。
そこで、他の方法として、太陽電池セル中に逆並列接続
された独立したダイオードを組み込んで形成することに
より、上述の外１部逆並列ダイオード挿入と同様の効果
を得る方法がある。そしてこのようにバイパスダイオー
ドを単体で内蔵するためには、一般的に太陽電池のｎ（
１））層とバイパスダイオードのｎ （ｐ）層とを電気
的に分離し、絶縁基板上に分離された２つの太陽電池構
造（ｐ−ｎ接合）を形成し、一方を太陽電池機能部、他
方をバイパスダイオード部として作用させることが考え
られている。例えば、第３図〜第５図は特開昭５７−２
０４１８０号公報に示されたこのような構造の太陽電池
素子を示す図であり、第１図は太陽電池の平面図、第２
図及び第３図は第１図のａ−ａ゛線及びｂ−ｂ’線の断
面図を示す。これら各図において、１はＧａＡｓ等の半
絶縁性基板であり、基板１上にはより広い一方の側にｎ
形のＧａＡｓ層２． ｐ形のＧａＡｓ層３．及びｐ形
のＡＩ ＧａＡ ｓ １８４が、また、より狭い他方
の側にｎ形のＧａＡｓ層５． ｐ形のＧａＡｓ層６．
及びｐ形のＡＪ ＧａＡｓ層７がそれぞれ形成されて
おり、ｎ形ＧａＡｓ層２ないしｐ形ＡＩ ＧａＡｓ層４
により太陽電池を、ｎ形ＧａＡｓ層５ないしｐ形ＡｌＧ
ａＡｓ層７により逆電圧防止ダイオードを構成している
。８は反射防止膜を兼ねた絶縁膜である。
された独立したダイオードを組み込んで形成することに
より、上述の外１部逆並列ダイオード挿入と同様の効果
を得る方法がある。そしてこのようにバイパスダイオー
ドを単体で内蔵するためには、一般的に太陽電池のｎ（
１））層とバイパスダイオードのｎ （ｐ）層とを電気
的に分離し、絶縁基板上に分離された２つの太陽電池構
造（ｐ−ｎ接合）を形成し、一方を太陽電池機能部、他
方をバイパスダイオード部として作用させることが考え
られている。例えば、第３図〜第５図は特開昭５７−２
０４１８０号公報に示されたこのような構造の太陽電池
素子を示す図であり、第１図は太陽電池の平面図、第２
図及び第３図は第１図のａ−ａ゛線及びｂ−ｂ’線の断
面図を示す。これら各図において、１はＧａＡｓ等の半
絶縁性基板であり、基板１上にはより広い一方の側にｎ
形のＧａＡｓ層２． ｐ形のＧａＡｓ層３．及びｐ形
のＡＩ ＧａＡ ｓ １８４が、また、より狭い他方
の側にｎ形のＧａＡｓ層５． ｐ形のＧａＡｓ層６．
及びｐ形のＡＪ ＧａＡｓ層７がそれぞれ形成されて
おり、ｎ形ＧａＡｓ層２ないしｐ形ＡＩ ＧａＡｓ層４
により太陽電池を、ｎ形ＧａＡｓ層５ないしｐ形ＡｌＧ
ａＡｓ層７により逆電圧防止ダイオードを構成している
。８は反射防止膜を兼ねた絶縁膜である。
そして、正側電極９によりｐ形ＡｌＧａＡｓ層４とｎ形
ＧａＡｓ層５が、負側電極１０によってｎ形ＧａＡｓ層
２とｐ形ＡＩ ＧａＡｓ層７とが接続されている。
ＧａＡｓ層５が、負側電極１０によってｎ形ＧａＡｓ層
２とｐ形ＡＩ ＧａＡｓ層７とが接続されている。
従って上記構成では、通常状態において、太陽電池を形
成しているｎ形ＧａＡｓ層２に負の電位、ｐ形ＧａＡｓ
層３に正の電位を発生するが、ｎ形ＧａＡｓ層５とｐ形
ＧａＡｓ層６で形成されたダイオードに対しては逆方向
となるために、このダイオードは太陽電池の動作に影響
することはなく、また、この状態で太陽電池に逆方向の
電圧、即ち、ｎ形ＧａＡｓ層２に正の電圧、ｐ形ＧａＡ
ｓ層３に負の電圧が印加されると、ｎ形ＧａＡｓ層５と
ｐ形ＧａＡｓ層６で形成されたダイオードにとってはそ
のｎ形ＧａＡｓ層６が負の電圧、ｐ形ＧａＡｓ層７が正
の電圧となって順方向となり、太陽電池のｎ形ＧａＡｓ
層２． Ｉ）形ＧａＡｓ層３にはダイオードの順方向
電圧降下分の電圧しか加わらず、結果的に太陽電池は逆
方向電圧に対してダイオードより保護されることとなる
。
成しているｎ形ＧａＡｓ層２に負の電位、ｐ形ＧａＡｓ
層３に正の電位を発生するが、ｎ形ＧａＡｓ層５とｐ形
ＧａＡｓ層６で形成されたダイオードに対しては逆方向
となるために、このダイオードは太陽電池の動作に影響
することはなく、また、この状態で太陽電池に逆方向の
電圧、即ち、ｎ形ＧａＡｓ層２に正の電圧、ｐ形ＧａＡ
ｓ層３に負の電圧が印加されると、ｎ形ＧａＡｓ層５と
ｐ形ＧａＡｓ層６で形成されたダイオードにとってはそ
のｎ形ＧａＡｓ層６が負の電圧、ｐ形ＧａＡｓ層７が正
の電圧となって順方向となり、太陽電池のｎ形ＧａＡｓ
層２． Ｉ）形ＧａＡｓ層３にはダイオードの順方向
電圧降下分の電圧しか加わらず、結果的に太陽電池は逆
方向電圧に対してダイオードより保護されることとなる
。
しかしながら、このような第３図ないし第５図に示す構
造の太陽電池セルの場合、基板１として半絶縁性基板を
用いているため、太陽電池機能部の受光面とは反対の電
極を基板裏面に形成することができず、絶縁基板上に形
成されたｎ型ＧａＡｓ層２の一部を受光面の一部に露出
させ、その上にｎ電極１０を形成する必要がある。この
ために大面積太陽電池セルの場合等には特に、ｎ型Ｇａ
Ａｓ層２の横方向抵抗により太陽電池の内部直列抵抗が
増大し、変換効率が低下することになる。
造の太陽電池セルの場合、基板１として半絶縁性基板を
用いているため、太陽電池機能部の受光面とは反対の電
極を基板裏面に形成することができず、絶縁基板上に形
成されたｎ型ＧａＡｓ層２の一部を受光面の一部に露出
させ、その上にｎ電極１０を形成する必要がある。この
ために大面積太陽電池セルの場合等には特に、ｎ型Ｇａ
Ａｓ層２の横方向抵抗により太陽電池の内部直列抵抗が
増大し、変換効率が低下することになる。
さらには、受光面の一部にｎ電極２を形成することによ
り、有効受光面積が減少して変換効率が低下することと
なる。また、０層２の一部を受光面の一部に露出させる
ためには、９層３のウェットエッチ等による選択的除去
に際してエツチング深さを厳密に制御しなければならな
いが、このように９層３と０層２とが同一材料で形成さ
れている場合には呈ッチングの深さの厳密な制御は非常
に困難であった。さらに太陽電池セルを複数個直列に接
続して使用する際には、表電極と外部コネクターとの溶
接箇所にかなり大きな入熱がかかり、部分的には５００
℃以上にも達することがある。
り、有効受光面積が減少して変換効率が低下することと
なる。また、０層２の一部を受光面の一部に露出させる
ためには、９層３のウェットエッチ等による選択的除去
に際してエツチング深さを厳密に制御しなければならな
いが、このように９層３と０層２とが同一材料で形成さ
れている場合には呈ッチングの深さの厳密な制御は非常
に困難であった。さらに太陽電池セルを複数個直列に接
続して使用する際には、表電極と外部コネクターとの溶
接箇所にかなり大きな入熱がかかり、部分的には５００
℃以上にも達することがある。
しかしながら、Ｇ ａ Ａ ｓ太陽電池の場合では太陽
電池セル機能部のｐ−ｎ接合の深さは上述のように０．
５μｍ程度が限度であり、入熱によりｐ−ｎ接合がダメ
ージを受けて特性が劣化したり、ＧａＡｓのクラックの
発生が起き易いなどの問題点があり、溶接条件上の制約
が多かった。
電池セル機能部のｐ−ｎ接合の深さは上述のように０．
５μｍ程度が限度であり、入熱によりｐ−ｎ接合がダメ
ージを受けて特性が劣化したり、ＧａＡｓのクラックの
発生が起き易いなどの問題点があり、溶接条件上の制約
が多かった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、同一半導体基板内に逆並列ダイオードを内
蔵するとともに、逆並列ダイオードの起電力発生を防止
でき、高効率の太陽電池セルを簡単なプロセスにより実
現し得る太陽電池セルを提供することを目的とする。
れたもので、同一半導体基板内に逆並列ダイオードを内
蔵するとともに、逆並列ダイオードの起電力発生を防止
でき、高効率の太陽電池セルを簡単なプロセスにより実
現し得る太陽電池セルを提供することを目的とする。
この発明に係る太陽電池セルは、第１導電型の半導体基
板の太陽電池機能部形成面側の一部に、逆並列ダイオー
ドとして第２導電形の第１半導体層を形成した後、逆並
列ダイオード部を除いた基板表面に第２導電型の第２半
導体層、第１導電型の第３半導体層を順次形成して太陽
電池機能部を形成する。このとき、半導体基板表面と太
陽電池機能部とのｐ−ｎ接合を逆方向電圧阻止能がほと
んど無い接合とする。さらに逆並列ダイオード部全面を
覆うように第３半導体層と第１半導体層を電気的に接続
する表面層電極金属層を形成するとともに、基板裏面に
他方の電極を形成するようにしたものである。
板の太陽電池機能部形成面側の一部に、逆並列ダイオー
ドとして第２導電形の第１半導体層を形成した後、逆並
列ダイオード部を除いた基板表面に第２導電型の第２半
導体層、第１導電型の第３半導体層を順次形成して太陽
電池機能部を形成する。このとき、半導体基板表面と太
陽電池機能部とのｐ−ｎ接合を逆方向電圧阻止能がほと
んど無い接合とする。さらに逆並列ダイオード部全面を
覆うように第３半導体層と第１半導体層を電気的に接続
する表面層電極金属層を形成するとともに、基板裏面に
他方の電極を形成するようにしたものである。
本発明の太陽電池セルにおいては、逆並列ダイオード部
を表面層電極金属層で覆うようにしたので、逆並列ダイ
オードの接合部分に到達可能な光発電に寄与する波長の
光を完全に遮断することができ、逆導通太陽電池セルに
於ける逆並列ダイオードの起電力発生の防止が可能とな
る。また、直列接続された太陽電池セルの一部が影にな
った場合には、逆並列ダイオード部が順バイアスされる
ので、太陽電池セルとして本来の機能を有するｐ−ｎ接
合に逆電圧が印加されるのを防止できる。
を表面層電極金属層で覆うようにしたので、逆並列ダイ
オードの接合部分に到達可能な光発電に寄与する波長の
光を完全に遮断することができ、逆導通太陽電池セルに
於ける逆並列ダイオードの起電力発生の防止が可能とな
る。また、直列接続された太陽電池セルの一部が影にな
った場合には、逆並列ダイオード部が順バイアスされる
ので、太陽電池セルとして本来の機能を有するｐ−ｎ接
合に逆電圧が印加されるのを防止できる。
また、逆並列ダイオードは、基板内にｐ−ｎ接合を配す
ることによる電気的な分離により形成したので、逆並列
ダイオード作成の工程を大幅に簡略化できる。また、さ
らには逆並列ダイオード上の電極部は外部コネクター溶
接箇所に使用でき、有効受光面積の減少を防止できる。
ることによる電気的な分離により形成したので、逆並列
ダイオード作成の工程を大幅に簡略化できる。また、さ
らには逆並列ダイオード上の電極部は外部コネクター溶
接箇所に使用でき、有効受光面積の減少を防止できる。
以下、本発明の一実施例をＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池セル
を例にとって説明する。
を例にとって説明する。
第１図は本発明の一実施例による太陽電池セルの断面構
造を示す図であり、図において、１００はｐ形Ｇｅ層、
１０２はｐ形Ｇｅ層１００の主表面に形成されたｎ形Ｇ
ｅ層、２０１はｎ形ＧａＡＳ高濃度不純物層、２０２は
格子整合層、２０３はｎ形ＧａＡｓ層、２０４はｐ形Ｇ
ａＡｓ層、２０５はＡＩ ＧａＡｓＦ３！、３０１は
選択拡散用マスク、３０２は反射防止膜、４０１は太陽
電池セルルミ極、４０２は太陽電池セルルミ極（溶接電
極）、４０３は太陽電池セルｎ電極である。
造を示す図であり、図において、１００はｐ形Ｇｅ層、
１０２はｐ形Ｇｅ層１００の主表面に形成されたｎ形Ｇ
ｅ層、２０１はｎ形ＧａＡＳ高濃度不純物層、２０２は
格子整合層、２０３はｎ形ＧａＡｓ層、２０４はｐ形Ｇ
ａＡｓ層、２０５はＡＩ ＧａＡｓＦ３！、３０１は
選択拡散用マスク、３０２は反射防止膜、４０１は太陽
電池セルルミ極、４０２は太陽電池セルルミ極（溶接電
極）、４０３は太陽電池セルｎ電極である。
また、第２図（ａ）〜（８）は第１図の太陽電池セルの
製造方法を示す工程断面図であり、以下、図に従って製
造方法を説明する。
製造方法を示す工程断面図であり、以下、図に従って製
造方法を説明する。
まず、第２図ａ）に示すように、１００〜３００μｍの
基板厚を有するｎ形Ｇｅ基板１００の両面に、選択拡散
用マスクとしてＣＶＤ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ；化学蒸着法）により約１０
０ＯＡの膜厚に窒化珪素膜３０１を形成する。ここで、
基板の不純物表面濃度は後に形成するｎ形ＧａＡｓ高濃
度不純物層とのオーミックコンタクトをとりやすくする
ために、少なくとも１×１０１７Ｃ１１−３以上、望ま
しくは約１×１０目Ｃ諺−３程度としておく。すなわぢ
、不純物濃度がＩ Ｘ １０ ｌ７ｃｍ−３以下の基板
を用いる場合は、予め基板のｐ形の表面の太陽電池機能
部を形成する領域の所定の部分にＢ（ボロン）の拡散に
より高濃度ｐ形層を形成しておく必要がある。
基板厚を有するｎ形Ｇｅ基板１００の両面に、選択拡散
用マスクとしてＣＶＤ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ；化学蒸着法）により約１０
０ＯＡの膜厚に窒化珪素膜３０１を形成する。ここで、
基板の不純物表面濃度は後に形成するｎ形ＧａＡｓ高濃
度不純物層とのオーミックコンタクトをとりやすくする
ために、少なくとも１×１０１７Ｃ１１−３以上、望ま
しくは約１×１０目Ｃ諺−３程度としておく。すなわぢ
、不純物濃度がＩ Ｘ １０ ｌ７ｃｍ−３以下の基板
を用いる場合は、予め基板のｐ形の表面の太陽電池機能
部を形成する領域の所定の部分にＢ（ボロン）の拡散に
より高濃度ｐ形層を形成しておく必要がある。
その後、第２図（ｂ）に示すように写真製版技術により
所定の部分の窒化珪素膜３０１を除去し、この窓を通し
てＰ（リン）の拡散を行い、ｎ形Ｇｅ層１０２を形成す
る。
所定の部分の窒化珪素膜３０１を除去し、この窓を通し
てＰ（リン）の拡散を行い、ｎ形Ｇｅ層１０２を形成す
る。
次に、第２図（ｃ）に示すように表面側（受光面側）の
窒化珪素膜３０１を除去した後１． Ｇ ａ Ａ ｓ太
陽電池としての機能を持つｐ−ｎ接合を形成するために
、Ｍ Ｏ−ＣＶ Ｄ （Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｊｔｌｏｎ
：有機金属化学蒸着）法、 ＭＢＥ （Ｍｏｌｅｃｕ
ｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｌｔａｘｙ；分子線エピタキシ
ー）法等により１００〜１００ＯＡの層厚のｎ形の高不
純物ＧａＡｓ層２０１、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓＦ３
とを各膜厚１００Ａで交互に積層した超格子層からなる
格子整合層２０２、層厚３〜５μｍのｎ形ＧａＡｓ層２
０３、層厚０．３〜０゜５μｍのｐ形ＧａＡｓ層２０４
．及び層厚０． １μｍ以下のｐ形ＡｌｘＧａｔ＋−ｘ
＋ ＡＳ層（ｘ＝０゜８〜０．９）２０５を順次形成す
る。この時、ｎ形高不純物ＧａＡｓ層２０１の不純物濃
度は約１Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｓ＋−３以上とすることが望ま
しい。更に、少なくともＧｅ基板表面のｐ−ｎ接合部分
を含む、エピタキシャル成長層の所定部分をエツチング
によって除去し、太陽電池機能部及び逆並列ダイオード
部を分離独立させる。
窒化珪素膜３０１を除去した後１． Ｇ ａ Ａ ｓ太
陽電池としての機能を持つｐ−ｎ接合を形成するために
、Ｍ Ｏ−ＣＶ Ｄ （Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｊｔｌｏｎ
：有機金属化学蒸着）法、 ＭＢＥ （Ｍｏｌｅｃｕ
ｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｌｔａｘｙ；分子線エピタキシ
ー）法等により１００〜１００ＯＡの層厚のｎ形の高不
純物ＧａＡｓ層２０１、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓＦ３
とを各膜厚１００Ａで交互に積層した超格子層からなる
格子整合層２０２、層厚３〜５μｍのｎ形ＧａＡｓ層２
０３、層厚０．３〜０゜５μｍのｐ形ＧａＡｓ層２０４
．及び層厚０． １μｍ以下のｐ形ＡｌｘＧａｔ＋−ｘ
＋ ＡＳ層（ｘ＝０゜８〜０．９）２０５を順次形成す
る。この時、ｎ形高不純物ＧａＡｓ層２０１の不純物濃
度は約１Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｓ＋−３以上とすることが望ま
しい。更に、少なくともＧｅ基板表面のｐ−ｎ接合部分
を含む、エピタキシャル成長層の所定部分をエツチング
によって除去し、太陽電池機能部及び逆並列ダイオード
部を分離独立させる。
次いで、第２図（ｄ）に示すように反射防止膜及びメタ
ル配線用絶縁膜としての窒化珪素ｆｆ！ｌ３０２を形成
する。
ル配線用絶縁膜としての窒化珪素ｆｆ！ｌ３０２を形成
する。
その後、第２図（ｅ）に示すように表裏両面の所定の場
所の窒化珪素膜３０２及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層２０５を
写真製版技術により除去し、逆並列ダイオード及び太陽
電池機能部の所定箇所にスパッタ又は蒸着により電極金
属層を形成する。即ち、太陽電池の表電極４０１はｐ形
ＧａＡｓ層２０４及びｎ形Ｇｅ層１０２をつなぐように
形成し、裏面電極４０３はｐ形Ｇｅ基板の裏面全面に形
成する。この時、表電極は少なくともＧｅ基板１００表
面のｐ−ｎ接合部分及びｎ形Ｇｅ層１０２を含む部分を
完全に覆うように形成する。さらに、本太陽電池セルを
人工衛星の電源用等の宇宙用として用いる場合は、太陽
電池セルの電極と外部コネクターとの接続はパラレルギ
ャップ等の溶接によることが多いので、その際には、表
電極は外部接続コネクターとの溶接箇所として使用する
ために、５ｍｌ１１×１０１１１１１１程度の面積が必
要であり、ｎ形Ｇｅ層１０２上の電極４０１はこれを満
たすようにパターン設計するとよい。
所の窒化珪素膜３０２及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層２０５を
写真製版技術により除去し、逆並列ダイオード及び太陽
電池機能部の所定箇所にスパッタ又は蒸着により電極金
属層を形成する。即ち、太陽電池の表電極４０１はｐ形
ＧａＡｓ層２０４及びｎ形Ｇｅ層１０２をつなぐように
形成し、裏面電極４０３はｐ形Ｇｅ基板の裏面全面に形
成する。この時、表電極は少なくともＧｅ基板１００表
面のｐ−ｎ接合部分及びｎ形Ｇｅ層１０２を含む部分を
完全に覆うように形成する。さらに、本太陽電池セルを
人工衛星の電源用等の宇宙用として用いる場合は、太陽
電池セルの電極と外部コネクターとの接続はパラレルギ
ャップ等の溶接によることが多いので、その際には、表
電極は外部接続コネクターとの溶接箇所として使用する
ために、５ｍｌ１１×１０１１１１１１程度の面積が必
要であり、ｎ形Ｇｅ層１０２上の電極４０１はこれを満
たすようにパターン設計するとよい。
次に動作について説明する。
以上のような構造の太陽電池セルにおいては、受光面に
光を受けた時は、ｐ形Ｇ ａ Ａ ｓ Ｅｔ ２０４及
びｎ形ＧａＡｓ層２０３の間に光起電力が発生し、陽電
極４０１を正に、陰電極４０３を負とする電池として動
作する。また、ｐ形Ｇｅ層１００とｎ形Ｇｅ、１ｆｆｌ
１０２により形成されるｐ−ｎ接合の逆並列ダイオード
は太陽電池セルの本来の発電方向とは逆方向の発電機能
があるが、全面が電極金属４０２に覆われており、入射
光は電極金属によって遮蔽されるため逆方向に発電して
太陽電池セル性能を疎外することはない。また、外部接
続電極４０１，４０３を介して直列接続された太陽電池
セルモジュールに於いて、一部の太陽電池セルが影にな
ると逆電圧が印加され、陽電極４０１が負、陰電極４０
３が正にバイアスされるが、このときは逆並列ダイオー
ド部が順バイアスされることとなり、陰電極４０３から
逆並列ダイオード部を介して陽電極４０１へ電流が流れ
る。従って、太陽電池セルとして本来の発電機能を有す
るｐ−ｎ接合には逆電圧が印加されるととはない。
光を受けた時は、ｐ形Ｇ ａ Ａ ｓ Ｅｔ ２０４及
びｎ形ＧａＡｓ層２０３の間に光起電力が発生し、陽電
極４０１を正に、陰電極４０３を負とする電池として動
作する。また、ｐ形Ｇｅ層１００とｎ形Ｇｅ、１ｆｆｌ
１０２により形成されるｐ−ｎ接合の逆並列ダイオード
は太陽電池セルの本来の発電方向とは逆方向の発電機能
があるが、全面が電極金属４０２に覆われており、入射
光は電極金属によって遮蔽されるため逆方向に発電して
太陽電池セル性能を疎外することはない。また、外部接
続電極４０１，４０３を介して直列接続された太陽電池
セルモジュールに於いて、一部の太陽電池セルが影にな
ると逆電圧が印加され、陽電極４０１が負、陰電極４０
３が正にバイアスされるが、このときは逆並列ダイオー
ド部が順バイアスされることとなり、陰電極４０３から
逆並列ダイオード部を介して陽電極４０１へ電流が流れ
る。従って、太陽電池セルとして本来の発電機能を有す
るｐ−ｎ接合には逆電圧が印加されるととはない。
上述のように、本発明による太陽電池セルは、逆方向導
通能力を有するので、逆方向電圧によって素子が破壊さ
れることはなく、また、外部にダイオードを挿入する必
要がないことから、システムとしての部品数を増加しな
くてもよい― また、逆並列ダイオードは基板にｐ−ｎ
接合を形成するだけで、その後の選択エツチングにより
独立させられるため、工程を簡略化することができる。
通能力を有するので、逆方向電圧によって素子が破壊さ
れることはなく、また、外部にダイオードを挿入する必
要がないことから、システムとしての部品数を増加しな
くてもよい― また、逆並列ダイオードは基板にｐ−ｎ
接合を形成するだけで、その後の選択エツチングにより
独立させられるため、工程を簡略化することができる。
さらに、太陽電池セル表電極４０１の外部コネクターと
の溶接時には、ｎ形Ｇｅ層１０２上への電極を溶接箇所
とすることにより、太陽電池セル機能部のｐ−ｎ接合へ
のダメージやＧａＡｓのクラックを完全に防止すること
ができる。また、電極金属の半導体基板への密着強度は
、絶縁膜上よりも優れており、ｎ形Ｇｅ層１０２上の電
極は優れた溶接電極となるとともに、ｎ形Ｇｅ層１０２
上にある程度面積が必要な溶接用電極を形成することに
より、受光面にバイパスダイオードを形成することに起
因する仔効受光面積の減少を押さえることが可能となる
。
の溶接時には、ｎ形Ｇｅ層１０２上への電極を溶接箇所
とすることにより、太陽電池セル機能部のｐ−ｎ接合へ
のダメージやＧａＡｓのクラックを完全に防止すること
ができる。また、電極金属の半導体基板への密着強度は
、絶縁膜上よりも優れており、ｎ形Ｇｅ層１０２上の電
極は優れた溶接電極となるとともに、ｎ形Ｇｅ層１０２
上にある程度面積が必要な溶接用電極を形成することに
より、受光面にバイパスダイオードを形成することに起
因する仔効受光面積の減少を押さえることが可能となる
。
なお、上記実施例では、ｐ ｏｎ ｎ形ＧａＡｓ／
Ｇｅ太陽電池セルを例にあげたが、本発明はこれに限ら
す亀 ｐ ｏｎ ｎ、ｎ Ｏｎ ｐを問わず、
ＧａＡｓ／Ｓｉ太陽電池セル等その他いずれの太陽電池
セルにも適用し得ることは言うまでもない。
Ｇｅ太陽電池セルを例にあげたが、本発明はこれに限ら
す亀 ｐ ｏｎ ｎ、ｎ Ｏｎ ｐを問わず、
ＧａＡｓ／Ｓｉ太陽電池セル等その他いずれの太陽電池
セルにも適用し得ることは言うまでもない。
また、上記実施例の製造方法によれば、Ｉ） ｎ接合
を含む太陽電池機能部を基板全面に形成し、その後エツ
チングによって逆並列ダイオード部を除去しているが、
太陽電池セ能部形成前にＧｅ基板表面のｐ−ｎ接合部分
及びｎ （ｐ）形Ｇｅ層を含む所定の部分に窒化珪素膜
の如きエピタキシャル成長阻害層を形成した後、ｐ−ｎ
接合を含む層を成長形成することにより最初から独立し
た、太陽電池機能部を形成することも可能である。
を含む太陽電池機能部を基板全面に形成し、その後エツ
チングによって逆並列ダイオード部を除去しているが、
太陽電池セ能部形成前にＧｅ基板表面のｐ−ｎ接合部分
及びｎ （ｐ）形Ｇｅ層を含む所定の部分に窒化珪素膜
の如きエピタキシャル成長阻害層を形成した後、ｐ−ｎ
接合を含む層を成長形成することにより最初から独立し
た、太陽電池機能部を形成することも可能である。
以上のように本発明による太陽電池セルにおいては、半
導体基板の太陽電池機能部形成面側の一部に基板とは反
対の導電形の半導体層を設けてバイパスダイオードを形
成し、バイパスダイオード形成領域を除く基板上に太陽
電池機能部を形成し、このとき、半導体基板表面と太陽
電池機能部とのｐ−ｎ接合を逆方向電圧阻止能がほとん
ど無い接合とし、さらに太陽電池機能部表面半導体層と
バイパスダイオード部とを電気的につなぐように一方の
電極を形成し、この表面電極金属層によってバイパスダ
イオード部全面を覆い、さらに基板の裏面に他方の電極
を形成するようにしたので、逆並列ダイオードの接合部
分に到達可能な光発電に寄与する波長の光を完全に遮断
することができ、逆導通太陽電池セルに於ける逆並列ダ
イオードの起電力発生の防止が可能となり、また、直列
接続された太陽電池セルの一部が影になった場合には逆
並列ダイオード部が順バイアスされるので、太陽電池セ
ルとして本来の機能を有するｐ−ｎ接合に逆電圧が印加
されるのを防止できる。また、外部にダイオードを挿入
する必要がないことから、システムとしての部品数を増
加する必要がなくなるとともに、逆並列ダイオードは太
陽電池セ能部形成時に同時に形成してその後の選択エツ
チングによって独立させるようにしたため、工程を簡略
化することができる。また、さらには太陽電池セル表電
極を外部コネクターに溶接する際には、逆並列ダイオー
ド部上の電極を溶接箇所とすることにより、太陽電池セ
ル機能部のｐ−ｎ接合へのダメージやクラックを完全に
防止することができるとともに、受光面にバイパスダイ
オードを形成したことに起因する有効受光面積の減少を
最小限に抑えられる効果がある。
導体基板の太陽電池機能部形成面側の一部に基板とは反
対の導電形の半導体層を設けてバイパスダイオードを形
成し、バイパスダイオード形成領域を除く基板上に太陽
電池機能部を形成し、このとき、半導体基板表面と太陽
電池機能部とのｐ−ｎ接合を逆方向電圧阻止能がほとん
ど無い接合とし、さらに太陽電池機能部表面半導体層と
バイパスダイオード部とを電気的につなぐように一方の
電極を形成し、この表面電極金属層によってバイパスダ
イオード部全面を覆い、さらに基板の裏面に他方の電極
を形成するようにしたので、逆並列ダイオードの接合部
分に到達可能な光発電に寄与する波長の光を完全に遮断
することができ、逆導通太陽電池セルに於ける逆並列ダ
イオードの起電力発生の防止が可能となり、また、直列
接続された太陽電池セルの一部が影になった場合には逆
並列ダイオード部が順バイアスされるので、太陽電池セ
ルとして本来の機能を有するｐ−ｎ接合に逆電圧が印加
されるのを防止できる。また、外部にダイオードを挿入
する必要がないことから、システムとしての部品数を増
加する必要がなくなるとともに、逆並列ダイオードは太
陽電池セ能部形成時に同時に形成してその後の選択エツ
チングによって独立させるようにしたため、工程を簡略
化することができる。また、さらには太陽電池セル表電
極を外部コネクターに溶接する際には、逆並列ダイオー
ド部上の電極を溶接箇所とすることにより、太陽電池セ
ル機能部のｐ−ｎ接合へのダメージやクラックを完全に
防止することができるとともに、受光面にバイパスダイ
オードを形成したことに起因する有効受光面積の減少を
最小限に抑えられる効果がある。
第１図は本発明の太陽電池セルの断面構造を示す図、第
２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例にょる太陽電池
セルの各製造工程の概略を示す断面図、第３図は従来の
太陽電池セルの構造を示す平面図、第４図は第３図のａ
−ａ’線断面図、第５図は第３図のｂ−ｂ’線断面図で
ある。 図中、１００・・・ｐ形Ｇｅ層（第１の導電形を有する
半導体基板）、１０２・・・ｎ形Ｇｅ層（第２の導電形
を有する第１の半導体層）、２０１・・・ｎ形ＧａＡｓ
高濃度不純物層、２０２・・・格子整合層、２０３・・
・ｎ形ＧａＡｓ層（第１の導電形を有する第２の半導体
層）２０４・・・ｐ形ＧａＡｓ層（第２の導電形を有す
る第３の半導体層）、２０５・・・ｐ形ＡｌＧａＡｓ層
、３０１・・・選択拡散用マスク、３０２・・・反射防
止膜、４０１・・・太陽電池セルルミ極、４０２・・・
太陽電池セルルミ極（溶接電極）、４０３・・・太陽電
池セルｎ電極。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例にょる太陽電池
セルの各製造工程の概略を示す断面図、第３図は従来の
太陽電池セルの構造を示す平面図、第４図は第３図のａ
−ａ’線断面図、第５図は第３図のｂ−ｂ’線断面図で
ある。 図中、１００・・・ｐ形Ｇｅ層（第１の導電形を有する
半導体基板）、１０２・・・ｎ形Ｇｅ層（第２の導電形
を有する第１の半導体層）、２０１・・・ｎ形ＧａＡｓ
高濃度不純物層、２０２・・・格子整合層、２０３・・
・ｎ形ＧａＡｓ層（第１の導電形を有する第２の半導体
層）２０４・・・ｐ形ＧａＡｓ層（第２の導電形を有す
る第３の半導体層）、２０５・・・ｐ形ＡｌＧａＡｓ層
、３０１・・・選択拡散用マスク、３０２・・・反射防
止膜、４０１・・・太陽電池セルルミ極、４０２・・・
太陽電池セルルミ極（溶接電極）、４０３・・・太陽電
池セルｎ電極。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）相対向する２つの主平面を有する第１導電型の半導
体基板と、 該半導体基板の第１の主面の一部に形成された第２導電
型の第１の半導体層と、 該第１の半導体層形成領域を除く上記半導体基板の第１
の主面上に形成され、上記半導体基板とのｐ−ｎ接合が
逆方向電圧阻止能のほとんどない接合である第２導電型
の第２の半導体層と、該第２の半導体層上に形成された
第１導電型の第３の半導体層と、 上記第１の半導体層上を覆うように設けられ、上記第３
の半導体層と上記第１の半導体層とを接続する一方の電
極と、 上記半導体基板の第２の主面に形成された他方の電極と
を備えたことを特徴とする太陽電池セル。 ２）上記半導体基板の第１の主面に形成された一方の電
極のうち、上記第１の半導体層上に形成された領域を外
部コネクター接続箇所とすることを特徴とする請求項１
記載の太陽電池セル。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290990A JPH02135786A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 太陽電池セル |
| EP89311515A EP0369666B1 (en) | 1988-11-16 | 1989-11-07 | Solar cell |
| DE68923061T DE68923061T2 (de) | 1988-11-16 | 1989-11-07 | Sonnenzelle. |
| US07/437,981 US5009720A (en) | 1988-11-16 | 1989-11-09 | Solar cell |
| EP89311740A EP0369717B1 (en) | 1988-11-16 | 1989-11-13 | A solar cell and a production method thereof |
| DE68917428T DE68917428T2 (de) | 1988-11-16 | 1989-11-13 | Sonnenzelle und ihr Herstellungsverfahren. |
| US07/436,663 US4997491A (en) | 1988-11-16 | 1989-11-15 | Solar cell and a production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290990A JPH02135786A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 太陽電池セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02135786A true JPH02135786A (ja) | 1990-05-24 |
Family
ID=17763035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63290990A Pending JPH02135786A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 太陽電池セル |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4997491A (ja) |
| JP (1) | JPH02135786A (ja) |
| DE (1) | DE68917428T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4568392B2 (ja) * | 1998-09-04 | 2010-10-27 | イー２ヴイ テクノロジーズ （ユーケイ） リミテッド | 太陽電池配列 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2593957B2 (ja) * | 1990-11-09 | 1997-03-26 | シャープ株式会社 | バイパスダイオード付太陽電池 |
| US5818095A (en) * | 1992-08-11 | 1998-10-06 | Texas Instruments Incorporated | High-yield spatial light modulator with light blocking layer |
| US5376185A (en) * | 1993-05-12 | 1994-12-27 | Midwest Research Institute | Single-junction solar cells with the optimum band gap for terrestrial concentrator applications |
| US6278054B1 (en) * | 1998-05-28 | 2001-08-21 | Tecstar Power Systems, Inc. | Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode |
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