JPH03272186A - タンデム構造超高効率太陽電池 - Google Patents
タンデム構造超高効率太陽電池Info
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- JPH03272186A JPH03272186A JP2073952A JP7395290A JPH03272186A JP H03272186 A JPH03272186 A JP H03272186A JP 2073952 A JP2073952 A JP 2073952A JP 7395290 A JP7395290 A JP 7395290A JP H03272186 A JPH03272186 A JP H03272186A
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Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、太陽光エネルギーの光電変換効率を高めた
超高効率太陽電池に関するものであり、特に複数の太陽
電池を積み重ねたタンデム構造の超高効率太陽電池に関
するものである。
超高効率太陽電池に関するものであり、特に複数の太陽
電池を積み重ねたタンデム構造の超高効率太陽電池に関
するものである。
［従来の技術］
高い光電変換効率の太陽電池にする方法として、異なる
禁制帯幅を有する太陽電池を複数積層することが検討さ
れている。たとえば、ＧａＡｓ系太陽電池の上にＡＡＧ
ａＡｓ系太陽電池をヘテロ接合を介して積層し、タンデ
ム構造にすることが提案されている。また、ＧａＡｓ系
太陽電池とＧａ３ｂ系太陽電池とを機械的に接合し、積
層してタンデム構造にすることも提案されている。
禁制帯幅を有する太陽電池を複数積層することが検討さ
れている。たとえば、ＧａＡｓ系太陽電池の上にＡＡＧ
ａＡｓ系太陽電池をヘテロ接合を介して積層し、タンデ
ム構造にすることが提案されている。また、ＧａＡｓ系
太陽電池とＧａ３ｂ系太陽電池とを機械的に接合し、積
層してタンデム構造にすることも提案されている。
太陽電池ではない単結晶シリコン基板上に、ＧａＡｓ系
太陽電池やＡｌＧａＡｓ系太陽電池をヘテロ接合を介し
て積み重ねることは、才力モト等によって報告されてい
る（Ｐ ｒ ｏ ｃ、２０ ｔ ｈＩ ＥＥＥ ＰＶ
ＳＣ，（Ｉ ＥＥＥ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８８）
）ｏまた、ＧａＡｓ系太陽電池とＧａｒｂ系太陽電池と
を機械的に接合し、積層したタンデム構造の太陽電池は
ＦＲＡＡＳ等によって報告されている（Ｉ ＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＥＬＥＣＴＯＲＯ
Ｎ ＤＥＶＩＣＥＳ ＶｏＩ！、 ３７
Ｎｏ、 ２ １９９０Ｐ、４４３〜）。
太陽電池やＡｌＧａＡｓ系太陽電池をヘテロ接合を介し
て積み重ねることは、才力モト等によって報告されてい
る（Ｐ ｒ ｏ ｃ、２０ ｔ ｈＩ ＥＥＥ ＰＶ
ＳＣ，（Ｉ ＥＥＥ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８８）
）ｏまた、ＧａＡｓ系太陽電池とＧａｒｂ系太陽電池と
を機械的に接合し、積層したタンデム構造の太陽電池は
ＦＲＡＡＳ等によって報告されている（Ｉ ＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＥＬＥＣＴＯＲＯ
Ｎ ＤＥＶＩＣＥＳ ＶｏＩ！、 ３７
Ｎｏ、 ２ １９９０Ｐ、４４３〜）。
［発明が解決しようとする課題］
このようなタンデム型太陽電池であっても、たとえば地
上で使用する太陽電池のように単位面積当り非常に高い
変換効率が要求される太陽電池としては、変換効率が低
く、未だ不十分なものであった。
上で使用する太陽電池のように単位面積当り非常に高い
変換効率が要求される太陽電池としては、変換効率が低
く、未だ不十分なものであった。
また、単結晶シリコン太陽電池の上にＧａＡｓ化合物半
導体薄膜太陽電池を積層しようとする場合、単結晶シリ
コンの格子定数とＧａＡｓの格子定数が異なるため、ヘ
テロ接合させることが難しく、超高効率の太陽電池にす
ることができないという問題もあった。
導体薄膜太陽電池を積層しようとする場合、単結晶シリ
コンの格子定数とＧａＡｓの格子定数が異なるため、ヘ
テロ接合させることが難しく、超高効率の太陽電池にす
ることができないという問題もあった。
この発明の目的は、単結晶シリコン太陽電池の上に化合
物半導体の太陽電池をヘテロ接合させてタンデム構造に
積み重ねることにより、著しく光電変換効率が高められ
た太陽電池を提供することにある。
物半導体の太陽電池をヘテロ接合させてタンデム構造に
積み重ねることにより、著しく光電変換効率が高められ
た太陽電池を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
この発明のタンデム構造超高効率太陽電池は、単結晶シ
リコン太陽電池と禁制帯幅が１．５７ｅＶ〜１．７３ｅ
ＶであるＧａＡｓ化合物半導体薄膜からなる第１の太陽
電池と、禁制帯幅が２．２３ｅＶ 〜２．２７ｅＶであ
るＧａＡｓＰ化合物半導体薄膜またはＧａＰ化合物半導
体薄膜からなる第２の太陽電池とを順次ヘテロ接合によ
ってタンデム構造に積み重ねた太陽電池であり、単結晶
シリコン太陽電池と第１の太陽電池の間にＧａＰ緩衝層
を設けたことを特徴としている。
リコン太陽電池と禁制帯幅が１．５７ｅＶ〜１．７３ｅ
ＶであるＧａＡｓ化合物半導体薄膜からなる第１の太陽
電池と、禁制帯幅が２．２３ｅＶ 〜２．２７ｅＶであ
るＧａＡｓＰ化合物半導体薄膜またはＧａＰ化合物半導
体薄膜からなる第２の太陽電池とを順次ヘテロ接合によ
ってタンデム構造に積み重ねた太陽電池であり、単結晶
シリコン太陽電池と第１の太陽電池の間にＧａＰ緩衝層
を設けたことを特徴としている。
超高効率太陽電池とは、一般に３５％以上の光電変換効
率を示す太陽電池のことをいい、この発明は、このよう
な超高効率太陽電池としてさらに優れた光電変換効率を
有する太陽電池を提供するものである。
率を示す太陽電池のことをいい、この発明は、このよう
な超高効率太陽電池としてさらに優れた光電変換効率を
有する太陽電池を提供するものである。
この発明において、第１の太陽電池の禁制帯幅を１．５
７ｅＶ 〜１．７３ｅＶとし、第２の太陽電池の禁制帯
幅を２．２３ｅＶ〜２．２７ｅＶとしているが、これは
禁制帯幅がこれらの範囲内であれば高い光電変換効率が
得られるからであり、これらの範囲外になると光電変換
効率が低下する。
７ｅＶ 〜１．７３ｅＶとし、第２の太陽電池の禁制帯
幅を２．２３ｅＶ〜２．２７ｅＶとしているが、これは
禁制帯幅がこれらの範囲内であれば高い光電変換効率が
得られるからであり、これらの範囲外になると光電変換
効率が低下する。
Ｇ ａ、 Ａ ｓ化合物半導体を、ＧａＡｓ、−ｘＰｘ
で表せば、組成比Ｘが高くなるにつれて禁制帯幅が大き
くなる。したがって、第１の太陽電池よりも第２の太陽
電池における組成比Ｘの方が大きくなる。また、第２の
太陽電池の構成材料には、ＡＳをほとんど含まない点す
なわちＸがほとんど１に近いような組成のＧａＰも含ま
れる。
で表せば、組成比Ｘが高くなるにつれて禁制帯幅が大き
くなる。したがって、第１の太陽電池よりも第２の太陽
電池における組成比Ｘの方が大きくなる。また、第２の
太陽電池の構成材料には、ＡＳをほとんど含まない点す
なわちＸがほとんど１に近いような組成のＧａＰも含ま
れる。
この発明では、単結晶シリコン太陽電池と第１゜の太陽
電池の間にＧａＰ緩衝層が設けられている。
電池の間にＧａＰ緩衝層が設けられている。
このＧａＰ緩衝層は、Ｚｎをドープすることなどによっ
て、太陽電池の出力を取出すための電極とすることがで
きる。
て、太陽電池の出力を取出すための電極とすることがで
きる。
また、この発明におけるＧａＰ緩衝層は、第１の太陽電
池に近づくにつれて、第１の太陽電池のＧａＡｓＰの組
成に近づくように徐々にＡｓの量が増加するグレーテツ
ド層の構造であってもよい。
池に近づくにつれて、第１の太陽電池のＧａＡｓＰの組
成に近づくように徐々にＡｓの量が増加するグレーテツ
ド層の構造であってもよい。
［作用］
この発明において、単結晶シリコン太陽電池と第１の太
陽電池の間に設けられるＧａＰ緩衝層は、基板である単
結晶シリコンとの格子定数の差が０゜３％であり、良好
な格子整合を行なうことができる。ＧａＡｓＰ系の太陽
電池とシリコン単結晶の格子定数の差は約３％であり、
この値を考慮すると、ＧａＰ緩衝層を設けることによっ
てかなり良好にヘテロ接合させることができるようにな
る。
陽電池の間に設けられるＧａＰ緩衝層は、基板である単
結晶シリコンとの格子定数の差が０゜３％であり、良好
な格子整合を行なうことができる。ＧａＡｓＰ系の太陽
電池とシリコン単結晶の格子定数の差は約３％であり、
この値を考慮すると、ＧａＰ緩衝層を設けることによっ
てかなり良好にヘテロ接合させることができるようにな
る。
太陽光は、広いスペクトル領域にわたっているので、単
一の材料を使用した太陽電池では、吸収されて発電に利
用される光のスペクトル領域は、太陽光のスペクトル領
域の一部となり最大の変換効率を引出すことが難しい。
一の材料を使用した太陽電池では、吸収されて発電に利
用される光のスペクトル領域は、太陽光のスペクトル領
域の一部となり最大の変換効率を引出すことが難しい。
吸収される光のスペクトルは、太陽電池として用いる材
料に固有の禁制帯幅によって決まる。すなわち、材料が
有する禁制帯幅以下のエネルギーを有する長波長光は、
この材料に吸収されず、短波長の光エネルギー内の禁制
帯幅を越える分は有効に電気エネルギーに変換されない
。この損失を少なくするためには、禁制帯幅の異なる材
料で作った太陽電池を積層し、太陽光線のすべてのスペ
クトル領域にわたって有効に光エネルギーを得ることが
必要となる。
料に固有の禁制帯幅によって決まる。すなわち、材料が
有する禁制帯幅以下のエネルギーを有する長波長光は、
この材料に吸収されず、短波長の光エネルギー内の禁制
帯幅を越える分は有効に電気エネルギーに変換されない
。この損失を少なくするためには、禁制帯幅の異なる材
料で作った太陽電池を積層し、太陽光線のすべてのスペ
クトル領域にわたって有効に光エネルギーを得ることが
必要となる。
本発明者等は、太陽光スペクトルの光エネルギーと太陽
電池の材料の禁制帯幅から、高い光電変換効率の得られ
る禁制帯幅について計算を行なった。その結果を第３図
に示す。第３図に示すように、単結晶シリコン（禁制帯
幅１．１５ｅＶ）と、その上に積層される禁制帯幅１．
５７ｅＶ〜１゜７３ｅＶの第１の太陽電池と、この第１
の太陽電池の上に積層される禁制帯幅２．２３ｅＶ〜２
゜２７ ｅ Ｖの第２の太陽電池をタンデム構造に積み
重ねることにより、光電変換効率の理論値として４３％
の値が得られることがわかった。そこで、このような禁
制帯幅を持つＧａＡｓＰ化合物半導体を太陽電池の原料
として選び、タンデム構造の太陽電池を作成したところ
、従来よりも非常に高い光電効率を有する太陽電池とな
ることを見出し、さらに単結晶シリコン太陽電池と第１
の太陽電池の間にＧａＰ緩衝層を設けることにより、良
好な格子整合を有する太陽電池とすることができること
を見出した。
電池の材料の禁制帯幅から、高い光電変換効率の得られ
る禁制帯幅について計算を行なった。その結果を第３図
に示す。第３図に示すように、単結晶シリコン（禁制帯
幅１．１５ｅＶ）と、その上に積層される禁制帯幅１．
５７ｅＶ〜１゜７３ｅＶの第１の太陽電池と、この第１
の太陽電池の上に積層される禁制帯幅２．２３ｅＶ〜２
゜２７ ｅ Ｖの第２の太陽電池をタンデム構造に積み
重ねることにより、光電変換効率の理論値として４３％
の値が得られることがわかった。そこで、このような禁
制帯幅を持つＧａＡｓＰ化合物半導体を太陽電池の原料
として選び、タンデム構造の太陽電池を作成したところ
、従来よりも非常に高い光電効率を有する太陽電池とな
ることを見出し、さらに単結晶シリコン太陽電池と第１
の太陽電池の間にＧａＰ緩衝層を設けることにより、良
好な格子整合を有する太陽電池とすることができること
を見出した。
また、この発明で緩衝層として用いられているＧａＰは
ＧａＡＳｌ−ＸＰｘにおいてＸが１に限りなく近付いた
組成のものであり、第２の太陽電池を構成する材料と近
似している。このため、その禁制帯幅による光エネルギ
ーは、ＧａＰ緩衝層に到達するまでにすでに吸収されて
いるので、ＧａＰ緩衝層は単にガラス窓としての役割し
か果たさない。したがって、ＧａＰ緩衝層を設けること
による光電変換効率の低下はほとんどないとえる。
ＧａＡＳｌ−ＸＰｘにおいてＸが１に限りなく近付いた
組成のものであり、第２の太陽電池を構成する材料と近
似している。このため、その禁制帯幅による光エネルギ
ーは、ＧａＰ緩衝層に到達するまでにすでに吸収されて
いるので、ＧａＰ緩衝層は単にガラス窓としての役割し
か果たさない。したがって、ＧａＰ緩衝層を設けること
による光電変換効率の低下はほとんどないとえる。
この発明によれば、単結晶シリコン太陽電池と化合物半
導体薄膜とをＧａＰ緩衝層を介して積み重ねタンデム構
造にすることができるので、格子不整合を生じることな
く、太陽光のスペクトル領域においてそのエネルギーを
最大限に吸収することができ、光電変換効率を著しく向
上させることができる。
導体薄膜とをＧａＰ緩衝層を介して積み重ねタンデム構
造にすることができるので、格子不整合を生じることな
く、太陽光のスペクトル領域においてそのエネルギーを
最大限に吸収することができ、光電変換効率を著しく向
上させることができる。
第２の太陽電池の材料であるＧａＡｓＩ−ＸＰ工におけ
るＸの値が大きな化合物半導体およびＧａＰは、直接遷
移型である第１の太陽電池と異なり、間接遷移型の太陽
電池となる。このため光のスペクトルの吸収率が低下す
る。第４図は、単結晶シリコン太陽電池の上に積み重ね
られる第１の太陽電池の厚みおよび第１の太陽電池の上
に積み重ねられる第２の太陽電池の厚みと光電変換効率
との関係を示す図である。第４図に示されるように、こ
の発明に従う太陽電池において第２の太陽電池の厚みが
８μｍ近傍で４２％、２μｍで４１％、１μｍの近傍で
４０％の光電変換効率を示しており、１〜５μｍの厚み
の薄膜であっても４０％以上の高い光電変換効率を示す
ことがわかる。
るＸの値が大きな化合物半導体およびＧａＰは、直接遷
移型である第１の太陽電池と異なり、間接遷移型の太陽
電池となる。このため光のスペクトルの吸収率が低下す
る。第４図は、単結晶シリコン太陽電池の上に積み重ね
られる第１の太陽電池の厚みおよび第１の太陽電池の上
に積み重ねられる第２の太陽電池の厚みと光電変換効率
との関係を示す図である。第４図に示されるように、こ
の発明に従う太陽電池において第２の太陽電池の厚みが
８μｍ近傍で４２％、２μｍで４１％、１μｍの近傍で
４０％の光電変換効率を示しており、１〜５μｍの厚み
の薄膜であっても４０％以上の高い光電変換効率を示す
ことがわかる。
［実施例コ
実施例１
ポロンをドープしたＰ型車結晶シリコン基板の裏面に高
濃度のボロンを熱拡散法で注入するとともに、表面には
Ｎ型ドーパントとしてリンの０゜３μｍ程度拡散させ、
Ｐ−Ｎ接合を形成し、単結晶シリコン太陽電池を作成し
た。この単結晶シリコン太陽電池に電極を付けて、ソー
ラーシュミレータで光電変換効率を測定したところ１６
％であった。
濃度のボロンを熱拡散法で注入するとともに、表面には
Ｎ型ドーパントとしてリンの０゜３μｍ程度拡散させ、
Ｐ−Ｎ接合を形成し、単結晶シリコン太陽電池を作成し
た。この単結晶シリコン太陽電池に電極を付けて、ソー
ラーシュミレータで光電変換効率を測定したところ１６
％であった。
この単結晶シリコン太陽電池を基板として、ＯＭＶＰＥ
法により、まずＧａＰ緩衝層となる化合物半導体を積層
し、この上に第１の太陽電池となるＧａＡｓＰ太陽電池
および第２の太陽電池となるＧａＡｓＰ太陽電池をタン
デム構造に積み重ね太陽電池を作成した。原料としては
、アルシン（Ａ ８ Ｈ３） 、ホスフィン（ＰＨ３）
、およびトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、成長
温度を６００°Ｃとし、成長速度を５μｍ／時間として
成長させた。ドーパントとしては、Ｐ型にはジメチル亜
鉛（Ｄ、ＭＺｎ）を用いてＺｎをドープし、Ｎ型には水
素化テルルを用いてＴｅをドープさせた。
法により、まずＧａＰ緩衝層となる化合物半導体を積層
し、この上に第１の太陽電池となるＧａＡｓＰ太陽電池
および第２の太陽電池となるＧａＡｓＰ太陽電池をタン
デム構造に積み重ね太陽電池を作成した。原料としては
、アルシン（Ａ ８ Ｈ３） 、ホスフィン（ＰＨ３）
、およびトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、成長
温度を６００°Ｃとし、成長速度を５μｍ／時間として
成長させた。ドーパントとしては、Ｐ型にはジメチル亜
鉛（Ｄ、ＭＺｎ）を用いてＺｎをドープし、Ｎ型には水
素化テルルを用いてＴｅをドープさせた。
ＧａＰ緩衝層の他に第１の太陽電池と第２の太陽電池の
間に電極となるＧａＡｓ５Ｐ層を形成した。また第２の
太陽電池の上にも電極となる金属、例えばＡｕＧｅ電極
を形成し、この上に反射防止膜となるＴｉ２Ｏ５層を形
成した。
間に電極となるＧａＡｓ５Ｐ層を形成した。また第２の
太陽電池の上にも電極となる金属、例えばＡｕＧｅ電極
を形成し、この上に反射防止膜となるＴｉ２Ｏ５層を形
成した。
ＧａＰ緩衝層を含め電極となるＧａＰ層には、ＩＸ／１
０” ｃｍ−３の濃度のｚｎを注入し、ＰＧａＰ緩衝層
および電極層を形成して、それ０ ぞれの太陽電池の出力を取出せるようにした。
０” ｃｍ−３の濃度のｚｎを注入し、ＰＧａＰ緩衝層
および電極層を形成して、それ０ ぞれの太陽電池の出力を取出せるようにした。
第１図は、以上のようにして作成されたこの発明の一実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
第１図を参照して、単結晶シリコン太陽電池８はＰ型シ
リコン層１およびＮ型シリコン層２から構成されている
。この単結晶シリコン太陽電池８の上にはＧａＰ緩衝層
３が設けられている。さらにこのＧａＰ緩衝層３の上に
はＰ型ＧａＡｓ１ＸＰＸ層４およびＮ型ＧａＡｓ、−ｘ
Ｐｘ層５が形成されており、これらによって第１の太陽
電池９が形成されている。第１の太陽電池９の上には電
極１２としてＧａＰ層が形成されており、この電極１２
の上にＰ型ＧａＡＳ１−ｘＰｘ層６およびＮ型ＧａＡｓ
１− Ｘ ＰＸ層７が形成され、これらから第２の太陽
電池１０が構成されている。第２の太陽電池１０の上に
は電極１３としてのＧａＰ層が形成されており、この電
極１３の上に反射防止膜１４が形成されている。単結晶
シリコン電池８の裏面には電極１５が形成されている。
リコン層１およびＮ型シリコン層２から構成されている
。この単結晶シリコン太陽電池８の上にはＧａＰ緩衝層
３が設けられている。さらにこのＧａＰ緩衝層３の上に
はＰ型ＧａＡｓ１ＸＰＸ層４およびＮ型ＧａＡｓ、−ｘ
Ｐｘ層５が形成されており、これらによって第１の太陽
電池９が形成されている。第１の太陽電池９の上には電
極１２としてＧａＰ層が形成されており、この電極１２
の上にＰ型ＧａＡＳ１−ｘＰｘ層６およびＮ型ＧａＡｓ
１− Ｘ ＰＸ層７が形成され、これらから第２の太陽
電池１０が構成されている。第２の太陽電池１０の上に
は電極１３としてのＧａＰ層が形成されており、この電
極１３の上に反射防止膜１４が形成されている。単結晶
シリコン電池８の裏面には電極１５が形成されている。
以上のような太陽電池の光電変換効率をソーラ１
シュミレータにより測定したところ３８％であった。従
来のＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ薄膜太陽電池を積層
したタンデム型太陽電池における変換効率は約２０％で
あるので、この実施例の太陽電池の光電変換効率は非常
に高いものである。
来のＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ薄膜太陽電池を積層
したタンデム型太陽電池における変換効率は約２０％で
あるので、この実施例の太陽電池の光電変換効率は非常
に高いものである。
実施例２
上記の実施例１で使用した単結晶シリコン太陽電池を基
板として用い、この上にＧａＰ緩衝層、第１の太陽電池
としてのＧａＡｓ Ｐ薄膜、および第２の太陽電池とし
てのＧａＡｓＰ薄膜を分子線エピタキシャル成長法（Ｍ
ＢＥ法）により成長させた。原料としては、固体蒸発源
を用いた。Ｐ型ドーパントには金属Ｚｎを、Ｎ型ドーパ
ントにはＳｎを用いた。成長温度は３００℃とし、成長
速度は１μｍ／時間とした。
板として用い、この上にＧａＰ緩衝層、第１の太陽電池
としてのＧａＡｓ Ｐ薄膜、および第２の太陽電池とし
てのＧａＡｓＰ薄膜を分子線エピタキシャル成長法（Ｍ
ＢＥ法）により成長させた。原料としては、固体蒸発源
を用いた。Ｐ型ドーパントには金属Ｚｎを、Ｎ型ドーパ
ントにはＳｎを用いた。成長温度は３００℃とし、成長
速度は１μｍ／時間とした。
得られたタンデム型太陽電池について、第１図と同様に
して電極と反射防止膜を形成して、ソーラシュミレータ
で光電変換効率を測定したところ、３８％であった。
して電極と反射防止膜を形成して、ソーラシュミレータ
で光電変換効率を測定したところ、３８％であった。
実施例３
２
ボロンをドープしたＰ型車結晶シリコン基板の裏面に、
高濃度のボロンを熱拡散法で注入するとともに、表面に
はＮ型ドーパントとしてリンを０゜３μｍ程度拡散させ
、Ｐ−Ｎ接合を形成し、単結晶シリコン太陽電池を作成
した。この単結晶シリコン太陽電池に電極を付けて、ソ
ーラシュミレータで光電変換効率を測定したところ１６
％であった。
高濃度のボロンを熱拡散法で注入するとともに、表面に
はＮ型ドーパントとしてリンを０゜３μｍ程度拡散させ
、Ｐ−Ｎ接合を形成し、単結晶シリコン太陽電池を作成
した。この単結晶シリコン太陽電池に電極を付けて、ソ
ーラシュミレータで光電変換効率を測定したところ１６
％であった。
この単結晶シリコン太陽電池を基板として用い、この基
板上に、ＧａＰ緩衝層、第１の太陽電池としてのＧａＡ
ｓ Ｐ太陽電池、および第２の太陽電池としてのＧａＰ
太陽電池をヘテロ接合よりタンデム構造に積層させ化合
物半導体薄膜体を作製した。原料としては、アルシン（
Ａ ｓ Ｈ３） 、ホスフィン（ＰＨ３）、およびトリ
メチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、成長温度は６００
℃とし、成長速度は５μｍ／時間として成長させた。ド
ーパントとしては、Ｐ型にはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）
を用いてＺｎをドープし、Ｎ型には水素化テルルを用い
てＴｅをドープさせた。
板上に、ＧａＰ緩衝層、第１の太陽電池としてのＧａＡ
ｓ Ｐ太陽電池、および第２の太陽電池としてのＧａＰ
太陽電池をヘテロ接合よりタンデム構造に積層させ化合
物半導体薄膜体を作製した。原料としては、アルシン（
Ａ ｓ Ｈ３） 、ホスフィン（ＰＨ３）、およびトリ
メチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、成長温度は６００
℃とし、成長速度は５μｍ／時間として成長させた。ド
ーパントとしては、Ｐ型にはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）
を用いてＺｎをドープし、Ｎ型には水素化テルルを用い
てＴｅをドープさせた。
３
第１の太陽電池と第２の太陽電池の間には電極としてＧ
ａＡｓＰ層を形成した。また第２の太陽電池の上にＡｕ
Ｇｅの金属電極を形成し、この上に反射防止膜としての
Ｔｉ２Ｏ５層を形成した。
ａＡｓＰ層を形成した。また第２の太陽電池の上にＡｕ
Ｇｅの金属電極を形成し、この上に反射防止膜としての
Ｔｉ２Ｏ５層を形成した。
ＧａＰ緩衝層および電極となるＧａＰ層には、それぞれ
１Ｘ１０” ｃｍ−”の濃度のＺｎを注入し、Ｐ”−Ｇ
ａＡｓＰ層を形成して、それぞれの太陽電池の出力を取
出せるようにした。
１Ｘ１０” ｃｍ−”の濃度のＺｎを注入し、Ｐ”−Ｇ
ａＡｓＰ層を形成して、それぞれの太陽電池の出力を取
出せるようにした。
第２図は、以上のようにして作成されたこの発明の他の
実施例を示す断面図である。第２図を参照して、単結晶
シリコン太陽電池２８は、ｐ型シリコン層２１をその上
のＮ型シリコン層２２から構成されている。この単結晶
シリコン太陽電池２８の上にはＧａＰ緩衝層２３が設け
られている。
実施例を示す断面図である。第２図を参照して、単結晶
シリコン太陽電池２８は、ｐ型シリコン層２１をその上
のＮ型シリコン層２２から構成されている。この単結晶
シリコン太陽電池２８の上にはＧａＰ緩衝層２３が設け
られている。
このＧａＰ緩衝層の上には、Ｐ型ＧａＡｓＰ層２４およ
びＮ型ＧａＡｓＰ層２５から構成される第１の太陽電池
２９が形成されている。第１の太陽電池２９の上には電
極３２としてのＧａＰ層が形成され、この上にはＰ型Ｇ
ａＰ層２６およびＮ型ＧａＰ層２７から構成される第２
の太陽電池３０４ が形成されている。第２の太陽電池３０の上には電極３
３としてのＧａＰが形成されており、この電極３３の上
には、反射防止膜３４が形成されている。単結晶シリコ
ン太陽電池２８の裏面には電極３５が形威されている。
びＮ型ＧａＡｓＰ層２５から構成される第１の太陽電池
２９が形成されている。第１の太陽電池２９の上には電
極３２としてのＧａＰ層が形成され、この上にはＰ型Ｇ
ａＰ層２６およびＮ型ＧａＰ層２７から構成される第２
の太陽電池３０４ が形成されている。第２の太陽電池３０の上には電極３
３としてのＧａＰが形成されており、この電極３３の上
には、反射防止膜３４が形成されている。単結晶シリコ
ン太陽電池２８の裏面には電極３５が形威されている。
以上のようにして得られた太陽電池の光電変換効率をソ
ーラシュミレータにより測定したところ３８％であった
。
ーラシュミレータにより測定したところ３８％であった
。
実施例４
上記の実施例３で使用した単結晶シリコン太陽電池を基
板として用いて、この基板上にＧａＰ緩衝層、第１の太
陽電池としてのＧａＡｓＰ薄膜太陽電池および第２の太
陽電池としてのＧａＰ太陽電池を、分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）により成長させた。原料としては
固体蒸発源を用いた。Ｐ型ドーパントには金属Ｚｎを、
Ｎ型ドーパントにはＳｎを用いた。成長温度は３００℃
とし、成長速度は１μｍ／時間とした。
板として用いて、この基板上にＧａＰ緩衝層、第１の太
陽電池としてのＧａＡｓＰ薄膜太陽電池および第２の太
陽電池としてのＧａＰ太陽電池を、分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）により成長させた。原料としては
固体蒸発源を用いた。Ｐ型ドーパントには金属Ｚｎを、
Ｎ型ドーパントにはＳｎを用いた。成長温度は３００℃
とし、成長速度は１μｍ／時間とした。
得られたタンデム型太陽電池について、第２図と同様に
電極と反射防止膜を形威し、ソーラシュ５ ミレータで光電変換効率を測定したところ３８％であっ
た。
電極と反射防止膜を形威し、ソーラシュ５ ミレータで光電変換効率を測定したところ３８％であっ
た。
以上のように、この発明に従う実施例１〜４のタンデム
構造超高効率太陽電池は、従来に比べ、優れた光電変換
効率を示す。
構造超高効率太陽電池は、従来に比べ、優れた光電変換
効率を示す。
第１の太陽電池の禁制帯幅を１．５７ｅＶ〜１゜７３ｅ
Ｖの範囲内で、第２の太陽電池の禁制帯幅を２．２３ｅ
Ｖ〜２．２７ｅＶの範囲内で変化させて、種々の他の太
陽電池を作製し、ソーラシミュレータで上記の各実施例
と同様に光電変換効率を測定したところ、いずれも約３
８％の値を示し、この発明に従うタンデム構造超高効率
太陽電池は、優れた光電変換効率を示すことが確認され
た。
Ｖの範囲内で、第２の太陽電池の禁制帯幅を２．２３ｅ
Ｖ〜２．２７ｅＶの範囲内で変化させて、種々の他の太
陽電池を作製し、ソーラシミュレータで上記の各実施例
と同様に光電変換効率を測定したところ、いずれも約３
８％の値を示し、この発明に従うタンデム構造超高効率
太陽電池は、優れた光電変換効率を示すことが確認され
た。
また、上記の実施例１および３においてはＯＭＶＰＥ法
により化合物半導体薄膜を成長させているが、キセノン
ランプ等のフラッシュ光を照射しながら熱分解を行なう
光ＣＶＤ法を用いることにより、より低温で成長するこ
とができるようになる。このように、より低温で成長さ
せることにより、単結晶シリコンとＧａＡｓ ＰやＧａ
Ｐとの熱６ 膨張係数の違いによる応力を低くすることができ、さら
に光電変換効率を向上させることができる。
により化合物半導体薄膜を成長させているが、キセノン
ランプ等のフラッシュ光を照射しながら熱分解を行なう
光ＣＶＤ法を用いることにより、より低温で成長するこ
とができるようになる。このように、より低温で成長さ
せることにより、単結晶シリコンとＧａＡｓ ＰやＧａ
Ｐとの熱６ 膨張係数の違いによる応力を低くすることができ、さら
に光電変換効率を向上させることができる。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明のタンデム構造超高効率
太陽電池では、太陽光のスペクトル領域において、その
エネルギーを最大限に吸収することができ、従来の太陽
電池に比べ、光電変換効率を著しく向上させることがで
きる。
太陽電池では、太陽光のスペクトル領域において、その
エネルギーを最大限に吸収することができ、従来の太陽
電池に比べ、光電変換効率を著しく向上させることがで
きる。
第１図は、この発明の一実施例を示す断面図である。
第２図は、この発明の他の実施例を示す断面図である。
第３図は、単結晶シリコン太陽電池の上に積み重ねられ
る第１の太陽電池の禁制帯幅および第１の太陽電池の上
に積み重ねられる第２の太陽電池の禁制帯幅と光電変換
効率との関係を示す図である。 第４図は、単結晶シリコン太陽電池の上に積み重ねられ
る第１の太陽電池の厚みおよび第１の太７ 陽電池の上に積み重ねられる第２の太陽電池の厚みと光
電変換効率との関係を示す図である。 図において、８は単結晶シリコン太陽電池、３はＧａＰ
緩衝層、９は第工の太陽電池、１０は第２の太陽電池、
２王は単結晶シリコン太陽電池、２３はＧａＰ緩衝層、
２９は第１の太陽電池、３０は第２の太陽電池を示す。 ↓８
る第１の太陽電池の禁制帯幅および第１の太陽電池の上
に積み重ねられる第２の太陽電池の禁制帯幅と光電変換
効率との関係を示す図である。 第４図は、単結晶シリコン太陽電池の上に積み重ねられ
る第１の太陽電池の厚みおよび第１の太７ 陽電池の上に積み重ねられる第２の太陽電池の厚みと光
電変換効率との関係を示す図である。 図において、８は単結晶シリコン太陽電池、３はＧａＰ
緩衝層、９は第工の太陽電池、１０は第２の太陽電池、
２王は単結晶シリコン太陽電池、２３はＧａＰ緩衝層、
２９は第１の太陽電池、３０は第２の太陽電池を示す。 ↓８
Claims (1)
- （１）単結晶シリコン太陽電池と、禁制帯幅が１．５７
ｅＶ〜１．７３ｅＶであるＧａＡｓＰ化合物半導体薄膜
からなる第１の太陽電池と、禁制帯幅が２．２３ｅＶ〜
２．２７ｅＶであるＧａＡｓＰ化合物半導体薄膜または
ＧａＰ化合物半導体薄膜からなる第２の太陽電池とを順
次ヘテロ接合によってタンデム構造に積み重ねたタンデ
ム構造超高効率太陽電池であって、 前記単結晶シリコン太陽電池と前記第１の太陽電池の間
に、ＧａＰ緩衝層を設けた、タンデム構造超高効率太陽
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073952A JPH03272186A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | タンデム構造超高効率太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073952A JPH03272186A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | タンデム構造超高効率太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272186A true JPH03272186A (ja) | 1991-12-03 |
Family
ID=13532931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2073952A Pending JPH03272186A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | タンデム構造超高効率太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03272186A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008543029A (ja) * | 2005-05-03 | 2008-11-27 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | ウルトラ超高効率太陽電池 |
| JP2009267433A (ja) * | 2001-12-05 | 2009-11-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 有機太陽電池 |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2073952A patent/JPH03272186A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009267433A (ja) * | 2001-12-05 | 2009-11-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 有機太陽電池 |
| US8941096B2 (en) | 2001-12-05 | 2015-01-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Organic semiconductor element |
| US9312507B2 (en) | 2001-12-05 | 2016-04-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Organic semiconductor element |
| US11217764B2 (en) | 2001-12-05 | 2022-01-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Organic semiconductor element |
| JP2008543029A (ja) * | 2005-05-03 | 2008-11-27 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | ウルトラ超高効率太陽電池 |
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