JPH04137768A - 化合物半導体光電交換装置 - Google Patents
化合物半導体光電交換装置Info
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- JPH04137768A JPH04137768A JP2261692A JP26169290A JPH04137768A JP H04137768 A JPH04137768 A JP H04137768A JP 2261692 A JP2261692 A JP 2261692A JP 26169290 A JP26169290 A JP 26169290A JP H04137768 A JPH04137768 A JP H04137768A
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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】
本発明は化合物半導体光電変換装置にかかり、特に光電
変換効率の向上と製造上の歩留まりの向上に関する。
変換効率の向上と製造上の歩留まりの向上に関する。
（従来の技術）
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子
は、太陽電池あるいは光センサとして広く用いられてい
る。
は、太陽電池あるいは光センサとして広く用いられてい
る。
太陽電池は無尽蔵の資源である太陽光線を電気エネルギ
ーに変換するもので、クリーンエネルギーの生成装置と
して注目されている。
ーに変換するもので、クリーンエネルギーの生成装置と
して注目されている。
太陽電池は、その材料で分類すると、単結晶シリコン系
、多結晶シリコン系、非晶質シリコン系、■−ｖ化合物
単結晶、その他化合物系の５つに分けられる。
、多結晶シリコン系、非晶質シリコン系、■−ｖ化合物
単結晶、その他化合物系の５つに分けられる。
それぞれの系において様々な特徴があるが、太陽光の変
換効率では、■−Ｖ化合物単結晶系が最も高く、さらに
異種の化合物半導体とを組み合わせることによりさらに
高効率の太陽電池が試作されている。
換効率では、■−Ｖ化合物単結晶系が最も高く、さらに
異種の化合物半導体とを組み合わせることによりさらに
高効率の太陽電池が試作されている。
この太陽電池の構造は２接合セル（タンデムセル）と呼
ばれ、上部セルで短波長の光を電気に変換し、下部セル
で長波長の光を電気に変換する構造になっている。
ばれ、上部セルで短波長の光を電気に変換し、下部セル
で長波長の光を電気に変換する構造になっている。
第２図にこのタンデムセルの構造の概念図を示す。この
構造はモノリシック積層型と呼ばれ、下部セルに直接上
部セルを積層させた一体型となっている。そして、現在
のところこれらのセルは単結晶基板上にエピタキシャル
成長法で下部セルと、この下部セルと上部セルとを電気
的に接合するトンネル接合部、上部セル薄膜を成長させ
る。この構造において、太陽光線の波長特性から、下部
セルの材料としてはバンドギャップ１．０〜１．２ｅＶ
、上部セルの材料としてはバンドギャップ１゜６〜ｌ、
３ｅＶの半導体を用いるのがよいといわれている。
構造はモノリシック積層型と呼ばれ、下部セルに直接上
部セルを積層させた一体型となっている。そして、現在
のところこれらのセルは単結晶基板上にエピタキシャル
成長法で下部セルと、この下部セルと上部セルとを電気
的に接合するトンネル接合部、上部セル薄膜を成長させ
る。この構造において、太陽光線の波長特性から、下部
セルの材料としてはバンドギャップ１．０〜１．２ｅＶ
、上部セルの材料としてはバンドギャップ１゜６〜ｌ、
３ｅＶの半導体を用いるのがよいといわれている。
従来はこの下部セルの材料としてはシリコン単結晶薄膜
、ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶薄膜あるいはＧａＡｓ結晶
薄膜などが用いられている。下部セルとしてシリコンを
用いている場合はシリコン単結晶、ゲルマニウムを用い
ている場合はゲルマニウム単結晶、ＧａＡｓを用いてい
る場合はＧａＡｓ単結晶を基板として用いている。
、ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶薄膜あるいはＧａＡｓ結晶
薄膜などが用いられている。下部セルとしてシリコンを
用いている場合はシリコン単結晶、ゲルマニウムを用い
ている場合はゲルマニウム単結晶、ＧａＡｓを用いてい
る場合はＧａＡｓ単結晶を基板として用いている。
この結晶上に積層される上部セルではアルミニウムガリ
ウムヒ素（＾ＩＧａＡｓ）というような３次元混晶結晶
薄膜あるいはガリウムインジウムヒ素リン（＾ＩＧａＡ
ｓＰ ） 、アルミニウムガリウムインジウムリン（Ａ
ＩＧａｌｎＰ ）というような４元混晶結晶薄膜が用い
られている。そしてこの下部セルの結晶上に上部セルの
薄膜結晶がエピタキシャル成長法で直接成長せしめられ
る。
ウムヒ素（＾ＩＧａＡｓ）というような３次元混晶結晶
薄膜あるいはガリウムインジウムヒ素リン（＾ＩＧａＡ
ｓＰ ） 、アルミニウムガリウムインジウムリン（Ａ
ＩＧａｌｎＰ ）というような４元混晶結晶薄膜が用い
られている。そしてこの下部セルの結晶上に上部セルの
薄膜結晶がエピタキシャル成長法で直接成長せしめられ
る。
しかしなから、ここで下部セルの材料であるシリコンは
、バンドギャップについては約１，１ｅＶと理想的であ
るが、前記の上部セルに対して格子定数か約５％も異な
るために上部セルに歪みか入り、そのために格子欠陥が
発生して効率を落とす結果となる。さらにこのように格
子定数に差があると製品の太陽電池が反ったり、最悪の
場合製造中に割れてしまい製品歩留まりを低下させてし
まう。
、バンドギャップについては約１，１ｅＶと理想的であ
るが、前記の上部セルに対して格子定数か約５％も異な
るために上部セルに歪みか入り、そのために格子欠陥が
発生して効率を落とす結果となる。さらにこのように格
子定数に差があると製品の太陽電池が反ったり、最悪の
場合製造中に割れてしまい製品歩留まりを低下させてし
まう。
一方ＧｅやＧａＡｓの場合においては、格子定数差は非
常に小さいがＧｅのバンドギャップが０゜６ｅＶ、Ｇａ
Ａｓのバンドギャップは１．４ｅＶであり変換効率に問
題がある。このようにタンデムセルの太陽電池において
下部セルに上記のシリコン、ゲルマニウムあるいはＧａ
Ａｓの単結晶基板を用いる場合には変換効率あるいは製
品の歩留まりに大きな問題を残している。
常に小さいがＧｅのバンドギャップが０゜６ｅＶ、Ｇａ
Ａｓのバンドギャップは１．４ｅＶであり変換効率に問
題がある。このようにタンデムセルの太陽電池において
下部セルに上記のシリコン、ゲルマニウムあるいはＧａ
Ａｓの単結晶基板を用いる場合には変換効率あるいは製
品の歩留まりに大きな問題を残している。
（発明か解決しようとする課題）
このように、従来タンデム型の光電変換装置をモノリシ
ックに形成するのは、シリコンやゲルマニウムなとの従
来の材料ではバンドギャップか良好でかつ格子定数の整
合性の良好なものを得ることはできず、その結果上部セ
ルに歪みが入り格子欠陥が発生して効率を落としたり、
最悪の場合は製造中に割れてしまい製品歩留まりを低下
させるという問題があった。
ックに形成するのは、シリコンやゲルマニウムなとの従
来の材料ではバンドギャップか良好でかつ格子定数の整
合性の良好なものを得ることはできず、その結果上部セ
ルに歪みが入り格子欠陥が発生して効率を落としたり、
最悪の場合は製造中に割れてしまい製品歩留まりを低下
させるという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高効率で製
品歩留まりの良好な光電変換装置を提供することを目的
とする。
品歩留まりの良好な光電変換装置を提供することを目的
とする。
（課題を解決するための手段）
そこで本発明では、下“部セルに用いる基板としてイン
ジウムを添加した砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を用いるよ
うにしている。
ジウムを添加した砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を用いるよ
うにしている。
（作用）
通常のＧａＡｓ結晶基板は、ゲルマニウムと格子定数は
ほぼバンドギャップが約１．４ｅＶで積層型の太陽電池
の下部セルとしては問題がある。
ほぼバンドギャップが約１．４ｅＶで積層型の太陽電池
の下部セルとしては問題がある。
しかしながらこのＧａＡｓに１０を添加していくと格子
定数は大きくなりバンドギャップは小さくなる。
定数は大きくなりバンドギャップは小さくなる。
そしてＩｎを１０％添加されたＧａＡｓ基板を用いれば
バンドギャップはほぼシリコンと同等になり、上部セル
を構成する薄膜との格子定数の差は１％以内となる。
バンドギャップはほぼシリコンと同等になり、上部セル
を構成する薄膜との格子定数の差は１％以内となる。
このように、本発明によれば下部セル材料としてシリコ
ンを用いた場合と比較して格子定数差が小さく、格子欠
陥の問題は大幅に低減され、変換効率が高く信頼性の高
い太陽電池を得ることができた。
ンを用いた場合と比較して格子定数差が小さく、格子欠
陥の問題は大幅に低減され、変換効率が高く信頼性の高
い太陽電池を得ることができた。
（実施例）
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明実施例の太陽電池を示す図である。
この太陽電池は、原子比で１０％のＩｎを添加した直径
５０ｓ＋ｍのｐ型ＧａＡｓ基板１１上にこの基板と同一
成分の膜厚２． ５μｍのｐ型Ｇａｏ、、 Ｉｎｏ、＋
Ａｓ層１２．膜厚０．Ｉμｓのｎ十型Ｇａｏ、 、
Ｉｎｏ、 ＋＾Ｓ層１３とからなる下部セルと、膜厚２
μｍのｐ型Ａｌ０１Ｇａｏ、 ５ Ａｓ層１４．膜厚０
．１μｍのｎ中型＾ＩＱ、 ５ Ｇａｏ、 ’ｉＡＳ層
１５とからなる上部セルと、上下のセルを電気的に接合
する膜厚０．０５μｍのｎ＋十型Ｇａｏ、Ｉｎ。、、
Ａｓ層１６およびｐ＋十型Ｇａｏ９Ｉｎ、、、 Ａｓ層
１７のトンネル接合部とからなるものである。
５０ｓ＋ｍのｐ型ＧａＡｓ基板１１上にこの基板と同一
成分の膜厚２． ５μｍのｐ型Ｇａｏ、、 Ｉｎｏ、＋
Ａｓ層１２．膜厚０．Ｉμｓのｎ十型Ｇａｏ、 、
Ｉｎｏ、 ＋＾Ｓ層１３とからなる下部セルと、膜厚２
μｍのｐ型Ａｌ０１Ｇａｏ、 ５ Ａｓ層１４．膜厚０
．１μｍのｎ中型＾ＩＱ、 ５ Ｇａｏ、 ’ｉＡＳ層
１５とからなる上部セルと、上下のセルを電気的に接合
する膜厚０．０５μｍのｎ＋十型Ｇａｏ、Ｉｎ。、、
Ａｓ層１６およびｐ＋十型Ｇａｏ９Ｉｎ、、、 Ａｓ層
１７のトンネル接合部とからなるものである。
なお製造に際しては、ｎ型ＧａＡｓ基板］１上に有機金
属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｐ型Ｇａｏ、Ｉ
ｎｏ、 、ＡＳ層１２．膜厚０．１μｍのｎ中型ｃａｏ
、 ｇ Ｉｎｏ、 Ｉ ＡＳ層１３．ｎ＋十型Ｇａｏ、
ｌｎｏ、Ｉ Ａｓ層１６、 ｐ＋十型ＧａＯ，＊ Ｉ
ｎｏ、、 Ａｓ層１７．ｐ型Ａ１．．５Ｇａｏ、 ｓＡ
Ｓ層１４．ｎ中型Ａｌｏ、 ５ Ｇａｏ、 ５ Ａｓ層
１５とを順次連続して成長させ、この後電極を形成する
。
属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｐ型Ｇａｏ、Ｉ
ｎｏ、 、ＡＳ層１２．膜厚０．１μｍのｎ中型ｃａｏ
、 ｇ Ｉｎｏ、 Ｉ ＡＳ層１３．ｎ＋十型Ｇａｏ、
ｌｎｏ、Ｉ Ａｓ層１６、 ｐ＋十型ＧａＯ，＊ Ｉ
ｎｏ、、 Ａｓ層１７．ｐ型Ａ１．．５Ｇａｏ、 ｓＡ
Ｓ層１４．ｎ中型Ａｌｏ、 ５ Ｇａｏ、 ５ Ａｓ層
１５とを順次連続して成長させ、この後電極を形成する
。
このようにして形成された２接合太陽電池は、基板の直
径が５０ｍｍと大きいにもかかわらす、製品としての太
陽電池の反りはほとんどなく、また製造工程での破損も
なく歩留まりは１００％であった。さらに変換効率を測
定したところ集光部材を用いることなく約３０％の変換
効率を得ることができた。
径が５０ｍｍと大きいにもかかわらす、製品としての太
陽電池の反りはほとんどなく、また製造工程での破損も
なく歩留まりは１００％であった。さらに変換効率を測
定したところ集光部材を用いることなく約３０％の変換
効率を得ることができた。
なお、前記実施例では太陽電池について説明したが、光
センサなと他のデバイスにも適用可能である。
センサなと他のデバイスにも適用可能である。
また、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することが可能である。
て実施することが可能である。
以上説明してきたように、本発明によれば、下部セルに
用いる基板としてインジウムを添加した砒化ガリウム（
ＧａＡｓ）を用いるようにしているため、バンドギャッ
プはほぼシリコンと同等の１゜１■になり、下部セルと
して相応しい上、上部セルを構成する薄膜との格子定数
の差は１％以内とすることができ、変換効率が高く信頼
性の高い太陽電池を得ることが可能となる。
用いる基板としてインジウムを添加した砒化ガリウム（
ＧａＡｓ）を用いるようにしているため、バンドギャッ
プはほぼシリコンと同等の１゜１■になり、下部セルと
して相応しい上、上部セルを構成する薄膜との格子定数
の差は１％以内とすることができ、変換効率が高く信頼
性の高い太陽電池を得ることが可能となる。
第１図は、本発明実施例の太陽電池を示す図、示す図、
第２図は従来の太陽電池を示す図である。 １１− ｎ型ＧａＡｓ基板、１２ ・・−ｎ型Ｇａｏ９
１ｎ。 Ａｓ層、１３ ＝−ｐ型Ｇａｏ、 ｇ ｌｎｏ、 Ｉ
Ａｓ層、１４−＝ ｎ型Ｇａ。 Ａｓ層、 ５・・ ｐ型Ａｌ。 Ｇａ。 Ａｓ層。 第 図 人１１ｓ池の構造の一例 第２図
第２図は従来の太陽電池を示す図である。 １１− ｎ型ＧａＡｓ基板、１２ ・・−ｎ型Ｇａｏ９
１ｎ。 Ａｓ層、１３ ＝−ｐ型Ｇａｏ、 ｇ ｌｎｏ、 Ｉ
Ａｓ層、１４−＝ ｎ型Ｇａ。 Ａｓ層、 ５・・ ｐ型Ａｌ。 Ｇａ。 Ａｓ層。 第 図 人１１ｓ池の構造の一例 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板上にIII−Ｖ化合物半導体層を順次積層し、
少なくとも２つの接合を形成してなる積層型光電変換装
置において 前記半導体基板としてインジウムを添加した砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）を用いるようにしたことを特徴とする化
合物半導体光電変換装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2261692A JPH04137768A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 化合物半導体光電交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2261692A JPH04137768A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 化合物半導体光電交換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04137768A true JPH04137768A (ja) | 1992-05-12 |
Family
ID=17365390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2261692A Pending JPH04137768A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 化合物半導体光電交換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04137768A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08139355A (ja) * | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2004363567A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-12-24 | Sony Corp | 半導体装置およびその動作方法ならびに情報処理装置ならびに情報処理方法 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP2261692A patent/JPH04137768A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08139355A (ja) * | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2004363567A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-12-24 | Sony Corp | 半導体装置およびその動作方法ならびに情報処理装置ならびに情報処理方法 |
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