JPH04255272A - タンデム型太陽電池 - Google Patents
タンデム型太陽電池Info
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- JPH04255272A JPH04255272A JP3037933A JP3793391A JPH04255272A JP H04255272 A JPH04255272 A JP H04255272A JP 3037933 A JP3037933 A JP 3037933A JP 3793391 A JP3793391 A JP 3793391A JP H04255272 A JPH04255272 A JP H04255272A
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Links
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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)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数種類の半導体太陽
電池をモノリシックに直列接続したタンデム型太陽電池
の改良に関するものである。
電池をモノリシックに直列接続したタンデム型太陽電池
の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】宇宙空間用の電源や地上における独立電
源として太陽電池が使用されているが、このような太陽
電池の一種に、バンドギャップが異なる複数種類の半導
体太陽電池をモノリシックに直列接続したタンデム型太
陽電池がある。かかるタンデム型太陽電池においては、
太陽光スペクトルに対してそれぞれの半導体太陽電池が
異なる波長範囲の光を受光して光電変換することになる
ため、太陽光エネルギーを有効利用できてエネルギー変
換効率が向上し、大きな電力を発生できるとともに、同
程度の電力を得る場合には発電コストが低減される利点
がある。
源として太陽電池が使用されているが、このような太陽
電池の一種に、バンドギャップが異なる複数種類の半導
体太陽電池をモノリシックに直列接続したタンデム型太
陽電池がある。かかるタンデム型太陽電池においては、
太陽光スペクトルに対してそれぞれの半導体太陽電池が
異なる波長範囲の光を受光して光電変換することになる
ため、太陽光エネルギーを有効利用できてエネルギー変
換効率が向上し、大きな電力を発生できるとともに、同
程度の電力を得る場合には発電コストが低減される利点
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
タンデム型太陽電池の発生電圧は個々の半導体太陽電池
が発生する電圧の総和となるが、電流は個々の半導体太
陽電池の発生電流のうち最も小さい値に制限されるため
、これによりエネルギー変換効率が抑制されるという問
題があった。個々の半導体太陽電池の発生電流は、その
材質や受け持つ波長範囲の光子量の差などによって相違
するため、上記のような問題が発生するのである。
タンデム型太陽電池の発生電圧は個々の半導体太陽電池
が発生する電圧の総和となるが、電流は個々の半導体太
陽電池の発生電流のうち最も小さい値に制限されるため
、これによりエネルギー変換効率が抑制されるという問
題があった。個々の半導体太陽電池の発生電流は、その
材質や受け持つ波長範囲の光子量の差などによって相違
するため、上記のような問題が発生するのである。
【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、タンデム型太陽電池
のエネルギー変換効率を一層向上させることにある。
もので、その目的とするところは、タンデム型太陽電池
のエネルギー変換効率を一層向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、バンドギャップが異なる複数種類の半
導体太陽電池をモノリシックに直列接続したタンデム型
太陽電池において、前記複数種類の半導体太陽電池の個
々の発生電流が略同じになるようにそれ等複数種類の半
導体太陽電池の受光面積がそれぞれ異なる大きさに設定
されていることを特徴とする。
めに、本発明は、バンドギャップが異なる複数種類の半
導体太陽電池をモノリシックに直列接続したタンデム型
太陽電池において、前記複数種類の半導体太陽電池の個
々の発生電流が略同じになるようにそれ等複数種類の半
導体太陽電池の受光面積がそれぞれ異なる大きさに設定
されていることを特徴とする。
【０００６】
【作用および発明の効果】すなわち、太陽電池の発生電
流はその受光面積に比例するため、本発明では、直列接
続される複数種類の半導体太陽電池の個々の発生電流が
略同じになるように、それ等複数種類の半導体太陽電池
の受光面積をそれぞれ異なる大きさとしたのであり、こ
れにより個々の半導体太陽電池の発生電流がそのままタ
ンデム型太陽電池の発生電流となってエネルギー変換効
率が一層向上するのである。
流はその受光面積に比例するため、本発明では、直列接
続される複数種類の半導体太陽電池の個々の発生電流が
略同じになるように、それ等複数種類の半導体太陽電池
の受光面積をそれぞれ異なる大きさとしたのであり、こ
れにより個々の半導体太陽電池の発生電流がそのままタ
ンデム型太陽電池の発生電流となってエネルギー変換効
率が一層向上するのである。
【０００７】なお、同じ半導体太陽電池であっても、上
部に位置して太陽光スペクトルの全波長範囲を受光する
場合と、下部に位置して太陽光スペクトルの一部の波長
範囲を受光する場合とでは発生電流が相違するため、各
半導体太陽電池の受光面積の設定に際しては、モノリシ
ックに直列接続された状態における各半導体太陽電池の
発生電流が略同じとなるようにする必要がある。下部に
位置する半導体太陽電池であっても、その受光面積が上
部の半導体太陽電池よりも大きくて一部に直接太陽光が
照射される場合には、部分的に発生電流が相違するため
、その点も考慮する必要がある。
部に位置して太陽光スペクトルの全波長範囲を受光する
場合と、下部に位置して太陽光スペクトルの一部の波長
範囲を受光する場合とでは発生電流が相違するため、各
半導体太陽電池の受光面積の設定に際しては、モノリシ
ックに直列接続された状態における各半導体太陽電池の
発生電流が略同じとなるようにする必要がある。下部に
位置する半導体太陽電池であっても、その受光面積が上
部の半導体太陽電池よりも大きくて一部に直接太陽光が
照射される場合には、部分的に発生電流が相違するため
、その点も考慮する必要がある。
【０００８】また、太陽光エネルギーを効果的に吸収さ
せる上で、上部程バンドギャップが大きくなるように複
数種類の半導体太陽電池の位置関係を設定し、下部の半
導体太陽電池程受光面積が大きくなるようにすることが
望ましい。
せる上で、上部程バンドギャップが大きくなるように複
数種類の半導体太陽電池の位置関係を設定し、下部の半
導体太陽電池程受光面積が大きくなるようにすることが
望ましい。
【０００９】また、比較的大きな膜厚を必要とする間接
遷移型の半導体太陽電池は、下部に配置して基板として
利用することが望ましく、比較的薄膜でよい直接遷移型
の半導体太陽電池は上部に配置することが望ましい。
遷移型の半導体太陽電池は、下部に配置して基板として
利用することが望ましく、比較的薄膜でよい直接遷移型
の半導体太陽電池は上部に配置することが望ましい。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１１】図１は、本発明の一実施例であるタンデム
型太陽電池１０の断面構造を説明する図で、ｎ−Ｓｉ基
板１２は１ｃｍ×１ｃｍの正方形状を成し、抵抗率は約
２Ωｃｍで板厚は約３５０μｍである。このｎ−Ｓｉ基
板１２の上部には、深さ約０．８μｍ、抵抗率約０．０
３Ωｃｍのｐ−Ｓｉ拡散層１４が設けられており、この
ｐｎ接合によりＳｉ太陽電池１６が構成されている。こ
のようなｐ−Ｓｉ拡散層１４が形成されたｎ−Ｓｉ基板
１２上には、そのｎ−Ｓｉ基板１２よりも面積が約１３
％小さい範囲、言い換えれば０．８７ｃｍ２ の範囲に
、ｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８、ｎ−ＧａＡｓ半導体２
０、ｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２、ｐ＋ −Ａｌ０．９
Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４が順次積層されており、
ｎ−ＧａＡｓ半導体２０とｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２
との間のｐｎ接合により、Ｓｉ太陽電池１６よりも受光
面積が約１３％小さいＧａＡｓ太陽電池２６が構成され
ている。上記ｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８は厚さが約０
．５μｍで不純物濃度が１×１０１８程度であり、ｎ−
ＧａＡｓ半導体２０は厚さが約２．５μｍで不純物濃度
が１×１０１７程度であり、ｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２
２は厚さが約０．３μｍで不純物濃度が５×１０１８程
度であり、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導
体２４は厚さが約０．０１μｍで不純物濃度が１×１０
１９程度である。そして、上記ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇ
ａ０．１ Ａｓ半導体２４には、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎの上
部電極２８がｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２に接触するよ
うに埋設されているとともに、ｎ−Ｓｉ基板１２の下面
にはＡｇ／Ｔｉの下部電極３０が設けられている。また
、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４の
上面およびｎ−Ｓｉ基板１２の上面の露出部分には、そ
れぞれ窒化シリコンの反射防止膜３２が設けられている
。上記Ｓｉ太陽電池１６およびＧａＡｓ太陽電池２６は
、モノリシックに直列接続された互いにバンドギャップ
が異なる複数種類の半導体太陽電池に相当する。なお、
図１の各半導体の膜厚は必ずしも正確な割合で示したも
のではない。
型太陽電池１０の断面構造を説明する図で、ｎ−Ｓｉ基
板１２は１ｃｍ×１ｃｍの正方形状を成し、抵抗率は約
２Ωｃｍで板厚は約３５０μｍである。このｎ−Ｓｉ基
板１２の上部には、深さ約０．８μｍ、抵抗率約０．０
３Ωｃｍのｐ−Ｓｉ拡散層１４が設けられており、この
ｐｎ接合によりＳｉ太陽電池１６が構成されている。こ
のようなｐ−Ｓｉ拡散層１４が形成されたｎ−Ｓｉ基板
１２上には、そのｎ−Ｓｉ基板１２よりも面積が約１３
％小さい範囲、言い換えれば０．８７ｃｍ２ の範囲に
、ｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８、ｎ−ＧａＡｓ半導体２
０、ｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２、ｐ＋ −Ａｌ０．９
Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４が順次積層されており、
ｎ−ＧａＡｓ半導体２０とｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２
との間のｐｎ接合により、Ｓｉ太陽電池１６よりも受光
面積が約１３％小さいＧａＡｓ太陽電池２６が構成され
ている。上記ｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８は厚さが約０
．５μｍで不純物濃度が１×１０１８程度であり、ｎ−
ＧａＡｓ半導体２０は厚さが約２．５μｍで不純物濃度
が１×１０１７程度であり、ｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２
２は厚さが約０．３μｍで不純物濃度が５×１０１８程
度であり、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導
体２４は厚さが約０．０１μｍで不純物濃度が１×１０
１９程度である。そして、上記ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇ
ａ０．１ Ａｓ半導体２４には、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎの上
部電極２８がｐ＋ −ＧａＡｓ半導体２２に接触するよ
うに埋設されているとともに、ｎ−Ｓｉ基板１２の下面
にはＡｇ／Ｔｉの下部電極３０が設けられている。また
、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４の
上面およびｎ−Ｓｉ基板１２の上面の露出部分には、そ
れぞれ窒化シリコンの反射防止膜３２が設けられている
。上記Ｓｉ太陽電池１６およびＧａＡｓ太陽電池２６は
、モノリシックに直列接続された互いにバンドギャップ
が異なる複数種類の半導体太陽電池に相当する。なお、
図１の各半導体の膜厚は必ずしも正確な割合で示したも
のではない。
【００１２】次に、かかるタンデム型太陽電池１０の製
造方法の一例を説明する。
造方法の一例を説明する。
【００１３】先ず、直径が２インチ、厚さが約３５０μ
ｍで抵抗率が約２Ωｃｍのｎ−Ｓｉ基板１２に、Ｂを含
んだｐ型の拡散剤をスピンコートして乾燥させ、これを
拡散炉に装入して酸素雰囲気中で６００℃にて５分間拡
散剤を焼成する。続いて、窒素：酸素＝５：１の雰囲気
中で９００℃にて１５分間拡散を行い、室温まで冷却し
た後拡散炉から取り出して、拡散剤をフッ酸溶液でエッ
チングして除去する。これにより、前記ｐ−Ｓｉ拡散層
１４が形成される。
ｍで抵抗率が約２Ωｃｍのｎ−Ｓｉ基板１２に、Ｂを含
んだｐ型の拡散剤をスピンコートして乾燥させ、これを
拡散炉に装入して酸素雰囲気中で６００℃にて５分間拡
散剤を焼成する。続いて、窒素：酸素＝５：１の雰囲気
中で９００℃にて１５分間拡散を行い、室温まで冷却し
た後拡散炉から取り出して、拡散剤をフッ酸溶液でエッ
チングして除去する。これにより、前記ｐ−Ｓｉ拡散層
１４が形成される。
【００１４】次に、上記ｐ−Ｓｉ拡散層１４が形成され
たｎ−Ｓｉ基板１２を有機溶剤で洗浄し、フッ酸溶液で
エッチングして表面酸化層を取り除いた後ＭＯＣＶＤ（
有機金属化学気相成長）装置の反応炉内に装入し、水素
雰囲気中で１０００℃にて１５分間基板表面の清浄化処
理を行った後、所謂２段階成長法を用いて前記ｎ＋ −
ＧａＡｓ半導体１８、ｎ−ＧａＡｓ半導体２０、ｐ＋
−ＧａＡｓ半導体２２、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．
１ Ａｓ半導体２４を順次エピタキシャル成長させる。 ｎ型，ｐ型のドーパントはそれぞれＳｅ，Ｚｎであり、
成長時間は各々の厚さに応じて定められる。そして、室
温まで冷却した後ＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
たｎ−Ｓｉ基板１２を有機溶剤で洗浄し、フッ酸溶液で
エッチングして表面酸化層を取り除いた後ＭＯＣＶＤ（
有機金属化学気相成長）装置の反応炉内に装入し、水素
雰囲気中で１０００℃にて１５分間基板表面の清浄化処
理を行った後、所謂２段階成長法を用いて前記ｎ＋ −
ＧａＡｓ半導体１８、ｎ−ＧａＡｓ半導体２０、ｐ＋
−ＧａＡｓ半導体２２、ｐ＋ −Ａｌ０．９ Ｇａ０．
１ Ａｓ半導体２４を順次エピタキシャル成長させる。 ｎ型，ｐ型のドーパントはそれぞれＳｅ，Ｚｎであり、
成長時間は各々の厚さに応じて定められる。そして、室
温まで冷却した後ＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
【００１５】その後、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切断し
、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてｐ＋ −Ａｌ
０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４に上部電極２８を
設けるための取付穴を形成する。そして、上部電極２８
および下部電極３０を蒸着するとともに、ｐ＋ −Ａｌ
０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４上に反射防止膜３
２を蒸着する。図２はこの状態のタンデム型太陽電池４
０を示したもので、この段階ではＳｉ太陽電池１６およ
びＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積が互いに等しい従来
のものと同じである。
、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてｐ＋ −Ａｌ
０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４に上部電極２８を
設けるための取付穴を形成する。そして、上部電極２８
および下部電極３０を蒸着するとともに、ｐ＋ −Ａｌ
０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ半導体２４上に反射防止膜３
２を蒸着する。図２はこの状態のタンデム型太陽電池４
０を示したもので、この段階ではＳｉ太陽電池１６およ
びＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積が互いに等しい従来
のものと同じである。
【００１６】ここで、かかるタンデム型太陽電池４０に
、光照射条件ＡＭ０（１３５．３ｍＷ／ｃｍ２ ）、温
度２７℃で光を照射して電流−電圧特性を測定するとと
もに、Ｓｉ太陽電池およびＧａＡｓ太陽電池各々の特性
についても調べたところ、表１および図３に示す結果が
得られた。表１において、第１段の「ＧａＡｓ層なしＳ
ｉ太陽電池」はＳｉ太陽電池に直接光が照射された場合
で、第２段の「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池」はＧａＡ
ｓ太陽電池を透過した光がＳｉ太陽電池に照射された場
合で、第３段の「ＧａＡｓ太陽電池」はＧａＡｓ太陽電
池に直接光が照射された場合で、第４段の「同面積タン
デム接続」はＳｉ太陽電池の上に同じ面積のＧａＡｓ太
陽電池が設けられた上記タンデム型太陽電池４０の場合
であり、同欄の（ａ），（ｂ），（ｃ）の符号は図３の
グラフの符号に対応する。
、光照射条件ＡＭ０（１３５．３ｍＷ／ｃｍ２ ）、温
度２７℃で光を照射して電流−電圧特性を測定するとと
もに、Ｓｉ太陽電池およびＧａＡｓ太陽電池各々の特性
についても調べたところ、表１および図３に示す結果が
得られた。表１において、第１段の「ＧａＡｓ層なしＳ
ｉ太陽電池」はＳｉ太陽電池に直接光が照射された場合
で、第２段の「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池」はＧａＡ
ｓ太陽電池を透過した光がＳｉ太陽電池に照射された場
合で、第３段の「ＧａＡｓ太陽電池」はＧａＡｓ太陽電
池に直接光が照射された場合で、第４段の「同面積タン
デム接続」はＳｉ太陽電池の上に同じ面積のＧａＡｓ太
陽電池が設けられた上記タンデム型太陽電池４０の場合
であり、同欄の（ａ），（ｂ），（ｃ）の符号は図３の
グラフの符号に対応する。
【００１７】
【表１】
【００１８】かかる表１から明らかなように、「同面積
タンデム接続」の開放電圧ＶＯＣは、「ＧａＡｓ層あり
Ｓｉ太陽電池」と「ＧａＡｓ太陽電池」とを加算した値
と略一致するのに対し、短絡電流密度ＩＳＣは「ＧａＡ
ｓ層ありＳｉ太陽電池」および「ＧａＡｓ太陽電池」の
うち低い方、具体的には「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池
」の値と一致している。言い換えれば、上記タンデム型
太陽電池４０の状態におけるＧａＡｓ太陽電池２６は、
単独では２３．５（ｍＡ／ｃｍ２ ）の短絡電流密度を
発生し得るにも拘らず、Ｓｉ太陽電池１６と直列接続さ
れることにより１７．６（ｍＡ／ｃｍ２ ）の短絡電流
密度しか発生させることができないのであり、その分だ
けＧａＡｓ太陽電池２６のエネルギー変換効率が低下し
、タンデム型太陽電池４０全体としてのエネルギー変換
効率も充分に上がらないのである。
タンデム接続」の開放電圧ＶＯＣは、「ＧａＡｓ層あり
Ｓｉ太陽電池」と「ＧａＡｓ太陽電池」とを加算した値
と略一致するのに対し、短絡電流密度ＩＳＣは「ＧａＡ
ｓ層ありＳｉ太陽電池」および「ＧａＡｓ太陽電池」の
うち低い方、具体的には「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池
」の値と一致している。言い換えれば、上記タンデム型
太陽電池４０の状態におけるＧａＡｓ太陽電池２６は、
単独では２３．５（ｍＡ／ｃｍ２ ）の短絡電流密度を
発生し得るにも拘らず、Ｓｉ太陽電池１６と直列接続さ
れることにより１７．６（ｍＡ／ｃｍ２ ）の短絡電流
密度しか発生させることができないのであり、その分だ
けＧａＡｓ太陽電池２６のエネルギー変換効率が低下し
、タンデム型太陽電池４０全体としてのエネルギー変換
効率も充分に上がらないのである。
【００１９】そこで、上記Ｓｉ太陽電池１６およびＧａ
Ａｓ太陽電池２６の発生電流が互いに等しくなるように
、ＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積を小さくしたのが前
記図１のタンデム型太陽電池１０である。ここで、Ｇａ
Ａｓ太陽電池２６の一部を除去すると、Ｓｉ太陽電池１
６は、一部が「ＧａＡｓ層なしＳｉ太陽電池」となり、
残りの部分が「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池」となるた
め、タンデム型太陽電池１０は、ＧａＡｓ層なしＳｉ太
陽電池１６ａとＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池１６ｂとを
並列接続した図４と等価回路となり、ＧａＡｓ太陽電池
２６の発生電流とＳｉ太陽電池１６の発生電流とを等し
くするためには、ＧａＡｓ層なしＳｉ太陽電池１６ａの
発生電流をＩａ 、ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池１６ｂ
の発生電流をＩｂ 、ＧａＡｓ太陽電池２６の発生電流
をＩとすると、次式（１）を満足するようにすれば良い
。今、Ｓｉ太陽電池１６の受光面積に対してＧａＡｓ太
陽電池２６の受光面積を小さくする割合、すなわちタン
デム型太陽電池４０からＧａＡｓ太陽電池２６を除去す
る割合をＸ（％）とすると、表１のデータから上記（１
）式は次式（２）で表され、Ｘ≒１３となる。したがっ
て、前記タンデム型太陽電池４０から、フォトリソグラ
フィ技術によりｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８よりも上の
部分の外周部を約１３％除去し、ｎ−Ｓｉ基板１２の上
面露出部に反射防止膜３２を蒸着すれば良い。
Ａｓ太陽電池２６の発生電流が互いに等しくなるように
、ＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積を小さくしたのが前
記図１のタンデム型太陽電池１０である。ここで、Ｇａ
Ａｓ太陽電池２６の一部を除去すると、Ｓｉ太陽電池１
６は、一部が「ＧａＡｓ層なしＳｉ太陽電池」となり、
残りの部分が「ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池」となるた
め、タンデム型太陽電池１０は、ＧａＡｓ層なしＳｉ太
陽電池１６ａとＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池１６ｂとを
並列接続した図４と等価回路となり、ＧａＡｓ太陽電池
２６の発生電流とＳｉ太陽電池１６の発生電流とを等し
くするためには、ＧａＡｓ層なしＳｉ太陽電池１６ａの
発生電流をＩａ 、ＧａＡｓ層ありＳｉ太陽電池１６ｂ
の発生電流をＩｂ 、ＧａＡｓ太陽電池２６の発生電流
をＩとすると、次式（１）を満足するようにすれば良い
。今、Ｓｉ太陽電池１６の受光面積に対してＧａＡｓ太
陽電池２６の受光面積を小さくする割合、すなわちタン
デム型太陽電池４０からＧａＡｓ太陽電池２６を除去す
る割合をＸ（％）とすると、表１のデータから上記（１
）式は次式（２）で表され、Ｘ≒１３となる。したがっ
て、前記タンデム型太陽電池４０から、フォトリソグラ
フィ技術によりｎ＋ −ＧａＡｓ半導体１８よりも上の
部分の外周部を約１３％除去し、ｎ−Ｓｉ基板１２の上
面露出部に反射防止膜３２を蒸着すれば良い。
【００２０】
Ｉａ ＋Ｉｂ ＝Ｉ
・・・（１）
・・・（１）
【００２１】
４０．０Ｘ＋１７．６（１００−Ｘ）
＝２３．５（１００−Ｘ）
・・・（２
）
＝２３．５（１００−Ｘ）
・・・（２
）
【００２２】そして、かかるタンデム型太陽電池１０
を用いて、前記タンデム型太陽電池４０の場合と同じ条
件で電流−電圧特性を測定した結果を、前記表１および
図３にそれぞれ（ｄ）の符号を付して示す。この結果か
ら明らかなように、「異面積タンデム接続」で示されて
いるタンデム型太陽電池１０によれば、タンデム型太陽
電池４０に比較してＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積が
小さくなったにも拘らず、短絡電流密度ＩＳＣが１７．
６から２０．５に上昇しているとともに、Ｓｉ太陽電池
１６の一部に光が直接照射されるようになって開放電圧
ＶＯＣも僅かに上昇しており、エネルギー変換効率ηが
１４．７から１７．６に大幅に上昇していることが判る
。なお、短絡電流密度ＩＳＣは面積が１ｃｍ２ の素子
全体としての値であり、それより面積が小さいタンデム
型太陽電池１０のＧａＡｓ太陽電池２６単独での短絡電
流密度ＩＳＣは前記のように約２３．５であり、２０．
５は実際の発生電流に相当する。
を用いて、前記タンデム型太陽電池４０の場合と同じ条
件で電流−電圧特性を測定した結果を、前記表１および
図３にそれぞれ（ｄ）の符号を付して示す。この結果か
ら明らかなように、「異面積タンデム接続」で示されて
いるタンデム型太陽電池１０によれば、タンデム型太陽
電池４０に比較してＧａＡｓ太陽電池２６の受光面積が
小さくなったにも拘らず、短絡電流密度ＩＳＣが１７．
６から２０．５に上昇しているとともに、Ｓｉ太陽電池
１６の一部に光が直接照射されるようになって開放電圧
ＶＯＣも僅かに上昇しており、エネルギー変換効率ηが
１４．７から１７．６に大幅に上昇していることが判る
。なお、短絡電流密度ＩＳＣは面積が１ｃｍ２ の素子
全体としての値であり、それより面積が小さいタンデム
型太陽電池１０のＧａＡｓ太陽電池２６単独での短絡電
流密度ＩＳＣは前記のように約２３．５であり、２０．
５は実際の発生電流に相当する。
【００２３】このように、ＧａＡｓ太陽電池２６の受光
面積がＳｉ太陽電池１６よりも約１３％小さい本実施例
のタンデム型太陽電池１０によれば、両者の受光面積が
等しいタンデム型太陽電池４０に比較して発生電流およ
びエネルギー変換効率が大幅に向上するのである。
面積がＳｉ太陽電池１６よりも約１３％小さい本実施例
のタンデム型太陽電池１０によれば、両者の受光面積が
等しいタンデム型太陽電池４０に比較して発生電流およ
びエネルギー変換効率が大幅に向上するのである。
【００２４】なお、かかるタンデム型太陽電池１０は、
バンドギャップＥｇが１．４３程度のＧａＡｓ太陽電池
２６をバンドギャップＥｇが１．０８程度のＳｉ太陽電
池１６の上に積層しており、下部のＳｉ太陽電池１６の
受光面積が大きくされて一部に太陽光が直接照射される
ようになっているため、太陽光エネルギーが効果的に吸
収されて一層高いエネルギー変換効率を得られるのであ
る。
バンドギャップＥｇが１．４３程度のＧａＡｓ太陽電池
２６をバンドギャップＥｇが１．０８程度のＳｉ太陽電
池１６の上に積層しており、下部のＳｉ太陽電池１６の
受光面積が大きくされて一部に太陽光が直接照射される
ようになっているため、太陽光エネルギーが効果的に吸
収されて一層高いエネルギー変換効率を得られるのであ
る。
【００２５】また、比較的大きな膜厚を必要とする間接
遷移型のＳｉ半導体から成るＳｉ太陽電池１６が下部に
位置して基板を兼ねているとともに、比較的薄膜で済む
直接遷移型のＧａＡｓ半導体から成るＧａＡｓ太陽電池
２６がそのＳｉ太陽電池１６の上に形成されているため
、製造が簡単かつ容易で安価に構成され得る利点がある
。
遷移型のＳｉ半導体から成るＳｉ太陽電池１６が下部に
位置して基板を兼ねているとともに、比較的薄膜で済む
直接遷移型のＧａＡｓ半導体から成るＧａＡｓ太陽電池
２６がそのＳｉ太陽電池１６の上に形成されているため
、製造が簡単かつ容易で安価に構成され得る利点がある
。
【００２６】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
【００２７】例えば、前記実施例では２種類のＳｉ太陽
電池１６およびＧａＡｓ太陽電池２６から成るタンデム
型太陽電池１０について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、
ＣｄＳなどの他の半導体太陽電池を有するタンデム型太
陽電池にも本発明は同様に適用され得るのであり、３種
類以上の半導体太陽電池をモノリシックに直列接続する
ことも可能である。
電池１６およびＧａＡｓ太陽電池２６から成るタンデム
型太陽電池１０について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、
ＣｄＳなどの他の半導体太陽電池を有するタンデム型太
陽電池にも本発明は同様に適用され得るのであり、３種
類以上の半導体太陽電池をモノリシックに直列接続する
ことも可能である。
【００２８】また、前記実施例ではＭＯＣＶＤ装置を用
いてＧａＡｓ太陽電池２６を形成する場合について説明
したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキシャル
成長法を採用できることは勿論、半導体太陽電池の構造
も適宜変更することが可能である。
いてＧａＡｓ太陽電池２６を形成する場合について説明
したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキシャル
成長法を採用できることは勿論、半導体太陽電池の構造
も適宜変更することが可能である。
【００２９】また、前記実施例ではＧａＡｓ太陽電池２
６の外周部を除去して受光面積を調整していたが、中央
部など他の部分を除去するようにしても差支えない。
６の外周部を除去して受光面積を調整していたが、中央
部など他の部分を除去するようにしても差支えない。
【００３０】また、前記実施例ではｎ−Ｓｉ基板１２が
そのままＳｉ太陽電池１６に用いられているが、半導体
太陽電池とは別個に基板が設けられていても良い。
そのままＳｉ太陽電池１６に用いられているが、半導体
太陽電池とは別個に基板が設けられていても良い。
【００３１】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
【図１】本発明の一実施例であるタンデム型太陽電池の
断面構造を説明する図である。
断面構造を説明する図である。
【図２】図１のタンデム型太陽電池を製造するに際して
受光面積を相違させる前の状態で、受光面積が等しい従
来のタンデム型太陽電池と同じ状態を示す図である。
受光面積を相違させる前の状態で、受光面積が等しい従
来のタンデム型太陽電池と同じ状態を示す図である。
【図３】（ａ）ＧａＡｓ太陽電池を透過した光が照射さ
れるＳｉ太陽電池、（ｂ）ＧａＡｓ太陽電池、（ｃ）図
２のタンデム型太陽電池、および（ｄ）図１のタンデム
型太陽電池の各々の電流−電圧特性を示す図である。
れるＳｉ太陽電池、（ｂ）ＧａＡｓ太陽電池、（ｃ）図
２のタンデム型太陽電池、および（ｄ）図１のタンデム
型太陽電池の各々の電流−電圧特性を示す図である。
【図４】図１のタンデム型太陽電池の等価回路を示す図
である。
である。
１０：タンデム型太陽電池
１６：Ｓｉ太陽電池
２６：ＧａＡｓ太陽電池
Claims (1)
- 【請求項１】 バンドギャップが異なる複数種類の半
導体太陽電池をモノリシックに直列接続したタンデム型
太陽電池において、前記複数種類の半導体太陽電池の個
々の発生電流が略同じになるように該複数種類の半導体
太陽電池の受光面積がそれぞれ異なる大きさに設定され
ていることを特徴とするタンデム型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037933A JPH04255272A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | タンデム型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037933A JPH04255272A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | タンデム型太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04255272A true JPH04255272A (ja) | 1992-09-10 |
Family
ID=12511362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037933A Pending JPH04255272A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | タンデム型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04255272A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001168103A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Nagoya Kogyo Univ | 半導体表面処理方法、およびこの処理を施された半導体装置 |
| JP2009545184A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | 周囲のシリコンスカベンジャーセルを備えた高効率太陽電池 |
-
1991
- 1991-02-06 JP JP3037933A patent/JPH04255272A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001168103A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Nagoya Kogyo Univ | 半導体表面処理方法、およびこの処理を施された半導体装置 |
| JP2009545184A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | ユニバーシティー、オブ、デラウェア | 周囲のシリコンスカベンジャーセルを備えた高効率太陽電池 |
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