JPH0427169A - 太陽電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はベース領域で発生する少数キャリアの再結合防
止及び発電領域の拡大と共に、ベース領域の不純物濃度
により影響を受ける性能の改善を図った太陽電池に関す
る。

〈従来の技術〉 光起電力効果により光エネルギーを電気エネルギーに変
換する太陽電池は、クリーン且つ無尽蔵な発電システム
としてその利用が積極的に図られている。

第６図に従来の太陽電池の一例を示す。

この太陽電池は、Ｐ型半導体（Ｓｉ）基板の表面に高濃
度のＮ型拡散層と高濃度のＰ型拡散領域とを交互に形成
し、Ｐ型のベース領域１を形成すると共にＮ９型のエミ
ッタ領域２及びＰ０型のコレクタ領域３を形成しである
。そして、基板の裏面には高濃度の不純物を拡散させて
Ｐ゛型の層（パックサーフエースフィールド：　ＢＳＦ
）４が設けられており、このＢＳＦ３の表面には絶縁膜
（ＳｉＯ２）５が設けられている。また、基板の表面側
には絶縁膜（Ｓｉ０２）６を介してＡ１等から成る電極
７．８が設けられており、これら電極７．８はそれぞれ
エミッタ領域２、コレクタ領域３に接続されている。

この太陽電池によれば、裏面側から光子エネルギーが禁
制帯幅より大きい光ｈνが照射されると、ＰＮ接合部の
光起電力効果で電極７．８間に電力が生ずる。そして、
この際、ＢＳＦ４はベース領域１の少数キャリア（この
場合、電子）を裏面側へ反射させて界面での再結合を防
止し、発電効率を向上させている。そして、第６図に示
したように電極７．８を共に基板の一面側（表面側）に
設けた形式の太陽電池は、電極の一方を基板の他面側（
裏面側）に設ける形式の太陽電池に較べ、光ｈｖの受光
面積が大きくなり、発電効率が有利である。

〈発明が解決しようとする課題〉 第６図に示したように電極７．８を共に基板の一面側（
表面側）に設けた形式の太陽電池は、電極の一方を基板
の他面側（裏面側）に設ける形式の太陽電池に較べ、光
ｈνの受光面積が大きくなり、発電効率が有利である。

しかしながら、ベース領域１で発生した少数キャリアを
収集するエミッタ領域２がベース領域１とパッシベーシ
ョン膜、バッファー層、光反射膜等との界面に位置して
いるため、この界面での少数キャリアの再結合が生じ、
発電効率の十分な向上が達成できなかった。

更にまた、発電領域たるベース領域１の不純物濃度は発
電効率にとフて重要である。すなわち、ベース領域の少
数キャリアの界面での再結合の減少、あるいは、ＰＮ接
合部の空乏層を広げて発生キャリアの収集効率の向上を
図り、これによって発電効率の向上を図るためには、ベ
ース領域１の不純物濃度は低い方がよい。一方、ベース
領域１からエミッタ領域２へ注入される少数キャリア（
上記例では、電子）による暗電流成分の減少、あるいは
、電極間の直列抵抗の低減を図り、これによって発電効
率の向上を図るためには、ベース領域１の不純物濃度は
高い方がよい。

このようにベース領域１の不純物濃度には相反する条件
があり、従来ではベース領域１の不純物濃度を両者の折
衷的な適当なものに設定していた。

しかしながら、大幅な発電効率の向上は実現できず、ま
た、微妙な濃度設定が必要なことから製造管理が煩雑と
なってしまうという問題があった。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、エミッ
タ領域とコレクタ領域との間の発電領域を拡大し、ベー
ス領域の少数キャリアの再結合を防止し、更には、ベー
ス領域を不純物濃度の異なる多層構造とすることにより
、ベース領域に課せられる相反する条件を満足させ、発
電効率の大幅な向上を実現する太陽電池を提供すること
を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明に係る太陽電池は、一の導電型の半導体から成る
ベース領域に接して、他の導電型の半導体から成るエミ
ッタ領域を形成した太陽電池において、前記エミッタ領
域をベース領域内に埋設し、ベース領域の当該エミッタ
領域に接する部分の不純物濃度を低く設定したことを特
徴とする。

本発明に係る太陽電池は、一の導電型の半導体から成る
ベース領域に接して、同一導電型の半導体から成るコレ
クタ領域及び他の導電型から成るエミッタ領域を形成し
た太陽電池において、前記コレクタ領域をベース領域内
に埋設し、ベース領域のエミッタ領域に接する部分の不
純物濃度を低く設定したことを特徴とする。

本発明に係る太陽電池は、一の導電型の半導体から成る
ベース領域に接して、同一導電型の半導体から成るコレ
クタ領域及び他の導電型の半導体から成るエミッタ領域
を形成した太陽電池において、前記コレクタ領域及び前
記エミッタ領域をベース領域内に埋設し、ベース領域の
当該エミッタ領域に接する部分の不純物濃度を低く設定
したことを特徴とする。

すなわち、本発明ではエミッタ領域とコレクタ領域の両
方若しくはいずれか一方をベース領域内に埋設すると共
に、ベース領域のエミッタ領域に接する部分の不純物濃
度を低く設定しである。

〈作用〉 エミッタ領域をベース領域内に埋設することにより、ベ
ース領域の少数キャリアの界面での再結合を抑制して当
該少数キャリアのエミッタ領域での収集効率を高める。

また、エミ・ンタ領域とコレクタ領域の両方若しくはい
ずれか一方をベース領域内に埋設することにより、エミ
ッタ領域とコレクタ領域との間で発電領域となるベース
領域の部分を拡大する。そして更に、エミッタ領域に接
するベース領域の部分の不純物濃度を低くして、ベース
領域の少数キャリアの界面での再結合を減少させると共
に、ＰＮ接合部の空乏層幅を広げる。

そして、エミッタ領域から遠いベース領域の部分の不純
物濃度は高くして、ベース領域からエミッタ領域へ注入
される少数キャリアによる暗電流成分を減少させると共
に、電極間の直列抵抗を低減させる。

〈実施例〉 本発明の太陽電池を実施例に基づいて具体的に説明する
。尚、前述した従来例と同一部分には同一符号を付して
重複する説明は省略する。

第１図には本発明の一実施例に係る太陽電池を示す。

本実施例の太陽電池はＰ型半導体から成るベース領域１
の内部にＮ′″型のエミッタ領域２とＰ＋型のコレクタ
領域３とが埋設してあり、各領域２．３には基板表面に
設けられた電極７．８がコンタクトホール９を通して接
続しである。ベース領域１はＢＳＦ４より不純物濃度が
低いＰ型層１　ａ。

１ｄで更に不純物濃度が低いＰ−型層１ｂ、ｌｃを挟ん
だ構造となっており、エミッタ領域２とコレクタ領域３
とはＰ−型層１ｂ、ｌｃ内に埋設しである。

このように電極に接続したエミッタ領域２とコレクタ領
域３の埋設は、例えば次のような方法で行うことができ
る。まず、Ｐ−型基板の一面から濃度を変えて不純物を
拡散させて、不純物濃度の異なるＢＳＦ４、Ｐ型層１ａ
Ｓ　Ｐ−層ｌｂの積層体を形成する。そして、Ｐ−型層
】ｂの表面部にＮ゛型のエミッタ領域２とＰ°型のコレ
クタ領域３とを拡散形成し、この上にＰ−型層１ｃ及び
Ｐ型層１ｄを順次エピタキシャル成長させて形成し、ベ
ース領域１０表面から深さＨの位置にＰ−型層に接した
エミッタ領域２とコレクタ領域３とを埋設する。次いで
、マスクを施してエツチングを行ってエミッタ領域２と
コレクタ領域３とに通じるコンタクトホール９を形成し
、当該マスクを除去して絶縁膜６を形成する。次いで、
コンタクトホール９の開口を残して再びマスクを施し、
リアクティブイオンエツチングによりコンタクトホール
底部の絶縁膜を除去し、マスクを除去した後に電極７．
８を形成して各領域２．３に接続する。

上記構成の太陽電池によれば、エミッタ領域２がベース
領域１の界面から離れた内部に位置することにより、ベ
ース領域１の少数キャリアの界面での再結合が抑制され
、当該少数キャリアのエミッタ領域２での収集効率が高
まる。また、エミッタ領域とコレクタ領域がベース領域
１の内部に位置することにより、エミッタ領域２とコレ
クタ領域３との間で発電領域となるベース領域の部分が
拡大する。この結果、総じて発電効率が大幅に向上する
。そして更に、エミッタ領域２に接した不純物濃度の低
くいＰ−型層１ｂ、１ｃにより少数キャリアの界面での
再結合が減少すると共にＰＮ接合部の空乏層幅が広がる
一方、不純物濃度の高いＰ型層１ａ、１ｄにより暗電流
成分が減少すると共に電極間の直列抵抗が低減し、総じ
て発電効率の向上が達成できる。

第２図と第３図にはそれぞれ本発明の他の一実施例に係
る太陽電池を示す。

これら実施例は上記実施例のものに対し、Ｐ−型層１ｂ
、１ｃのいずれか一方を省略したものであり、第２図に
示すものではＰ−型層ＩＣを、第３図に示すものではＰ
−型層１ｂをそれぞれエミッタ領域２とコレクタ領域３
とに接して設けである。このようにＰ−型層を一方とし
ても、この部分で上記したような少数キャリアの界面で
の再結合の減少、ＰＮ接合部の空乏層幅の拡大及び暗電
流成分の減少、電極間の直列抵抗の低減を図ることがで
きる。

第４図には本発明の更に他の一実施例に係る太陽電池を
示す。

この実施例の太陽電池はエミッタ領域２０回りにだけＰ
−型領域１０を設け、これらをＰ型層１ａ、１ｄで挟ん
だ構造となっている。このようにエミッタ領域２にのみ
Ｐ−型領域１０を接して設けたものにあっても、上記の
効果を十分に得ることができる。

第５図には本発明の更に他の一実施例に係る太陽電池を
示す。

この実施例の太陽電池は第１図に示したＰ型層１ａとＰ
−型層１ｃを省略した構造であり、Ｐ−型層１ｂとＰ型
Ｆ’ｌｄとでエミッタ領域２とコレクタ領域３とを挟ん
だ構造となっている。

ここで、上記した各実施例の発電効率（光電変換効率）
を下表に示す。この表から判るように、本発明を適用す
ることにより発電効率の大幅な向上が得られる。

（以下、余白） 尚、上記した各実施例ではエミッタ領域２とコレクタ領
＠３とを共にベース領域１内に埋設したものを示したが
、いずれか一方の領域を埋設するだけても上述した効果
を得られる。

ここで、本発明でのエミッタ領域、コレクタ領域の埋め
込み深さＨは２μｍ〜２００μｍが好ましく、、下表に
示すように、この範囲であれば特に大幅な発電効率（光
電変換効率）の向上が得られる。第１図〜第５図に示し
た構造のそれぞれの太陽電池についてエミッタ領域、コ
レクタ領域の深さを変えて測定した結果を示す。

（以下余白） 第１図型 第２図型 第３図型 第４図型 第５図型 尚、本発明では、導電型のＰＮ関係を上記の各実施例で
示したものとは逆にしてもよい。

また、上記した各実施例では、ベース領域を濃度の異な
る２層構造としたものを示したが、ベース領域を３Ｎ以
上の積層構造とし、これら各層の不純物濃度をエミッタ
領域から遠くなるに従って高くなるようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施例で示したようにエミッタ側
とコレクタ側の画電極を共に基板の一面側に設けた形式
の太陽電池のみならず、電極の一方を基板の他面側に設
ける形式の太陽電池にも適用することができ、同様の効
果が得られる。

また、上記した各実施例では、ベース領域のキャリアを
エミッタ領域側へ反射させるＢＳＦを備えたものを示し
たが、本発明はＢＳＦを備えない太陽電池に適用しても
所期の効果を得ることができる。

く効果〉 本発明に係る太陽電池によれば、エミッタ領域とコレク
タ領域の両方若しくはいずれか一方をベース領域内に埋
設したため、ベース領域の少数キャリアの界面での再結
合を抑制して少数キャリアのエミッタ領域での収集効率
を高めることができ、また、エミッタ領域とコレクタ領
域との間で発電領域となるベース領域の部分を拡大する
ことができ、発電効率の大幅な向上を達成することがで
きる。更にまた、エミッタ領域に接するベース層の不純
物濃度を低くしたため、ベース領域の少数キャリアの界
面での再結合の減少及びＰＮ接合部の空乏層幅の拡大と
、暗電流成分の減少及び電極間の直列抵抗の低減という
相反する要求を共に満足させることができ、これによっ
ても発電効率の大幅な向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はそれぞれ本発明の一実施例に係る太陽
電池の斜視図、第６図は従来例に係る太陽電池の斜視図
である。 １はベース領域、 １ａ、１ｄはベース領域のＰ型層、 １ｂ、１ｃ、１０はベース領域のＰ ２はエミッタ領域、 ３はコレクタ領域、 ７．８は電極である。 型層、 特許出願人　　三菱金属株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一の導電型の半導体から成るベース領域に接して
   、他の導電型の半導体から成るエミッタ領域を形成した
   太陽電池において、前記エミッタ領域をベース領域内に
   埋設し、ベース領域の当該エミッタ領域に接する部分の
   不純物濃度を低く設定したことを特徴とする太陽電池。
2. （２）一の導電型の半導体から成るベース領域に接して
   、同一導電型の半導体から成るコレクタ領域及び他の導
   電型から成るエミッタ領域を形成した太陽電池において
   、前記コレクタ領域をベース領域内に埋設し、ベース領
   域のエミッタ領域に接する部分の不純物濃度を低く設定
   したたことを特徴とする太陽電池。
3. （３）一の導電型の半導体から成るベース領域に接して
   、同一導電型の半導体から成るコレクタ領域及び他の導
   電型の半導体から成るエミッタ領域を形成した太陽電池
   において、前記コレクタ領域及び前記エミッタ領域をベ
   ース領域内に埋設し、ベース領域の当該エミッタ領域に
   接する部分の不純物濃度を低く設定したことを特徴とす
   る太陽電池。