JPH0511426B2 - - Google Patents
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- JPH0511426B2 JPH0511426B2 JP60097031A JP9703185A JPH0511426B2 JP H0511426 B2 JPH0511426 B2 JP H0511426B2 JP 60097031 A JP60097031 A JP 60097031A JP 9703185 A JP9703185 A JP 9703185A JP H0511426 B2 JPH0511426 B2 JP H0511426B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
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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
- 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
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は太陽電池等の光電変換半導体装置に
関するものである。
関するものである。
第2図は例えば第16回IEEE Photovltaic
Specialists Conf,のダイジエストのp692に示さ
れた従来の光電変換半導体装置を示す断面図であ
り、図において、1はn形シリコン基板(以下n
−Si基板と略記)、2はn−Si基板1上に形成さ
れたp形シリコン層(以下p−Si層と略記)、3
はp−Si層2上に形成されたゲルマニウム層(以
下Ge層と略記)、4はGe層3上に形成されたn
形砒化がリウム層(以下n−GaAs層と略記)、
5はn−GaAs層4上に形成されたp形砒化ガリ
ウム層(以下p−GaAs層と略記)、6はp−
GaAs層5上に形成された膜厚600〜800Åの窒化
シリコン膜7,8はそれぞれp−GaAs層5、n
−Si基板1にオーミツク接続された電極である。
Specialists Conf,のダイジエストのp692に示さ
れた従来の光電変換半導体装置を示す断面図であ
り、図において、1はn形シリコン基板(以下n
−Si基板と略記)、2はn−Si基板1上に形成さ
れたp形シリコン層(以下p−Si層と略記)、3
はp−Si層2上に形成されたゲルマニウム層(以
下Ge層と略記)、4はGe層3上に形成されたn
形砒化がリウム層(以下n−GaAs層と略記)、
5はn−GaAs層4上に形成されたp形砒化ガリ
ウム層(以下p−GaAs層と略記)、6はp−
GaAs層5上に形成された膜厚600〜800Åの窒化
シリコン膜7,8はそれぞれp−GaAs層5、n
−Si基板1にオーミツク接続された電極である。
従来の光電変換半導体装置は上記のように構成
され、第2図紙面上から入射した太陽光等が比較
的短波長成分がn−GaAs層4とp−GaAs層5
間で長波長成分が、n−Si基板1とp−Si層2間
で、それぞれ光電変換された光電流はGe層3を
経て、電極7,8から取り出すようになつてい
る。
され、第2図紙面上から入射した太陽光等が比較
的短波長成分がn−GaAs層4とp−GaAs層5
間で長波長成分が、n−Si基板1とp−Si層2間
で、それぞれ光電変換された光電流はGe層3を
経て、電極7,8から取り出すようになつてい
る。
上記のような従来の光電変換装置では、p−Si
層2上に直接、n−GaAs層4を形成したのでは
結晶性の良いものが得られないため、これらの間
に緩衝層として、Ge層3が用いられているが、
その禁制帯幅がシリコンより狭く、(Ge、Siそれ
ぞれの禁制帯幅は0.66eV、1.11eV)n−Si基板
1とp−Si層2のダイオードが変換しうる波長領
域の光を遮断するので、このダイオードの光電変
換が行われないという問題点があつた。
層2上に直接、n−GaAs層4を形成したのでは
結晶性の良いものが得られないため、これらの間
に緩衝層として、Ge層3が用いられているが、
その禁制帯幅がシリコンより狭く、(Ge、Siそれ
ぞれの禁制帯幅は0.66eV、1.11eV)n−Si基板
1とp−Si層2のダイオードが変換しうる波長領
域の光を遮断するので、このダイオードの光電変
換が行われないという問題点があつた。
なお、上記のGe層3はp−Si層2上に蒸着等
によりアモルフアス状の膜として領域されるが、
レーザアニール等の再結晶化技術により極めて結
晶性の良いものが得られ、さらに、格子定数がほ
とんど等しいことからこの上に形成されるn−
GaAs層4の結晶性を良好なものにする。
によりアモルフアス状の膜として領域されるが、
レーザアニール等の再結晶化技術により極めて結
晶性の良いものが得られ、さらに、格子定数がほ
とんど等しいことからこの上に形成されるn−
GaAs層4の結晶性を良好なものにする。
この発明はかゝる問題点を解決するためになさ
れたもので、n−GaAs層4等の結晶性を良くす
るということを満たすと共に必要な波長域の透過
性の高い緩衝層を用いてより総合効率の高い光電
変換半導体装置を得ることを目的としている。
れたもので、n−GaAs層4等の結晶性を良くす
るということを満たすと共に必要な波長域の透過
性の高い緩衝層を用いてより総合効率の高い光電
変換半導体装置を得ることを目的としている。
この発明に係る光電変換半導体装置はpn接合
を有するシリコン領域とpn接合を有し、ガリウ
ムと砒素を含む族化合物半導体領域との間に
セレン化亜鉛層を挿入し、両領域より光電流を取
り出す複数の電極を設けたものである。
を有するシリコン領域とpn接合を有し、ガリウ
ムと砒素を含む族化合物半導体領域との間に
セレン化亜鉛層を挿入し、両領域より光電流を取
り出す複数の電極を設けたものである。
この発明においてはセレン化亜鉛層は、シリコ
ン領域のpn接合が光電変換する光の波長域を良
く透過させるのと同時に、その上に形成されるガ
リウムと砒素を含む族化合物半導体の比較的
完全に近い結晶を得ることを可能にするので、こ
の装置の総合的な光電変換効率を向上させる。
ン領域のpn接合が光電変換する光の波長域を良
く透過させるのと同時に、その上に形成されるガ
リウムと砒素を含む族化合物半導体の比較的
完全に近い結晶を得ることを可能にするので、こ
の装置の総合的な光電変換効率を向上させる。
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
り、1は基板であつてこの実施例ではn−Si基
板、2はn−Si基板1に例えばボロン拡散により
形成されたp−Si層、3Aはp−Si層2上に分子
線エピタキシヤル法によつて堆積したのち、高圧
下においてレーザアニールし再結晶化した膜厚
0.1〜数μmのセレン化亜鉛層(以下、ZnSe層と
略記)、4はZnSe層3A上に気相エピタキシヤル
成長法あるいは液相エピタキシヤル成長法によつ
て形成されシリコン、あるいはセレン、硫黄テル
ルなどの族元素がドープされたn−GaAs層
(ZnSeの格子定数5,667オングストロームに
GaAsの格子定数が5.65オングストロームと近い
ため、このGaAs層の結晶性の良いものが得られ
る)、5はn−GaAs層4上にこれと同様の成長
法によつて形成され、亜鉛、ベリリウムマグネシ
ウムなどの族元素がドープされたp−GaAs
層、6はp−GaAs層5上にプラズマ気相成長法
等で形成され、必要な個所の穴明けが写真製版法
により行われた反射防止用の窒化シリコン膜、
7,8はそれぞれp−GaAs層5、n−Si基板1
にオーミツク接触となる電極、9はシリコン領域
であつて、この実施例ではn−Si基板1とp−Si
層2とで構成されるもの、10はガリウムと砒素
を含む族化合物半導体領域であつて、この実
施例はn−GaAs層4とp−GaAs層5とで構成
されるものである。
り、1は基板であつてこの実施例ではn−Si基
板、2はn−Si基板1に例えばボロン拡散により
形成されたp−Si層、3Aはp−Si層2上に分子
線エピタキシヤル法によつて堆積したのち、高圧
下においてレーザアニールし再結晶化した膜厚
0.1〜数μmのセレン化亜鉛層(以下、ZnSe層と
略記)、4はZnSe層3A上に気相エピタキシヤル
成長法あるいは液相エピタキシヤル成長法によつ
て形成されシリコン、あるいはセレン、硫黄テル
ルなどの族元素がドープされたn−GaAs層
(ZnSeの格子定数5,667オングストロームに
GaAsの格子定数が5.65オングストロームと近い
ため、このGaAs層の結晶性の良いものが得られ
る)、5はn−GaAs層4上にこれと同様の成長
法によつて形成され、亜鉛、ベリリウムマグネシ
ウムなどの族元素がドープされたp−GaAs
層、6はp−GaAs層5上にプラズマ気相成長法
等で形成され、必要な個所の穴明けが写真製版法
により行われた反射防止用の窒化シリコン膜、
7,8はそれぞれp−GaAs層5、n−Si基板1
にオーミツク接触となる電極、9はシリコン領域
であつて、この実施例ではn−Si基板1とp−Si
層2とで構成されるもの、10はガリウムと砒素
を含む族化合物半導体領域であつて、この実
施例はn−GaAs層4とp−GaAs層5とで構成
されるものである。
この実施例の光電変換半導体装置は上記のよう
に達成したので第1図紙面上方から太陽光等の光
を照射すると、従来のものと同様にまずn−
GaAs層4とp−GaAs層5で構成されるpn接合
で比較的短波長域の光が吸収され電気に変換さ
れ、次にn−Si基板1とp−Si層2で構成される
p−n接合で前のGaAs層4,5、及びZnSe層3
Aを透過した比較的長波長域の光が光電変換さ
れ、ZnSe層3Aを経て、電極7,8から光電流
が取り出される。前述の従来のものではGe層3
がSi部分1,2が必要とする波長域の光を完全に
遮蔽してしまつたがこの実施例のZnSe層3Aは、
その禁制帯幅が2.67eVとSiより大であるため問
題の波長域では透明であり、従つて、従来のもの
の如き欠点が解消されていることがわかる。
に達成したので第1図紙面上方から太陽光等の光
を照射すると、従来のものと同様にまずn−
GaAs層4とp−GaAs層5で構成されるpn接合
で比較的短波長域の光が吸収され電気に変換さ
れ、次にn−Si基板1とp−Si層2で構成される
p−n接合で前のGaAs層4,5、及びZnSe層3
Aを透過した比較的長波長域の光が光電変換さ
れ、ZnSe層3Aを経て、電極7,8から光電流
が取り出される。前述の従来のものではGe層3
がSi部分1,2が必要とする波長域の光を完全に
遮蔽してしまつたがこの実施例のZnSe層3Aは、
その禁制帯幅が2.67eVとSiより大であるため問
題の波長域では透明であり、従つて、従来のもの
の如き欠点が解消されていることがわかる。
また、従来のものと比べるとGaAs層4,5
が、ZnSe層3A上に成長させられている点が異
なるが、これも上記の如くGaAs層4,5の結晶
性が良好なため従来のものに比して、このGaAs
部分の変換効率がほゞ同等になる。
が、ZnSe層3A上に成長させられている点が異
なるが、これも上記の如くGaAs層4,5の結晶
性が良好なため従来のものに比して、このGaAs
部分の変換効率がほゞ同等になる。
以上のことをひつくるめてこの実施例の総合効
率は従来のものに比して高くなると云える。
率は従来のものに比して高くなると云える。
なお、上記実施例では、族化合物半導体領
域10がGaAsである場合について述べたが、
GaAsとAlAsの任意の比率の混晶(AlxGa1-X
As、と書く。但し0<X<1 AlAsとGaAsの
比が、X=1−Xであることを示す)としても、
ZnSe層3A上に良好な結晶を形成できるのでこ
れに代替させてもよい。さらに第3図に示す如く
複数のAlxGa1-XAs領域10A,10B,10C
を、下から上に行くなどAlの組成比を大になる
ように形成し、それぞれの中に下から上へ、n−
AlxGa1-XAs層4A,4B,4C p−
AlxGa1-XAs層5A,5B,5Cとしてもよい。
域10がGaAsである場合について述べたが、
GaAsとAlAsの任意の比率の混晶(AlxGa1-X
As、と書く。但し0<X<1 AlAsとGaAsの
比が、X=1−Xであることを示す)としても、
ZnSe層3A上に良好な結晶を形成できるのでこ
れに代替させてもよい。さらに第3図に示す如く
複数のAlxGa1-XAs領域10A,10B,10C
を、下から上に行くなどAlの組成比を大になる
ように形成し、それぞれの中に下から上へ、n−
AlxGa1-XAs層4A,4B,4C p−
AlxGa1-XAs層5A,5B,5Cとしてもよい。
また、上記実施例変形例では全てのpn接合は
各図において上がp下がnとなるようにしたが全
て逆にしても良い。
各図において上がp下がnとなるようにしたが全
て逆にしても良い。
また、上記実施例変形例では全てのpn接合は
直列に接続されていたが、例えば第4図の如く、
一部の層4,5に開口部11を設け、新たに
ZnSe層3Aに電極12を設け、各p−n接合の
電流を別々にとり出るようにしてもよい。その際
には上記実施例、変形例中のpn接合の向きを同
一方向にする必要がなくなる。
直列に接続されていたが、例えば第4図の如く、
一部の層4,5に開口部11を設け、新たに
ZnSe層3Aに電極12を設け、各p−n接合の
電流を別々にとり出るようにしてもよい。その際
には上記実施例、変形例中のpn接合の向きを同
一方向にする必要がなくなる。
また、これまでの例は全て、平坦なSi領域9、
GaAs領域10、AlxGa1-XAs領域10A,10
B,10Cについて適用されたが、例えば第5図
の如く凹凸が有つてもよい。
GaAs領域10、AlxGa1-XAs領域10A,10
B,10Cについて適用されたが、例えば第5図
の如く凹凸が有つてもよい。
また、これまでの例は全て、基板1はシリコン
で、シリコンのpn接合の一部であつたが、例え
ば第6図の如くサフアイヤ等の基板1A上に形成
されたn−Si層1B上に、後は第1図の例と同様
の事を行つた後、第4図のものと同様の方法で、
電極8を設けるようにしてもよい。
で、シリコンのpn接合の一部であつたが、例え
ば第6図の如くサフアイヤ等の基板1A上に形成
されたn−Si層1B上に、後は第1図の例と同様
の事を行つた後、第4図のものと同様の方法で、
電極8を設けるようにしてもよい。
また、これまでの例では全て、Si領域9が基板
1側に置かれたが、第7図の如く族化合物半
導体領域10を基板1側にしてもよい。但し1は
例えばZnSeのようにGaAs、AlxGa1-XAs、Siよ
り光の吸収端が短波長側にある材料を用い太陽光
等の光は、紙面下部より照射される。また、この
製造方法の1例として、第7図のn−Si層1Aは
最初は厚いn−Si基板であつて、その下部の層
2,3A,4,5,1,6,7を形成した後、こ
のn−Si基板を削つて電極8を形成することによ
り得られる。
1側に置かれたが、第7図の如く族化合物半
導体領域10を基板1側にしてもよい。但し1は
例えばZnSeのようにGaAs、AlxGa1-XAs、Siよ
り光の吸収端が短波長側にある材料を用い太陽光
等の光は、紙面下部より照射される。また、この
製造方法の1例として、第7図のn−Si層1Aは
最初は厚いn−Si基板であつて、その下部の層
2,3A,4,5,1,6,7を形成した後、こ
のn−Si基板を削つて電極8を形成することによ
り得られる。
また、これまでの例では、例えば第1図で電極
7はp−GaAs層5に直接、接続されているが、
電極7が存在しないp−GaAs層5の部分との間
に紙面横方向に抵抗が生じる。これを避けるため
に、例えば第8図の如く、p−GaAs層5の上に
p−AlxGa1-XAs層13のように、層5よりも光
の吸収端が短波長側にある材料でしかも比抵抗の
小なる層を設けるようにしてもよい。
7はp−GaAs層5に直接、接続されているが、
電極7が存在しないp−GaAs層5の部分との間
に紙面横方向に抵抗が生じる。これを避けるため
に、例えば第8図の如く、p−GaAs層5の上に
p−AlxGa1-XAs層13のように、層5よりも光
の吸収端が短波長側にある材料でしかも比抵抗の
小なる層を設けるようにしてもよい。
この発明は以上説明したとおり、シリコン領域
と化合物半導体領域との間にセレン化亜鉛層を挿
入することにより、シリコン領域のp−n接合に
必要な波長域の光を供給し、化合物半導体領域の
結晶性を改善するといつた2つの事を同時に達成
でき総合的な光電変換効率を向上させる効果があ
る。
と化合物半導体領域との間にセレン化亜鉛層を挿
入することにより、シリコン領域のp−n接合に
必要な波長域の光を供給し、化合物半導体領域の
結晶性を改善するといつた2つの事を同時に達成
でき総合的な光電変換効率を向上させる効果があ
る。
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
2図は従来の光電変換半導体装置を示す断面図、
第3図ないし第8図はいずれもこの発明の異なる
他の実施例を示す断面図である。 図において、1は基板、3Aはセレン化亜鉛
層、7,8はいずれも電極、9はシリコン領域、
10は族化合物半導体領域である。なお、各
図中同一符号は同一または相当部分を示す。
2図は従来の光電変換半導体装置を示す断面図、
第3図ないし第8図はいずれもこの発明の異なる
他の実施例を示す断面図である。 図において、1は基板、3Aはセレン化亜鉛
層、7,8はいずれも電極、9はシリコン領域、
10は族化合物半導体領域である。なお、各
図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 pn接合を有しガリウムと砒素を含む族
化合物半導体領域と pn接合を有するシリコン領域と 前記両領域の間に挿入されたセレン化亜鉛層と 前記両領域から光電流を取り出す複数の電極と
を 備えたことを特徴とする光電変換半導体装置。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP60097031A JPS61255074A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 光電変換半導体装置 |
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DE19863615515 DE3615515A1 (de) | 1985-05-08 | 1986-05-07 | Halbleitereinrichtung zur umwandlung von licht in elektrische energie |
US06/860,799 US4681982A (en) | 1985-05-08 | 1986-05-08 | Light-electricity conversion semiconductor device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60097031A JPS61255074A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 光電変換半導体装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPS61255074A JPS61255074A (ja) | 1986-11-12 |
JPH0511426B2 true JPH0511426B2 (ja) | 1993-02-15 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP60097031A Granted JPS61255074A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 光電変換半導体装置 |
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AU2002230804A1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-06-30 | Midwest Research Institute | Multi-junction solar cell device |
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-
1985
- 1985-05-08 JP JP60097031A patent/JPS61255074A/ja active Granted
-
1986
- 1986-05-07 FR FR8606647A patent/FR2581797B1/fr not_active Expired
- 1986-05-07 DE DE19863615515 patent/DE3615515A1/de active Granted
- 1986-05-08 US US06/860,799 patent/US4681982A/en not_active Expired - Fee Related
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FR2581797B1 (fr) | 1988-10-21 |
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