JPH0582812A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH0582812A JPH0582812A JP3245479A JP24547991A JPH0582812A JP H0582812 A JPH0582812 A JP H0582812A JP 3245479 A JP3245479 A JP 3245479A JP 24547991 A JP24547991 A JP 24547991A JP H0582812 A JPH0582812 A JP H0582812A
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- germanium
- mixed crystal
- solar cell
- crystal
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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
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
-
- 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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコンの太陽電池において、シリコンのバ
ンドギャップより小さなエネルギーの光をも有効に発電
に利用する。 【構成】 シリコン基板１１の表面にそれと反対の導伝
型の層１２を形成して作ったｐｎ接合を用いた太陽電池
において裏面側にシリコンよりエネルギーギャップの小
さいシリコン／ゲルマニウム混晶からなる層２３を形成
し、この層でより長波長の光を電気に変換する。この混
晶層はまた内部電界を誘起し、それによる効果でさらに
発電効率を向上させることができる。
ンドギャップより小さなエネルギーの光をも有効に発電
に利用する。 【構成】 シリコン基板１１の表面にそれと反対の導伝
型の層１２を形成して作ったｐｎ接合を用いた太陽電池
において裏面側にシリコンよりエネルギーギャップの小
さいシリコン／ゲルマニウム混晶からなる層２３を形成
し、この層でより長波長の光を電気に変換する。この混
晶層はまた内部電界を誘起し、それによる効果でさらに
発電効率を向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコンの結晶を用いた
太陽電池に関するものであり，特にその光電変換効率を
向上させるための構造に関するものである。
太陽電池に関するものであり，特にその光電変換効率を
向上させるための構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコンの結晶を用いた太陽電池は，基
板として単結晶または多結晶を用い，その表面近くに拡
散などにより浅いｐｎ接合が形成された構造である。図
３にｐ型シリコン基板を用いた太陽電池の模式図を示
し，高効率化のために行われている各種の手段について
説明する。ｐ形シリコン基板３１の表面側に燐拡散によ
り高濃度のｎ型層が形成されている。短波長の光による
電子−正孔対の生成は表面近傍に限られるのでｐｎ接合
の位置はきわめて表面近くに形成する必要があるため、
浅くかつ導電度を高くするように高濃度の拡散をする。
また表面側の電極３５は入射する光をできるだけ遮らず
有効に結晶内にいれるために図に示すように櫛形の細い
ものとする。
板として単結晶または多結晶を用い，その表面近くに拡
散などにより浅いｐｎ接合が形成された構造である。図
３にｐ型シリコン基板を用いた太陽電池の模式図を示
し，高効率化のために行われている各種の手段について
説明する。ｐ形シリコン基板３１の表面側に燐拡散によ
り高濃度のｎ型層が形成されている。短波長の光による
電子−正孔対の生成は表面近傍に限られるのでｐｎ接合
の位置はきわめて表面近くに形成する必要があるため、
浅くかつ導電度を高くするように高濃度の拡散をする。
また表面側の電極３５は入射する光をできるだけ遮らず
有効に結晶内にいれるために図に示すように櫛形の細い
ものとする。
【０００３】さらに裏面側にはアルミニウムなどのｐ形
不純物を高濃度にドープしたＢＳＦ（裏面電界）層と呼
ばれる層を形成し、その近くで生成される電子−正孔対
を速やかに分離し光電流として利用するという方法が知
られている。
不純物を高濃度にドープしたＢＳＦ（裏面電界）層と呼
ばれる層を形成し、その近くで生成される電子−正孔対
を速やかに分離し光電流として利用するという方法が知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】通常シリコンの結晶を
用いた太陽電池においては、前述のごとく短波長の光に
よる発電効率を向上させるために浅いｐｎ接合を用いる
ことが行われている。他方、長波長側の光についてみる
と、用いている材料のバンドギャップより小さなエネル
ギーの光は吸収されない。すなわち、シリコンの結晶を
用いている限り，ＢＳＦ構造を用いても波長が１ミクロ
ンより長い光は起電力のもとである電子−正孔対の生成
に殆ど寄与せず，多くは太陽電池の温度を上昇させ結果
的に発電効率を下げる方向に働く．すなわち１ミクロン
より長い光によっても電子−正孔対が生成するようにす
ることが高効率化の為には是非とも必要である。
用いた太陽電池においては、前述のごとく短波長の光に
よる発電効率を向上させるために浅いｐｎ接合を用いる
ことが行われている。他方、長波長側の光についてみる
と、用いている材料のバンドギャップより小さなエネル
ギーの光は吸収されない。すなわち、シリコンの結晶を
用いている限り，ＢＳＦ構造を用いても波長が１ミクロ
ンより長い光は起電力のもとである電子−正孔対の生成
に殆ど寄与せず，多くは太陽電池の温度を上昇させ結果
的に発電効率を下げる方向に働く．すなわち１ミクロン
より長い光によっても電子−正孔対が生成するようにす
ることが高効率化の為には是非とも必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に，本発明においてはシリコン太陽電池のｐｎ接合を形
成した面（表面とよぶ）とは反対の面（裏面とよぶ）に
シリコンとゲルマニウムの混晶からなる半導体結晶で，
シリコン基板と同じ導電型であってかつその導電型を与
える不純物濃度の高い層を持った構造とする．シリコン
とゲルマニウムの結晶の格子常数は約５％異なっている
ために混晶のゲルマニウム組成が大きくなるとシリコン
基板と混晶の界面に格子常数の違いを緩和するためのい
わゆるミスフィット転位が発生するようになる。このよ
うなミスフィット転位が発生しない様な混晶組成と厚さ
の層を用いる。具体的には混晶層のゲルマニウム組成は
０．３以下とし、またその混晶層の厚さはゲルマニウム
組成が大きくなると共に薄いものとする。
に，本発明においてはシリコン太陽電池のｐｎ接合を形
成した面（表面とよぶ）とは反対の面（裏面とよぶ）に
シリコンとゲルマニウムの混晶からなる半導体結晶で，
シリコン基板と同じ導電型であってかつその導電型を与
える不純物濃度の高い層を持った構造とする．シリコン
とゲルマニウムの結晶の格子常数は約５％異なっている
ために混晶のゲルマニウム組成が大きくなるとシリコン
基板と混晶の界面に格子常数の違いを緩和するためのい
わゆるミスフィット転位が発生するようになる。このよ
うなミスフィット転位が発生しない様な混晶組成と厚さ
の層を用いる。具体的には混晶層のゲルマニウム組成は
０．３以下とし、またその混晶層の厚さはゲルマニウム
組成が大きくなると共に薄いものとする。
【０００６】
【作用】シリコンとゲルマニウムを比較するとバンドギ
ャップはシリコンが ｅＶ、ゲルマニウムが ｅＶ
であって、これらの混晶では組成に依存して連続してこ
の間の値をとる。そこでシリコン／ゲルマニウムの混晶
をシリコン結晶太陽電池の一部に設けることにより、長
波長の光を有効に発電に利用することができる。さらに
この混晶はさきに述べたＢＳＦとしての効果をももたせ
ることができる。
ャップはシリコンが ｅＶ、ゲルマニウムが ｅＶ
であって、これらの混晶では組成に依存して連続してこ
の間の値をとる。そこでシリコン／ゲルマニウムの混晶
をシリコン結晶太陽電池の一部に設けることにより、長
波長の光を有効に発電に利用することができる。さらに
この混晶はさきに述べたＢＳＦとしての効果をももたせ
ることができる。
【０００７】
【実施例】（実施例１）以下本発明の１実施例について
図面を参照しながら説明する。図１は本発明による太陽
電池の断面模式図である。この図においてｐ型導電性の
シリコン基板１１の片側に分子線エピタキシャル成長
（ＭＢＥ）法により高濃度にボロンないしアルミニウム
をドープしたシリコン／ゲルマニウムの混晶でゲルマニ
ウムの組成比が０．２であるような結晶層１３を成長さ
せた。しかる後にウエハーの反対側（以下表面側とい
う）に燐を高濃度かつ浅く拡散させてｎ型層１２を形成
した。ｐ側電極１４および櫛形ｎ側電極１５を形成し
て、適当な大きさに切断して太陽電池素子とした。この
様にして作製した太陽電池素子の発電効率を測定したと
ころ従来のものに比べて１０％程度の効率の向上がみら
れた。
図面を参照しながら説明する。図１は本発明による太陽
電池の断面模式図である。この図においてｐ型導電性の
シリコン基板１１の片側に分子線エピタキシャル成長
（ＭＢＥ）法により高濃度にボロンないしアルミニウム
をドープしたシリコン／ゲルマニウムの混晶でゲルマニ
ウムの組成比が０．２であるような結晶層１３を成長さ
せた。しかる後にウエハーの反対側（以下表面側とい
う）に燐を高濃度かつ浅く拡散させてｎ型層１２を形成
した。ｐ側電極１４および櫛形ｎ側電極１５を形成し
て、適当な大きさに切断して太陽電池素子とした。この
様にして作製した太陽電池素子の発電効率を測定したと
ころ従来のものに比べて１０％程度の効率の向上がみら
れた。
【０００８】シリコン／ゲルマニウム混晶のゲルマニウ
ムの組成比が０．３を越えると格子常数の違いに起因す
るいわゆるミスフィット転位が発生し、これがもとにな
って作製した太陽電池の効率は著しく小さくなってしま
った。
ムの組成比が０．３を越えると格子常数の違いに起因す
るいわゆるミスフィット転位が発生し、これがもとにな
って作製した太陽電池の効率は著しく小さくなってしま
った。
【０００９】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
てのべる。実施例１で述べた太陽電池と類似の構造であ
って、シリコン／ゲルマニウム混晶層としてそのゲルマ
ニウム組成比がシリコンとの界面では０であり、その混
晶層の成長方向すなわち混晶層内で界面からはなれる方
向に徐々にゲルマニウムの組成比が大きくなり、最終的
には組成比が０．２となるような構造でかつ高濃度にｐ
型ドープされた厚さ２ミクロンの混晶層をＭＢＥ法によ
り成長させた。この様なウエハーを用いて以下実施例１
と同様にして太陽電池を作製し、効率を測定したところ
従来のものに比べて１３％程度の発電効率の向上がみら
れた。
てのべる。実施例１で述べた太陽電池と類似の構造であ
って、シリコン／ゲルマニウム混晶層としてそのゲルマ
ニウム組成比がシリコンとの界面では０であり、その混
晶層の成長方向すなわち混晶層内で界面からはなれる方
向に徐々にゲルマニウムの組成比が大きくなり、最終的
には組成比が０．２となるような構造でかつ高濃度にｐ
型ドープされた厚さ２ミクロンの混晶層をＭＢＥ法によ
り成長させた。この様なウエハーを用いて以下実施例１
と同様にして太陽電池を作製し、効率を測定したところ
従来のものに比べて１３％程度の発電効率の向上がみら
れた。
【００１０】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図２を用いて説明する。本実施例はｎ型シリコンをも
とにした太陽電池の断面模式図である。ｎ型シリコンの
基板２１の裏面側に燐を高濃度にドープしたシリコン／
ゲルマニウム混晶層２３をＭＢＥ法により成長させた。
この時の混晶層のゲルマニウム組成比は、実施例２にお
いて述べたものと同様にシリコン基板との界面では０で
あり、基板からはなれるに従って徐々に増加するように
した。このウエハーの表面側に高濃度かつ浅くボロンを
拡散してｎ型層を形成した。櫛形ｐ側電極２５を表面側
に、全面ｎ側電極２４を裏面側に形成して太陽電池素子
とした。この様にして作製した太陽電池素子の効率を測
定したところ従来方式でｎ型基板を用いて作製したのも
のに比べて１０％程度の発電効率の向上がみられた。
て図２を用いて説明する。本実施例はｎ型シリコンをも
とにした太陽電池の断面模式図である。ｎ型シリコンの
基板２１の裏面側に燐を高濃度にドープしたシリコン／
ゲルマニウム混晶層２３をＭＢＥ法により成長させた。
この時の混晶層のゲルマニウム組成比は、実施例２にお
いて述べたものと同様にシリコン基板との界面では０で
あり、基板からはなれるに従って徐々に増加するように
した。このウエハーの表面側に高濃度かつ浅くボロンを
拡散してｎ型層を形成した。櫛形ｐ側電極２５を表面側
に、全面ｎ側電極２４を裏面側に形成して太陽電池素子
とした。この様にして作製した太陽電池素子の効率を測
定したところ従来方式でｎ型基板を用いて作製したのも
のに比べて１０％程度の発電効率の向上がみられた。
【００１１】これらの実施例においてはシリコン／ゲル
マニウム混晶の成長法としてＭＢＥ法を用いたが実用的
にはこれに限らず、例えば気相成長法などを用いること
も可能である。また基板結晶として必ずしも単結晶であ
る必要はなく、グレインサイズの大きな多結晶でもよ
い。
マニウム混晶の成長法としてＭＢＥ法を用いたが実用的
にはこれに限らず、例えば気相成長法などを用いること
も可能である。また基板結晶として必ずしも単結晶であ
る必要はなく、グレインサイズの大きな多結晶でもよ
い。
【００１２】
【発明の効果】以上のように本発明はシリコン結晶を用
いた太陽電池において、その裏面側にシリコンよりバン
ドギャップの小さいシリコン／ゲルマニウムの混晶層を
設けることによりシリコン単独では利用できない長波長
の光を有効に発電に利用することができる。さらに、シ
リコン上のシリコン／ゲルマニウムの混晶では歪の効果
により、混晶の伝導帯の底がシリコンのそれより高いエ
ネルギーを持ち、また混晶の価電子帯の頂上はシリコン
のそれよりかなり高いエネルギーのところにあるため、
本発明のような構造の太陽電池においては、光によって
生成した電子−正孔対は速やかに空間的に分離され発電
効率の向上に寄与する。またこの様な構造では素子内部
での電界によりシリコンのｐｎ接合で生成したキャリア
も効率よく電極に到達する。
いた太陽電池において、その裏面側にシリコンよりバン
ドギャップの小さいシリコン／ゲルマニウムの混晶層を
設けることによりシリコン単独では利用できない長波長
の光を有効に発電に利用することができる。さらに、シ
リコン上のシリコン／ゲルマニウムの混晶では歪の効果
により、混晶の伝導帯の底がシリコンのそれより高いエ
ネルギーを持ち、また混晶の価電子帯の頂上はシリコン
のそれよりかなり高いエネルギーのところにあるため、
本発明のような構造の太陽電池においては、光によって
生成した電子−正孔対は速やかに空間的に分離され発電
効率の向上に寄与する。またこの様な構造では素子内部
での電界によりシリコンのｐｎ接合で生成したキャリア
も効率よく電極に到達する。
【００１３】この様に本発明によれば長波長の光を有効
に利用した高効率の太陽電池を作製することができる。
に利用した高効率の太陽電池を作製することができる。
【図１】本発明の第１の実施例におけるｐ型基板を用い
た太陽電池の断面模式図
た太陽電池の断面模式図
【図２】本発明の第３の実施例におけるｎ型基板を用い
た太陽電池の断面模式図
た太陽電池の断面模式図
【図３】従来の高効率太陽電池の模式図
１１ ｐ型シリコン結晶基板 １２ ｎ型拡散層 １３ ｐ型シリコン／ゲルマニウム混晶層 １４ ｐ側電極 １５ ｎ側櫛形電極 ２１ ｎ型シリコン結晶基板 ２２ ｐ型拡散層 ２３ ｎ型シリコン／ゲルマニウム混晶層 ２４ ｎ側電極 ２５ ｐ側櫛形電極 ３１ ｐ型シリコン結晶基板 ３２ ｎ型拡散層 ３４ ｐ側電極
Claims (3)
- 【請求項１】ｐ型シリコンの結晶を用いた太陽電池にお
いて，その裏面側に高濃度にｐ型ドープされたシリコン
とゲルマニウムの混晶からなる薄層を持ち、そのシリコ
ンとゲルマニウムの混晶からなる薄層として、その混晶
成分組成が混晶層全体にわたって均一であり、かつその
ゲルマニウムの組成比が０．３以下であることを特徴と
する太陽電池。 - 【請求項２】ｐ型シリコンの結晶を用いた太陽電池にお
いて，その裏面側に高濃度にｐ型ドープされたシリコン
とゲルマニウムの混晶からなる薄層を持ち、前記シリコ
ンとゲルマニウムの混晶からなる薄層として、その混晶
のゲルマニウム組成比が、シリコンとの接合面では０で
あってその接合面よりはなれるに従って徐々に増大する
ような分布を持つ構造であることを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項３】ｎ型シリコンの結晶を用いた太陽電池にお
いて、その裏面側に高濃度にｎ型ドープされたシリコン
とゲルマニウムの混晶からなる薄層を持ち、前記シリコ
ンとゲルマニウムの混晶からなる薄層として、その混晶
のゲルマニウム組成比が、シリコンとの接合面では０で
あってその接合面よりはなれるに従って徐々に増大する
ような分布を持つ構造であることを特徴とする太陽電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245479A JPH0582812A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245479A JPH0582812A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582812A true JPH0582812A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17134278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3245479A Pending JPH0582812A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582812A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0747972A3 (en) * | 1995-06-05 | 1997-11-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| US6927417B2 (en) | 2001-11-13 | 2005-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same |
| CN101866969A (zh) * | 2010-05-27 | 2010-10-20 | 友达光电股份有限公司 | 太阳电池 |
| KR20120018128A (ko) * | 2009-04-30 | 2012-02-29 | 에보니크 데구사 게엠베하 | 게르마늄 첨가에 의한 액체 실란으로 제조된 태양 전지의 밴드 갭의 테일러링 |
| KR20200109770A (ko) * | 2019-03-14 | 2020-09-23 | 한국에너지기술연구원 | 고효율 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법 |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3245479A patent/JPH0582812A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0747972A3 (en) * | 1995-06-05 | 1997-11-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| US5738732A (en) * | 1995-06-05 | 1998-04-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| EP1231648A3 (en) * | 1995-06-05 | 2004-12-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| US6927417B2 (en) | 2001-11-13 | 2005-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same |
| US7368797B2 (en) | 2001-11-13 | 2008-05-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same |
| KR20120018128A (ko) * | 2009-04-30 | 2012-02-29 | 에보니크 데구사 게엠베하 | 게르마늄 첨가에 의한 액체 실란으로 제조된 태양 전지의 밴드 갭의 테일러링 |
| CN101866969A (zh) * | 2010-05-27 | 2010-10-20 | 友达光电股份有限公司 | 太阳电池 |
| KR20200109770A (ko) * | 2019-03-14 | 2020-09-23 | 한국에너지기술연구원 | 고효율 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법 |
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