JPH06283744A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH06283744A JPH06283744A JP4086909A JP8690992A JPH06283744A JP H06283744 A JPH06283744 A JP H06283744A JP 4086909 A JP4086909 A JP 4086909A JP 8690992 A JP8690992 A JP 8690992A JP H06283744 A JPH06283744 A JP H06283744A
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- JP
- Japan
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- layer
- solar cell
- junction
- compound semiconductor
- prevention layer
- Prior art date
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い光電変換効率を有する太陽電池を提供す
ること。 【構成】 光電変換動作領域の表面側（光入射側）及び
裏面側（光の入射と反対側）のいずれか一方又は双方に
再結合防止層（ウインドー層又はＢＳＦ層）を形成し、
ｐｎ接合から遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さく
なるようなバンドギャップエネルギー勾配を当該再結合
防止層に持たせる。
ること。 【構成】 光電変換動作領域の表面側（光入射側）及び
裏面側（光の入射と反対側）のいずれか一方又は双方に
再結合防止層（ウインドー層又はＢＳＦ層）を形成し、
ｐｎ接合から遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さく
なるようなバンドギャップエネルギー勾配を当該再結合
防止層に持たせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の光電変
換機能を利用した太陽電池、特に高効率の太陽電池に関
するものである。
換機能を利用した太陽電池、特に高効率の太陽電池に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池は、地球温暖化の原因となる二
酸化炭素を発生しないほか、有害な放射性廃棄物を生じ
ないことから、クリーンなエネルギー源としての産業的
利用が大いに期待されているが、現状の太陽電池は、光
電変換効率がそれほど高くないことから、低価格の商用
電力源として広く普及するまでには至っていない。
酸化炭素を発生しないほか、有害な放射性廃棄物を生じ
ないことから、クリーンなエネルギー源としての産業的
利用が大いに期待されているが、現状の太陽電池は、光
電変換効率がそれほど高くないことから、低価格の商用
電力源として広く普及するまでには至っていない。
【０００３】太陽電池の光電変換効率の向上を阻害する
主要な原因は再結合電流である。即ち、太陽電池は、光
の入射エネルギーによって発生した多数キャリア（電子
及び正孔）がｐｎ接合を跨いで半導体内を移動すること
によって起電力が生ずるものであるが、電極付近や基板
付近に発生した電子や正孔は、電界によって容易に移動
して再結合してしまうため、好ましくない損失が発生す
る。このため、化合物半導体を用いた太陽電池では、光
電変換動作領域の表面側（光入射側）又は裏面側（光入
射と反対側）に再結合防止層（下地の化合物半導体層よ
りもバンドギャップエネルギーが大きい同一導電型の別
の化合物半導体層）を配設することにより、表面領域
（ｐｎ接合から離れた領域）での再結合電流を低減させ
て変換効率を高める試みが提案されている。このような
再結合防止層は、動作領域の表面側に設けた場合、一般
に「ウインドー層」と呼ばれており、一方、動作領域の
裏面側に設けた場合、一般に「ＢＳＦ（Back Surface F
ield）層」と呼ばれている。
主要な原因は再結合電流である。即ち、太陽電池は、光
の入射エネルギーによって発生した多数キャリア（電子
及び正孔）がｐｎ接合を跨いで半導体内を移動すること
によって起電力が生ずるものであるが、電極付近や基板
付近に発生した電子や正孔は、電界によって容易に移動
して再結合してしまうため、好ましくない損失が発生す
る。このため、化合物半導体を用いた太陽電池では、光
電変換動作領域の表面側（光入射側）又は裏面側（光入
射と反対側）に再結合防止層（下地の化合物半導体層よ
りもバンドギャップエネルギーが大きい同一導電型の別
の化合物半導体層）を配設することにより、表面領域
（ｐｎ接合から離れた領域）での再結合電流を低減させ
て変換効率を高める試みが提案されている。このような
再結合防止層は、動作領域の表面側に設けた場合、一般
に「ウインドー層」と呼ばれており、一方、動作領域の
裏面側に設けた場合、一般に「ＢＳＦ（Back Surface F
ield）層」と呼ばれている。
【０００４】しかし、再結合防止層は、特にウインドー
層として使用した場合、短波長領域の光を吸収するとい
う性質があり、太陽光をその全波長領域にわたって有効
に利用することが出来ない点で問題がある。もっとも、
この種の問題は、ウィンドー層の厚さを薄くすることに
よって可成り軽減することが可能であるが、この場合で
も、ウィンドー層の存在による光吸収の影響を完全に解
消させることは本質的に不可能である。しかも、ウイン
ドー層を一定の限度を超えて薄くすると、トンネル効果
によってキャリアが通過してしまい、障壁としての効果
が無くなってしまうという別の問題が発生する。
層として使用した場合、短波長領域の光を吸収するとい
う性質があり、太陽光をその全波長領域にわたって有効
に利用することが出来ない点で問題がある。もっとも、
この種の問題は、ウィンドー層の厚さを薄くすることに
よって可成り軽減することが可能であるが、この場合で
も、ウィンドー層の存在による光吸収の影響を完全に解
消させることは本質的に不可能である。しかも、ウイン
ドー層を一定の限度を超えて薄くすると、トンネル効果
によってキャリアが通過してしまい、障壁としての効果
が無くなってしまうという別の問題が発生する。
【０００５】なお、短波長領域での光吸収が比較的少な
い構造として、いわゆるグレーデット型太陽電池が知ら
れているが、この種の太陽電池によっても、短波長領域
の光吸収を完全に防止することは困難である。その理由
は、バンドギャップエネルギーの変化のため、キャリア
に対して働く電界の力が小さくなり、入射光のエネルギ
ーが大きければ大きいほど、表面に向かうキャリアが多
くなってしまうからである。
い構造として、いわゆるグレーデット型太陽電池が知ら
れているが、この種の太陽電池によっても、短波長領域
の光吸収を完全に防止することは困難である。その理由
は、バンドギャップエネルギーの変化のため、キャリア
に対して働く電界の力が小さくなり、入射光のエネルギ
ーが大きければ大きいほど、表面に向かうキャリアが多
くなってしまうからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
の従来技術の問題点を解消し、光電変換効率の極めて高
い改良された太陽電池を提供することにある。
の従来技術の問題点を解消し、光電変換効率の極めて高
い改良された太陽電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、ｐｎ接合か
ら遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さくなるような
バンドギャップエネルギー勾配を再結合防止層に持たせ
ることによって効果的に解決することが出来る。この種
の再結合防止層は、光電変換動作領域の表面側（光入射
側）及び裏面側（光の入射と反対側）のいずれか一方又
は双方に形成することが出来るが、表面側に形成した場
合、その効果が特に顕著である。
ら遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さくなるような
バンドギャップエネルギー勾配を再結合防止層に持たせ
ることによって効果的に解決することが出来る。この種
の再結合防止層は、光電変換動作領域の表面側（光入射
側）及び裏面側（光の入射と反対側）のいずれか一方又
は双方に形成することが出来るが、表面側に形成した場
合、その効果が特に顕著である。
【０００８】なお、タンデム型太陽電池では、最上層の
光電変換動作領域の表面側に再結合防止層（ウインドー
層）を形成し、当該再結合防止層に前記のバンドギャッ
プエネルギー勾配を持たせた場合、その効果が特に顕著
であるが、最下層の光電変換動作領域の裏面側に再結合
防止層（ＢＳＦ層）を形成し、当該最結晶防止層に前記
のバンドギャップエネルギー勾配を持たせることによっ
ても、光電変換効率を可成り高めることが可能である。
このほか、最上層の動作領域の裏面側や最下層の動作領
域の表面側、或は、中間層の動作領域の表面側や裏面側
に再結合防止層を形成し、当該再結合防止層に前記のバ
ンドギャップエネルギー勾配を持たせることも可能であ
る。
光電変換動作領域の表面側に再結合防止層（ウインドー
層）を形成し、当該再結合防止層に前記のバンドギャッ
プエネルギー勾配を持たせた場合、その効果が特に顕著
であるが、最下層の光電変換動作領域の裏面側に再結合
防止層（ＢＳＦ層）を形成し、当該最結晶防止層に前記
のバンドギャップエネルギー勾配を持たせることによっ
ても、光電変換効率を可成り高めることが可能である。
このほか、最上層の動作領域の裏面側や最下層の動作領
域の表面側、或は、中間層の動作領域の表面側や裏面側
に再結合防止層を形成し、当該再結合防止層に前記のバ
ンドギャップエネルギー勾配を持たせることも可能であ
る。
【０００９】
【作用】ＧaＡs太陽電池の場合、再結合防止層は、ｐ型
ＧaＡlＡsをもって構成することが可能であるが、現在
のところ、ＧaＡlＡsに対して電極を直接形成すること
が出来る良い方法が確立されていないため、通常は再結
合防止層と電極層との間に例えばＧaＡsからなるコンタ
クト層を介在させるのが普通である。しかし、このよう
なコンタクト層を介在させると、電極接続のための選択
エッチングを同層に施す必要性が発生し、その際、再結
合防止層の表面も或る程度エッチングされて薄くなる。
このため、再結合防止層があまり薄いと、その後の選択
エッチングによって厚さが０．０１μｍ以下となり、好
ましくないトンネル効果の発生原因となるので、実際問
題としては、再結合防止層の厚さは０．０３μｍ以上で
あることが必要である。
ＧaＡlＡsをもって構成することが可能であるが、現在
のところ、ＧaＡlＡsに対して電極を直接形成すること
が出来る良い方法が確立されていないため、通常は再結
合防止層と電極層との間に例えばＧaＡsからなるコンタ
クト層を介在させるのが普通である。しかし、このよう
なコンタクト層を介在させると、電極接続のための選択
エッチングを同層に施す必要性が発生し、その際、再結
合防止層の表面も或る程度エッチングされて薄くなる。
このため、再結合防止層があまり薄いと、その後の選択
エッチングによって厚さが０．０１μｍ以下となり、好
ましくないトンネル効果の発生原因となるので、実際問
題としては、再結合防止層の厚さは０．０３μｍ以上で
あることが必要である。
【００１０】しかし、この程度の厚さを有する再結合防
止層は、特にウインドー層として使用した場合、入射光
（太陽光）の数１０％に相当する短波長の光（青色）を
吸収する。吸収された光は、ウインドー層内において電
子に変換されるが、同層のバンドギャップエネルギーが
一様である従来の太陽電池では、発生した電子の９０％
程度が再結合して損失となってしまう。これに対し、ｐ
ｎ接合から遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さくな
るようなバンドギャップエネルギー勾配を再結合防止層
に持たせた本発明の太陽電池の場合は、同層内部で発生
した電子のほぼ１００％を光電変換動作領域（ｐｎ接合
側）に移動させることが出来るため、極めて高い変換効
率を実現することが出来る。
止層は、特にウインドー層として使用した場合、入射光
（太陽光）の数１０％に相当する短波長の光（青色）を
吸収する。吸収された光は、ウインドー層内において電
子に変換されるが、同層のバンドギャップエネルギーが
一様である従来の太陽電池では、発生した電子の９０％
程度が再結合して損失となってしまう。これに対し、ｐ
ｎ接合から遠い側で大きくｐｎ接合に近い側で小さくな
るようなバンドギャップエネルギー勾配を再結合防止層
に持たせた本発明の太陽電池の場合は、同層内部で発生
した電子のほぼ１００％を光電変換動作領域（ｐｎ接合
側）に移動させることが出来るため、極めて高い変換効
率を実現することが出来る。
【００１１】所望のバンドギャップエネルギー勾配は、
例えばｐ型ＧaＡlＡsをもって再結合防止層を構成した
場合、アルミニウムと砒素の混晶比を場所によって変え
ることによって実現することが出来る。この場合、エネ
ルギー勾配は、ｐｎ接合に近い側で緩やかで、ｐｎ接合
から遠ざかるに従って急勾配になるように選定すること
が望ましい。このようなエネルギー勾配は、例えばＭＢ
Ｅ法（分子線エピタキシャル法）やＭＯＶＰＥ法（有機
金属気相エピタキシャル成長法）を計算機制御するよっ
て容易に実現することが可能である。
例えばｐ型ＧaＡlＡsをもって再結合防止層を構成した
場合、アルミニウムと砒素の混晶比を場所によって変え
ることによって実現することが出来る。この場合、エネ
ルギー勾配は、ｐｎ接合に近い側で緩やかで、ｐｎ接合
から遠ざかるに従って急勾配になるように選定すること
が望ましい。このようなエネルギー勾配は、例えばＭＢ
Ｅ法（分子線エピタキシャル法）やＭＯＶＰＥ法（有機
金属気相エピタキシャル成長法）を計算機制御するよっ
て容易に実現することが可能である。
【００１２】
【実施例】以下、図面に示した実施例を参照して本発明
を更に詳細に説明する。
を更に詳細に説明する。
【００１３】〈実施例１〉図１は、ＧaＡs太陽電池のウ
インドー層に本発明を適用した場合の断面図を示す。こ
の太陽電池は、液相エピタキシャル成長法により、ｎ型
ＧaＡsからなる基板11の上に、ｎ型ＧaＡsからなる動作
領域層12、ｐ型ＧaＡsからなる動作領域層13及びｐ型Ｇ
aＡlＡsからなるウインドー層14を順次形成することに
よって構成した。ウインドー層14の表面側（光入射側）
には、従来の場合と同様、反射防止膜15を形成し、か
つ、ウインドー層14と反射防止膜15の一部を貫通してｐ
側電極16（部分電極）を形成した。ｎ型基板11のキャリ
ア濃度は１×１０18cm~3に選定し、その厚さは２００μ
ｍとした。同基板の裏面側（光入射と反対側）には、ｎ
側電極17（全面電極）を形成した。ｎ型動作領域層12の
キャリア濃度は５×１０17cm~3に選定し、その厚さは３
μｍとした。ｐ型動作領域層13のキャリアの濃度は１×
１０18cm~3に選定し、その厚さは０．５μｍとした。ウ
インドー層14のキャリア濃度は１×１０18cm~3に選定
し、かつ、アルミニウムと砒素との間の混晶比は、ｐ型
動作領域層13との界面側で０（零）、表面側（反射防止
膜15との界面側）で０．８５となるような勾配を付与し
た。ウインドー層14の厚さは０．１μｍとした。
インドー層に本発明を適用した場合の断面図を示す。こ
の太陽電池は、液相エピタキシャル成長法により、ｎ型
ＧaＡsからなる基板11の上に、ｎ型ＧaＡsからなる動作
領域層12、ｐ型ＧaＡsからなる動作領域層13及びｐ型Ｇ
aＡlＡsからなるウインドー層14を順次形成することに
よって構成した。ウインドー層14の表面側（光入射側）
には、従来の場合と同様、反射防止膜15を形成し、か
つ、ウインドー層14と反射防止膜15の一部を貫通してｐ
側電極16（部分電極）を形成した。ｎ型基板11のキャリ
ア濃度は１×１０18cm~3に選定し、その厚さは２００μ
ｍとした。同基板の裏面側（光入射と反対側）には、ｎ
側電極17（全面電極）を形成した。ｎ型動作領域層12の
キャリア濃度は５×１０17cm~3に選定し、その厚さは３
μｍとした。ｐ型動作領域層13のキャリアの濃度は１×
１０18cm~3に選定し、その厚さは０．５μｍとした。ウ
インドー層14のキャリア濃度は１×１０18cm~3に選定
し、かつ、アルミニウムと砒素との間の混晶比は、ｐ型
動作領域層13との界面側で０（零）、表面側（反射防止
膜15との界面側）で０．８５となるような勾配を付与し
た。ウインドー層14の厚さは０．１μｍとした。
【００１４】図２は、このようにして構成した太陽電池
のバンドギャップエネルギー分布を示す。同図から明ら
かなように、バンドギャップエネルギーは、表面側（光
の入射側）で急激に大きくなっている。このため、入射
した光によって励起された電子、特に光のエネルギーが
大きい表面近傍において励起された電子19は、ウインド
ー層14内に存在する電界の影響を受けてｎ型動作領域層
13側に向かって円滑に移動する結果、表面側（電極16
側）に向かう電子が実質的に解消し、再結合電流を極め
て少なく維持することが出来た。なお、２０は励起され
た正孔である。
のバンドギャップエネルギー分布を示す。同図から明ら
かなように、バンドギャップエネルギーは、表面側（光
の入射側）で急激に大きくなっている。このため、入射
した光によって励起された電子、特に光のエネルギーが
大きい表面近傍において励起された電子19は、ウインド
ー層14内に存在する電界の影響を受けてｎ型動作領域層
13側に向かって円滑に移動する結果、表面側（電極16
側）に向かう電子が実質的に解消し、再結合電流を極め
て少なく維持することが出来た。なお、２０は励起され
た正孔である。
【００１５】同様の構造を有する太陽電池をＭＯＶＰＥ
法によって製作し、同様の優れた効果を有することを確
認した。ＭＯＶＰＥ法を使用した場合であっても、本発
明の太陽電池を製作するための特別な技術は特に必要と
しなかった。もっとも、ウインドー層内のアルミニウム
と砒素の混晶比のプロファイルを計算機によって制御す
るため、そのプログラムを新たに開発した。
法によって製作し、同様の優れた効果を有することを確
認した。ＭＯＶＰＥ法を使用した場合であっても、本発
明の太陽電池を製作するための特別な技術は特に必要と
しなかった。もっとも、ウインドー層内のアルミニウム
と砒素の混晶比のプロファイルを計算機によって制御す
るため、そのプログラムを新たに開発した。
【００１６】従来構造のウィンドー層付き太陽電池（エ
ネルギー勾配なし）及びグレーディッド型太陽電池と本
実施例の太陽電池とについて分光感度特性を測定した結
果を図３に示す。同図から明らかなように、従来の太陽
電池では、入射光の波長が短くなるに従って収集効率が
低下するが、本実施例の太陽電池では、３００ｎｍに至
るまで収集効率の低下が実質的に認められなかった。ま
た、変換効率は、従来構造のウィンドー層付き太陽電池
の場合は僅かに２０％であったが、本実施例の太陽電池
の場合は３０％に達する高い変換効率を実現することが
出来た。
ネルギー勾配なし）及びグレーディッド型太陽電池と本
実施例の太陽電池とについて分光感度特性を測定した結
果を図３に示す。同図から明らかなように、従来の太陽
電池では、入射光の波長が短くなるに従って収集効率が
低下するが、本実施例の太陽電池では、３００ｎｍに至
るまで収集効率の低下が実質的に認められなかった。ま
た、変換効率は、従来構造のウィンドー層付き太陽電池
の場合は僅かに２０％であったが、本実施例の太陽電池
の場合は３０％に達する高い変換効率を実現することが
出来た。
【００１７】〈実施例２〉図４は、ＧaＡlＡs太陽電池
のＢＳＦ層に本発明を適用した場合の断面図を示す。こ
の太陽電池は、ｎ型ＧaＡsからなる基板41の上に、ｎ型
ＧaＡlＡs（ドーパントＳi）からなるＢＳＦ層42、ｎ型
ＧaＡlＡs（ドーパントＳi）からなる動作領域層43、ｐ
型ＧaＡlＡs（ドーパントＭg）からなる動作領域層44、
ｐ型ＧaＡlＡs（ドーパントＭg）からなるウインドー層
45を順次形成することによって構成した（電極及び反射
防止膜の表示は省略）。ｎ型基板41のキャリア濃度は１
×1018cm~3に選定し、その厚さは２００μｍとした。Ｂ
ＳＦ層42のキャリア濃度は５×1017cm~3に選定し、か
つ、アルミニウムと砒素の混晶比は、ｎ型基板41との界
面において０．８５、ｎ型動作領域層43との界面におい
て０．３０となるような勾配を付けた。同層の厚さは
０．０５μｍとした。ｎ型動作領域層43のキャリア濃度
は５×1017cm~3に選定し、アルミニウムと砒素の混晶比
は０．３０、その厚さは３μｍとした。ｐ型動作領域層
44のキャリア濃度は１×1018cm~3に選定し、アルミニウ
ムと砒素の混晶比は０．３０、その厚さは０．５μｍと
した。ウインドー層45のキャリア濃度は５×1018cm~3に
選定し、アルミニウムと砒素との混晶比は０．８５、そ
の厚さは０．０３μｍとした。
のＢＳＦ層に本発明を適用した場合の断面図を示す。こ
の太陽電池は、ｎ型ＧaＡsからなる基板41の上に、ｎ型
ＧaＡlＡs（ドーパントＳi）からなるＢＳＦ層42、ｎ型
ＧaＡlＡs（ドーパントＳi）からなる動作領域層43、ｐ
型ＧaＡlＡs（ドーパントＭg）からなる動作領域層44、
ｐ型ＧaＡlＡs（ドーパントＭg）からなるウインドー層
45を順次形成することによって構成した（電極及び反射
防止膜の表示は省略）。ｎ型基板41のキャリア濃度は１
×1018cm~3に選定し、その厚さは２００μｍとした。Ｂ
ＳＦ層42のキャリア濃度は５×1017cm~3に選定し、か
つ、アルミニウムと砒素の混晶比は、ｎ型基板41との界
面において０．８５、ｎ型動作領域層43との界面におい
て０．３０となるような勾配を付けた。同層の厚さは
０．０５μｍとした。ｎ型動作領域層43のキャリア濃度
は５×1017cm~3に選定し、アルミニウムと砒素の混晶比
は０．３０、その厚さは３μｍとした。ｐ型動作領域層
44のキャリア濃度は１×1018cm~3に選定し、アルミニウ
ムと砒素の混晶比は０．３０、その厚さは０．５μｍと
した。ウインドー層45のキャリア濃度は５×1018cm~3に
選定し、アルミニウムと砒素との混晶比は０．８５、そ
の厚さは０．０３μｍとした。
【００１８】このような太陽電池について測定した結
果、２２％の光電変換効率を有することを確認した。な
お、ＢＳＦ層の配設を省略した従来構造の太陽電池の光
電変換効率は２０％であった。また、本実施例の変形例
として、ｎ型動作領域層43の厚さを３μｍから１μｍに
薄く形成した太陽電池を試作して測定した結果、当該太
陽電池は、励起されたキャリアを効率良く起電力として
取り出すことが出来るため、光電変換効率を本実施例の
場合と同じ２２％を得ることが出来ることを確認した。
この場合、ＢＳＦの配設を省略した従来構造の太陽電池
の光電変換効率は僅かに１２％であった。
果、２２％の光電変換効率を有することを確認した。な
お、ＢＳＦ層の配設を省略した従来構造の太陽電池の光
電変換効率は２０％であった。また、本実施例の変形例
として、ｎ型動作領域層43の厚さを３μｍから１μｍに
薄く形成した太陽電池を試作して測定した結果、当該太
陽電池は、励起されたキャリアを効率良く起電力として
取り出すことが出来るため、光電変換効率を本実施例の
場合と同じ２２％を得ることが出来ることを確認した。
この場合、ＢＳＦの配設を省略した従来構造の太陽電池
の光電変換効率は僅かに１２％であった。
【００１９】〈実施例３〉図５は、本発明をタンデム型
太陽電池に適用した場合の実施例を概念的に示したもの
である。この太陽電池は、ｎ型ＧaＡsからなる基板51の
上に、ｎ型ＧaＡsからなる動作領域層52、ｐ型ＧaＡsか
らなる動作領域層53、ｐ+ ＧaＡsからなる接続領域層5
4、ｎ+ ＧaＡsからなる接続領域層55、ｎ型ＧaＡlＡsか
らなる動作領域層56、ｐ型ＧaＡlＡsからなる動作領域
層57、ｐ型ＧaＡlＡsからなる再結合防止層58（ウイン
ドー層）を順次形成することによって構成した。ｎ型動
作領域層52及びｐ型ＧaＡs動作領域層53からなる領域
は、特定の波長帯域に対応する第１の太陽電池（ＧaＡs
太陽電池）として機能し、ｎ型動作領域層56及びｐ型動
作領域層57からなる領域は、これとは異なる範囲の波長
帯域に対応する第２の太陽電池（ＧaＡlＡs太陽電池）
として機能する。本図では、ウインドー層として機能す
る再結合防止層がの位置に配設されているが、同層に
代え或は同層に加えて、第２のウインドー層として機能
する再結合防止層（ｐ型ＧaＡlＡs層）をの位置に、
ＢＳＦ層として機能する再結合防止層（ｎ型ＧaＡlＡs
層）を及び／又はの位置に配設することも可能であ
る。いずれの場合も、これらの再結合防止層に所定のバ
ンドギャップエネルギー勾配を付与することにより、個
々の太陽電池の光電変換効率を向上させることが出来
る。
太陽電池に適用した場合の実施例を概念的に示したもの
である。この太陽電池は、ｎ型ＧaＡsからなる基板51の
上に、ｎ型ＧaＡsからなる動作領域層52、ｐ型ＧaＡsか
らなる動作領域層53、ｐ+ ＧaＡsからなる接続領域層5
4、ｎ+ ＧaＡsからなる接続領域層55、ｎ型ＧaＡlＡsか
らなる動作領域層56、ｐ型ＧaＡlＡsからなる動作領域
層57、ｐ型ＧaＡlＡsからなる再結合防止層58（ウイン
ドー層）を順次形成することによって構成した。ｎ型動
作領域層52及びｐ型ＧaＡs動作領域層53からなる領域
は、特定の波長帯域に対応する第１の太陽電池（ＧaＡs
太陽電池）として機能し、ｎ型動作領域層56及びｐ型動
作領域層57からなる領域は、これとは異なる範囲の波長
帯域に対応する第２の太陽電池（ＧaＡlＡs太陽電池）
として機能する。本図では、ウインドー層として機能す
る再結合防止層がの位置に配設されているが、同層に
代え或は同層に加えて、第２のウインドー層として機能
する再結合防止層（ｐ型ＧaＡlＡs層）をの位置に、
ＢＳＦ層として機能する再結合防止層（ｎ型ＧaＡlＡs
層）を及び／又はの位置に配設することも可能であ
る。いずれの場合も、これらの再結合防止層に所定のバ
ンドギャップエネルギー勾配を付与することにより、個
々の太陽電池の光電変換効率を向上させることが出来
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明の太陽電池は、光電変換効率が著
しく向上する点に特長を有するが、それにも拘わらず、
必要とするエピタキシャル成長層の層数が従来構造の太
陽電池と同じであるため、従来と同程度の原価で太陽電
池を生産することが出来る。また、本発明の太陽電池
は、既存のＭＯＶＰＥ法やはＭＢＥ法をそのまま利用し
て製造することが出来るので、新製品開発の費用が少な
くて済むとともに、最初から高い歩留りで良好な光電変
換効率を有する太陽電池を生産することが可能である。
しく向上する点に特長を有するが、それにも拘わらず、
必要とするエピタキシャル成長層の層数が従来構造の太
陽電池と同じであるため、従来と同程度の原価で太陽電
池を生産することが出来る。また、本発明の太陽電池
は、既存のＭＯＶＰＥ法やはＭＢＥ法をそのまま利用し
て製造することが出来るので、新製品開発の費用が少な
くて済むとともに、最初から高い歩留りで良好な光電変
換効率を有する太陽電池を生産することが可能である。
【００２１】なお、本明細書では、主としてＧaＡs系の
太陽電池について説明したが、本発明は、他の化合物半
導体を使用する太陽電池、例えばＧaＰ系の太陽電池に
も容易に適用することが可能である。また、グレーディ
ット型太陽電池に本発明を適用すれば、光電変換効率を
更に向上させることが可能である。
太陽電池について説明したが、本発明は、他の化合物半
導体を使用する太陽電池、例えばＧaＰ系の太陽電池に
も容易に適用することが可能である。また、グレーディ
ット型太陽電池に本発明を適用すれば、光電変換効率を
更に向上させることが可能である。
【図１】本発明の第１の実施例を示すＧaＡs太陽電池の
断面図。
断面図。
【図２】同実施例の動作を説明するためのバンドギャッ
プエネルギー図。
プエネルギー図。
【図３】同実施例の分光感度特性を示す曲線図。
【図４】本発明の第２の実施例を示すＧaＡlＡs太陽電
池の断面図。
池の断面図。
【図５】本発明の第３の実施例を示すタンデム型太陽電
池の断面図。
池の断面図。
11…ｎ型基板 41…ｎ型基板 51…ｎ型Ｇ
aＡs基板 12…ｎ型動作領域層 42…ＢＳＦ層 52…ｎ型Ｇ
aＡs動作領域層 13…ｐ型動作領域層 43…ｎ型動作領域層 53…ｐ型Ｇ
aＡs動作領域層 14…ウインドー層 44…ｐ型動作領域層 54…ｐ+型
接続領域層 15…反射防止膜 45…ウインドー層 55…ｎ+型
接続領域層 16…ｐ側電極 56…ｎ型Ｇ
aＡlＡs動作領域層 17…ｎ側電極 57…ｐ型Ｇ
aＡlＡs動作領域層 19…電子 58…ｐ型Ｇ
aＡlＡs最結晶防止層 20…正孔
aＡs基板 12…ｎ型動作領域層 42…ＢＳＦ層 52…ｎ型Ｇ
aＡs動作領域層 13…ｐ型動作領域層 43…ｎ型動作領域層 53…ｐ型Ｇ
aＡs動作領域層 14…ウインドー層 44…ｐ型動作領域層 54…ｐ+型
接続領域層 15…反射防止膜 45…ウインドー層 55…ｎ+型
接続領域層 16…ｐ側電極 56…ｎ型Ｇ
aＡlＡs動作領域層 17…ｎ側電極 57…ｐ型Ｇ
aＡlＡs動作領域層 19…電子 58…ｐ型Ｇ
aＡlＡs最結晶防止層 20…正孔
Claims (8)
- 【請求項１】ｐｎ接合を介して反対導電型の化合物半導
体層を隣接配置することによって光電変換動作領域を形
成し、当該動作領域の少なくとも表面側（光入射側）に
再結合防止層を形成した太陽電池において、当該最結晶
防止層は、下地の化合物半導体層よりもバンドギャップ
エネルギーが大きい同一導電型の別の化合物半導体層を
もって構成されており、かつ、ｐｎ接合から遠い側で大
きくｐｎ接合に近い側で小さくなるようなバンドギャッ
プエネルギー勾配を有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】ｐｎ接合を介して反対導電型の化合物半導
体層を隣接配置することによって光電変換動作領域を形
成し、当該動作領域の少なくとも裏面側（光入射と反対
側）に再結合防止層を形成した太陽電池において、当該
再結合防止層は、下地の化合物半導体層よりもバンドギ
ャップエネルギーが大きい同一導電型の別の化合物半導
体層をもって構成されており、かつ、ｐｎ接合から遠い
側で大きくｐｎ接合に近い側で小さくなるようなバンド
ギャップエネルギー勾配を有することを特徴とする太陽
電池。 - 【請求項３】ｐｎ接合を介して反対導電型の化合物半導
体層を隣接配置することによって形成した光電変換動作
領域を複数個積み重ねて配設し、少なくとも一部の動作
領域の表面側（光入射側）に再結合防止層を形成してな
るタンデム型太陽電池において、当該再結合防止層は、
下地の化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギー
が大きい同一導電型の別の化合物半導体層をもって構成
されており、かつ、ｐｎ接合から遠い側で大きくｐｎ接
合に近い側で小さくなるようなバンドギャップエネルギ
ー勾配を有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項４】前記のバンドギャップエネルギー勾配を有
する再結合防止層が最上層の動作領域の表面側に形成さ
れていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。 - 【請求項５】前記のバンドギャップエネルギー勾配を有
する再結合防止層が中間層又は最下層の動作領域の表面
側に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の
太陽電池。 - 【請求項６】ｐｎ接合を介して反対導電型の化合物半導
体層を隣接配置することによって形成した光電変換動作
領域を複数個積み重ねて配設し、少なくとも一部の動作
領域の裏面側（光の入射と反対側）に再結合防止層を形
成してなるタンデム型太陽電池において、当該再結合防
止層は、下地の化合物半導体層よりもバンドギャップエ
ネルギーが大きい同一導電型の別の化合物半導体層をも
って構成されており、かつ、ｐｎ接合から遠い側で大き
くｐｎ接合に近い側で小さくなるようなバンドギャップ
エネルギー勾配を有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項７】前記のバンドギャップエネルギー勾配を有
する再結合防止層が最下層の動作領域の裏面側に形成さ
れていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。 - 【請求項８】前記のバンドギャップエネルギー勾配を有
する再結合防止層が中間層又は最上層の動作領域の裏面
側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の
太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4086909A JPH06283744A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4086909A JPH06283744A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283744A true JPH06283744A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13899973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4086909A Pending JPH06283744A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06283744A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150014298A (ko) * | 2013-07-29 | 2015-02-06 | 엘지전자 주식회사 | 화합물 반도체 태양 전지 |
| KR20150124791A (ko) * | 2014-04-29 | 2015-11-06 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 화합물 태양 전지 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5137582A (en) * | 1974-09-25 | 1976-03-29 | Sharp Kk | Gaassgaals heterosetsugogatataiyodenchi |
| JPS558079A (en) * | 1978-07-04 | 1980-01-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Solar battery |
| JPS60218881A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-11-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ＧａＡｓ太陽電池 |
| JPS6384076A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-14 | Canon Inc | 光起電力素子 |
| JPS6437060A (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-07 | Nippon Telegraph & Telephone | Semiconductor element |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP4086909A patent/JPH06283744A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5137582A (en) * | 1974-09-25 | 1976-03-29 | Sharp Kk | Gaassgaals heterosetsugogatataiyodenchi |
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|---|---|---|---|---|
| KR20150014298A (ko) * | 2013-07-29 | 2015-02-06 | 엘지전자 주식회사 | 화합물 반도체 태양 전지 |
| KR20150124791A (ko) * | 2014-04-29 | 2015-11-06 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 화합물 태양 전지 |
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