JPH06291341A

JPH06291341A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH06291341A
Application number: JP5342641A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsushita; 孟史松下; Paru Gosain Daramu; ダラム・パル・ゴサイン; Uesutouootaa Jiyonasan; ジョナサン・ウエストウォーター; Setsuo Usui; 節夫碓井; Kunio Hane; 邦夫羽根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】変換効率が高く、しかも製造コストが低くエネ
ルギー回収年数が短い太陽電池を提供する。【構成】太陽電池は、（イ）第１の電極１９Ａを有する
第１導電形の第１の半導体層１１と、（ロ）第１の半導
体層１１の上方に形成され、第２の電極１９Ｂを有する
第１導電形とは逆の第２導電形の第２の半導体層２２
と、（ハ）第１の半導体層１１と第２の半導体層１２と
の間に形成され、第１の半導体層のバンドギャップ及び
第２の半導体層のバンドギャップより狭いバンドギャッ
プを有する第３の半導体層１３と、（ニ）第１の半導体
層１１と第３の半導体層１３との間に形成され、第１の
半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩衝する第１
の緩衝層１５と、（ホ）第２の半導体層１２と第３の半
導体層１３との間に形成され、第２の半導体層と第３の
半導体層の格子不整合を緩衝する第２の緩衝層１６、か
ら成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製造コストが低く且つ
高い変換効率を有する太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、太陽電池の素材として、単結晶Ｓ
ｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、アモルファスＳｉ
Ｃ、アモルファスＳｉＮ、アモルファスＳｉＧｅ、アモ
ルファスＳｉＳｎといったＩＶ族系の材料、あるいは、
ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰといったＩＩＩ−Ｖ族
やＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ₂ＳといったＩＩ−ＶＩ族の
化合物半導体が用いられている。また、太陽電池の構造
としては、背面電界型を含むｐｎ構造、ｐｉｎ構造、ヘ
テロ接合構造、ショットキー構造、タンデム型や垂直接
合型を含む多重接合構造等が採用されている。

【０００３】一般に、太陽電池に要求される特性とし
て、（Ａ）変換効率が高いこと（Ｂ）製造コストが低いこと（Ｃ）エネルギー回収年数が短いことを挙げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば、単
結晶あるいは多結晶Ｓｉを用いた太陽電池は、変換効率
は高いが、製造コストが高く、エネルギー回収年数が１
０年以上で長すぎるという問題を有する。また、アモル
ファスシリコンを用いた太陽電池は、製造コストが低
く、エネルギー回収年数は短いが、変換効率が低いとい
う問題を有する。ＧａＡｓを用いた太陽電池は、変換効
率は高いが、製造コストが単結晶Ｓｉを用いた太陽電池
よりも高く、特殊な用途にしか使用することができな
い。他の材料を用いた太陽電池においても、変換効率が
高い場合、製造コストが高くなり、エネルギー回収年数
が延び、逆に製造コストが低く、エネルギー回収年数が
短い場合には、変換効率が低い。このように、太陽電池
に要求される上記の特性の全てを十分満足し得る太陽電
池は現状では実現されていない。

【０００５】従って、本発明の目的は、変換効率が高
く、しかも製造コストが低くエネルギー回収年数が短い
太陽電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る太陽電池は、（イ）第１
の電極を有する第１導電形の第１の半導体層と、（ロ）
第１の半導体層の上方に形成され、第２の電極を有する
第１導電形とは逆の第２導電形の第２の半導体層と、
（ハ）第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層のバンドギャップ及び第２の半導体
層のバンドギャップより狭いバンドギャップを有する第
３の半導体層と、（ニ）第１の半導体層と第３の半導体
層との間に形成され、第１の半導体層と第３の半導体層
の格子不整合を緩衝する第１の緩衝層と、（ホ）第２の
半導体層と第３の半導体層との間に形成され、第２の半
導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩衝する第２の
緩衝層、から成ることを特徴とする。

【０００７】かかる第１の態様の太陽電池においては、
前記第１及び第２の半導体層は主にシリコンから成り、
前記第３の半導体層は主にゲルマニウム又はシリコン−
ゲルマニウムから成ることが好ましい。

【０００８】更に、上記の目的を達成するための本発明
の第２の態様に係る太陽電池は、（イ）第１の電極を有
する第１導電形の第１の半導体領域、及び第２の電極を
有しそして第１導電形とは逆の第２導電形の第２の半導
体領域が形成された第１の半導体層と、（ロ）第１の半
導体層の下方に形成され、第１の半導体層のバンドギャ
ップより狭いバンドギャップを有する第２の半導体層
と、（ハ）第１の半導体層と第２の半導体層との間に形
成され、第１の半導体層と第２の半導体層の格子不整合
を緩衝する緩衝層、から成ることを特徴とする。

【０００９】かかる第２の態様の太陽電池においては、
前記第１の半導体層は主にシリコンから成り、前記第２
の半導体層は主にゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニ
ウムから成ることが好ましい。

【００１０】更に、上記の目的を達成するための本発明
の第３の態様に係るタンデム型太陽電池は、（イ）第１
の電極を有する第１導電形の第１の半導体層と、（ロ）
第１の半導体層の上方に形成され、第１導電形とは逆の
第２導電形の第２の半導体層と、（ハ）第１の半導体層
と第２の半導体層との間に形成され、第１の半導体層の
バンドギャップ及び第２の半導体層のバンドギャップよ
り狭いバンドギャップを有する第３の半導体層と、
（ニ）第１の半導体層と第３の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩
衝する第１の緩衝層と、（ホ）第２の半導体層と第３の
半導体層との間に形成され、第２の半導体層と第３の半
導体層の格子不整合を緩衝する第２の緩衝層、から成る
第１の太陽電池、及び、（ヘ）第２の半導体層の上に形
成され、第１導電形の第４の半導体層と、（ト）第４の
半導体層の上に形成され、第２の電極を有する第２導電
形の第５の半導体層、から成る第２の太陽電池から構成
されることを特徴とする。

【００１１】かかる第３の態様のタンデム型太陽電池に
おいては、前記第１及び第２の半導体層は主にシリコン
から成り、前記第３の半導体層は主にゲルマニウム又は
シリコン−ゲルマニウムから成ることが好ましい。

【００１２】

【作用】図１に本発明の太陽電池の基本的な構成を示
す。本発明の太陽電池は、基本的には、第１導電形の第
１の半導体層１、第２導電形の第２の半導体層２、第３
の半導体層３から構成されている。第３の半導体層３
は、第１の半導体層１と第２の半導体層２との間に形成
されており、そのバンドギャップは、第１の半導体層１
のバンドギャップ及び第２の半導体層２のバンドギャッ
プより狭い。尚、第３の半導体層３中の４はｐｎ接合部
を表す。本発明の太陽電池は、更に、第１の緩衝層５、
及び第２の緩衝層６から構成されている。

【００１３】本発明の太陽電池においては、バンドギャ
ップの狭い第３の半導体層３が形成されているので、長
波長の光まで光電変換を行うことができ、太陽電池の短
絡電流Ｉ_SCを大きくすることができるが、解放端電圧Ｖ
_OCが小さくなり、バンドギャップの狭い半導体層だけで
は変換効率を高くすることができない。一方、第１の半
導体層１及び第２の半導体層２は、第３の半導体層３よ
りも広いバンドギャップを有しているので、接合リーク
電流Ｉ_Oを小さくできる。解放端電圧Ｖ_OCと接合リーク
電流Ｉ_Oとの間には、Ｖ_OC ≒ （ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｉ_SC／Ｉ_O）という関係があるので、Ｖ_OCを大きくすることができ
る。その結果、太陽電池全体の変換効率を向上させるこ
とができる。

【００１４】ところで、Ｉ_Oを小さくするためには、（１）第３の半導体層３の厚さが、第３の半導体層内の
少数キャリアの拡散長よりも小さいこと（２）第３の半導体層３と第１及び第２の半導体層１，
２との間でそれぞれ形成されるヘテロ接合界面における
少数キャリアの再結合割合が小さいことが必要とされる。

【００１５】ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓのようなヘテロ接
合界面における格子定数の不整合が小さな組み合わせで
は、ヘテロ接合界面での少数キャリアの再結合割合は小
さい。然るに、一般のヘテロ接合ではヘテロ接合界面に
おける格子定数の不整合が大きい。例えばＳｉとＧｅか
ら形成されたヘテロ接合界面においては、格子定数の不
整合は４％にもなる。

【００１６】本発明においては、第３の半導体層３と第
１の半導体層１との間に第１の緩衝層５が、また、第３
の半導体層３と第２の半導体層２との間に第２の緩衝層
６が形成されている。かかる緩衝層５，６の組成を、段
階的にあるいは連続的に変化させれば、第３の半導体層
３と第１又は第２の半導体層１，２との間の格子定数の
不整合を緩衝することが可能となる。即ち、第１（第
２）の半導体層との界面近傍の第１（第２）の緩衝層の
組成を第１（第２）の半導体層の組成とほぼ等しくし、
第３の半導体層との界面近傍の第１（第２）の緩衝層の
組成を第３の半導体層の組成とほぼ等しくし、しかも第
１（第２）の半導体層との界面近傍から第３の半導体層
との界面近傍に向かって第１（第２）の緩衝層の組成を
段階的にあるいは連続的に変化させればよい。これによ
って、ヘテロ接合界面での少数キャリアの再結合割合を
最小化することが可能になる。

【００１７】例えば、第１及び第２の半導体層１，２を
Ｓｉ（バンドギャップ＝１．１ｅＶ）から、そして第３
の半導体層３をＧｅ（バンドギャップ＝０．６６ｅＶ）
から構成し、第１及び第２の緩衝層５，６の組成を段階
的に変化させる。そして、第１及び第２の緩衝層５，６
内の組成が異なる隣接した領域（層）間における格子定
数の不整合を０．１％まで許容した場合、第１及び第２
の緩衝層５，６内の組成が異なる領域（層）の数は、
０．０４／０．００１＝４０（層）となる。Ｓｉ及びＧ
ｅの格子定数は約０．５５ｎｍであるので、第１及び第
２の緩衝層５，６の厚さは、最低０．５５×４０＝２
２ｎｍ必要とされるが、この値の１０倍以上とするこ
とが、格子定数の不整合をより少なくする上で望まし
い。また、第３の半導体層３に、例えばＳｉ_0.5Ｇｅ_0.5
を用いる場合には、第１及び第２の緩衝層５，６をより
薄くすることができる。

【００１８】以上のように、本発明の太陽電池において
は、狭いバンドギャップを有する第３の半導体層によっ
てＩ_SCを大きくし、広いバンドギャップを有する第１及
び第２の半導体層によってＶ_OCを大きくすることがで
き、しかも、第１及び第２の半導体層と第３の半導体層
との間の格子不整合を緩衝するための第１及び第２の緩
衝層を設けて、ヘテロ接合界面での少数キャリアの再結
合割合を少なくする。その結果、高変換効率の太陽電池
を実現することができる。

【００１９】また、第３の半導体層にＧｅを用いた場
合、Ｇｅの光吸収係数はＳｉ、ＧａＡｓあるいはアモル
ファスＳｉよりも大きいので、第３の半導体層を少なく
ともアモルファスＳｉ並み、即ち、１μｍ程度に薄層化
することが可能となり、使用材料の節約、即ち製造コス
トの低減を図ることができる。尚、Ｇｅから成る第３の
半導体層の厚さを厚くし過ぎると、第３の半導体層中の
単位体積当たりのキャリア濃度が低下するので、第３の
半導体層の厚さを薄くすることが望ましい。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。

【００２１】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
態様に係る太陽電池に関する。図２に模式的な一部断面
図を示すように、実施例１の太陽電池は、例えば、基体
１７の表面に形成された絶縁層１８の上に、多結晶Ｓｉ
から成る第１導電形（例えばｎ⁺）の第１の半導体層１
１、ｎ−Ｓｉ_1-XＧｅ_Xから成る第１の緩衝層１５、Ｇｅ
から成る第３の半導体層１３、ｐ−Ｓｉ_XＧｅ_1-Xから成
る第２の緩衝層１６、Ｓｉから成る第２導電形（例えば
ｐ⁺）の第２の半導体層１２が順に積層されて構成され
ている。第３の半導体層１３は、ｎ形層１３Ａ及びｐ形
層１３Ｂから構成されておりｐｎ接合部１４が形成され
ている。第１及び第２の緩衝層１５，１６におけるＸの
値を、０から１に段階的にあるいは連続的に変化させ
る。

【００２２】基体１７及び絶縁層１８の一部には開口部
が設けられており、かかる開口部内に露出した第１の半
導体層１１上に第１の電極１９Ａが設けられている。ま
た、第２の半導体層１２の表面には第２の電極１９Ｂが
設けられている。更に、第２の半導体層１２の表面には
反射防止膜２０が形成されている。

【００２３】実施例１の太陽電池は、以下の方法で作製
することができる。先ず、基体１７の上にＳｉＯ₂から
成り厚さ約０．５μｍの絶縁層１８を形成する。次い
で、絶縁層１８の上にリンをドープした厚さ約０．２μ
ｍの多結晶Ｓｉ層をＣＶＤ法等によって堆積させ、その
上にＳｉＯ₂から成るキャップ層を形成する。その後、
帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）法にて多結晶Ｓｉ層の結晶
性を向上させて粒径拡大を行い、リンがドープされ多結
晶Ｓｉから成る第１の半導体層１１を形成する。

【００２４】ＳｉＯ₂キャップ層を除去した後、第１の
半導体層１１の上にリンをドープしたＳｉ_1-XＧｅ_Xから
成る厚さ約０．１μｍ〜１．０μｍの第１の緩衝層１５
をエピタキシャル成長させる。尚、第１の緩衝層１５の
厚さ方向におけるＸの値を、０から１まで段階的にある
いは連続的に増加させる。Ｓｉ原子を成長させるために
はＳｉＨ₄ガスを、またＧｅ原子を成長させるためには
ＧｅＨ₄ガスを用いる。ＳｉＨ₄ガスとＧｅＨ₄ガスの供
給量を段階的にあるいは連続的に変化させることによっ
て、第１の緩衝層１５の厚さ方向におけるＸの値を段階
的にあるいは連続的に増加させることができる。

【００２５】このようにして、第１の緩衝層１５の厚さ
方向の組成、即ちＳｉに対するＧｅの割合は、第１の半
導体層１１から第３の半導体層１３に向かって、段階的
にあるいは連続的に増加する。それ故、第１の緩衝層１
５内の組成が異なる厚さ方向に隣接した領域間における
格子定数の不整合を小さくすることができる。

【００２６】続いて、リンをドープしたＧｅから成る厚
さ０．５μｍの第３の半導体層１３Ａを第１の緩衝層１
５の上にエピタキシャル成長させ、更に、ボロンをドー
プしたＧｅから成る厚さ０．５μｍの第３の半導体層１
３Ｂをその上にエピタキシャル成長させる。こうしてリ
ンをドープしたｎ形層１３Ａ及びボロンをドープしたｐ
形層１３Ｂから成りこれらの層の界面にｐｎ接合部１４
が形成されたＧｅから成る第３の半導体層１３が形成さ
れる。

【００２７】その後、第３の半導体層１３の上にボロン
をドープしたＳｉ_XＧｅ_1-Xから成る厚さ約０．１μｍ〜
１．０μｍの第２の緩衝層１６をエピタキシャル成長さ
せる。尚、第２の緩衝層１６の厚さ方向におけるＸの値
を、０から１まで段階的にあるいは連続的に増加させ
る。

【００２８】次いで、ボロンをドープしたＳｉから成る
厚さ約０．２μｍの第２の半導体層１２を第２の緩衝層
１６上にエピタキシャル成長させる。

【００２９】更に、例えばシリコンナイトライドから成
る反射防止膜２０を第２の半導体層１２上に形成し、そ
の後、選択的に反射防止膜２０を除去して第２の電極１
９Ｂを第２の半導体層１２上に形成する。次に、基体１
７及び絶縁層１８を選択的に除去して、第１の半導体層
１１の一部を露出させて、この露出した第１の半導体層
１１上に第１の電極１９Ａを形成する。実施例１におい
ては、第１の半導体層１１から第２の半導体層１２まで
の厚さは約１．６μｍ〜３．４μｍである。

【００３０】基体１７が、単結晶Ｓｉ、あるいはキャス
ト法、電磁キャスト法やキャストリボン法等にて作製さ
れた多結晶Ｓｉから成る場合には、かかる基体１７を第
１の半導体層とすることができる。この場合、絶縁層１
８の形成を省略でき、基体１７の上に直接第１の緩衝層
１５をエピタキシャル成長によって形成することができ
る。

【００３１】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様に係る太陽電池に関する。図３の（Ａ）に実施例２
の太陽電池の基本的な構成を示す。実施例２の太陽電池
は、第１の半導体層２１と、第２の半導体層２３と、緩
衝層２５から成る。第１の半導体層２１には、第１の電
極２９Ａを有する第１導電形の第１の半導体領域２１
Ａ、及び第２の電極２９Ｂを有しそして第１導電形とは
逆の第２導電形の第２の半導体領域２１Ｂが形成されて
いる。第２の半導体層２３は、第１の半導体層２１の下
方に形成されており、第１の半導体層２１のバンドギャ
ップより狭いバンドギャップを有する。緩衝層２５は、
第１の半導体層２１と第２の半導体層２３との間に形成
されており、第１の半導体層２１と第２の半導体層２３
の格子不整合を緩衝する。

【００３２】第１の電極２９Ａから第２の電極２９Ｂを
眺めたとき、実施例２の太陽電池の構成は、図１に示し
た構造と基本的に同一となる。即ち、第１の電極２９
Ａ、第１の半導体領域２１Ａ、緩衝層２５、第２の半導
体層２３、緩衝層２５、第２の半導体領域２９Ｂ、第２
の電極２９Ｂという構成となる。

【００３３】実施例２の太陽電池の具体的な構造を、図
３の（Ｂ）の模式的な一部断面図にて示す。実施例２の
太陽電池は、例えば、基体２７の表面に形成された絶縁
層２８の上に、多結晶Ｓｉから成る第１導電形（例えば
ｎ形）の第３の半導体層２２、ｉ−Ｓｉ_1-XＧｅ_Xから成
る第２の緩衝層２６、ｉ−Ｇｅから成る第２の半導体層
２３、ｉ−Ｓｉ_XＧｅ_1-Xから成る緩衝層２５、Ｓｉから
成る第１の半導体層２１が順に積層されて構成されてい
る。緩衝層２５及び第２の緩衝層２６におけるＸの値
は、０から１に段階的にあるいは連続的に変化させてあ
る。

【００３４】第１の半導体層２１には、第１の電極２９
Ａを有する第１導電形（例えばｎ⁺）の第１の半導体領
域２１Ａ、及び第２の電極２９Ｂを有し第１導電形とは
逆の第２導電形（例えばｐ⁺）の第２の半導体領域２１
Ｂが形成されている。第１の半導体領域２１Ａと第２の
半導体領域２１Ｂとは、隣接していても、隣接していな
くともよい。第１の半導体層２１の表面には反射防止膜
３０が形成されている。

【００３５】緩衝層２５は、第１の半導体層２１と第２
の半導体層２３との間の格子定数の不整合を緩衝するた
めに形成されている。この緩衝層２５を形成することに
よって、第１の半導体層２１と第２の半導体層２３との
間で形成されるヘテロ接合界面における少数キャリアの
再結合割合を小さくすることができる。

【００３６】第２の半導体層２３と第３の半導体層２２
との間の格子定数の不整合を緩衝し、第２の半導体層２
２に欠陥が生じることを防止するために、第２の緩衝層
２６を形成することが望ましい。また、第２の緩衝層２
６と絶縁層２８との間での少数キャリアの界面再結合を
防止するために、第３の半導体層２２を形成することが
望ましい。

【００３７】実施例２の太陽電池は、以下の方法で作製
することができる。先ず、基体２７の上にＳｉＯ₂から
成り厚さ約０．５μｍの絶縁層２８を形成する。次い
で、絶縁層２８の上にリンをドープした厚さ約０．２μ
ｍの多結晶Ｓｉ層をＣＶＤ法等によって堆積させ、その
上にＳｉＯ₂から成るキャップ層を形成する。その後、
帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）法にて多結晶Ｓｉ層の結晶
性を向上させて粒径拡大を行い、リンがドープされ多結
晶Ｓｉから成る第３の半導体層２２を形成する。

【００３８】ＳｉＯ₂キャップ層を除去した後、第３の
半導体層２２の上にリンをドープしたあるいは不純物を
ドープしていないＳｉ_1-XＧｅ_Xから成る厚さ約０．１μ
ｍ〜１．０μｍの第２の緩衝層２６をエピタキシャル成
長させる。尚、第２の緩衝層２６の厚さ方向におけるＸ
の値を、０から１まで段階的にあるいは連続的に増加さ
せる。

【００３９】その後、不純物をドープしていないＧｅか
ら成る厚さ１μｍの第２の半導体層２３を第２の緩衝層
２６の上にエピタキシャル成長させ、更に、不純物をド
ープしていないＳｉ_XＧｅ_1-Xから成る厚さ約０．１μｍ
〜１．０μｍの緩衝層２５をエピタキシャル成長させ
る。尚、緩衝層２５の厚さ方向におけるＸの値を、０か
ら１まで段階的にあるいは連続的に増加させる。

【００４０】次いで、Ｓｉから成る厚さ約０．２μｍの
第１の半導体層２１を緩衝層２５上にエピタキシャル成
長させ、次いで、リン及びボロンを第１の半導体層２１
にドープすることによって、第１の半導体領域２１Ａ及
び第２の半導体領域２１Ｂを形成する。

【００４１】更に、例えば酸化アルミニウムから成る反
射防止膜３０を第１の半導体層２１上に形成し、その
後、選択的に反射防止膜３０を除去して第１の電極２９
Ａ及び第２の電極２９Ｂを、第１の半導体層２１の第１
の半導体領域２１Ａ上及び第２の半導体領域２１Ｂ上に
形成する。

【００４２】（実施例３）実施例３は、本発明の第３の
態様に係る太陽電池に関する。図４に模式的な一部断面
図を示すように、実施例３の太陽電池は、実施例１にて
説明した太陽電池を第１の太陽電池とし、かかる第１の
太陽電池の上に、単結晶あるいは多結晶Ｓｉから構成さ
れたｐｎ構造を有する第２の太陽電池が形成されたタン
デム型太陽電池である。実施例３のタンデム型太陽電池
は、実施例１にて説明した太陽電池の作製方法によって
第２の半導体層まで形成した後、第２の半導体層上に従
来のｐｎ構造を有する太陽電池の作製方法を適用して第
２の太陽電池を形成することで、作製することができ
る。

【００４３】実施例３における第１の太陽電池は、実施
例１にて説明した太陽電池と同様に、例えば、基体１７
の表面に形成された絶縁層１８の上に、多結晶Ｓｉから
成る第１導電形（例えばｎ⁺）の第１の半導体層１１、
ｎ−Ｓｉ_1-XＧｅ_Xから成る第１の緩衝層１５、Ｇｅから
成る第３の半導体層１３、ｐ−Ｓｉ_XＧｅ_1-Xから成る第
２の緩衝層１６、Ｓｉから成る第２導電形（例えば
ｐ⁺）の第２の半導体層１２が順に積層されて構成され
ている。第３の半導体層１３は、ｎ形層１３Ａ及びｐ形
層１３Ｂから構成されておりｐｎ接合部１４が形成され
ている。第１及び第２の緩衝層１５，１６におけるＸの
値を、０から１に段階的にあるいは連続的に変化させ
る。基体１７及び絶縁層１８の一部には開口部が設けら
れており、かかる開口部内に露出した第１の半導体層１
１上に第１の電極１９Ａが設けられている。

【００４４】第２の太陽電池は、第２の半導体層１２の
上に形成され、第１導電形（例えばｎ形）の第４の半導
体層４０と、第４の半導体層４０の上に形成された第２
導電形（例えばｐ⁺形）の第５の半導体層４２とから成
る。第２の太陽電池の厚さは約１００〜１５０μｍであ
ることが、第２の太陽電池の変換効率の観点から望まし
い。第５の半導体層４２の表面には第２の電極１９Ｂが
設けられている。更に、第５の半導体層４２の表面には
反射防止膜２０が形成されている。また、第２の半導体
層１２と第４の半導体層４０との間には、少数キャリア
の再結合防止のためのバック・サーフェス・フィールド
（ＢＳＦ）層４４を設けることが望ましい。

【００４５】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。第
１導電形をｐ形（あるいは、必要に応じてｐ⁺形）と
し、第２導電形をｎ（あるいは、必要に応じてｎ⁺形）
とすることができる。

【００４６】本発明の第１及び第３の態様における第３
の半導体層１３、あるいは第２の態様における第２の半
導体層２３を、例えばＳｉ_1-Y−Ｇｅ_Y（一例として、Ｙ
＝０．５，０．７あるいは０．８等）から構成すること
ができる。この場合、第１及び第２の緩衝層１５，１６
あるいは緩衝層２５，第２の緩衝層２６におけるＸの値
をＹの値と概ね一致させればよい。また、本発明の第３
の態様において、第４の半導体層をＳｉから成る基体と
し、ＢＳＦ層４４、第２の半導体層１２、第２の緩衝層
１６、第３の半導体層１３、第１の緩衝層１５、第１の
半導体層１１の順に積層することも可能である。

【００４７】本発明の第１及び第３の態様における第１
の半導体層１１と第２の半導体層１２とは、同一組成・
材料であっても、異なる組成・材料であってもよい。要
するに、第３の半導体層１３のバンドギャップが、第１
の半導体層１１のバンドギャップよりも狭く、且つ第２
の半導体層１２のバンドギャップよりも狭ければよい。
第３の半導体層１３中に形成されるｐｎ接合部１４の位
置は任意である。また、第３の半導体層１３、第１及び
第２の緩衝層１５，１６は、ｉ形でもよい。

【００４８】本発明の第２の態様における第２の半導体
層２３は、場合によっては、第２導電形等としてもよ
い。

【００４９】

【発明の効果】本発明の太陽電池においては、狭いバン
ドギャップを有する半導体層、及び広いバンドギャップ
を有する半導体層が積層され、しかも、これらの半導体
層間の格子不整合を緩衝するための緩衝層が設けられて
いるので、高変換効率の太陽電池を低い製造コストで実
現することができる。

【００５０】また、狭いバンドギャップを有する半導体
層にＧｅを用いた場合、かかる第３の半導体層を薄層化
することが可能となり、使用材料の節約、即ち製造コス
トの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の基本的な構成を示す図であ
る。

【図２】実施例１の太陽電池の具体的な構造を示す模式
的な一部断面図である。

【図３】実施例２の太陽電池の基本的な構成及び具体的
な構造を示す模式的な一部断面図である。

【図４】実施例３の太陽電池の具体的な構造を示す模式
的な一部断面図である。

【符号の説明】

１，１１第１の半導体層２，１２第２の半導体層３，１３第３の半導体層４，１４ｐｎ接合部５，１５第１の緩衝層６，１６第２の緩衝層７，１７基体８，１８，２８絶縁層１９Ａ，１９Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ電極２０，３０反射防止膜２１第１の半導体層２３第２の半導体層２２第３の半導体層２５緩衝層２６第２の緩衝層４０第４の半導体層４２第５の半導体層４４ＢＳＦ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者碓井節夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者羽根邦夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）第１の電極を有する第１導電形の第
１の半導体層と、（ロ）第１の半導体層の上方に形成され、第２の電極を
有する第１導電形とは逆の第２導電形の第２の半導体層
と、（ハ）第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層のバンドギャップ及び第２の半導体
層のバンドギャップより狭いバンドギャップを有する第
３の半導体層と、（ニ）第１の半導体層と第３の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩
衝する第１の緩衝層と、（ホ）第２の半導体層と第３の半導体層との間に形成さ
れ、第２の半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩
衝する第２の緩衝層、から成ることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】前記第１及び第２の半導体層は主にシリコ
ンから成り、前記第３の半導体層は主にゲルマニウム又
はシリコン−ゲルマニウムから成ることを特徴とする請
求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】（イ）第１の電極を有する第１導電形の第
１の半導体領域、及び第２の電極を有しそして第１導電
形とは逆の第２導電形の第２の半導体領域が形成された
第１の半導体層と、（ロ）第１の半導体層の下方に形成され、第１の半導体
層のバンドギャップより狭いバンドギャップを有する第
２の半導体層と、（ハ）第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層と第２の半導体層の格子不整合を緩
衝する緩衝層、から成ることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】前記第１の半導体層は主にシリコンから成
り、前記第２の半導体層は主にゲルマニウム又はシリコ
ン−ゲルマニウムから成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】（イ）第１の電極を有する第１導電形の第
１の半導体層と、（ロ）第１の半導体層の上方に形成され、第１導電形と
は逆の第２導電形の第２の半導体層と、（ハ）第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層のバンドギャップ及び第２の半導体
層のバンドギャップより狭いバンドギャップを有する第
３の半導体層と、（ニ）第１の半導体層と第３の半導体層との間に形成さ
れ、第１の半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩
衝する第１の緩衝層と、（ホ）第２の半導体層と第３の半導体層との間に形成さ
れ、第２の半導体層と第３の半導体層の格子不整合を緩
衝する第２の緩衝層、から成る第１の太陽電池、及び、（ヘ）第２の半導体層の上に形成され、第１導電形の第
４の半導体層と、（ト）第４の半導体層の上に形成され、第２の電極を有
する第２導電形の第５の半導体層、から成る第２の太陽電池から構成されたことを特徴とす
るタンデム型太陽電池。
【請求項６】前記第１及び第２の半導体層は主にシリコ
ンから成り、前記第３の半導体層は主にゲルマニウム又
はシリコン−ゲルマニウムから成ることを特徴とする請
求項５に記載のタンデム型太陽電池。