JPH0661513A - 積層型太陽電池 - Google Patents

積層型太陽電池

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JPH0661513A
JPH0661513A JP4209127A JP20912792A JPH0661513A JP H0661513 A JPH0661513 A JP H0661513A JP 4209127 A JP4209127 A JP 4209127A JP 20912792 A JP20912792 A JP 20912792A JP H0661513 A JPH0661513 A JP H0661513A
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algaas
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隆一 中園
Tsunehiro Unno
恒弘 海野
Takeshi Takahashi
高橋  健
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光電変換効率を大幅に増加させることを可能
とする。 【構成】 基板又は基板に形成した基板構成材からなる
太陽電池の上に、GaAsを主成分としたpn接合より
なる下部のGaAs太陽電池、AlGaAsを主成分と
したpn接合よりなる上部のAlGaAs太陽電池を積
層する太陽電池において、前記上下の太陽電池を接続す
るために設けるAlGaAsを主成分とするp+ +
合からなるトンネル接合を有する中間層と前記上部のA
lGaAs太陽電池との間に、キャリア濃度を連続して
変化させたキャリア濃度プロファイルとした遷移層を設
けたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池を多段にしてな
る高効率な積層型太陽電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽電池はクリーンエネルギー源として
注目されているが、既存の商用電源と比べて発電コスト
が高いことが実用化の大きな障害となっている。これま
で、単一材料太陽電池の高効率化の開発がすすめられ、
実用化の試みが始まっている。この単一材料太陽電池の
効率はせいぜい25%が限界であるとの理論解析がなされ
ている。このため、さらに低コストを目指すためには効
率を高くしなければならない。高効率を得るためには、
太陽電池をバンドギャップの異なる複数の太陽電池を積
層した構造としなければならない。具体的には、太陽光
の入射側(上部)にバンドギャップの大きな半導体材料
より成る太陽電池、その下部にバンドギャップの小さな
半導体材料より成る太陽電池を配置する。上部では太陽
光スペクトルの短波長域の光が吸収され、その光が光電
変換される。下部では上部で吸収されず透過した残りの
長波長域の太陽光スペクトルを利用して光電変換する。
太陽光のスペクトルを分割利用することにより、有効に
太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できる。
【0003】Henry らの理論計算によると、2層構造で
効率50%、3層構造で56%を達成できる可能性が示され
ている(C.H.Henry“Limiting Efficiency of Ideal Sin
gleand Multiple Energy Gap Terrestrial Solar Cells
”J.Appl.Phys.51 4494(1980))。
【0004】たとえば、GaAs太陽電池とAlGaA
s太陽電池をトンネル接合中間層を用いて接続した2段
の積層型太陽電池が提案されている。これを図2により
説明する。
【0005】図2は現在提案されている積層型太陽電池
の断面図である。各層の成長は有機金属気相成長法(M
OVPE法)を用いて形成される。Ga,Al,Asの
原料にはそれぞれトリメチルガリウム(TMG)、トリ
メチルアルミニウム(TMA)、アルシン(AsH3
が用いられている。n型、p型のドーパントにはそれぞ
れジシラン(Si2 6 )、ジエチル亜鉛(DEZn)
が用いられる。成長温度は 725℃である。( 110)方向
2°傾けた( 100)面の厚さ 350μm、キャリア濃度4.
0 ×1017cm-3のn型GaAs基板1上に3.0 μm,5.0
×1017cm-3のn型GaAs層2、0.6 μm,1.5 ×1018
cm-3のp型GaAs層3、0.04μm,1.5 ×1019cm-3
+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As層4、0.04μm,4.5
×1018cm-3のn+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As層5、2.
0 μm,5.0 ×1017cm-3のn型Al 0.35 Ga 0.65 A
s層6、0.6 μm,1.0 ×1018cm-3のp型Al 0.35 G
a 0.65 As層7、0.04μm,1.0 ×1018cm-3のp型A
l 0.85 Ga 0.15 As層8、0.5 μm,1.0 ×1018cm
-3のp型GaAs層9を成長させた。n型GaAs層2
とp型GaAs層3は下部の太陽電池用のpn接合を形
成しており、n型Al 0.35 Ga 0.65 As層6とp型
Al 0.35 Ga 0.65 As層7は上部の太陽電池用のp
n型接合を形成している。p+ 型Al 0.40 Ga 0.60
As層4とn+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As層5はトン
ネル接合を形成し、上部と下部の太陽電池を接続する中
間層である。p型Al 0.85 Ga0.15As層8は表面再
結合を抑えるウィンドウ層である。p型GaAs層9は
電極との接触抵抗を下げるための層である。この結晶の
表面と裏面に電極10、電極11が形成される。また1
3は太陽光である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この積層型太陽電池で
光電変換を有効に行うための技術ポイントの1つとし
て、光をいかに損失を少なくして下部太陽電池に到達さ
せ利用できるかがあげられる。下部太陽電池に到達する
前に光は、バンドギャップの大きな上部の太陽電池での
吸収(a)、上部の太陽電池のpn接合での反射
(b)、上部太陽電池と下部太陽電池を接合する中間層
との界面での反射(c)、中間層のトンネル接合での反
射(d)、中間層と下部太陽電池との界面での反射
(e)等によって損失を受ける。反射は、各層のキャリ
ア型・キャリア濃度・AlAs混晶比が異なるため、各
層の光学定数が異なるために起きる。この損失のため、
下部太陽電池の有効利用が困難になっている。これらの
うち、(c)での損失が最も大きい。積層型太陽電池で
高効率を達成するためには、ぜひとも解決しなければな
らない課題の1つである。
【0007】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を改善し、光電変換効率を大幅に増加させることが可能
な新規な積層型太陽電池を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、基板又
は基板に形成した基板構成材からなる太陽電池の上に、
GaAsを主成分としたpn接合よりなる下部のGaA
s太陽電池、AlGaAsを主成分としたpn接合より
なる上部のAlGaAs太陽電池を積層する太陽電池に
おいて、前記上下の太陽電池を接続するために設けるA
lGaAsを主成分とするp+ + 接合からなるトンネ
ル接合を有する中間層と前記上部のAlGaAs太陽電
池との間に、キャリア濃度を連続して変化させたキャリ
ア濃度プロファイルとした遷移層を設けたものである。
【0009】また遷移層は、キャリア濃度を連続して変
化させるキャリア濃度プロファイルの代わりにAlAs
混晶比を連続して変化させたAlAs混晶比プロファイ
ルとしても或いはこれら両者のプロファイルを有するも
のにしてもよい。
【0010】
【作用】上記構成によれば、上下の太陽電池を接続する
ために設けるAlGaAsのp+ + 接合からなるトン
ネル接合を有する中間層と上部太陽電池との間に、キャ
リア濃度を連続して変化させたキャリア濃度プロファイ
ルとした遷移層、AlAs混晶比を連続して変化させた
AlAs混晶比プロファイルとして遷移層を設けること
により界面での反射を少なくできるため、太陽電池の光
電変換効率を大幅に増加させることができる。
【0011】
【実施例】以下に本発明の好適実施例を添付図面に基づ
いて説明する。
【0012】図1は本発明による積層型太陽電池の一実
施例の断面図である。図2の積層型太陽電池と同様な成
長方法、基板を用いた。基板上に3.0 μm,5.0 ×1017
cm-3のn型GaAs層2、0.6 μm,1.5 ×1018cm-3
p型GaAs層3、0.05μm,1.5 ×1019cm-3のp+
Al 0.40 Ga 0.60 As層4、0.04μm,4.5 ×1018
cm-3のn+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As層5、そして、
この上に遷移層として膜厚0.1 μmの中で、厚さ方向に
キャリア濃度を4.5 ×1018cm-3から5.0 ×1017cm-3へ、
またAlAs混晶比xを0.40から0.35へ線形的に変化さ
せたn型AlxGal−xAs層12を設け、その上
に、2.0 μm,5.0 ×1017cm-3のn型Al 0.35 Ga
0.65 As層6、0.6 μm,1.0 ×1018cm-3のp型Al
0.35 Ga0.65 As層7、0.04μm,1.0 ×1018cm-3
p型Al 0.85 Ga 0.15 As層8、0.5 μm,1.0 ×
1018cm-3のp型GaAs層9を成長させた。そして、表
面と裏面に電極10、電極11を形成した。また13は
太陽光である。
【0013】通常、太陽電池の表面には結晶表面での反
射を抑えるための反射防止膜が設けられるが、ここでは
図2の積層型太陽電池と本発明を比較するために必要な
いので設けない。
【0014】次に本発明の積層型太陽電池と図2に示し
た太陽電池の変換効率を比較測定した。
【0015】この2つの太陽電池の変換効率を測定した
ところ、図2の積層型太陽電池では18.4%、本発明によ
る積層型太陽電池では21.3%であり、じつに変換効率が
1.16倍に向上した。下部の太陽電池で利用する波長域の
800nm の光で反射率を測定したところ図2の積層型太陽
電池では33%、本発明による積層型太陽電池では30%で
あり、約10%反射率が減っていた。本発明による遷移層
12が反射を抑え、有効に光が下部太陽電池に到達して
いることがわかった。なお、上記実施例では遷移層12
でキャリア濃度とAlAs混晶比の両方を線形に変化さ
せたがどちらか片方を変化させるだけでも効果があるこ
とを確認している。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、キャリア濃度とAlA
s混晶比が大きく異なるために大きな反射を起こす原因
となる層間に、キャリア濃度とAlAs混晶比を連続的
に変化させた遷移層を設けるので、反射を抑えることが
可能となり、下部太陽電池に有効に光を導くことがで
き、変換効率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】現在提案されている積層型太陽電池の断面図で
ある。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板 2 下部太陽電池を構成するn型GaAs層 3 下部太陽電池を構成するp型GaAs層 4 中間層を構成するp+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As
層 5 中間層を構成するn+ 型Al 0.40 Ga 0.60 As
層 6 上部太陽電池を構成するn型Al 0.35 Ga 0.65
As層 7 上部太陽電池を構成するp型Al 0.35 Ga 0.65
As層 12 遷移層としてのn型AlxGal−xAs層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板又は基板に形成した基板構成材から
    なる太陽電池の上に、GaAsを主成分としたpn接合
    よりなる下部のGaAs太陽電池、AlGaAsを主成
    分としたpn接合よりなる上部のAlGaAs太陽電池
    を積層する太陽電池において、前記上下の太陽電池を接
    続するために設けるAlGaAsを主成分とするp+
    + 接合からなるトンネル接合を有する中間層と前記上部
    のAlGaAs太陽電池との間に、キャリア濃度を連続
    して変化させたキャリア濃度プロファイルとした遷移層
    を設けたことを特徴とする積層型太陽電池。
  2. 【請求項2】 基板又は基板に形成した基板構成材から
    なる太陽電池の上に、GaAsを主成分としたpn接合
    よりなる下部のGaAs太陽電池、AlGaAsを主成
    分としたpn接合よりなる上部のAlGaAs太陽電池
    を積層する太陽電池において、前記上下の太陽電池を接
    続するために設けるAlGaAsを主成分とするp+
    + 接合からなるトンネル接合を有する中間層と前記上部
    のAlGaAs太陽電池との間に、AlAs混晶比を連
    続して変化させたAlAs混晶比プロファイルとした遷
    移層を設けたことを特徴とする積層型太陽電池。
  3. 【請求項3】 基板又は基板に形成した基板構成材から
    なる太陽電池の上に、GaAsを主成分としたpn接合
    よりなる下部のGaAs太陽電池、AlGaAsを主成
    分としたpn接合よりなる上部のAlGaAs太陽電池
    を積層する太陽電池において、前記上下の太陽電池を接
    続するために設けるAlGaAsを主成分とするp+
    + 接合からなるトンネル接合を有する中間層と前記上部
    のAlGaAs太陽電池との間に、キャリア濃度プロフ
    ァイルおよびAlAs混晶比を連続して変化させたプロ
    ファイルとした遷移層を設けたことを特徴とする積層型
    太陽電池。
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