JPH08162659A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH08162659A JPH08162659A JP6302297A JP30229794A JPH08162659A JP H08162659 A JPH08162659 A JP H08162659A JP 6302297 A JP6302297 A JP 6302297A JP 30229794 A JP30229794 A JP 30229794A JP H08162659 A JPH08162659 A JP H08162659A
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- solar cell
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- 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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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高変換効率、高起電圧の太陽電池の新規な構
造を提供する。 【構成】 窓層４４、エミッタ層４３、ベース層４２、
裏面電界層（ＢＳＦ層）４１を少なくとも備えるＩｎＧ
ａＰ系太陽電池セルにおいて、ＢＳＦ層４１の不純物密
度を１〜６×１０18ｃｍ-3とする。
造を提供する。 【構成】 窓層４４、エミッタ層４３、ベース層４２、
裏面電界層（ＢＳＦ層）４１を少なくとも備えるＩｎＧ
ａＰ系太陽電池セルにおいて、ＢＳＦ層４１の不純物密
度を１〜６×１０18ｃｍ-3とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光エネルギーを電
気エネルギーに変換するための半導体素子である太陽電
池の構造に関し、特に変換効率を高めるために工夫され
た化合物半導体混晶を使った太陽電池の構造に関する。
気エネルギーに変換するための半導体素子である太陽電
池の構造に関し、特に変換効率を高めるために工夫され
た化合物半導体混晶を使った太陽電池の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２（ａ）に示すようなｎ型エミッタ
層４３３およびｐ型ベース層４２２からなるｐｎ接合半
導体太陽電池においては、ｎ型エミッタ層４３３を光入
射側とし、その下層のｐ型ベース層４２２で吸収された
光子は１対の正孔−電子を生成し、このうち少数キャリ
ヤである電子は拡散で移動し、ｐ−ｎ界面の空乏層まで
到達すると空乏層の大きな電界によってｎ型エミッタ層
４３３に流れ込み、電流となる。ところが図１２（ｂ）
に示すようにｐ型ベース層４２２で生じた電子のうちに
は拡散によって裏面電極層８に入り込むものもあり、そ
れらはもはやベース層４２２に戻ることはできず、いず
れ多数キャリヤである正孔と結合し消滅して、電流とは
ならない。このような裏面再結合損失を防ぐために、従
来より、ベース層４２２で生じた少数キャリヤ（電子）
をなるべく裏面電極層８に近付けないように裏面電界
（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ；以下「ＢＳ
Ｆ」という）層４１１と呼ばれる層をベース層４２２の
下に設けることが行なわれる。図１２（ｃ）に示すよう
にＢＳＦ層はベース層で生じた少数キャリヤに対してバ
ンド障壁として作用する。ＢＳＦ層としては、 １）ベース層と同じ材料でドーピング濃度を高くして少
数キャリヤに対して障壁となるようにしたもの、 ２）他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようにし
たもの、 が用いられる。このようなＢＳＦ層によって、ベース層
の伝導帯がＢＳＦ層との界面で急激に上昇し、少数キャ
リヤである電子はこの障壁によって跳ね返され、それ以
上奥には行かない。上の１）の方法で、少数キャリヤに
対して十分な障壁を得るためには、ＢＳＦ層のドーピン
グ濃度をきわめて高くする必要がある。このことは、単
層の太陽電池の場合にはあまり問題とならないが、高出
力電圧を得るために太陽電池を直列（タンデム）接続し
た積層型の太陽電池の上部セルＢＳＦ層として高濃度ド
ーピング層を用いた場合、その層で高濃度多数キャリヤ
による赤外光吸収が起こる。この赤外光は本来、タンデ
ム接続の下層のセルまで到達し、そこで吸収され電流と
なるはずのものであり、ＢＳＦ層におけるこのような赤
外光吸収は太陽電池にとって大きなエネルギー損失とな
り好ましくない。一方、上記の２）の方法では赤外光吸
収の問題はないが、適当な材料を探すことが一般に難し
い。また、適当な材料があってもＢＳＦ層の上にベース
層を異種半導体ヘテロエピタキシャル成長で成長するこ
とになり、界面に結晶欠陥が生じやすいという欠点があ
る。
層４３３およびｐ型ベース層４２２からなるｐｎ接合半
導体太陽電池においては、ｎ型エミッタ層４３３を光入
射側とし、その下層のｐ型ベース層４２２で吸収された
光子は１対の正孔−電子を生成し、このうち少数キャリ
ヤである電子は拡散で移動し、ｐ−ｎ界面の空乏層まで
到達すると空乏層の大きな電界によってｎ型エミッタ層
４３３に流れ込み、電流となる。ところが図１２（ｂ）
に示すようにｐ型ベース層４２２で生じた電子のうちに
は拡散によって裏面電極層８に入り込むものもあり、そ
れらはもはやベース層４２２に戻ることはできず、いず
れ多数キャリヤである正孔と結合し消滅して、電流とは
ならない。このような裏面再結合損失を防ぐために、従
来より、ベース層４２２で生じた少数キャリヤ（電子）
をなるべく裏面電極層８に近付けないように裏面電界
（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ；以下「ＢＳ
Ｆ」という）層４１１と呼ばれる層をベース層４２２の
下に設けることが行なわれる。図１２（ｃ）に示すよう
にＢＳＦ層はベース層で生じた少数キャリヤに対してバ
ンド障壁として作用する。ＢＳＦ層としては、 １）ベース層と同じ材料でドーピング濃度を高くして少
数キャリヤに対して障壁となるようにしたもの、 ２）他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようにし
たもの、 が用いられる。このようなＢＳＦ層によって、ベース層
の伝導帯がＢＳＦ層との界面で急激に上昇し、少数キャ
リヤである電子はこの障壁によって跳ね返され、それ以
上奥には行かない。上の１）の方法で、少数キャリヤに
対して十分な障壁を得るためには、ＢＳＦ層のドーピン
グ濃度をきわめて高くする必要がある。このことは、単
層の太陽電池の場合にはあまり問題とならないが、高出
力電圧を得るために太陽電池を直列（タンデム）接続し
た積層型の太陽電池の上部セルＢＳＦ層として高濃度ド
ーピング層を用いた場合、その層で高濃度多数キャリヤ
による赤外光吸収が起こる。この赤外光は本来、タンデ
ム接続の下層のセルまで到達し、そこで吸収され電流と
なるはずのものであり、ＢＳＦ層におけるこのような赤
外光吸収は太陽電池にとって大きなエネルギー損失とな
り好ましくない。一方、上記の２）の方法では赤外光吸
収の問題はないが、適当な材料を探すことが一般に難し
い。また、適当な材料があってもＢＳＦ層の上にベース
層を異種半導体ヘテロエピタキシャル成長で成長するこ
とになり、界面に結晶欠陥が生じやすいという欠点があ
る。
【０００３】１）の方法によるＢＳＦ層を用いた構造と
しては図１３に示すような太陽電池（セル）が知られて
いる。図１３では表面電極層７は図示を省略している。
図１３においてｐ+ ＧａＡｓ基板の上に厚み２０ｎｍ、
不純物密度４×１０17ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ
−ＢＳＦ層４１、このＢＳＦ層４１の上に厚み０．８μ
ｍ、不純物密度１×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐベース層４２、このベース層４２の上に厚み０．
１μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐエミッタ層４３、さらにこの上に厚み２５ｎ
ｍ、不純物密度５×１０17ｃｍ-3のｎ−ＡｌＩｎＰ窓層
４４が形成されている。
しては図１３に示すような太陽電池（セル）が知られて
いる。図１３では表面電極層７は図示を省略している。
図１３においてｐ+ ＧａＡｓ基板の上に厚み２０ｎｍ、
不純物密度４×１０17ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ
−ＢＳＦ層４１、このＢＳＦ層４１の上に厚み０．８μ
ｍ、不純物密度１×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐベース層４２、このベース層４２の上に厚み０．
１μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐエミッタ層４３、さらにこの上に厚み２５ｎ
ｍ、不純物密度５×１０17ｃｍ-3のｎ−ＡｌＩｎＰ窓層
４４が形成されている。
【０００４】図１３の構造ではｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ
ベース層４２の禁制帯幅Ｅｇは１．８５ｅＶで、ｐ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層４１の禁制帯幅Ｅｇは１．
８８ｅＶであり、少数キャリヤに対する障壁となってい
る。２）の方法によるものとしては図１６で、ｐ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層４１のかわりに禁制帯幅Ｅｇ
が１．９５ｅＶのｐ−Ａｌ0.06Ｇａ0.45Ｉｎ0.49Ｐを用
いた例も知られている。
ベース層４２の禁制帯幅Ｅｇは１．８５ｅＶで、ｐ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層４１の禁制帯幅Ｅｇは１．
８８ｅＶであり、少数キャリヤに対する障壁となってい
る。２）の方法によるものとしては図１６で、ｐ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層４１のかわりに禁制帯幅Ｅｇ
が１．９５ｅＶのｐ−Ａｌ0.06Ｇａ0.45Ｉｎ0.49Ｐを用
いた例も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の、
Ａｌ0.06Ｇａ0.45Ｉｎ0.49Ｐ−ＢＳＦ層を用いたセル
は、ＢＳＦ層の禁制帯幅が大きいにもかかわらず、変換
効率および開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏ
ｌｔａｇｅ）Ｖｏｃは極めて低いという欠点があった。
これは主にＡｌのゲッタリング作用により、ＢＳＦ層中
に酸素が取り込まれ、結晶性が悪くなるためであると考
えられる。また、不純物密度４×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層の場合もＡｌ0.06Ｇａ0.45
Ｉｎ0.49Ｐの場合に比すれば多少良いものの、理論的に
予測される値に比してＶｏｃは低く、変換効率も低いと
いう欠点があった。
Ａｌ0.06Ｇａ0.45Ｉｎ0.49Ｐ−ＢＳＦ層を用いたセル
は、ＢＳＦ層の禁制帯幅が大きいにもかかわらず、変換
効率および開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏ
ｌｔａｇｅ）Ｖｏｃは極めて低いという欠点があった。
これは主にＡｌのゲッタリング作用により、ＢＳＦ層中
に酸素が取り込まれ、結晶性が悪くなるためであると考
えられる。また、不純物密度４×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳＦ層の場合もＡｌ0.06Ｇａ0.45
Ｉｎ0.49Ｐの場合に比すれば多少良いものの、理論的に
予測される値に比してＶｏｃは低く、変換効率も低いと
いう欠点があった。
【０００６】本発明は以上の点を鑑みてなされたもの
で、変換効率が高く、開放電圧Ｖｏｃも大きな太陽電池
の新規な構造、特にＢＳＦ層の不純物密度、およびその
厚みが最適化された太陽電池を提供することをその目的
とする。
で、変換効率が高く、開放電圧Ｖｏｃも大きな太陽電池
の新規な構造、特にＢＳＦ層の不純物密度、およびその
厚みが最適化された太陽電池を提供することをその目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の特徴は図１に示すように、第１導電型
のエミッタ層４３と、第２導電型のベース層４２と、第
２導電型のＢＳＦ層４１とを少なくとも具備する化合物
半導体太陽電池であって、ＢＳＦ層４１の不純物密度が
１〜６×１０18ｃｍ-3であることである。
に本発明の第１の特徴は図１に示すように、第１導電型
のエミッタ層４３と、第２導電型のベース層４２と、第
２導電型のＢＳＦ層４１とを少なくとも具備する化合物
半導体太陽電池であって、ＢＳＦ層４１の不純物密度が
１〜６×１０18ｃｍ-3であることである。
【０００８】好ましくは第１の特徴においてエミッタ層
４３、ベース層４２、ＢＳＦ層４１はＩｎ1-x Ｇａx Ｐ
からなり、さらに好ましくはＢＳＦ層の不純物密度は２
〜３×１０18ｃｍ-3であることである。
４３、ベース層４２、ＢＳＦ層４１はＩｎ1-x Ｇａx Ｐ
からなり、さらに好ましくはＢＳＦ層の不純物密度は２
〜３×１０18ｃｍ-3であることである。
【０００９】本発明の第２の特徴は、図６に示すように
第１導電型の第１のエミッタ層４３と、第２導電型の第
１のベース層４２と、第２導電型の第１のＢＳＦ層４１
とを少なくとも具備するトップセル４と、第１導電型の
第２のエミッタ層２３と、第２導電型の第２のベース層
２２と、第２導電型の第２のＢＳＦ層２１とを少なくと
も具備するボトムセル２と、このトップセル４とボトム
セル２との間に形成され、トップセル４とボトムセル２
とを互いに接続するトンネル接合３とから少なくとも構
成されるタンデム構造の太陽電池であって、第１のＢＳ
Ｆ層の不純物密度が１〜６×１０18ｃｍ-3であることで
ある。
第１導電型の第１のエミッタ層４３と、第２導電型の第
１のベース層４２と、第２導電型の第１のＢＳＦ層４１
とを少なくとも具備するトップセル４と、第１導電型の
第２のエミッタ層２３と、第２導電型の第２のベース層
２２と、第２導電型の第２のＢＳＦ層２１とを少なくと
も具備するボトムセル２と、このトップセル４とボトム
セル２との間に形成され、トップセル４とボトムセル２
とを互いに接続するトンネル接合３とから少なくとも構
成されるタンデム構造の太陽電池であって、第１のＢＳ
Ｆ層の不純物密度が１〜６×１０18ｃｍ-3であることで
ある。
【００１０】好ましくは第２の特徴において、第１のＢ
ＳＦ層４１の不純物密度が２〜３×１０18ｃｍ-3である
ことである。
ＳＦ層４１の不純物密度が２〜３×１０18ｃｍ-3である
ことである。
【００１１】さらに好ましくは、第２の特徴において第
１のエミッタ層４３、ベース層４２、ＢＳＦ層４１、第
２のＢＳＦ層２１はＩｎ1-x Ｇａx Ｐからなり、第２の
エミッタ層２３、ベース層２２はＧａＡｓから成ること
である。
１のエミッタ層４３、ベース層４２、ＢＳＦ層４１、第
２のＢＳＦ層２１はＩｎ1-x Ｇａx Ｐからなり、第２の
エミッタ層２３、ベース層２２はＧａＡｓから成ること
である。
【００１２】
【作用】本発明の第１の特徴の太陽電池は、ＢＳＦ層４
１の不純物密度を最適化することにより、図５に示すよ
うに長波長側光感度が増大し、その結果図３および図４
に示すように開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流（ｓｈｏｒｔ−
ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）Ｉｓｃが共に増大す
る。
１の不純物密度を最適化することにより、図５に示すよ
うに長波長側光感度が増大し、その結果図３および図４
に示すように開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流（ｓｈｏｒｔ−
ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）Ｉｓｃが共に増大す
る。
【００１３】本発明の第２の特徴の太陽電池は、第１の
特徴の太陽電池をタンデム型太陽電池に通用したもの
で、第１のＢＳＦ層４１の不純物密度を最適化すること
により、図８、図９に示すように短絡光電流密度Ｊｓ
ｃ、開放電圧Ｖｏｃが共に増大し、変換効率が向上す
る。
特徴の太陽電池をタンデム型太陽電池に通用したもの
で、第１のＢＳＦ層４１の不純物密度を最適化すること
により、図８、図９に示すように短絡光電流密度Ｊｓ
ｃ、開放電圧Ｖｏｃが共に増大し、変換効率が向上す
る。
【００１４】なお、第１の特徴におけるＢＳＦ層４１、
第２の特徴における第１のＢＳＦ層４１の不純物密度を
高くしすぎると、ＢＳＦ層４１の結晶性が低下し、ベー
ス層４２との界面状態が悪くなり、キャリヤ寿命（ライ
フタイム）が下がって、変換効率が低下するので、ＢＳ
Ｆ層４１の不純物密度は６×１０18ｃｍ-3を超えるのは
好ましくない。
第２の特徴における第１のＢＳＦ層４１の不純物密度を
高くしすぎると、ＢＳＦ層４１の結晶性が低下し、ベー
ス層４２との界面状態が悪くなり、キャリヤ寿命（ライ
フタイム）が下がって、変換効率が低下するので、ＢＳ
Ｆ層４１の不純物密度は６×１０18ｃｍ-3を超えるのは
好ましくない。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１２、１３に重複する部分には同一の符号を用
いている。図１は本発明の第１の実施例に係るＧａＡｓ
に格子整合するＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ単一セルの断面構造
の一部を示す。Ｉｎ1-x Ｇａx Ｐは優れた耐放射線性を
有しており、宇宙用途への適用も期待されるが、後述す
るタンデムセルのトップセルとしても有望である。Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｐは高い禁制帯幅、高い吸収係数を持つから
である。図１において、（１００）５°オフ［０１１］
方向の不純物密度１×１０19ｃｍ-3のＺｎドープｐ+ Ｇ
ａＡｓ基板１１上に、厚み０．５μｍ、不純物密度５×
１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２を介して、
厚み０．３μｍ、不純物密度１〜６×１０18ｃｍ-3のｐ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ裏面電界層（ＢＳＦ層）４１が形
成されている。ＢＳＦ層４１の不純物密度は２〜３×１
０18ｃｍ-3が好ましい。さらにＢＳＦ層４１の上に厚み
０．７〜１．５μｍ、不純物密度２〜３×１０17ｃｍ-3
のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２；厚み５０ｎｍ、
不純物密度３×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
エミッタ層４３；厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層４４がこの順に形
成されている。ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層４４の上部
の一部にはオーミックコンタクト用の厚み０．３μｍ、
不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓ層５１およ
びＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１および厚み１μｍのＡ
ｕメッキ層７２からなる上部金属電極層（表面電極層）
７が形成されている。図２は本発明の第１の実施例に係
るＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセルの平面図で、上部金属電極層
７の占有面積は全表面積の２％であり、他は受光面とな
っている。図１の表面の上部金属電極層７が形成されて
いない部分には厚み５５ｎｍのＺｎＳ膜６１、および厚
み９５ｎｍのＭｇＦ2 膜６２からなる反射防止膜６が形
成されている。なお、ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面には
厚み１μｍのＡｕメッキ層からなる下部金属電極層（裏
面電極層）８が形成されている。なお、ｐ+ ＧａＡｓバ
ッファ層１２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４
１、ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層のドーパントはＺｎ
が代表的で、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5Ｐエミッタ層４３、
ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１のドーパ
ントはＳｉが一般的であるが、他のドーパントでもよ
い。
する。図１２、１３に重複する部分には同一の符号を用
いている。図１は本発明の第１の実施例に係るＧａＡｓ
に格子整合するＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ単一セルの断面構造
の一部を示す。Ｉｎ1-x Ｇａx Ｐは優れた耐放射線性を
有しており、宇宙用途への適用も期待されるが、後述す
るタンデムセルのトップセルとしても有望である。Ｉｎ
1-x Ｇａx Ｐは高い禁制帯幅、高い吸収係数を持つから
である。図１において、（１００）５°オフ［０１１］
方向の不純物密度１×１０19ｃｍ-3のＺｎドープｐ+ Ｇ
ａＡｓ基板１１上に、厚み０．５μｍ、不純物密度５×
１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２を介して、
厚み０．３μｍ、不純物密度１〜６×１０18ｃｍ-3のｐ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ裏面電界層（ＢＳＦ層）４１が形
成されている。ＢＳＦ層４１の不純物密度は２〜３×１
０18ｃｍ-3が好ましい。さらにＢＳＦ層４１の上に厚み
０．７〜１．５μｍ、不純物密度２〜３×１０17ｃｍ-3
のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２；厚み５０ｎｍ、
不純物密度３×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
エミッタ層４３；厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層４４がこの順に形
成されている。ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層４４の上部
の一部にはオーミックコンタクト用の厚み０．３μｍ、
不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓ層５１およ
びＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１および厚み１μｍのＡ
ｕメッキ層７２からなる上部金属電極層（表面電極層）
７が形成されている。図２は本発明の第１の実施例に係
るＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセルの平面図で、上部金属電極層
７の占有面積は全表面積の２％であり、他は受光面とな
っている。図１の表面の上部金属電極層７が形成されて
いない部分には厚み５５ｎｍのＺｎＳ膜６１、および厚
み９５ｎｍのＭｇＦ2 膜６２からなる反射防止膜６が形
成されている。なお、ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面には
厚み１μｍのＡｕメッキ層からなる下部金属電極層（裏
面電極層）８が形成されている。なお、ｐ+ ＧａＡｓバ
ッファ層１２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４
１、ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層のドーパントはＺｎ
が代表的で、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5Ｐエミッタ層４３、
ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１のドーパ
ントはＳｉが一般的であるが、他のドーパントでもよ
い。
【００１６】図３はベース層４２の厚み１．５μｍで、
反射防止膜６を付けない状態でのＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセ
ルのＩ−Ｖ特性をＢＳＦ層４１の不純物密度をパラメー
タとして示したものである。従来技術のＢＳＦの不純物
密度が２×１０17ｃｍ-3の場合に比して本発明の場合の
方が起電流が大きく、特にＢＳＦ層の不純物密度２×１
０18ｃｍ-3の場合が起電流が大きく、最高効率１８．４
８％が得られた。図４は、ベース層４２の厚み０．７μ
ｍ、ＢＳＦ層４１の厚み０．３μｍの場合で、反射防止
膜６を付けない状態における開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉ
ｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）Ｖｏｃおよび短絡電流
（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）Ｉｓ
ｃのＢＳＦ層４１の不純物密度依存性を示す。ＢＳＦ層
４１の不純物密度を高くすることによりＶｏｃ，Ｉｓｃ
ともに向上することがわかる。図５は入射光の波長に対
する外部量子効率の関係、すなわち分光感度特性であ
り、ＢＳＦ層４１の不純物密度をパラメータとして示し
ている。ＢＳＦ層４１の不純物密度を高くすると長波長
光感度が向上することがわかり、これが図４に示したＩ
ｓｃの増大をもたらしているものと考えられる。
反射防止膜６を付けない状態でのＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセ
ルのＩ−Ｖ特性をＢＳＦ層４１の不純物密度をパラメー
タとして示したものである。従来技術のＢＳＦの不純物
密度が２×１０17ｃｍ-3の場合に比して本発明の場合の
方が起電流が大きく、特にＢＳＦ層の不純物密度２×１
０18ｃｍ-3の場合が起電流が大きく、最高効率１８．４
８％が得られた。図４は、ベース層４２の厚み０．７μ
ｍ、ＢＳＦ層４１の厚み０．３μｍの場合で、反射防止
膜６を付けない状態における開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉ
ｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）Ｖｏｃおよび短絡電流
（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）Ｉｓ
ｃのＢＳＦ層４１の不純物密度依存性を示す。ＢＳＦ層
４１の不純物密度を高くすることによりＶｏｃ，Ｉｓｃ
ともに向上することがわかる。図５は入射光の波長に対
する外部量子効率の関係、すなわち分光感度特性であ
り、ＢＳＦ層４１の不純物密度をパラメータとして示し
ている。ＢＳＦ層４１の不純物密度を高くすると長波長
光感度が向上することがわかり、これが図４に示したＩ
ｓｃの増大をもたらしているものと考えられる。
【００１７】さらに高変換効率を得るため、あるいは高
起電圧を得るためには、図１に示したように単一セルを
複数直列に接続し、いわゆるタンデムセルの構造とすれ
ばよい。図６は本発明の第２の実施例に係るＩｎＧａＰ
／ＧａＡｓタンデムセルの構造を示す。図６において下
部セル（ボトムセル）としてＧａＡｓセル２が用いら
れ、上部セル（トップセル）としては、本発明の第１の
実施例に示したものとほぼ同様のＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセ
ル４が用いられている。さらに、この下部セルと上部セ
ルとを電気的に直列接続するために両者の間にＧａＡｓ
トンネル接合層３が設けられている。トンネル接合層３
のピーク電流は約５０ｍＡ／ｃｍ2 である。詳細に述べ
るとＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープのｐ+ ＧａＡｓ
基板１１（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部に形成された
厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０18ｃｍ-3のｐ
+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に形成されている。そし
てＧａＡｓセル２はｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に
形成された厚み０．１μｍで、不純物密度３．０×１０
18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層２１、その上部に
設けられた厚み３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ
-3のｐＧａＡｓベース層２２、その上部に設けられた厚
み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+
ＧａＡｓエミッタ層２３、さらにその上部の厚み０．１
μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａ
Ｐ窓層２４とから構成されている。エミッタ層２３とベ
ース層２２の間にｐｎ接合が形成されている。ＧａＡｓ
トンネル接合層３は下部セル（ＧａＡｓボトムセル）２
の最上層であるｎ+ ＩｎＧａＰ窓層２４の上部に形成さ
れた厚み１５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上の
ｎ+ ＧａＡｓ層３１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．
０×１０19のｐ+ ＧａＡｓ層３２とから構成されてい
る。そしてこの上部には厚み０．１〜０．５μｍで不純
物密度、１〜６×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5
ＰのＢＳＦ層４１；厚み０．７〜１．５μｍ、不純物密
度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5Ｐベース
層４２；厚み５０ｎｍ、不純物密度３．０×１０18ｃｍ
-3のｎ+ Ｉｎ0. 5 Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層４３；および厚
み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩ
ｎＰ窓層４４がこの順に堆積されたＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
トップセル４が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐト
ップセル４の上部の一部にはオーミックコンタクト用の
厚み０．３μｍのｎ+ ＧａＡｓ層５１が形成され、その
上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１およびその上の
Ａｕ層７２からなる上部金属電極層（表面電極層）７が
形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面には下部
金属電極層（裏面電極層）８としてＡｕ層が形成されて
いる。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｎ+ ＡｌＩｎ
Ｐ窓層４４の表面においてｎ+ ＧａＡｓ層５１およびそ
の上の上部金属電極層７が形成されている部分以外の領
域には、ＺｎＳ層６１、ＭｇＦ2 層６２からなる反射防
止膜６が形成されている。なお、本発明の第１の実施例
と同様にＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｐ+ Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１の不純物密度は２〜３×
１０18ｃｍ-3とするのがより望ましい。ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１の厚みを０．５μｍ以上とする
と光が吸収されて効率が下がるので望ましくない。図６
におけるドーパントはｐ+ＧａＡｓバッファ層１２、ｐ
+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層２１、ｐＧａＡｓベース層２
２、ｐ+ ＧａＡｓ層３２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−Ｂ
ＳＦ層４１、ｐＩｎＧａＰベース層４２に対してはＺｎ
を用いるのが望ましく、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２３、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層２４、ｎ+ ＧａＡｓ層３
１、ｎ+ Ｉｎ0.5Ｇ0.5 Ｐエミッタ層４３、ｎ+ ＡｌＩ
ｎＰ窓層４４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１にはＳｉを用いるこ
とが望ましいが、他のドーパントでも同様な効果は得ら
れる。
起電圧を得るためには、図１に示したように単一セルを
複数直列に接続し、いわゆるタンデムセルの構造とすれ
ばよい。図６は本発明の第２の実施例に係るＩｎＧａＰ
／ＧａＡｓタンデムセルの構造を示す。図６において下
部セル（ボトムセル）としてＧａＡｓセル２が用いら
れ、上部セル（トップセル）としては、本発明の第１の
実施例に示したものとほぼ同様のＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセ
ル４が用いられている。さらに、この下部セルと上部セ
ルとを電気的に直列接続するために両者の間にＧａＡｓ
トンネル接合層３が設けられている。トンネル接合層３
のピーク電流は約５０ｍＡ／ｃｍ2 である。詳細に述べ
るとＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープのｐ+ ＧａＡｓ
基板１１（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部に形成された
厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０18ｃｍ-3のｐ
+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に形成されている。そし
てＧａＡｓセル２はｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に
形成された厚み０．１μｍで、不純物密度３．０×１０
18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層２１、その上部に
設けられた厚み３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ
-3のｐＧａＡｓベース層２２、その上部に設けられた厚
み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+
ＧａＡｓエミッタ層２３、さらにその上部の厚み０．１
μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａ
Ｐ窓層２４とから構成されている。エミッタ層２３とベ
ース層２２の間にｐｎ接合が形成されている。ＧａＡｓ
トンネル接合層３は下部セル（ＧａＡｓボトムセル）２
の最上層であるｎ+ ＩｎＧａＰ窓層２４の上部に形成さ
れた厚み１５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上の
ｎ+ ＧａＡｓ層３１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．
０×１０19のｐ+ ＧａＡｓ層３２とから構成されてい
る。そしてこの上部には厚み０．１〜０．５μｍで不純
物密度、１〜６×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5
ＰのＢＳＦ層４１；厚み０．７〜１．５μｍ、不純物密
度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5Ｐベース
層４２；厚み５０ｎｍ、不純物密度３．０×１０18ｃｍ
-3のｎ+ Ｉｎ0. 5 Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層４３；および厚
み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩ
ｎＰ窓層４４がこの順に堆積されたＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
トップセル４が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐト
ップセル４の上部の一部にはオーミックコンタクト用の
厚み０．３μｍのｎ+ ＧａＡｓ層５１が形成され、その
上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１およびその上の
Ａｕ層７２からなる上部金属電極層（表面電極層）７が
形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面には下部
金属電極層（裏面電極層）８としてＡｕ層が形成されて
いる。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｎ+ ＡｌＩｎ
Ｐ窓層４４の表面においてｎ+ ＧａＡｓ層５１およびそ
の上の上部金属電極層７が形成されている部分以外の領
域には、ＺｎＳ層６１、ＭｇＦ2 層６２からなる反射防
止膜６が形成されている。なお、本発明の第１の実施例
と同様にＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｐ+ Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１の不純物密度は２〜３×
１０18ｃｍ-3とするのがより望ましい。ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１の厚みを０．５μｍ以上とする
と光が吸収されて効率が下がるので望ましくない。図６
におけるドーパントはｐ+ＧａＡｓバッファ層１２、ｐ
+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層２１、ｐＧａＡｓベース層２
２、ｐ+ ＧａＡｓ層３２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−Ｂ
ＳＦ層４１、ｐＩｎＧａＰベース層４２に対してはＺｎ
を用いるのが望ましく、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２３、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層２４、ｎ+ ＧａＡｓ層３
１、ｎ+ Ｉｎ0.5Ｇ0.5 Ｐエミッタ層４３、ｎ+ ＡｌＩ
ｎＰ窓層４４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１にはＳｉを用いるこ
とが望ましいが、他のドーパントでも同様な効果は得ら
れる。
【００１８】図７はタンデム構成におけるＩｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐトップセル４のＢＳＦ層４１の厚さを不純物密度
を５×１０17ｃｍ-3，７×１０17ｃｍ-3，２×１０18ｃ
ｍ-3と変化させた場合の分光感度特性を示す。図８は、
タンデムセルの短絡光電流密度ＪｓｃをＢＳＦ層４１の
不純物密度に対してプロットしたもので、ＢＳＦ層４１
の不純物密度を増加させ不純物密度を２×１０18ｃｍ-3
とすると、タンデムセルのＪｓｃが増加することがわか
る。図９はタンデムセルにおけるＶｏｃのＢＳＦ層４１
の不純物密度依存性を示し、ＢＳＦ層４１の不純物密度
が２×１０18ｃｍ-3の場合、Ｖｏｃは最大となり２．３
８Ｖであった。図９で●印はＧａＡｓボトムセル２の成
長温度が６５０℃の場合で、□印は成長温度が７００℃
の場合である。ＧａＡｓボトムセル２の成長温度を７０
０℃とすることにより、タンデムセルのＶｏｃは２．４
１以上となることがわかる。図１０は本発明の第２の実
施例におけるタンデムセルの光Ｉ−Ｖ特性および出力特
性である。本発明の第２の実施例によれば２７．３％の
変換効率が得られる。
0.5 Ｐトップセル４のＢＳＦ層４１の厚さを不純物密度
を５×１０17ｃｍ-3，７×１０17ｃｍ-3，２×１０18ｃ
ｍ-3と変化させた場合の分光感度特性を示す。図８は、
タンデムセルの短絡光電流密度ＪｓｃをＢＳＦ層４１の
不純物密度に対してプロットしたもので、ＢＳＦ層４１
の不純物密度を増加させ不純物密度を２×１０18ｃｍ-3
とすると、タンデムセルのＪｓｃが増加することがわか
る。図９はタンデムセルにおけるＶｏｃのＢＳＦ層４１
の不純物密度依存性を示し、ＢＳＦ層４１の不純物密度
が２×１０18ｃｍ-3の場合、Ｖｏｃは最大となり２．３
８Ｖであった。図９で●印はＧａＡｓボトムセル２の成
長温度が６５０℃の場合で、□印は成長温度が７００℃
の場合である。ＧａＡｓボトムセル２の成長温度を７０
０℃とすることにより、タンデムセルのＶｏｃは２．４
１以上となることがわかる。図１０は本発明の第２の実
施例におけるタンデムセルの光Ｉ−Ｖ特性および出力特
性である。本発明の第２の実施例によれば２７．３％の
変換効率が得られる。
【００１９】本発明の第１および第２の実施例に示した
単一セルおよびタンデムセルの太陽電池は図１１に示す
ような製造方法で製造できる。第１、および第２の実施
例は共にほぼ同様な製造方法なので第２の実施例で説明
する。
単一セルおよびタンデムセルの太陽電池は図１１に示す
ような製造方法で製造できる。第１、および第２の実施
例は共にほぼ同様な製造方法なので第２の実施例で説明
する。
【００２０】（ａ）まず図１１（ａ）に示すように、有
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ＣＢＥ（Chemical
Beam Epitaxy ）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法、ＭＬＥ（Molecular Layer Epitaxy ）法等を用
いて、ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の上にｐ+ ＧａＡｓ層１
２、ＧａＡｓボトムセル２、ＧａＡｓトンネル接合３、
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１
を連続エピタキシャル成長する。より具体的には図６に
示したようにＧａＡｓボトムセル２はｐ+ ＩｎＧａＰ−
ＢＳＦ層２１、ｐＧａＡｓベース層２２、ｎ+ ＧａＡｓ
エミッタ層２３、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層２４の多層
エピタキシャル成長層であり、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトッ
プセル４は、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１、
ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐエミッタ層４３、ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４の順に
積層した多層エピタキシャル成長層であり、さらに、Ｇ
ａＡｓトンネル接合はｎ+ ＧａＡｓ層３１、ｐ+ ＧａＡ
ｓ層３２からなる連続エピタキシャル成長層である。Ｍ
ＯＣＶＤは常圧ＭＯＣＶＤでも減圧ＭＯＣＶＤでも可能
であるが、望ましくは、たとえば６．７〜１０ｋＰａに
保持された減圧ＭＯＣＶＤ法、さらに望ましくは縦型減
圧ＭＯＣＶＤ法によるのがよい。III 族の原料ガスとし
てはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、
トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）など、Ｖ族の原
料ガスとしてはホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）などを用いる。あるいはターシャリー・ブチル・
フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＰＨ2；ＴＢＰ）、ターシ
ャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＡｓＨ2 ；Ｔ
ＢＡ）などを用いてもよい。ｎ型のドーパントガスとし
ては、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ
2 Ｈ6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳｅ）、ジエ
チルテルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよいが、モノシラ
ンが好ましい。ｐ型のドーパントガスとしてはジエチル
亜鉛（ＤＥＺｎ）あるいはトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）を用いてもよい。これらの原料ガスおよびドーパン
トガスはマスフローコントローラ等を用いて６．７ｋＰ
ａ〜１０ｋＰａの減圧に制御された反応管中に導入され
る。Ｖ族の原料ガスとIII 族の原料ガスとの比、いわゆ
るＶ／III 比は、たとえば１２０〜１７０程度で行えば
よい。成長時の基板温度はたとえば６５０℃〜７００℃
とすればよく、図１２に示したように高いＶｏｃの値を
得るためには、ＧａＡｓボトムセル２の成長は７００℃
が好ましい。
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ＣＢＥ（Chemical
Beam Epitaxy ）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法、ＭＬＥ（Molecular Layer Epitaxy ）法等を用
いて、ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の上にｐ+ ＧａＡｓ層１
２、ＧａＡｓボトムセル２、ＧａＡｓトンネル接合３、
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４、ｎ+ ＧａＡｓ層５１
を連続エピタキシャル成長する。より具体的には図６に
示したようにＧａＡｓボトムセル２はｐ+ ＩｎＧａＰ−
ＢＳＦ層２１、ｐＧａＡｓベース層２２、ｎ+ ＧａＡｓ
エミッタ層２３、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層２４の多層
エピタキシャル成長層であり、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトッ
プセル４は、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層４１、
ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐエミッタ層４３、ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４の順に
積層した多層エピタキシャル成長層であり、さらに、Ｇ
ａＡｓトンネル接合はｎ+ ＧａＡｓ層３１、ｐ+ ＧａＡ
ｓ層３２からなる連続エピタキシャル成長層である。Ｍ
ＯＣＶＤは常圧ＭＯＣＶＤでも減圧ＭＯＣＶＤでも可能
であるが、望ましくは、たとえば６．７〜１０ｋＰａに
保持された減圧ＭＯＣＶＤ法、さらに望ましくは縦型減
圧ＭＯＣＶＤ法によるのがよい。III 族の原料ガスとし
てはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、
トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）など、Ｖ族の原
料ガスとしてはホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）などを用いる。あるいはターシャリー・ブチル・
フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＰＨ2；ＴＢＰ）、ターシ
ャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＡｓＨ2 ；Ｔ
ＢＡ）などを用いてもよい。ｎ型のドーパントガスとし
ては、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ
2 Ｈ6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳｅ）、ジエ
チルテルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよいが、モノシラ
ンが好ましい。ｐ型のドーパントガスとしてはジエチル
亜鉛（ＤＥＺｎ）あるいはトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）を用いてもよい。これらの原料ガスおよびドーパン
トガスはマスフローコントローラ等を用いて６．７ｋＰ
ａ〜１０ｋＰａの減圧に制御された反応管中に導入され
る。Ｖ族の原料ガスとIII 族の原料ガスとの比、いわゆ
るＶ／III 比は、たとえば１２０〜１７０程度で行えば
よい。成長時の基板温度はたとえば６５０℃〜７００℃
とすればよく、図１２に示したように高いＶｏｃの値を
得るためには、ＧａＡｓボトムセル２の成長は７００℃
が好ましい。
【００２１】（ｂ）次に、このように連続エピタキシャ
ル成長した多層構造のウェハを反応管より取り出し、リ
フトオフのためのフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィーにより所定のパターンを形成し、その上から
Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを真空蒸着する。たとえば１０
０ｎｍのＡｕ−Ｇｅ（１２ｗｔ％）、２０ｎｍのＮｉ、
７０ｎｍのＡｕ膜をＥＢ蒸着法にて形成する。その後フ
ォトレジストを除去すれば、図１１（ｂ）あるいは図２
に示したような櫛状のストライプ形状の上部金属電極層
７１が形成される。リフトオフ法を用いず、通常のフォ
トリソグラフィーで、ＫＩ／Ｉ溶液等のエッチャントで
エッチングしても同様なパターンは得られるが、リフト
オフ法の方が簡便である。その後、Ｈ2 雰囲気中あるい
はＮ2 等の不活性ガス雰囲気中で３６０〜４５０℃で電
極のシンタリングを行う。３６０℃で２秒程度のシンタ
リングが好ましい。
ル成長した多層構造のウェハを反応管より取り出し、リ
フトオフのためのフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィーにより所定のパターンを形成し、その上から
Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを真空蒸着する。たとえば１０
０ｎｍのＡｕ−Ｇｅ（１２ｗｔ％）、２０ｎｍのＮｉ、
７０ｎｍのＡｕ膜をＥＢ蒸着法にて形成する。その後フ
ォトレジストを除去すれば、図１１（ｂ）あるいは図２
に示したような櫛状のストライプ形状の上部金属電極層
７１が形成される。リフトオフ法を用いず、通常のフォ
トリソグラフィーで、ＫＩ／Ｉ溶液等のエッチャントで
エッチングしても同様なパターンは得られるが、リフト
オフ法の方が簡便である。その後、Ｈ2 雰囲気中あるい
はＮ2 等の不活性ガス雰囲気中で３６０〜４５０℃で電
極のシンタリングを行う。３６０℃で２秒程度のシンタ
リングが好ましい。
【００２２】（ｃ）次にエピタキシャル成長層表面をフ
ォトレジスト等がカバーしｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面
をブロム（Ｂｒ2 ）系の溶液等で約６μｍエッチング
後、その表面に約１μｍ程度の裏面電極層８のＡｕメッ
キをする。続いてエピタキシャル成長層表面のＡｕ−Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜７１の部分のみフォトリソグラフィー
を用いて窓を開け、他をフォトレジストでカバーして約
１μｍのＡｕメッキ膜７２をメッキし、図１４（ｃ）の
形状を得る。電界メッキ法を用いれば、このフォトリソ
グラフィーは省略可能である。なお、図１１（ｂ）に示
した上部金属電極層７１の形成工程を、裏面電極層８の
形成工程の後に行ってもかまわない。
ォトレジスト等がカバーしｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面
をブロム（Ｂｒ2 ）系の溶液等で約６μｍエッチング
後、その表面に約１μｍ程度の裏面電極層８のＡｕメッ
キをする。続いてエピタキシャル成長層表面のＡｕ−Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜７１の部分のみフォトリソグラフィー
を用いて窓を開け、他をフォトレジストでカバーして約
１μｍのＡｕメッキ膜７２をメッキし、図１４（ｃ）の
形状を得る。電界メッキ法を用いれば、このフォトリソ
グラフィーは省略可能である。なお、図１１（ｂ）に示
した上部金属電極層７１の形成工程を、裏面電極層８の
形成工程の後に行ってもかまわない。
【００２３】（ｄ）次に、たとえば図２に示した１０ｍ
ｍ×２０ｍｍの受光面および上部電極層からなる素子の
主領域および裏面をフォトレジストでカバーし、図１１
（ｄ）に示すようにエピタキシャル成長層の所定の部分
を約３０μｍ〜５０μｍの幅でメサエッチングし、メサ
９を形成する。結局１０ｍｍ×２０ｍｍの多数の島がメ
サ領域に囲まれることとなる。メサエッチングはＨＣｌ
系エッチャント、およびアンモニア／過酸化水素（Ｈ2
Ｏ2 ）を用いればよい。硫酸系のエッチャント、あるい
は酒石酸系でもよいが、好ましくはブロム系のエッチャ
ントで約１μｍエッチングする。
ｍ×２０ｍｍの受光面および上部電極層からなる素子の
主領域および裏面をフォトレジストでカバーし、図１１
（ｄ）に示すようにエピタキシャル成長層の所定の部分
を約３０μｍ〜５０μｍの幅でメサエッチングし、メサ
９を形成する。結局１０ｍｍ×２０ｍｍの多数の島がメ
サ領域に囲まれることとなる。メサエッチングはＨＣｌ
系エッチャント、およびアンモニア／過酸化水素（Ｈ2
Ｏ2 ）を用いればよい。硫酸系のエッチャント、あるい
は酒石酸系でもよいが、好ましくはブロム系のエッチャ
ントで約１μｍエッチングする。
【００２４】続いて、上部金属電極層７のパターンをマ
スクとして、上部電極層７の下のｎ+ ＧａＡｓ層５１の
みを残して、他の部分のｎ+ ＧａＡｓ層５１を除去す
る。このエッチングはアンモニア／過酸化水素系で、約
３０秒間ＧａＡｓの選択エッチングをすればよい。
スクとして、上部電極層７の下のｎ+ ＧａＡｓ層５１の
みを残して、他の部分のｎ+ ＧａＡｓ層５１を除去す
る。このエッチングはアンモニア／過酸化水素系で、約
３０秒間ＧａＡｓの選択エッチングをすればよい。
【００２５】（ｅ）次に、再びリフトオフ法を用いてＺ
ｎＳ膜６１、ＭｇＦ2 膜６２からなる反射防止膜６を形
成する。すなわち、スパッタリングによりＺｎＳ膜を約
５５〜６５ｎｍ、続いてＥＢ蒸着法でＭｇＦ2 膜を９５
〜１２０ｎｍ形成する。
ｎＳ膜６１、ＭｇＦ2 膜６２からなる反射防止膜６を形
成する。すなわち、スパッタリングによりＺｎＳ膜を約
５５〜６５ｎｍ、続いてＥＢ蒸着法でＭｇＦ2 膜を９５
〜１２０ｎｍ形成する。
【００２６】（ｆ）次に、図示は省略するが、幅３０μ
ｍ〜５０μｍのメサラインの中央にスクライブラインを
引き、へき開により１０×２０ｍｍのセルを切り出して
完成する。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１を２インチウェハとす
れば１０ｍｍ×２０ｍｍのセルは６枚切り出せる。セル
の大きさは例示であり、必要に応じて設定すればよい。
たとえば、Ｓｉ基板上にＩｎＧａＰを成長すれば低価格
で４インチ径〜８インチ径の大面積の太陽電池セルが得
られる。
ｍ〜５０μｍのメサラインの中央にスクライブラインを
引き、へき開により１０×２０ｍｍのセルを切り出して
完成する。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１を２インチウェハとす
れば１０ｍｍ×２０ｍｍのセルは６枚切り出せる。セル
の大きさは例示であり、必要に応じて設定すればよい。
たとえば、Ｓｉ基板上にＩｎＧａＰを成長すれば低価格
で４インチ径〜８インチ径の大面積の太陽電池セルが得
られる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば長波長側分光感度特性が
改善され、２％の電極占有率において単一セルで１８．
５％以上、タンデムセルで２７．３％以上の変換効率が
得られ、きわめて高効率である。
改善され、２％の電極占有率において単一セルで１８．
５％以上、タンデムセルで２７．３％以上の変換効率が
得られ、きわめて高効率である。
【００２８】また本発明によれば長波長側分光感度が向
上し、Ｖｏｃも大幅に向上する。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ単
一セルのＶｏｃは１．３９，Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ／Ｇａ
ＡｓタンデムセルのＶｏｃは２．４１８Ｖという高い値
が得られる。本発明によれば、曲線因子（ｆｉｌｌ ｆ
ａｃｔｏｒ；ＦＦ）も改善される。
上し、Ｖｏｃも大幅に向上する。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ単
一セルのＶｏｃは１．３９，Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ／Ｇａ
ＡｓタンデムセルのＶｏｃは２．４１８Ｖという高い値
が得られる。本発明によれば、曲線因子（ｆｉｌｌ ｆ
ａｃｔｏｒ；ＦＦ）も改善される。
【図１】本発明の第１の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ単一セルの断面図である。
Ｐ単一セルの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ単一セルの平面図である。
Ｐ単一セルの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ単一セルの光Ｉ−Ｖ特性図である。
Ｐ単一セルの光Ｉ−Ｖ特性図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ単一セルのＩｓｃ、およびＶｏｃのＢＳＦ層の厚み依
存性を示す図である。
Ｐ単一セルのＩｓｃ、およびＶｏｃのＢＳＦ層の厚み依
存性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ単一セルの分光感度特性図である。
Ｐ単一セルの分光感度特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るＩｎ0.5 Ｇａ0.5
Ｐ／ＧａＡｓタンデムセルの断面図である。
Ｐ／ＧａＡｓタンデムセルの断面図である。
【図７】分光感度特性のＢＳＦ層の不純物密度依存性を
示す図である。
示す図である。
【図８】ＪｓｃのＢＳＦ層の不純物密度依存性を示す図
である。
である。
【図９】タンデムセルのＶｏｃとＢＳＦ層の不純物密度
との関係図である。
との関係図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るタンデムセルの
出力特性図である。
出力特性図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係るタンデムセルの
製造方法を説明する図である。
製造方法を説明する図である。
【図１２】従来の技術における太陽電池を説明する模式
図である。
図である。
【図１３】従来の太陽電池を説明する図である。
２ ＧａＡｓボトムセル（下部セル） ３ ＧａＡｓトンネル接合 ４ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル（上部セル） ６ 反射防止膜 ７ 上部金属電極層（表面電極層） ８ 下部金属電極層（裏面電極層） ９ メサ １１ ｐ+ ＧａＡｓ基板 １２ ｐ+ ＧａＡｓバッファ層 ２１ ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ ＢＳＦ層 ２２ ｐＧａＡｓベース層 ２３ ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層 ２４ ｎ+ ＩｎＧａＰ窓層 ３１，５１ ｎ+ ＧａＡｓ層 ３２ ｐ+ ＧａＡｓ層 ４１ ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層 ４２ ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層 ４３ ｎ+ ＩｎＧａＰエミッタ層 ４４ ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層 ６１ ＺｎＳ膜 ６２ ＭｇＦ2 膜 ７１ Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜 ７２ Ａｕメッキ膜 ４２２ ベース層 ４３３ エミッタ層
Claims (6)
- 【請求項１】 第１導電型のエミッタ層と、該エミッタ
層の下部に形成された第２導電型のベース層と、該ベー
ス層の下部に形成された第２導電型の裏面電界層（以下
ＢＳＦ層という）とを少なくとも備える化合物半導体太
陽電池であって、 該ＢＳＦ層の不純物密度が１〜６×１０18ｃｍ-3である
ことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 前記ＢＳＦ層の不純物密度が２〜３×１
０18ｃｍ-3であることを特徴とする請求項１記載の太陽
電池。 - 【請求項３】 前記エミッタ層、ベース層、ＢＳＦ層は
Ｉｎ1-x Ｇａx Ｐであることを特徴とする請求項１また
は２記載の太陽電池。 - 【請求項４】 第１導電型の第１のエミッタ層と、第２
導電型の第１のベース層と、第２導電型の第１のＢＳＦ
層とを少なくとも具備するトップセルと、 第１導電型の第２のエミッタ層と、第２導電型の第２の
ベース層と、第２導電型の第２のＢＳＦ層とを少なくと
も具備するボトムセルと、 該トップセルとボトムセルとの間に形成され、該トップ
セルとボトムセルとを互いに接続するトンネル接合とか
ら少なくとも構成されるタンデム構造の太陽電池であっ
て、該第１のＢＳＦ層の不純物密度が１〜６×１０18ｃ
ｍ-3であることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項５】 前記第１のＢＳＦ層の不純物密度が２〜
３×１０18ｃｍ-3であることを特徴とする請求項４記載
の太陽電池。 - 【請求項６】 前記第１のエミッタ層、ベース層、ＢＳ
Ｆ層、第２のＢＳＦ層はＩｎ1-x Ｇａx Ｐであり、前記
第２のエミッタ層、ベース層はＧａＡｓであることを特
徴とする請求項４又は５記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302297A JPH08162659A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302297A JPH08162659A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162659A true JPH08162659A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17907290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6302297A Pending JPH08162659A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08162659A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001127326A (ja) * | 1999-08-13 | 2001-05-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体基板及びその製造方法、並びに、この半導体基板を用いた太陽電池及びその製造方法 |
| CN100452289C (zh) * | 2004-02-05 | 2009-01-14 | 日出能源公司 | 背-触点太阳能电池及制备方法 |
| US8502191B2 (en) | 2009-05-12 | 2013-08-06 | University Of Tsukuba | Semiconductor device, manufacturing method therefor, and solar cell |
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261882A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体素子 |
| JPH05326996A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-10 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP6302297A patent/JPH08162659A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261882A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体素子 |
| JPH05326996A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-10 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001127326A (ja) * | 1999-08-13 | 2001-05-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体基板及びその製造方法、並びに、この半導体基板を用いた太陽電池及びその製造方法 |
| CN100452289C (zh) * | 2004-02-05 | 2009-01-14 | 日出能源公司 | 背-触点太阳能电池及制备方法 |
| US8502191B2 (en) | 2009-05-12 | 2013-08-06 | University Of Tsukuba | Semiconductor device, manufacturing method therefor, and solar cell |
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
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