JPH09237907A - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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JPH09237907A
JPH09237907A JP8041763A JP4176396A JPH09237907A JP H09237907 A JPH09237907 A JP H09237907A JP 8041763 A JP8041763 A JP 8041763A JP 4176396 A JP4176396 A JP 4176396A JP H09237907 A JPH09237907 A JP H09237907A
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JP
Japan
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cdte
junction
power generation
generation device
cadmium telluride
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JP8041763A
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English (en)
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Yoshiharu Horikoshi
佳治 堀越
Hidetoshi Iwamura
英俊 岩村
Goji Kawakami
剛司 川上
Haruki Ozawaguchi
治樹 小澤口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】二連形太陽光発電装置において、化合物半導体
層を薄膜化し、かつ良好なpn接合を形成する技術を提
供する。 【解決手段】表面近傍にp+n接合を有するシリコン
(Si)結晶ウェハ上に、n+ーテルル化カドミウム
(n+ーCdTe)4、n−テルル化カドミウム(n−
CdTe)5、p−テルル化カドミウム(p−CdT
e)6、p+−テルル化カドミウム(p+−CdTe)7
の薄膜を順次堆積させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン(Si)
発電セル上に化合物半導体微結晶発電セルを積層した太
陽光発電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまでの太陽光発電装置はSi単結
晶、Si多結晶、アモルファスSi等、Si材料で形成
されたpn接合、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化イ
ンジウム(InP)などIII−V族化合物半導体、テル
ル化カドミウム(CdTe)、硫化カドミウム(Cd
S)などII−VI族化合物半導体、セレン化銅インジウム
(CuInSe2)などカルコパイライト系半導体など
のpn接合を用いて製作されてきた。さらに太陽光のス
ペクトル利用範囲を拡げて効率を上昇させるため、異な
る太陽光発電装置を組み合わせることにより二連形(タ
ンデム)太陽光発電装置の開発も行われてきた(参考文
献、第5回高効率太陽電池ワークショップ予稿集、電気
学会半導体電力変換技術委員会主催、H7.7.27〜28、於
長野)。この中で特に二連形太陽光発電装置は高効率の
観点から重要であるが,これまでの二連形装置は主にIII
−V族化合物半導体の異なる組み合わせで形成されるも
の、及びSi太陽光発電装置とアモルファスSiを用い
た装置の組み合わせなど、限られた構造のみが製作され
て来た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】SiとGaAs、ヒ化
アルミニウムガリウム(AlGaAs)を組合わせた二
連構造も製作されたが(文献:白石他;1995年秋季応用
物理学会29aZR6)、SiとGaAs、AlGaAsの間
には格子定数、熱膨張係数に大きな相違があり、このた
め成長したGaAs/Si界面には1010cm2に達す
る高密度の欠陥が発生する。これらの欠陥によってエピ
タキシャル結晶内に生じる転位を減少させるためには、
3〜5μm以上の厚いエピタキシャル膜の成長が不可欠
であった。ところが上述熱膨張率の相違により、成長濃
度から室温に冷却したウェハには”そり”が生じ、この
ため大面積のウェハ製作が困難であった。GaAsやA
lGaAs層の厚さを薄くすればウェハの”そり”の問
題は解決するが、このようにするとGaAs pn接合
はGaAs/Siヘテロ接合近傍に形成されることにな
る。ところがこの領域には上記の転位や粒界が高密度で
存在し、これらが再結合中心として働くため、GaAs
pn接合は短絡されてしまう。このような性質は材料
固有の表面再結合速度の速さに起因するものであり、構
造上の工夫によって回避することは困難である。
【0004】図1はSi pn接合とGaAs pn接合
の組み合わせてによって製作した装置の問題点を示した
ものである。図1で1はn+−Si、2はn−Si、3
はp+−Si、4はn+−GaAs、5はn−GaAs、
6はp−GaAs、7はp+−GaAs、101、10
3はpn接合、102はSi/GaAsヘテロ接合、1
04は転位である。ヘテロ接合102近傍のGaAsに
は高密度の転位が発生し、これらの転位は層の厚さを増
やしていくと減少する傾向があるため、GaAs4の厚
さを3〜5μm以上にすることによって106〜107
-2まで低減することができる。この程度の密度になれ
ばpn接合の質を比較的高いレベルに保つことができ
る。しかしGaAsの熱膨張係数がSiに比べて著しく
大きいため、ウェハには図のような曲がりが生じる。こ
のため大面積の基板を用いることができず実用的には利
用できない技術である。もしSi上に成長するGaAs
層を全体で1μm程度に減少させることができればウェ
ハの曲がりはなくなるが、すでに述べたようにGaAs
pn接合の位置がGaAs/Si境界面近くの高転位
密度領域に作らざるを得なくなる。この様子を示したも
のが図2である。図3の105は図1のような構造で作
った太陽光発電装置の出力特性で高い効率が得られるの
に対して図2のような構造では高密度の転位のため出力
特性は106のように著しく劣化してしまう。
【0005】本発明の目的は、Si太陽光発電装置と化
合物半導体を用いた太陽光発電装置の二連形太陽光発電
装置において、化合物半導体層を薄膜化し、かつ良好な
pn接合を形成する技術を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】従来のSiとその上に成
長した薄いGaAsから成る二連形太陽光発電装置の上
記の問題点は、GaAs中の貫通転位や結晶粒界が電気
的に活性な導電チャネルとして働き、pn接合を短絡し
てしまうために生じる。本発明はGaAsやAlGaA
sの代りにCdTeやZnxCd1-xTeを用いることに
よって上記の問題を解決する。CdTe及びZnxCd
1-xTeはGaAsと異なり転位や結晶粒界が電気的に
不活性でpn接合を短絡することがないという特徴があ
る。これはこれらの材料における表面再結合速度が小さ
いことに起因しており、この事実は本発明者らの研究に
よって明らかになったものである。このようにCdTe
やZnCdTeでは転位や結晶粒界が電気的に不活性で
あるため、このような欠陥がpn接合に高密度で存在し
てもpn接合の特性を劣化させず、従って太陽光発電効
率を高いレベルに保つことができる。
【0007】この結果、Si太陽光発電装置と二連形を
形成するCdTe太陽光発電装置のpn接合を、CdT
e/Siヘテロ界面から離れた位置に形成する必要がな
くなり、CdTe全体の厚さを1〜2μm以下にするこ
とができる。このため図1に示したようなウェハの曲が
りは回避され、かつCd、Zn、Te等の材料を少量し
か消費しないため、製造コスト低減の上でも大きな意味
を持つ。実際のCdTe層の厚さはCdTe pn接合
における光誘起電流とSi pn接合のそれがほぼ一致
するように決定するがその値はほぼ1μmである。
【0008】
【発明の実施の形態】図4は本発明の一実施形態を示す
もので、1はn+−Si、2はn−Si、3はp+−Si
で、Si結晶ウエハを構成する。4はn+−CdTe、
5はn−CdTe、6はp−CdTe、7はp+−Cd
Teのそれぞれ薄膜で、Si結晶ウエハ上に順次堆積さ
れる。101、103はpn接合、102はCdTe/
Siヘテロ接合、104は転位である。n−InGaP
層4の厚さが薄いため、CdTe発電装置のpn接合1
03は、高密度の転位網104の中に形成される。しか
しCdTeでは電気的に不活性なため、pn接合のリー
ク電流は少なく効率の高い太陽光発電を実現することが
できる。さらにCdTeでは吸収端より短波長側の吸収
係数は大きく(>5×105cm-1)、膜厚1μmでも
十分な効率が得られる。 図4の構造ではn−CdTe
層5のSiとのヘテロ接合側を高い濃度にドーピングし
てn+−CdTeとすることにより、Si発電装置部と
CdTe発電装置部をトンネル効果を利用して結合す
る。図4においてp−CdTe層6をp−ZnxCd1-x
Teで置き換え、xの値をn−CdTe層5とのpn接
合面から表面に沿ってx=0からx=1まで徐々に増加
させ、かつp+−CdTe層7をp+−ZnTe層で置換
することにより、より効率の高い構成をとることもでき
る。
【0009】二連形の接続にはCdTeの表面が電気的
に不活性であることを利用して薄い金属膜や導電性ガラ
スを用いることができる。
【0010】図5は本発明の他の実施形態を示すもの
で、1はn+−Si、2はn−Si、3はp+−Si、4
はn+−CdTe、5はn−CdTe、6はp−CdT
e、7はp+−CdTe、8は光透過性の電気伝導層
で、500Å以下の厚さを持つ金、ニッケル、クロム、
タングステン、チタンのいずれか一種または二種から成
る金属層、または2000Å以下の厚さを持つ酸化イン
ジウム(In23)または酸化スズ(SnO2)の一種
からなる導電性ガラス、101、103はpn接合、1
10はCdTe微結晶の結晶粒界である。4〜7のCd
Teは全体として厚さが薄く、かつ金属または酸化物の
上に堆積するため、基板との間にエピタキシャル関係は
成立せず、このためCdTe発電装置のpn接合103
は、高密度の微結晶粒界110の中に形成される。しか
しCdTeでは微結晶粒界は電気的に不活性なため、p
n接合のリーク電流は少なく効率の高い太陽光発電を実
現することができる。太陽光発電効率では、単結晶の8
0%以上に達する。さらにCdTeでは吸収端より短波
長側の吸収係数は大きく(>5×105cm-1)、薄膜
1μmでも充分な効率が得られる。
【0011】図5の構造ではSi発電装置部とCdTe
発電装置部は導電性薄膜によって接続され、高効率を実
現することができる。図5においてp−CdTe層6を
p−ZnxCd1-xTeで置き換え、xの値をn−CdT
e層5とのpn接合面から表面に向かってx=0からx
=1まで徐々に増加させ、かつp+−CdTe層7をp+
−ZnTe層で置換することにより、より効率の高い構
成をとることもできる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はCdTe
に生じる転位や微結晶粒界が電気的に不活性であるとの
知見に基づくもので、この結果pn接合の特性は転位や
微結晶粒界の存在によって大きな影響を受けず、薄膜で
高効率の発電が可能になる。このため、Si太陽光発電
装置とのトンネル接合や導電性薄膜を通しての二連化に
よって極めて高い効率を実現することができる。Si
pn接合上に形成されるCdTe pn接合に要する材
料はきわめて少量のため高効率を実現しながらコスト上
昇は最小限に押さえられるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のSiとその上に形成されたGaAs二連
形太陽光発電装置の説明図
【図2】図2の二連形太陽光発電装置のGaAspn接
合部を薄くした場合の図
【図3】図1と図2の構造で得られるGaAs pn接
合の出力特性を示す図
【図4】本発明の一実施形態例を示す図
【図5】本発明の他の実施形態を示す図
【符号の説明】
1…n+−Si,2…n−Si,3…p+−Si,4…n
+−InGaP,5…n−InGaP,7…p+−InG
aP,101…Siのpn接合,102…GaAs/S
iヘテロ接合面,103…InGaP pn接合,10
4…転位,110…微結晶粒界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤口 治樹 東京都新宿区西新宿3丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体pn接合を用いた太陽光発電装置
    において、 表面近傍にp+n接合を有するシリコン(Si)結晶ウ
    ェハ上に、n+−ルル化カドミウム(n+−CdTe)、
    n−テルル化カドミウム(n−CdTe)、p−テルル
    化カドミウム(p−CdTe)、p+−テルル化カドミ
    ウム(p+−CdTe)の薄膜を順次堆積させたことを
    特徴とする太陽光発電装置。
  2. 【請求項2】 半導体pn接合を用いた太陽光発電装置
    において、 表面近傍にp+n接合を有するシリコン(Si)結晶ウ
    ェハ上に、可視光、近赤外光に対して十分な透過性を有
    する電気伝導層、n+−テルル化カドミウム(n+−Cd
    Te)、n−テルル化カドミウム(n−CdTe)、p
    −テルル化カドミウム(p−CdTe)、p+−テルル
    化カドミウム(p+−CdTe)の薄膜を順次堆積させ
    たことを特徴とする太陽光発電装置。
  3. 【請求項3】 上記テルル化カドミウム(CdTe)層
    全体の厚さを1μm以下とすることを特徴とする請求項
    1または2に記載の太陽光発電装置。
  4. 【請求項4】 上記p−CdTe及びp+−CdTeを
    それぞれp−テルル化亜鉛カドミウム(ZnxCd1-x
    e)及びp+−テルル化亜鉛カドミウム(p+−Znx
    1-xTe)(0≦x<1)とすることを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれかに記載の太陽光発電装置。
  5. 【請求項5】 上記可視光、近赤外光に対して十分な透
    過性をもつ電気伝導層が、500Å以下の厚さを持つ
    金、ニッケル、クロム、チタン、タングステンのいずれ
    か一種または二種からなる金属層であることを特徴とす
    る請求項2に記載の太陽光発電装置。
  6. 【請求項6】 上記電気伝導層が、2000Å以下の厚
    さを持つ導電性酸化インジウム(In23)、酸化スズ
    (SnO2)のいずれか一種からなる酸化物導電層であ
    ることを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電装置。
JP8041763A 1996-02-28 1996-02-28 太陽光発電装置 Pending JPH09237907A (ja)

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