JPH10135494A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH10135494A JPH10135494A JP8292563A JP29256396A JPH10135494A JP H10135494 A JPH10135494 A JP H10135494A JP 8292563 A JP8292563 A JP 8292563A JP 29256396 A JP29256396 A JP 29256396A JP H10135494 A JPH10135494 A JP H10135494A
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽電池に関し、単結晶基板に格子整合した
化合物半導体層を用いて太陽電池の効率を高める。 【解決手段】 Si1-x Gex 単結晶基板1上に、Si
1-x Gex 単結晶基板1と格子整合し、且つ、pn接合
を有する少なくとも一層の化合物半導体層2を設ける。
化合物半導体層を用いて太陽電池の効率を高める。 【解決手段】 Si1-x Gex 単結晶基板1上に、Si
1-x Gex 単結晶基板1と格子整合し、且つ、pn接合
を有する少なくとも一層の化合物半導体層2を設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池に関するも
のであり、特に、基板として均一な組成を有するシリコ
ンゲルマニウム混晶(Si1-x Gex )を用いることに
より、基板に格子整合する化合物半導体層を積層させた
高効率のタンデム構造の太陽電池に関するものである。
のであり、特に、基板として均一な組成を有するシリコ
ンゲルマニウム混晶(Si1-x Gex )を用いることに
より、基板に格子整合する化合物半導体層を積層させた
高効率のタンデム構造の太陽電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽光等の光を電気エネルギーに
変換する太陽電池の素材としては、Si、或いは、Ga
As等の化合物半導体が用いられているが、太陽電池に
おける光の吸収は素材の半導体のエネルギーギャップ
(禁制帯幅)に依存するため、太陽光の持つ赤外領域か
ら紫外領域にわたる幅広いスペクトル範囲をカバーする
ことができず、必ずしも効率の良いものではなかった。
変換する太陽電池の素材としては、Si、或いは、Ga
As等の化合物半導体が用いられているが、太陽電池に
おける光の吸収は素材の半導体のエネルギーギャップ
(禁制帯幅)に依存するため、太陽光の持つ赤外領域か
ら紫外領域にわたる幅広いスペクトル範囲をカバーする
ことができず、必ずしも効率の良いものではなかった。
【0003】図7(a)参照 例えば、従来の単結晶Si太陽電池の場合には、Siの
エネルギーギャップに相当する約1.1eV以下のエネ
ルギーの光、即ち、約1.13μm以上の波長の赤外光
を吸収することができず、図において右下がりの斜線で
示した部分が透過損となっている。
エネルギーギャップに相当する約1.1eV以下のエネ
ルギーの光、即ち、約1.13μm以上の波長の赤外光
を吸収することができず、図において右下がりの斜線で
示した部分が透過損となっている。
【0004】また、1.1eV以上のエネルギーの光に
ついても、所定の半導体層の厚さでは100%完全に吸
収することができない等の理由により、全ての光を10
0%完全に光電変換することができず、図において左下
がりの斜線で示した部分がエネルギー不完全利用となっ
ている。
ついても、所定の半導体層の厚さでは100%完全に吸
収することができない等の理由により、全ての光を10
0%完全に光電変換することができず、図において左下
がりの斜線で示した部分がエネルギー不完全利用となっ
ている。
【0005】図7(b)参照 図7(b)は、図7(a)における、吸収スペクトル、
即ち、有効エネルギーの部分を、説明を簡単にするため
に略矩形状に表したものであり、以下の説明において
も、この様に概略化した図を用いて説明するが、一般に
は、図7(a)に示すように有効エネルギーの量は矩形
面積より大きい。
即ち、有効エネルギーの部分を、説明を簡単にするため
に略矩形状に表したものであり、以下の説明において
も、この様に概略化した図を用いて説明するが、一般に
は、図7(a)に示すように有効エネルギーの量は矩形
面積より大きい。
【0006】この様な素材のエネルギーギャップによる
透過損やエネルギー不完全利用の問題を改善するため
に、異なったエネルギーギャップの太陽電池を複数個積
層させたタンデム構造太陽電池が提案されている。
透過損やエネルギー不完全利用の問題を改善するため
に、異なったエネルギーギャップの太陽電池を複数個積
層させたタンデム構造太陽電池が提案されている。
【0007】図8(a)参照 図8(a)は、従来のタンデム構造太陽電池の要部断面
図であり、pn接合を設けたSi基板31上にMOVP
E法等を用いてp型AlGaAs層及びn型AlGaA
s層からなるAlGaAs層32を成長させたのち、p
側電極33、n側電極34、及び、反射防止膜35を設
けたものである。
図であり、pn接合を設けたSi基板31上にMOVP
E法等を用いてp型AlGaAs層及びn型AlGaA
s層からなるAlGaAs層32を成長させたのち、p
側電極33、n側電極34、及び、反射防止膜35を設
けたものである。
【0008】このタンデム構造太陽電池に、大きなエネ
ルギーギャップのAlGaAs層32側から光を照射す
ると、入射光36の内、AlGaAs層32のエネルギ
ーギャップ以上のエネルギーの光はAlGaAs層32
で吸収され光電変換される。
ルギーギャップのAlGaAs層32側から光を照射す
ると、入射光36の内、AlGaAs層32のエネルギ
ーギャップ以上のエネルギーの光はAlGaAs層32
で吸収され光電変換される。
【0009】また、AlGaAs層32のエネルギーギ
ャップ以下でSiのエネルギーギャップ以上のエネルギ
ーの光、及び、AlGaAs層32で吸収しきれなかっ
た高エネルギーの光は、Si基板31で吸収され光電変
換される。
ャップ以下でSiのエネルギーギャップ以上のエネルギ
ーの光、及び、AlGaAs層32で吸収しきれなかっ
た高エネルギーの光は、Si基板31で吸収され光電変
換される。
【0010】図8(b)参照 図8(b)は、この様なタンデム構造太陽電池の有効エ
ネルギーを概略的に示したものであり、Siを単独で用
いるよりかなりの効率改善が期待できる。
ネルギーを概略的に示したものであり、Siを単独で用
いるよりかなりの効率改善が期待できる。
【0011】なお、図において、AlGaAsからGa
Asに向かう矢印は、AlGaAsの組成、即ち、Al
組成比を小さくしていった場合の有効エネルギーの変化
を示すものであり、Al組成比の減少とともに、吸収可
能波長範囲は広くなるが、エネルギー不完全利用の部分
が増加することになる。
Asに向かう矢印は、AlGaAsの組成、即ち、Al
組成比を小さくしていった場合の有効エネルギーの変化
を示すものであり、Al組成比の減少とともに、吸収可
能波長範囲は広くなるが、エネルギー不完全利用の部分
が増加することになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なタン
デム構造太陽電池を作製しても、太陽光のスペクトルの
各部分の波長を吸収できる半導体は、夫々互いに格子定
数が大きく異なるため、所期の効率を得ることができな
かった。
デム構造太陽電池を作製しても、太陽光のスペクトルの
各部分の波長を吸収できる半導体は、夫々互いに格子定
数が大きく異なるため、所期の効率を得ることができな
かった。
【0013】再び、図8(a)参照 例えば、Si基板31上にAlGaAs層32を成長さ
せた場合、両者の格子定数は約4%異なるため、Si基
板31とAlGaAs層32との界面から非発光性再結
合中心37や転位が形成され、太陽光を吸収して生成さ
れたフォトキャリアは非発光性再結合中心37によって
消滅するため、効率をあげることができなかった。
せた場合、両者の格子定数は約4%異なるため、Si基
板31とAlGaAs層32との界面から非発光性再結
合中心37や転位が形成され、太陽光を吸収して生成さ
れたフォトキャリアは非発光性再結合中心37によって
消滅するため、効率をあげることができなかった。
【0014】この様な問題を解決するためには、全て格
子整合した材料を用いてタンデム構造の太陽電池を構成
すれば良いが、その様な材料は自然界には存在しないの
で実現することが不可能であり、例えば、比較的格子整
合の取れるGeとAlGaAsの組合せでも、約0.1
3%程度の格子定数のズレがあり十分な効率を有する太
陽電池を構成することができなかった。
子整合した材料を用いてタンデム構造の太陽電池を構成
すれば良いが、その様な材料は自然界には存在しないの
で実現することが不可能であり、例えば、比較的格子整
合の取れるGeとAlGaAsの組合せでも、約0.1
3%程度の格子定数のズレがあり十分な効率を有する太
陽電池を構成することができなかった。
【0015】なお、アモルファス半導体を用いた場合に
は、格子整合の問題はなくなるが、単結晶太陽電池に比
べて効率が低いという致命的欠点があるので、超高効率
太陽電池を作製することができない。
は、格子整合の問題はなくなるが、単結晶太陽電池に比
べて効率が低いという致命的欠点があるので、超高効率
太陽電池を作製することができない。
【0016】したがって、本発明は、単結晶基板に格子
整合した化合物半導体層を用いて太陽電池の効率を高め
ることを目的とする。
整合した化合物半導体層を用いて太陽電池の効率を高め
ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、また、図2は各種半導体のエネルギ
ーギャップと格子定数の相関図であり、この図1及び図
2を参照して本発明における課題を解決するための手段
を説明する。 図1参照 (1)本発明は、太陽電池において、Si1-x Gex 単
結晶基板1上に、Si 1-x Gex 単結晶基板1と格子整
合し、且つ、pn接合を有する少なくとも一層の化合物
半導体層2を設けたことを特徴とする。
成の説明図であり、また、図2は各種半導体のエネルギ
ーギャップと格子定数の相関図であり、この図1及び図
2を参照して本発明における課題を解決するための手段
を説明する。 図1参照 (1)本発明は、太陽電池において、Si1-x Gex 単
結晶基板1上に、Si 1-x Gex 単結晶基板1と格子整
合し、且つ、pn接合を有する少なくとも一層の化合物
半導体層2を設けたことを特徴とする。
【0018】図2参照 この様に、任意の混晶比xを有するSi1-x Gex 単結
晶基板1を用いることにより、図2に示す各種半導体の
格子定数の関係から明らかな様に、その上に成長させる
GaAsP,InGaP,GaAs、GaP,AlGa
As、ZnCdS,ZnSSe,カルコパイライト等の
化合物半導体層2との格子整合をとることができ、両者
の界面に非発光性再結合中心や転位が発生することがな
いので、高効率の太陽電池を構成することができる。
晶基板1を用いることにより、図2に示す各種半導体の
格子定数の関係から明らかな様に、その上に成長させる
GaAsP,InGaP,GaAs、GaP,AlGa
As、ZnCdS,ZnSSe,カルコパイライト等の
化合物半導体層2との格子整合をとることができ、両者
の界面に非発光性再結合中心や転位が発生することがな
いので、高効率の太陽電池を構成することができる。
【0019】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、Si1-x Gex 単結晶基板1がSi0.02Ge0.98か
らなり、且つ、化合物半導体層2としてSi1-x Gex
単結晶基板1側から順に、GaAs層及びIn0.5 Ga
0.5 P層を設けたことを特徴とする。
て、Si1-x Gex 単結晶基板1がSi0.02Ge0.98か
らなり、且つ、化合物半導体層2としてSi1-x Gex
単結晶基板1側から順に、GaAs層及びIn0.5 Ga
0.5 P層を設けたことを特徴とする。
【0020】この様に、Si1-x Gex 単結晶基板1を
Si0.02Ge0.98とした場合には、このSi0.02Ge
0.98に格子整合し、且つ、互いに異なる波長範囲をカバ
ーする化合物半導体層2としては、GaAs層とIn
0.5 Ga0.5 P層との組合せが好適である。
Si0.02Ge0.98とした場合には、このSi0.02Ge
0.98に格子整合し、且つ、互いに異なる波長範囲をカバ
ーする化合物半導体層2としては、GaAs層とIn
0.5 Ga0.5 P層との組合せが好適である。
【0021】(3)また、本発明は、上記(1)におい
て、Si1-x Gex 単結晶基板1がSi0.92Ge0.08か
らなり、且つ、化合物半導体層2としてGaP層を設け
たことを特徴とする。
て、Si1-x Gex 単結晶基板1がSi0.92Ge0.08か
らなり、且つ、化合物半導体層2としてGaP層を設け
たことを特徴とする。
【0022】この様に、Si1-x Gex 単結晶基板1を
Si0.92Ge0.08とした場合には、このSi0.92Ge
0.08に格子整合する化合物半導体層2としてはGaP層
が好適である。
Si0.92Ge0.08とした場合には、このSi0.92Ge
0.08に格子整合する化合物半導体層2としてはGaP層
が好適である。
【0023】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、Si1-xGex 単結晶基板
1にpn接合を設けたことを特徴とする。
(3)のいずれかにおいて、Si1-xGex 単結晶基板
1にpn接合を設けたことを特徴とする。
【0024】この様に、Si1-x Gex 単結晶基板1に
pn接合を設けることにより、基板を利用したタンデム
構造太陽電池を構成することができ、それによって、太
陽光エネルギーの透過損部分、或いは、エネルギー不完
全利用部分を有効に利用できるので、エネルギー利用効
率を高めることができる。
pn接合を設けることにより、基板を利用したタンデム
構造太陽電池を構成することができ、それによって、太
陽光エネルギーの透過損部分、或いは、エネルギー不完
全利用部分を有効に利用できるので、エネルギー利用効
率を高めることができる。
【0025】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)のいずれかにおいて、Si1-xGex 単結晶基板
1が多元ゾーンメルト法によって製造されたSi1-x G
ex 単結晶基板1であることを特徴とする。
(4)のいずれかにおいて、Si1-xGex 単結晶基板
1が多元ゾーンメルト法によって製造されたSi1-x G
ex 単結晶基板1であることを特徴とする。
【0026】この様に、Si1-x Gex 単結晶基板1を
多元ゾーンメルト法によって製造することにより、任意
の組成比で、且つ、均一な組成のSi1-x Gex 単結晶
基板1を得ることができ、それによって、各種の化合物
半導体層2との格子整合をとることができる。
多元ゾーンメルト法によって製造することにより、任意
の組成比で、且つ、均一な組成のSi1-x Gex 単結晶
基板1を得ることができ、それによって、各種の化合物
半導体層2との格子整合をとることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】ここで、本発明の実施の形態を説
明する前に、図3及び図4を参照して本発明の前提とな
るSi1-x Gex バルク単結晶の製造方法を説明する。 図3参照 図3はSi1-x Gex 混晶の状態図(C.D.Thur
mond,J.Phys.Chem.,vol.57,
1953,p.827参照)であり、例えば、1550
°Kにおいて飽和したSiGe融液からSi種結晶上に
Si1-x Gex混晶を成長させる場合、1550°Kに
保ったままの状態では、極薄いSi0.5Ge0.5 単結晶
しか成長しないが、この融液を徐々に冷却することによ
り、組成勾配を有するがSi1-x Gex バルク結晶を成
長させることができる。
明する前に、図3及び図4を参照して本発明の前提とな
るSi1-x Gex バルク単結晶の製造方法を説明する。 図3参照 図3はSi1-x Gex 混晶の状態図(C.D.Thur
mond,J.Phys.Chem.,vol.57,
1953,p.827参照)であり、例えば、1550
°Kにおいて飽和したSiGe融液からSi種結晶上に
Si1-x Gex混晶を成長させる場合、1550°Kに
保ったままの状態では、極薄いSi0.5Ge0.5 単結晶
しか成長しないが、この融液を徐々に冷却することによ
り、組成勾配を有するがSi1-x Gex バルク結晶を成
長させることができる。
【0028】例えば、1500°Kまで冷却したとする
と、図に示すs/(s+l)比に相当する融液が結晶と
して析出するが、混晶比は結晶成長温度に依存するの
で、得られたSi1-x Gex 単結晶はSi0.5 Ge0.5
からSi0.4 Ge0.6 程度の混晶比に徐々に組成が変化
し、均一な混晶比のSi1-x Gex 単結晶を得ることが
困難であった。
と、図に示すs/(s+l)比に相当する融液が結晶と
して析出するが、混晶比は結晶成長温度に依存するの
で、得られたSi1-x Gex 単結晶はSi0.5 Ge0.5
からSi0.4 Ge0.6 程度の混晶比に徐々に組成が変化
し、均一な混晶比のSi1-x Gex 単結晶を得ることが
困難であった。
【0029】即ち、Si1-x Gex 混晶は、全率固溶形
をしているので、均一な組成の結晶を作ることが困難で
あったが、本発明者等は任意の組成比のInGaAsバ
ルク単結晶を成長させるために発明した多元ゾーンメル
ト法(特願平6−227699号及び特願平7−309
17号参照)を応用することにより、均一な組成比のS
i1-x Gex バルク単結晶を得ることに成功したもので
ある。
をしているので、均一な組成の結晶を作ることが困難で
あったが、本発明者等は任意の組成比のInGaAsバ
ルク単結晶を成長させるために発明した多元ゾーンメル
ト法(特願平6−227699号及び特願平7−309
17号参照)を応用することにより、均一な組成比のS
i1-x Gex バルク単結晶を得ることに成功したもので
ある。
【0030】これは、図3の状態図において、例えば、
1550°Kにおいて飽和しているSiGe融液にSi
を添加し続けることにより過冷却の状態を維持し、結晶
成長を続けるものであり、Si1-x Gex 混晶の混晶比
は結晶成長温度によって決定されるため、1550°K
においては、均一な組成比のSi0.5 Ge0.5 単結晶が
得られることになる。
1550°Kにおいて飽和しているSiGe融液にSi
を添加し続けることにより過冷却の状態を維持し、結晶
成長を続けるものであり、Si1-x Gex 混晶の混晶比
は結晶成長温度によって決定されるため、1550°K
においては、均一な組成比のSi0.5 Ge0.5 単結晶が
得られることになる。
【0031】図4参照 図4は多元ゾーンメルト法によるSi1-x Gex 混晶基
板の製造方法の説明図であり、低圧ゾーン成長炉内に、
Si種結晶11と、Ge原料12及びSi原料13を配
置し、Ge原料12及びSi原料13を高温部に配置さ
せて溶融することによってSiGe融液14を形成す
る。
板の製造方法の説明図であり、低圧ゾーン成長炉内に、
Si種結晶11と、Ge原料12及びSi原料13を配
置し、Ge原料12及びSi原料13を高温部に配置さ
せて溶融することによってSiGe融液14を形成す
る。
【0032】次いで、Si種結晶11とSiGe融液1
4との接触面が高温部から外れるように炉管或いはボー
トを移動させることによって温度分布をずらし、Si
1-x Gex 混晶15の成長を開始する。
4との接触面が高温部から外れるように炉管或いはボー
トを移動させることによって温度分布をずらし、Si
1-x Gex 混晶15の成長を開始する。
【0033】この場合、Si1-x Gex 混晶の混晶比x
はSi種結晶11とSiGe融液14との接触面の位置
する部分の温度によって決定されるので、その位置の温
度が常に一定になるように移動させながら結晶成長を続
ける。
はSi種結晶11とSiGe融液14との接触面の位置
する部分の温度によって決定されるので、その位置の温
度が常に一定になるように移動させながら結晶成長を続
ける。
【0034】この時、Si原料13とSiGe融液14
との接触面は高温部に位置するので、Si原料13は常
に溶け続けてSiがSiGe融液14に供給されるの
で、SiGe融液14がSi種結晶11とSiGe融液
14との接触面の位置する部分において常に過冷却状態
となって結晶成長が進行するものである。
との接触面は高温部に位置するので、Si原料13は常
に溶け続けてSiがSiGe融液14に供給されるの
で、SiGe融液14がSi種結晶11とSiGe融液
14との接触面の位置する部分において常に過冷却状態
となって結晶成長が進行するものである。
【0035】なお、この場合、Si原料13が必要以上
に溶融することのないように、Si原料13とSiGe
融液14との接触面近傍のみが高温部となるように、低
圧ゾーン成長炉内の温度分布を制御することが望まし
い。
に溶融することのないように、Si原料13とSiGe
融液14との接触面近傍のみが高温部となるように、低
圧ゾーン成長炉内の温度分布を制御することが望まし
い。
【0036】この様に、多元ゾーンメルト法を用いるこ
とによって、結晶成長面の温度を常に一定にしておくこ
とによってSi1-x Gex 混晶の混晶比xを均一にする
ことができ、また、Si原料13を常にSiGe融液1
4に供給することによって所望の厚さのSi1-x Gex
結晶15をバルク単結晶として得ることができるので、
このバルク単結晶をスライスすることによって任意の組
成比を有し、且つ、均一な組成のSi1-x Gex 基板を
得ることができる。
とによって、結晶成長面の温度を常に一定にしておくこ
とによってSi1-x Gex 混晶の混晶比xを均一にする
ことができ、また、Si原料13を常にSiGe融液1
4に供給することによって所望の厚さのSi1-x Gex
結晶15をバルク単結晶として得ることができるので、
このバルク単結晶をスライスすることによって任意の組
成比を有し、且つ、均一な組成のSi1-x Gex 基板を
得ることができる。
【0037】次に、図5を参照して、上記のSi1-x G
ex 基板を用いた本発明の第1の実施の形態を説明す
る。 図5(a)参照 図5(a)は、Si0.02Ge0.98基板21を用いたタン
デム構造太陽電池の要部断面図であり、まず、図示して
いないものの、厚さ100〜500μm、例えば、30
0μmのp型Si0.02Ge0.98基板21の表面に砒素
(As)を拡散して深さ1.0〜5.0μm、例えば、
1.0μmのn型層を形成する。
ex 基板を用いた本発明の第1の実施の形態を説明す
る。 図5(a)参照 図5(a)は、Si0.02Ge0.98基板21を用いたタン
デム構造太陽電池の要部断面図であり、まず、図示して
いないものの、厚さ100〜500μm、例えば、30
0μmのp型Si0.02Ge0.98基板21の表面に砒素
(As)を拡散して深さ1.0〜5.0μm、例えば、
1.0μmのn型層を形成する。
【0038】次いで、MOVPE法(有機金属気相成長
法)を用いて、厚さ1.0〜10.0μm、例えば、
8.0μmのp型GaAs層及び厚さ0.1〜1.0μ
m、例えば、0.2μmのn型GaAs層からなるGa
As層22を成長させ、引き続いて、厚さ1.0〜1
0.0μm、例えば、8.0μmのp型In0.5 Ga
0.5P層及び厚さ0.1〜1.0μm、例えば、0.2
μmのn型In0.5 Ga0.5P層からなるIn0.5 Ga
0.5 P層23を成長させる。
法)を用いて、厚さ1.0〜10.0μm、例えば、
8.0μmのp型GaAs層及び厚さ0.1〜1.0μ
m、例えば、0.2μmのn型GaAs層からなるGa
As層22を成長させ、引き続いて、厚さ1.0〜1
0.0μm、例えば、8.0μmのp型In0.5 Ga
0.5P層及び厚さ0.1〜1.0μm、例えば、0.2
μmのn型In0.5 Ga0.5P層からなるIn0.5 Ga
0.5 P層23を成長させる。
【0039】次いで、p型電極24、n型電極25、及
び、反射防止膜26等を設けることによって3段構造の
タンデム構造太陽電池が完成するが、この本発明の第1
の実施の形態の場合には、Si0.02Ge0.98基板21と
その上に設けるGaAs層22及びIn0.5 Ga0.5 P
層22との格子整合が十分とれているので、成長界面か
ら非発光性再結合中心や転位が発生することがなく、十
分な光電変換効率が得られる。
び、反射防止膜26等を設けることによって3段構造の
タンデム構造太陽電池が完成するが、この本発明の第1
の実施の形態の場合には、Si0.02Ge0.98基板21と
その上に設けるGaAs層22及びIn0.5 Ga0.5 P
層22との格子整合が十分とれているので、成長界面か
ら非発光性再結合中心や転位が発生することがなく、十
分な光電変換効率が得られる。
【0040】この太陽電池に、エネルギーギャップの大
きなIn0.5 Ga0.5 P層23側から太陽光を照射する
と、入射光27は短波長側から順次吸収され、吸収しき
れなかった短波長側の入射光27及び長波長側の入射光
27は後段の半導体層で順次光電変換されることにな
る。
きなIn0.5 Ga0.5 P層23側から太陽光を照射する
と、入射光27は短波長側から順次吸収され、吸収しき
れなかった短波長側の入射光27及び長波長側の入射光
27は後段の半導体層で順次光電変換されることにな
る。
【0041】図5(b)参照 図5(b)は、この様なタンデム構造太陽電池の有効エ
ネルギーを概略的に示したものであり、点線で示すSi
を単独で用いる場合より広い範囲の太陽光を有効に吸収
でき、かなりの効率改善が期待できる。
ネルギーを概略的に示したものであり、点線で示すSi
を単独で用いる場合より広い範囲の太陽光を有効に吸収
でき、かなりの効率改善が期待できる。
【0042】次に、図6を参照して、上記のSi1-x G
ex 基板を用いた本発明の第2の実施の形態を説明す
る。 図6(a)参照 図6(a)は、Si0.92Ge0.08基板28を用いたタン
デム構造太陽電池の要部断面図であり、まず、図示して
いないものの第1の実施の形態と同様に、厚さ100〜
500μm、例えば、300μmのp型Si0.92Ge
0.08基板28の表面に砒素(As)を拡散して深さ1.
0〜5.0μm、例えば、1.0μmのn型層を形成す
る。
ex 基板を用いた本発明の第2の実施の形態を説明す
る。 図6(a)参照 図6(a)は、Si0.92Ge0.08基板28を用いたタン
デム構造太陽電池の要部断面図であり、まず、図示して
いないものの第1の実施の形態と同様に、厚さ100〜
500μm、例えば、300μmのp型Si0.92Ge
0.08基板28の表面に砒素(As)を拡散して深さ1.
0〜5.0μm、例えば、1.0μmのn型層を形成す
る。
【0043】次いで、MOVPE法を用いて、厚さ1.
0〜50.0μm、例えば、20.0μmのp型GaP
層及び厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.3μmの
n型GaP層からなるGaP層29を成長させ、次い
で、p型電極24、n型電極25、及び、反射防止膜2
6等を設けることによって2段構造のタンデム構造太陽
電池が完成する。
0〜50.0μm、例えば、20.0μmのp型GaP
層及び厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.3μmの
n型GaP層からなるGaP層29を成長させ、次い
で、p型電極24、n型電極25、及び、反射防止膜2
6等を設けることによって2段構造のタンデム構造太陽
電池が完成する。
【0044】この本発明の第2の実施の形態の場合に
も、Si0.92Ge0.08基板28とその上に設けるGaP
層29との格子整合が十分とれているので、成長界面か
ら非発光性再結合中心や転位が発生することがなく、十
分な光電変換効率が得ることができる。
も、Si0.92Ge0.08基板28とその上に設けるGaP
層29との格子整合が十分とれているので、成長界面か
ら非発光性再結合中心や転位が発生することがなく、十
分な光電変換効率が得ることができる。
【0045】この太陽電池に、エネルギーギャップの大
きなGaP層29側から太陽光を照射すると、入射光2
7は短波長側から順次吸収され、吸収しきれなかった短
波長側の入射光27及び長波長側の入射光27は後段の
Si0.92Ge0.08基板28で光電変換されることになる
が、GaPは間接遷移型半導体であるので、GaAs等
の直接遷移型半導体に比べて吸収率及び光電変換効率が
低く、第1の実施の形態に比べて効率が劣る。
きなGaP層29側から太陽光を照射すると、入射光2
7は短波長側から順次吸収され、吸収しきれなかった短
波長側の入射光27及び長波長側の入射光27は後段の
Si0.92Ge0.08基板28で光電変換されることになる
が、GaPは間接遷移型半導体であるので、GaAs等
の直接遷移型半導体に比べて吸収率及び光電変換効率が
低く、第1の実施の形態に比べて効率が劣る。
【0046】図6(b)参照 図6(b)は、この様なタンデム構造太陽電池の有効エ
ネルギーを概略的に示したものであり、点線で示すSi
を単独で用いる場合より広い範囲の太陽光を有効に吸収
でき、ある程度の効率改善が期待できる。
ネルギーを概略的に示したものであり、点線で示すSi
を単独で用いる場合より広い範囲の太陽光を有効に吸収
でき、ある程度の効率改善が期待できる。
【0047】なお、図においてはGaP層29を設けた
場合を示しているが、GaAsP層を設けても良いもの
であり、GaAsP層のAs比が大きくなるにしたがっ
て、有効エネルギーは図において矢印で示す様に長波長
側に移動する。
場合を示しているが、GaAsP層を設けても良いもの
であり、GaAsP層のAs比が大きくなるにしたがっ
て、有効エネルギーは図において矢印で示す様に長波長
側に移動する。
【0048】この場合には、GaAsP層のAs比が大
きくなるにしたがって、GaAsP層の格子定数も大き
くなるので、格子整合を取るためにSi0.92Ge0.08基
板28のGe比を大きくする必要があり、Ge比の増加
に伴って透過損も矢印で示す様に長波長側に移動する。
きくなるにしたがって、GaAsP層の格子定数も大き
くなるので、格子整合を取るためにSi0.92Ge0.08基
板28のGe比を大きくする必要があり、Ge比の増加
に伴って透過損も矢印で示す様に長波長側に移動する。
【0049】以上、本発明の第1及び第2の実施の形態
を説明してきたが、本発明は上記の混晶比のSi1-x G
ex 基板及び化合物半導体層の組合せに限られるもので
はなく、任意の混晶比のSi1-x Gex 基板を用いるこ
とができるものであり、Si 1-x Gex 基板の格子定数
に整合するように、図2の相関図からSi1-x Gex基
板上に設ける化合物半導体を選択すれば良い。
を説明してきたが、本発明は上記の混晶比のSi1-x G
ex 基板及び化合物半導体層の組合せに限られるもので
はなく、任意の混晶比のSi1-x Gex 基板を用いるこ
とができるものであり、Si 1-x Gex 基板の格子定数
に整合するように、図2の相関図からSi1-x Gex基
板上に設ける化合物半導体を選択すれば良い。
【0050】再び、図2参照 例えば、Si1-x Gex 基板上に設ける化合物半導体と
しては、GaAs,GaP,In0.5 Ga0.5 P以外
に、他の混晶比のInGaP,GaAsP,AlGaA
s,ZnCdS,ZnSSe等が有望である。
しては、GaAs,GaP,In0.5 Ga0.5 P以外
に、他の混晶比のInGaP,GaAsP,AlGaA
s,ZnCdS,ZnSSe等が有望である。
【0051】また、上記各実施の形態においては、Si
1-x Gex 基板にpn接合を形成してSi1-x Gex 基
板自体も太陽電池として利用しているが、Si1-x Ge
x 基板にpn接合を形成せずに単に成長基板として用い
ても良いものであり、この場合には、任意の光吸収端を
持つ化合物半導体太陽電池を安価に製造することができ
る。
1-x Gex 基板にpn接合を形成してSi1-x Gex 基
板自体も太陽電池として利用しているが、Si1-x Ge
x 基板にpn接合を形成せずに単に成長基板として用い
ても良いものであり、この場合には、任意の光吸収端を
持つ化合物半導体太陽電池を安価に製造することができ
る。
【0052】また、本発明の太陽電池の光電変換対象は
太陽光に限られるものではなく、蛍光灯等の人工的光源
からの光を対象としても良いものであり、その場合に
は、光電変換対象のスペクトルを考慮して化合物半導体
の組成を決定し、それに格子整合する混晶比のSi1-x
Gex 基板を用いれば良い。
太陽光に限られるものではなく、蛍光灯等の人工的光源
からの光を対象としても良いものであり、その場合に
は、光電変換対象のスペクトルを考慮して化合物半導体
の組成を決定し、それに格子整合する混晶比のSi1-x
Gex 基板を用いれば良い。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、均一な組成のSi1-x
Gex 基板上に、このSi1-x Gex基板と格子整合す
る化合物半導体層を設けているので、太陽光スペクトル
のほぼ全波長領域をカバーした高効率のタンデム構造太
陽電池を構成することができる。
Gex 基板上に、このSi1-x Gex基板と格子整合す
る化合物半導体層を設けているので、太陽光スペクトル
のほぼ全波長領域をカバーした高効率のタンデム構造太
陽電池を構成することができる。
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】各種半導体のエネルギーギャップと格子定数の
相関図である。
相関図である。
【図3】本発明の前提となるSi1-x Gex 混晶の状態
図である。
図である。
【図4】本発明の前提となるSi1-x Gex 混晶基板の
製造方法の説明図である。
製造方法の説明図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態の説明図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の説明図である。
【図7】従来の太陽電池の説明図である。
【図8】従来のタンデム構造太陽電池の説明図である。
1 Si1-x Gex 単結晶基板 2 化合物半導体層 3 p型電極 4 n型電極 5 反射防止膜 11 Si種結晶 12 Ge原料 13 Si原料 14 SiGe融液 15 Si1-x Gex 結晶 21 Si0.02Ge0.98基板 22 GaAs層 23 In0.5 Ga0.5 P層 24 p型電極 25 n型電極 26 反射防止膜 27 入射光 28 Si0.92Ge0.08基板 29 GaP層 31 シリコン基板 32 AlGaAs層 33 p型電極 34 n型電極 35 反射防止膜 36 入射光 37 非発光性再結合中心
Claims (5)
- 【請求項1】 Si1-x Gex 単結晶基板上に、前記S
i1-x Gex 単結晶基板と格子整合し、且つ、pn接合
を有する少なくとも一層の化合物半導体層を設けたこと
を特徴とする太陽電池。 - 【請求項2】 上記Si1-x Gex 単結晶基板がSi
0.02Ge0.98からなり、且つ、上記化合物半導体層とし
て前記Si1-x Gex 単結晶基板側から順に、GaAs
層及びIn0.5 Ga0.5 P層を設けたことを特徴とする
請求項1記載の太陽電池。 - 【請求項3】 上記Si1-x Gex 単結晶基板がSi
0.92Ge0.08からなり、且つ、前記化合物半導体層とし
てGaP層を設けたことを特徴とする請求項1記載の太
陽電池。 - 【請求項4】 上記Si1-x Gex 単結晶基板にpn接
合を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
1項に記載の太陽電池。 - 【請求項5】 上記Si1-x Gex 単結晶基板が、多元
ゾーンメルト法によって製造されたSi1-x Gex 単結
晶基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれ
か1項に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8292563A JPH10135494A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8292563A JPH10135494A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 太陽電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10135494A true JPH10135494A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17783394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8292563A Withdrawn JPH10135494A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10135494A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011146635A (ja) * | 2009-01-21 | 2011-07-28 | Sony Corp | 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置 |
JP2012054424A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Koji Tomita | 太陽電池及びその製造方法 |
JP2012518289A (ja) * | 2009-02-19 | 2012-08-09 | アイキューイー シリコン コンパウンズ リミテッド | 光電池 |
-
1996
- 1996-11-05 JP JP8292563A patent/JPH10135494A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011146635A (ja) * | 2009-01-21 | 2011-07-28 | Sony Corp | 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置 |
JP2012518289A (ja) * | 2009-02-19 | 2012-08-09 | アイキューイー シリコン コンパウンズ リミテッド | 光電池 |
EP2399300B1 (en) * | 2009-02-19 | 2019-10-16 | IQE Silicon Compounds Limited | Method for forming a photovoltaic cell |
JP2012054424A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Koji Tomita | 太陽電池及びその製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040106 |