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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- 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 |