JPS58154274A - Multilayer photocell - Google Patents

Multilayer photocell

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JPS58154274A
JPS58154274A JP57035991A JP3599182A JPS58154274A JP S58154274 A JPS58154274 A JP S58154274A JP 57035991 A JP57035991 A JP 57035991A JP 3599182 A JP3599182 A JP 3599182A JP S58154274 A JPS58154274 A JP S58154274A
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JP
Japan
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layer
solar cell
photovoltaic
substrate
photovoltaic solar
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JP57035991A
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Japanese (ja)
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ルイズ・エム・フラ−ス
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Chevron USA Inc
Original Assignee
Chevron Research and Technology Co
Chevron Research Co
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Publication date
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Priority to JP57035991A priority Critical patent/JPS58154274A/en
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    • Y02E10/52PV systems with concentrators

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽エネルギの電気エネルギへの変換に関係し
、特にそのような変換に対する^効本多層i%池(フォ
トポルティク・セル)に関係する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the conversion of solar energy to electrical energy, and more particularly to multilayer photovoltaic cells (photoportic cells) for such conversion.

太陽エネルギを電気エネルギに変換するために幾つかの
形の光電池が開発されて米だ。しかし、既知のシステム
の効率は低(、たとえより効率の馬い変換器の使用によ
り効率が改Vされても、変換器の価格が高い。光字系を
用いて太陽エネルギを変換器上に集光することにより変
換効率を尚めることか提案されて米だ。そのようなシス
テムで、、X。
Several forms of photovoltaic cells have been developed to convert solar energy into electrical energy. However, the efficiency of known systems is low (even if the efficiency is improved by the use of more efficient converters, the cost of the converter is high; an optical system is used to transfer solar energy onto the converter). It has been proposed that the conversion efficiency can be improved by focusing the light.

は変換効率な8らに−めることが可能である。変換シス
テムの幾つかの部品の各々についての価格の考察より、
集光器を用いることによりより高価な光電変*iを使用
することになるが、集光システムには経済上の価格制限
があることが示される。
It is possible to set the conversion efficiency to 8. From a consideration of the prices of each of the several parts of the conversion system,
Although the use of a concentrator results in the use of a more expensive optoelectronic converter*i, it is shown that there is an economic price limit to the concentrator system.

さらに、変換器上への集光がより強(なるKつれて、集
光された光より発生する熱を散逸する必要がある。とい
うのは、ある種の変換器の効率は変換器の熱が増加する
につれて低下するためである。
Additionally, the more intense the light is focused on the converter, the more heat generated by the focused light must be dissipated, since the efficiency of some types of converters is This is because it decreases as the value increases.

上記問題点についての考察より、変換効率を高めること
によりエネルギ変換の価格を下げることが可能な集光シ
ステムを使用でることにより問題点は変換器電池価格よ
り電池効率へ移りうる。従って、゛1池効率が充分高ま
れば、集光システムは同−山積の低価格アレイよりより
安価に電気を発生oJ能である。
Considering the above issues, the issue can be shifted from converter battery cost to battery efficiency by using a condensing system that can reduce the cost of energy conversion by increasing conversion efficiency. Therefore, if the cell efficiency is sufficiently increased, the condensing system can generate electricity more cheaply than the same low-cost array.

それらの考察より、各電池が太陽エネルギの異なるエネ
ルイ帝に応答しかつエネルギを集光し電池をエネルギ源
に向ける集光器を有する高効率積層マルチ接什太陽電池
の考察が得られる。
These considerations provide the basis for a highly efficient stacked multi-connection solar cell in which each cell responds to a different energy source of solar energy and has a concentrator that collects the energy and directs the cells to the energy source.

多1−元電池は太陽エネルギを電気エネルギに変換する
手段として提案されて来た。そのような電池の1つの形
がり、Vi、36m8Bによる1977年4月12日付
米国特許出願第4,017,532号に記載され【いる
。この特許はへテロ接置電池の積層より成る多層電池を
示唆している。Jamesの発明との差異として、本発
明はホモ接合電池の積層より成る多層光電池に向けられ
ている。
Multi-element batteries have been proposed as a means of converting solar energy into electrical energy. One form of such a cell is described in U.S. Patent Application No. 4,017,532, filed April 12, 1977, by Vi, 36m8B. This patent suggests a multilayer cell consisting of a stack of heterojunction cells. In contrast to the James invention, the present invention is directed to multilayer photovoltaic cells consisting of a stack of homojunction cells.

先行技術の多層光電池は異なるエネルイバンドギャツデ
に対応した半導体材料の引き続く盾を形成することを示
唆している。L、W、 、:ramesによる特許第4
.017.552号を瓢照せよ。本発明に記述されてい
る電池では水蒸気および空気の質量におけるゆらぎによ
り影響な受ける元エネルヤに対するバンドイヤツブを明
確に避ブた実買上同一亀流レベルにおいて異なるバンド
イヤツブに応答するように選択されている。
Prior art multilayer photovoltaic cells suggest forming successive shields of semiconductor materials corresponding to different energy bands. Patent No. 4 by L, W, :rames
.. Please take a look at issue 017.552. The cell described in this invention is chosen to respond to different band ears at the same current level, explicitly avoiding band ears for source energies affected by fluctuations in the mass of water vapor and air.

先行技術の多層光電池は1池の半導体層に格子整合した
基板材料上に形成されそして七のような基板&ニオ池全
体の賀侠に寄与丁、るために分離した接合を用いて形成
されている。それについてを工丹びり、W、James
の特許第4.017.532号を参照せよ。本発明の応
用にSいて記述されている電池では、半導体層に空間的
に格子整合しかつ水蒸気に付随したOH儀動パンrより
生じる太陽スペクトル中の赤外吸収におけるゆらぎに′
#L池が感度を持たないよう内部接合を持たないように
設計された比較的安価な基板が提案されている。
Prior art multilayer photovoltaic cells are formed on a substrate material that is lattice-matched to one semiconductor layer and are formed using separate junctions to contribute to the overall performance of the substrate, such as seven layers. There is. About that, W. James
No. 4.017.532. In the cell described in the application of the present invention, fluctuations in infrared absorption in the solar spectrum caused by the OH movement breadth that is spatially lattice matched to the semiconductor layer and associated with water vapor.
Relatively inexpensive substrates have been proposed that are designed without internal junctions so that the #L pond has no sensitivity.

本発明者およびR,C,xnechtltによるワシン
トンD、C,での1978年6月5−8日のlK13回
IBHH元起電刀専門家会−1978における先行技術
の発表におい【希望する程度の効率な持つ多階ft#L
池が記述されている。本発明の応用に記述されている光
電池は、基板中に接合を明確に持たないそして基板に格
子整合し希望の効率で希望の電気f:喪を発生するホモ
接合を有する層ttざらに形成することにより先行技術
と異なる。
In a presentation of the prior art at the 13th IBHH Former Electromotive Sword Experts Meeting-1978, June 5-8, 1978, Washington, D.C., by the present inventor and R.C. Multi-storey ft#L
A pond is described. The photovoltaic cells described in the application of the invention are formed in a layer tt having no distinct junctions in the substrate and having homojunctions that are lattice matched to the substrate and generate the desired electrical f: mourning with the desired efficiency. It differs from the prior art by this.

異なるパンドイヤツデな持つ光学的に積層された太陽電
池により非常に高いエネルギ変換効率を得る考えは既知
である。そのよう1な太陽電池の横□゛ 、・□ 層を単一ウェファ上に一体的に製造することに対する要
請が高まっている。これにより宇宙への応用が得られる
。とい5のは単一ウェファはIl数のウェファ積層より
軽いためである。さらに率−ウェファは複数のウェファ
積層より安価、単純かつ容易に冷却可能より集光システ
ムを用いた地上での応用が得られる゛。しかし、それら
の^効率一体化積層マルチ接合太陽電池の設計製造には
大きな制約がある。2つの設計上の制約は第1に積層を
形成でる異なる半導体材料はほぼ格子整合し、従って結
晶の完全性が保たれ、@2に1元応答性装置が直列接続
されている場曾、@科の・2ンドイヤツデは元で発生し
rs亀流が複数の接合間でほぼ等しく分配されるように
なっていることである。コロラリ(corrolary
 )間−&X*えている槓層栴造において不活性像曾で
W@できない電圧損失を受けずに@性接合の希澁の直列
僧絖な得ることである。
The idea of obtaining very high energy conversion efficiencies by optically stacked solar cells with different types of solar cells is known. There is an increasing demand for integrally manufacturing the horizontal □゛, . . . layers of such a single solar cell on a single wafer. This provides space applications. This is because a single wafer is lighter than a stack of I1 wafers. In addition, low-efficiency wafers are less expensive than multiple wafer stacks, and can be simply and easily cooled, allowing for terrestrial applications using light collection systems. However, there are major constraints on the design and manufacture of these highly efficient integrated stacked multi-junction solar cells. Two design constraints are firstly that the different semiconductor materials forming the stack are nearly lattice matched, thus preserving crystalline integrity, and that when a unitary responsive device is connected in series with @2, The second species of the genus is that the rs tortoise currents are distributed approximately equally between multiple junctions. colorary
) It is possible to obtain a rare series connection of the @-type junction without suffering any voltage loss that cannot be caused by an inactive image layer in the layered structure having -&X*.

以上により、rルマニウム基板上のインジウムガリウム
燐化@およびインジウムガリウム砒化物1へ の層t1fするマルチ按曾元%at徒某する。引き続く
層は異なる吸収バンドの接合な有し゛、他方基板と引き
続く層は±1チ震勧以下で格子整合している。*tiを
用いて、を池の電極より太陽エネルギを電気工ネルj1
#に変換する有効な手段が得られる。
As described above, a multi-layered layer t1f of indium gallium phosphide and indium gallium arsenide 1 on a rumanium substrate is used. Successive layers have junctions of different absorption bands, while the substrate and subsequent layers are lattice matched to less than ±1 inch. * Using ti, solar energy is transferred from the pond electrode to electrician j1
This provides an effective means of converting to #.

本発明の土壁な目的は太陽エネルギな電気エネルギに変
換する効率の高いマルチ接合光電池を得ることである。
The main objective of the present invention is to obtain a highly efficient multi-junction photovoltaic cell for converting solar energy into electrical energy.

本発明の他の目的は有用な材料より作成できる多層元嵐
池ン得ることである。
Another object of the present invention is to provide a multilayer base pond that can be made from useful materials.

本発明の他の目的および特徴は付随1xiTおよび好適
な実ttm例を説明した記述より尚業者が容易に理解で
さる。
Other objects and features of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art from the accompanying description and description of preferred embodiments.

#3曲を足表する。#3 songs are displayed.

ドーパント= 半導体は正ないしは負のit荷を持つ坦体によりIIt
流を連ぷ。そのような坦体はドーパントと呼ばれる載量
の化学的不純物を用いて半導体に印加される。ドーパン
トが半導体に負電荷坦体を印加する揚台、半導体なn型
にドープしたと呼ばれる。
Dopant = Semiconductor is IIt by carrier with positive or negative it charge
Continuing the flow. Such carriers are applied to the semiconductor using a dosage of chemical impurities called dopants. When a dopant applies a negative charge carrier to a semiconductor, the semiconductor is called n-type doped.

半導体が高1!に度負電荷で強(ドープされそれにより
半導体が半金属的になった場会、n+にドープされてい
る。
Highest grade in semiconductors! If the semiconductor is doped with a strongly negative charge, thereby making the semiconductor semimetallic, it is doped to n+.

同様に高lI度の正電荷坦体は半導体をP+にドープす
る。ドーパントは半導体を形成する主要な化学成分と次
の点で異なる。即ち、ドーパントは原子組成”t−1%
以下でありそして半導体に電荷坦体を印加する。
Similarly, high II positive charge carriers dope the semiconductor to P+. Dopants differ from the main chemical components that form semiconductors in the following ways: That is, the dopant has an atomic composition of "t-1%"
and apply charge carriers to the semiconductor.

接合: 半導体素子中での接合はその一方の饋では坦体が正であ
りセして他方の−では坦体か負である半面領域である。
Junction: A junction in a semiconductor device is a half-plane region in which the carrier is positive on one side and the carrier is negative on the other side.

ホモWk台: ホモ接合とはm台の両側での半導体材料か同一ないしは
均質である接合。追い換えると、嵌曾の両側での化学的
差異は倣量に存在するドーパントの選択である。接合の
両側で半導体を形成’fる王豐な化学成分は同一である
Homo Wk level: A homojunction is a junction in which the semiconductor material on both sides of the m level is the same or homogeneous. In other words, the chemical difference between the two sides of the filler is the choice of dopant present in the mirror amount. The main chemical components that form the semiconductor on both sides of the junction are the same.

ヘテロ誉酋: ヘテロWc会は接合の両側での半纏体材料は坦体の型の
人ならず主要な組成成分に8いて真なる嵌合である。接
合の両側での化学組成はJ!賞的である。百い換えると
、正の坦体な持つ半導体は負の坦体を持つ半導体と実質
上化学的に異なる。しばしば、ヘテロ接合を形成する場
合実質的な台金化が生じ坦体の型における変化が異質的
界面で厳密には生じない。しかし、とこではそのような
接合もやはりヘテロ接合と呼ぶ。
Hetero mating: Hetero mating is a true mating in which the half-body material on both sides of the joint is not the main composition of the carrier type. The chemical composition on both sides of the joint is J! It is prize-like. In other words, a semiconductor with a positive carrier is substantially chemically different from a semiconductor with a negative carrier. Often, when forming a heterojunction, substantial maturation occurs and changes in the type of carrier do not occur strictly at the dissimilar interface. However, such a junction is still referred to as a heterojunction.

バンドイヤツデエネルイ: 半導体はあるエネルギ以上の光子エネルギを持つ元を吸
収しそしてそのエネルギより低い光子エネルギの元を透
過する。
Band Earth Energy: A semiconductor absorbs elements with photon energy above a certain energy and transmits elements with photon energy lower than that energy.

吸収が始まるエネルギを半導体のバンドイヤツデエネル
イと呼ぶ。早番−の化学組成の変化によりこのパンタイ
ヤツデエネルイが変化する。
The energy at which absorption begins is called the semiconductor band energy. This panty energy changes due to changes in the chemical composition of the early number.

格子整合: 結晶中の原子はある間隔および相対的角板で分離してい
る。原子を見い出丁場所は結晶格子を形晟する。ある場
曾、一方の材料示ら他方の材料に移る時結晶格子をあま
り変えずに原子を変えることが可能である。例えば、A
jAa結晶はGaA3結晶と同じ結晶格子を持つ。M原
子をGa原子で単純に置換できる。2つの結晶が同一格
子を持ち、かつ原子間隔が等しい場合、良い格子整合で
あり。
Lattice matching: Atoms in a crystal are separated by spacing and relative angle plates. The locations where atoms are found shape the crystal lattice. In some cases, when going from one material to another, it is possible to change the atoms without changing the crystal lattice much. For example, A
jAa crystal has the same crystal lattice as GaA3 crystal. M atoms can be simply replaced with Ga atoms. If two crystals have the same lattice and the atomic spacing is equal, there is a good lattice match.

一方の結晶は他方の結晶の延長として成長可能である。One crystal can be grown as an extension of the other.

     3 第1図は本発明の多層光起電力太陽電池の概略的断面図
である。電池の層−は垂直方向の寸法におい【層を相対
的厚さで示したことを除いて垂直ないしは水平方向のい
ずれにも寸法逼りでない。図に示すよ5に、デルマニウ
ム基収はその1万の側に電慣表面12を有し、他方の側
で第1の半導体電池13に接合している。rルマニウム
基&は準結晶が好適であり、LllT?J!、ないしは
近赤外光領域に応答するGa01111no、12A8
牛尋体材−科に格子整合可能な結晶構造を持つ単一元素
基板が好適である。基板は感光性接合を含まず意図的に
デルマニウム結晶として成長させた。というのは多層電
池の他の層間に希猿通”り分配可能な領域中に光発生電
流を発生可能な多層i池の第1層に振合町げしな格子構
造のためである。
3 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multilayer photovoltaic solar cell of the present invention. The layers of the cell are not strictly dimensional in either the vertical or horizontal direction except where layers are indicated by their relative thicknesses. As shown in the figure, at 5, the dermanium-based structure has an electrically conductive surface 12 on its 10,000 side and is joined to a first semiconductor cell 13 on the other side. A quasicrystal is suitable for the r rumanium group &LllT? J! , or Ga01111no, 12A8 that responds to near-infrared light region.
A single-element substrate having a crystal structure that can be lattice-matched to the oxalteric material is preferred. The substrate did not contain a photosensitive junction and was intentionally grown as a delmanium crystal. This is because of the unique lattice structure in the first layer of the multilayer I-cell that allows photogenerated current to be generated in a region that can be distributed between the other layers of the multilayer cell.

電池13はガリウム、インジウムおよび砒素がGa□1
gBIn0.14A8の組成を持ちそして1,25eV
17)エネルイバンドギヤツデを持つように構成するの
が好適である。接合14は第1層13′中に示されてい
る。第1の電池13は基板に格子!1会し、好適な1.
225 eV以上の光子エネルギを持つ可視ないしは近
赤外光を吸収できそして多層電池中の希望の分布に対応
する電流を発生可能である。
In the battery 13, gallium, indium and arsenic are Ga□1
gBIn0.14A8 and has a composition of 1,25 eV
17) It is preferable to configure the device to have an energy band gear. Bond 14 is shown in first layer 13'. The first battery 13 is a grid on the board! 1 meeting, suitable 1.
It is possible to absorb visible or near-infrared light with a photon energy of 225 eV or more and generate a current corresponding to the desired distribution in the multilayer cell.

@2の&a15+z第1の*a131C接Ml、て示さ
れている。電池15はGaO,l”no、6?Pの組成
で1.75 AVのエネルイパンドイヤツデを荷重゛る
ガリウム、インジウム、?よび瞬より構Fitすれてい
る。@2の電池15は第1の電池に格子整合し、好適な
1.75eV以上の光子エネルギな持つ可視ないしは近
赤外光を吸収できそして多層電池中のS望する分布に対
応した電流を発生できる。
@2's &a15+z first *a131C tangent Ml is shown. The battery 15 has a composition of GaO, 1", 6?P, and is made of gallium, indium, ?, and shunt, which is loaded with a 1.75 AV energy pump. The battery 15 in @2 is the first It can absorb visible or near-infrared light having a photon energy of preferably 1.75 eV or more, and can generate a current corresponding to the desired distribution of S in the multilayer battery.

第2の電池15の他の表面上に酸化インジウム錫ないし
は酸化アンチモン錫の透明伝導層16が何層している。
Several layers of transparent conductive layers 16 of indium tin oxide or antimony tin oxide are formed on the other surface of the second battery 15.

酸化インジウム錫Rよび酸化アンチモン錫の組成は二つ
の酸化物の混合管である。
The compositions of indium tin oxide R and antimony tin oxide are a mixture of the two oxides.

即ち、第1の組成では酸化インジウム(In2O,)酸
化錫(8n(12)そして第2の組成では酸化アンチ七
ン< sbo、 )と酸化錫である。それらの混合管は
二つの酸化物の任意の比で可能である力t、一般的に第
1の組成では酸化インジウムが80より90モルパーセ
ントであり第2の組成では酸化アンチモノが10より6
0モルパーセントである。それらの組成は便宜土工nt
aor< / 5no2ないしは8nO/sbo、の化
学式で示される。
That is, the first composition includes indium oxide (In2O,) tin oxide (8n(12)), and the second composition includes antiseptane oxide < sbo, ) and tin oxide. Their mixing tubes can be mixed with any ratio of the two oxides, typically 80 to 90 mole percent indium oxide in the first composition and 10 to 6 antimony oxide in the second composition.
0 mole percent. Their composition is expedient earthwork nt
It is represented by the chemical formula: aor</5no2 or 8nO/sbo.

11v4ないしはそれ以上のm&17が層16の外@t
R向に取り付けられる。電気伝導性−18および19が
各々wL極12および17に取り付けられる。透明反射
防止外側°表面WL覆20が表面層16および゛電極1
T上に施される。
11v4 or higher m&17 outside layer 16 @t
Installed in the R direction. Electrical conductors -18 and 19 are attached to wL poles 12 and 17, respectively. The transparent anti-reflection outer surface WL coating 20 covers the surface layer 16 and the electrode 1.
Applied on T.

第1図に示すよ5に、ここで集光レンズで示す集光器2
1が、電池上部のここで太陽として示した党派22から
の元を集める位置に置かれる・第2図は3層31.32
.33が基板11と伝導層16間に組み込まれている同
様な多層電池を示す。好適な形でのそれら31mの組成
は層31がパンrイヤツデ1.25 evの04o、B
BIno、 12 As、I曽32がバンドイヤツブ1
.508Vの”0.611”no、3、AJo、3P0
.5そして層33がバンドイヤツブ1.85eVのIn
0.150a0.SPである。
As shown in FIG.
1 is placed at the top of the battery in the position where it collects the source from party 22, shown here as the sun. Figure 2 shows three layers 31.32
.. 33 indicates a similar multilayer cell incorporated between the substrate 11 and the conductive layer 16. The composition of those 31m in a preferred form is that layer 31 is 04o, B of 1.25 ev.
BIno, 12 As, Iso 32 is band eartub 1
.. 508V “0.611”no, 3, AJo, 3P0
.. 5 and layer 33 is In with a band ear of 1.85 eV.
0.150a0. It is SP.

第2図の多層電池において、基板は35L6.8!lI
n+)、111Asと格子整合可能な格子構造を持つが
接合を含まず従って基板に入射ないしは通過する光子に
応答しない単結晶の単一元素ゲルマニウムが好適である
。rルマニウム基板の格子構造は希望の結晶格子贅会が
三層電池にわたり可能でありかつ希望の光起電(流が複
数の接合間に実質上等しく分配され送付の直列接続を可
能にするという点で上記組成の三層電池゛の構成に特に
適している。
In the multilayer battery shown in Figure 2, the substrate is 35L6.8! lI
Single-crystal, single-element germanium, which has a lattice structure that can be lattice-matched to n+) and 111As but does not include a junction and therefore does not respond to photons incident on or passing through the substrate, is preferred. The lattice structure of the rumanium substrate allows the desired crystal lattice structure to span the three-layer cell and allows the desired photovoltaic (current) to be distributed substantially equally between the multiple junctions, allowing for series connection. Therefore, it is particularly suitable for constructing a three-layer battery having the above composition.

層は基板11上に希望の厚さおよび組成を確立する方法
で金属有機化学蒸着過程により好適に付着される。
The layers are preferably deposited by a metal organic chemical vapor deposition process in a manner that establishes the desired thickness and composition on the substrate 11.

@2図の圧接合電池は第1図の二層接置電池より扁い太
陽エネルイ変換効率を専する(第4図番・ :( 照)。三層電池は10005unsの集光で501の理
論的変侠効率を持ち、一方二層電池は1000auns
で44優の理論的効率を持つ。
The pressure junction battery shown in Figure 2 has a lower solar energy conversion efficiency than the two-layered battery shown in Figure 1. It has high efficiency, while double layer battery is 1000auns
It has a theoretical efficiency of 44 excellent.

圧接合電池は第1図の電池に似ているが、第2の接合層
32と第3の接合層33の組成が明白でない点で異なっ
ている。それらの鳩はIn、Ga。
A pressure bond cell is similar to the cell of FIG. 1, except that the compositions of the second bond layer 32 and the third bond layer 33 are not obvious. Those pigeons are In, Ga.

Al、Pを含むように選択されており、従って同一の金
属有機化学蒸着システムが第1図の素子ないしは第2図
の素子のいずれかを準備する率−処理過程において使用
できる。組成は1チ以内の格子整合が三層全部に観測さ
れるように固有に選択される。ざらら、組成により決定
されるバンドイヤツブ位置により三を一全てに2いて等
しいvL流のれな観測できない楊会、三層電池の効率は
約10チ低下する。
Al, P are selected so that the same metal-organic chemical vapor deposition system can be used in the process steps to prepare either the device of FIG. 1 or the device of FIG. The compositions are uniquely chosen such that lattice matching within one inch is observed in all three layers. However, due to the position of the band ear determined by the composition, the efficiency of the three-layer cell is reduced by about 10 degrees, since the equal vL flow is unobservable.

第2図の第271* 32の組成、即ちoao、69I
nO,f(iA510.l5PO,I5は第1図のいず
れかの層を変形するこる とによっては得られず:、従って第1図の電池からは明
白でない。この組成はInGaAsP四元鉱物システム
のバンドイヤツブおよび結晶格子間隔データと同様上に
説明した太陽電池電流条件についての考察より得られる
Composition of No. 271*32 in FIG. 2, i.e. oao, 69I
nO,f(iA510.l5PO,I5 is not obtained by deforming any of the layers in Figure 1; therefore, it is not obvious from the cell in Figure 1. This composition is similar to that of the InGaAsP quaternary mineral system. The band ear and crystal lattice spacing data as well as the crystal lattice spacing data are obtained from the discussion of solar cell current conditions discussed above.

本発明のニないしは三層電池を構成する好適な万ffi
は例えばダルマニウムウェファのような単結晶基板より
出発することである。Jfルマニウムウエファ基板は次
の峯柄より光応答性接合を含有しない。第1に、機能釣
元応答接合を持つダルマニウムウェファの純Fjtk1
1 ppm以下の程度であり他方接合vhたないウェフ
ァはわずか1000 ppm以下の純度制御のみを必要
とするため接合を持つ基板は製作がより高価になるため
である。箒2に、ダルマニウムウェファ中のMk会は湿
度および空気實11i1cおけるゆらぎに最も敏感に影
響されるバンドイヤツブの光に応答するためである。r
ルマニウム基板の他の利点はデルマニウムはシリコンと
同様−元高半導体でありセしてりメン状に成長可Nヒで
ありそれにより低働格への寄与が得られる。
Suitable multilayer batteries constituting the two- or three-layer battery of the present invention
For example, starting from a single crystal substrate such as a dalmanium wafer. Jf rumanium wafer substrates do not contain photoresponsive junctions than the following. First, a pure Fjtk1 of dalmanium wafer with functional original response junction
This is because substrates with junctions are more expensive to fabricate since wafers without junctions vh on the order of 1 ppm or less require purity control of only 1000 ppm or less. In the broom 2, this is because the Mk group in the dalmanium wafer responds to the light of the band ear, which is most sensitively affected by humidity and fluctuations in the air quality. r
Another advantage of rumanium substrates is that dermanium, like silicon, is a high-density semiconductor and can be grown in the form of a thin film, thereby contributing to a low working capacity.

さらに、デルマニウムは上に挙げた層′13と15ない
しは31.32と33&C1チ以内で格子!1会し、従
ってここで提案する電池の効率が理論限界により接近す
るのを可能くしている。
Furthermore, dermanium is lattice within the above mentioned layers '13 and 15 or 31.32 and 33 & C1! 1, thus allowing the efficiency of the cell proposed here to approach the theoretical limit more closely.

ここに述べる電池の好適な形は、基板rルマニウム層の
犀さが200と600ばクロア間で250ミクロンが好
適である。犀さの下限は基板の伝導特性を確立でる動作
条件および多層電池の基部としての働きにおける基板の
物理的l1g1iの両省より決定される。基板寸法の上
限はより辱い基板は作成がより高価でありかつ高価な材
料をより多層に含有しているという王Vcl済的な点に
ある。
The preferred form of the cell described herein is such that the thickness of the rumanium layer on the substrate is between 200 and 600 microns, preferably 250 microns. The lower limit of stiffness is determined by both the operating conditions that establish the conductive properties of the substrate and the physical characteristics of the substrate in its role as the base of a multilayer cell. The upper limit on substrate size is due to the fact that substrates are more expensive to make and contain more layers of expensive materials.

大きな基板領域上への連続的■−■合金層付麿を可能に
する成長法を提案する。この型の付層はり、M、Pra
as、らにより1978年12月5日付出願米国特許第
4,128.735号に記述されており周知である。第
6図はその方法での成長室をボし低圧金属胃機化学蒸着
(MO−CVD )と呼ばnる。
We propose a growth method that enables the continuous deposition of ■-■ alloy layers on large substrate areas. This type of layered beam, M, Pra
As, et al., U.S. Pat. No. 4,128,735, filed December 5, 1978, is well known. FIG. 6 shows a growth chamber for this method, called low pressure metallurgical chemical vapor deposition (MO-CVD).

この方法では、6アルキルガリウム%6アルキルインジ
ウムないしはそれらの混曾物とホスフィン、アルシンな
いしはそれらの混会物を熱分解室VCC大入る。それら
の化付物はデルマニウム基板上で反応し必要とするIn
()aAaないしはInGaP台金を形Ga (1−x
 ) I nxA8+副童物であり、ここでXは0と1
の間の値を持つ。
In this method, 6 alkyl gallium% 6 alkyl indium or a mixture thereof and phosphine, arsine or a mixture thereof are introduced into a thermal decomposition chamber VCC. These adducts react on the Delmanium substrate and the necessary In
()aAa or InGaP base metal is Ga (1-x
) I nxA8+auxiliary children, where X is 0 and 1
has a value between .

生成物はrルマニウム基板上に付着した半導体薄膜であ
る。
The product is a semiconductor thin film deposited on a rumanium substrate.

半導体は2アルキル亜鉛、2アルキルカドミウムないし
は2アルキルベリリウム6メテラミン蒸気を加えること
によりP型にドープされそして懺化水X、4アルキル錫
ないしは2アルキルテルル蒸気を加えることによりn型
にドープされる。規定の組成の全ての■−■会金層をプ
ログラム可能ガス流菫制御器な用いて順次成長させる。
The semiconductor is doped P-type by adding 2-alkylzinc, 2-alkylcadmium or 2-alkylberyllium 6-metelamine vapor and doped N-type by adding phosphoric acid X, 4-alkyltin or 2-alkyltellurium vapor. All ■−■ metal layers of defined composition are grown sequentially using a programmable gas flow controller.

第1図の電池の製造において、ヘテロ界mc短絡トンネ
ル接合を設けることにより格子!ii:台ホモ僧合電池
を共に積層することを提案する。P生型のドーパントを
持つrルマニウム基板より出発し1、′」 1池の次の層?t”ao、!Ill”nO,12Aa”
の合金組成が好適であるガリウムインジウム砒素のp+
十型vエピタキシャル付着により形成する。この半導体
層の付着過程において、ドーパント濃度を減少しP型層
を生成し、最終的にドーパントを変えP / n接合を
生成しそし″Cn型層へ1良する。連続付層により第1
層のFj#さが増しそして終了位置では第1層の境界で
n生麺な生成するようなドーパント濃度で付着される。
In manufacturing the battery shown in Figure 1, by providing a heterofield mc short circuit tunnel junction, the lattice! ii: It is proposed to stack homolytic cells together. Starting from a rumanium substrate with a P-type dopant, the next layer of 1,' 1 pond? t”ao,!Ill”nO,12Aa”
p+ of gallium indium arsenide with a suitable alloy composition of
Formed by ten-shaped v epitaxial deposition. During the deposition process of this semiconductor layer, the dopant concentration is reduced to produce a P-type layer, and finally the dopant is changed to produce a P/n junction and then to a "Cn-type layer."
The Fj# of the layer increases and at the end position it is deposited with a dopant concentration such that a noodle is formed at the boundary of the first layer.

第2の半導体層はその恢最初に界面にP十層を生成する
ドーパント材料および濃度で第11−の外側表面上にエ
ピタキシャル付着される。第2の半導体層はIno、δ
’FG”Q−4IPの好適な合金組成を持つインジウム
ガリウム燐材料である。この半導体層の付着過程におい
て、ドーパン)[1iY減少しP型層を生成し、最終的
にドーパントが変えられP / n接合が得られnfM
+−へ転換する。連続付層により@2層の厚さが増し、
ドーパント組成が変化し第2層の境界でn生麺が生成す
る。
A second semiconductor layer is then epitaxially deposited on the outer surface of the eleventh layer with a dopant material and concentration that initially produces a P layer at the interface. The second semiconductor layer is Ino, δ
'FG'Q-4IP is an indium gallium phosphide material with a suitable alloy composition. During the deposition process of this semiconductor layer, the dopant)[1iY decreases to form a P-type layer, and finally the dopant is changed to P/ n junction is obtained nfM
Convert to +-. Continuous layering increases the thickness of @2 layers,
The dopant composition changes and n-raw noodles are generated at the boundary of the second layer.

その後外側伝導層、、、、、p1第2層の外011I表
面上に付着され二層光電池が完了する。伝導層は同様に
反射防止被蝋が成される。伝導−は従来ITOと略され
ている酸化インジウム錫の合金組成(In2O3/8n
o2 )Y:有することが好適である。
Then an outer conductive layer, . The conductive layer is likewise provided with an antireflection coating. Conductivity is the alloy composition of indium tin oxide (In2O3/8n, conventionally abbreviated as ITO).
o2) Y: It is suitable to have.

光電池を完成するために、一対の導体を基板とITO層
の各外側表面に1つ取り付ける。
To complete the photovoltaic cell, a pair of conductors is attached, one on each outer surface of the substrate and ITO layer.

第2図の電池の製造において、基板が第1図の電池に関
して記述したように生成され、その後”0.88In0
.1□A8の格子整合した組成の第1層が工ぎタキシャ
ル付着され、その後軸。、 69工nO−31A80.
l5PO,I5の第2層が、そのWk ”no、8Ga
o、lsPの第6層、そしてその後反射防止被覆してい
ない外側伝導層が付Nされる。この三層電池において、
各層はその組成が制御され希望の格子整合が得られ。
In manufacturing the cell of FIG. 2, a substrate is produced as described for the cell of FIG. 1, and then "0.88In0
.. A first layer of lattice-matched composition of 1□A8 is then deposited axially. , 69 Engineering nO-31A80.
The second layer of l5PO, I5 is its Wk ”no, 8Ga
o, the sixth layer of lsP, and then the outer conductive layer without anti-reflection coating is applied. In this three-layer battery,
The composition of each layer is controlled to obtain the desired lattice matching.

同時に本質的に同一のゼロ電圧光起電電流を発生し^効
率マルチ壁付光起電太陽電池が得られる。
At the same time, essentially the same zero-voltage photovoltaic current is generated, resulting in an efficient multi-walled photovoltaic solar cell.

各層は光応答P / nホモ接合V有しそして各々は七
の@横上部と下部に層な持つトンネル短絡ヘテ子贅台し
ていることに注目すべきである。さらに、電池間のへテ
ロ界面にトンネル接合を有する。この構成方法ン用いて
、より有効なトンネル接合が得られる。障壁を通過する
トンネル電流の大ぎさは障壁の幅と同様高さに依存する
ので、トンネル接合なヘテロ界面に設けることによりヘ
テロ界面を有するより低いパンrイヤッデ材料の高さに
叫しい障壁高さが得られる。
It should be noted that each layer has a photoresponsive P/n homojunction V and each has seven lateral top and bottom layers with tunnel shorting heterojunctions. Furthermore, it has a tunnel junction at the heterointerface between the cells. Using this construction method, a more effective tunnel junction is obtained. Since the magnitude of the tunneling current passing through a barrier depends on the height as well as the width of the barrier, by providing it at a heterointerface such as a tunnel junction, it is possible to increase the barrier height to a lower height than that of a material with a heterointerface. is obtained.

上に述べた多層光電池では、第1層は1.25 evそ
して第2層は1.75 svのバンドイヤツブを待つ。
In the multilayer photovoltaic cell described above, the first layer has a band ear of 1.25 ev and the second layer has a band ear of 1.75 sv.

ここで述べたホモ壁付儒成では、トンネル障壁高さは1
.25eVである。
In the homo-walled Confucian construction described here, the tunnel barrier height is 1
.. It is 25 eV.

ここで述べた好適な実施例では、各付着半導体層の厚り
は2から6ミクロンであり約4ミクロンが好適である。
In the preferred embodiment described herein, each deposited semiconductor layer has a thickness of 2 to 6 microns, with about 4 microns being preferred.

ホモ接合電池に対する低バンドイヤツブ側の高トープト
ンネル接置層は多量の元を吸収しないように充分薄く、
即ち100 DA以下でなければならない。その基準は
達成困m−ではない、というのはマルチ壁付電池で興味
のある領域である半導体のバンドイヤツブ近傍でわずか
に商い領域で吸収長がより長いからである。この層は児
童に空乏にならないように充分厚く、即ち1o。
The high tope tunnel contact layer on the low band ear side for homojunction cells is thin enough so as not to absorb large amounts of material.
That is, it must be 100 DA or less. That criterion is not difficult to meet because the absorption length is longer in the slightly smaller region near the semiconductor band ear, which is an area of interest in multi-walled batteries. This layer is thick enough not to be depleted by the child, i.e. 1o.

A以上でなければならない。Must be A or higher.

本発明の光電池の層を付着する装置の形を第6図に示す
。装置を熱分解化学蒸着システムの概略ダイアグラム形
で1示す。システムは一般的に点−60内に限定された
室61を包含する。室はボンデ62により排気され室内
の真空が得られる。
The configuration of the apparatus for depositing the layers of the photovoltaic cell of the present invention is shown in FIG. The apparatus is shown in schematic diagram form 1 for a pyrolytic chemical vapor deposition system. The system generally includes a chamber 61 confined within point -60. The chamber is evacuated by a bonder 62 to obtain a vacuum inside the chamber.

基板保持板63が室内で加熱素子64に近接して取り付
けられている。電力が電源65より制、膨脂66を通り
加熱素子に供給される。熱電対6Tが室61内の温度を
感知する。
A substrate holding plate 63 is mounted indoors adjacent to the heating element 64. Electric power is supplied from a power source 65 to the heating element through the expanded fat 66. A thermocouple 6T senses the temperature inside the chamber 61.

気体状の金属有機材料が入口#I*6Bを通して室61
に供給される。第2の入口−路69は気体状で水化g 
(hydride )材料を呈61に供給する。
Gaseous metal-organic material enters chamber 61 through inlet #I*6B.
supplied to The second inlet-path 69 is gaseous and hydrated.
(hydride) material is supplied to the display 61.

檀々の気体は室内の温度と圧力で反応し希望の型のドー
パントヲ持つ希望の半導体合金組成を付着し格子U曾し
た光電池のエピタキシャル成長を生成する。化学蒸着過
程は米13i1特許第4,128.733号およびJo
urnal of Vacuum8cienca Te
chnology 。
The various gases react at room temperature and pressure to deposit the desired semiconductor alloy composition with the desired type of dopant, producing the epitaxial growth of a photovoltaic cell with a lattice structure. The chemical vapor deposition process is described in US 13i1 Patent No. 4,128.733 and Jo
Urnal of Vacuum8cienca Te
Chnology.

@15巻、41.1978年1カレ2月号119−12
2頁に記述されている。
@Volume 15, 41. 1978 1 Kare February issue 119-12
It is described on page 2.

多層光電池の各層が付着された後、伝導材料の透明層が
付着される。透明伝導F−σ)好適な形&1酸化インジ
ウム錫であるが、酸化アンチモン錫σ)ような他の組付
せ材料が層が伝導性を持ちa一つ電池の活性層に入射す
る元エネルイに対し透明である条件を満足して付着可能
である。
After each layer of the multilayer photovoltaic cell is deposited, a transparent layer of conductive material is deposited. Transparent conductivity (F-σ) is the preferred form & indium tin oxide, but other fabrication materials such as antimony tin oxide (σ) may be used to make the layer conductive and reduce the source energy incident on the active layer of the cell. On the other hand, it can be attached as long as it satisfies the condition of being transparent.

多層電池の透明伝導層は0.2より2.0ミクロンの厚
さが好適で約1ばクロンが最も−ましく・0外111伝
導層の厚さに対する下限はそσ)動作特性により決定さ
れ、−万上限を工材料の鮭済性と付層費用に基づく。
The transparent conductive layer of the multilayer battery preferably has a thickness of 0.2 to 2.0 microns, most preferably about 1 bar.The lower limit for the thickness of the conductive layer is determined by the operating characteristics. , - 10,000 upper limit is based on the material quality and additional cost.

好適な形では、透明反射防止外側e、1110仮横20
が伝導階上に加えられる。この反射防止層により元エネ
ルイの反射による損失が減少し、従って電池の効率が増
大する。この被蝋材′I#+は酸化シ1ノコン、酸化タ
ンタルないい1酸化チタンσ)ような材料より選択する
In a preferred form, transparent anti-reflective outer e, 1110 temporary side 20
is added above the conduction floor. This antireflection layer reduces losses due to reflection of source energy, thus increasing cell efficiency. The material to be brazed 'I#+ is selected from materials such as silicon oxide, tantalum oxide, and titanium monooxide (σ).

多層電池の各層はその隣接)―に対し±1.0チσ)へ 最大格子定数変動で椅子整合して0る。こσ)贅台は重
要である。というのは、低(〜格子腎曾な0シは無整会
では電池システムの結晶性力;低下し、島密度結晶転位
を持つ構造を形成し、最悪の場合粒界をも形成する。そ
れらの転位は光発生電荷坦体の再結合位置となり、従っ
て発生する電流量を減少する。それらの転位はさらに開
放回路電圧を減少する短絡電流を発生する。
Each layer of a multilayer battery is chair-matched to its neighbors () - ±1.0 cm (σ) with a maximum lattice constant variation. This σ) luxury is important. This is because the crystallinity of the battery system decreases when the lattice is unaligned, forming a structure with island density crystal dislocations, and in the worst case, even forming grain boundaries. The dislocations provide recombination sites for photogenerated charge carriers, thus reducing the amount of current generated.These dislocations generate short circuit currents that further reduce the open circuit voltage.

格子整合は組成の適当な選択および異なる層における材
料の相対量により達成される。温度の特殊制御な持つ成
長法が高品質、単結晶層を形成するのに重要である。
Lattice matching is achieved by appropriate selection of composition and relative amounts of materials in the different layers. A growth method with special control of temperature is important to form high-quality, single-crystal layers.

デルマニウム基板上に付着した好適な多層電池j−は全
て5.66 Aのデルマニウム格子定数に±1.0優以
内で裕子斃合している。
The preferred multilayer cells deposited on derma substrates all conform to the derma lattice constant of 5.66 A to within ±1.0.

第6図の電流対電圧曲線において、幾つかの異なる光電
池の性能が示されている。曲線は一端において実質上ゼ
ロ電流において発生する最大電圧を示し、他端において
実質上ゼロ電圧ないしは1短絡回路”条件において発生
する最大電流を示す。電池Aとした単一電池の好適な動
作は最大電力点ないしは点43のような電流1141と
電圧線42が最大になる性能曲縁に沿った場所である。
In the current vs. voltage curve of FIG. 6, the performance of several different photovoltaic cells is shown. The curve shows at one end the maximum voltage produced at substantially zero current and at the other end the maximum current produced at substantially zero voltage or one short circuit" condition. The preferred operation of a single cell, designated as cell A, is at maximum The power point or point 43 is the location along the performance curve where the current 1141 and voltage line 42 are at a maximum.

ここで述べた多層電池では、直列相互接続より各分離層
より発生する電流が実質上等しいことが要求される。こ
の条件より最大動車を持つマルチ接合電池の最適設計よ
り積層中の電池は実質上同一の短絡回路電流を発生する
ことが要求される。第6図は電池A、B、Cに対する性
能曲縁ヲ示すことによりこの点を示している。
The multilayer cells described herein require that the currents generated by each separation layer be substantially equal due to the series interconnections. This condition requires that the optimal design of a multi-junction battery with maximum displacement requires that the batteries in the stack generate substantially the same short circuit current. FIG. 6 illustrates this point by showing the performance curves for batteries A, B, and C.

前記の事より、性能曲線人を持つ電池と性能曲線Bg持
つ電池を有する多層セルは直列加算におい【二つの曲線
が父叉する点44における電流レベルで動作する。同様
な観点より、性罷曲−BとCY持つ電池は点45におい
て曲−が同−電流な持つ電流レベルで最も効率が艮い。
From the foregoing, it can be seen that a multilayer cell having a battery with performance curve 1 and a battery with performance curve Bg operates at the current level at the point 44 where the two curves intersect in series addition. From a similar point of view, batteries with curves B and CY have the highest efficiency at point 45 at the current level where curves have the same current.

この図において、電池BとCより成るマルチ接合電池は
電池AとBより成る電池より高性能である。〔参照文献
=8o1ar lnergy 、第22巻、686頁、
1979年〕 第4図は効率を高める努力における多層電池の電池数の
増加の限界を示す。”第16回IEEE元電池専門ば会
議−1978”A、Bennettとり、L。
In this figure, the multi-junction battery made up of cells B and C has higher performance than the cell made up of cells A and B. [Reference: 8o1ar energy, Vol. 22, p. 686,
1979] Figure 4 shows the limits of increasing the number of cells in multilayer batteries in an effort to increase efficiency. “16th IEEE Battery Conference-1978” A., Bennett, L.

01sq=により868頁に、6活性接会の多層電池に
おいて10005unsに対し約60係の最大効4に示
すことが述べられ【いる。
It is stated on page 868 by 01sq= that a multilayer battery with 6 active junctions exhibits a maximum efficiency of about 60 coefficients for 10005 ns.

本発明に従って構成され・た多層電池に対し、1つがI
nGaPの1,813Vそして他方がGaInA3の1
.2eVである二接合を有する多層構造は約40俤の理
論効率Vaし、そしてGe 、’ GaInAsとIn
GaP層は1s以内で格子整合するので実用上の効率は
理論的限界に近ずくことが期待できる。
For a multilayer battery constructed according to the invention, one
1,813V of nGaP and the other is 1 of GaInA3
.. A multilayer structure with two junctions at 2 eV has a theoretical efficiency Va of about 40 t, and Ge, 'GaInAs and In
Since the GaP layer is lattice matched within 1 s, it can be expected that the practical efficiency will approach the theoretical limit.

嘱5図は太陽のスペクトル表放射照[8波長と元子エネ
ルイに対しての曲線であり、可視より赤外領域の波長を
含む太陽スペクトル領域を示している。本発明の光電池
では、各電池を太陽スペクトルより最大エネルギが利用
できる波長で動作させるのが好ましい。太陽の波長スペ
クトルは約0.6より2.51クロンにわたり約0.4
5 tクロンに最大値を持つ。太陽光の光子エネルギは
4.0よ、、、、:′・ す0.65 evにわたり2.5eVKi大エネルイを
持つ。第5図の曲線は1の空気質量に対し太陽が天J)
kKある時のスペクトル入射量を示す。
Figure 5 is a curve for the solar spectral table irradiation [8 wavelengths and element energy], and shows the solar spectral region that includes wavelengths in the infrared region from the visible. In the photovoltaic cells of the present invention, each cell is preferably operated at a wavelength in the solar spectrum where maximum energy is available. The wavelength spectrum of the sun ranges from about 0.6 to 2.51 Cron and about 0.4
It has a maximum value at 5 tchrons. The photon energy of sunlight is 4.0...:'. It has a large energy of 2.5eVKi over 0.65 ev. The curve in Figure 5 shows that the sun is in the sky for 1 mass of air)
It shows the spectral incident amount when kK is given.

第1図および第2図の棟々の層に用いられている元素は
周期律表のIiAとVA族に全て見い出され1本発明に
従って好適な使用が成されている。
The elements used in the ridged layers of FIGS. 1 and 2 are all found in groups IiA and VA of the periodic table and are preferably used in accordance with the present invention.

しかし、付随の特許請求の範囲で画定される本発明に従
って他の半導体材料も使用可能である。例えば、Cd8
およびCdTeのようなnBおよびVIA族中の元素よ
り成る化合物も使用できる。同様に、CuIn8のよう
なIB−11IA−VIA化合物なイシは8に代って8
8ないしtXInに代ってGa Y用いたそれらの変形
も可能である。同様にZn8nPのような11B−■A
−■A化曾物も可能である。同僚に。
However, other semiconductor materials can also be used in accordance with the invention as defined in the accompanying claims. For example, Cd8
Compounds of elements in groups nB and VIA, such as and CdTe, can also be used. Similarly, IB-11IA-VIA compounds such as CuIn8 have 8 instead of 8.
Variations thereof using GaY instead of 8 or tXIn are also possible. Similarly, 11B-■A like Zn8nP
-■A compound is also possible. To a colleague.

他のmA−■A化@物も前に述べた最も好適な111A
−VA化合物の代りに使用できる。
Other mA-■A @ products are also the most suitable 111A mentioned above.
-Can be used in place of VA compounds.

本発明のある好適な夾m例を間離に述べたが、本発明は
それらに駆足するものではな(、鋤東省には多くの変形
が容易に明らかでありそして本発明は付随の特許請求の
範囲内で最も広い可能な鱗・、゛、。
While certain preferred embodiments of the invention have been described above, it is not intended that the invention be limited thereto (many variations are readily apparent to Vodong, and the invention is not intended to be construed as exhaustive). The widest possible scale within the scope of the claims.

釈が得られなければならないことは理解されるであろう
It will be understood that an explanation must be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

@1図は本発明に従った二接合電池、 第2図は本発明に従った三接合電池。 第3図は幾つかの光電池に対する電流対電圧白組 第4図は太陽電池効率対積層電池数。 第5図は太陽のスペクトル照射量対波長および光子エネ
ルギ、そして @6図は本発明の光電池を製造する成長室の概略的ダイ
アグラム’に示Y・ 11・・・rルマニウム基板 12・・・電極表面13
・・・半導体電池 17・・・電極20・・・透明反射
防止外側表面量覆 代理人 浅 村   皓 外4名 手続補正書(賎) 昭和57年4月30日 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和57年特許願第55991  号 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住  所 氏 名     シェブロン リサーチ コンパニー(
名 称) 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和  年  月  日 6、補IFにより増加する発明の散 出特許請求の範囲第8、Qζ14〜7.10項を夫れ夫
れ新特許請求の範囲第4〜10項とし、別紙の如く訂正
する。 r2、特許請求の範囲 +1)  集光素子を用いて使用する高効率、マルチ接
合光起電太陽電池におい【、 (a)  内部に、]応答接合を持たない1簾五μ単一
元素基板!、太陽工領域に応答する ()ao、ss”0.111Aa半導体材料に±1%以
内で格子整合可能な」虹躬jL区ユ1、 (b)  前記基板上に付着し工格子整合し、1−25
 eVの半導体パンドイヤツデを持翫LG5L(141
8rn0.1 gAa組成を有しそして第1の波長で太
陽エエネルイを吸収 る 導体 料の第1の均質層と、 (C)  前記第1曳!層上KM整合して付着され1−
5eVの半導体パンドイヤツデを持つGa0.69In
OJIAa0.8PO,!lの組成を有しそして第2の
波長で太陽1エネルヤを吸収tz  ’E体」L五−の
第2の均質層と、 (d)  前記第2均質層りに格享−合し1付着され1
−85evの芝爽焦バンドイヤツゾを持つ約In(1,
5Ga04Pの組成を有しそして第3の波長で五五ヱエ
ネルイを吸収する半導体材料の第3の(e)  前記第
1、第2および第3の層の各々は前記単結晶基板と±1
96以内で実質的に同一格子定数を持ち、 (f)  前記第1、第2および第3Ω層Q各々は光に
応答するP / nホモ接合を包含しそして各層はその
直接上部および下部層に関してトンネル短絡ヘテp接合
を有し、 (g)  前記第1、第2および第3!2層Q各々往実
質的に他の層と同一のゼロ電圧光発生電流を本質的に発
生することを特徴とする光起電太陽電池。 (2、特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池にお
いて、前記基板層がゲルマニウムであることを特徴とす
る光起電太陽電池。 (3)特許請求の範囲第□、1項記載の光起電太陽型1
い゛・、 池において、最後に付着した半導体層上に付着された酸
化インジウム錫の外側表面層を付加することを特徴とす
る光起電太陽電池。 (4)特許請求の範囲第3゛項記載の光起電太陽電池に
おいて、前記外側表面層が0.2より2.0ミクロン間
の厚さを有することを特徴とする光起電太陽電池っ A有することを特徴とする光起電太陽電池。 (6)  特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池
において、基板層が200と300ミク四ン間の厚さを
有することを特徴とする光起電太陽電池。 (71特許請求の範囲第6項記載の光起電太陽電池にお
いて、基板層が約250ミクロンの厚さを有することを
特徴とする光起電太陽電池。 (6)特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池にお
いて、前記付着半導体層の各々が2より6ミクロン間の
厚さを有することを特徴とする光起電太陽電池。 (9)  特許請求の範囲第8項記載の光起電太陽電池
において、前記付着半導体層の各々が約4ミクpンの厚
さを有することを特徴とする光起電太陽電池。 (II  特許請求の範囲第1項記載の光電池において
、5.661−からの眉間の格子定数最大変動が±1.
0饅であることを特徴とする光電池。」手続補正書(方
式) 昭和69′年q月22日 特許庁長官に 1、事件の表示 昭和67年特許願第 eりq91 号 2、発明の名称 多澹盛喀沙 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 5、補正命令の日付    − 昭和Sり年す月 η日 6、 Th1i庇よ9.ヵ。オ、えm−7、補正の対象
@Figure 1 is a two-junction battery according to the present invention, and Figure 2 is a three-junction battery according to the present invention. Figure 3 shows current versus voltage for several photovoltaic cells; Figure 4 shows solar cell efficiency versus number of stacked cells. Figure 5 shows the solar spectral irradiance versus wavelength and photon energy, and Figure 6 shows a schematic diagram of a growth chamber for manufacturing photovoltaic cells of the invention. surface 13
...Semiconductor battery 17...Electrode 20...Transparent anti-reflection outer surface coating Agent Asamura Kogai 4 persons Procedural amendment (Jiji) April 30, 1981 To the Commissioner of the Japan Patent Office 1, of the case Indication Patent Application No. 55991 of 1981 3, Relationship with the amended party case Patent applicant Address Name Chevron Research Company (
Name) 4. Agent 5, date of amendment order, month, day, 6, 1939, claim No. 8 of the scattered patent claim of the invention increased by supplementary IF, Qζ14 to 7.10 as a new patent claim. The range is 4 to 10, and the corrections are made as shown in the attached sheet. r2, claims +1) In a high efficiency, multi-junction photovoltaic solar cell used with a condensing element, (a) a 1-screen, 5-μ, single-element substrate with no responsive junction inside! , responsive to the solar region ()ao,ss"0.111Aa semiconductor material capable of lattice matching within ±1%" (b) attached on the substrate and lattice matched to the semiconductor material; 1-25
LG5L (141
(C) a first homogeneous layer of a conductive material having a composition of 8rn0.1 gAa and absorbing solar energy at a first wavelength; Deposited with KM alignment on the layer 1-
Ga0.69In with 5eV semiconductor pandograph
OJIAa0.8PO,! (d) a second homogeneous layer of an 'E-body' having a composition of 1 and absorbing solar energy at a second wavelength; 1
- About In(1,
a third (e) of a semiconductor material having a composition of 5Ga04P and absorbing 55E energy at a third wavelength; each of said first, second and third layers being within ±1 of said single crystal substrate;
(f) said first, second and third Ω layers Q each contain a photoresponsive P/n homojunction and each layer has substantially the same lattice constant within 96 and (g) each of said first, second and third!2 layers Q generates essentially the same zero voltage photogenerated current as the other layers; and photovoltaic solar cells. (2. The photovoltaic solar cell according to claim 1, wherein the substrate layer is made of germanium. (3) Claim □, according to claim 1. photovoltaic solar type 1
A photovoltaic solar cell characterized by the addition of an outer surface layer of indium tin oxide deposited on the last deposited semiconductor layer in the cell. (4) A photovoltaic solar cell according to claim 3, characterized in that the outer surface layer has a thickness between 0.2 and 2.0 microns. A photovoltaic solar cell characterized by having A. (6) A photovoltaic solar cell according to claim 1, characterized in that the substrate layer has a thickness between 200 and 300 micrometers. (71) A photovoltaic solar cell according to claim 6, characterized in that the substrate layer has a thickness of about 250 microns. (6) Claim 1 9. The photovoltaic solar cell of claim 8, wherein each of the deposited semiconductor layers has a thickness of between 2 and 6 microns. 5. A photovoltaic solar cell, wherein each of the deposited semiconductor layers has a thickness of about 4 microns. The maximum variation of the lattice constant between the eyebrows from 661- is ±1.
A photovoltaic cell characterized in that it is 0 rice. ” Procedural amendment (method) to the Commissioner of the Patent Office on 22nd Q. 1988 1. Indication of the case 1988 Patent Application No. eriq91 2. Name of the invention Tazan Morikasa 3. Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant 4, agent 5, date of amendment order - 6th day of the month of 1933, Th1i Eiyo 9. Ka. E, m-7, subject of correction

Claims (1)

【特許請求の範囲】 +1)  集光素子な用いて使用する高効率、マルチ接
台光起電太陽電池において。 ml 単結晶で、内部に太陽エネルイ応答接曾を持たな
い単−元素基板を有し、前記基板が太陽スペクトル領1
1!に応答するGao、8BIno、12Aa半導体材
料に±1s以内で格子整合可能であり、(b)  前記
基板上に付層した半導体材料の第1の均′jL鳩を有し
、格子は基板に贅合し、1.25eVの牛尋体パンドイ
ヤツデを持つG5LO,IBIInO812A8m成を
有しそして第1の波長で太陽スペクトルエネルギを吸収
し、 (CI  前記第1層格子上に前記第1均質層に整合し
て付着された半導体材料の第2の均質層を有し、それか
1.5evのバンドイヤツブを持つ()a□、a9In
+1.59Aa0.5P0.5 の組成を有しそして第
2の波長で太陽スペクトルエネルギを吸収し。 (dl  前記第2均質層に格子![!会し前記第2層
EK付Nされた半導体材料の第3均質ノーを有し、それ
か1.85 evのバンドイヤツブを持つ約Ino、5
G&□、5Pの組成を!し、そして第6の波長で太陽ス
ペクトルエネルギを吸収し、 (el  前記第1.第2および第3 Inの各々は前
記単結晶基板と1196以内で本質的に同−裕子定叙を
持ち。 (f)  前記箒1.第2および第3層各々は太陽エネ
ルギに応答するP/nホモ接曾を包宮しヤして各層は七
の直接上部8よび下mrtirにトンネル、蝮絡へテロ
接置を有し、 (gl  前記第1.第2Rよびm6盾は各々他の鳩と
同一のゼロ電圧太陽エネルイ発生蒐流を本質的に発住す
ることを特徴とする光起電太陽電a。 (2)脣jFF−求の範囲第1狽肥械の光起電太陽電池
KNいて、前記基&l−がゲルマニウムであることを特
徴とする光起電太陽電池。 (3)特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池に8
いて、最後に付層した半導体層上に酸化インジウ五錫の
外@表面層を付加することを特徴とするf起電太陽電池
。 (4)特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池にお
いて、基板層が200と300イクロy間の厚さを有す
ることを%徴とする光起電太陽電池。 (5)%許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池KN
いて、基板層が約250ンクロyの厚さを有することを
特徴とする光起電太陽電池。 16)  特許請求の範囲w41項記載の光起電太陽電
池にgいて、前記付着半導体層の各々が2より6ミクロ
ン間の厚さを有することを特徴とする光起電太陽電池。 (7)特許請求の範囲第1項記載の光起電太陽電池に−
Mいて、前記付着半導体層の各々が約4ミクロンの厚さ
を有することを特徴とする光起電太陽電池。 (81時軒請求の範囲第3項記載の光起電太陽電池にお
いて、前記外1li1表面階がO6りより2.0ミクロ
y間の厚さを有することを特徴とする光起電太陽電池。 +9)  49許訪求の範囲第33J4記載の光起電太
陽電池におい【、前記外側表面層が約1ミクロンの犀を
有することを特徴とする光起電太陽電池。 III  特許請求の範囲第1項記載の光電池において
、5.66Aからの層間の格子定数最大変動が±1.0
優であることを特徴とする光電池。
[Claims] +1) In a high-efficiency, multi-mount photovoltaic solar cell using a light concentrator. ml is a single crystal having a single-element substrate having no internal solar energy response contact, and said substrate is in the solar spectral region 1.
1! (b) having a first uniform layer of semiconductor material deposited on the substrate, the lattice being a luxury on the substrate; G5LO, IBIInO812A8m composition with 1.25 eV of 1.25 eV and absorbing solar spectral energy at a first wavelength; ()a□, a9In with a second homogeneous layer of semiconductor material deposited by
+1.59Aa0.5P0.5 and absorbs solar spectral energy at a second wavelength. (dl) The second homogeneous layer has a third homogeneous material of semi-conductor material with a lattice!
G&□, composition of 5P! and absorbs solar spectral energy at a sixth wavelength, (el) each of the first, second and third In has essentially the same - Yuko definition within 1196 as the single crystal substrate. f) Said broom 1. The second and third layers each enclose a P/n homocontact responsive to solar energy, and each layer has a tunnel to the direct upper part 8 and the lower mrtir of the 7, and a p/n heterocontact. (gl A photovoltaic solar cell a, characterized in that said first, second, R and m6 shields each emit essentially the same zero-voltage solar energy generation current as the other pigeons. (2) A photovoltaic solar cell KN of the first FF-required range, characterized in that the group &l- is germanium. (3) Claims No. 8 to the photovoltaic solar cell described in item 1.
1. An f-electromotive solar cell characterized in that an outer surface layer of indium pentatin oxide is added on the last layered semiconductor layer. (4) A photovoltaic solar cell according to claim 1, characterized in that the substrate layer has a thickness between 200 and 300 microys. (5) % photovoltaic solar cell KN according to claim 1
A photovoltaic solar cell characterized in that the substrate layer has a thickness of about 250 inches. 16) A photovoltaic solar cell according to claim 41, characterized in that each of the deposited semiconductor layers has a thickness of between 2 and 6 microns. (7) In the photovoltaic solar cell according to claim 1-
M. A photovoltaic solar cell characterized in that each of the deposited semiconductor layers has a thickness of about 4 microns. (81 o'clock eave) The photovoltaic solar cell according to claim 3, characterized in that the outer surface layer has a thickness of 2.0 microy from O6. +9) The photovoltaic solar cell according to No. 33J4, wherein the outer surface layer has a grain size of about 1 micron. III. In the photovoltaic cell according to claim 1, the maximum variation in lattice constant between layers from 5.66 A is ±1.0.
A photovoltaic cell characterized by excellent properties.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51132793A (en) * 1975-02-27 1976-11-18 Varian Associates Solar battery using opposite electroconductive laminate
JPS56112764A (en) * 1979-12-31 1981-09-05 Chevron Res Multiilayer photoelectric solar cell

Patent Citations (2)

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