JPS5821434B2 - タイヨウデンチ - Google Patents

タイヨウデンチ

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JPS5821434B2
JPS5821434B2 JP49109716A JP10971674A JPS5821434B2 JP S5821434 B2 JPS5821434 B2 JP S5821434B2 JP 49109716 A JP49109716 A JP 49109716A JP 10971674 A JP10971674 A JP 10971674A JP S5821434 B2 JPS5821434 B2 JP S5821434B2
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JP
Japan
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light
junction
solar cell
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JP49109716A
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松下孟史
真峯隆義
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Sony Corp
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Sony 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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、変換効率の高い太陽電池に係わる。
太陽電池は、一般に第1図に示す如く、例えばN形のシ
リコン半導体基体1の表面に拡散法によるP形の半導体
層2が形成されてPNN接合が形成され、夫々基体1と
半導体層2よりオーミック接触された電極3及び4が導
出される。
そして受光面より光5が照射されると基体1及び半導体
層2内に電子と正孔の対が発生し、PN接合近傍の内部
電界によって電子はN領域に、正孔はP領域に分離され
PN接合の両端従って電極3及び4間に光起電力が発生
するようになされる。
このような太陽電池においてはそのエネルギーの変換効
率が低い。
例えば上側の如くシリコンのPN接合を使う太陽電池の
場合には、変換効率が約12%程度である。
太陽電池の変換効率は主として表面再結合によるキャリ
ア(電子・正孔)の損失により理論値の変換効率に達し
ない。
即ち、物質に光が照射された場合、表面より内部への光
の吸収割合g(x)はg (x) dx−αN e ”
−(tXdx ・−”−(1)但しα:吸収係数 X:光が入射する表面より内部への距 離 戸で表わされる。
この(1)式で明らかなように光の入射する表面付近で
の光吸収が太きい。
従って第1図の太陽電池の場合、受光面に近い半導体層
2内での吸収率が太き(、ここに於て多くのキャリア(
電子・正孔の対)が発生するも、表面再結合によって接
合jに引かれるキャリアの収集効率が低下し変換効率が
低下する。
故に表面再結合速度の大きさが太陽電池の変換効率に大
きな影響を及ぼす。
太陽電池に於ける表面再結合を減少させる方法としては
、例えばP形のGa AI As層とP形のGa A
s層とN形のGa As層より成るヘテロ接合を用いる
ことが提案されており、この場合変換効率は20%近(
なる。
本発明は、このような点に鑑み表面再結合の影響を小さ
くして更に変換効率を向上するようにした新規な太陽電
池を提供するものである。
本発明は、光照射によって発生したキャリアを電界をか
けて強制的に接合側に押し込めて表面再結合を小さくし
キャリアの収集効率を上げて変換効率を向上するように
なす。
以下、本発明による太陽電池の実施例を第2図以下を参
照して説明しよう。
本発明においては、例えば第2図に示すようにP形のシ
リコン半導体基板11の一面上に拡散法又はエピタキシ
ャル成長法等によってシリコンのN形半導体層12を形
成してPNN接合を形成する。
このN形半導体層12上に所要の厚さの例えばSiO2
膜より成る透明な絶縁層13を被着形感すると共にこの
絶縁層13上に半導体層12より即ち本例ではシリコン
よりエネルギーバンド横進における禁止帯巾の犬なる物
質よりなる透明にして高抵抗の電極層14を被着形成す
る。
この電極層14としては酸素含有の多結晶シリコン層又
は窒素含有の多結晶シリコン層をもって形成するを可と
する。
そしてP形基体11の裏面及びN形半導体層12の一部
に夫々対をなす電極15及び16をオーミックに被着形
成すると共に高抵抗の電極層14の受光面となる部分を
除いた所定位置にオーミック接触する金属電極11を被
着形成しこの金属電極11とN形基体11の電極15と
を電気的に接続する。
斯る構成において、電極層14側よりその受光面を通し
て光18が照射されると、接合Jの両端に約0.6Vの
光起電力が発生する。
これにより電極層14にはP形基板11の正電位(0,
6V)が与えられると共に予めSiO□層13層厚3−
ジされた正電位によってN形半導体層12の表面には所
要の電界が与えられN形半導体層12の表面付近で多量
に発生されたキャリア(電子・正孔の対、に対しその正
孔を接合J側に押し込めることによって表面再結合が減
少しキャリアの収集効率が上って変換効率が向上する。
即ち、キャリアの接合に達する収集効率はN形半導体層
12の電界Eに影響する。
電界Eが大きくなるとN形半導体層12でのライフタイ
ムを一定とした場合、収集効率は増大する。
例えばN形半導体層12を拡散で形成しドリフト電界を
形成した場合、第3図に示すように収集効率は増大する
すなわち、拡散層による電界Eの大きさは拡散層がガウ
ス分布している場合次式で与えられる。
2kT 1 0s E (x) = −(e n −) x =”(2)
Xj2CB X・ :拡散層の表面より接合までの距離C8:拡散層
の表面濃度 CB:バルク濃度 今、例えばX、=1μ、CS−” O” atoms/
l”CB = 1015atoms/an、”とした場
合E(1μ) =4800V/IZ777 ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(3)となる。
第3図の曲線■はE=4800V/■の場合、曲線■は
一様の濃度分布でE=0の場合であり、明らかに電界E
が大きい方が収集効率が上がる。
一方、第2図の本発明構成において例えばSiO□層1
3層厚3を100 OAとすると、SiO2層13にチ
ャージされた電圧即ちSiO2層513と半導体層12
との界面の正の電荷Qssを、SiO2層13の単位面
積当りの容量CoXで割った電圧Vpは約2Vとなる。
従って光が照射されて光起電力の発生によってP形基体
11に約0.6Vの正電位が与えられ、こ0れより電極
層14に0.6vの正電位が与えられたときのN形半導
体層12の表面にががる電界Eは次の如くなる。
ξ、 Vp十0.6゜ E = X O−F 5X 104y/C
m−(4)ξ2 1000A 5 この(4)式の電界の値は(3)式の電界の値より
1桁大きい。
従って本発明構成に於てはこの大きな電界によって表面
再結合の影響を小さくすることができる。
又、絶縁層13上の電極層14は光を成る程度ノ通して
且つ電界がかげられる程度の高抵抗の導電性を有するこ
とが要求される。
導電性に着目するときは多結晶シリコンが考えられるが
、これは光吸収が大きい。
これに対し酸素をドープした多結晶シリコン又は窒素を
ドープした多結晶シリコンiは光吸収が少なく且つ高抵
抗の導電性を有して好ましい。
第4図は酸素ドープの多結晶シリコンの光吸収依存性を
示した特性図で縦軸に光吸収係数をとり、横軸に光の波
長をとって示す。
この場合は多結晶シリコンを化学的気相成長(0,V、
D);法により形成した場合で、曲線a、b、c及びd
は成長条件としてN20/5iH4=0.1.2,5と
した場合であり、酸素のドープ量が多くなるに従゛つて
光吸収が少なくなる。
なお導電性についてみたときには酸素ドープの多結晶シ
リコン層の抵抗率は金属電極11より遠い部分に対し電
界がかかりにくいのでSiO□層13層厚3率より約2
桁程度小さくするを可とする。
また、上側では単一の太陽電池を例にとってそのP形基
体の電位を電極層に印加したが、実際の使用に当っては
このような単一電池を複数個直列接続して用いるのでそ
の場合にはN形半導体層12に対し正の電位になる任意
の点から電圧を与えてもよい。
父、電極層14に所定電位を与える手段としてはP形基
体11に生ずるプラスの起電力に限らず、別個の電源か
ら電圧を与えるようにしてもよい。
またこの電位は5i02における電位を安定にする意味
から電位としてはOV電位でも可能である。
第5図は、集光型の太陽電池に適用した場合の本発明の
他の実施例である。
これは太陽電池を光の入射面とは反対側に接合を有する
所謂バックウオール型となし、集光によって高い変効率
を得るようにした構成に本発明を応用し、さらに高い変
換効率を得るようにした場合である。
即ち、第5図において21は低濃度のN影領域22は領
域21の受光側と反対側の面に形成された領域21より
高濃度のP影領域である。
この場合N影領域21とP影領域22で形成されるPN
接接合へN影領域21の表面より領域21内の少数キャ
リアの拡散長以内の距離に形成する。
領域21の一部表面には領域21との間で障壁PDちL
−H接合J、lを形成し且つオーミックコンタクト用の
N形の高濃度領域24を形成する。
しかしてN影領域21の受光側の表面上には所定の厚さ
のSiO□膜の如き絶縁層13を形成すると共に、絶縁
層13上に酸素をドープした又は窒素をドープした多結
晶シリコン等より成る透明にして高抵抗の電極層14を
形成する。
次で、P影領域22の裏面及び電極層14の受光面を除
く所定位置に夫夫一方の電極15及び金属電極1γを形
成して互に電気的に接続し、また高濃度領域24に他方
の電極16を被着し、目的の太陽電池25を構成する。
ここで−具体例として、N影領域21の不純物濃度を1
013〜10 ” atoms/13程度、P影領域2
2の不純物濃度を1018〜10 ” ” atoms
/Cm、”程度、領域21及び22を含む基体23の全
体の厚さtl を約200μ、P影領域22の厚さt2
を1μ程度として構成することができる。
かかる構成によれば、光26の照射によってN影領域2
1内に発生したキャリア(電子・正孔対)は大体その少
数キャリア(正孔〕の拡散長に亘って内部にまで拡散す
る。
この場合、N影領域21の不純物濃度が十分低いので少
数キャリアのライフタイムが十分長く、従って拡散長も
長くなり、この為に、発生したキャリアは地面に形成さ
れた接合Jにまで拡散し接合の電界により分離されて起
電力が発生する。
しかして、この場合N領域21の不純物濃度が低いので
直列抵抗が大きいが、レンズ等によって集光した光26
を照射したときには、ライフタイムが長いために発生し
たキャリアが領域21中に溜まり導電度変調を起して領
域21の平均抵抗率が下る。
このために直列抵抗は極めて小さくなり集光しても電圧
降下による短絡電流の飽和はなく大きな出力電力が得ら
れる。
父、高濃度領域24は電極16のオーミックコンタクト
を良好ならしめると共に、領域24の形成時において各
工程で自然に含まれる重金属をN影領域21内より引き
出し、領域24に集める所謂ゲッターリング効果を有し
、領域21内の小数キャリアのライフタイムをさらに向
上せしめる。
また領域24の存身により高濃度の領域24と低濃度の
領域21とで所謂L−H接合J 、Iが形成され、この
接合J 11によって発生したキャリアのうち小数キャ
リアが電極側に拡散されず、このためPN接接合への収
集効率が上がり起電力が太き(なる。
このような集光型の太陽電池25に対しさらにその受光
面に絶縁層13を介して電極層14を形成し、電極層1
4に所定電位を与えるようにしたことにより、第2図と
同様の作用によって表面再結合が減少し更に変換効率を
向上することができる。
父、本発明は第6図に示すように、第5図の構成に於て
その受光側の領域21のPNN接合近近傍高濃度領域2
1Aとして構成した集光型の太陽電池21に適用するこ
ともできる。
この場合は、光照射によって低濃度のN影領域21に発
生した小数キュリアの正孔は高濃度領域21Aに向って
拡散して行き、一部は高濃度領域21Aと低濃度の領域
21との間で形成されたL−H接合J2′をのぼり領域
21Aを通過してP影領域22に入り起電力となる。
一方N影領域21に発生した多数キャリアの電子の一部
は領域21Aに入りここを負にバイアスしてL−H接合
J2′におけるポテンシャルの山を小さくし正孔の領域
21Aへの入り込みを容易にする。
このために集光による等して光の強度が強くなることの
作用が大きくなり開放端電圧が大きくなる実益がある。
上述せる如く本発明は極めて簡単な構成によって光照射
によって発生したキャリアの表面再結合を小さくしキャ
リアの収集効率を上げ得るもので、変換効率の高い太陽
電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の太陽電池の一例を示す断面図、第2図は
本発明による太陽電池の一例を示す断面図、第3図は本
発明の説明に供する収集効率を示す特性図、第4図は本
発明の説明に供する電極層14の吸収係数を示す特性図
−第3図及び第6図は夫々本発明の他の例を示す断面図
である。 11は第1導電形領域、12は第2導電形領域、13は
絶縁層、14は透明で高抵抗の電極層、i 15,1
6は電極、17は金属電極である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 接合を有する半導体基体と、光照射側の基体主面上
    にある絶縁層と、該絶縁層上にある上記基体よりもエネ
    ルギーバンド幅の大きい物質層と、該物質層および上記
    基体の間に電圧を与える手段とを有して成る太陽電池。
JP49109716A 1974-09-24 1974-09-24 タイヨウデンチ Expired JPS5821434B2 (ja)

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JPS5136886A JPS5136886A (ja) 1976-03-27
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54182927U (ja) * 1978-06-15 1979-12-25
JPH02216874A (ja) * 1989-02-17 1990-08-29 Hitachi Ltd シリコン結晶太陽電池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49114889A (ja) * 1973-02-13 1974-11-01

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JPS49114889A (ja) * 1973-02-13 1974-11-01

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