JPS59124773A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPS59124773A JPS59124773A JP58000069A JP6983A JPS59124773A JP S59124773 A JPS59124773 A JP S59124773A JP 58000069 A JP58000069 A JP 58000069A JP 6983 A JP6983 A JP 6983A JP S59124773 A JPS59124773 A JP S59124773A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、効率の高い太陽電池に関するものである。
従来、この種の太陽電池としては、特願昭ｋＡ−１，３
ｔ９！ｒｑ号に記載のものがあるが、かかる太＠電池は
第１［ｉｌあるいは第２図に示すように構成されている
。
ｔ９！ｒｑ号に記載のものがあるが、かかる太＠電池は
第１［ｉｌあるいは第２図に示すように構成されている
。
第１図に示すモノリシックカスケード形の太陽電池では
、基板ｌ上に、ｐｎ接合による下部電池層ｕ、ｐ”ｎ＋
のトンネル接合部３、ｐｎ接合による上部電池層りをこ
の順序に積層する。上部層りの上には窓層３を介して上
部電極乙を配置し、基板／の下面には下部電極りを配置
する。このような構成では、上部層グおよび下部層−に
形成される各太陽電池をｎ＋ｐ＋あるいはｐ ＋ ｎ＋
のトンネル接合部３により結合している。この太＠電池
の理論計算による変換効率は３０％を越え、従来もつと
も高い効率が達成されるとされている。しかしながら、
トンネル層３を形成するにあたって、上部層りより高い
バンドギャップの材料に高濃度ドープを行わねばならな
いことおよびそのドーパントの分布が急峻でなければな
らないことのため、現実に作製されているこの種火１１
［池の変換効率はｃａＡｓ単体の太陽電池よりも低い。
、基板ｌ上に、ｐｎ接合による下部電池層ｕ、ｐ”ｎ＋
のトンネル接合部３、ｐｎ接合による上部電池層りをこ
の順序に積層する。上部層りの上には窓層３を介して上
部電極乙を配置し、基板／の下面には下部電極りを配置
する。このような構成では、上部層グおよび下部層−に
形成される各太陽電池をｎ＋ｐ＋あるいはｐ ＋ ｎ＋
のトンネル接合部３により結合している。この太＠電池
の理論計算による変換効率は３０％を越え、従来もつと
も高い効率が達成されるとされている。しかしながら、
トンネル層３を形成するにあたって、上部層りより高い
バンドギャップの材料に高濃度ドープを行わねばならな
いことおよびそのドーパントの分布が急峻でなければな
らないことのため、現実に作製されているこの種火１１
［池の変換効率はｃａＡｓ単体の太陽電池よりも低い。
また、第２図に示すｐｎ ”−ｎｐ接合形太陽電池では
、基板／の上にｐｎ接合による下部電池層コおよび上部
電池層ｑをこの順序に積層する。上部層りの上には上部
電極乙を配置し、基板ｌの下面には下部電極りを配置す
る。更に下部層コには中間層電極ｇを配置する。このよ
うな構成では、上部層りおよび下部Ｎ−の各太陽電池の
ｎ形半導体が直接結合しているので、」二部層りのｎ領
域で光励起された正孔が、下部層コのｎ領域で光励起さ
れた電子と直接結合する確率が増大する。このため、電
子と正孔を有効に外部に取り出すことができず、変換効
率が低下する。
、基板／の上にｐｎ接合による下部電池層コおよび上部
電池層ｑをこの順序に積層する。上部層りの上には上部
電極乙を配置し、基板ｌの下面には下部電極りを配置す
る。更に下部層コには中間層電極ｇを配置する。このよ
うな構成では、上部層りおよび下部Ｎ−の各太陽電池の
ｎ形半導体が直接結合しているので、」二部層りのｎ領
域で光励起された正孔が、下部層コのｎ領域で光励起さ
れた電子と直接結合する確率が増大する。このため、電
子と正孔を有効に外部に取り出すことができず、変換効
率が低下する。
このように、従来はいずれの形態の太Ｉｌｌ池において
も、高効率の太陽電池は期待でき１（かった。
も、高効率の太陽電池は期待でき１（かった。
本発明の目的は、これらの欠点を除去し、トンネル接合
分用いずに、ｎ”ＪＶによって上部層のｐ−ｎ接合と下
部層の１−ｐ接合と？結合し、あるいはｐ土層によって
上部層のｆｉ −ｂ−ｐ接合と下部層のｐ−ｎ接合と企
結合するようにした太陽電池を提供することにある。
分用いずに、ｎ”ＪＶによって上部層のｐ−ｎ接合と下
部層の１−ｐ接合と？結合し、あるいはｐ土層によって
上部層のｆｉ −ｂ−ｐ接合と下部層のｐ−ｎ接合と企
結合するようにした太陽電池を提供することにある。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第３図は本発明の一実施例を示し、ここで７はＩｎＰ単
結晶による基板、１０は基板デ上に配性した”０＝７Ｇ
ａ０．３”０．６４”０．３６のｎ−ｐ接合による下部
層電池であり、この下部電池層ＩＯは基板デの側から第
１導電形層（本例ではｐ形層）および第コ導電形層（本
例ではｎ形層）をこの順序に配置してなる。／／は中間
層としてのＩｎ。、５□Ａｌ。、４ｓ Ａｓによる過剰
第コ導電形層としてのｎ＋ｍである。／コはＩｎＰのｐ
−１接合による上部電池層であり、この上部電池層／、
２は下部電池層１０の側から第コ導電形層（本例ではｎ
形層）および第１導電形層（本例ではｐ形層）をこの順
序に配置してなる。これら各層ｔ〜７．２をこの順序に
積層する。
結晶による基板、１０は基板デ上に配性した”０＝７Ｇ
ａ０．３”０．６４”０．３６のｎ−ｐ接合による下部
層電池であり、この下部電池層ＩＯは基板デの側から第
１導電形層（本例ではｐ形層）および第コ導電形層（本
例ではｎ形層）をこの順序に配置してなる。／／は中間
層としてのＩｎ。、５□Ａｌ。、４ｓ Ａｓによる過剰
第コ導電形層としてのｎ＋ｍである。／コはＩｎＰのｐ
−１接合による上部電池層であり、この上部電池層／、
２は下部電池層１０の側から第コ導電形層（本例ではｎ
形層）および第１導電形層（本例ではｐ形層）をこの順
序に配置してなる。これら各層ｔ〜７．２をこの順序に
積層する。
このような積層の具体例についてＲす明する。液相エピ
タキシアル法でまずｐ層のＩｎＰ（キャリア濃度は３×
１０ ／ＣＣ）基板９の（ｌｏｏ）面上にＩ ”０．７
ＧａＯ，３”ｏ、ａｓＰｏ、ａｓのｐ層およびｎ形の各
層を成長させて下部層１０を形成する。これらｐ層およ
びｎ層の膜厚は、ｎ層を１μｍ１ｐ層をＯ，ｒμｍとし
た。この下部層１０の上に、”０．５２”０．４８ＡＢ
層／／ヲ厚さｏ、１μｍ成長させた。その後、ＩｎＰｎ
層号厚さ１μｍ、更にｐ層を厚さ００ｇμｍ成長させて
上部層／、２を形成した。
タキシアル法でまずｐ層のＩｎＰ（キャリア濃度は３×
１０ ／ＣＣ）基板９の（ｌｏｏ）面上にＩ ”０．７
ＧａＯ，３”ｏ、ａｓＰｏ、ａｓのｐ層およびｎ形の各
層を成長させて下部層１０を形成する。これらｐ層およ
びｎ層の膜厚は、ｎ層を１μｍ１ｐ層をＯ，ｒμｍとし
た。この下部層１０の上に、”０．５２”０．４８ＡＢ
層／／ヲ厚さｏ、１μｍ成長させた。その後、ＩｎＰｎ
層号厚さ１μｍ、更にｐ層を厚さ００ｇμｍ成長させて
上部層／、２を形成した。
この構造では、■ｎｏ。５゜Ｍｏ、４Ｂ ＡＳ層ｌ／が
中間電極となるため、上部層１．２の一部をエツチング
により除去し、それにより露出した”０．５２ ”０．
４８Ａｓ層／／上にＡｕＧｅを蒸着して中間電極／３を
形成する。最後に、上部層／、２としてのＩｎＰのｐ層
の表面にＡｕＺｎを蒸着して上部電極／ｌＩとし、同様
にＡｕＺｎによる下部！！極／、ｌｔを形成した。
中間電極となるため、上部層１．２の一部をエツチング
により除去し、それにより露出した”０．５２ ”０．
４８Ａｓ層／／上にＡｕＧｅを蒸着して中間電極／３を
形成する。最後に、上部層／、２としてのＩｎＰのｐ層
の表面にＡｕＺｎを蒸着して上部電極／ｌＩとし、同様
にＡｕＺｎによる下部！！極／、ｌｔを形成した。
このようにして構成した太陽電池のエネルギー帯構造は
第４／図に示すようになる。上部層７．２の表面に太陽
光が照射されると、上部層／Ｌ２内で光により励起され
た電子は中間電極としてのＩｎ。、５□ＡＥ。、４８Ａ
ｓ（＆） 府／／に向かう。しかし、下部層としてのＩｎ。、７龜
。、３ＡＢｏ、６５Ｐｏ、３５ＦＩ１０中のｎｉｌが障
壁トナルタメ、ｉ 子ハ”０，５゜−Ｍｏ、４３Ａｓ
１７１ ／／に蓄積される。他方、上部層／２で光励起
された正孔は表面へ向かい、上部層／、２に蓄積される
。また、下部層ＩＯで光励起された電子はやはり上部層
／コにおけるｎ層が障壁となるため、中間層としてのＩ
ｎ。。５゜Ａ７ｏ、４ｓＡｓ層／／に蓄積され、正孔は
下部電極ｌ左へ集まる。このようにして、上部電極／り
および下部電極／左から正孔を、中間電極より電子を取
り出すことができる。
第４／図に示すようになる。上部層７．２の表面に太陽
光が照射されると、上部層／Ｌ２内で光により励起され
た電子は中間電極としてのＩｎ。、５□ＡＥ。、４８Ａ
ｓ（＆） 府／／に向かう。しかし、下部層としてのＩｎ。、７龜
。、３ＡＢｏ、６５Ｐｏ、３５ＦＩ１０中のｎｉｌが障
壁トナルタメ、ｉ 子ハ”０，５゜−Ｍｏ、４３Ａｓ
１７１ ／／に蓄積される。他方、上部層／２で光励起
された正孔は表面へ向かい、上部層／、２に蓄積される
。また、下部層ＩＯで光励起された電子はやはり上部層
／コにおけるｎ層が障壁となるため、中間層としてのＩ
ｎ。。５゜Ａ７ｏ、４ｓＡｓ層／／に蓄積され、正孔は
下部電極ｌ左へ集まる。このようにして、上部電極／り
および下部電極／左から正孔を、中間電極より電子を取
り出すことができる。
以上のように作製した太Ｆ ｇ池について、電極／３と
／ｑとの間および／３と７タとの間にそれぞれ負荷を挿
入して測定した変換効率は、２ｇ％を越えた。
／ｑとの間および／３と７タとの間にそれぞれ負荷を挿
入して測定した変換効率は、２ｇ％を越えた。
なお、第３図に示した実施例では、上部層７．２におけ
るｐ層の上に表面再結合防止のための窓層を設けていな
いが、かかる窓層を設けることにより変換効率が一層上
昇することを期待できる。
るｐ層の上に表面再結合防止のための窓層を設けていな
いが、かかる窓層を設けることにより変換効率が一層上
昇することを期待できる。
また、本発明太陽電池を作製するにあたっては、他の作
製法、例えばＭＢＥ （Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｒ
ｎ Ｅｐｉｔａｘｙ）法あるいはＭＯＣＶＤ （Ｍｅｔ
ａＡ！ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣｈｓｍｉｃａＡ’ Ｖａｐ
ｏｒ（６） ＤｅｐｏｓｌＨｏｎ）法を用いること軒でき、それによ
り同様な効果が期待できることは言うまでもない。
製法、例えばＭＢＥ （Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｒ
ｎ Ｅｐｉｔａｘｙ）法あるいはＭＯＣＶＤ （Ｍｅｔ
ａＡ！ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣｈｓｍｉｃａＡ’ Ｖａｐ
ｏｒ（６） ＤｅｐｏｓｌＨｏｎ）法を用いること軒でき、それによ
り同様な効果が期待できることは言うまでもない。
また、上述の実施例における第１および第コ導電形のｐ
およびｎをすべて入れ替え、第１導電形をｎ形および第
２導電形をｐ形とし、全く同様な手順により作製した太
陽電池の変換効率は、２Ａ％となり、第３図に示した構
成の太陽電池の場合と（汗ぼ同一の値を示した。
およびｎをすべて入れ替え、第１導電形をｎ形および第
２導電形をｐ形とし、全く同様な手順により作製した太
陽電池の変換効率は、２Ａ％となり、第３図に示した構
成の太陽電池の場合と（汗ぼ同一の値を示した。
以上説明したように、本発明では、中間電極に電子ある
いは正孔のコレクタに相当するｎ中層あるいはｐ中層を
設定したので、キャリアの再結合確率が減少し、変換効
率が上昇する。さらにまた、本発明では、従来のトンネ
ル接合を用いるモノリシックカスケード形に比較し、中
間層を／ＪＦ７設けるのみで良く、作製が容易となると
同時に、接合する面の数が減るから損失が減少する利点
がある。
いは正孔のコレクタに相当するｎ中層あるいはｐ中層を
設定したので、キャリアの再結合確率が減少し、変換効
率が上昇する。さらにまた、本発明では、従来のトンネ
ル接合を用いるモノリシックカスケード形に比較し、中
間層を／ＪＦ７設けるのみで良く、作製が容易となると
同時に、接合する面の数が減るから損失が減少する利点
がある。
第１図は従来のモノリシックカスナート形太陽電池を示
す断面図、第２図は従来のｐｎ−ｎｐ接合形太陽電池を
示す断面図、第３図は本発明太陽電池（７） の−例を示す断面図、第１図は本発明太陽電池のエネル
ギー帯構造を示す線図である。 ／・・・基板、 コ・・・下部層、 ３・・・トンネル接合部、 り・・・上部層、 ３・・・窓層、 ６・・・上部電極、 ７・・・下部電極、 ｇ・・・中間ＲＴｆｉ極、 ９・・・基板、 １０・・・下部層、 ／か・・中間層、 ／コ・・・上部層、 ／３・・・中間層電極、 ／ｌ・・・上部電極、 ／３・・・下部電極。 特許出願人 日本電信電話公社 第４図 ＋２ ＩＩ ｌ○
す断面図、第２図は従来のｐｎ−ｎｐ接合形太陽電池を
示す断面図、第３図は本発明太陽電池（７） の−例を示す断面図、第１図は本発明太陽電池のエネル
ギー帯構造を示す線図である。 ／・・・基板、 コ・・・下部層、 ３・・・トンネル接合部、 り・・・上部層、 ３・・・窓層、 ６・・・上部電極、 ７・・・下部電極、 ｇ・・・中間ＲＴｆｉ極、 ９・・・基板、 １０・・・下部層、 ／か・・中間層、 ／コ・・・上部層、 ／３・・・中間層電極、 ／ｌ・・・上部電極、 ／３・・・下部電極。 特許出願人 日本電信電話公社 第４図 ＋２ ＩＩ ｌ○
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ）同一基板上に下部電池層と上部電池層と２配置した
太陽電池において、前記下部電池層は前記基板側から第
１導電形層および第、２導電形層なこの順序に配置して
なり、前記上部電池層は前記下部電池層側から第コ導電
形層および第１導電形層Ｐこの順序に配置してなり、前
記下部電池層と前記上部電池層との間を過剰第コ導電形
層によって結合したことを特徴とする太陽電池。 、２、特許請求の範囲第１項記載の太陽電池において、
前記第１導電形層はｐ形層、前記第２導電形層はｎ形層
、および前記過剰第コ導電形層はｎ土層であることを特
徴とする太ｕＴＬ池。 ３）特許請求の範囲第１項記載の太陽π１池において、
前記第１導電形層はｎ形層、前記第コ導電形層はｐ形層
、および前記過剰第コ導電形店はｐ＋層であることを特
徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000069A JPS59124773A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000069A JPS59124773A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59124773A true JPS59124773A (ja) | 1984-07-18 |
Family
ID=11463890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58000069A Pending JPS59124773A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59124773A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5019177A (en) * | 1989-11-03 | 1991-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Monolithic tandem solar cell |
| US5322572A (en) * | 1989-11-03 | 1994-06-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Monolithic tandem solar cell |
-
1983
- 1983-01-05 JP JP58000069A patent/JPS59124773A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5019177A (en) * | 1989-11-03 | 1991-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Monolithic tandem solar cell |
| US5322572A (en) * | 1989-11-03 | 1994-06-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Monolithic tandem solar cell |
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