JPS5933886A - シリコン太陽電池 - Google Patents
シリコン太陽電池Info
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- JPS5933886A JPS5933886A JP57143241A JP14324182A JPS5933886A JP S5933886 A JPS5933886 A JP S5933886A JP 57143241 A JP57143241 A JP 57143241A JP 14324182 A JP14324182 A JP 14324182A JP S5933886 A JPS5933886 A JP S5933886A
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Classifications
-
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
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- 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
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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】
本発明は太陽電池ｔＣ係り、特に、低コストで高い変換
効率を得ることのできる波長分割型シリコン太陽゛亀池
に関する。
効率を得ることのできる波長分割型シリコン太陽゛亀池
に関する。
従来より、太陽電池として、シリコンや化合物半導体を
用いた素子が開発さねでいる。その多くは、単−ｐｎ
接合型太陽電池で、低コスト指向のＳｉ ＋ Ｃｄ５−
ＣＪＳ Ｉ ５ｎｔ）−８ｔ や高変換効率指向０Ｘ
Ｅａ）ＪＡｓ−ＧａＡｓ ｒ ＩｎＰ 系などが知られ
ている。
用いた素子が開発さねでいる。その多くは、単−ｐｎ
接合型太陽電池で、低コスト指向のＳｉ ＋ Ｃｄ５−
ＣＪＳ Ｉ ５ｎｔ）−８ｔ や高変換効率指向０Ｘ
Ｅａ）ＪＡｓ−ＧａＡｓ ｒ ＩｎＰ 系などが知られ
ている。
太陽電池の変換効率を制限する最も大きい材料的要因１
オ、 （１）素材のバンドギャップより小さいエネルギーを有
する光子が、基材奢こ吸収さねないことＩｃ基づく損失
、お」：び （２） バンドギへ・ツブより大きいエネルギーを有
する光子が、バンド中の高い準位に電子−正孔対な生成
すること蔭こよる損失、 （１） ２つである。後者の損失（」、最終的には素子
の温疲を上昇させ、変換効率の低下を引起こす。
オ、 （１）素材のバンドギャップより小さいエネルギーを有
する光子が、基材奢こ吸収さねないことＩｃ基づく損失
、お」：び （２） バンドギへ・ツブより大きいエネルギーを有
する光子が、バンド中の高い準位に電子−正孔対な生成
すること蔭こよる損失、 （１） ２つである。後者の損失（」、最終的には素子
の温疲を上昇させ、変換効率の低下を引起こす。
こわらの損失を小さくする方法として、基板上ＩＣ、バ
ンドギャップの異なる２つ以上のｐｎ接合を形成した波
長分割型（マルチバンドギャップ型）太陽電池が知られ
ている（例えば、特開昭５６＝１３８９５９号公報など
参照）。
ンドギャップの異なる２つ以上のｐｎ接合を形成した波
長分割型（マルチバンドギャップ型）太陽電池が知られ
ている（例えば、特開昭５６＝１３８９５９号公報など
参照）。
第１図に、波長分割型大圏電池の概略構成を、斜視図で
示す。基板１１上ｌこｎ型狭バンドギャップ材料の薄膜
層１２．ｐ型狭バンドギャップ材料の薄膜層１３．ｐ型
床バンドギャップ拐刺の薄膜層１４．ｎ型床バンドギャ
ンブ材相の薄膜層１５の４層を順次堆積し、前記薄膜層
１２ 、１．３の間および１４ 、１５の間１（，２つ
のｐｎ接合を形成する。
示す。基板１１上ｌこｎ型狭バンドギャップ材料の薄膜
層１２．ｐ型狭バンドギャップ材料の薄膜層１３．ｐ型
床バンドギャップ拐刺の薄膜層１４．ｎ型床バンドギャ
ンブ材相の薄膜層１５の４層を順次堆積し、前記薄膜層
１２ 、１．３の間および１４ 、１５の間１（，２つ
のｐｎ接合を形成する。
明らかなよう１こ、前記２つのｌ）ｎ接合−ずなわち、
セル１およびセル２の光起用力（オ逆方向となるのＣ１
そのま＼では一外部著こ（ば差の出力しが出てこない。
セル１およびセル２の光起用力（オ逆方向となるのＣ１
そのま＼では一外部著こ（ば差の出力しが出てこない。
この力］鍬としてｎ、ｐ、ｎの各薄膜層中＋ｃ ｉｑ接
電極を形成づ−ることにより、そわそわのｐｎ接合の出
力の＋ｎとして、外部出力を取出すことができる。
電極を形成づ−ることにより、そわそわのｐｎ接合の出
力の＋ｎとして、外部出力を取出すことができる。
この構造は、ＩｎＧａＡｓＰ −ＩｎＰ系の波長分割型
太陽電、池で実証さねている。
太陽電、池で実証さねている。
Ｉ ｎＧａＡ訂〕はＩｎＰより狭いバンドギャップを持
つので、表面の ＩｎＰで吸収されなかった光（波長Ｑ
、９５μｍ以上）のうち、ＩｎＧａＡａＰのバンドギャ
ップより大きいエネルギーをもつ光（Ｊ吸収さね、セル
２に出力される。
つので、表面の ＩｎＰで吸収されなかった光（波長Ｑ
、９５μｍ以上）のうち、ＩｎＧａＡａＰのバンドギャ
ップより大きいエネルギーをもつ光（Ｊ吸収さね、セル
２に出力される。
つまり、太陽光（４波長０．９５μｍ で２分割されて
利用されたこと番こなる。この場合の変換効率は３０
％近く１こなる。
利用されたこと番こなる。この場合の変換効率は３０
％近く１こなる。
しかし、この構成の太陽電池は、各層の組成の制御が州
しく、また、高価な素材を用いているため製伯コストが
高くなってしまうという欠点がある。
しく、また、高価な素材を用いているため製伯コストが
高くなってしまうという欠点がある。
本発明の目的は、シリコンをヘースとした原材料を用い
ること（こより、組成の制御が簡単で、製造フストが安
価な、高変換効率波長分割型太陽電池を提供する普こあ
る。
ること（こより、組成の制御が簡単で、製造フストが安
価な、高変換効率波長分割型太陽電池を提供する普こあ
る。
前述の目的を達成するために、本発明では、気相反応等
によるシリコン薄膜堆積特番こ、ゲルマニウム、スズ、
酸素、窒素等のバンドギャップを変化させる不純物及び
ボロン、リン等の導電型を決める不純物を適当に添加す
ることにより、波長分割型太ｖａ寛池の各構成薄膜層の
導電型およびバンドギャップを所望ＩＣ応じて制御する
よう◆こしている。
によるシリコン薄膜堆積特番こ、ゲルマニウム、スズ、
酸素、窒素等のバンドギャップを変化させる不純物及び
ボロン、リン等の導電型を決める不純物を適当に添加す
ることにより、波長分割型太ｖａ寛池の各構成薄膜層の
導電型およびバンドギャップを所望ＩＣ応じて制御する
よう◆こしている。
以ドＩＣ１本発明を実施例により詳細に説明する。
第２図（才、本発明によるシリコン太陽電池を製造する
ための装置の模式図である。
ための装置の模式図である。
石英製反応容器２１内のヒーク付試第４台２２ＩＣ基板
２３を設置する。基板２３としてｉｆｆ、本発明者の実
験では、低抵抗率（ｏ、ｏ３ｓ＞−■）のｎ型多結晶シ
リコン板を用いた。
２３を設置する。基板２３としてｉｆｆ、本発明者の実
験では、低抵抗率（ｏ、ｏ３ｓ＞−■）のｎ型多結晶シ
リコン板を用いた。
反応容器２１には、キャリヤー用Ｎ２ ＋ シリコン
原料のＳｉＨ４＋バンドギャップ制御用のＧｅＨ４及び
Ｎ２０ ＋導電型決定用ＰＨ８及び ｌ’１２ Ｈｓ
の各ガスが供給できるような、配管がなされでいる
。
原料のＳｉＨ４＋バンドギャップ制御用のＧｅＨ４及び
Ｎ２０ ＋導電型決定用ＰＨ８及び ｌ’１２ Ｈｓ
の各ガスが供給できるような、配管がなされでいる
。
なお、図面では省略しであるが、各配管にはフィルター
、バルブ、流遣計がそねぞわ設けられており、各ガスの
流量が制御できるようにされでいる。
、バルブ、流遣計がそねぞわ設けられており、各ガスの
流量が制御できるようにされでいる。
基板２３を６１５℃に加熱し、各ガスの供給を制御して
、次の俤に４層の薄膜を連続して堆積させた。
、次の俤に４層の薄膜を連続して堆積させた。
（１） まず、第１層として、Ｎ２＋ＳｉＨ４＋Ｇｅ
Ｈｉ＋ ＰＨｓを用い、導電型はｎ型、Ｇｅ を含み
バンドギャツブの小さいＳｉ 〔以下ｎ ５ｉ（Ｇｅ
）と略記する〕層を堆積した。
Ｈｉ＋ ＰＨｓを用い、導電型はｎ型、Ｇｅ を含み
バンドギャツブの小さいＳｉ 〔以下ｎ ５ｉ（Ｇｅ
）と略記する〕層を堆積した。
（２）第２層として（ば、Ｎ２１Ｓｉ［（ｎ、ＧｅＨ４
，Ｂ２Ｈｇを用いて、バンドギャップの小さいｐ型のＰ
８１（Ｇｅ）層を堆偵した。
，Ｂ２Ｈｇを用いて、バンドギャップの小さいｐ型のＰ
８１（Ｇｅ）層を堆偵した。
（３） 第３層としては、Ｎｇ、ＳｉＨ４＋Ｎ２（１
，Ｂ２Ｈｇ を用い、導電型がｐ型で、酸素を含みバ
ンドギャップの大きいＳｌ （以下Ｐ−８ｉ（０）と
略記する〕層を堆積した。
，Ｂ２Ｈｇ を用い、導電型がｐ型で、酸素を含みバ
ンドギャップの大きいＳｌ （以下Ｐ−８ｉ（０）と
略記する〕層を堆積した。
（４）第４層としては、Ｎ２＋５ＩＨ４＋１ＶＪ２０＋
ＰＨｓを用い、バンドギャップの大きいｎ ｍのｎ
５ｔ（０）を堆！Ｒさせた。
ＰＨｓを用い、バンドギャップの大きいｎ ｍのｎ
５ｔ（０）を堆！Ｒさせた。
前記各層の厚み１才、この例では第１層ｎ−８ｔ（Ｇｅ
）が３μｍ、第２．３．４層ｆｔ ０．３〜０．６μｍ
である。各層の組成は、ＳｉＨ＜の供給量を一定（５５
０ｍｌ／ｍ１ｎ）とし、他のガス供給量を調整すること
により制御し、赤外吸収スペクトル及び光吸収端を測定
して求めた。
）が３μｍ、第２．３．４層ｆｔ ０．３〜０．６μｍ
である。各層の組成は、ＳｉＨ＜の供給量を一定（５５
０ｍｌ／ｍ１ｎ）とし、他のガス供給量を調整すること
により制御し、赤外吸収スペクトル及び光吸収端を測定
して求めた。
第１及び第２Ｎ４は約３０％のＱｅを含み、バ〕／ドギ
ャップｉｆｏ、９０ｅＶである。また、第３及び第４層
（ま２５〜３５％の酸素を含み、バンドギャップ（１１
４〜１．６ｅＶである。こわらのバンドギャップの大き
さ１オ、組成ＩＣより適当に制御できる。
ャップｉｆｏ、９０ｅＶである。また、第３及び第４層
（ま２５〜３５％の酸素を含み、バンドギャップ（１１
４〜１．６ｅＶである。こわらのバンドギャップの大き
さ１オ、組成ＩＣより適当に制御できる。
以上の工程基こよって作成された試料の概略断面図を第
３図に示す。図奢こおいて、１は第１層としてのｎ −
５ｉ（Ｇｅ） 、 ２ ｆｔ第２層としてのＰ−８ｔ（
Ｇｅ）、３（４４３層としてのＰ −５ｉ（０）、４は
第４層としてのｎ −５ｉ（０）、２３はｎ型多結晶シ
リコン基板である。
３図に示す。図奢こおいて、１は第１層としてのｎ −
５ｉ（Ｇｅ） 、 ２ ｆｔ第２層としてのＰ−８ｔ（
Ｇｅ）、３（４４３層としてのＰ −５ｉ（０）、４は
第４層としてのｎ −５ｉ（０）、２３はｎ型多結晶シ
リコン基板である。
次１こ該試料を８５０℃で、１５ 分間熱処理した。
こね（１リン、ボロンな活性化させ導電型及び抵抗率を
所定の値にするためである。この場合、熱処理温度が高
い程ドーパントの活性化（オ良好であるが、一方、熱処
理時の拡散（こより、各層間の境界が不明確曇こなるた
め、膜厚との関係で熱処理温度の上限が定まる。
所定の値にするためである。この場合、熱処理温度が高
い程ドーパントの活性化（オ良好であるが、一方、熱処
理時の拡散（こより、各層間の境界が不明確曇こなるた
め、膜厚との関係で熱処理温度の上限が定まる。
次に、第４層のｎ −５ｔ（０） 層４の一部を、第
１図−こ示したのと同様の形状蚤こエツチングにより加
工し、第３層のＰ−８ｉ（０）層３の一部を露出させた
。ついで、多結晶シリコン板 、第３層３の露出部及
び第４層４の表面に、そわぞわ図示のようＩＣ，′Ｒ，
極７，８．９を形成した。
１図−こ示したのと同様の形状蚤こエツチングにより加
工し、第３層のＰ−８ｉ（０）層３の一部を露出させた
。ついで、多結晶シリコン板 、第３層３の露出部及
び第４層４の表面に、そわぞわ図示のようＩＣ，′Ｒ，
極７，８．９を形成した。
この状態での試料の概略断面図を第４図・こ示す。
前述の工程で製造ざねた太陽電池では、同一受光面積の
単結晶Ｓｔの単−ｐｎ 接合構造の太陽電池より、約４
０〜７５チ高い変換効率が得られん。
単結晶Ｓｔの単−ｐｎ 接合構造の太陽電池より、約４
０〜７５チ高い変換効率が得られん。
（ただし、いず右も反射防止膜なしの条件の場合）前述
の実験例においては、Ｓｌのバンドギヤラフ調整用＋Ｃ
ゲルマニウム及び酸素を用いているが、狭いバンドギャ
ップの形成１こ（まゲルマニウムの外にもスズ、鉛等の
、■族で、原子番号がＳｔ より大きい元素が利用可能
であり、こわらを混用してもよい。また、広いバンドギ
ャップ形成には、酸素の外−こ窒素（アンモニアガス使
用）等を用いることができ、こわらを混用することもで
きる。
の実験例においては、Ｓｌのバンドギヤラフ調整用＋Ｃ
ゲルマニウム及び酸素を用いているが、狭いバンドギャ
ップの形成１こ（まゲルマニウムの外にもスズ、鉛等の
、■族で、原子番号がＳｔ より大きい元素が利用可能
であり、こわらを混用してもよい。また、広いバンドギ
ャップ形成には、酸素の外−こ窒素（アンモニアガス使
用）等を用いることができ、こわらを混用することもで
きる。
さらに、基板２３として（オ、Ｓｉ ウェハの他に、
直接゛成極を取出すことができるような金ｉ拐利（例え
ば、ステンレス鋼やアルミ板など）を用いることも可能
である。
直接゛成極を取出すことができるような金ｉ拐利（例え
ば、ステンレス鋼やアルミ板など）を用いることも可能
である。
また、前記第１〜第４層の堆積（オ、熱分解またはプラ
ズマ舎こよるＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などによっ
て薄膜を形成した後、熱処理を施すことによって行なう
ことが可能である。
ズマ舎こよるＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などによっ
て薄膜を形成した後、熱処理を施すことによって行なう
ことが可能である。
以上の説明から明らかなように、本発明シこよりば、安
価な材料で、しかもプロセスの確立したＳｔをベースと
して用いることにより、高変換効率で、低コストの波長
分割型太陽電池を得ることができる。高変換効率の太陽
電池（才、単位光熱面積当りの出力が大きく、地上のみ
ｆｊらず宇宙等での使用に際してもメリットは非常−こ
大きい。
価な材料で、しかもプロセスの確立したＳｔをベースと
して用いることにより、高変換効率で、低コストの波長
分割型太陽電池を得ることができる。高変換効率の太陽
電池（才、単位光熱面積当りの出力が大きく、地上のみ
ｆｊらず宇宙等での使用に際してもメリットは非常−こ
大きい。
第１図は波長力ｌ１ｉｌｌ型太陽電池の一般的構告を示
す斜視図、第２図（１本発明の一実施例の太陽電池のｉ
ｌｌ政置装示４−概略図、第３図は本発明ｔＣよる太陽
電池の製造時の途中下’（”４１ｃもける概略断面図、
第４図は本発明による太陽電池の概略断面図である。 １．１２・・バンドギャップの小ざいｎ型半導体層、２
．１３・・バンドギャップの小さいｐ型半導体層、３，
１４・・・バンドギャップの広いｐ型半ｚＪｔ体層、４
，１５・・・バンドギャップの広いｎ型半導体層、７．
８．９・・電極 代理人弁理士 平 木 道 人 １１− 第１図 ６ 第２図
す斜視図、第２図（１本発明の一実施例の太陽電池のｉ
ｌｌ政置装示４−概略図、第３図は本発明ｔＣよる太陽
電池の製造時の途中下’（”４１ｃもける概略断面図、
第４図は本発明による太陽電池の概略断面図である。 １．１２・・バンドギャップの小ざいｎ型半導体層、２
．１３・・バンドギャップの小さいｐ型半導体層、３，
１４・・・バンドギャップの広いｐ型半ｚＪｔ体層、４
，１５・・・バンドギャップの広いｎ型半導体層、７．
８．９・・電極 代理人弁理士 平 木 道 人 １１− 第１図 ６ 第２図
Claims (2)
- （１）バンドギャップの小さい、−４１１、型のシリコ
ン半導体薄膜よりなる第１層と、バンドギャップの小さ
い、他の導電型のシリコン半導体簿膜よりなる第２層と
バンドギャップの大きい他の導電型のシリコン半導体薄
膜よりなる第３層と、バンドギャップの大きい、−導電
型のシリコン半導体薄膜よりなる第４層とを順次堆積し
て構成された波長分割型のシリコン太陽電池において、
第１層および第２層には、■族で、原子委号がシリコン
よりも太きい、少なくとも１種の元素が添加さね、また
第３層および第４層には炭素、酸素および窒素の少なく
とも一種が添加されたことを特徴とするシリコン太陽電
池。 - （２）第１層および第２層に添加される元素がゲルマニ
ウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のシリコン太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57143241A JPS5933886A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | シリコン太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57143241A JPS5933886A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | シリコン太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5933886A true JPS5933886A (ja) | 1984-02-23 |
Family
ID=15334174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57143241A Pending JPS5933886A (ja) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | シリコン太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5933886A (ja) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5146888A (ja) * | 1974-10-19 | 1976-04-21 | Sony Corp | |
| JPS51113481A (en) * | 1975-03-28 | 1976-10-06 | Sony Corp | Semiconductor device |
| JPS5313893A (en) * | 1976-07-23 | 1978-02-07 | Seikosha Kk | Device for detecting polished state of piezooelectric element |
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-
1982
- 1982-08-20 JP JP57143241A patent/JPS5933886A/ja active Pending
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