JPS60234381A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPS60234381A
JPS60234381A JP60081188A JP8118885A JPS60234381A JP S60234381 A JPS60234381 A JP S60234381A JP 60081188 A JP60081188 A JP 60081188A JP 8118885 A JP8118885 A JP 8118885A JP S60234381 A JPS60234381 A JP S60234381A
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crystalline silicon
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silicon layer
carriers
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エリ　ヤブロノヴイツチ
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、能動反転Ｉｌｌが入射光方向から遠い太Ｉｔ
）Ｓ　’ｔｔ池の背部にある反転膨大４　’４を池の構
造に関するものである。
発明が解決しようとする問題点 光起電力セルは、フォト／の放射エネルギーを（気エネ
ルギーに直接交換する装置である。光起電力セルでハ、
十分なエネルギーをもつフォト／が半導体と反応して、
半導体を自由に動きまわることができる、正負のべ荷キ
ャリヤ、′電子及びホールを生じさせる。この装置Ｏ目
的は、両接点それ自体、表面のどこか、あるいは半導体
の本体内でそれらが再結合する前に一方の電気接点に成
子を、叱方の電気接点にホールを集めることである。
これらの自由電荷キャリヤが選択的にそれぞれの接点へ
流れていくようにするには、接点は一方のキャリヤに対
して障４ｔ−形成し、反対のキャリヤを自由に通過させ
なければならない。最近までは、最も有効な選択性障壁
は、半導体のＰ型不細物含灯領域とｎ型不純物含有領域
とＯ境界面く形成されたＰ　−ｎ接合であった。
もし、本体シリコンが非常に高品質のものであれば、大
部分の再結合は表面、特に接点で起る。
Ｐ　−ｎ接合を作るために使われる通常のドーピングさ
れた半導体接点は、これに関してはかなり劣っている。
この種０再結合は、順方向漏れ電流Ｊｏ　Ｋ基づいて測
定されるのが普通である。最近、ｎ型にドーピングされ
たＳ　Ｉ　ＰＯ５（Ｓｅｍ１−ＩｎＳＬＩＩａｉｆｎｇ
　Ｐｏ１ｙＳＩＩＩＣＯｎ＊結晶質シリコンと二［ＥＳ
シリコンとの混合物）のへテロ接合エミッタを作ること
によってシ流利得を高めたバイポーラ・トランジスタが
現われた。ｓ＋ｐｏｓについては、たとえば、’　Ａｐ
ｐｌ。ＰｈｙＳ、　Ｌｅｔ、ｌ　Ｖｏｌ　、　３　ｊ　
。
＆７（／り７り年）寄稿考松下池を参照されたい。
これは、彼等がエミッタ順方向漏れ底流を改清したこと
全意味する。最近では、この種のへテロ接点を用いて／
　０”−”　Ａ　／ｃＩｉ　程度■低いＪＯ値が達成さ
れた。これは、通常ｆ７）　Ｐ　−ｎ　、ｔ！合よシ約
２倍程すぐれている。
問題点を解決するための手段 本発明の光起電力セルは、背部に５ＩＰＯ３へテロ接合
を、縁部に通常の濃くドーピングされたシリコン接点を
有する反転形太陽電池である。通常のシリコン接点は、
光からさえぎられ、かつ能動被照明領域と能動へテロ接
点の双方から少なくとも／拡散長、すなわち／／３ミｌ
）横ＫＪＩＩして置かれている。５ＩＰＯ３へテロ接点
または通常の濃くドーピングされたシリコン接点Ｏどち
らも含まない表面は、表面再結合速度を低く維持するた
めに酸化されている。
実施例 本発明の太陽電池は、Ｐ型にドーピングされた結晶質シ
リコンとｎ型にドーピングされたＳ　Ｉ　ＰＯ５を有す
るセルによって例示し、説明することとする。しかしな
がら、こＱドーピングの型を相互に変更できることは理
解されたい。
第１図は、本発明によって構成された太＠電池の略図で
ある。電池の前面は光を内部に捕捉し、かつ反射損失ｔ
−減らすような表面構造にすることができる。この電池
すなわちセルは、Ｐ型シリコノの薄いリハノを有する。
また、このセルは反転形太陽電池である、すなわち、空
乏層は入射光から遠いセルの背部にある。
薄いセルであるので、セルを光学的に強化することが望
ましい。薄形太陽電池は、光学的に強化して、全内面反
射により光が内部に捕捉されるようにすれば、非常に効
率よく電流を集めることが可能である。さらに、薄いセ
ルでは、材料使用量が非常に少ない。薄いという性質は
そＯ（Ｊか重要な貢献をすることができる。セルの空乏
１ｆ！Ｊｌｔよ、反転構造を形成する背部に置くことが
できる。これが許されるのは、拡散長よりもかなシ薄い
セルの場合、前面に発生したキャリヤが背部の空乏層へ
の道筋に沿って少ない再結合損失で拡散するからである
。光学的に強化されたセルの背部に空乏層を配置するこ
とは、いくつかの利点がある。空乏層の狭い側面にある
ｎ型領域は、高いシート導電率を必要とする。仮に空乏
層が太陽′心池０前部にあれば、透明の導体とグリッド
が必要となり、光透過性と光学的強化との妥協を計るこ
とになろう。
セルＱ低部にｎ型へテロ接点を配置することにより、連
続金属膜は良好なシート導覗性と、光学的強化にとって
重要である良好な光反射性提供することができる。
さらに、半導体層自体は空乏層の前方で、それ自体のシ
ート導゛亀性を提供できるから、前面に透明の導体は必
要ない。しかし、反射防止被膜は好ましく、いずれにせ
よ光学的強化（光の捕捉）にとって不可欠な表面構造に
作られている。透明導体の除去により、すぐれたブルー
・レスＩ／スが可能になり、グリッド透過損失がなくな
り、そして光学的強化（光の捕捉）と張シ合う小さな寄
生性損失がなくなる。そのほかに、半導体す？／のシー
ト導電率は、一般に、半透明の導ｇＪｄｌｏそれよりま
烙っているから、４流に対する抵抗損失が減る。
通常のＰ−ｎ接合にまさるｎ　５ＩＰＯＳへテロ接点２
０Ｃ）利点は、既に検討したように、そのすぐれた（小
さい）順方向漏れ′磁流Ｊｏによっている。第１図にお
いて、反対の接点は、通常Ｑ濃くドーピングされたＰ　
シリコン接点２６である。
この接点を、セルの一方の縁にある暗所に、能動領域か
らある距離離して配置することにより、この接点の欠点
を大幅に改善することができる。第２図は、濃くドーピ
ングされＰ　シリコン接点２６ｆｃ光からさえぎるため
に、第１図の個々のリボンをどのように積み重ねなけれ
ばならないかを示す。リテ／の縁にあるＰ　７’Ｊコン
接点と隣りのりテノのｎ”Ｓ　Ｉ　ＰＯ３金属膜との間
は、金属で直列に接続されている。この接続により、パ
ネルとして、一体構造Ｑ高電圧直列接続ができる。さら
に、接点における再結合を最小限にするため必要である
から、Ｐ＋シリコン接点は隣りのリボンで隠されている
。接点２６は暗所にあるから、その接点で再結合するた
め利用できる少数キャリヤ（電子）はわずかである。ま
た、接点は能動非照明領域と能動ｎ＋ｓ＋ｐｏｓへテロ
接点から／／３ミ’）ＩＡれているから、多数キャリヤ
は再結合するために／／３ミ’ＪＱ全距離にわたって横
に拡散しなければならなくなる。したがって、その／／
３ミリの暗空間は再結合に対する障壁として作用し、そ
の順方向漏れ電流を減少させる上でＰ４　シリコン接点
の実効性分大幅に高める。以上○状態○下で、Ｐ＋　シ
リコン接点およびｎ＋５ＩＰＯ３ヘテロ接点の実効性は
、類似し、かつすぐれておシ、向上した効率と、７２０
ミリデルトを越える開路電圧を得ることができる。
結晶質／リコン・リゾ／材料の明細事項は、以下の〕由
りである。
少数キャリヤのライフタイム　／／／μｓｅｃ少数キャ
リヤの移動度　蜀−レＶｏｌｔ−ｓｅｃ少数キャリヤ 拡　散　長　３３３μｍ 厚　さ　！ｒＯｐｍ 幅　１０ｃｍ ｎ５ＩＰｏＳへテロ接点のＪｏ　１０　Ａｍｐｓ／１５
１０　Ｃ１表面再結合速度　ｊ　ｃｍ　／　ｓｅｃシリ
コン・ＩＪ　、ｐンの前面１２は、反射防止特性を改善
すると共に、入射光の内部の方向を不規則化して全内面
反射により光の捕捉（光学的強化）を行なうような表面
構造になっている。５１０２１０とＰシリコン・ＩＪ　
ｙＷ　ｙ　ｌ　４との境界面１２における表面再結合速
度を減じるために、前面は熱醸化によって作られた５ｔ
ｏ２　膜１０で被覆されている。
境界面１２は、熱酸化の分野の専門家ならば予想するこ
とができるｊ　ａｎ　／　ｓｅｃ　Ｏ表面再結合速度を
有する。この目的には、これらの表面１２にわずかなホ
ールの集中を生じさせるために、境界面１２における空
間固定電荷を負にすることが１ましいかも知れない。ｎ
＋５ＩＰＯ３またはＰ＋シリコンのいずれにも接触して
いないすべての表面は高品質の酸化物１０で被覆すべき
である。これには、リゾ１０右側縁（第１図）のほかに
、Ｐ＋シリコン接点２６とｎ　５ＩＰＯ３へテロ接点２
０と０間（Ｄ　ＩＪ　＆ンの左施にある／／３ミリ幅Ｏ
幅間空間まれる。
ワ、ｙ）１４０大部分は、Ｐ型溝電層からなる。
点簾１６はｓｎ＋５ＩＰＯ３ヘテロ接点に接近している
ために導電形式がＰ型からｎ型へ変化する空乏層を表わ
す、シリコン・！ｊｄ？／１４とｎ＋５ｌＰＯｓヘテロ
接点との境界面１８は、電子が透過するほど薄い二酸化
シリコンの２０〜４０Ａの中間＃を含んでいる。ヘテロ
接点層２０は、ｎ型５ＩＰＯ３゜すなわち結晶質シリコ
ンと燐・バドービングされた二酸化／リコンの混合物か
らなっている。高反射性金属たとえば銀または鋼の層２
２ば、ｎ＋５ＩＰＯｓ層に対する負の接点になる。ｎ＋
５ＩＰＯ３と金属との境界面２４には１、オーム接触の
形成を助けるために、少量のチタニウムその池の金属ｆ
ｃ置いてもよい。リホ／の左縁にあるのは、能動領域か
ら／／３ミｌ）だけ横に配置されたＰ＋／リコン層２６
である。Ｐ　シリコン層に接しているのは正の金属接点
２８である。
第１図の個々のセルは、太陽電池配列に結合することが
できる。第一図は、結合されたシリコン・リビ／○セル
Ｏ配置の断面を示し、この配列では、Ｐ　７リコン接点
２６と隣接する／／３ミリ領域は暗い状態に保たれてい
る。直列接続用金属処理３２は、リボンの左縁にあるＰ
＋シリコン接点から隣りのりセンの底にあるｎ＋Ｓ　Ｉ
　ＰＯ３接点へ電気的に接触させる。第２図Ｏ個々の太
陽電池構造は、何回も繰り返すことにより、直列配列の
最左縁と最左縁との間に要求された出力電化全発生させ
ることができる。
第３図は、ノグデグ装置Ｏ直並列接続（第３ａ図９また
は単一直列接続（第３ｂ図）を作るために、長さ１０ａ
ｎのリセ／全どのようにして・くネヤに配置するかを示
す２つの実施例の平面図である。
ノダデグ配置接続（ａｔは、各リヒ／が池の≠つと接触
しているために、ある程度冗長性のある構成が得られる
。
第≠図は、説明した太陽電池構造０ｎＳＩＰＯ３へテロ
接点の性能・や２メーラを点検するために使用した試験
用配置を示す。
この試験のために、結晶質Ｐ＋シリコンは、小面積３４
を除いてｎ”Ｓ　Ｉ　ＰＯ３でＭｉｌした。光の強さが
約！ｊ℃の温度において／太陽内部光電位（□ｎｅ　ｓ
ｕｎ　１ｎｔｅｒｎａｌ　）　Ｋ等しい状態で、２点３
４．３６間の電圧を測定した。
この配置は、ｎ”Ｓ　Ｉ　Ｐ　ＯＳへテロ接点の低い順
方向漏れ電流Ｊｏ　ｆ試験する場合にも使うことができ
る。この場合には、第１図に示した太陽電池の場合に必
要であったように、一方の接点を陪賓間に維持するので
なく、両接点は十分に照明される。
これは、５ＩＰＯＳ層のソート抵抗率が十分高く、小量
の漏れは開路状態の小さなじよう乱にすぎないことから
開路電圧測定の場合に許されるのである。第弘図の試験
用配置では、一様な大気塊において、７．２０　ｍＶを
越える開路電圧が測定された。
これは、順方向漏れ電流Ｊｏ　＝　／　０−１４Ａｒｒ
ｐｓ　／　ｃｄに相当する。また、このＪｏの低い値は
、光導電率のライフタイム測定によって確められた。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の個々のシリコン１池の断面図である
。電池の前面は光を内部に捕捉し、かつ反射損失を減ら
すような表面構造にすることがでへる。 第２図は、第１図の個々の′電池を太＠電池・やネルに
配置した断面図である。リボンの縁にあるＰ＋シリコン
接点と隣りＯリボンのｎ”Ｓ　Ｉ　ＰＯ３金属膜との間
は、金属で直列に接続されている。この接続により、・
ぐネルとして、一体構造の高電圧直列接続ができる。さ
らに、接点における再結合を最小限にするため必要であ
るから、Ｐ　７リコン接点は隣りのり〆／で隠されてい
る。 第３図は個々のべ池○直列接続の平面図であり、点線は
Ｐ＋シリコン縁接点である／リコン電池の隠された縁を
示す。第３ａ図は・ジグザグ配置の直並列接続、第３ｂ
図は単一列Ｏ直列接続を示す図。 第≠図は、測定電圧を発生させることＫよりｎ＋５ＩＰ
Ｏｓヘテロ接点のすぐれた漏れ電流を実証するために使
った簡単な試験用配置を示す図。 １０・・・５１０２．１２・・・前　面、１４・・・Ｐ
シリコンリボ／、１６・・・空乏層、１８・・・境界面
、２０・・・ｎ　＋Ｓ　Ｉ　ＰＯＳヘテロ接点、２２・
・・反射性金属層、２４・・・境界面、２６・・・Ｐ＋
シリコン層、２８・・・正の金属接点、３４．３６・・
・測定点。 ｆｉｌ；、　／ ｆ２ Ｆ／６．３ａ ｈ侯４、

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ／、　（ａ）　−のタイプのキャリヤでドーピングされ
    た結晶質シリコン層と、入射光から遠い前記結晶質シリ
    コン層の少なくとも一部分に付層しかつ別のタイプの導
    電形となるようにド−ピングされた５ＩＰＯ３層とを含
    む能動物質、（ｂ）　前記５ＩＰＯ３＃に固定された第
    １の金属接点、および （ｃ）　前記結晶質シリコン層の縁の部分に固定きれた
    第２の金属接点、 からなり、前記第２の金属接点に隣接する前記結晶質シ
    リコン層Ｏ領域は濃くドーピングされており、前記−の
    タイプのキャリヤの集中度が前記結晶質シリコン層の残
    りの部分よりも高いことを特徴とする太陽電池。 ユ　前記結晶質シリコンの少数キャリヤの拡散長は、２
    ００μｍ以上であることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の太陽電池。 ３、　少数キャリヤのライフタイムは、≠Ｏｐｓｅｃ以
    上Ｃあることケ特畝とする特許請求の範囲第１項記載の
    太Ｖ鴫心池。 ≠　前記結晶質シリコン層の前記残りの部分の表面は、
    Ｓ　ｉ　Ｏ２で不活性化され′Ｃいることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 左　前記第２の金属接点に隣接する濃くドーピングされ
    た領域は、５ＩＰＯ３に隣接する反対側の導電性領域か
    ら横に／拡散長より長い距離だけ離して配置されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太＠亀池
    。 乙、　前記第２の金属接点に隣接する濃くドーピングさ
    れた領域は、Ｓ　Ｉ　ＰＯ３Ｋ隣接する反対側の導電性
    領域から横に約２００μｍより長い距離だけ離して配置
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    θ太１湯亀池。 ７　前記第２０金属接点に隣接する鳴くドーピングされ
    た領域は、暗所に保持されていること？特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の太１湯電池。 ｇ、　前記暗所は、／拡散長より大きいことを特徴とす
    る特許請求の範囲第６項記載Ｑ太陽′亀池。 ２　前記１＠所は、約、２００ｐｍ以上であることを特
    徴とする特許請求の範囲第６項記載■太謁電池。 １０、太陽に向う前記結晶１１ｉ１ｊ　／ＩＪコン０＊
    面は・光の捕捉および光学的強化を生じさせるような表
    面構造になっていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の太陽電池。
JP60081188A 1984-04-16 1985-04-16 太陽電池 Pending JPS60234381A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US601080 1984-04-16
US06/601,080 US4525593A (en) 1984-04-16 1984-04-16 Inverted, optically enhanced solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60234381A true JPS60234381A (ja) 1985-11-21

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ID=24406145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60081188A Pending JPS60234381A (ja) 1984-04-16 1985-04-16 太陽電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4525593A (ja)
EP (1) EP0159902A2 (ja)
JP (1) JPS60234381A (ja)
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