JPS61216366A - 太陽電池 - Google Patents
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- JPS61216366A JPS61216366A JP60055658A JP5565885A JPS61216366A JP S61216366 A JPS61216366 A JP S61216366A JP 60055658 A JP60055658 A JP 60055658A JP 5565885 A JP5565885 A JP 5565885A JP S61216366 A JPS61216366 A JP S61216366A
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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
- H01L31/0693—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 the devices including, apart from doping material or other impurities, only AIIIBV compounds, e.g. GaAs or InP solar cells
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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
- 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
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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】
［技術分野］
本発明は、Ｓｉ基板上に形成したＧａＡｓ太陽電池に関
し、特に、Ｓｉ基板とＧａＡｓ太陽電池層との間に格子
不整合による歪を緩和するための第１中間層および光銹
起キャリアの再結合損失を防ぐための第２中間層を設け
、ＧａＡｓ太陽電池のｎ形層およびｐ形層のキャリア濃
度および膜厚を最適に定めることにより、光電変換効率
を高め、かつ軽量化を図った太陽電池に関するものであ
る。
し、特に、Ｓｉ基板とＧａＡｓ太陽電池層との間に格子
不整合による歪を緩和するための第１中間層および光銹
起キャリアの再結合損失を防ぐための第２中間層を設け
、ＧａＡｓ太陽電池のｎ形層およびｐ形層のキャリア濃
度および膜厚を最適に定めることにより、光電変換効率
を高め、かつ軽量化を図った太陽電池に関するものであ
る。
［従来技術］
従来の太陽電池の多くはＳｉのｐｎ接合構造から成る太
陽電池であった。このような従来使用されて来たＳｉ太
陽電池には、低価格であり、しかも密度が２．３３であ
ることから軽量である等の利点はあったが、禁止帯幅が
１．１１ｅＶであるので、太陽光エネルギーを有効に利
用することができず、実用上の光電変換効率は１０〜１
２％と低い欠点があった。
陽電池であった。このような従来使用されて来たＳｉ太
陽電池には、低価格であり、しかも密度が２．３３であ
ることから軽量である等の利点はあったが、禁止帯幅が
１．１１ｅＶであるので、太陽光エネルギーを有効に利
用することができず、実用上の光電変換効率は１０〜１
２％と低い欠点があった。
さらに、引は間接遷移形のバンド構造を有する半導体で
あるから、Ｓｉ太陽電池を薄層化し、さらに軽量化を図
ろうとすると、その薄層化により効率低下を招くことか
ら、このような太陽電池の層厚としては約１１００１Ｌ
が限界であった。
あるから、Ｓｉ太陽電池を薄層化し、さらに軽量化を図
ろうとすると、その薄層化により効率低下を招くことか
ら、このような太陽電池の層厚としては約１１００１Ｌ
が限界であった。
さらにまた、直接遷移形バンド構造を有するＧａＡｓを
用いて太陽電池を作製することも検討されているａ Ｇ
ａＡｓ太陽電池はＧａＡｓの禁止帯幅が１．４３ｅＶで
あることから、太陽光エネルギーを有効利用でき、光電
変換効率１７〜１８％が得られているが、高価格で、し
かも密度が５．３１であるので、重いという欠点がある
。もちろん、 ＧａＡｇ太陽電池の層厚を薄くして軽量
化を図ることもできるが、機械的強度の点から太陽電池
の層厚としては約１００＃Ｌｍが限界であった。
用いて太陽電池を作製することも検討されているａ Ｇ
ａＡｓ太陽電池はＧａＡｓの禁止帯幅が１．４３ｅＶで
あることから、太陽光エネルギーを有効利用でき、光電
変換効率１７〜１８％が得られているが、高価格で、し
かも密度が５．３１であるので、重いという欠点がある
。もちろん、 ＧａＡｇ太陽電池の層厚を薄くして軽量
化を図ることもできるが、機械的強度の点から太陽電池
の層厚としては約１００＃Ｌｍが限界であった。
それ故、太陽光強度１００ｍＷ／ａｍ″に対する重量比
出力で換算すると、Ｓｉ太陽電池の場合には０．５Ｗ／
ｇ、 ＧａＡｓ太陽電池の場合には０．３４Ｗ／ｇが限
界であった。
出力で換算すると、Ｓｉ太陽電池の場合には０．５Ｗ／
ｇ、 ＧａＡｓ太陽電池の場合には０．３４Ｗ／ｇが限
界であった。
さらに、材料Ｓｉの低価格および軽量の特長とＧａＡａ
の高効率の特長とを活かすため、第７図に示すように、
Ｓｉ基板１の上にＧａＡｓのｐｎ接合２を配置して太陽
電池を形成する試みもなされている（たとえば、Ｂ−Ｙ
、Ｔｓａｕｒ ｅｔ ａｌ、 ：Ｐｒｏｃ、１７ｔｈ
ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ５ｐｅｃｉａｌ
ｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＥＥＥ。
の高効率の特長とを活かすため、第７図に示すように、
Ｓｉ基板１の上にＧａＡｓのｐｎ接合２を配置して太陽
電池を形成する試みもなされている（たとえば、Ｂ−Ｙ
、Ｔｓａｕｒ ｅｔ ａｌ、 ：Ｐｒｏｃ、１７ｔｈ
ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ５ｐｅｃｉａｌ
ｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＥＥＥ。
Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８４）ｐ、４４０参照）、すな
わち、Ｓｉ基板上１にＧｅから成る中間＠３を設け、そ
の中間層３上に、ｐ形ＧａＡｓ暦４およびｎ形ＧａＡａ
層５から成り、 ＧａＡｓのｐｎ接合２を形成したＧａ
Ａｓ太陽電池層６を設け、さらにこのＧａＡｓ太陽電池
暦６上に反射病る。
わち、Ｓｉ基板上１にＧｅから成る中間＠３を設け、そ
の中間層３上に、ｐ形ＧａＡｓ暦４およびｎ形ＧａＡａ
層５から成り、 ＧａＡｓのｐｎ接合２を形成したＧａ
Ａｓ太陽電池層６を設け、さらにこのＧａＡｓ太陽電池
暦６上に反射病る。
このような太陽電池では、Ｓｉと（ｉａＡｓとの格子定
数の不整合率が約４％と大きいことに鑑み、Ｓｉ基板１
とＧａＡｓ暦６との間に、Ｇａから成る中間層３を配設
しｊているが、Ｓ＋基板ｌとＧｅＪｌ） ３との界面１
０に高密度の転位が発生し、これがＧａＡｇ暦６まで伝
播するため、ＧａＡｓ膜６中の転位密度が１０’ ｃｍ
−２程度と多く、なおかつｐ形ＧａＡａ暦４およびｎ形
ＧａＡｓ暦５のキャリア濃度および膜厚が最適化されて
いないために、光電変換効率は１４％程度であるという
欠点があった。さらに、このような構造の太陽電池にお
いては、Ｓｉ基板ｌを５０ルｍ程度まで薄膜化が可能で
あるが、重量比出力は効率の低さを反映し、太陽光強度
１００ｍＷ／ｃｒｎ”に対し、９．９７Ｗ／ｇが限界で
あるという欠点がある。
数の不整合率が約４％と大きいことに鑑み、Ｓｉ基板１
とＧａＡｓ暦６との間に、Ｇａから成る中間層３を配設
しｊているが、Ｓ＋基板ｌとＧｅＪｌ） ３との界面１
０に高密度の転位が発生し、これがＧａＡｇ暦６まで伝
播するため、ＧａＡｓ膜６中の転位密度が１０’ ｃｍ
−２程度と多く、なおかつｐ形ＧａＡａ暦４およびｎ形
ＧａＡｓ暦５のキャリア濃度および膜厚が最適化されて
いないために、光電変換効率は１４％程度であるという
欠点があった。さらに、このような構造の太陽電池にお
いては、Ｓｉ基板ｌを５０ルｍ程度まで薄膜化が可能で
あるが、重量比出力は効率の低さを反映し、太陽光強度
１００ｍＷ／ｃｒｎ”に対し、９．９７Ｗ／ｇが限界で
あるという欠点がある。
このように、従来のＳｉ太陽電池、 ＧａＡｓ太陽電池
およびＧａＡｓ／Ｇｅ／Ｓ ｉ構造太陽電池は、いずれ
も重量比出力が不十分で、’Ｊ＋の持つ低価格および軽
量の利点および０ａＡｓの持つ高効率の利点を有効に利
用できなかった。
およびＧａＡｓ／Ｇｅ／Ｓ ｉ構造太陽電池は、いずれ
も重量比出力が不十分で、’Ｊ＋の持つ低価格および軽
量の利点および０ａＡｓの持つ高効率の利点を有効に利
用できなかった。
［目的］
本発明は、これらの欠点を除去するためになされたもの
で、その目的は、Ｓｉ基板上に形成したヘテロフェイス
構造のＧａＡｓ太陽電池において、Ｓｉ基板とＧａＡｓ
太腸電池層との間に格子不整合を緩和するための第１中
間層、および光誘起キャリアの回置 結合損失を防ぐための第２中間層を配置することにより
高効率であり、しかも軽量構造の太陽電池を提供するこ
とにある。
で、その目的は、Ｓｉ基板上に形成したヘテロフェイス
構造のＧａＡｓ太陽電池において、Ｓｉ基板とＧａＡｓ
太腸電池層との間に格子不整合を緩和するための第１中
間層、および光誘起キャリアの回置 結合損失を防ぐための第２中間層を配置することにより
高効率であり、しかも軽量構造の太陽電池を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、Ｇａ１ｇ太陽電池のｎ形層および
ｐ形層のキャリア濃度および膜厚を最適に定めて、高効
率であり、しかも軽量構造の太陽電池を提供することに
ある。
ｐ形層のキャリア濃度および膜厚を最適に定めて、高効
率であり、しかも軽量構造の太陽電池を提供することに
ある。
［発明の構成］
かかる目的を達成するために、本発明の第１の形態では
、ｎ形Ｓｔ単結晶基板と、ｎ形ＧａＡｓ層と、該ｎ形Ｇ
ａＡｓ層上に配置したｐ形ＧａＡａ層とを有し、ｎ形Ｓ
ｉ単結晶基板とｎ形ＧａＡｓ暦との間には、少なくとも
、ＧａＡｓＲあるいは複数のＧａＡｓ層と混晶半導体Ａ
ＩＪａ Ｈ−ｚＡ ｓ （ただしＡｌｘＧａ組組成
＝ ０．１〜１．０）層とを交互に積層してなる中間層
を配置したことを特徴とする。
、ｎ形Ｓｔ単結晶基板と、ｎ形ＧａＡｓ層と、該ｎ形Ｇ
ａＡｓ層上に配置したｐ形ＧａＡａ層とを有し、ｎ形Ｓ
ｉ単結晶基板とｎ形ＧａＡｓ暦との間には、少なくとも
、ＧａＡｓＲあるいは複数のＧａＡｓ層と混晶半導体Ａ
ＩＪａ Ｈ−ｚＡ ｓ （ただしＡｌｘＧａ組組成
＝ ０．１〜１．０）層とを交互に積層してなる中間層
を配置したことを特徴とする。
本発明の第２の形態では、ｎ形Ｓｒ単結晶基板上に、Ｇ
ａＡｓ層あるいは複数のＧａＡｓ層と混晶半導体１１Ａ
ｌｌ、Ｇａｔ、Ａａ （ただしＡｌ１組成組成−０，１
〜１．０）Ｍとを交互に配置してなる第１中間層を配置
し、第１中間層上にｎ形層！ＬｖＧａ、、ＩＩＡａ （
ただし、Ａｌ組成−。
ａＡｓ層あるいは複数のＧａＡｓ層と混晶半導体１１Ａ
ｌｌ、Ｇａｔ、Ａａ （ただしＡｌ１組成組成−０，１
〜１．０）Ｍとを交互に配置してなる第１中間層を配置
し、第１中間層上にｎ形層！ＬｖＧａ、、ＩＩＡａ （
ただし、Ａｌ組成−。
〜０．４）から成る第２中間層を配置し、第２中間層上
にｎ形ＧａＡｓ層およびｐ形ＧａＡａ層をこの順序で配
置したことを特徴とする。
にｎ形ＧａＡｓ層およびｐ形ＧａＡａ層をこの順序で配
置したことを特徴とする。
本発明の第３の形態ではｎ形Ｓｉ単結晶基板上に、Ｇａ
Ａｓ層あるいは複数のＧａＡｓ１Ｊと混晶半導体Ａｊｌ
、Ｇａ、４ＬＡＳ（ただしＡｌ組組成 ＝ ０．１〜１
．０）層とを交互に配置してなる第１中間層を配置し、
第１中間層上にｎ形層！ＬＶＧａイＡｓ （ただし、Ａ
文組成ｙ−ｏ〜０．４）から成る第２中間層を配置し、
第２中間層上にｎ形ＧａＡ＋暦、ｐ形ＧａＡｓ層および
混晶半導体Ａ ｆＬｙ Ｇａ、ｘＡｓ （Ａ １組成ｗ
＝０．８〜０．９５）による窓層をこの順序に配置した
ことを特徴とする。
Ａｓ層あるいは複数のＧａＡｓ１Ｊと混晶半導体Ａｊｌ
、Ｇａ、４ＬＡＳ（ただしＡｌ組組成 ＝ ０．１〜１
．０）層とを交互に配置してなる第１中間層を配置し、
第１中間層上にｎ形層！ＬＶＧａイＡｓ （ただし、Ａ
文組成ｙ−ｏ〜０．４）から成る第２中間層を配置し、
第２中間層上にｎ形ＧａＡ＋暦、ｐ形ＧａＡｓ層および
混晶半導体Ａ ｆＬｙ Ｇａ、ｘＡｓ （Ａ １組成ｗ
＝０．８〜０．９５）による窓層をこの順序に配置した
ことを特徴とする。
本発明の好適例では、ＳＮ単結晶基板上に低温成長Ｇａ
Ａｓ層による第１中間層あるいは膜厚がそれぞれ４０〜
１ＯＯＯλのＧａＡｓ層と混晶半導体Ａｌ、Ｇａ、ｚＡ
ｓ層（ＡｆＬ組成冨−０，１〜１．０）を２〜７層はど
交互に成長させてなる第１中間層を設け、その第１中間
層上にキャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ ｃ−一３以上の
Ａｌｙ Ｇａｐ−ｘＡｓ （Ａ１組成７−０〜０．４）
から成る第２中間層を設け、この第２中間層上にｎ形Ｇ
ａＡｓ暦とｐ形ＧａＡｓ層とによる接合層およびｐ形層
ｉ、 Ｇａｐ−ｘＡｓ層（Ａｌ組組成−０，８−０，
９５）による窓層から成るＧａＡｓヘテロフェイス構造
太陽電池を形成する。
Ａｓ層による第１中間層あるいは膜厚がそれぞれ４０〜
１ＯＯＯλのＧａＡｓ層と混晶半導体Ａｌ、Ｇａ、ｚＡ
ｓ層（ＡｆＬ組成冨−０，１〜１．０）を２〜７層はど
交互に成長させてなる第１中間層を設け、その第１中間
層上にキャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ ｃ−一３以上の
Ａｌｙ Ｇａｐ−ｘＡｓ （Ａ１組成７−０〜０．４）
から成る第２中間層を設け、この第２中間層上にｎ形Ｇ
ａＡｓ暦とｐ形ＧａＡｓ層とによる接合層およびｐ形層
ｉ、 Ｇａｐ−ｘＡｓ層（Ａｌ組組成−０，８−０，
９５）による窓層から成るＧａＡｓヘテロフェイス構造
太陽電池を形成する。
従来、Ｓｉ基板とＧａＡｓとの格子定数の不整合率は４
％程度と大きいことから、Ｓｉ基板とＧａＡｓ層との間
にＧｅから成る中間層を設けているが、Ｓｉ基板とＧｅ
層との界面に高密度の転位が発生し、 ＧａＡｓ層まで
伝播するため、ＧａＡｓ膜中の転位密度が１０’ ｃ＋
ｓ−２程度と多く、Ｓｉ基板上への高品質のＧａＡｓ膜
のエピタキシャル成長は難しかった。これに対して、本
発明では、Ｓｉ基板上に膜厚５０〜５００人のＧａＡｓ
膜を低温エビ成長させるか、膜厚１０００Å以下のＡｌ
、Ｇａ、−、ｅＡｓＣＡｌ組成ｗｍ Ｏ，１ｘ１．０）
とＧａＡＳｌｌとを交互に成長させた第１中間層を形成
することにより、この第１中間層上に数ルｍ程度のＧａ
Ａｓ膜を成長させた場合にも、このＧａＡｓ膜中の転位
密度を１０’ ａｙｓ−２以下にすることができた。さ
らに。
％程度と大きいことから、Ｓｉ基板とＧａＡｓ層との間
にＧｅから成る中間層を設けているが、Ｓｉ基板とＧｅ
層との界面に高密度の転位が発生し、 ＧａＡｓ層まで
伝播するため、ＧａＡｓ膜中の転位密度が１０’ ｃ＋
ｓ−２程度と多く、Ｓｉ基板上への高品質のＧａＡｓ膜
のエピタキシャル成長は難しかった。これに対して、本
発明では、Ｓｉ基板上に膜厚５０〜５００人のＧａＡｓ
膜を低温エビ成長させるか、膜厚１０００Å以下のＡｌ
、Ｇａ、−、ｅＡｓＣＡｌ組成ｗｍ Ｏ，１ｘ１．０）
とＧａＡＳｌｌとを交互に成長させた第１中間層を形成
することにより、この第１中間層上に数ルｍ程度のＧａ
Ａｓ膜を成長させた場合にも、このＧａＡｓ膜中の転位
密度を１０’ ａｙｓ−２以下にすることができた。さ
らに。
第１中間層とＣ７ａＡｓ膜との中間に高キャリア濃度の
Ａ ｆＬ ｙ Ｇ ａ ｌ−Ｉ Ａ ｓ （Ａ １組成
ｙ−Ｑ〜０．４）から成る第２中間層を設けることによ
り、ＧａＡｇ太陽電池層内における光誘起キャリアの再
結合損失を防ぐことができた。
Ａ ｆＬ ｙ Ｇ ａ ｌ−Ｉ Ａ ｓ （Ａ １組成
ｙ−Ｑ〜０．４）から成る第２中間層を設けることによ
り、ＧａＡｇ太陽電池層内における光誘起キャリアの再
結合損失を防ぐことができた。
［実施例］
以下に１図面を参照しながら、実施例を用いて本発明の
詳細な説明するが、かかる実施例は本発明の例示に過ぎ
ず、本発明の範囲で種々の改良や変形があり得ることは
勿論である。
詳細な説明するが、かかる実施例は本発明の例示に過ぎ
ず、本発明の範囲で種々の改良や変形があり得ることは
勿論である。
第１図および第２図は本発明太陽電池の２つの構成例を
示す。
示す。
第１図は、ｎ形Ｓｉ単結晶基板ｌｌ上に膜厚５０〜５０
０人のｎ形Ｇａｐｓ膜１２を４００〜５００℃で低温成
長させて第１中間層１３を形成した例を示す、第２図の
実施例では、ｎ形Ｓｉ単結晶基板ｌｌ上に膜厚４０〜ｔ
ｏｏｏ人のｎ形ＧａＡｓＮ１４と膜厚４０−１０００人
のｎ形Ａ ｕ、Ｇａ１−ｚ’Ａ ３層（ＡｆＬ組成組成
０．１〜１．０）１５を各々２〜７層はど交互に成長
させて第１中間層１３を形成する。特に、第２図の例で
は、第１中間層１３は、ＧａＡｓ層１４およびＬＩＬｚ
Ｇａ、−Ａｓ層１５が各々３層から成る。この第１中間
暦１３の上に、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ ｃｍ−
”以上のｎ形Ａ Ｉ ＶＧａ、ｆＡｓ暦（Ａｌ組成−ｏ
〜０．４）による第２中間層！８を設ける。この第２中
間暦１８上に、キャリア濃度３Ｘ １０１８〜２Ｘ １
０１８ ｃｍ−’であり、かつ膜厚２〜５ＩＬＩＩのｎ
形ＧａＡｓ層１７、次にキャリア濃度２×１０１ｔ〜ｌ
Ｘｌ０”ｃ履−３であり、かつ膜厚０．３〜 ｌルｍの
ｐ形ＧａＡｓ層１８、さらにキャリア濃度２Ｘ １０
１８〜ＩＸ １０１１０ｌ９’であり、かつ膜厚０．０
３〜０．２ｇ ｍのｐ形Ａｆｌｙ ＧａＩ−ｗＡｓの窓
層１８をこの順序に形成して。
０人のｎ形Ｇａｐｓ膜１２を４００〜５００℃で低温成
長させて第１中間層１３を形成した例を示す、第２図の
実施例では、ｎ形Ｓｉ単結晶基板ｌｌ上に膜厚４０〜ｔ
ｏｏｏ人のｎ形ＧａＡｓＮ１４と膜厚４０−１０００人
のｎ形Ａ ｕ、Ｇａ１−ｚ’Ａ ３層（ＡｆＬ組成組成
０．１〜１．０）１５を各々２〜７層はど交互に成長
させて第１中間層１３を形成する。特に、第２図の例で
は、第１中間層１３は、ＧａＡｓ層１４およびＬＩＬｚ
Ｇａ、−Ａｓ層１５が各々３層から成る。この第１中間
暦１３の上に、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ ｃｍ−
”以上のｎ形Ａ Ｉ ＶＧａ、ｆＡｓ暦（Ａｌ組成−ｏ
〜０．４）による第２中間層！８を設ける。この第２中
間暦１８上に、キャリア濃度３Ｘ １０１８〜２Ｘ １
０１８ ｃｍ−’であり、かつ膜厚２〜５ＩＬＩＩのｎ
形ＧａＡｓ層１７、次にキャリア濃度２×１０１ｔ〜ｌ
Ｘｌ０”ｃ履−３であり、かつ膜厚０．３〜 ｌルｍの
ｐ形ＧａＡｓ層１８、さらにキャリア濃度２Ｘ １０
１８〜ＩＸ １０１１０ｌ９’であり、かつ膜厚０．０
３〜０．２ｇ ｍのｐ形Ａｆｌｙ ＧａＩ−ｗＡｓの窓
層１８をこの順序に形成して。
ＧａＡｓのｐｎ接合２４）から成るヘテロフェイス構造
太陽電池を構成する。なお、図中、２１は窓層１８上に
配置した反射防止膜、２２はｐ形ＧａＡｓ暦１８に接続
される表面電極、２３は基板１１の表面に配置された裏
面電極である。
太陽電池を構成する。なお、図中、２１は窓層１８上に
配置した反射防止膜、２２はｐ形ＧａＡｓ暦１８に接続
される表面電極、２３は基板１１の表面に配置された裏
面電極である。
本実施例における各層のエピタキシャル成長は気相エピ
タキシャル成長法で実施することができるが、その他に
分子線エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長
法などでも実施できることは勿論である。
タキシャル成長法で実施することができるが、その他に
分子線エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長
法などでも実施できることは勿論である。
本実施例の太陽電池においては、Ｓｉ基板１１とＧａＡ
ｓ層１７との中間に薄層のＧａＡｓ層１２あるいはＧａ
Ａｓ層１４とＡｌ工Ｇａ、工Ａｓ層１５との周期構造か
ら成る第１中間層１３を設けているため、第７図の従来
のＧｅから成る中間層３を形成した場合に比ベア、９ｉ
基板とＧａＡｓとの格子定数の不整合に基づく歪の緩和
が改善されている。この結果、従来のＧｅから成る中間
層３を利用した場合では、その上部のＧａＡｓ層４およ
び５には１Ｇ’ ｃｍ−２程度の高密度転位が発生する
ため、光電変換効率は１４％程度と低かった。これに対
し、本発明においては、薄層のＧａＡｓ層あるいはＧａ
Ａｓ層とＡｌ工Ｇａ、−エＡｓ層の周期構造から成る中
間層１３を設けることにより、その上部のＧａＡｓ層１
７および１８内の転位密度を１０５１０５ａ以下に抑え
ることができ、本実施例の太陽電池において、光電変換
効率２０％以上を達成できた。
ｓ層１７との中間に薄層のＧａＡｓ層１２あるいはＧａ
Ａｓ層１４とＡｌ工Ｇａ、工Ａｓ層１５との周期構造か
ら成る第１中間層１３を設けているため、第７図の従来
のＧｅから成る中間層３を形成した場合に比ベア、９ｉ
基板とＧａＡｓとの格子定数の不整合に基づく歪の緩和
が改善されている。この結果、従来のＧｅから成る中間
層３を利用した場合では、その上部のＧａＡｓ層４およ
び５には１Ｇ’ ｃｍ−２程度の高密度転位が発生する
ため、光電変換効率は１４％程度と低かった。これに対
し、本発明においては、薄層のＧａＡｓ層あるいはＧａ
Ａｓ層とＡｌ工Ｇａ、−エＡｓ層の周期構造から成る中
間層１３を設けることにより、その上部のＧａＡｓ層１
７および１８内の転位密度を１０５１０５ａ以下に抑え
ることができ、本実施例の太陽電池において、光電変換
効率２０％以上を達成できた。
しかもまた、本発明の太陽電池においては、第１図およ
び第２図に示したように、第１中間層１３とｎ形ＧａＡ
ｓ層１７との間に高キャリア濃度のＡ ｆＬｙ Ｇａ１
−ｒＡｓ （Ａ ４１組組成−０〜０．４）から成る第
２中間層１８を設けているため、第３図の曲線工および
Ｉに示すように、第１中間層１３あるいはＳｉ基板１１
との界面部における光誘起キャリアの再結合損失〆 を抑制することができ、光電変換効率ｉ改善させられて
いる。ここで、他線Ｉは第１および第２中間層の双方を
有する本発明太陽電池の場合を示し、曲線■は従来の太
陽電池の場合を示す。
び第２図に示したように、第１中間層１３とｎ形ＧａＡ
ｓ層１７との間に高キャリア濃度のＡ ｆＬｙ Ｇａ１
−ｒＡｓ （Ａ ４１組組成−０〜０．４）から成る第
２中間層１８を設けているため、第３図の曲線工および
Ｉに示すように、第１中間層１３あるいはＳｉ基板１１
との界面部における光誘起キャリアの再結合損失〆 を抑制することができ、光電変換効率ｉ改善させられて
いる。ここで、他線Ｉは第１および第２中間層の双方を
有する本発明太陽電池の場合を示し、曲線■は従来の太
陽電池の場合を示す。
さらに加えて１本発明の太陽電池においては、第３図〜
第６図に示すように、ｎ形ＧａＡｇ′層１７の膜厚およ
びキャリア濃度、ｐ形ＧａＡｓ暦１８の膜厚およびキャ
リア濃度の最適化を行うことにより、光電変換効率が改
善された。第４図〜第６図において１曲線Ｉは本発明太
陽電池の場合を示し１曲線■は従来の太陽電池の場合を
示す、また、ｐ形ＧａＡｓ＠１８の表面にｐ形Ａ ｊａ
ｗ Ｇａ ＋−ｙ Ａ ｓ （Ａ ｆＬ組成０、θ〜０
．９５）から成る窓層１３を設けることにより、ｐ形Ｇ
ａＡｓ層１８における表面再結合の影響を低減でき、一
層の高効率化が達成されている。
第６図に示すように、ｎ形ＧａＡｇ′層１７の膜厚およ
びキャリア濃度、ｐ形ＧａＡｓ暦１８の膜厚およびキャ
リア濃度の最適化を行うことにより、光電変換効率が改
善された。第４図〜第６図において１曲線Ｉは本発明太
陽電池の場合を示し１曲線■は従来の太陽電池の場合を
示す、また、ｐ形ＧａＡｓ＠１８の表面にｐ形Ａ ｊａ
ｗ Ｇａ ＋−ｙ Ａ ｓ （Ａ ｆＬ組成０、θ〜０
．９５）から成る窓層１３を設けることにより、ｐ形Ｇ
ａＡｓ層１８における表面再結合の影響を低減でき、一
層の高効率化が達成されている。
このように、本実施例の太陽電池においては。
第１中間層１３を設けることにより、Ｓｉ基板とＧａＡ
ｓとの格子定数の不整合に起因する転位の太陽電池材料
層への伝播を抑制でき、第２中間層ＩＢの形成により光
誘起キャリアの再結合損失を抑制でき、なおかつｎ形Ｇ
ａＡｓ層１７、ｐ形ＧａＡｇ１ｉ’１Ｂの膜厚およびキ
ャリア濃度を最適に定め、Ａ ｌ ｗＧａ Ｉ−ｗＡｓ
の窓層１８をも設けることにより、高効率化に最適な太
陽電池構造を作製できた。この結果、本実施例の太陽電
池において、光電変換効率２１％を達成でき、しかも、
ＧａＡｓは直接遷移形のバンド構造であることから、第
３図からもわかるように、太陽電池動作層の厚さとして
は２〜５ｇｍあれば十分であり、さらに、Ｓｉ基板も５
０ｐ、ｍ厚まで薄層化でき、したがって、太陽光強度１
００ｍＷ／ｃゴにおける本発明太陽電池の重量比出力も
１．８５１１１ノｇと従来の太陽電池に比べて数倍の特
性改善が達成された。
ｓとの格子定数の不整合に起因する転位の太陽電池材料
層への伝播を抑制でき、第２中間層ＩＢの形成により光
誘起キャリアの再結合損失を抑制でき、なおかつｎ形Ｇ
ａＡｓ層１７、ｐ形ＧａＡｇ１ｉ’１Ｂの膜厚およびキ
ャリア濃度を最適に定め、Ａ ｌ ｗＧａ Ｉ−ｗＡｓ
の窓層１８をも設けることにより、高効率化に最適な太
陽電池構造を作製できた。この結果、本実施例の太陽電
池において、光電変換効率２１％を達成でき、しかも、
ＧａＡｓは直接遷移形のバンド構造であることから、第
３図からもわかるように、太陽電池動作層の厚さとして
は２〜５ｇｍあれば十分であり、さらに、Ｓｉ基板も５
０ｐ、ｍ厚まで薄層化でき、したがって、太陽光強度１
００ｍＷ／ｃゴにおける本発明太陽電池の重量比出力も
１．８５１１１ノｇと従来の太陽電池に比べて数倍の特
性改善が達成された。
［効果］
以上説明したように、本発明の太陽電池は。
Ｓｉ基板とＧａＡｓとの格子不整合に起因する歪を緩和
するために適した第１中ｒＩＲ層を有し、およびその界
面部における光誘起キャリアの再結合損失を抑制するた
めに適した第２中間層を有し、さらには太陽電池層の各
々のキャリア濃度および膜厚の最適化をはかり、かつＡ
ｌＧａＡｓの窓層を設けることによって、Ｓｉ基板上に
高効率のＧａＡｓ太陽電池を構成でき、従来の太陽電池
に比べて、Ｓｉ基板の軽量および低価格の特長とＧａＡ
ｓの太陽電池材料としての高効率の特長とを有効に利用
して重量比出力が極めて高い太陽電池を提供できる。
するために適した第１中ｒＩＲ層を有し、およびその界
面部における光誘起キャリアの再結合損失を抑制するた
めに適した第２中間層を有し、さらには太陽電池層の各
々のキャリア濃度および膜厚の最適化をはかり、かつＡ
ｌＧａＡｓの窓層を設けることによって、Ｓｉ基板上に
高効率のＧａＡｓ太陽電池を構成でき、従来の太陽電池
に比べて、Ｓｉ基板の軽量および低価格の特長とＧａＡ
ｓの太陽電池材料としての高効率の特長とを有効に利用
して重量比出力が極めて高い太陽電池を提供できる。
第１図および第２図は本発明太陽電池の２実施例を示す
断面図、 第３図、第４図、第５図および第６図は、それぞれ、ｎ
形ＧａＡｓ層の膜厚、キャリア濃度、ｐ形ＧａＡｓ層の
膜厚およびキャリア濃度が太陽電池の光電変換効率にお
よぼす効果を本発明に係る太陽電池と従来の太陽電池と
で比較した結果を示す特性図、 第７図は従来の太陽電池の構成例を示す断面図である。 １・・・Ｓｉ基板、 ２…ＧａＡｓ ｐｎ接合１ ３・・・Ｇｅの中間層、 ４・ｐ形ＧａＡｓ層。 ５・−ｎ形ＧａＡｓ層、 ６・・・Ｇａｐｓ太陽電池層、 ７・・・反射防止膜、 ８・・・表面電極、 ９・・・裏面電極、 ｉｏ−・・ｓｒ基板−Ｇｅ界面、 １１・・・ｎ形Ｓｉ単結晶基板、 １２−・・ｎ形ＧａＡｓの薄層、 １３・・・第１中間層、 １４・・・ｎ形ＧａＡｓの薄層、 ！５・・・ｎ形層２℃Ｇ幅工Ａｓの薄層。 １Ｂ・・・高キャリア濃度のＡ ｌ ｖ Ｇ ａ ＋−
ｖ Ａ ｓから成る第２中間層、 １？・・−ｎ形ＧａＡｓ層、 １８・Ｐ形ＧａＡｓ層、 １９・・・Ｐ形層文ｗＧ ａ （−ｙＡ ｓの窓層、２
０・・・ＧａＡｓ ｐｎ接合・ ２１・・・反射防止膜、 ２２・・・表面電極、 ２３・・・裏面電極。 第１図 第２図 を−剖轡覆脣 ス 架轡崎−慨Ｓセ 逸 一参伸１帆慮蕾 ８
断面図、 第３図、第４図、第５図および第６図は、それぞれ、ｎ
形ＧａＡｓ層の膜厚、キャリア濃度、ｐ形ＧａＡｓ層の
膜厚およびキャリア濃度が太陽電池の光電変換効率にお
よぼす効果を本発明に係る太陽電池と従来の太陽電池と
で比較した結果を示す特性図、 第７図は従来の太陽電池の構成例を示す断面図である。 １・・・Ｓｉ基板、 ２…ＧａＡｓ ｐｎ接合１ ３・・・Ｇｅの中間層、 ４・ｐ形ＧａＡｓ層。 ５・−ｎ形ＧａＡｓ層、 ６・・・Ｇａｐｓ太陽電池層、 ７・・・反射防止膜、 ８・・・表面電極、 ９・・・裏面電極、 ｉｏ−・・ｓｒ基板−Ｇｅ界面、 １１・・・ｎ形Ｓｉ単結晶基板、 １２−・・ｎ形ＧａＡｓの薄層、 １３・・・第１中間層、 １４・・・ｎ形ＧａＡｓの薄層、 ！５・・・ｎ形層２℃Ｇ幅工Ａｓの薄層。 １Ｂ・・・高キャリア濃度のＡ ｌ ｖ Ｇ ａ ＋−
ｖ Ａ ｓから成る第２中間層、 １？・・−ｎ形ＧａＡｓ層、 １８・Ｐ形ＧａＡｓ層、 １９・・・Ｐ形層文ｗＧ ａ （−ｙＡ ｓの窓層、２
０・・・ＧａＡｓ ｐｎ接合・ ２１・・・反射防止膜、 ２２・・・表面電極、 ２３・・・裏面電極。 第１図 第２図 を−剖轡覆脣 ス 架轡崎−慨Ｓセ 逸 一参伸１帆慮蕾 ８
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）ｎ形Ｓｉ単結晶基板と、ｎ形ＧａＡｓ層と、該ｎ形
ＧａＡｓ層上に配置したｐ形ＧａＡｓ層とを有し、前記
ｎ形Ｓｉ単結晶基板と前記ｎ形ＧａＡｓ層との間には、
少なくとも、ＧａＡｓ層あるいは複数のＧａＡｓ層と混
晶半導体Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（ただしＡｌ組
成ｘ＝０．１〜１．０）層とを交互に積層してなる中間
層を配置したことを特徴とする太陽電池。 ２）ｎ形Ｓｉ単結晶基板上に、ＧａＡｓ層あるいは複数
のＧａＡｓ層と混晶半導体Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡ
ｓ（ただしＡｌ組成ｘ＝０．１〜１．０）層とを交互に
配置してなる第１中間層を配置し、該第１中間層上にｎ
形Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ（ただし、Ａｌ組成ｙ
＝０〜０．４）から成る第２中間層を配置し、該第２中
間層上にｎ形ＧａＡｓ層およびｐ形ＧａＡｓ層をこの順
序で配置したことを特徴とする太陽電池。 ３）ｎ形Ｓｉ単結晶基板上に、ＧａＡｓ層あるいは複数
のＧａＡｓ層と混晶半導体Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡ
ｓ（ただしＡｌ組成ｘ＝０．１〜１．０）層とを交互に
配置してなる第１中間層を配置し、該第１中間層上にｎ
形Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ（ただし、Ａｌ組成ｙ
＝０〜０．４）から成る第２中間層を配置し、該第２中
間層上にｎ形ＧａＡｓ層、ｐ形ＧａＡｓ層および混晶半
導体Ａｌ＿ｗＧａ＿１＿−＿ｗＡｓ（Ａｌ組成ｗ＝０．
６〜０．９５）による窓層をこの順序に配置したことを
特徴とする太陽電池。 ４）前記ｎ形Ｓｉ単結晶基板上に、ＧａＡｓあるいは膜
厚がそれぞれ４０〜１０００Åの前記ＧａＡｓ層および
前記混晶半導体Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（ただし
Ａｌ組成ｘ＝０．１〜１．０）層を２〜７層交互に成長
させて前記第１中間層を設け、該第１中間層上にキャリ
ア濃度が１×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３以上のｎ形Ａｌ
＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ（ただし、Ａｌ組成ｙ＝０〜
０．４）から成る前記第２中間層を設け、該第２中間層
上にキャリア濃度３×１０＾１＾６〜２×１０＾１＾７
ｃｍ＾−＾３であり、かつ膜厚２〜５μｍの前記ｎ形Ｇ
ａＡｓ層、キャリア濃度２×１０＾１＾８〜１×１０＾
１＾９ｃｍ＾−＾３であり、かつ膜厚０．３〜１μｍの
前記ｐ形ＧａＡｓ層、および混晶半導体Ａｌ＿ｗＧａ＿
１＿−＿ｗＡｓ（ただしＡｌ組成ｗ＝０．６〜０．９５
）であり、かつ膜厚０．０３〜０．２μｍの前記窓層を
この順序で積層したことを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055658A JPS61216366A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055658A JPS61216366A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61216366A true JPS61216366A (ja) | 1986-09-26 |
Family
ID=13004937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60055658A Pending JPS61216366A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61216366A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01304786A (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 光発電素子 |
-
1985
- 1985-03-22 JP JP60055658A patent/JPS61216366A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01304786A (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 光発電素子 |
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