JPS6258674B2 - - Google Patents
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- JPS6258674B2 JPS6258674B2 JP57103096A JP10309682A JPS6258674B2 JP S6258674 B2 JPS6258674 B2 JP S6258674B2 JP 57103096 A JP57103096 A JP 57103096A JP 10309682 A JP10309682 A JP 10309682A JP S6258674 B2 JPS6258674 B2 JP S6258674B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229910017401 Au—Ge Inorganic materials 0.000 description 2
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- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
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
- H01L31/04—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
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- 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
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高効率のモノリシツクカスケード形
太陽電池に関するものである。
太陽電池に関するものである。
30％以上の変換効率が期待できる太陽電池とし
て、モノリシツクカスケード形太陽電池が提案さ
れている。これは、同一基板上に禁止帯幅の異な
る二つの太陽電池（以下、上部セルおよび下部セ
ルと略す）と窓層とを積層したもので、高い変換
効率を実現するためには、次の２つの基本的条件
を満足する材料系を選ぶ必要がある。
て、モノリシツクカスケード形太陽電池が提案さ
れている。これは、同一基板上に禁止帯幅の異な
る二つの太陽電池（以下、上部セルおよび下部セ
ルと略す）と窓層とを積層したもので、高い変換
効率を実現するためには、次の２つの基本的条件
を満足する材料系を選ぶ必要がある。
(a) 上部セルおよび下部セルの半導体の禁止帯幅
が、それぞれ、1.6eVおよび0.95eVであるとと
もに、窓層となる半導体の禁止帯幅が1.8〜
1.9eVであること。
が、それぞれ、1.6eVおよび0.95eVであるとと
もに、窓層となる半導体の禁止帯幅が1.8〜
1.9eVであること。
(b) 基板となる半導体と、下部セルおよび上部セ
ルならびに窓層材料との格子整合がとれている
こと。
ルならびに窓層材料との格子整合がとれている
こと。
しかしながら、従来は、これら２つの条件を満
足する材料系が見い出されていなかつたため、高
効率のモノリシツク形太陽電池は実現されていな
かつた。なお、従来、上部セルおよび下部セルに
ついては最適禁止帯幅（1.6eVおよび0.95eV）を
有し、基板との格子整合がとれる材料系として
は、InP（基板）―InGaAsP（下部セル）―
InAlAs（上部セル）の組合せが知られていた。
しかしながら、この場合には1.8〜1.9eVの禁止帯
幅を有し、かつInPと格子整合する窓層材料が存
在しなかつた。そのため、上部セル表面での光キ
ヤリアの再結合が著しく、変換効率の向上が図れ
なかつた。
足する材料系が見い出されていなかつたため、高
効率のモノリシツク形太陽電池は実現されていな
かつた。なお、従来、上部セルおよび下部セルに
ついては最適禁止帯幅（1.6eVおよび0.95eV）を
有し、基板との格子整合がとれる材料系として
は、InP（基板）―InGaAsP（下部セル）―
InAlAs（上部セル）の組合せが知られていた。
しかしながら、この場合には1.8〜1.9eVの禁止帯
幅を有し、かつInPと格子整合する窓層材料が存
在しなかつた。そのため、上部セル表面での光キ
ヤリアの再結合が著しく、変換効率の向上が図れ
なかつた。
本発明は、InPの光学的禁止帯幅が高濃度のド
ナ不純物の添加により大幅に増大することに着目
してなしたものであり、このドナ不純物高濃度添
加InPを窓層材料として用いることにより、上述
した２つの基本的条件を満足する材料系を実現
し、以て高効率のモノリシツクカスケード形太陽
電池を提供することを目的とするものである。
ナ不純物の添加により大幅に増大することに着目
してなしたものであり、このドナ不純物高濃度添
加InPを窓層材料として用いることにより、上述
した２つの基本的条件を満足する材料系を実現
し、以て高効率のモノリシツクカスケード形太陽
電池を提供することを目的とするものである。
かかる目的を達成するために、本発明は、InP
基板を有し、該InP基板上に、InPと格子整合し
たInGaAsPあるいはAlGaInAsのpn接合層を下部
セルとして形成し、該下部セルの上にInPと格子
整合したInAlAsのpn接合層を上部セルとして積
層したモノリシツクカスケード形太陽電池におい
て、前記上部セル層の窓層材料として、周期律表
ｂ族元素を高濃度に添加することにより光学的
禁止帯幅を1.6eV以上に増大させたInPを用いた
ことを特徴とする。
基板を有し、該InP基板上に、InPと格子整合し
たInGaAsPあるいはAlGaInAsのpn接合層を下部
セルとして形成し、該下部セルの上にInPと格子
整合したInAlAsのpn接合層を上部セルとして積
層したモノリシツクカスケード形太陽電池におい
て、前記上部セル層の窓層材料として、周期律表
ｂ族元素を高濃度に添加することにより光学的
禁止帯幅を1.6eV以上に増大させたInPを用いた
ことを特徴とする。
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
る。
一般に、半導体に高濃度のドナ不純物やアクセ
ブタ不純物を添加すると、光学的禁止帯幅が増大
することが知られている。これは、縮退と呼ばれ
る現象で、フエルミ準位が伝導帯内（ｎ形の場
合）あるいは、充満帯内（ｐ形の場合）に入るた
めに生じるものである。この現象による光学的禁
止帯幅の増加量は、半導体への不純物の固溶度に
よつて制限され、通常の半導体では、固溶度は
0.1at％程度で、光学的禁止帯幅の増加はせいぜ
い0.1〜0.2eV程度である。
ブタ不純物を添加すると、光学的禁止帯幅が増大
することが知られている。これは、縮退と呼ばれ
る現象で、フエルミ準位が伝導帯内（ｎ形の場
合）あるいは、充満帯内（ｐ形の場合）に入るた
めに生じるものである。この現象による光学的禁
止帯幅の増加量は、半導体への不純物の固溶度に
よつて制限され、通常の半導体では、固溶度は
0.1at％程度で、光学的禁止帯幅の増加はせいぜ
い0.1〜0.2eV程度である。
最近、InPにおいて、周期律表ｂ族元素であ
るＳ、Se、Teが1at％以上の高濃度に添加でき、
その結果、0.5eV以上の光学的禁止帯幅の増加が
得られることが明らかにされた（F.Z.Hawrylo：
Appl.Phys.Lett.、37、1038（1980））。第１図
に、InPにおけるSeの添加量（at％）と光学的禁
止帯幅の増加量（eV）との関係を示す。本発明
者らは、1at％以上のＳ、Se、Teを添加したInP
結晶においても、これらの不純物添加に伴う結晶
性の低下がないこと、さらに、格子定数の変化が
５×10-2％以下であることを明らかにし、これが
モノリシツクカスケード形太陽電池の窓層に利用
できることを見い出した。以下、実施例を用いて
本発明を詳細に説明する。
るＳ、Se、Teが1at％以上の高濃度に添加でき、
その結果、0.5eV以上の光学的禁止帯幅の増加が
得られることが明らかにされた（F.Z.Hawrylo：
Appl.Phys.Lett.、37、1038（1980））。第１図
に、InPにおけるSeの添加量（at％）と光学的禁
止帯幅の増加量（eV）との関係を示す。本発明
者らは、1at％以上のＳ、Se、Teを添加したInP
結晶においても、これらの不純物添加に伴う結晶
性の低下がないこと、さらに、格子定数の変化が
５×10-2％以下であることを明らかにし、これが
モノリシツクカスケード形太陽電池の窓層に利用
できることを見い出した。以下、実施例を用いて
本発明を詳細に説明する。
第２図は、Se添加InPを窓層材料とした本発明
のモノリシツクカスケード形太陽電池の断面構造
の一例を示し、ここで、１はｐ形InP基板、２は
内部にpn接合をもつ（Al0.2Ga0.8）0.47In0.53As層
（禁止帯幅0.95eV）から成る下部セル、３は
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層で、上下セル間の電
気的接続を行うトンネル接合として働く。４は内
部にpn接合を有するIn0.53Al0.47As層（禁止帯幅
1.6eV）から成る上部セル、５はSeを1.5at％添加
したInP層（光学的禁止帯幅1.9eV）で、窓層と
して働く。６はAu―Geの櫛形オーム性電極、７
はAu―Znの裏面オーム性電極である。
のモノリシツクカスケード形太陽電池の断面構造
の一例を示し、ここで、１はｐ形InP基板、２は
内部にpn接合をもつ（Al0.2Ga0.8）0.47In0.53As層
（禁止帯幅0.95eV）から成る下部セル、３は
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層で、上下セル間の電
気的接続を行うトンネル接合として働く。４は内
部にpn接合を有するIn0.53Al0.47As層（禁止帯幅
1.6eV）から成る上部セル、５はSeを1.5at％添加
したInP層（光学的禁止帯幅1.9eV）で、窓層と
して働く。６はAu―Geの櫛形オーム性電極、７
はAu―Znの裏面オーム性電極である。
これを作製するには、InP基板１の上に各層
２，３，４および５を順次にエピタキシヤル成長
させ、最後に、オーム性電極６および７をそれぞ
れInP窓層５およびInP基板１に形成する。エピ
タキシヤル成長法としては、液相成長法
（LPE）、気相成長法（VPE）および分子線蒸着
法（MBE）のいずれの方法を用いてもよい。
２，３，４および５を順次にエピタキシヤル成長
させ、最後に、オーム性電極６および７をそれぞ
れInP窓層５およびInP基板１に形成する。エピ
タキシヤル成長法としては、液相成長法
（LPE）、気相成長法（VPE）および分子線蒸着
法（MBE）のいずれの方法を用いてもよい。
このようにして作製したモノリシツクカスケー
ド形太陽電池は、100mW／cm2のAMIの太陽光下
で、20％の変換効率を示した。これは、従来得ら
れていた最高の効率13％を大幅に上回るものであ
る。また、第２図において、Se添加InP窓層５の
ない太陽電池も同時に作製したが、この場合の効
率は15％であり、本発明のSe添加InP窓層５が効
率向上に極めて大きな効果をもつことが確認され
た。なお、本実施例の20％の効率は、反射防止膜
のない状態で得られたものであり、適当な反射防
止膜を用いるとともに、トンネル接合である
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層３の特性（厚さ、抵
抗など）を改善すれば、30％以上の効率を実現で
きる。
ド形太陽電池は、100mW／cm2のAMIの太陽光下
で、20％の変換効率を示した。これは、従来得ら
れていた最高の効率13％を大幅に上回るものであ
る。また、第２図において、Se添加InP窓層５の
ない太陽電池も同時に作製したが、この場合の効
率は15％であり、本発明のSe添加InP窓層５が効
率向上に極めて大きな効果をもつことが確認され
た。なお、本実施例の20％の効率は、反射防止膜
のない状態で得られたものであり、適当な反射防
止膜を用いるとともに、トンネル接合である
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層３の特性（厚さ、抵
抗など）を改善すれば、30％以上の効率を実現で
きる。
以上の実施例は、InP（基板）―AlGaInAs
（下部セル）―InAlAs（上部セル）系材料の場合
についてであるが、InP（基板）―InGaAsP（下
部セル）―InAlAs（上部セル）系材料について
も同様の結果が得られる。また、InP窓層５への
添加不純物としては、Se以外の他のｂ族元素
Ｓ、Teについても、添加量と光学的禁止帯幅と
の関係に多少のちがいはあるが、同様の効果を得
ることができる。
（下部セル）―InAlAs（上部セル）系材料の場合
についてであるが、InP（基板）―InGaAsP（下
部セル）―InAlAs（上部セル）系材料について
も同様の結果が得られる。また、InP窓層５への
添加不純物としては、Se以外の他のｂ族元素
Ｓ、Teについても、添加量と光学的禁止帯幅と
の関係に多少のちがいはあるが、同様の効果を得
ることができる。
以上説明したように、本発明のモノリシツクカ
スケード形太陽電池では、基板にInPを用い、窓
層として高濃度のｂ族元素を添加し、格子定数
を変化させない状態で光学的禁止帯幅のみを増大
させたInPを用いるのであるから、下部セル、上
部セルおよび窓層の禁止帯幅を理想値に保ちつ
つ、それらと基板との格子整合をとることができ
るので、極めて高い変換効率を実現できるという
利点がある。さらに加えて、高濃度のｂ族元素
を添加したInP窓層は、その比抵抗が著しく小さ
いため、オーム性電極の形成が簡単であること、
またかなり薄く（〜0.1μｍ）ても電池の直列抵
抗の増大をもたらすことがないなどの利点もあ
る。
スケード形太陽電池では、基板にInPを用い、窓
層として高濃度のｂ族元素を添加し、格子定数
を変化させない状態で光学的禁止帯幅のみを増大
させたInPを用いるのであるから、下部セル、上
部セルおよび窓層の禁止帯幅を理想値に保ちつ
つ、それらと基板との格子整合をとることができ
るので、極めて高い変換効率を実現できるという
利点がある。さらに加えて、高濃度のｂ族元素
を添加したInP窓層は、その比抵抗が著しく小さ
いため、オーム性電極の形成が簡単であること、
またかなり薄く（〜0.1μｍ）ても電池の直列抵
抗の増大をもたらすことがないなどの利点もあ
る。
第１図はInPにおけるSe添加量と光学的禁止帯
幅の増加量との関係を示す特性曲線図、第２図は
本発明のモノリシツクカスケード形太陽電池の一
実施例を示す断面図である。 １…ｐ形InP基板、２…内部にpn接合をもつ
（Al0.2Ga0.8）0.47In0.53As層（下部セル）、３…
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層（トンネル接合）、４
…内部にpn接合を有するIn0.53Al0.47As層（上部
セル）、５…Seを1.5at％添加したInP窓層、６…
Au―Geの櫛形オーム性電極、７…Au―Znの裏面
オーム性電極。
幅の増加量との関係を示す特性曲線図、第２図は
本発明のモノリシツクカスケード形太陽電池の一
実施例を示す断面図である。 １…ｐ形InP基板、２…内部にpn接合をもつ
（Al0.2Ga0.8）0.47In0.53As層（下部セル）、３…
In0.53Al0.47Asのp+n+接合層（トンネル接合）、４
…内部にpn接合を有するIn0.53Al0.47As層（上部
セル）、５…Seを1.5at％添加したInP窓層、６…
Au―Geの櫛形オーム性電極、７…Au―Znの裏面
オーム性電極。
Claims (1)
- １ InP基板を有し、該InP基板上に、InPと格子
整合したInGaAsPあるいはAlGaInAsのpn接合層
を下部セルとして形成し、該下部セルの上にInP
と格子接合したInAlAsのpn接合層を上部セルと
して積層したモノリシツクカスケード形太陽電池
において、前記上部セル層の窓層材料として、周
期律表ｂ族元素を高濃度に添加することにより
光学的禁止帯幅を1.6eV以上に増大させたInPを
用いたことを特徴とするモノリシツクカスケード
形太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57103096A JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57103096A JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58220475A JPS58220475A (ja) | 1983-12-22 |
| JPS6258674B2 true JPS6258674B2 (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=14345097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57103096A Granted JPS58220475A (ja) | 1982-06-17 | 1982-06-17 | モノリシツクカスケ−ド形太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58220475A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6455069U (ja) * | 1987-10-02 | 1989-04-05 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61255074A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 光電変換半導体装置 |
| EP2761668A2 (en) * | 2011-09-30 | 2014-08-06 | Microlink Devices, Inc. | Thin film inp-based solar cells using epitaxial lift-off |
-
1982
- 1982-06-17 JP JP57103096A patent/JPS58220475A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6455069U (ja) * | 1987-10-02 | 1989-04-05 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58220475A (ja) | 1983-12-22 |
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