JPH0831614B2 - 太陽電池セル - Google Patents
太陽電池セルInfo
- Publication number
- JPH0831614B2 JPH0831614B2 JP62281613A JP28161387A JPH0831614B2 JP H0831614 B2 JPH0831614 B2 JP H0831614B2 JP 62281613 A JP62281613 A JP 62281613A JP 28161387 A JP28161387 A JP 28161387A JP H0831614 B2 JPH0831614 B2 JP H0831614B2
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- Japan
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- solar cell
- layer
- semiconductor
- main surface
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数個の太陽電池を直列に接続して光発電に
使用する場合、一部の太陽電池セルが影になつた時に発
生する逆電圧に破壊を防止する逆導通太陽電池セルに関
する。
使用する場合、一部の太陽電池セルが影になつた時に発
生する逆電圧に破壊を防止する逆導通太陽電池セルに関
する。
一般に、この種の太陽電池セルは基本的には１つのｐ
−ｎ接合を有するダイオードである。
−ｎ接合を有するダイオードである。
実際の太陽電池セルを発電用として使用する際には、
複数個のセルを直列に接続し、全体の発生電圧が所定の
電圧となるようにしていた。
複数個のセルを直列に接続し、全体の発生電圧が所定の
電圧となるようにしていた。
しかしながら従来の太陽電池セルは、太陽電池セルの
一部が影になつた場合、直列接続された他のセルに発生
する電圧が、ダイオードである太陽電池セルの性質上、
逆方向電圧として印加されることになり、この時、太陽
電池セルの逆方向耐量が小さいと破壊現象が起り、太陽
電池セルとしての機能が低下し又は消滅してしまうとい
う欠点があつた。
一部が影になつた場合、直列接続された他のセルに発生
する電圧が、ダイオードである太陽電池セルの性質上、
逆方向電圧として印加されることになり、この時、太陽
電池セルの逆方向耐量が小さいと破壊現象が起り、太陽
電池セルとしての機能が低下し又は消滅してしまうとい
う欠点があつた。
上記の欠点を防止するためには太陽電池セルの逆方向
耐圧を高めるか、又は直列接続したセルの発生電圧が１
セルの逆阻止能力を越えない範囲毎に、逆並列に別途ダ
イオードを挿入するという方法がある。
耐圧を高めるか、又は直列接続したセルの発生電圧が１
セルの逆阻止能力を越えない範囲毎に、逆並列に別途ダ
イオードを挿入するという方法がある。
前者の太陽電池セルの逆方向電圧を高めるには、ベー
ス層の不純物濃度を下げるという方法がある。このため
には太陽電池セルでは浅いｐ−ｎ接合を必要とし、特に
宇宙用太陽電池セルは短波長感度を高めるために0.3〜
0.5μｍ以下にする必要があり、通常数百Ｖの逆耐圧を
得るのに必要な不純物濃度のベース層に対して上記のよ
うなｐ−ｎ接合を拡散によつて形成することは、実験的
には可能であつても技術的に量産は非常に困難である。
また、GaAs太陽電池セルにおいては、その結晶成長時に
低不純物濃度を得ることは困難であり、このため得られ
る逆耐圧は多くても数十Ｖである。
ス層の不純物濃度を下げるという方法がある。このため
には太陽電池セルでは浅いｐ−ｎ接合を必要とし、特に
宇宙用太陽電池セルは短波長感度を高めるために0.3〜
0.5μｍ以下にする必要があり、通常数百Ｖの逆耐圧を
得るのに必要な不純物濃度のベース層に対して上記のよ
うなｐ−ｎ接合を拡散によつて形成することは、実験的
には可能であつても技術的に量産は非常に困難である。
また、GaAs太陽電池セルにおいては、その結晶成長時に
低不純物濃度を得ることは困難であり、このため得られ
る逆耐圧は多くても数十Ｖである。
他方、後者の別途ダイオードを挿入する方法は、ダイ
オード接続により部品点数が増加するのでコストアツプ
につながり且つ系としての信頼性を下げることになり、
特に高信頼性を要求される宇宙用等の太陽電池セルでは
大きな問題となる。
オード接続により部品点数が増加するのでコストアツプ
につながり且つ系としての信頼性を下げることになり、
特に高信頼性を要求される宇宙用等の太陽電池セルでは
大きな問題となる。
他の方法として太陽電池セル中に逆並列接続された独
立のダイオードを形成することにより外部逆並列ダイオ
ード挿入と同様の効果を得ることができる。しかし反
面、同一半導体基板内に逆並列ダイオードを形成した場
合、入射光により逆並列ダイオードに太陽電池起電力と
反対方向に起電力が発生してしまい、太陽電池の特性を
著しく損うことになる。
立のダイオードを形成することにより外部逆並列ダイオ
ード挿入と同様の効果を得ることができる。しかし反
面、同一半導体基板内に逆並列ダイオードを形成した場
合、入射光により逆並列ダイオードに太陽電池起電力と
反対方向に起電力が発生してしまい、太陽電池の特性を
著しく損うことになる。
以上のように太陽電池セルの逆耐圧を高めることは限
度があり、高電圧発電システムとしての使用は困難であ
つた。
度があり、高電圧発電システムとしての使用は困難であ
つた。
本発明は以上のような問題点を解消し、同一半導体基
板内に逆並列ダイオードを形成する逆導通太陽電池セル
において、逆並列ダイオードの起電力を防止して高効率
の太陽電池セルを得ることを目的とする。
板内に逆並列ダイオードを形成する逆導通太陽電池セル
において、逆並列ダイオードの起電力を防止して高効率
の太陽電池セルを得ることを目的とする。
本発明は半導体基板の第１の主面に全面形成され、そ
の１部が半導体基板を貫通して第２の主面に到達するよ
うな第１の導電型の第１の半導体層と、半導体基板を第
１の半導体層により分離して形成された第２の導電型の
第２の半導体層および第２の導電型の第３の半導体層
と、 第２の導電型の第３の半導体層内に位置し、第２の主
面側に形成された第１の導電型を有する半導体層であつ
て、第３の半導体層と形成するｐ−ｎ接合が第１の主面
から入射される光発電に寄与する波長の光が第３の半導
体層に吸収されて該ｐ−ｎ接合まで達しない深さに形成
された第４の半導体層と、第２の主面側の所定箇所に形
成された外部接続用の電極とを設けたものである。
の１部が半導体基板を貫通して第２の主面に到達するよ
うな第１の導電型の第１の半導体層と、半導体基板を第
１の半導体層により分離して形成された第２の導電型の
第２の半導体層および第２の導電型の第３の半導体層
と、 第２の導電型の第３の半導体層内に位置し、第２の主
面側に形成された第１の導電型を有する半導体層であつ
て、第３の半導体層と形成するｐ−ｎ接合が第１の主面
から入射される光発電に寄与する波長の光が第３の半導
体層に吸収されて該ｐ−ｎ接合まで達しない深さに形成
された第４の半導体層と、第２の主面側の所定箇所に形
成された外部接続用の電極とを設けたものである。
本発明は第１の主面側からの光は第３の半導体層に吸
収され、第２の主面側からの光は電極により反射又は吸
収されるので、第３の半導体層および第４の半導体層に
より形成されるｐ−ｎ接合部には光が到達せず、逆方向
の発電は生じない。
収され、第２の主面側からの光は電極により反射又は吸
収されるので、第３の半導体層および第４の半導体層に
より形成されるｐ−ｎ接合部には光が到達せず、逆方向
の発電は生じない。
次に本発明の実施例について図を用いて説明する。
第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示すGaAs
太陽電池セルの各製造工程の断面図である。
太陽電池セルの各製造工程の断面図である。
まず、ｎ型GaAsの半導体基板１の表面側である受光面
側（図では上側）および裏面側の両面に選択拡散用のマ
スクとしてCVD方法によりSi3N4膜２を形成し（（ａ）
図）、そのSi3N4膜２の所定箇所を写真製版技術により
除去して半導体基板１が露出するような窓を形成する
（（ｂ）図）。
側（図では上側）および裏面側の両面に選択拡散用のマ
スクとしてCVD方法によりSi3N4膜２を形成し（（ａ）
図）、そのSi3N4膜２の所定箇所を写真製版技術により
除去して半導体基板１が露出するような窓を形成する
（（ｂ）図）。
次に前工程で形成された窓から不純物であるZnの拡散
を行い、半導体基板１を貫通するようなｐ型、GaAs層４
（第１の導電型の第１の半導体層）を形成する。これに
より半導体基板１は左右に分離されｎ型GaAs層3,5（第
２の導電型の第2,第３の半導体層）が形成される。そし
て、ｎ型GaAs層５の裏面側にｐ型GaAs層６（第１の導電
型を有する第４の半導体層）を形成する。（（ｃ）
図）。この際、ｎ型GaAs層５およびｐ型GaAs層６より形
成されるｐ−ｎ接合である逆並列ダイオードの位置は、
セル端から少なくとも20μｍ以上離れるようにする。
を行い、半導体基板１を貫通するようなｐ型、GaAs層４
（第１の導電型の第１の半導体層）を形成する。これに
より半導体基板１は左右に分離されｎ型GaAs層3,5（第
２の導電型の第2,第３の半導体層）が形成される。そし
て、ｎ型GaAs層５の裏面側にｐ型GaAs層６（第１の導電
型を有する第４の半導体層）を形成する。（（ｃ）
図）。この際、ｎ型GaAs層５およびｐ型GaAs層６より形
成されるｐ−ｎ接合である逆並列ダイオードの位置は、
セル端から少なくとも20μｍ以上離れるようにする。
これは、特にGaAs太陽電池セルにおいては、GaAsの光
吸収係数が大きく，光発電に寄与する波長の光の浸透深
さが約20μｍであり、逆並列ダイオードのｐ−ｎ接合が
これ以上深い位置にあれば接合部に電力が発生すること
がないからである。
吸収係数が大きく，光発電に寄与する波長の光の浸透深
さが約20μｍであり、逆並列ダイオードのｐ−ｎ接合が
これ以上深い位置にあれば接合部に電力が発生すること
がないからである。
この後、受光面側のSi3N4膜２を除去し、太陽電池機
能を有するｐ−ｎ接合を形成するために約0.5μｍの厚
みのｐ型GaAs層７（第１の導電型の第１の半導体層）お
よびｐ型AlGaAs層８を形成する（（ｄ）図）。
能を有するｐ−ｎ接合を形成するために約0.5μｍの厚
みのｐ型GaAs層７（第１の導電型の第１の半導体層）お
よびｐ型AlGaAs層８を形成する（（ｄ）図）。
さらに、受光面側にはｐ型AlGaAs層８上にSi3N4の反
射防止膜９を形成し、裏面側にはSi3N4の絶縁膜10を形
成する。続いてこれらの反射防止膜９および絶縁膜10の
所定箇所を写真製版技術により除去し、その除去部分
に、受光面側にはグリツド電極11を形成し、裏面側には
２つの独立しが外部接続電極として陽電極，陰電極12,1
3を形成する（（ｅ）図）。
射防止膜９を形成し、裏面側にはSi3N4の絶縁膜10を形
成する。続いてこれらの反射防止膜９および絶縁膜10の
所定箇所を写真製版技術により除去し、その除去部分
に、受光面側にはグリツド電極11を形成し、裏面側には
２つの独立しが外部接続電極として陽電極，陰電極12,1
3を形成する（（ｅ）図）。
この陽電極12はｐ型GaAs層4,n型GaAs層５に接触する
ように形成され、他方、陰電極13はｎ型GaAs層3,p型GaA
s層６に接触するように形成され、位置的に離れたｎ型G
aAs層３およびｐ型GaAs層６を電気的に接続している。
ように形成され、他方、陰電極13はｎ型GaAs層3,p型GaA
s層６に接触するように形成され、位置的に離れたｎ型G
aAs層３およびｐ型GaAs層６を電気的に接続している。
さらに陰電極13はｎ型GaAs層５及びｐ型GaAs6から成
るｐ−ｎ接合部分を絶縁膜10を介して被覆するように形
成されている。
るｐ−ｎ接合部分を絶縁膜10を介して被覆するように形
成されている。
次に本実施例の動作について説明する。
まず、太陽電池セルの受光面に光が入射すると、ｎ型
GaAs層３及びｐ型GaAs層４の間に光起電力が生じ、陽電
極12を正，陰電極13を負とする電池として動作する。こ
の際、ｐ型GaAs層４及びｎ型GaAs層５は陽電極12により
短絡しているので、光発電には寄与しない。ここで、ｎ
型GaAs層５とｐ型GaAs層６により形成されるｐ−ｎ接合
はその性質上太陽電池セルの発電方向とは逆方向の発電
機能を有しているのであるが、受光面側からの入射光中
発電に有効な波長の光はｎ型GaAs層５およびｐ型GaAs層
７により吸収され、他方、裏面側からの入射光は陰電極
13により遮蔽されるので、該ｐ−ｎ接合には光は到達せ
ず従つて、逆方向に発電を防ぐことができる。
GaAs層３及びｐ型GaAs層４の間に光起電力が生じ、陽電
極12を正，陰電極13を負とする電池として動作する。こ
の際、ｐ型GaAs層４及びｎ型GaAs層５は陽電極12により
短絡しているので、光発電には寄与しない。ここで、ｎ
型GaAs層５とｐ型GaAs層６により形成されるｐ−ｎ接合
はその性質上太陽電池セルの発電方向とは逆方向の発電
機能を有しているのであるが、受光面側からの入射光中
発電に有効な波長の光はｎ型GaAs層５およびｐ型GaAs層
７により吸収され、他方、裏面側からの入射光は陰電極
13により遮蔽されるので、該ｐ−ｎ接合には光は到達せ
ず従つて、逆方向に発電を防ぐことができる。
また、陽電極12,陰電極13を介して直列接続された複
数の太陽電池セルにおいては、一部の太陽電池セルが影
になつた場合、逆電圧が印加され陽電極12が負、陰電極
13に正がバイアスされるが、このときはｎ型GaAs層5,p
型GaAs層６から成るｐ−ｎ接合が順バイアスされ、電流
が陰電極13から陽電極12へ流れることになり（逆方向導
通能力）、このため、該ｐ−ｎ接合には逆電圧が印加さ
れない。
数の太陽電池セルにおいては、一部の太陽電池セルが影
になつた場合、逆電圧が印加され陽電極12が負、陰電極
13に正がバイアスされるが、このときはｎ型GaAs層5,p
型GaAs層６から成るｐ−ｎ接合が順バイアスされ、電流
が陰電極13から陽電極12へ流れることになり（逆方向導
通能力）、このため、該ｐ−ｎ接合には逆電圧が印加さ
れない。
このように本実施例ではｎ型GaAs層５及びｐ型GaAs層
６から成るｐ−ｎ接合部に逆電圧の発電を生じないよう
に構成しているので、太陽電池セルは逆方向電圧による
破壊を防ぐことが可能となる。
６から成るｐ−ｎ接合部に逆電圧の発電を生じないよう
に構成しているので、太陽電池セルは逆方向電圧による
破壊を防ぐことが可能となる。
なお、本実施例ではGaAs太陽電池セルについて説明し
たが、この他にもSi太陽電池セル等他の太陽電池セルに
適用しうることができるのはいうまでもない。
たが、この他にもSi太陽電池セル等他の太陽電池セルに
適用しうることができるのはいうまでもない。
また、本実施例では陰電極13がｎ型GaAs層３およびｐ
型GaAs層６を短絡するように形成しているが、ｎ型GaAs
層3,p型GaAs層６に電極を各々形成してアセンブリ時に
コネクタにより結合しても良い。
型GaAs層６を短絡するように形成しているが、ｎ型GaAs
層3,p型GaAs層６に電極を各々形成してアセンブリ時に
コネクタにより結合しても良い。
以上のように本発明では第１の主面側からの光は第３
の半導体層に吸収され、第２の主面側からの光は電極に
より反射され、第３の半導体層および第４の半導体層に
より形成されるｐ−ｎ接合部には光が到達しないように
構成したので、ｐ−ｎ接合部での逆方向の発電を防止で
き、逆方向電圧により太陽電池セルが破壊されることも
なくなり、且つ外部にダイオードを挿入する必要もない
ので部品数を抑えることが可能となり、より信頼性の高
い太陽電池セルを得ることができる。
の半導体層に吸収され、第２の主面側からの光は電極に
より反射され、第３の半導体層および第４の半導体層に
より形成されるｐ−ｎ接合部には光が到達しないように
構成したので、ｐ−ｎ接合部での逆方向の発電を防止で
き、逆方向電圧により太陽電池セルが破壊されることも
なくなり、且つ外部にダイオードを挿入する必要もない
ので部品数を抑えることが可能となり、より信頼性の高
い太陽電池セルを得ることができる。
第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示す太陽電
池セルの各製造工程の断面図である。 １……半導体基板、２……Si3N4膜、３……ｎ型GaAs層
（第２の半導体層）、５……ｎ型GaAs層（第３の半導体
層）、４……ｐ型GaAs層（第１の半導体層）、６……ｐ
型GaAs層（第４の半導体層）、７……ｐ型GaAs層（第１
の半導体層）、８……ｐ型AlGaAs層、９……反射防止
膜、10……絶縁膜、11……グリツド電極、12……陽極、
13……陰極。
池セルの各製造工程の断面図である。 １……半導体基板、２……Si3N4膜、３……ｎ型GaAs層
（第２の半導体層）、５……ｎ型GaAs層（第３の半導体
層）、４……ｐ型GaAs層（第１の半導体層）、６……ｐ
型GaAs層（第４の半導体層）、７……ｐ型GaAs層（第１
の半導体層）、８……ｐ型AlGaAs層、９……反射防止
膜、10……絶縁膜、11……グリツド電極、12……陽極、
13……陰極。
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板の第１の主面に全面形成され、
その１部が半導体基板を貫通して第２の主面に到達する
ような第１の導電型の第１の半導体層と、 半導体基板を第１の半導体層により分離して形成された
第２の導電型の第２の半導体層および第２の導電型の第
３の半導体層と、 第２の導電型の第３の半導体層内に位置し、第２の主面
側に形成された第１の導電型を有する半導体層であつ
て、第３の半導体層と形成するｐ−ｎ接合が第１の主面
から入射される光発電に寄与する波長の光が第３の半導
体層に吸収されて該ｐ−ｎ接合まで達しない深さに形成
された第４の半導体層と、 第１及び第２の主面側の所定箇所に形成された外部接続
用の電極とを設けたことを特徴とする太陽電池セル。 - 【請求項２】前記第２の主面側に形成された電極は、第
１の半導体層および第３の半導体層の両方に接触するよ
うに形成された第１の電極と、第２の半導体層上に形成
された第２の電極と、第２の主面に露出した第３の半導
体層および第４の半導体層より形成されるｐ−ｎ接合部
を絶縁層を介して覆うような位置で且つ第４の半導体層
上に形成され、第２の電極と電気的に接続している第３
の電極とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の太陽電池セル。 - 【請求項３】前記半導体基板はGaAsより成ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。 - 【請求項４】前記第３の半導体層及び第４の半導体層よ
り形成されるｐ−ｎ接合部は、半導体基板の端部より20
μｍ以上離れて形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の太陽電池セル。 - 【請求項５】前記第１の半導体層および第４の半導体層
はZnを不純物とするｐ型層であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項，第２項，第３項又は第４項記載の太
陽電池セル。 - 【請求項６】前記第３の半導体層の一部及び、第3,第４
の半導体層により形成されるｐ−ｎ接合の第２の主面露
出部は、少なくともSi3N4を含む絶縁層を介して、第３
の電極に覆われていることを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の太陽電池セル。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281613A JPH0831614B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 太陽電池セル |
| US07/202,507 US4846896A (en) | 1987-07-08 | 1988-06-07 | Solar cell with integral reverse voltage protection diode |
| DE3819671A DE3819671A1 (de) | 1987-07-08 | 1988-06-09 | Solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung |
| GB8813737A GB2206732B (en) | 1987-07-08 | 1988-06-10 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281613A JPH0831614B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 太陽電池セル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123479A JPH01123479A (ja) | 1989-05-16 |
| JPH0831614B2 true JPH0831614B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17641576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62281613A Expired - Lifetime JPH0831614B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-11-06 | 太陽電池セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831614B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0324768A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-01 | Sharp Corp | バイパスダイオード付太陽電池 |
| JP2573083B2 (ja) * | 1990-06-06 | 1997-01-16 | シャープ株式会社 | バイパスダイオード付太陽電池 |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62281613A patent/JPH0831614B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01123479A (ja) | 1989-05-16 |
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