JP2771497B2 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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JP2771497B2
JP2771497B2 JP7310984A JP31098495A JP2771497B2 JP 2771497 B2 JP2771497 B2 JP 2771497B2 JP 7310984 A JP7310984 A JP 7310984A JP 31098495 A JP31098495 A JP 31098495A JP 2771497 B2 JP2771497 B2 JP 2771497B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及びその
製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、一般的に用いられている太陽電池
の断面構造及び材料構成の具体例を図2に示す。図2は
GaAs化合物半導体を用いた太陽電池の例であり、p
型GaAsエミッター層5とn型GaAsベース層6の
境界領域に形成されるpn接合を基本構造とし、光によ
ってpn接合領域に励起されたキャリアがその内部電界
によって電子はn側の裏面電極9に、正孔はp側の表面
電極1に到達し、そこから外部に取り出されることによ
り出力が得られる。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a specific example of a sectional structure and a material structure of a solar cell generally used at present. FIG. 2 shows an example of a solar cell using a GaAs compound semiconductor.
Junction formed in the boundary region between the n-type GaAs emitter layer 5 and the n-type GaAs base layer 6 has a basic structure. Carriers excited in the pn junction region by light allow electrons to flow to the n-side back electrode 9 by the internal electric field. , Holes reach the p-side surface electrode 1 and are extracted therefrom to obtain an output.

【0003】太陽電池の性能は光電変換効率によって示
されるが、それは現在のところ最高でも約30%前後で
あり、残りは様々な要因によって損失となっている。本
質的に光電変換に寄与しない分を除くと、主な損失要因
としては次の4種類があげられる。 (1)表面での反射損失 (2)半導体表面あるいは裏面での再結合損失 (3)半導体内部での再結合損失 (4)直列抵抗損失 光電変換効率を高くするためには、これらの損失を低減
することが必要である。図2に示す従来型の太陽電池構
造においても、損失低減のために様々な試みがなされて
いる。反射防止膜2は、太陽電池材料の屈折率を考慮
し、表面反射が最低になるような材料を太陽電池表面に
積層し、前記(1)の反射損失を低減するためのもので
ある。また、窓層3はpn接合を形成する材料より禁制
帯幅が大きい材料をエミッター層5の表面に積層し、光
励起されたキャリアが表面に到達し再結合するのを防ぐ
ための層である。BSF層7はベース層6より禁制帯幅
の大きい材料を積層したりドーピング濃度を高くしたり
して、その内部電界によりキャリアが裏面に到達する前
に追い返し、裏面での再結合を防ぐ役割を果たしてい
る。これらはともに前記(2)の再結合損失を低減する
ための試みである。前記(3)の損失を低減するために
は、半導体材料自体の結晶品質を向上する試みがなされ
ている。また、前記(4)の損失低減には、結晶品質の
向上とともに電極1の設計や低抵抗のオーミックコンタ
クト材料の開発などの試みがなされている。電極1と窓
層3の間にp型GaAsキャップ層11を設けることも
その一つである。
[0003] The performance of a solar cell is indicated by its photoelectric conversion efficiency, which at present is about 30% at the maximum, and the rest is lost due to various factors. Excluding the portion that does not essentially contribute to the photoelectric conversion, the following four main types of loss factors can be cited. (1) Reflection loss on the front surface (2) Recombination loss on the front or back surface of the semiconductor (3) Recombination loss inside the semiconductor (4) Series resistance loss In order to increase photoelectric conversion efficiency, these losses must be reduced. It is necessary to reduce it. Various attempts have been made to reduce the loss in the conventional solar cell structure shown in FIG. The antireflection film 2 is for reducing the reflection loss of the above (1) by laminating a material having a minimum surface reflection on the solar cell surface in consideration of the refractive index of the solar cell material. The window layer 3 is a layer in which a material having a larger forbidden band width than the material forming the pn junction is laminated on the surface of the emitter layer 5 to prevent photo-excited carriers from reaching the surface and recombining. The BSF layer 7 is formed by laminating a material having a larger forbidden band width than the base layer 6 or increasing the doping concentration. Play. These are all attempts to reduce the recombination loss of the above (2). In order to reduce the loss of (3), attempts have been made to improve the crystal quality of the semiconductor material itself. In order to reduce the loss in (4), attempts have been made to improve the crystal quality, design the electrode 1, and develop a low-resistance ohmic contact material. Providing a p-type GaAs cap layer 11 between the electrode 1 and the window layer 3 is one of them.

【0004】この中で、特に前記(2)の半導体表面あ
るいは裏面での再結合損失を低減することを目的とした
窓層材料に着目すると、その満たすべき条件は、pn接
合を形成する材料より禁制帯幅が大きく、窓層での光吸
収が少ないこと、格子定数、熱膨張係数が太陽電池を形
成する半導体材料のそれに近く、良好な結晶品質を持つ
膜が形成可能なことである。
[0004] In particular, focusing attention on the window layer material for the purpose of reducing the recombination loss on the front or back surface of the semiconductor (2), the condition to be satisfied is more than that of the material forming the pn junction. The forbidden band width is large, the light absorption in the window layer is small, the lattice constant and the thermal expansion coefficient are close to those of the semiconductor material forming the solar cell, and a film having good crystal quality can be formed.

【0005】III−V化合物であるGaAs系の化合物
半導体は、太陽電池を形成した場合、30%を超える非
常に高い光電変換効率を実現できる材料として期待され
ている。しかし、この半導体の表面は非常に活性であ
り、その表面再結合速度(Sf)は106〜107cm/
sにも達する。そこでGaAs系太陽電池の窓層として
は、約2eVの禁制帯幅を持ち、間接遷移型でGaAs
とほぼ同じ格子定数を持つアルミニウムガリウムヒ素
(AlxGa1-xAs:x>0.7)が従来から用いられ
てきた。また、最近では約1.9eVの禁制帯幅を有
し、やはりGaAsとほぼ同じ格子定数を持つインジウ
ムガリウム燐(In0.5Ga0.5P:InとGaの組成比
が1:1)が用いられている。
[0005] A GaAs compound semiconductor, which is a III-V compound, is expected as a material capable of realizing a very high photoelectric conversion efficiency exceeding 30% when a solar cell is formed. However, the surface of this semiconductor is very active, and its surface recombination velocity (Sf) is 10 6 to 10 7 cm /.
s. Therefore, the window layer of a GaAs-based solar cell has a band gap of about 2 eV and is an indirect transition type GaAs.
As substantial aluminum gallium arsenide having the same lattice constant (Al x Ga 1-x As : x> 0.7) have been used conventionally. Recently, indium gallium phosphide (In 0.5 Ga 0.5 P: composition ratio of In: Ga: 1: 1) having a forbidden band width of about 1.9 eV and also having substantially the same lattice constant as GaAs has been used. I have.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、元素周
期表のIII族及びV族の元素より成るGaAs系の化合
物半導体太陽電池の窓層としては、従来からAlGaA
sあるいはIn0.5Ga0 .5Pが用いられてきた。ここ
で、AlGaAsはアルミニウム(Al)が非常に活性
で、膜中への酸素の取り込みによる欠陥が発生する等の
問題があり、良質な膜を形成するためには成長温度等の
条件を厳密に制御する必要がある。
As described above, as a window layer of a GaAs-based compound semiconductor solar cell comprising elements of groups III and V of the periodic table, AlGaAs has conventionally been used.
s or In 0.5 Ga 0 .5 P has been used. Here, AlGaAs has a problem in that aluminum (Al) is very active and a defect occurs due to the incorporation of oxygen into the film. In order to form a high-quality film, the conditions such as the growth temperature must be strictly set. You need to control.

【0007】最近、AlGaAsの代替材料として主流
になってきたIn0.5Ga0.5Pという材料は、Alを原
材料として用いていないためIn0.5Ga0.5P/GaA
s界面での再結合損失は大幅に低減されている。この材
料はInとGaの組成比が1:1のときにのみGaAs
と格子定数が一致するが、AlGaAsに比べ組成比に
対する格子定数の変化割合が非常に大きく、精密な組成
比の制御が必要となる。さらに直接遷移型の材料である
ため、フォトンのエネルギーが最大では約4eVにも及
ぶ太陽光において、そこでの光吸収による損失分も無視
できないという問題がある。
Recently, a material called In 0.5 Ga 0.5 P, which has become mainstream as a substitute for AlGaAs, does not use Al as a raw material, so that In 0.5 Ga 0.5 P / GaAs is used.
Recombination loss at the s interface is greatly reduced. This material is GaAs only when the composition ratio of In and Ga is 1: 1.
And the lattice constant match, but the rate of change of the lattice constant with respect to the composition ratio is much larger than that of AlGaAs, and precise control of the composition ratio is required. Furthermore, since it is a direct-transition type material, there is a problem that loss of light due to light absorption in sunlight having a photon energy of up to about 4 eV cannot be ignored.

【0008】また、In0.5Ga0.5Pは、タンデム型太
陽電池におけるGaAsセルの上部セルとしても用いら
れており、タンデム型太陽電池としても30%近い、高
い光電変換効率が報告されているが、そのときIn0.5
Ga0.5Pセルの窓層として用いられているのはアルミ
ニウムインジウム燐(Al0.5In0.5P)である。この
材料もAlを含み、前述したと同様な理由で、高品質の
膜形成が非常に困難である。
Further, In 0.5 Ga 0.5 P is also used as an upper cell of a GaAs cell in a tandem solar cell, and a high photoelectric conversion efficiency of nearly 30% has been reported for a tandem solar cell. Then In 0.5
Aluminum indium phosphide (Al 0.5 In 0.5 P) is used as the window layer of the Ga 0.5 P cell. This material also contains Al, and for the same reason as described above, it is very difficult to form a high-quality film.

【0009】本発明の目的は、上記課題を解決するた
め、III−V化合物半導体太陽電池において、単一接合
型、タンデム型を問わず、その表面最結合損失を低減す
る最適な窓層の材料及び構造を提案することにある。
An object of the present invention is to provide a III-V compound semiconductor solar cell having an optimum window layer material for reducing the surface maximum coupling loss irrespective of a single junction type or a tandem type. And to propose a structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、III−V化合
物半導体材料により形成されるpn接合を含む太陽電池
において、pn接合のエミッター層に元素周期表のII族
及びVI族の元素からなる化合物半導体材料層を積層し、
pn接合のエミッター層表面に接する原子層をVI族原子
とすることによって前記目的を達成する。
According to the present invention, in a solar cell including a pn junction formed of a III-V compound semiconductor material, an emitter layer of the pn junction is composed of an element of Group II and Group VI of the periodic table. Stacking compound semiconductor material layers,
The object is achieved by making the atomic layer in contact with the emitter layer surface of the pn junction a group VI atom.

【0011】図1は、本発明による太陽電池の典型的な
断面構造を示す。III−V化合物半導体のエミッター層
5とベース層6の境界に形成されるpn接合からなる太
陽電池の窓層3の材料として、元素周期表のII族及びVI
族の元素から成る化合物半導体材料を用い、窓層3のエ
ミッター層5の表面に接する第1番目の原子層4がVI族
原子である構造を有する。
FIG. 1 shows a typical sectional structure of a solar cell according to the present invention. As a material for the window layer 3 of a solar cell comprising a pn junction formed at the boundary between the emitter layer 5 and the base layer 6 of a III-V compound semiconductor, the group II and VI of the periodic table
The first atomic layer 4 in contact with the surface of the emitter layer 5 of the window layer 3 has a structure in which the first atomic layer 4 is a group VI atom using a compound semiconductor material made of a group III element.

【0012】現在広く用いられているII族及びVI族の元
素からなる化合物半導体のII族元素としてはZn、M
g、Cdがあり、VI族元素としてはS、Se、Teがあ
る。GaAsの格子定数との一致を考えると、窓層材料
としてはZnSe、MgS、ZnSeとZnSの混晶、
あるいはMgSeとMgSの混晶が適している。これら
の材料は全て、GaAs上に積層した場合、GaAsと
同じ閃亜鉛鉱型構造をとり、その禁制帯幅は2eV以上
で窓層材料としての条件を十分に満たす。
The group II elements of compound semiconductors currently widely used which are composed of group II and group VI elements include Zn and M
g and Cd, and Group VI elements include S, Se and Te. Considering the coincidence with the lattice constant of GaAs, the window layer material may be ZnSe, MgS, a mixed crystal of ZnSe and ZnS,
Alternatively, a mixed crystal of MgSe and MgS is suitable. All of these materials, when laminated on GaAs, have the same zinc-blende-type structure as GaAs, and have a forbidden band width of 2 eV or more, which sufficiently satisfies the conditions as a window layer material.

【0013】GaAs等の化合物半導体材料で形成され
たpn接合のエミッター層表面に接する原子層を、S、
Se、TeといったVI族原子とすることで、活性な表面
が終端化され、O、C等の不純物の膜表面への取り込み
が減少し表面再結合が低下する。これはVI族原子による
表面パッシベーション効果によるもので、これまでに
S、Se等についてその効果が確認されている。このVI
族原子の表面終端化効果により表面再結合損失の少ない
太陽電池が得られる。
An atomic layer formed of a compound semiconductor material such as GaAs and in contact with the surface of an emitter layer of a pn junction is represented by S,
By using a group VI atom such as Se or Te, the active surface is terminated, the incorporation of impurities such as O and C into the film surface is reduced, and the surface recombination is reduced. This is due to the surface passivation effect of the group VI atom, and the effect has been confirmed so far for S, Se, and the like. This VI
A solar cell with small surface recombination loss can be obtained due to the surface termination effect of group atoms.

【0014】また、通常用いられる窓層材料の厚みは、
そこでの光吸収を少なくするため数十nm程度と薄い。
よって、ZnS0.06Se0.94のようにGaAsと格子定
数を一致させた3元混晶材料以外の、ZnSeあるいは
MgSといったGaAsと格子定数がやや異なる材料を
用いた場合においても、良好な結晶成長が十分可能であ
る。このような2元系の材料を用いることで、従来から
用いられているIn0. 5Ga0.5P、Al0.5In0.5Pを
用いた場合の組成制御という困難さがなくなる。
The thickness of the window layer material usually used is
In order to reduce the light absorption there, it is as thin as several tens nm.
Therefore, even when a material such as ZnSe or MgS having a lattice constant slightly different from that of GaAs other than a ternary mixed crystal material having a lattice constant matched with that of GaAs, such as ZnS 0.06 Se 0.94 , satisfactory crystal growth is sufficient. It is possible. Such binary system material By using the, In 0. 5 Ga 0.5 P which has been conventionally used, the difficulty of composition control in the case of using the Al 0.5 In 0.5 P eliminated.

【0015】また、前記材料は全て直接遷移型の材料で
あり、In0.5Ga0.5Pと同様に窓層での再結合損失が
予想される。しかし、MgS系の材料を用いればその禁
制帯幅は約4eVにもできる。そのような高エネルギー
領域では太陽光内にフォトンはほとんど存在せず、光吸
収がないため窓層での再結合損失は無視できる。さら
に、最近の太陽電池構造は、pn接合領域をそれより屈
折率の小さい材料で挟み込むダブルへテロ構造により入
射フォトンを有効に閉じ込め、変換効率の向上が図られ
ている。従来からGaAs系太陽電池に用いられてきた
InGaPは屈折率が3.45、AlGaAsは3.2前
後である。元素周期表のII族及びVI族の元素からなる化
合物半導体材料の屈折率は2.5前後であり、全て従来
材料よりも大幅に小さい値を有する。よって、この材料
によりダブルへテロ構造を形成することにより、従来よ
りも光閉じ込め効率を高めてフォトンを有効に利用する
ことができる。
Further, all of the above materials are direct transition type materials, and recombination loss in the window layer is expected similarly to In 0.5 Ga 0.5 P. However, if an MgS-based material is used, the forbidden band width can be set to about 4 eV. In such a high energy region, there are almost no photons in sunlight and there is no light absorption, so that recombination loss in the window layer can be ignored. Further, in recent solar cell structures, a double hetero structure in which a pn junction region is sandwiched between materials having a smaller refractive index effectively confines incident photons, thereby improving conversion efficiency. InGaP, which has been conventionally used for GaAs solar cells, has a refractive index of 3.45, and AlGaAs has a refractive index of about 3.2. The refractive index of a compound semiconductor material composed of an element belonging to Group II and Group VI of the periodic table is about 2.5, and all have significantly smaller values than conventional materials. Therefore, by forming a double heterostructure with this material, it is possible to increase the light confinement efficiency as compared with the related art and effectively use photons.

【0016】本発明によると、以上の作用が相俟って、
従来より高い光電変換効率を有する太陽電池の作製が可
能となる。
According to the present invention, the above-mentioned actions are combined,
A solar cell having higher photoelectric conversion efficiency than before can be manufactured.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体例について詳
細に説明する。以下の図においては、従来例との対応付
けを容易にするため、従来例である図2と同様の機能部
分には図2と同じ符号を付して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail. In the following figures, in order to facilitate correspondence with the conventional example, the same functional parts as in FIG. 2 which is a conventional example will be described with the same reference numerals as in FIG.

【0018】〔実施例1〕図3に断面構造を示す太陽電
池を作製した。窓層を構成するII族及びVI族元素の原料
として単体金属を用いる場合には、その蒸気圧が非常に
高いため低温で結晶成長を行わなければならない。この
ときの窓層の作製法としては分子線エピタキシー(MB
E)法が適している。また、II族及びVI族元素の原料と
して有機金属ガス原料を用いれば、有機金属化学気相成
長(MOCVD)法による作製も可能である。MBE法
によるGaAs上へのII−VI化合物半導体の成長技術は
青色半導体レーザー作製の研究により確立されているた
め、ここではMBE法によって窓層を結晶成長させた。
Example 1 A solar cell having a sectional structure shown in FIG. 3 was manufactured. When a simple metal is used as a raw material for the group II and group VI elements constituting the window layer, the crystal growth must be performed at a low temperature because its vapor pressure is extremely high. At this time, as a method for manufacturing the window layer, molecular beam epitaxy (MB
The E) method is suitable. Further, when an organic metal gas source is used as a source of the group II and group VI elements, fabrication by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) is also possible. Since the technique for growing a II-VI compound semiconductor on GaAs by the MBE method has been established by research on fabrication of a blue semiconductor laser, here, the window layer was crystal-grown by the MBE method.

【0019】半導体基板8としてはn型のGaAs(1
00)基板を用いた。基板8の表面の酸化膜を580
℃、10分の熱クリーニングにより除去した後、同一温
度にて基板上に珪素を2×1017cm-3ドープしたn型
GaAsベース層6を3μm成長させた。続いてベリリ
ウムを2×1018cm-3ドープしたp型GaAsエミッ
タ層5を0.5μm成長させた。この後、基板温度を4
00℃まで低下させる。
As the semiconductor substrate 8, n-type GaAs (1
00) A substrate was used. The oxide film on the surface of the substrate 8 is
After removal by thermal cleaning at 10 ° C. for 10 minutes, an n-type GaAs base layer 6 doped with silicon at 2 × 10 17 cm −3 was grown to 3 μm on the substrate at the same temperature. Subsequently, a p-type GaAs emitter layer 5 doped with beryllium at 2 × 10 18 cm −3 was grown to 0.5 μm. Thereafter, the substrate temperature is set to 4
Lower to 00 ° C.

【0020】温度安定後、窓層3の成長を行う。まずS
eのみのシャッターを開きp型GaAsエミッタ層5の
表面に1から数原子層分のSe原子層4を成長させる。
その後、Znのシャッターも開き、ZnSe層の成長を
開始する。0.03μm成長後、Se及びZnのシャッ
ターを閉じ、ZnSe層の成長を終了する。この窓層成
長中には、rfプラズマ励起した窒素を照射し、p型ド
ーピングを行う。ドーピング濃度は2×1018cm-3
した。
After the temperature is stabilized, the window layer 3 is grown. First S
The shutter for only e is opened, and one to several atomic layers of the Se atomic layer 4 are grown on the surface of the p-type GaAs emitter layer 5.
Thereafter, the Zn shutter is also opened to start growing the ZnSe layer. After the growth of 0.03 μm, the shutters of Se and Zn are closed to terminate the growth of the ZnSe layer. During the growth of the window layer, rf plasma-excited nitrogen is irradiated to perform p-type doping. The doping concentration was 2 × 10 18 cm −3 .

【0021】窓層3の上には、窓層と表面電極1との電
気的接触を改善するため、表面電極1の下部領域にベリ
リウムを4×1019cm-3ドープしたp型GaAsキャ
ップ層11を0.3μm成長させた。この後、成長装置
から大気中に取り出してプロセス工程へ投入し、電極蒸
着、反射防止膜形成等を行う。表面電極1として金:亜
鉛の合金(Au:Zn)をp型キャップ層11に、裏面
電極9として金:ゲルマニウムの合金(Au:Ge)を
GaAs基板8に電子ビームで蒸着した。また、反射防
止膜2として、ZnS及びMgF2を電子ビーム蒸着で
形成した。
On the window layer 3, a p-type GaAs cap layer doped with 4 × 10 19 cm −3 of beryllium is formed in a lower region of the surface electrode 1 in order to improve electrical contact between the window layer and the surface electrode 1. 11 was grown 0.3 μm. Thereafter, the substrate is taken out of the growth apparatus into the atmosphere and put into a process step, where electrode deposition, formation of an antireflection film, and the like are performed. An alloy of gold: zinc (Au: Zn) was deposited on the p-type cap layer 11 as the front electrode 1 and an alloy of gold: germanium (Au: Ge) was deposited on the GaAs substrate 8 as the back electrode 9 by an electron beam. Further, as the antireflection film 2, ZnS and MgF 2 were formed by electron beam evaporation.

【0022】このようにして、表面再結合損失が少ない
太陽電池を得ることができる。窓層3のZnSeとエミ
ッター層5のGaAsの間には0.27%の格子ミスマ
ッチが存在するが、窓層3の膜厚が0.03μmであれ
ば、そのミスマッチを歪として吸収し良好な単結晶成長
を行うことが可能である。図4に、本実施例1による太
陽電池と図2に示した従来例の太陽電池の量子効率を比
較して示した。本発明の窓層によると、表面再結合の低
減により、特に短波長側における量子効率の特性が従来
例に比較して改善されているのが分かる。
In this manner, a solar cell having a small surface recombination loss can be obtained. Although there is a lattice mismatch of 0.27% between ZnSe of the window layer 3 and GaAs of the emitter layer 5, if the thickness of the window layer 3 is 0.03 μm, the mismatch is absorbed as a strain and a good mismatch is obtained. It is possible to perform single crystal growth. FIG. 4 shows a comparison between the quantum efficiency of the solar cell according to the first embodiment and the quantum efficiency of the conventional solar cell shown in FIG. According to the window layer of the present invention, it can be seen that the characteristics of the quantum efficiency especially on the short wavelength side are improved as compared with the conventional example due to the reduction of the surface recombination.

【0023】ここでは窓層材料としてZnSeを用いる
例を説明したが、ZnSeに代えてMgSを用いても同
様の結果を得ることができる。
Here, an example in which ZnSe is used as the window layer material has been described, but similar results can be obtained by using MgS instead of ZnSe.

【0024】〔実施例2〕本発明の窓層を備え、ダブル
へテロ構造により高い光閉じ込め効率を有する太陽電池
を作製した。太陽電池の断面構造を図5に示す。本実施
例では、ダブルへテロ構造を形成する材料として屈折率
が2.6とGaAsに比べ小さく、禁制帯幅が4eVと
非常に大きいMgS0.06Se0.94を用いた。MgS0.06
Se0.94はGaAsとほぼ同じ格子定数を有し、MBE
法で結晶成長させた。
Example 2 A solar cell having the window layer of the present invention and having a high light confinement efficiency by a double heterostructure was manufactured. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the solar cell. In this embodiment, MgS 0.06 Se 0.94 having a refractive index of 2.6, which is smaller than that of GaAs, and a very large forbidden band width of 4 eV is used as a material for forming the double hetero structure. MgS 0.06
Se 0.94 has almost the same lattice constant as GaAs,
The crystal was grown by the method.

【0025】図5に示すように、半導体基板としてn型
のGaAs(100)基板8を用い、基板表面の酸化膜
を580℃、10分の熱クリーニングにより除去した
後、同一温度にて基板上に珪素を2×1017cm-3ドー
プしたn型GaAs層をバッファー層10として0.5
μm成長させた。続いて基板温度を400℃まで低下さ
せ、Gaを2×1017cm-3ドープしたMgS0.06Se
0.94層7を0.1μm成長させる。再び基板温度を58
0℃まで上昇させ、温度安定後、珪素を2×10 17cm
-3ドープしたn型GaAsベース層6を3μm成長さ
せ、さらにベリリウムを2×1018cm-3ドープしたp
型GaAsエミッタ層5を0.5μm成長させた。
As shown in FIG. 5, an n-type semiconductor substrate is used.
GaAs (100) substrate 8 and an oxide film on the substrate surface
Was removed by thermal cleaning at 580 ° C. for 10 minutes.
Then, 2 × 10 2 silicon is deposited on the substrate at the same temperature.17cm-3Do
The buffered n-type GaAs layer as the buffer layer 10 is 0.5
μm was grown. Subsequently, the substrate temperature is reduced to 400 ° C.
And make Ga 2 × 1017cm-3Doped MgS0.06Se
0.94Layer 7 is grown 0.1 μm. Again, the substrate temperature is 58
After the temperature was stabilized to 2 ° C. 17cm
-3A doped n-type GaAs base layer 6 is grown to a thickness of 3 μm.
And then add 2 × 10 beryllium18cm-3Doped p
Type GaAs emitter layer 5 was grown to 0.5 μm.

【0026】この後、基板温度を400℃まで低下さ
せ、温度安定後、窓層3の成長を行った。まずSeとS
のシャッターを開き、表面に1から数原子層分のSe及
びSの混合層4を形成する。その後、Mgのシャッター
も開き、MgS0.06Se0.94層の成長を開始する。Mg
0.06Se0.94層を0.03μm成長後、SeとS及び
Znのシャッターを同時に閉じ、成長を終了する。この
窓層成長中には、rfプラズマ励起した窒素を照射し、
p型ドーピングを行った。ドーピング濃度は2×1018
cm-3とした。
Thereafter, the substrate temperature was lowered to 400 ° C., and after the temperature was stabilized, the window layer 3 was grown. First Se and S
Is opened to form a mixed layer 4 of Se and S for one to several atomic layers on the surface. Thereafter, the Mg shutter is also opened to start the growth of the MgS 0.06 Se 0.94 layer. Mg
After growing the S 0.06 Se 0.94 layer to a thickness of 0.03 μm, the shutters for Se, S, and Zn are simultaneously closed to terminate the growth. During the window layer growth, rf plasma excited nitrogen is irradiated,
P-type doping was performed. Doping concentration is 2 × 10 18
cm -3 .

【0027】さらに、窓層3の上には、窓層と表面電極
1との電気的接触を改善するため、表面電極1の下部領
域にベリリウムを4×1019cm-3ドープしたp型Ga
Asキャップ層11を0.3μm成長させた。この後、
実施例1と同様に、成長装置から大気中に取り出し、プ
ロセス工程へ投入して、電極蒸着、反射防止膜形成等を
行った。表面電極1として金:亜鉛の合金(Au:Z
n)をキャップ層11に、裏面電極9として金:ゲルマ
ニウムの合金(Au:Ge)を基板8に電子ビームで蒸
着した。また、反射防止膜2として、ZnS及びMgF
2を電子ビーム蒸着で形成した。
Further, on the window layer 3, in order to improve the electrical contact between the window layer and the surface electrode 1, p-type Ga doped with 4 × 10 19 cm −3 of beryllium is formed in a region below the surface electrode 1.
The As cap layer 11 was grown to 0.3 μm. After this,
In the same manner as in Example 1, the substrate was taken out of the growth apparatus into the air and introduced into a process step, where electrode deposition, formation of an antireflection film, and the like were performed. Gold: zinc alloy (Au: Z) as surface electrode 1
n) was deposited on the cap layer 11, and a gold-germanium alloy (Au: Ge) was deposited on the substrate 8 by electron beam as the back electrode 9. Further, as the anti-reflection film 2, ZnS and MgF
2 was formed by electron beam evaporation.

【0028】図4に、実施例2による太陽電池の量子効
率を従来例と比較して示す。実施例2によると、窓層材
料の禁制帯幅が大きいことと、格子ミスマッチが少ない
ことにより、実施例1以上の短波長側の特性改善が得ら
れた。また、ダブルへテロ構造による光閉じ込め効果に
より、全体的な感度の向上も見られた。ここでは、窓層
の材料としてMgSSe、すなわちMgSとMgSeの
混晶を用いる例について説明したが、ZnSeとZnS
の混晶を用いても同様の効果が得られる。
FIG. 4 shows the quantum efficiency of the solar cell according to Example 2 in comparison with the conventional example. According to the second embodiment, since the forbidden band width of the window layer material is large and the lattice mismatch is small, the characteristics on the short wavelength side as compared with the first embodiment are improved. In addition, the overall sensitivity was improved due to the light confinement effect of the double heterostructure. Here, an example in which MgSSe, that is, a mixed crystal of MgS and MgSe is used as a material of the window layer has been described, but ZnSe and ZnS
The same effect can be obtained by using a mixed crystal of.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、表面の再結合損失が少
なく、かつ有効にフォトンを吸収することができ、従来
材料に比べ高効率の太陽電池を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to effectively absorb photons with a small recombination loss on the surface and to obtain a solar cell with higher efficiency than conventional materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】太陽電池の断面構造図。FIG. 1 is a sectional structural view of a solar cell.

【図2】従来型太陽電池の断面構造図。FIG. 2 is a sectional structural view of a conventional solar cell.

【図3】本発明の第1の実施例の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明と従来型太陽電池の量子効率を比較した
図。
FIG. 4 is a diagram comparing the quantum efficiencies of the present invention and conventional solar cells.

【図5】本発明の第2の実施例の説明図。FIG. 5 is an explanatory view of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…表面電極、2…反射防止膜、3…窓層、4…VI族原
子層、5…III−V化合物半導体のエミッター層、6…I
II−V化合物半導体のベース層、7…BSF層、8…半
導体基板、9…裏面電極、10…バッファー層、11…
キャップ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface electrode, 2 ... Antireflection film, 3 ... Window layer, 4 ... Group VI atomic layer, 5 ... Emitter layer of III-V compound semiconductor, 6 ... I
II-V compound semiconductor base layer, 7 BSF layer, 8 semiconductor substrate, 9 back electrode, 10 buffer layer, 11
Cap layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 克 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 峯邑 純子 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−10783(JP,A) 特開 昭63−126281(JP,A) 特開 平2−218174(JP,A) 特開 平4−199881(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Katsura Tamura 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Junko Minemura 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo (56) References JP-A-51-10783 (JP, A) JP-A-63-126281 (JP, A) JP-A-2-218174 (JP, A) JP-A-4-199881 (JP, A A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 III−V化合物半導体材料により形成さ
れるpn接合を含む太陽電池において、前記pn接合の
エミッター層に元素周期表のII族及びVI族の元素からな
る化合物半導体材料層を積層し、前記pn接合のエミッ
ター層表面に接する原子層がVI族原子であることを特徴
とする太陽電池。
In a solar cell including a pn junction formed of a III-V compound semiconductor material, a compound semiconductor material layer composed of an element of Group II and Group VI of the periodic table is laminated on the emitter layer of the pn junction. A solar cell, wherein the atomic layer in contact with the emitter layer surface of the pn junction is a group VI atom.
【請求項2】 前記II族及びVI族の元素からなる化合物
半導体材料は、ZnSe又はMgSであることを特徴と
する請求項1記載の太陽電池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein the compound semiconductor material comprising the Group II and Group VI elements is ZnSe or MgS.
【請求項3】 前記II族及びVI族の元素からなる化合物
半導体材料は、ZnSとZnSeとの混晶、又はMgS
とMgSeとの混晶であることを特徴とする請求項1記
載の太陽電池。
3. A compound semiconductor material comprising a group II element and a group VI element, wherein the compound semiconductor material is a mixed crystal of ZnS and ZnSe or MgS
The solar cell according to claim 1, wherein the solar cell is a mixed crystal of MgSe and MgSe.
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