JPH08274358A - Iii-v compound semiconductor solar cell - Google Patents
Iii-v compound semiconductor solar cellInfo
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- JPH08274358A JPH08274358A JP7077626A JP7762695A JPH08274358A JP H08274358 A JPH08274358 A JP H08274358A JP 7077626 A JP7077626 A JP 7077626A JP 7762695 A JP7762695 A JP 7762695A JP H08274358 A JPH08274358 A JP H08274358A
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Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光エネルギーを電
気エネルギーに変換するための半導体素子である太陽電
池の構造に関し、特に変換効率を高めるために工夫され
たIII −V族間化合物半導体混晶を使った太陽電池の構
造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a solar cell, which is a semiconductor element for converting solar energy into electric energy, and particularly to a III-V intergroup compound semiconductor mixture devised to enhance conversion efficiency. It relates to the structure of solar cells using crystals.
【0002】[0002]
【従来の技術】III 族およびV族の元素からなるIII −
V族間化合物半導体(以下III −V族化合物半導体とい
う)を用いた太陽電池は種々なものが開発されている。
ここではそれらの従来技術の一例として、図3に示すよ
うな構成のGaAs太陽電池を用いて説明する。図3に
おいてp型GaAs基板1の上にp型GaAsベース層
2、n型GaAsエミッタ層3、n型InGaP窓層
4、GaAsコンタクト層5が順次形成され、p型Ga
Asおよびn型GaAsに対して、それぞれ、オーミッ
ク電極6およびオーミック電極7が形成されている。さ
らに、太陽電池の側面のpn接合部はエッチング処理が
施されいわゆるメサエッチング部28が形成され、表面
全体には、反射防止膜であるZnS膜9およびMgF2
膜10が形成されている。2. Description of the Related Art III--comprising Group III and V elements
Various solar cells using inter-group V compound semiconductors (hereinafter referred to as III-V group compound semiconductors) have been developed.
Here, as an example of those conventional techniques, a GaAs solar cell having a configuration as shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, a p-type GaAs base layer 2, an n-type GaAs emitter layer 3, an n-type InGaP window layer 4, and a GaAs contact layer 5 are sequentially formed on a p-type GaAs substrate 1 to form a p-type Ga layer.
Ohmic electrodes 6 and ohmic electrodes 7 are formed for As and n-type GaAs, respectively. Further, the pn junction on the side surface of the solar cell is subjected to etching treatment to form a so-called mesa etching portion 28, and the ZnS film 9 and MgF 2 which are antireflection films are formed on the entire surface.
The film 10 is formed.
【0003】図3に示すようなn型GaAsエミッタ層
3およびp型GaAsベース層2からなるpn接合化合
物半導体太陽電池においては、n型GaAsエミッタ層
3を光入射側とし、その下層のp型GaAsベース層2
で吸収された光子は1対の正孔−電子を生成し、このう
ち少数キャリヤである電子は拡散で移動し、pn接合界
面の空乏層まで到達すると空乏層の大きな電界によって
n型GaAsエミッタ層3に流れ込み、光電流となる。In a pn junction compound semiconductor solar cell composed of an n-type GaAs emitter layer 3 and a p-type GaAs base layer 2 as shown in FIG. 3, the n-type GaAs emitter layer 3 is on the light incident side, and the p-type layer below it is the p-type. GaAs base layer 2
The photons absorbed at generate a pair of holes-electrons, of which electrons, which are minority carriers, move by diffusion and reach the depletion layer at the pn junction interface. It flows into 3 and becomes a photocurrent.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし図3に示したよ
うな構成、つまり、メサエッチングを施した部分にZn
S膜が形成された構成では、ZnS膜の絶縁性が完全で
ないため、p型GaAsベース層2、n型GaAsエミ
ッタ層3間のpn接合ダイオードの並列抵抗(シャント
抵抗)が減少し、太陽電池の特性を決定するパラメータ
である曲線因子(フィルファクター;FFと言う)が減
少するといった問題があった。However, in the structure as shown in FIG. 3, that is, in the portion where the mesa etching is performed, Zn is formed.
In the structure in which the S film is formed, the insulation property of the ZnS film is not perfect, so that the parallel resistance (shunt resistance) of the pn junction diode between the p-type GaAs base layer 2 and the n-type GaAs emitter layer 3 decreases, and the solar cell There is a problem that the fill factor (fill factor; called FF), which is a parameter that determines the characteristics of, decreases.
【0005】本発明は上記の欠点を除去するものであ
り、太陽電池の主動作領域となるpn接合ダイオードの
シャント抵抗(並列抵抗)の低下を防止し、高い変換効
率のIII −V族太陽電池を得ることを目的とする。The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks and prevents a decrease in the shunt resistance (parallel resistance) of a pn junction diode, which is the main operating region of a solar cell, and makes it possible to achieve high conversion efficiency in a III-V group solar cell. Aim to get.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は図1に示すように第1導電型ベース層とな
る第1の化合物半導体層2と、この化合物半導体層2に
接してその上部に形成された第2導電型エミッタ層とな
る第2の化合物半導体層3と化合物半導体層3の上部に
形成された第1のオーミック電極7と、化合物半導体層
2の下部に形成された第2のオーミック電極6と、化合
物半導体層3の上部に形成された反射防止膜層9,10
とを少なくとも具備するIII −V族化合物半導体太陽電
池であってこのIII −V族化合物半導体太陽電池の一方
の主表面から、第1および第2の化合物半導体層2,3
に達するメサエッチング部28が形成され、このメサエ
ッチング部の表面には反射防止膜層9,10が形成され
ていないことを特徴とする。第1のオーミック電極は化
合物半導体層3に接して形成される必要はなく、その間
に他の第2導電型半導体層を挿入してかまわない。より
具体的には本発明は図1に示すように第1導電型の化合
物半導体基板1と、化合物半導体基板1の上部に形成さ
れた第1導電型の化合物半導体層からなるベース層2
と、ベース層2の上部に形成された、第2導電型化合物
半導体層からなるエミッタ層3と、エミッタ層3の上部
に形成された第2導電型化合物半導体層からなる窓層4
と、窓層4の上部に形成された第2導電型化合物半導体
層からなるコンタクト層5と、コンタクト層5の上部に
形成された第1のオーミック電極7と、化合物半導体基
板1の下部に形成された第2のオーミック電極6と、少
なくとも窓層4、エミッタ層3およびベース層2にこれ
らの層4,3,2に連続して形成されたメサエッチング
部28と、窓層4の上部の所定の部分のみに形成された
反射防止膜とを少なくとも具備するIII −V族化合物半
導体太陽電池であることである。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a first compound semiconductor layer 2 serving as a first conductivity type base layer and a compound semiconductor layer 2 in contact with the first compound semiconductor layer 2 are provided. And a second ohmic electrode 7 formed on the compound semiconductor layer 3 and a second compound semiconductor layer 3 serving as a second conductivity type emitter layer formed on the upper surface of the compound semiconductor layer 3 and a lower portion of the compound semiconductor layer 2. The second ohmic electrode 6 and the antireflection film layers 9 and 10 formed on the compound semiconductor layer 3.
A group III-V compound semiconductor solar cell comprising at least one of the first and second compound semiconductor layers 2, 3 from one main surface of the group III-V compound semiconductor solar cell.
Is formed, and the antireflection film layers 9 and 10 are not formed on the surface of the mesa etched portion 28. The first ohmic electrode does not have to be formed in contact with the compound semiconductor layer 3, and another second conductivity type semiconductor layer may be inserted therebetween. More specifically, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a first conductive type compound semiconductor substrate 1 and a base layer 2 formed on the compound semiconductor substrate 1 and formed of a first conductive type compound semiconductor layer.
An emitter layer 3 made of a second conductivity type compound semiconductor layer formed on the base layer 2, and a window layer 4 made of a second conductivity type compound semiconductor layer formed on the emitter layer 3.
A contact layer 5 formed of a second conductivity type compound semiconductor layer on the window layer 4, a first ohmic electrode 7 formed on the contact layer 5, and a contact layer 5 formed on the bottom of the compound semiconductor substrate 1. The formed second ohmic electrode 6, the mesa-etched portion 28 formed on at least the window layer 4, the emitter layer 3 and the base layer 2 so as to be continuous with these layers 4, 3, 2 and the upper portion of the window layer 4. A III-V compound semiconductor solar cell comprising at least an antireflection film formed only on a predetermined portion.
【0007】好ましくは、これらの化合物半導体層1,
2,…,5は2元、3元、もしくは4元系のIII −V族
化合物半導体のいずれかからなる化合物の半導体層であ
ることである。3元系のIII −V族化合物半導体として
はInGaP,4元系のIII−V族化合物半導体として
はAlInGaP等が代表的である。Preferably, these compound semiconductor layers 1,
2, ..., 5 are semiconductor layers of compounds made of any one of binary, ternary, and quaternary III-V group compound semiconductors. InGaP is a typical ternary III-V compound semiconductor, and AlInGaP is a typical quaternary III-V compound semiconductor.
【0008】また、好ましくは反射防止膜はZnS層9
を含むことである。より好ましくは反射防止膜はZnS
層9とその上部に形成されたMgF2 層10であること
である。Preferably, the antireflection film is the ZnS layer 9
It is to include. More preferably, the antireflection film is ZnS
That is, the layer 9 and the MgF 2 layer 10 formed on the layer 9.
【0009】[0009]
【作用】以上の構成によればエミッタ・ベース間のpn
接合部のメサエッチングを施した部分にZnS膜等の反
射防止膜が形成されていないので、pn接合ダイオード
の寄生抵抗(並列抵抗)の抵抗値の低下あるいはZnS
膜を介した漏れ電流の発生を防ぎ、太陽電池の特性を決
定するパラメータである曲線因子が向上する。With the above structure, the pn between the emitter and the base is obtained.
Since the antireflection film such as the ZnS film is not formed on the mesa-etched portion of the junction, the resistance value of the parasitic resistance (parallel resistance) of the pn junction diode decreases or the ZnS
The generation of leakage current through the film is prevented, and the fill factor, which is a parameter that determines the characteristics of the solar cell, is improved.
【0010】[0010]
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1において[011]方向へ5°オフの(10
0)面を有した不純物密度1×1019cm-3のZnドー
プp+GaAs基板1の上に厚み1.0〜2.5μm、
不純物密度2〜3×1017cm-3のp型GaAsベース
層2;厚み50nm、不純物密度3×1018cm-3のn
+ GaAsエミッタ層3;厚み30nm、不純物密度2
×1018cm-3のn+ In0.5 Ga0.5 P窓層4がこの
順に形成されている。n+ In0.5 Ga0.5 P窓層4の
上部の一部にはオーミックコンタクト用の厚み0.3μ
m、不純物密度5×1018cm-3のn+ GaAs層5お
よびAu−Ge/Ni/Au層およびその上の厚み1μ
mのAuメッキ層からなる上部オーミック電極層7が形
成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, the (10
0) surface with an impurity density of 1 × 10 19 cm −3 on a Zn-doped p + GaAs substrate 1 having a thickness of 1.0 to 2.5 μm,
P-type GaAs base layer 2 having an impurity density of 2 to 3 × 10 17 cm −3 ; n having an thickness of 50 nm and an impurity density of 3 × 10 18 cm −3
+ GaAs emitter layer 3; thickness 30 nm, impurity density 2
An n + In 0.5 Ga 0.5 P window layer 4 of × 10 18 cm -3 is formed in this order. n + In 0.5 Ga 0.5 P Window layer 4 has a thickness of 0.3 μ for ohmic contact on a part of its upper portion.
m, n + GaAs layer 5 and an Au-Ge / Ni / Au layer having an impurity density of 5 × 10 18 cm -3 and a thickness of 1 μm thereon.
An upper ohmic electrode layer 7 made of an Au plated layer of m is formed.
【0011】図1において太陽電池の表面端部(側面)
のpn接合部にメサエッチング28が施され、このメサ
エッチング部分28および上部オーミック電極層7が形
成されていない部分には厚み55nmのZnS膜9、お
よび厚み95nmのMgF2膜10からなる反射防止膜
層が形成されている。なお、p+ GaAs基板1の裏面
には厚み1μmのAuメッキ層からなる下部オーミック
電極層6が形成されている。なお、p型GaAsベース
層のドーパントはZnが代表的で、n+ GaAsエミッ
タ層3、n+ In0.5 Ga0.5 P窓層4、n+ GaAs
層5のドーパントはSiが一般的であるが、他のドーパ
ントでもよい。In FIG. 1, the surface end (side surface) of the solar cell is shown.
The mesa etching 28 is applied to the pn junction of the above, and the antireflection film formed of the ZnS film 9 having a thickness of 55 nm and the MgF 2 film 10 having a thickness of 95 nm is formed on the mesa etched portion 28 and the portion where the upper ohmic electrode layer 7 is not formed. A film layer is formed. A lower ohmic electrode layer 6 made of an Au plated layer having a thickness of 1 μm is formed on the back surface of the p + GaAs substrate 1. Zn is a typical dopant for the p-type GaAs base layer, and n + GaAs emitter layer 3, n + In 0.5 Ga 0.5 P window layer 4, and n + GaAs are used.
The dopant for layer 5 is typically Si, but other dopants may be used.
【0012】なお、図1に示していないがメサエッチン
グ部28の表面には酸化膜(SiO2 )、窒化膜(Si
3 N4 )あるいはポリイミド膜等のパッシベーション膜
を形成してもよい。パッシベーション膜を形成すること
によりpn接合が保護され、湿度(水分)等に対しより
安定な動作が可能となる。Although not shown in FIG. 1, an oxide film (SiO 2 ) and a nitride film (Si) are formed on the surface of the mesa etching portion 28.
3 N 4 ) or a passivation film such as a polyimide film may be formed. The formation of the passivation film protects the pn junction and enables more stable operation with respect to humidity (water).
【0013】表1は、図1に示した本発明の実施例に係
る太陽電池の開放電圧(open−circuit v
oltage)Voc、短絡電流(short−circ
uit current)Isc、曲線因子(フィルファ
クター)FF、変換効率Effを、図3に示したような従
来技術におけるメサエッチング部28に反射防止膜層
9,10が形成された太陽電池と比較して示したもので
ある。表1における従来技術の太陽電池はメサエッチン
グ部28の反射防止膜を除けば、本発明の実施例と同一
の構造のものである。Table 1 shows an open-circuit voltage v of the solar cell according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
voltage) V oc , short-circuit current (short-circ)
The unit current I sc , fill factor FF, and conversion efficiency E ff are compared with the solar cell in which the antireflection coating layers 9 and 10 are formed in the mesa etching portion 28 in the related art as shown in FIG. It has been shown. The conventional solar cell in Table 1 has the same structure as that of the embodiment of the present invention except for the antireflection film of the mesa etching portion 28.
【0014】[0014]
【表1】 表1から本発明によれば従来技術に比して高い曲線因子
FFおよび高い効率Effが得られることがわかる。[Table 1] It can be seen from Table 1 that according to the present invention, higher fill factor FF and higher efficiency E ff can be obtained as compared with the conventional technique.
【0015】本発明の実施例に示した太陽電池は図2に
示すような製造方法で製造できる。The solar cell shown in the embodiment of the present invention can be manufactured by the manufacturing method shown in FIG.
【0016】(a)まず図2(a)に示すように、有機
金属気相成長法(MOCVD法)、CBE(Chemi
cal Beam Epitaxy)法、MBE(Mo
lecular Beam Epitaxy)法、AL
E(Atomic Layer Epitaxy)法あ
るいはMLE(Molecular Layer Ep
itaxy)法を用いて、p+ GaAs基板1の上にp
型GaAsベース層2、n+ GaAsエミッタ層3、n
+ In0.5 Ga0.5 P窓層4、n+ GaAsコンタクト
層5の多層連続エピタキシャル成長を行う。(A) First, as shown in FIG. 2 (a), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), CBE (Chemi)
cal beam epitaxy method, MBE (Mo
regular Beam Epitaxy) method, AL
E (Atomic Layer Epitaxy) method or MLE (Molecular Layer Ep)
p) on the p + GaAs substrate 1 by using the
Type GaAs base layer 2, n + GaAs emitter layer 3, n
+ In 0.5 Ga 0.5 P window layer 4 and n + GaAs contact layer 5 are continuously epitaxially grown in multiple layers.
【0017】たとえば、MOCVDは常圧MOCVDで
も減圧MOCVDでも可能であるが、望ましくは、たと
えば6.7〜10kPaに保持された減圧MOCVD
法、さらに望ましくは縦型減圧MOCVD法によるのが
よい。III 族の原料ガスとしてはトリエチルガリウム
(TEG)、トリメチルインジウム(TMI)など、V
族の原料ガスとしてはホスフィン(PH3 )、アルシン
(AsH3 )などを用いる。あるいはターシャリー・ブ
チル・フォスフィン((C4 H9 )PH2 ;TBP)、
ターシャリー・ブチル・アルシン((C4 H9 )AsH
2 ;TBA)などを用いてもよい。n型のドーパントガ
スとしては、モノシラン(SiH4 )、ジシラン(Si
2 H6 )、あるいはジエチルセレン(DESe)、ジエ
チルテルル(DETe)等を用いればよいが、モノシラ
ンが好ましい。p型のドーパントガスとしてはジエチル
亜鉛(DEZn)あるいはトリメチルガリウム(TM
G)を用いてもよい。これらの原料ガスおよびドーパン
トガスはマスフローコントローラ等を用いて6.7kP
a〜10kPaの減圧に制御された反応管中に導入され
る。V族の原料ガスとIII 族の原料ガスとの比、いわゆ
るV/III 比は、たとえば120〜170程度で行えば
よい。成長時の基板温度はたとえば650℃〜700℃
とすればよく、表1に示したように高いFFの値を得る
ためには、P型GaAsベース層2,n+ GaAsエミ
ッタ層3等の連続エピタキシャル成長の基板温度は70
0℃が好ましい。For example, MOCVD can be performed by either atmospheric pressure MOCVD or reduced pressure MOCVD, but it is preferable that the reduced pressure MOCVD is maintained at, for example, 6.7 to 10 kPa.
Method, more preferably vertical decompression MOCVD method. As a group III source gas, triethylgallium (TEG), trimethylindium (TMI), etc.
Phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ) or the like is used as the group source gas. Or tertiary butyl phosphine ((C 4 H 9 ) PH 2 ; TBP),
Tertiary butyl arsine ((C 4 H 9 ) AsH
2 ; TBA) or the like may be used. As the n-type dopant gas, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si
2 H 6 ), diethyl selenium (DESe), diethyl tellurium (DETe) or the like may be used, but monosilane is preferable. Diethyl zinc (DEZn) or trimethylgallium (TM) is used as the p-type dopant gas.
G) may be used. The raw material gas and the dopant gas are 6.7 kP by using a mass flow controller or the like.
It is introduced into a reaction tube controlled to a reduced pressure of a to 10 kPa. The ratio of the group V source gas to the group III source gas, the so-called V / III ratio, may be about 120 to 170, for example. The substrate temperature during growth is, for example, 650 ° C. to 700 ° C.
In order to obtain a high FF value as shown in Table 1, the substrate temperature for continuous epitaxial growth of the P-type GaAs base layer 2, n + GaAs emitter layer 3, etc. is 70.
0 ° C is preferred.
【0018】(b)次に、このように連続エピタキシャ
ル成長した多層構造のウェハを反応管より取り出し、リ
フトオフのためのフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィーにより所定のパターンを形成し、その上から
Au−Ge/Ni/Auを真空蒸着する。たとえば10
0nmのAu−Ge(12wt%)、20nmのNi、
70nmのAu膜をEB蒸着法等を用いて形成する。そ
の後フォトレジストを除去すれば、図2(b)に示した
ような櫛状のストライブ形状の上部オーミック電極層7
1が形成される。リフトオフ法を用いず、通常のフォト
リソグラフィーで、KI/I2 溶液等のエッチャントで
エッチングしても同様なパターンは得られるが、リフト
オフ法の方が簡便である。その後、H2 雰囲気中あるい
はN2 等の不活性ガス雰囲気中で360〜450℃で電
極のシンタリングを行う。360℃で2秒程度のシンタ
リングが好ましい。(B) Next, the wafer having a multilayer structure thus continuously epitaxially grown is taken out from the reaction tube, a photoresist for lift-off is applied, a predetermined pattern is formed by photolithography, and Au-- Vacuum deposition of Ge / Ni / Au. For example, 10
0 nm Au-Ge (12 wt%), 20 nm Ni,
A 70 nm Au film is formed using the EB vapor deposition method or the like. Then, if the photoresist is removed, the upper ohmic electrode layer 7 having a comb-like stripe shape as shown in FIG.
1 is formed. Although a similar pattern can be obtained by etching with an etchant such as a KI / I 2 solution by ordinary photolithography without using the lift-off method, the lift-off method is simpler. Then, the electrode is sintered at 360 to 450 ° C. in an H 2 atmosphere or an inert gas atmosphere such as N 2 . Sintering at 360 ° C. for about 2 seconds is preferable.
【0019】(c)次にエピタキシャル成長層表面をフ
ォトレジスト等がカバーしp+ GaAs基板1の裏面を
NH4 OH+H2 O2 +H2 O(1:1:10)溶液等
で約6μmエッチング後、その表面に約1μm程度の下
部オーミック電極層6のAuメッキをする。続いてエピ
タキシャル成長層表面のAu−Ge/Ni/Au膜71
の部分のみフォトリソグラフィーを用いて窓を開け、他
をフォトレジストでカバーして約1μmのAu膜72を
メッキし、図2(c)の形状の上部オーミック電極層7
を得る。電界メッキ法を用いれば、このフォトリソグラ
フィーは省略可能である。なお、図2(b)に示した上
部金属電極層71の形成工程を、下部オーミック電極層
6の形成工程の後に行ってもかまわない。(C) Next, the surface of the epitaxial growth layer is covered with a photoresist or the like, and the back surface of the p + GaAs substrate 1 is etched by about 6 μm with an NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O (1: 1: 10) solution or the like. Au plating of the lower ohmic electrode layer 6 of about 1 μm is performed on the surface. Subsequently, the Au-Ge / Ni / Au film 71 on the surface of the epitaxial growth layer 71
A window is opened only by using photolithography, the other part is covered with a photoresist and an Au film 72 of about 1 μm is plated, and the upper ohmic electrode layer 7 having the shape shown in FIG. 2C is formed.
Get. If the electroplating method is used, this photolithography can be omitted. The step of forming the upper metal electrode layer 71 shown in FIG. 2B may be performed after the step of forming the lower ohmic electrode layer 6.
【0020】(d)次に、所望の面積たとえば10mm
×20mmの受光面および上部オーミック電極層7から
なる素子の主領域および裏面をフォトレジストでカバー
し、図2(d)に示すようにエピタキシャル成長層の所
定の部分を約30μm〜50μmの幅でメサエッチング
し、メサ28を形成する。結局10mm×20mmの多
数の島がメサ領域に囲まれることとなる。メサエッチン
グはHCl系エッチャント、およびアンモニア/過酸化
水素(H2 O2 )を用いればよい。硫酸系のエッチャン
ト、あるいは酒石酸系、ブロム系でもよい。(D) Next, a desired area, for example, 10 mm
The main area and the back surface of the device including the light receiving surface of × 20 mm and the upper ohmic electrode layer 7 are covered with a photoresist, and a predetermined portion of the epitaxial growth layer is formed with a width of about 30 μm to 50 μm as shown in FIG. The mesa 28 is formed by etching. Eventually, a large number of 10 mm × 20 mm islands will be surrounded by the mesa region. For mesa etching, an HCl-based etchant and ammonia / hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) may be used. It may be a sulfuric acid type etchant, or a tartaric acid type or a bromine type.
【0021】続いて、上部金属電極層7のパターンをマ
スクとして、上部オーミック電極層7の下のn+ GaA
s層5のみを残して、他の部分のn+ GaAs層5を除
去する。このエッチングはNH4 OH+H2 O2 +H2
O(1:1:10)で、約30秒間GaAsの選択エッ
チングをすればよい。Then, using the pattern of the upper metal electrode layer 7 as a mask, n + GaA under the upper ohmic electrode layer 7 is formed.
Only the s layer 5 is left, and the other parts of the n + GaAs layer 5 are removed. This etching is NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2
Selective etching of GaAs may be performed with O (1: 1: 10) for about 30 seconds.
【0022】(e)次に、再びリフトオフ法を用いてZ
nS膜61、MgF2 膜62からなる反射防止膜6を形
成する。すなわちフォトリソグラフィーにより、上部オ
ーミック電極層7およびメサエッチング部28をフォト
レジストでカバー後、真空蒸着もしくはスパッタリング
によりZnS膜9を約55〜65nm、続いて真空蒸着
法でMgF2 膜10を95〜120nm形成し、その後
フォトレジストを除去すれば、図2(e)にした形状と
なる。(E) Next, using the lift-off method again, Z
The antireflection film 6 including the nS film 61 and the MgF 2 film 62 is formed. That is, the upper ohmic electrode layer 7 and the mesa etching portion 28 are covered with photoresist by photolithography, and then the ZnS film 9 is deposited to about 55 to 65 nm by vacuum deposition or sputtering, and then the MgF 2 film 10 is deposited to 95 to 120 nm by vacuum deposition. By forming and then removing the photoresist, the shape shown in FIG.
【0023】(f)次に、図示は省略するが、幅30μ
m〜50μmのメサラインの中央にスクライブラインを
引き、へき開により10×20mmのセルを切り出して
完成する。へき開ではなく、ダイシング等で直接切り出
しても良い。p+ GaAs基板1を2インチウェハとす
れば10mm×20mmのセルは6枚切り出せる。セル
の大きさは例示であり、必要に応じて設定すればよい。
たとえば、Si基板上にInGaPを成長すれば低価格
で4インチ径〜8インチ径の大面積の太陽電池セルが得
られる。(F) Next, although not shown, the width is 30 μm.
A scribe line is drawn in the center of the mesa line of m to 50 μm, and a cell of 10 × 20 mm is cut out by cleavage to complete. Instead of cleaving, it may be directly cut out by dicing or the like. If the p + GaAs substrate 1 is a 2-inch wafer, 6 cells of 10 mm × 20 mm can be cut out. The cell size is an example, and may be set as needed.
For example, if InGaP is grown on a Si substrate, a large-area solar cell having a diameter of 4 inches to 8 inches can be obtained at a low price.
【0024】なお、以上の実施例においてはp型GaA
s層2、n+ GaAsエミッタ層3のpn接合を有する
太陽電池について説明したが、p型In0.5 Ga0.5 P
ベース層とn+ In0.5 Ga0.5 Pエミッタ層を有する
3元素のIII −V族化合物半導体太陽電池、あるいはA
l0.06Ga0.45In0.49P等を用いた4元素のIII −V
族化合物半導体太陽電池に適用できることはもちろんで
ある。また、図1に示したような太陽電池を2〜3個、
直列(タンデム)接続した積層型の太陽電池に適用して
も変換効率の改善が得られる。また図1の構造において
p型GaAsベース層とp+ GaAs基板の間に裏面電
界層(BSF層)を形成すれば、なお高効率となる。B
SF層としては、 1)ベース層と同じ材料でドーピング濃度を高くして少
数キャリヤに対して障壁となるようなIII −V族化合物
半導体、あるいは、 2)他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようなII
I −V族化合物半導体、を用いればよい。In the above embodiments, p-type GaA is used.
Although the solar cell having the pn junction of the s layer 2 and the n + GaAs emitter layer 3 has been described, p-type In 0.5 Ga 0.5 P
III-V compound semiconductor solar cell of three elements having a base layer and an n + In 0.5 Ga 0.5 P emitter layer, or A
III-V of 4 elements using 0.06 Ga 0.45 In 0.49 P, etc.
Of course, it can be applied to group compound semiconductor solar cells. Also, 2-3 solar cells as shown in FIG. 1,
Even if it is applied to a stacked type solar cell connected in series (tandem), the conversion efficiency can be improved. Further, if a back surface field layer (BSF layer) is formed between the p-type GaAs base layer and the p + GaAs substrate in the structure of FIG. B
As the SF layer, 1) a III-V group compound semiconductor that is made of the same material as the base layer and has a high doping concentration to serve as a barrier against minority carriers, or 2) another semiconductor material that is higher than the base layer material A large forbidden band and also a barrier to minority carriers II
An I-V group compound semiconductor may be used.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明により太陽
電池を構成しているpn接合の並列抵抗(シャント抵
抗)の抵抗値の低下を防止し、良好な曲線因子(FF)
および高い変換効率のIII −V族化合物半導体太陽電池
を得ることができる。As described above, the resistance value of the parallel resistance (shunt resistance) of the pn junction which constitutes the solar cell according to the present invention is prevented from lowering, and the good fill factor (FF) is obtained.
And a III-V group compound semiconductor solar cell with high conversion efficiency can be obtained.
【図1】本発明の実施例に係るGaAs太陽電池の断面
の概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a GaAs solar cell according to an example of the present invention.
【図2】本発明の実施例に係るGaAs太陽電池の製造
方法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing a GaAs solar cell according to an example of the present invention.
【図3】従来のGaAs太陽電池の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional GaAs solar cell.
1 p+ GaAs基板 2 p型GaAsベース層 3 n+ GaAsエミッタ層 4 n+ InGaP窓層 5 n+ GaAsコンタクト層 6 下部オーミック電極 7 上部オーミック電極 9 ZnS膜 10 MgF2 膜 28 メサエッチング部1 p + GaAs substrate 2 p-type GaAs base layer 3 n + GaAs emitter layer 4 n + InGaP window layer 5 n + GaAs contact layer 6 lower ohmic electrode 7 upper ohmic electrode 9 ZnS film 10 MgF 2 film 28 mesa etching part
Claims (5)
半導体層と、 該第1の化合物半導体層に接して、その上部に形成され
た第2導電型エミッタ層となる第2の化合物半導体層
と、 該第2の化合物半導体層の上部に形成された第1のオー
ミック電極と、 該第1の化合物半導体層の下部に形成された第2のオー
ミック電極と、 該第1の化合物半導体層の上部に形成された反射防止膜
層とを少なくとも具備するIII −V族化合物半導体太陽
電池において、 該III −V族化合物半導体太陽電池の一方の主表面か
ら、該第1および第2の化合物半導体層に達するメサエ
ッチング部が形成され、該メサエッチング部の表面には
反射防止膜層が形成されていないことを特徴とするIII
−V族化合物半導体太陽電池。1. A first compound semiconductor layer serving as a first conductivity type base layer, and a second compound serving as a second conductivity type emitter layer formed on and in contact with the first compound semiconductor layer. A semiconductor layer; a first ohmic electrode formed on the second compound semiconductor layer; a second ohmic electrode formed on the lower side of the first compound semiconductor layer; and a first compound semiconductor A III-V compound semiconductor solar cell comprising at least an antireflection film layer formed on the upper part of the layer, wherein the first and second compounds are formed from one main surface of the III-V compound semiconductor solar cell. A mesa-etched portion reaching the semiconductor layer is formed, and an antireflection film layer is not formed on the surface of the mesa-etched portion III
-Group V compound semiconductor solar cell.
合物半導体層からなるベース層と、 該ベース層の上部に形成された、第2導電型化合物半導
体層からなるエミッタ層と、 該エミッタ層の上部に形成された第2導電型化合物半導
体層からなる窓層と、 該窓層の上部に形成された第2導電型化合物半導体層か
らなるコンタクト層と、該コンタクト層の上部に形成さ
れた第1のオーミック電極と、 該化合物半導体基板の下部に形成された第2のオーミッ
ク電極と、 少なくとも該窓層、エミッタ層およびベース層に形成さ
れたメサエッチング部と、 該窓層の上部の所定の部分のみに形成された反射防止膜
とを少なくとも具備するIII −V族化合物半導体太陽電
池。2. A first-conductivity-type compound semiconductor substrate, a base layer formed of a first-conductivity-type compound semiconductor layer on the compound semiconductor substrate, and a first layer formed on the base layer. An emitter layer made of a two-conductivity type compound semiconductor layer, a window layer made of a second-conductivity type compound semiconductor layer formed on the emitter layer, and a second-conductivity type compound semiconductor layer formed on the window layer. And a first ohmic electrode formed on the contact layer, a second ohmic electrode formed on the lower portion of the compound semiconductor substrate, and at least the window layer, the emitter layer and the base layer. A III-V group compound semiconductor solar cell comprising at least a formed mesa etching portion and an antireflection film formed only on a predetermined portion above the window layer.
くは4元系のIII −V族化合物半導体から選択されたい
ずれかの化合物半導体層であることを特徴とする請求項
1または2記載のIII −V族化合物半導体太陽電池。3. The compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer is any compound semiconductor layer selected from binary, ternary, and quaternary III-V group compound semiconductors. III-V compound semiconductor solar cell of.
特徴とする請求項1乃至3いずれか記載のIII −V族化
合物半導体太陽電池。4. The III-V compound semiconductor solar cell according to claim 1, wherein the antireflection film includes a ZnS layer.
形成されたMgF2であることを特徴とする請求項4記
載のIII −V族化合物半導体太陽電池。5. The III-V compound semiconductor solar cell according to claim 4, wherein the antireflection film is a ZnS layer and MgF 2 formed on the ZnS layer.
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JP7077626A JPH08274358A (en) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | Iii-v compound semiconductor solar cell |
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- 1995-04-03 JP JP7077626A patent/JPH08274358A/en active Pending
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