JPH05335608A - 化合物半導体太陽電池 - Google Patents
化合物半導体太陽電池Info
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- JPH05335608A JPH05335608A JP4164106A JP16410692A JPH05335608A JP H05335608 A JPH05335608 A JP H05335608A JP 4164106 A JP4164106 A JP 4164106A JP 16410692 A JP16410692 A JP 16410692A JP H05335608 A JPH05335608 A JP H05335608A
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- JP
- Japan
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- gaas
- thickness
- type
- compound semiconductor
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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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 ＧａＡｓヘテロフェース単一接合太陽電池に
おいて、最高の光電変換効率を実現するうえで最適の半
導体層の厚みや不純物濃度を計算機シミュミレーション
や実験によって決定する。 〔構成〕 第２の導伝型のＧａＡｓ基板上に順次積層さ
れる第２の導伝型のＡｌＧａＡｓバックサーフェス層、
第２の導伝型のＧａＡｓ第２層、第１の導伝型のＧａＡ
ｓ第１層及び第１の導伝型のＡｌＧａＡｓ窓層を含む構
造において、ＧａＡｓ第１層の厚みを０．１μｍ以上
０．４μｍ未満の値に設定する。
おいて、最高の光電変換効率を実現するうえで最適の半
導体層の厚みや不純物濃度を計算機シミュミレーション
や実験によって決定する。 〔構成〕 第２の導伝型のＧａＡｓ基板上に順次積層さ
れる第２の導伝型のＡｌＧａＡｓバックサーフェス層、
第２の導伝型のＧａＡｓ第２層、第１の導伝型のＧａＡ
ｓ第１層及び第１の導伝型のＡｌＧａＡｓ窓層を含む構
造において、ＧａＡｓ第１層の厚みを０．１μｍ以上
０．４μｍ未満の値に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ソーラーカー等の電源
として利用される化合物半導体太陽電池に関するもので
あり、特に、最大効率を実現するために層厚などの最適
化を行った化合物半導体太陽電池に関するものである。
として利用される化合物半導体太陽電池に関するもので
あり、特に、最大効率を実現するために層厚などの最適
化を行った化合物半導体太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ソーラーカー搭載用や家庭電源用
として化合物半導体太陽電池が開発中である。IEEE ELE
CTRON DEVICE LETTERS.VOL.12,NO.3,MARCH 1991 に掲載
されたMichael R.Melloch らによる「Large-Area,8-cm2
GaAs Solar Cells Fabricatedfrom MBE Material 」と
題する論文には、図１０に示すような構造の２cm×４cm
角のＧａＡｓヘテロフェース単一接合太陽電池で21.7％
の高効率が得られたことが報告されている。
として化合物半導体太陽電池が開発中である。IEEE ELE
CTRON DEVICE LETTERS.VOL.12,NO.3,MARCH 1991 に掲載
されたMichael R.Melloch らによる「Large-Area,8-cm2
GaAs Solar Cells Fabricatedfrom MBE Material 」と
題する論文には、図１０に示すような構造の２cm×４cm
角のＧａＡｓヘテロフェース単一接合太陽電池で21.7％
の高効率が得られたことが報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記論文は、高効率の
ＧａＡｓヘテロフェース単一接合太陽電池を実現してい
るが、各半導体層の層厚と不純物濃度に関し最高効率を
得るための最適化については未検討である。従来、上述
のような最適化のために計算機シミュミレーションが行
われているが、その精度については以下の点で問題があ
る。 （１）シミュミレーションに一次元モデルを使用してい
る。 （２）シミュミレーションに実際のものから乖離した材
料の物性値を使用している。 従って、本発明の目的は、上記ＧａＡｓヘテロフェース
単一接合太陽電池とほぼ同一構造の太陽電池について、
より高精度の計算機シミュミレーションに基づき、最高
の効率を実現するための各半導体層の厚みと不純物濃度
との最適値を決定することにある。
ＧａＡｓヘテロフェース単一接合太陽電池を実現してい
るが、各半導体層の層厚と不純物濃度に関し最高効率を
得るための最適化については未検討である。従来、上述
のような最適化のために計算機シミュミレーションが行
われているが、その精度については以下の点で問題があ
る。 （１）シミュミレーションに一次元モデルを使用してい
る。 （２）シミュミレーションに実際のものから乖離した材
料の物性値を使用している。 従って、本発明の目的は、上記ＧａＡｓヘテロフェース
単一接合太陽電池とほぼ同一構造の太陽電池について、
より高精度の計算機シミュミレーションに基づき、最高
の効率を実現するための各半導体層の厚みと不純物濃度
との最適値を決定することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の化合物半導体太陽電池は、第１の導伝型のＧａＡｓ
基板上に順次積層される第２の導伝型のＡｌＧａＡｓバ
ックサーフェス層、第２の導伝型のＧａＡｓ第２層、第
１の導伝型のＧａＡｓ第１層、第１の導伝型のＡｌＧａ
Ａｓ窓層を含む化合物半導体太陽電池であって、第１の
導伝型のＧａＡｓ第２層の厚みが０．１μｍ以上０．４
μｍ未満の値に設定されている。
明の化合物半導体太陽電池は、第１の導伝型のＧａＡｓ
基板上に順次積層される第２の導伝型のＡｌＧａＡｓバ
ックサーフェス層、第２の導伝型のＧａＡｓ第２層、第
１の導伝型のＧａＡｓ第１層、第１の導伝型のＡｌＧａ
Ａｓ窓層を含む化合物半導体太陽電池であって、第１の
導伝型のＧａＡｓ第２層の厚みが０．１μｍ以上０．４
μｍ未満の値に設定されている。
【０００５】
【作用】ｎ型ＧａＡｓ基板上に積層されるｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層を含むヘテロフェース単一接合太陽電池につい
て、各半導体層の厚みと不純物濃度とを変化させながら
高精度の物性値と二次元モデルを用いて計算機シミュミ
レーションを行うことにより、ｐ型半導体層の厚みが効
率に大きな影響を及ぼすこと、及び、この厚みを０．１
μｍ以上０．４μｍ未満の範囲に設定することにより最
大の効率が得られることを確認した。更に、この計算機
シミュミレーションの結果の正当性を試作結果によって
確認した。
Ａｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層を含むヘテロフェース単一接合太陽電池につい
て、各半導体層の厚みと不純物濃度とを変化させながら
高精度の物性値と二次元モデルを用いて計算機シミュミ
レーションを行うことにより、ｐ型半導体層の厚みが効
率に大きな影響を及ぼすこと、及び、この厚みを０．１
μｍ以上０．４μｍ未満の範囲に設定することにより最
大の効率が得られることを確認した。更に、この計算機
シミュミレーションの結果の正当性を試作結果によって
確認した。
【０００６】
【実施例】図１は、上記本発明を完成するための計算機
シミュミレーションに用いた化合物半導体太陽電池の構
造モデルを示す断面図である。この構造モデルは、ｎ型
ＧａＡｓ基板と、その上に順次積層されるｎ型ＧａＡｓ
バッファ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓバックサーフェス層、ｎ
型ＧａＡｓ第１層、ｐ型ＧａＡｓ第２層、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ窓層及び反射防止膜層から構成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板の裏面には下部電極層が、最上層の反射防止膜層表
面には帯状の上部電極層が形成されている。この構造モ
デルの横幅は４ｍｍ、奥行きは１０ｍｍであり、上部電
極層の横幅は１０μｍ、奥行きは１０ｍｍである。
シミュミレーションに用いた化合物半導体太陽電池の構
造モデルを示す断面図である。この構造モデルは、ｎ型
ＧａＡｓ基板と、その上に順次積層されるｎ型ＧａＡｓ
バッファ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓバックサーフェス層、ｎ
型ＧａＡｓ第１層、ｐ型ＧａＡｓ第２層、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ窓層及び反射防止膜層から構成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板の裏面には下部電極層が、最上層の反射防止膜層表
面には帯状の上部電極層が形成されている。この構造モ
デルの横幅は４ｍｍ、奥行きは１０ｍｍであり、上部電
極層の横幅は１０μｍ、奥行きは１０ｍｍである。
【０００７】図１の各化合物半導体層についてその厚み
と不純物濃度を種々変化させたが、それぞれの基準値
（変化の中心値）と機能は、図示の通りである。すなわ
ち、光線の入射経路に沿って上から説明すると、反射防
止膜の直下に厚み０．０３μｍでアクセプター濃度が１
×１０18（１／ｃｍ3 ）のｐ型ＡｌＧａＡｓの窓（ウイ
ンドウ）層が形成され、その直下に厚み０．５μｍでア
クセプター濃度が４×１０18（１／ｃｍ3 ）のｐ型Ｇａ
Ａｓの第１層が形成され、その直下に厚み３．０μｍで
ドナー濃度が２×１０17（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＧａＡｓ
の第２層が形成されている。更に、この第２層の直下に
厚み１．０μｍでドナー濃度が１×１０18（１／ｃ
ｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓのバックサーフェス層が形成
される。さらにその直下に厚み１．０μｍでドナー濃度
が１×１０18（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓのバッ
ファ層が形成され、その直下に適宜な厚みでドナー濃度
が２×１０18（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓの基板
が形成されている。
と不純物濃度を種々変化させたが、それぞれの基準値
（変化の中心値）と機能は、図示の通りである。すなわ
ち、光線の入射経路に沿って上から説明すると、反射防
止膜の直下に厚み０．０３μｍでアクセプター濃度が１
×１０18（１／ｃｍ3 ）のｐ型ＡｌＧａＡｓの窓（ウイ
ンドウ）層が形成され、その直下に厚み０．５μｍでア
クセプター濃度が４×１０18（１／ｃｍ3 ）のｐ型Ｇａ
Ａｓの第１層が形成され、その直下に厚み３．０μｍで
ドナー濃度が２×１０17（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＧａＡｓ
の第２層が形成されている。更に、この第２層の直下に
厚み１．０μｍでドナー濃度が１×１０18（１／ｃ
ｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓのバックサーフェス層が形成
される。さらにその直下に厚み１．０μｍでドナー濃度
が１×１０18（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓのバッ
ファ層が形成され、その直下に適宜な厚みでドナー濃度
が２×１０18（１／ｃｍ3 ）のｎ型ＡｌＧａＡｓの基板
が形成されている。
【０００８】図２は、図１に示した構造の化合物半導体
太陽電池のバンドダイヤグラムである。
太陽電池のバンドダイヤグラムである。
【０００９】図１の構造に適用したシミュミレーション
では、株式会社 富士総合研究所の作成に係わる二次元
数値シミュミレーターを使用した。この二次元数値シミ
ュミレーターは、基本的には、デバイス断面を二次元の
メッシュに区分し、各メッシュにおいてポアソンの式と
電流連続の式とを連立に解くことによりデバイスの電流
・電圧特性が算定される。境界条件は、各二次元メッシ
ュの境界で、ポテンシャルと電流密度とが一致するとい
うことであり、それにより収束判定を行っている。
では、株式会社 富士総合研究所の作成に係わる二次元
数値シミュミレーターを使用した。この二次元数値シミ
ュミレーターは、基本的には、デバイス断面を二次元の
メッシュに区分し、各メッシュにおいてポアソンの式と
電流連続の式とを連立に解くことによりデバイスの電流
・電圧特性が算定される。境界条件は、各二次元メッシ
ュの境界で、ポテンシャルと電流密度とが一致するとい
うことであり、それにより収束判定を行っている。
【００１０】ポアソンの式と電流連続の式は次のように
なる。 ∇・（ε∇Ｖ）＝ーｑ（ｐーｎ＋ＮｄーＮａ） ・・・（１） ∇・Ｊｎ ＝ ｑ（ＲーＧ） ・・・（２） ∇・Ｊｐ ＝ーｑ（ＲーＧ） ・・・（３） Ｊｎ＝ーｑ（μn ｎ∇（Ｖ＋Ｖｎ）ーＤｎ∇ｎ） ・・・（４） Ｊｐ＝ーｑ（μp ｎ∇（ＶーＶｐ）ーＤｐ∇ｐ） ・・・（５）
なる。 ∇・（ε∇Ｖ）＝ーｑ（ｐーｎ＋ＮｄーＮａ） ・・・（１） ∇・Ｊｎ ＝ ｑ（ＲーＧ） ・・・（２） ∇・Ｊｐ ＝ーｑ（ＲーＧ） ・・・（３） Ｊｎ＝ーｑ（μn ｎ∇（Ｖ＋Ｖｎ）ーＤｎ∇ｎ） ・・・（４） Ｊｐ＝ーｑ（μp ｎ∇（ＶーＶｐ）ーＤｐ∇ｐ） ・・・（５）
【００１１】ただし、 Ｖ：電位（volt） ｎ，ｐ：電子，正孔密度（ｃｍー3） Ｎｄ，Ｎｐ：不純物密度（ｃｍー3） Ｊｎ，Ｊｐ：電子，正孔電流密度（Ａｃｍー2） Ｒ：再結合項（ｃｍー3 sec ー1） Ｇ：生成項（ｃｍー3 sec ー1） Ｄｎ，Ｄｐ：電子，正孔の拡散定数（ｃｍ2secー1 ） Ｖｎ，Ｖｐ：バンド不連続パラメータ（volt） ｑ：電荷（Ｃ） ε：誘電率 μｎ，μｐ：電子，正孔のドリフト易動度（ｃｍ2 sec
ー1Ｖー1）
ー1Ｖー1）
【００１２】上記シミュミレーションに使用する各種の
物性値を決定するための基本的な理論モデル この理論モデルにおいては、Interpolation Schem を基
礎として、三元混晶における組成変化の影響も正確に考
慮されている。Interpolation Schem は、合金や化合物
の物理的な性質を考え上で極めて有力な手法であること
が知られている。以下に、単純な三元混晶において、そ
の物理的な性質をInterpolation Schemにより決定する
方法について述べる。
物性値を決定するための基本的な理論モデル この理論モデルにおいては、Interpolation Schem を基
礎として、三元混晶における組成変化の影響も正確に考
慮されている。Interpolation Schem は、合金や化合物
の物理的な性質を考え上で極めて有力な手法であること
が知られている。以下に、単純な三元混晶において、そ
の物理的な性質をInterpolation Schemにより決定する
方法について述べる。
【００１３】三元混晶Ａ（III)x Ｂ(III)1ー x Ｃ（Ｖ）
は、組成的には擬似二元混晶と考えることができる。す
なわち、三元混晶Ａ（III)x Ｂ(III)1ー x Ｃ（Ｖ）は、
二元混晶Ａ（III)Ｂ(III) とＢ(III) Ｃ（Ｖ）との二元
混晶〔Ａ（III) Ｂ(III) 〕x と〔Ｂ(III) Ｃ（Ｖ）〕
1ー x と考えることができる。ただし、ｘは組成比であ
る。従って、三元混晶の物性値 ＴABC は、二元混晶の
物性値 ＢAB、ＢAC を使って、次のように表すことが
できる。 ＴABC (X）＝(1-X)BAB＋XBAC ・・・・・（６） この式は、いわゆるベガードの法則と呼ばれているもの
で、いくつかの物性値、例えば、格子定数、結晶密度、
熱膨張係数、誘電率、弾性係数などは、このベガードの
法則に従う。
は、組成的には擬似二元混晶と考えることができる。す
なわち、三元混晶Ａ（III)x Ｂ(III)1ー x Ｃ（Ｖ）は、
二元混晶Ａ（III)Ｂ(III) とＢ(III) Ｃ（Ｖ）との二元
混晶〔Ａ（III) Ｂ(III) 〕x と〔Ｂ(III) Ｃ（Ｖ）〕
1ー x と考えることができる。ただし、ｘは組成比であ
る。従って、三元混晶の物性値 ＴABC は、二元混晶の
物性値 ＢAB、ＢAC を使って、次のように表すことが
できる。 ＴABC (X）＝(1-X)BAB＋XBAC ・・・・・（６） この式は、いわゆるベガードの法則と呼ばれているもの
で、いくつかの物性値、例えば、格子定数、結晶密度、
熱膨張係数、誘電率、弾性係数などは、このベガードの
法則に従う。
【００１４】一方、他の物性値、例えば、エネルギーギ
ャップ、格子振動エネルギー、デバイ温度、不純物イオ
ン化エネルギーなどでは、混晶比に対して非線形性を示
す。 ＴABC (X）＝(1-X)BAB＋XBAC＋ X(1-X)CA-B （７） CA-B は、非線形因子と呼ばれ、三元混晶系Ａ（III)x
Ｂ(III)1ー x Ｃ（Ｖ）における格子不整列に起因してい
て、Ａ原子が二つの複格子の各々でどの様に配置してい
るかに依存する。非線形因子は、個々の原子における電
気陰性度の誘電理論から求めることができる。以下で
は、ＧａＡｓ、Ａ１ＧａＡｓの各種材料物性値を求め
た。
ャップ、格子振動エネルギー、デバイ温度、不純物イオ
ン化エネルギーなどでは、混晶比に対して非線形性を示
す。 ＴABC (X）＝(1-X)BAB＋XBAC＋ X(1-X)CA-B （７） CA-B は、非線形因子と呼ばれ、三元混晶系Ａ（III)x
Ｂ(III)1ー x Ｃ（Ｖ）における格子不整列に起因してい
て、Ａ原子が二つの複格子の各々でどの様に配置してい
るかに依存する。非線形因子は、個々の原子における電
気陰性度の誘電理論から求めることができる。以下で
は、ＧａＡｓ、Ａ１ＧａＡｓの各種材料物性値を求め
た。
【００１５】＜エネルギーギャップ＞Y.P.Varshni らに
よって報告された実験結果から得られたエネルギーギャ
ップの温度依存性を考慮して、以下にＡ１ＧａＡｓのエ
ネルギーギャップについて述べる。エネルギーギャップ
の温度依存性は次式で表される。 Eg(T) ＝Eg(0) ＋αa T2/(T ＋β) （８） ここで、Ｔ，Ｅg (0) ，αa ，βは、それぞれ絶対温
度、０o Ｋでのエネルギーギャップ、温度係数、特性温
度である。
よって報告された実験結果から得られたエネルギーギャ
ップの温度依存性を考慮して、以下にＡ１ＧａＡｓのエ
ネルギーギャップについて述べる。エネルギーギャップ
の温度依存性は次式で表される。 Eg(T) ＝Eg(0) ＋αa T2/(T ＋β) （８） ここで、Ｔ，Ｅg (0) ，αa ，βは、それぞれ絶対温
度、０o Ｋでのエネルギーギャップ、温度係数、特性温
度である。
【００１６】これより、（７）式の場合の擬二次混晶の
エネルギーギャップは、次式で表される。 ＢAC＝Eg1(T)＝Eg1(0)＋αa1Ｔ2 ／( Ｔ＋β1) （９） ＢBC＝Eg2(T)＝Eg2(0)＋αa2Ｔ2 ／( Ｔ＋β2) （10） ＴABC (x,T) ＝xBAC＋(1─x) BBC＋ x(1-X)CA-B ＝x[Eg1(0)＋αa1Ｔ2 ／( Ｔ＋β1)] ＋(1─x)[Eg2(0) ＋αa2Ｔ2 ／( Ｔ＋β2)] ＋x(1 ─x)C A-B （11)
エネルギーギャップは、次式で表される。 ＢAC＝Eg1(T)＝Eg1(0)＋αa1Ｔ2 ／( Ｔ＋β1) （９） ＢBC＝Eg2(T)＝Eg2(0)＋αa2Ｔ2 ／( Ｔ＋β2) （10） ＴABC (x,T) ＝xBAC＋(1─x) BBC＋ x(1-X)CA-B ＝x[Eg1(0)＋αa1Ｔ2 ／( Ｔ＋β1)] ＋(1─x)[Eg2(0) ＋αa2Ｔ2 ／( Ｔ＋β2)] ＋x(1 ─x)C A-B （11)
【００１７】これより、Ａ１ xＧａ1ー xＡｓの場合のガ
ンマ点、Ｌ点、Ｘ点でのエネルギーギャップ、Ｅg(Ｇ)
、Ｅg(Ｌ) 、Ｅg(Ｘ) は、それぞれ次式で表わされ
る。まず、Ｅg(Ｇ) については、 x ≦0.45の場合、 Ｅg(Ｇ) ＝ 1.519−5.405 ×10ー4 T2 / (T＋204.0) ＋1.274x x＞0.45の場合、 Ｅg(Ｇ) ＝ 1.519−5.405 ×10ー4 T2 / (T＋204.0) ＋1.274 x ＋1.147 x(x −0.45 )2 （12) となる。
ンマ点、Ｌ点、Ｘ点でのエネルギーギャップ、Ｅg(Ｇ)
、Ｅg(Ｌ) 、Ｅg(Ｘ) は、それぞれ次式で表わされ
る。まず、Ｅg(Ｇ) については、 x ≦0.45の場合、 Ｅg(Ｇ) ＝ 1.519−5.405 ×10ー4 T2 / (T＋204.0) ＋1.274x x＞0.45の場合、 Ｅg(Ｇ) ＝ 1.519−5.405 ×10ー4 T2 / (T＋204.0) ＋1.274 x ＋1.147 x(x −0.45 )2 （12) となる。
【００１８】また、Ｅg(Ｘ) とＥg(Ｌ) については、 Ｅg(Ｘ) ＝1.815 −6.050 ×10ー4 T2/（T ＋204.0 ）＋0.642x （13) Ｅg(Ｌ) ＝1.981 −4.600 ×10ー4T2/( T＋204.0 ) ＋0.125x＋0.143x2 （14) さらに、エネルギーギャップは次式で表わされる。 min [ Ｅg(Ｇ),Ｅg(Ｘ),Ｅg(Ｌ)] （15)
【００１９】＜有効質量＞有効質量は、キャリア移動度
と密接な関係にありデバイスシュミレーションに於て重
要な物性パラメータの一つである。伝導帯最下点（ａ＝
Ｇ，Ｘ，Ｌ）における状態密度有効質量は、次式で表わ
される。 ｍeda ＝Ｎ2/3 ｍta 2/3 ｍ1a 1/3 （16) ここで、Ｎは等価最下点の数（Ｎ＝１：ガンマ点、Ｎ＝
３：Ｘ点、Ｎ＝４：Ｌ点）を表わし、ｍta、ｍ1aは、そ
れぞれ最下点での横型有効質量、縦型有効質量を表わし
ている。これらより伝導有効質量は次式で表わされる。 ｍeca ＝３（２／ｍta＋１／ｍ1a）-1 （17）
と密接な関係にありデバイスシュミレーションに於て重
要な物性パラメータの一つである。伝導帯最下点（ａ＝
Ｇ，Ｘ，Ｌ）における状態密度有効質量は、次式で表わ
される。 ｍeda ＝Ｎ2/3 ｍta 2/3 ｍ1a 1/3 （16) ここで、Ｎは等価最下点の数（Ｎ＝１：ガンマ点、Ｎ＝
３：Ｘ点、Ｎ＝４：Ｌ点）を表わし、ｍta、ｍ1aは、そ
れぞれ最下点での横型有効質量、縦型有効質量を表わし
ている。これらより伝導有効質量は次式で表わされる。 ｍeca ＝３（２／ｍta＋１／ｍ1a）-1 （17）
【００２０】閃亜鉛鉱構造中ではその価電子帯は、シュ
レディンガー方程式においてスピンを無視すると４個、
スピンを考慮するとそれぞれが二つに分かれる。重い正
孔と軽い正孔の状態密度有効質量は、次式で与えられ
る。 ｍhd＝( ｍ1h 3/2 ＋ｍhh 3/2)2/3 （18） ここでｍ1h，ｍhhはそれぞれ、重い正孔と軽い正孔の有
効質量である。以上の結果から求められるＡ１x Ｇａ
1-x Ａｓの有効質量を次に記す。
レディンガー方程式においてスピンを無視すると４個、
スピンを考慮するとそれぞれが二つに分かれる。重い正
孔と軽い正孔の状態密度有効質量は、次式で与えられ
る。 ｍhd＝( ｍ1h 3/2 ＋ｍhh 3/2)2/3 （18） ここでｍ1h，ｍhhはそれぞれ、重い正孔と軽い正孔の有
効質量である。以上の結果から求められるＡ１x Ｇａ
1-x Ａｓの有効質量を次に記す。
【００２１】ガンマ点、Ｘ点、Ｌ点での電子の状態密度
電子有効質量は、 ｍe (G) ＝0.067 ＋ 0.083x ｍe (X) ＝0.85＋0.14x ｍe (L) ＝0.56＋0.1 x ガンマ点、Ｘ点、Ｌ点での伝導電子有効質量は、 ｍe (G) ＝0.067 ＋ 0.083x ｍe (X) ＝0.32＋0.06x ｍe (L) ＝0.11＋0.03x 値電子帯での正孔の有効質量は、 ｍh1(G) ＝0.087 ＋ 0.063x ｍhh(G) ＝0.62＋0.09x
電子有効質量は、 ｍe (G) ＝0.067 ＋ 0.083x ｍe (X) ＝0.85＋0.14x ｍe (L) ＝0.56＋0.1 x ガンマ点、Ｘ点、Ｌ点での伝導電子有効質量は、 ｍe (G) ＝0.067 ＋ 0.083x ｍe (X) ＝0.32＋0.06x ｍe (L) ＝0.11＋0.03x 値電子帯での正孔の有効質量は、 ｍh1(G) ＝0.087 ＋ 0.063x ｍhh(G) ＝0.62＋0.09x
【００２２】＜キャリア移動度＞キャリア移動度に関し
ては、ＧａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体の場合と
シリコン、ゲルマニウムなどの場合とでは大きな違いが
ある。ＧａＡｓの場合、室温においては、有極性散乱の
有極性光学フォノンモ−ド、変形ポテンシャル散乱の無
極性光学フォノンモ−ドがそれぞれ電子及び正孔の主な
散乱原因である。室温におけるＧａＡｓの低電界でのキ
ャリア移動度の不純物濃度依存性は、次式で与えられ
る。 μp0＝μp1＋μp1／〔１＋〔（Ｎd ＋Ｎa ）/ Ｎｐref 〕a 〕 （22） μn0＝μn1＋μn1／〔１＋〔（Ｎd ＋Ｎa ）/ Ｎｎref 〕b 〕 （23） 但し、文書作成上の制限から（２２）式中のａをαの代
りに、また、（２３）式中のｂをβの代りにそれぞれ使
用した。
ては、ＧａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体の場合と
シリコン、ゲルマニウムなどの場合とでは大きな違いが
ある。ＧａＡｓの場合、室温においては、有極性散乱の
有極性光学フォノンモ−ド、変形ポテンシャル散乱の無
極性光学フォノンモ−ドがそれぞれ電子及び正孔の主な
散乱原因である。室温におけるＧａＡｓの低電界でのキ
ャリア移動度の不純物濃度依存性は、次式で与えられ
る。 μp0＝μp1＋μp1／〔１＋〔（Ｎd ＋Ｎa ）/ Ｎｐref 〕a 〕 （22） μn0＝μn1＋μn1／〔１＋〔（Ｎd ＋Ｎa ）/ Ｎｎref 〕b 〕 （23） 但し、文書作成上の制限から（２２）式中のａをαの代
りに、また、（２３）式中のｂをβの代りにそれぞれ使
用した。
【００２３】ＡｌＧａＡｓについては、Ａｌ組成比の増
加にともない合金散乱が増加するため、キャリア移動度
は減少する。ＡｌＧａＡｓのキャリア移動度は、ＧａＡ
ｓの移動度に合金散乱から得られる散乱ファクタ−を考
慮することにより、次式で表される。 μA1GaAs＝μGaAs＋μA1GaAs／（１＋fu） （24） fu＝( ｍX * ／ｍG * )3/2 exp〔( Eg(G) −Eg(X))/ kT〕 (25)
加にともない合金散乱が増加するため、キャリア移動度
は減少する。ＡｌＧａＡｓのキャリア移動度は、ＧａＡ
ｓの移動度に合金散乱から得られる散乱ファクタ−を考
慮することにより、次式で表される。 μA1GaAs＝μGaAs＋μA1GaAs／（１＋fu） （24） fu＝( ｍX * ／ｍG * )3/2 exp〔( Eg(G) −Eg(X))/ kT〕 (25)
【００２４】一方、（２２）（２３）式中の未定係数
は、M.Snowden の実験結果にフィティングする事により
求めることができる。それらを以下に示す。 μp1＝0.005 ( ｍ2 ／Ｖｓ） μp2＝0.033 ( ｍ2 ／Ｖｓ） Ｎｐref ＝3.23×1023 ( ｍ-3） α＝0.49 μn1＝0.8 ( ｍ2 ／Ｖｓ） Ｎｎref ＝1.00×1023 ( ｍ-3） β＝0.51
は、M.Snowden の実験結果にフィティングする事により
求めることができる。それらを以下に示す。 μp1＝0.005 ( ｍ2 ／Ｖｓ） μp2＝0.033 ( ｍ2 ／Ｖｓ） Ｎｐref ＝3.23×1023 ( ｍ-3） α＝0.49 μn1＝0.8 ( ｍ2 ／Ｖｓ） Ｎｎref ＝1.00×1023 ( ｍ-3） β＝0.51
【００２５】＜再結合項＞再結合項に関しては、半導体
中のショックレ−、リ−ド、ホ−ル再結合（ＳＲＨ再結
合）と、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのヘテロ界面での再結
合を考慮した。ＳＲＨ再結合において、少数キャリア寿
命は不純物密度に依存していて、一般にはBennet の実
験式で表される。
中のショックレ−、リ−ド、ホ−ル再結合（ＳＲＨ再結
合）と、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのヘテロ界面での再結
合を考慮した。ＳＲＨ再結合において、少数キャリア寿
命は不純物密度に依存していて、一般にはBennet の実
験式で表される。
【００２６】しかし、この式から求まるＳＲＨ再結合項
を用いてシミュレ−ションを行った結果、実際のデバイ
スとの特性にかなりの乖離があったため、このＳＲＨ再
結合について再検討した。その結果、次のように少数キ
ャリアの拡散係数（Ｄp,n ）と、拡散長（Ｌp,n ）から
少数キャリア寿命を求める方法が有効であることが判明
した。但し、τn ，τp はそれぞれ、電子、正孔の少数
キャリア寿命である。 Ｌp,n ＝（Ｄp,n τp,n ）1/2 (26) Ｄp,n ＝（ｋＴ）／q τp,n (27） ｎｐ＝（ｎi ）2 (28）
を用いてシミュレ−ションを行った結果、実際のデバイ
スとの特性にかなりの乖離があったため、このＳＲＨ再
結合について再検討した。その結果、次のように少数キ
ャリアの拡散係数（Ｄp,n ）と、拡散長（Ｌp,n ）から
少数キャリア寿命を求める方法が有効であることが判明
した。但し、τn ，τp はそれぞれ、電子、正孔の少数
キャリア寿命である。 Ｌp,n ＝（Ｄp,n τp,n ）1/2 (26) Ｄp,n ＝（ｋＴ）／q τp,n (27） ｎｐ＝（ｎi ）2 (28）
【００２７】界面再結合に関しては、ＳＲＨ再結合と平
均をとってシミュレ−ションに使うため、次式のように
次元を変換した。 τSUR ＝ｄｘ／Ｓ （ｓ） (29) τSUR ：ヘテロ界面でのキャリア寿命（Ｓ） ｄｘ：ヘテロ界面のメッシュ幅 （cm） Ｓ：界面再結合速度（cm/s） ｎi : 真性キャリア濃度（cm-3）
均をとってシミュレ−ションに使うため、次式のように
次元を変換した。 τSUR ＝ｄｘ／Ｓ （ｓ） (29) τSUR ：ヘテロ界面でのキャリア寿命（Ｓ） ｄｘ：ヘテロ界面のメッシュ幅 （cm） Ｓ：界面再結合速度（cm/s） ｎi : 真性キャリア濃度（cm-3）
【００２８】＜真性キャリア濃度＞真性キャリア濃度
は、半導体の重要な物性値である。ＡｌＧａＡｓの場合
の真性キャリア濃度ｎｉは、次式で表される。 ｎｉ＝√(Nv Nc* ) exp(-Eg(G)GaAa／２kT) (30) Nc(G) ＝２〔２πｍe (G)kT ／ｈ2 〕 3/2 (31) Nc(X) ＝２〔２πｍe (X)kT ／ｈ2 〕 3/2 (32) Nc(L) ＝２〔２πｍe (L)kT ／ｈ2 〕 3/2 (33) Nc *＝Nc(G) exp 〔 (Eg−Eg(G))／kT〕 (34) ＋Nc(X) exp 〔 (Eg−Eg(X))／kT〕 (35) ＋Nc(L) exp 〔 (Eg−Eg(L))／kT〕 (36) Ｎｖ：ＧａＡｓの価電子帯の有効状態密度 Ｅg （Ｇ）GaAs：ＧａＡｓのガンマ点でのエネルギ−ギ
ャップ
は、半導体の重要な物性値である。ＡｌＧａＡｓの場合
の真性キャリア濃度ｎｉは、次式で表される。 ｎｉ＝√(Nv Nc* ) exp(-Eg(G)GaAa／２kT) (30) Nc(G) ＝２〔２πｍe (G)kT ／ｈ2 〕 3/2 (31) Nc(X) ＝２〔２πｍe (X)kT ／ｈ2 〕 3/2 (32) Nc(L) ＝２〔２πｍe (L)kT ／ｈ2 〕 3/2 (33) Nc *＝Nc(G) exp 〔 (Eg−Eg(G))／kT〕 (34) ＋Nc(X) exp 〔 (Eg−Eg(X))／kT〕 (35) ＋Nc(L) exp 〔 (Eg−Eg(L))／kT〕 (36) Ｎｖ：ＧａＡｓの価電子帯の有効状態密度 Ｅg （Ｇ）GaAs：ＧａＡｓのガンマ点でのエネルギ−ギ
ャップ
【００２９】＜静電及び高周波誘電率＞固体での誘電率
の考え方は、古くから存在し、電子デバイスの特性を考
える上で、極めて重要である。この誘電率は、次式で与
えられる。 εs ＝εi ＋４πＮｅT 2 ／ωTo 2M (37) ここでεi は、高周波誘電率であり、長波長縦型フォノ
ン周波数（ωTO）より高く、また、光学吸収端より低い
周波数で測定されたものである。Ｍは結晶の密度、ｅT
は単位体積中のユニットセルの数、そして、ωTOは長波
長横型フォノン周波数である。
の考え方は、古くから存在し、電子デバイスの特性を考
える上で、極めて重要である。この誘電率は、次式で与
えられる。 εs ＝εi ＋４πＮｅT 2 ／ωTo 2M (37) ここでεi は、高周波誘電率であり、長波長縦型フォノ
ン周波数（ωTO）より高く、また、光学吸収端より低い
周波数で測定されたものである。Ｍは結晶の密度、ｅT
は単位体積中のユニットセルの数、そして、ωTOは長波
長横型フォノン周波数である。
【００３０】静電誘電率εs 、高周波誘電率εi は光学
フォノン周波数に関していて、次式のThe Lyddane-Sach
s-Tellerの関係で表わされ、またＡ１x Ｇa1- x Ａs に
関しては、(39)，(40)式で表わされる。 εs / εi ＝( ωLo/ ωTo)2 (38) εs ＝13.18 −3.12ｘ (39) εi ＝10.89 −2.73ｘ (40)
フォノン周波数に関していて、次式のThe Lyddane-Sach
s-Tellerの関係で表わされ、またＡ１x Ｇa1- x Ａs に
関しては、(39)，(40)式で表わされる。 εs / εi ＝( ωLo/ ωTo)2 (38) εs ＝13.18 −3.12ｘ (39) εi ＝10.89 −2.73ｘ (40)
【００３１】＜バンド不連続パラメター＞ヘテロフェー
ス太陽電池構造においては、いくつかの異なる材料の組
み合せによるヘテロ界面が存在する。この様な構造にお
いては、ヘテロ界面に存在するバンド不連続の効果を正
しく記述することが必要となり、電流連続方程式に、バ
ンド不連続パラメータを導入して計算を行った（図３参
照）。バンド不連続パラメータは、電子親和力と状態密
度により表わされる。それらは、次式で与えられる。
ス太陽電池構造においては、いくつかの異なる材料の組
み合せによるヘテロ界面が存在する。この様な構造にお
いては、ヘテロ界面に存在するバンド不連続の効果を正
しく記述することが必要となり、電流連続方程式に、バ
ンド不連続パラメータを導入して計算を行った（図３参
照）。バンド不連続パラメータは、電子親和力と状態密
度により表わされる。それらは、次式で与えられる。
【００３２】 Ｖｎ＝( χ2 −χ1)／ｑ＋( ｋT ／ｑ) ln（Nc2 ／Nc1 ） (41) Ｖｐ＝( χ2 −χ1)／ｑ＋( ｋT ／ｑ )ln（Nv2 ／Nv1 ） −( Eg2 −Eg1 ) ／ｑ (42) ここで、 ｋ：ボルツマン定数（J/K) Ｔ：温度(K) Eg1,Eg2 ：エネルギーギャップ(V) χ2,χ1 ：電子親和力(V) Nc1,Nc2 ：伝導帯中の状態密度( cm-3) Nv1,Nv2 ：空気層中の状態密度( cm-3) H ：Ａ１ＧａＡｓ窓層の複素屈折率
【００３３】Ａ１ＧａＡｓ窓層に関しては最初の段階で
は太陽光に対しては、ほぼ透明であるとして扱っていた
が実際には、幅広い太陽光スペクトルに対して複雑な吸
収特性を示し、ここでの光吸収も無視できないことが判
明した。
は太陽光に対しては、ほぼ透明であるとして扱っていた
が実際には、幅広い太陽光スペクトルに対して複雑な吸
収特性を示し、ここでの光吸収も無視できないことが判
明した。
【００３４】＜複素屈折率＞そこで、S.Adachi らの研
究成果である誘電関数理論を用いて幅広いスペクトルに
対する複素屈折率ε（ω）＝ε1 （ω）＋ｊε2 （ω）
を計算した。この方法は、複素誘電率の波長依存存性を
(43),(44)式の Kramers-Knonig 変換より求め、その結
果からＡ１ＧａＡｓの波長依存存性を求めるものであ
る。以下にその方法を示す。 ε1(ω) −1 ＝2/π∫〔ω・ε2(ω・) ／〔 (ω・) 2 −ω2 〕〕ｄω (43) ε2(ω） ＝−2/π∫〔ε1(ω・）／〔( ω・）2 −ω2 〕〕ｄω (44) 但し、演算記号∫は、ωについての０から＋∝までの積
分を意味する。
究成果である誘電関数理論を用いて幅広いスペクトルに
対する複素屈折率ε（ω）＝ε1 （ω）＋ｊε2 （ω）
を計算した。この方法は、複素誘電率の波長依存存性を
(43),(44)式の Kramers-Knonig 変換より求め、その結
果からＡ１ＧａＡｓの波長依存存性を求めるものであ
る。以下にその方法を示す。 ε1(ω) −1 ＝2/π∫〔ω・ε2(ω・) ／〔 (ω・) 2 −ω2 〕〕ｄω (43) ε2(ω） ＝−2/π∫〔ε1(ω・）／〔( ω・）2 −ω2 〕〕ｄω (44) 但し、演算記号∫は、ωについての０から＋∝までの積
分を意味する。
【００３５】Ｅ0 及びＥ0 ＋Δ0 遷移による吸収 ε2 （ω） ＝〔Ａ／（ｈω）2 〕〔 (ｈω−Ｅ0)0.5 Ｈ( χ0 −1) ＋1/2(ｈω−Ｅ0 −Δ0)0.5 Ｈ( χs0−1) ] (44)’ ε1 （ω） ＝ＡＥ0 -1.5｛ｆ（χ0 ）＋1/2[Ｅ0/( Ｅ0 ＋Δ0)]1.5ｆ( χs0) ｝ (45) Ａ＝4/3(3/2m* ) 1.5 ｐ2 ｆ（χ0 ） ＝χ0 −2[2 −(1＋χ0)0.5 −(1−χ0)0.5 Ｈ( χ0 −1)] (46) ｆ (χs0) ＝χs0−2[2 −(1＋χs0)0.5−(1−χs0)0.5Ｈ( χs0−1)] (47) χ0 ＝ｈω/ Ｅ0 (48) χs0＝ｈω/(Ｅ0 ＋Δ0) (49) H(y)＝1 for y ＞0 H(y)＝0 for y ＜0 (50)
【００３６】Ｅ1 遷移による吸収 ε2 （ω）＝πＢ1 χ1 -2Ｈ( χ1 −1) (51) ε1 （ω）＝−Ｂ1 χ1 -21n(1−χ1 2) (52) χ1 ＝ｈω/ Ｅ1 (53)
【００３７】Ｅ2 遷移による吸収 ε2 （ω）＝C χ2 γ/[(1−χ1 2)2＋χ2 γ2] (54) ε1 （ω）＝C (1−χ2 2)/[(1 −χ1 2)2＋χ2 γ2] (55) χ2 ＝ｈω/ Ｅ2 (56)
【００３８】間接遷移による吸収 ε2 （ω）＝Ｄ/(ｈω)2( ｈω−Ｅg ID＋ｈωg )2Ｈ(1−χg ) (57) ε1 （ω）＝Ｄ/(ｈω)2( ｈω−Ｅg ID＋ｈωg )2Ｈ(1−χg ) Ｈ(1−χc ) (58) χg ＝( Ｅg ID−ｈωg )/ｈω (59) χc ＝ｈω/ Ｅc (60) 但し、 ｈω: 光子エネルギー Ｐ: モーメントのマトリックス要素 ｍ* : 状態質量の合成密度
【００３９】窓層に適した複素屈折率として、上記全て
の吸収を考慮した複素屈折率の算術和を使用した。ま
た、図１の反射防止膜として、厚み５００ÅのＴａ2 Ｏ
5 層上に厚み７００ÅのＳｉＯ2 層を積層した複合構造
とした。
の吸収を考慮した複素屈折率の算術和を使用した。ま
た、図１の反射防止膜として、厚み５００ÅのＴａ2 Ｏ
5 層上に厚み７００ÅのＳｉＯ2 層を積層した複合構造
とした。
【００４０】図１の構造の単一接合太陽電池について、
上述のようにして算定した物性値を使用し二次元シミュ
ミレーションを行って、光電変換効率を計算した。な
お、太陽光線は垂直入射とし、最上層の反射防止膜とし
て、厚み５００ÅのＴａ2 Ｏ5層上に厚み７００ÅのＳ
ｉＯ2 層を積層した構造を使用した。
上述のようにして算定した物性値を使用し二次元シミュ
ミレーションを行って、光電変換効率を計算した。な
お、太陽光線は垂直入射とし、最上層の反射防止膜とし
て、厚み５００ÅのＴａ2 Ｏ5層上に厚み７００ÅのＳ
ｉＯ2 層を積層した構造を使用した。
【００４１】図４は、ｐ型ＡｌＧａＡｓの窓層の厚みに
対する光電変換効率の依存性の算定結果を示す。窓層の
厚みの増加とともに光電変換効率が低下しているが、こ
れは層厚みの増加とともにｐ型ＡｌＧａＡｓ窓層内での
吸収が増加し、ｐｎ接合に到達する光量が減少するため
と考えられる。従って、この窓層の厚みは、製造技術上
可能な限度において薄ければ薄いほど好適である。
対する光電変換効率の依存性の算定結果を示す。窓層の
厚みの増加とともに光電変換効率が低下しているが、こ
れは層厚みの増加とともにｐ型ＡｌＧａＡｓ窓層内での
吸収が増加し、ｐｎ接合に到達する光量が減少するため
と考えられる。従って、この窓層の厚みは、製造技術上
可能な限度において薄ければ薄いほど好適である。
【００４２】なお、この窓層の不純物濃度と、他の全て
の化合物半導体層の厚みや不純物濃度は図１の基準値に
固定されている。以下同様にして、いずれかの化合物半
導体層について厚み又は不純物濃度のいずれかを変化さ
せる場合には、その化合物半導体層の他のパラメータ
と、他の全ての化合物半導体層についての両パラメータ
の値は図１の基準値に固定されている。
の化合物半導体層の厚みや不純物濃度は図１の基準値に
固定されている。以下同様にして、いずれかの化合物半
導体層について厚み又は不純物濃度のいずれかを変化さ
せる場合には、その化合物半導体層の他のパラメータ
と、他の全ての化合物半導体層についての両パラメータ
の値は図１の基準値に固定されている。
【００４３】図５は、ｐ型ＡｌＧａＡｓの窓層の不純物
濃度に対する光電変換効率の依存性の算定結果を示す。
不純物（アクセプター）濃度の増加とともに光電変換効
率は増加する。これは不純物濃度の増加にともない太陽
電池セル両端での内部電位が上昇し、結果として開放電
圧が上昇するためと考えられる。従って、この窓層の不
純物濃度は、製造技術上可能な限度において大きい方が
好適である。
濃度に対する光電変換効率の依存性の算定結果を示す。
不純物（アクセプター）濃度の増加とともに光電変換効
率は増加する。これは不純物濃度の増加にともない太陽
電池セル両端での内部電位が上昇し、結果として開放電
圧が上昇するためと考えられる。従って、この窓層の不
純物濃度は、製造技術上可能な限度において大きい方が
好適である。
【００４４】図６は、ｐ型ＧａＡｓの第１層（エミッタ
層）の厚みに対する光電変換効率の依存性の算定結果を
示す。この第１層の厚みが０．２乃至０．３μｍ近傍で
最大の光電変換効率が得られている。これは、第１層の
厚みが０．２乃至０．３μｍよりも減少すると、ｎ型Ｇ
ａＡｓ第２層（コレクタ層）との関係で開放電圧が減少
し、逆にこれよりも厚みが増加するとキャリア寿命の短
い層内での光吸収が増加して空乏層内に到達する光が減
少するために短絡電流が減少し、いずれの場合も光電変
換効の低下を招くためと考えられる。
層）の厚みに対する光電変換効率の依存性の算定結果を
示す。この第１層の厚みが０．２乃至０．３μｍ近傍で
最大の光電変換効率が得られている。これは、第１層の
厚みが０．２乃至０．３μｍよりも減少すると、ｎ型Ｇ
ａＡｓ第２層（コレクタ層）との関係で開放電圧が減少
し、逆にこれよりも厚みが増加するとキャリア寿命の短
い層内での光吸収が増加して空乏層内に到達する光が減
少するために短絡電流が減少し、いずれの場合も光電変
換効の低下を招くためと考えられる。
【００４５】図７は、ｐ型ＧａＡｓの第１層（エミッタ
層）の不純物濃度対する光電変換効率の依存性の算定結
果を示す。１０17〜１０18ｃｍー3程度の広い範囲にわた
って光電変換効率の顕著な不純物濃度依存性が認められ
ない。また、この不純物濃度が３×１０18（ｃｍ-3）を
越える高濃度領域では光電変換効率が低下しているが、
これは、この第１層内での少数キャリア寿命の低下に起
因するものと考えられる。
層）の不純物濃度対する光電変換効率の依存性の算定結
果を示す。１０17〜１０18ｃｍー3程度の広い範囲にわた
って光電変換効率の顕著な不純物濃度依存性が認められ
ない。また、この不純物濃度が３×１０18（ｃｍ-3）を
越える高濃度領域では光電変換効率が低下しているが、
これは、この第１層内での少数キャリア寿命の低下に起
因するものと考えられる。
【００４６】図８は、ｎ型ＧａＡｓの第２層（コレクタ
層）の厚みに対する光電変換効率の依存性の算定結果を
示す。光電変換効率は、厚みの増加と共に増加し、これ
が２μｍ以上の領域では飽和している。このことは、２
μｍ程度以上の厚みがあれば入射光線のバンドギャップ
以上のエネルギーの成分がほぼ完全に吸収されているこ
とを示している。
層）の厚みに対する光電変換効率の依存性の算定結果を
示す。光電変換効率は、厚みの増加と共に増加し、これ
が２μｍ以上の領域では飽和している。このことは、２
μｍ程度以上の厚みがあれば入射光線のバンドギャップ
以上のエネルギーの成分がほぼ完全に吸収されているこ
とを示している。
【００４７】図９は、ｎ型ＧａＡｓの第２層（コレクタ
層）の不純物濃度に対する光電変換効率の依存性の算定
結果を示す。１〜２×１０18（ｃｍ-3）近傍の不純物濃
度が光電変換効率の最大値を与えているが、この原因
は、低濃度領域ではキャリア寿命は長いが開放電圧がと
れなくなり、逆対に高濃度領域では、キャリア寿命が短
くなるため、短絡電流がとれなくなり効率が低下するた
めと考えられる。
層）の不純物濃度に対する光電変換効率の依存性の算定
結果を示す。１〜２×１０18（ｃｍ-3）近傍の不純物濃
度が光電変換効率の最大値を与えているが、この原因
は、低濃度領域ではキャリア寿命は長いが開放電圧がと
れなくなり、逆対に高濃度領域では、キャリア寿命が短
くなるため、短絡電流がとれなくなり効率が低下するた
めと考えられる。
【００４８】＜実験結果との照合＞本発明者は、上記シ
ミュミレーション結果を検証するため、図１に示す基本
的構造の４ｍｍ×４ｍｍのサイズの化合物半導体太陽電
池をＭＯＣＶＤ法により作成し、光電変換効率の測定を
行った。この試作した太陽電池について得られた光電変
換効率が、図４乃至図９中に星印で示してある。各図か
ら明らかなように、実測結果はシミュミレーション結果
と極めて良く一致している。なお、上部電極の横幅を１
０μｍ〜２０μｍの範囲で変化させたが、光電変換効率
については格別な変化は認められなかった。
ミュミレーション結果を検証するため、図１に示す基本
的構造の４ｍｍ×４ｍｍのサイズの化合物半導体太陽電
池をＭＯＣＶＤ法により作成し、光電変換効率の測定を
行った。この試作した太陽電池について得られた光電変
換効率が、図４乃至図９中に星印で示してある。各図か
ら明らかなように、実測結果はシミュミレーション結果
と極めて良く一致している。なお、上部電極の横幅を１
０μｍ〜２０μｍの範囲で変化させたが、光電変換効率
については格別な変化は認められなかった。
【００４９】＜参照文献＞ １: S.Adachi,J.Appl.,Phys.,58 R29(1985) ２：G.B.Tait et.al.,IEEE Trans,Elect.Dev.,38.1262
(1991) ３：W.Shockley,W.T.Read,Phys.Rev.,87 835(1952) ４：C.M.Snowden,Introduction to semiconductor Devi
ce Modeling(1986) ５：G.B.Scott et.al.,J.Appl.Phys.,52,11(1981)
(1991) ３：W.Shockley,W.T.Read,Phys.Rev.,87 835(1952) ４：C.M.Snowden,Introduction to semiconductor Devi
ce Modeling(1986) ５：G.B.Scott et.al.,J.Appl.Phys.,52,11(1981)
【００５０】
【発明の効果】以上の説明を要約すると、二次元のシミ
ュミレーションを適用すること、及び各半導体層の物性
値を実際の値に近づけることにより、実験結果と極めて
良く一致するシミュミレーション結果が得られた。この
シミュミレーション結果によれば、以下の表に示すよう
な厚みと不純物濃度の組合せが好適であることが判明し
た。
ュミレーションを適用すること、及び各半導体層の物性
値を実際の値に近づけることにより、実験結果と極めて
良く一致するシミュミレーション結果が得られた。この
シミュミレーション結果によれば、以下の表に示すよう
な厚みと不純物濃度の組合せが好適であることが判明し
た。
【図１】シミュミレーションに使用した本発明の一実施
例の化合物太陽電池の基本構造を示す断面図である。
例の化合物太陽電池の基本構造を示す断面図である。
【図２】図１の基本構造のバンドダイヤグラムである。
【図３】シミュミレーションに用いた物性値の算定方法
を説明するためのヘテロ接合構造を示す概念図である。
を説明するためのヘテロ接合構造を示す概念図である。
【図４】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図５】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図６】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図７】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図８】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図９】光電変換効率のシミュミレーション結果と実験
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図１０】先行技術の化合物半導体太陽電池の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年２月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】追加
【補正内容】
【図１０】
Claims (3)
- 【請求項１】第２の導伝型のＧａＡｓ基板上に順次積層
形成される第２の導伝型のＡｌＧａＡｓバックサーフェ
ス層、第２の導伝型のＧａＡｓ第２層、第１の導伝型の
ＧａＡｓ第１層及び第１の導伝型のＡｌＧａＡｓ窓層を
含む化合物半導体太陽電池であって、 前記ＧａＡｓ第１層の厚みが０．１μｍ以上０．４μｍ
未満の値を設定されたことを特徴とする化合物半導体太
陽電池。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記第１の導伝型はｐ型であり、前記第２の導伝型はｎ
型であることを特徴とする化合物半導体太陽電池。 - 【請求項３】 請求項１乃至２において、 前記ＧａＡｓ第２層の厚みが０．５μｍ以上の値に設定
されたことを特徴とする化合物半導体太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4164106A JPH05335608A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 化合物半導体太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4164106A JPH05335608A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 化合物半導体太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335608A true JPH05335608A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15786875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4164106A Pending JPH05335608A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 化合物半導体太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05335608A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015228784A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-17 | 国立大学法人京都大学 | 光電池の評価方法、光電池の評価装置、プログラム、および光電池の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP4164106A patent/JPH05335608A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015228784A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-17 | 国立大学法人京都大学 | 光電池の評価方法、光電池の評価装置、プログラム、および光電池の製造方法 |
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