专利名称：使用太阳能电池产生电力的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池。
背景技术：
图7是表示专利文献I中公开的太阳能电池。该现有的太阳能电池具有太阳能电池元件11和透镜L。太阳能电池元件11包括多个光电转换层13，光电转换层13具有P型GaAs缓冲层13a、ρ型InGaP-BSF层13b、ρ型GaAs基底层13c、η型GaAs发射极层13d、η型InGaP窗口层13e和反射防止层15。这些层13a 15在半导体基板12上以该顺序层叠。太阳能电池元件11还在分离光电转换层13的分离槽16、光电转换层13的受光面的周围具有接触层14，在接触层14的外周部具有再结合防止层17、受光面电极18、背面电极19。
太阳光透过透镜L和反射防止膜15，照射到η型InGaP窗口层13e。该太阳光的照射产生电力。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008 - 124381号公报
非专利文献
非专利文献1: Jenny Nelson 著、The Physics of Solar Cells>fforld ScientificPub Co Inc.发明内容
发明要解决的课题
现有的太阳能电池具有大约20%的转换效率。
本発明的目的在于提供具有高转换效率的太阳能电池。
用于解决课题的方法
技术领域：
本发明是使用太阳能电池产生电力的方法，具有以下的以下的工序(a)和工序(b)。
工序(a)准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的太阳能电池。在此，太阳能电池元件具有η型GaAs层、ρ型GaAs层、ρ型窗口层、η侧电极和ρ侧电极，Z方向是ρ型GaAs层的法线方向，X方向是与Z方向正交的方向。
η型GaAs层、ρ型GaAs层和ρ型窗口层沿Z方向层叠,P型GaAs层沿Z方向被夹在η型GaAs层和ρ型窗口层之间,ρ侧电极与P型GaAs层电连接,η侧电极与η型GaAs层电连接。
η型GaAs层被分割为中央部、第一周边部和第二周边部，中央部沿X方向被夹在第一周边部和第二周边部之间。
第一周边部和第二周边部具有层的形状，满足以下的不等式组(I )，
d2 < dl, d3 < dl, I 纳米< d2 ^ 4 纳米，I 纳米< d3 ^ 4 纳米，100 纳米< w2,和100 纳米< w3...(I)
dl表不沿Z方向的中央部的厚度,d2表不沿Z方向的第一周边部的厚度,d3表不沿Z方向的第二周边部的厚度，w2表示沿X方向的第一周边部的宽度，w3表示沿X方向的第二周边部的宽度。
工序(b)以满足以下的不等式(II)的方式经由聚光透镜对ρ型窗口层的表面所包含的区域S照射光，使η侧电极和P侧电极之间产生电位差。
w4 ^ wl...(II)
在此，wl表示沿X方向的中央部的宽度，w4表示包含Z方向的截面视图中区域S的沿X方向的宽度，从Z方向看时，中央部(104)与区域S重合。
发明效果
本発明的太阳能电池具有更高的转换效率。
图1A是实施方式I的太阳能电池的截面图。
图1B是实施方式I的太阳能电池元件的截面图。
图2是实施方式I的太阳能电池元件的截面放大图。
图3A是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3B是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3C是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3D是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3E是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3F是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3G是表示实施方式I的太阳能电池元件的制造工序的图。
图4是表示实施方式I的太阳能电池元件的截面图。
图5是表示比较例I的太阳能电池元件的截面图。
图6A是表示比较例4的太阳能电池元件的截面图。
图6B是表示比较例5的太阳能电池元件的截面图。
图7是表示现有的太阳能电池的截面图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式I)
(工序(a))
在工序(a)中， 准备太阳能电池。
图1A表示实施方式I的太阳能电池的截面图。如图1A所示,太阳能电池具有聚光透镜101和太阳能电池元件102。
如图1B所示，太阳能电池元件102具有η型GaAs层104、ρ型GaAs层103、ρ型窗口层105、η侧电极110和ρ侧电极109。η型GaAs层104、ρ型GaAs层103和ρ型窗口层105层叠。Z方向为层叠方向。沿Z方向，ρ型GaAs层103被夹在η型GaAs层104和ρ型窗口层105之间。
ρ侧电极109与ρ型GaAs层103电连接。η侧电极110与η型GaAs层104电连接。
优选沿Z方向，η型阻挡层106和η型接触层108被夹在η型GaAs层104和η侧电极110之间。沿Z方向，η型阻挡层106被夹在η型GaAs层104和η型接触层108之间。沿Z方向，η型接触层108被夹在η型阻挡层106和η侧电极110之间。
优选沿Z方向，ρ型接触层107被夹在ρ型窗口层105和ρ侧电极109之间。ρ侧电极109、ρ型接触层107、ρ型窗口层105、ρ型GaAs层103、η型GaAs层104、η型阻挡层106、η型接触层108和η侧电极110以该顺序电串联连接。
如图1B所示，η型GaAs层104被分割为中央部104a、第一周边部104b和第二周边部104c。中央部104a沿X方向被夹在第一周边部104b和第二周边部104c之间。X方向与Z方向正交。
如图2所示，中央部104a的厚度dl比第一周边部104b的厚度d2和第二周边部104c的厚度d3大。在厚度dl与厚度d2和厚度d3相同的情况下，不能达成更高的转换效率(参照后述的比较例1、3)。
在实施方式I中，厚度d2为I纳米以上4纳米以下。在厚度d2在不足I纳米的情况下，不能达成更高的转换效率(参照后述的比较例10)。当厚度d2超过4纳米时，不能达成更高的转换效率(参照后述的比较例7 9)。同样，厚度d3也在I纳米以上4纳米以下。
第一周边部104b具有层的形状。如图6A和图6B所不,第一周边部104b不具有锥形的形状。原因在于，不能达成更高的转换效率(参照后述的比较例4 5)。同样，第二周边部104b也具有层的形状。
如图2所示，中央部104a具有宽度wl。第一周边部104b具有宽度w2。第二周边部104c具有宽度w3。
w2的值为0.1微米以上。《2的值比0.1微米小的情况下，转换效率降低。由于同样的理由，w3的值为0.1微米以上。参照后述的实施例4 5和比较例10。
从而，在实施方式I中，需要满足以下的不等式(I)。
d2 < dl, d3 < dl, I 纳米< d2 ^ 4 纳米，I 纳米< d3 ^ 4 纳米，100 纳米< w2,和100 纳米< w3...(I)
如上所述，值dl表示沿Z方向的中央部104a的厚度。值d2表示沿Z方向的第一周边部104b的厚度。值d3表示沿Z方向的第二周边部104c的厚度。值w2表示沿X方向的第一周边部104b的宽度。值w3表示沿X方向的第二周边部104c的宽度。
聚光透镜101的表侧的面被照射光。关于该情况，在后面记述的工序(b)中详细说明。优选太阳光。
优选聚光透镜101的背面与太阳能电池元件102接触。利用聚光透镜101，对ρ型窗口层105集中光。
优选聚光透镜101具有大约2毫米 10毫米的直径、I毫米 5毫米的厚度、大约1.1 2.0的折射率。
聚光透镜101的材料不特别限定。聚光透镜101的材料例如是玻璃或树脂。
ρ型窗口层105由具有与GaAs接近的晶格常数且具有比GaAs大的带隙的ρ型化合物半导体构成。P型窗口层105的材料例如是P型InGaP或ρ型AlGaAs。
η型阻挡层106由具有与GaAs接近的晶格常数且具有比GaAs大带隙的η型化合物半导体构成。η型阻挡层106的材料例如是η型InGaP或η型AlGaAs。
ρ型接触层107的材料只要在与ρ型窗口层105的界面和在与P侧电极109的界面中形成欧姆接触，就不作限定。P型接触层107的材料例如是ρ型GaAs。
η型接触层108的材料只要在与η型阻挡层106的界面和在与η侧电极110的界面中形成欧姆接触，就不作限定。η型接触层108的材料例如是η型GaAs。
如图1所示，优选层103 108的侧面被绝缘膜111覆盖。绝缘膜111的材料例如是未掺杂的InGaP、二氧化硅或氮化硅。
在使用绝缘膜111的情况下，如图4所示，绝缘膜111能够被金属膜118覆盖。金属膜118提高太阳能电池元件102的散热特性。
优选金属膜118与ρ侧电极109电连接,且在一面(图4中为下表面)金属膜118和η侧电极110露出。
(制造太阳能电池元件102的方法)
以下，参照图3Α 图3G对制造太阳能电池元件102的方法进行说明。
首先，如图3Α所示，在GaAs基板113的表面，利用分子束外延法或有机金属化学气相沉积法(以下称为“M0CVD法”)那样的通常的半导体生长方法依次生长牺牲层114、ρ型接触层107、ρ型窗口层105、ρ型GaAs层103、η型GaAs层104、η型阻挡层106和η型接触层108。牺牲层114具有与GaAs接近的晶格常数。牺牲层114是用于对GaAs选择性地蚀刻的层。牺牲层114的材料例如是AlAs或InGaP。
接着，如图3B所示，在η型接触层108上形成第一掩膜115。使用第一掩膜115，利用干法蚀刻对η型接触层108、η型阻挡层106、η型GaAs层104、ρ型GaAs层103、ρ型窗口层105和ρ型接触层107进行蚀刻。第一掩膜115具有与图2中的(wl + w2 + w3)相同的宽度。干法蚀刻中，能够使用BCl3和SF6的混合气体。
如图3C所示，在η型接触层108上形成第二掩膜116。第二掩膜116具有比第一掩膜115小的宽度。第二掩膜116其宽度与如图2所示的wl的宽度相同。使用第二掩膜116对η型接触层108和η型阻挡层106进行蚀刻。并且，对η型GaAs层104的周围的上部进行蚀刻。η型GaAs层104的蚀刻深度与图2所示的dl d3的厚度相同。
如图3D所示，除去第二掩膜116。形成η侧电极110和绝缘膜111。形成η侧电极110的方法例如是溅射法或电子束蒸镀法。形成绝缘膜111的方法例如是化学气相沉积法。
如图3Ε所示，在η侧电极110上固定基底基板117。通过蚀刻将GaAs基板113和牺牲层114除去。基底基板117例如是硅基板或玻璃基板。根据需要，在η侧电极110和基底基板117之间夹有蜡或粘接片。
如图3F所示，在ρ型接触层107上形成ρ侧电极109。并且，通过蚀刻将P型接触层107的与ρ侧电极109相接触的部分除去。形成ρ侧电极109的方法例如是溅射法或电子束蒸镀法。
最后，如图3G所示，将基底基板117除去。通过这样的方式，能够获得太阳能电池元件102。所得到的太阳能电池元件102如图1A如所示,被安装于聚光透镜101。通过这样的方式，能够获得太阳能电池。
(工序(b))
在工序(b)中，经由聚光透镜101对P型窗口层105照射光，使η侧电极110和ρ侧电极109之间产生电位差。如图2所示，ρ型窗口层105的区域S被照射光。
本发明者们发现，在工序(b)中，需要满足以下的不等式(II)。
w4 ^ wl...(II)
如上所述，wl的值表示沿X方向的中央部104a的宽度。
w4的值表示区域S的沿X方向的宽度。
当沿Z方向看时，中央部104a与区域S重合。
在不满足不等式(II)的情况下，不能达成更高转换效率(参照比较例4)。
如图2所示，在η型GaAs层104具有与ρ型窗口层105相同宽度的情况下，优选宽度wl与宽度w4相等或比其大。S卩，在满足等式(wl + w2 + w3)= (w4 + w5 + w6)的情况下，宽度w5与宽度w2相等或比其大，且宽度W6与宽度《3相等或比其大。W5和《6都对应未被照射光的部分。
(实施例)
通过以下的实施例对本发明进行更详细的说明。
(实施例1)
在实施例1中，通过图3A 图3G所示的方法制作图2所示的太阳能电池元件102。
表I表不实施例1的太阳能电池兀件102中的各层的组成和膜厚。
[表 I] |
权利要求
1.一种使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于，包括: 准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的所述太阳能电池的工序(a)， 所述太阳能电池元件具有η型GaAs层、ρ型GaAs层、ρ型窗口层、η侧电极和ρ侧电极， Z方向是所述P型GaAs层的法线方向， X方向是与所述Z方向正交的方向， 所述η型GaAs层、所述ρ型GaAs层和所述ρ型窗口层沿Z方向层叠， 所述P型GaAs层沿所述Z方向被夹在所述η型GaAs层与所述ρ型窗口层之间， 所述P侧电极与所述P型GaAs层电连接， 所述η侧电极与所述η型 GaAs层电连接， 所述η型GaAs层被分割为中央部、第一周边部和第二周边部， 所述中央部沿所述X方向被夹在所述第一周边部与所述第二周边部之间， 所述第一周边部和所述第二周边部具有层的形状， 满足以下的不等式的组(I): d2 < dl, d3 < dl, I 纳米< d2 ^ 4 纳米，I 纳米< d3 ^ 4 纳米，100 纳米< w2,和 100纳米< w3...(I) dl表示沿所述Z方向的所述中央部的厚度， d2表示沿所述Z方向的所述第一周边部的厚度， d3表示沿所述Z方向的所述第二周边部的厚度， w2表示沿所述X方向的所述第一周边部的宽度， w3表示沿所述X方向的所述第二周边部的宽度；和 工序(b)，以满足以下的不等式(II)的方式经由所述聚光透镜对所述ρ型窗口层的表面中包含的区域S照射光，使所述η侧电极与所述ρ侧电极之间产生电位差，w4 ^ wl...(II) wl表示沿所述X方向的所述中央部的宽度， w4表示在含有所述Z方向的截面视图中，所述区域S的沿所述X方向的宽度， 当从所述Z方向看时，所述中央部与所述区域S重合。
2.如权利要求1所述的使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于: 所述η型GaAs层的宽度与所述ρ型窗口层的宽度相等。
3.如权利要求1所述的使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于: 所述太阳能电池元件还具有被夹在所述η侧电极与所述中央部之间的η型阻挡层。
4.如权利要求1所述的使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于: 所述太阳能电池元件还具有被夹在所述η侧电极与所述中央部之间的η型接触层。
5.如权利要求1所述的使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于: 所述太阳能电池元件还具有被夹在所述P侧电极与所述P型GaAs层之间的P型接触层。
6.如权利要求1所述的使用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于: 所述η型GaAs层、ρ型GaAs层和ρ型窗口层的侧面被绝缘层覆盖。
全文摘要
本发明的目的在于提供具有更高转换效率的太阳能电池。本发明是使用太阳能电池产生电力的方法，具有工序(a)和工序(b)。工序(a)准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的太阳能电池。太阳能电池元件具有n型GaAs层、p型GaAs层、p型窗口层、n侧电极和p侧电极，Z方向是p型GaAs层的法线方向，X方向是与Z方向正交的方向。n型GaAs层、p型GaAs层和p型窗口层沿Z方向层叠，p型GaAs层被夹在n型GaAs层和p型窗口层之间。n型GaAs层被分割为中央部、第一周边部和第二周边部，中央部沿X方向被夹在第一周边部和第二周边部之间。第一周边部和第二周边部具有层的形状，满足规定的不等式(I)。工序(b)以满足规定的不等式(II)的方式，经由聚光透镜照射光，使n侧电极和p侧电极之间产生电位差。
文档编号H01L31/04GK103155167SQ20118004968
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年3月24日
发明者松下明生, 伊藤彰宏, 中川彻, 石田秀俊 申请人:松下电器产业株式会社