(57)【要約】電荷分離のための２つの空乏領域を有する単Ｐ−Ｎ接合太陽電池が提供されており、電子およびホールが再結合することを可能にし、太陽電池の両方の空乏領域に関連している電圧は、一緒に加えられる。単ｐ−ｎ接合太陽電池は、単Ｐ−Ｎ接合のみによって２接合（２１）タンデム型太陽電池の特性を生成するために、Ｐ−Ｎ接合の１つの側に、他方の側に形成されたＳｉと共に形成されたＩｎＧａＮあるいはＩｎＡｌＮのうちのいずれかの合金を含む。タンデム型太陽電池特性を有する単Ｐ−Ｎ接合太陽電池は、３０％を超える電力変換効率を達成する。
2010531064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型層と、
ｎ型層と、
該ｐ型層と該ｎ型層との間の単ｐ−ｎ接合と、
該単ｐ−ｎ接合に関連付けられている電荷の分離のための複数の空乏領域と
を含む、太陽電池。
【請求項２】
前記太陽電池は、２つの空乏領域を含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ｐ型層およびｎ型層のうちの１つは、ＩｎＧａＮ合金を含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ｐ型層およびｎ型層のうちの他方は、Ｓｉを含む、請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ｐ型層およびｎ型層のうちの１つは、ＩｎＡｌＮ合金を含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ｐ型層およびｎ型層のうちの他方は、Ｓｉを含む、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記ｐ型層およびｎ型層のうちの１つの伝導帯は、該ｐ型層およびｎ型層のうちの他方の価電子帯と実質的に揃っており、該ｐ型層と該ｎ型層との間の低抵抗トンネル接合として前記ｐ−ｎ接合を形成する、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記空乏領域のそれぞれで生成される電圧は、一緒に加えられて前記太陽電池の組合せ出力電圧を生成する、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記ＩｎＧａＮ合金は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＮを含み、ここで、０≦ｘ≦１である、請求項３に記載の太陽電池。
【請求項１０】
ｘは、約０．５である、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記ＩｎＡｌＮ合金は、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＮを含み、ここで、0≦ｘ≦１である、請求項３に記載の太陽電池。
【請求項１２】
ｘは、約０．３である、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記ｐ型層に結合されている第１の電気コンタクトと、
前記ｎ型層に結合されている第２の電気コンタクトと
をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記第１および第２の電気コンタクトのうちの少なくとも１つにそれぞれ隣接する前記ｐ型層と前記ｎ型層のうちの少なくとも１つにおいて、ヘビーカウンタドープ領域をさらに含む、請求項１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に絶縁中間層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記ｎ型層に隣接している前記ｐ型層の中のカウンタドープ領域と、
該ｐ型層に隣接している該ｎ型層の中のカウンタドープ領域と
をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１７】
ｐ型層と、
該ｐ型層に結合された第１の電気コンタクトと、
ｎ型層と、
該ｎ型層に結合された第２の電気コンタクトと、
該ｐ型層と該ｎ型層との間の単ｐ−ｎ接合であって、該単ｐ−ｎ接合は電荷分離のための複数の空乏領域を有する、単ｐ−ｎ接合と
を含む、太陽電池。
【請求項１８】
ｐ型サブセルとｎ型サブセルとの間の単ｐ−ｎ接合を含み、該単ｐ−ｎ接合は電荷分離のための複数の空乏領域を有する、単接合太陽電池。
【請求項１９】
前記ｐ型サブセルはｐ型材料の層である、請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記ｎ型サブセルはｎ型材料の層である、請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２１】
単接合太陽電池を形成する方法であって、
ｎ型層に隣接するｐ型層を配置し、該ｐ型層と該ｎ型層との間に単ｐ−ｎ接合を形成することを含み、該単ｐ−ｎ接合は電荷分離のための複数の空乏領域を有する、方法。
【請求項２２】
前記ｐ型層に結合された第１の電気コンタクトと、前記ｎ型層に結合された第２の電気コンタクトとを結合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ＩｎＧａＮおよびＩｎＡｌＮのうちの１つから選択された合金から、前記ｐ型層とｎ型層のうちの１つを形成することと、
前記ｐ型層とｎ型層のうちの他方をＳｉから形成することと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２の電気コンタクトのうちの少なくとも１つにそれぞれ隣接する前記ｐ型層と前記ｎ型層のうちの少なくとも１つにおいて、ヘビーカウンタドープ領域を形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に絶縁中間層を形成することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記ｎ型層に隣接する前記ｐ型層の中のカウンタドープ領域と、該ｐ型層に隣接する該ｎ型層の中のカウンタードープ領域とを形成することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は、「Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐ−Ｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ」と題する２００７年６月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／９４５，２８１号、および、「Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐ−Ｎ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題する２００７年７月１３日に出願された米国特許出願第１１／７７７，９６３号を優先権として主張するものであり、それらの内容は、本明細書に参照として援用されている。
（技術分野）
本開示は、太陽電池に関し、より詳細には、単接合タンデム型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池あるいは光起電力セルは、太陽光の放射エネルギを電気エネルギに直接変換するＰ−Ｎ接合を有する半導体デバイスである。太陽光の電気エネルギへの変換は、３つの主要なプロセスを含んでおり、それらは、太陽光の半導体材料への吸収、太陽電池内で電圧を生成する正電荷および負電荷の発生と分離、および、半導体材料に接続された電極を介しての電荷の収集と移送である。電荷分離のための単空乏領域は、一般に各太陽電池のＰ−Ｎ接合内に存在する。
【０００３】
単一の半導体材料に基づく現在の伝統的な太陽電池は、約３１％の固有な効率限界を有する。この限界の第１の理由は、どの単一の材料も太陽光の広い範囲に完全には整合しないことであり、太陽光は、約０．４から４ｅＶの光子の範囲の有益なエネルギを有している。半導体のバンドギャップより低いエネルギの光は、吸収されなく、電力に変換されない。バンドギャップより高いエネルギの光は、吸収されるが、生成された電子ホール対は、すぐにバンドギャップより上の過剰エネルギを熱の形で失う。従って、このエネルギは電力への変換には利用できない。
【０００４】
より高い効率が、異なるバンドギャップの太陽電池のスタックを用いて達成されるように試みられてきており、それによって、「多接合」、「カスケード」あるいは「タンデム型」太陽電池と称される一連の太陽電池を形成している。タンデム型太陽電池は、現在利用可能な最も効率的な太陽電池である。タンデム型セルは、複数の（例えば、２つ、３つ、４つ等）Ｐ−Ｎ接合太陽電池を直列に接続することによって作られる。タンデム型セルは、一般に、より高いギャップの材料をトップ層セルに用いて、形成され、より高いエネルギ光子を変換し、より低いエネルギ光子が、太陽電池のスタック内でより低いギャップ材料に通過して行くことを可能にする。スタックの太陽電池のバンドギャップは、太陽エネルギ変換の効率を最大にするように選択され、トンネル接合がセルを直列接続するために使用され、セルの電圧が一緒に加算される。そのような多接合太陽電池は、材料の多数の層を必要とし、複雑なスタックされた構成で形成されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つ以上の実施形態によると、電荷分離のための多重の領域を有する単Ｐ−Ｎ接合太陽電池が提供されており、電子およびホールが再結合することを可能にし、太陽電池の両方の空乏領域に関連付けられている電圧を一緒に加えられる。１つ以上の実施形態では、太陽電池の上層の伝導帯端（ＣＢＥ）が、太陽電池内の下層の価電子帯端（ＶＢＥ）と揃うように形成されている。
【０００６】
１つ以上の実施形態によると、２接合（２Ｊ）タンデム型太陽電池の特性を単Ｐ−Ｎ接合によって製造するために、Ｐ−Ｎ接合の１つの側に形成され、他方の側に形成されたＳｉを有するＩｎＧａＮあるいはＩｎＡｌＮのいずれかの合金を有する太陽電池が提供されている。１つの実施形態では、Ｉｎ１−ｘＧａｘＮ合金が利用され、他の実施形態では、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＮが利用される。１つ以上の実施形態に従って形成された単Ｐ−Ｎ接合太陽電池は、３０％を超える実用的な電力変換効率を達成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の上述の特徴および対象は、添付の図面と共に取られた以下の記述を参照して、より明らかになり、同様な参照番号は同様な要素を示す。
【図１】図１は、本開示の１つ以上の実施形態による単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池を表すブロックダイアグラムの図である。
【図２】図２は、図１のより詳細を表す透視図であり、本開示の１つ以上の実施形態による単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池の様々な領域を示している。
【図３】図３は、本開示の１つ以上の実施形態による、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池のヘテロ接合に対するバンドダイアグラムのグラフの図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池のヘテロ接合に対する、計算された（ａ）バンドダイアグラムのグラフを示す図、（ｂ）電子およびホール濃度のグラフを示す図ある。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池のヘテロ接合に対する、計算されたバンドダイアグラムのグラフを示す図であり、界面に（ａ）カウンタードーピングのある場合、（ｂ）絶縁中間層のある場合である。
【図６】図６は、ダブルカウンタードーピングを有する本開示の１つ以上の実施形態による、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池の断面を表すブロックダイアグラムである。
【図７】図７は、ダブルカウンタードーピングを有する本開示の１つ以上の実施形態による、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型太陽電池のヘテロ接合に対する計算されたバンドダイアグラムのグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般に、本開示は、単Ｐ−Ｎ接合タンデム型光起電力デバイスを含んでいる。本開示の確実な実施形態が、ここで、上述した図を参照して議論され、同様な参照番号は、同様な構成部品を示す。
【０００９】
ここで、図１を参照すると、一般的な１つ以上の実施形態による単Ｐ−Ｎ接合タンデム型光起電力太陽電池１００のブロックダイアグラムの図が示されている。単Ｐ−Ｎ接合１０５が層１０２と１０４との間に存在するように、層１０２および１０４のうちの１つは、ｐ型材料として形成されており、層１０２および１０４のうちの他方は、ｎ型材料として形成されている。層１０２および１０４のそれぞれは、太陽電池１００内のそれ自体のサブセルとして記述され、および／または形成され得る。１つ以上の実施形態において、太陽電池のトップ層１０２の伝導帯端（ＣＢＥ）は、太陽電池１００の下層１０４の価電子帯端（ＶＢＥ）と揃うように形成されている。１つの実施形態では、太陽電池１００はＩＩＩ族窒化物合金層１０２とＳｉ層１０４とを含んでいる。電気接点１０６がＩＩＩ族窒化物合金層の上に、そうでなければＩＩＩ族窒化物合金層に結合して、電気接点１０８がＳｉ層１０４の底に、そうでなければＳｉ層１０４に結合して、それぞれ形成されている。１つ以上の実施形態において、接点１０６を、インジウム錫酸化物あるいは他の適切な実質的に透明な導電材料あるいは他の金属層の格子として形成することによって、最上面の電気接点１０６は実質的に透明な導電材料から形成され、太陽光が電気接点１０６を通過して太陽電池１００の中に入ってゆく。電気接点１０６および１０８は、太陽電池の当業者には公知の方法に従って形成される。
【００１０】
１つの実施形態では、層１０２はＩｎ１−ｘＧａｘＮであり（０≦ｘ≦１）、約０．７ｅＶから３．４ｅＶのエネルギバンドギャップ範囲を有しており、太陽エネルギスペクトルに対するよい整合を提供している。他の実施形態では、層１０２は、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＮであり（０≦ｘ≦１）、約０．７ｅＶから６．０ｅＶのエネルギバンドギャップ範囲を有しており、太陽エネルギスペクトルに対するよい整合性を提供している。１つ以上の実施形態において、層１０２は低電子濃度と高電子移動度とを有する結晶を生成する分子線エピタキシーによって成長されるが、他の形成方法がさらに利用され得ることが理解される。本明細書に記載されたさまざまな実施形態の記述を容易にするために、層１０２は、ＩｎＧａＮ層１０２と称され、ＩｎＡｌＮは、本明細書に記述された様々な実施形態において、ＩｎＧａＮの代わりに交換可能に代替され得る。
【００１１】
１つ以上の実施形態において、ＩｎＧａＮ層１０２は、ＩｎＧａＮ層１０２にマグネシウム（Ｍｇ）のようなｐ型ドーパントをドープすることによって、ｐ型層として形成されており、薄いＳｉ界面層は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）あるいはインジウム（Ｉｎ）のようなｐ型ドーパントによってカウンタードープされている。Ｓｉ層１０４の残りの部分は、Ｓｉ層１０４にリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）あるいはアンチモン（Ｓｂ）のようなｎ型ドーパントをドープすることによって、ｎ型層として形成されている。ｎ型層およびｐ型層に対する典型的なドーピング量は、１０１５ｃｍ−３から１０１９ｃｍ−３の範囲におよぶ。実際のドーピングレベルは、太陽電池１００の層１０２および層１０４の他の特性に依存し、効率を最大にするように範囲内あるいは範囲外で調整され得る。Ｐ−Ｎ接合１０５はまた、ＩｎＧａＮ層１０２にｎ型ドーパントをドープし、Ｓｉ層１０４にｐ型ドーパントをドープすることによって、形成され得る。ＩｎＧａＮにおいては、シリコンが、一般に、ｎ型ドーパントとして、マグネシウムがｐ型ドーパントとして使用される。
【００１２】
成長したままの、アンドープのＩｎＧａＮ膜は通常ｎ型であり、１つの実施形態では、ＩｎＧａＮ層１０２はＭｇアクセプタでドープされ得、ＩｎＧａＮ層１０２はｐ型として振舞う。１つの特定の実施形態では、ｐ型ドーパントＭｇがＩｎｙＧａ１−ｙＮの合金に使用され、ここで、０．６７≦ｙ≦０．９５である。
【００１３】
Ｐ−Ｎ接合１０５は、図１に表されているように、Ｓｉ層１０４に対向して配置されているＩｎＧａＮ層１０２によって、単純に形成され得る。実際に、接合１０５が熱平衡にあり定常状態であるとき、複数の空乏領域がＰ−Ｎ接合１０５を横切って形成される。電子およびホールは、それぞれ、電子およびホールの低濃度領域の中に拡散して行く。従って、ｎ型Ｓｉ層１０４内の過剰電子は、Ｐ−Ｎ接合１０５のＰ側の中に拡散して行き、ｐ型ＩｎＧａＮ層１０２の過剰ホールは、Ｐ−Ｎ接合１０５のＮ側の中に拡散して行く。図２に示されているように、これは、Ｐ−Ｎ接合に隣接するＩｎＧａＮ層１０２の中にＩｎＧａＮ空乏領域１１０を生成し、Ｐ−Ｎ接合１０５に隣接するＳｉ層１０４の中にＳｉ空乏領域１１２を生成する。
【００１４】
太陽電池１００が太陽エネルギに露出された場合、層１０２および層１０４が、それらのバンドギャップと同じエネルギを含む光波を吸収したときに、エネルギは、太陽エネルギの光子から太陽電池１００へ移動する。バンドギャップは、電子を材料の価電子帯からその伝導帯に押し上げるために必要なエネルギである。ＩｎＮおよびＧａＮの間の価電子帯のオフセット１．０５＋−０．２５ｅＶの実験測定値およびＧａＮの既知の電子親和力に基づいて、ＩｎＮは、電子親和力５．８ｅＶを有すると予測され、これは、既知の半導体において最大である。層１０２をＩｎＧａＮあるいはＩｎＡｌＮの合金として形成することは、ＩｎＧａＮに対して０．７から３．４ｅＶおよびＩｎＡｌＮに対して０．７から６．０ｅＶのワイドバンドギャップ同調範囲を可能にする。
【００１５】
層１０２あるいは層１０４のうちの１つの伝導帯を層１０２あるいは層１０４のうちのもう一方の価電子帯に位置合わせすることによって、低抵抗トンネル接合が層１０２と１０４との間に生成される。ＩｎＧａＮおよびＩｎＡｌＮの伝導帯端１２０および価電子帯端１２２の位置が、図３に表されており、点線１１４および１１６は、ＩｎＧａＮおよびＩｎＡｌＮの伝導帯をそれぞれＳｉの価電子帯に合わせる組成（例えば、近似的にＩｎ０．７Ａｌ０．３ＮあるいはＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎ）を示す。わずかに多いＧａあるいはＡｌを有する組成は、ＩｎＧａＮ／ＩｎＡｌＮの伝導帯をＧｅの価電子帯に合わせる。図３に示されているように、電子親和力（真空レベルに関して伝導帯最小（ＣＢＭ）のエネルギの位置）も、また、ＩｎＡｌＮに対して５．８ｅＶから２．１ｅＶおよびＩｎＧａＮに対して５．８ｅＶから４．２ｅＶ広い範囲に渡って同調され得る。１つの実施形態では、近似的にＡｌ０．３Ｉｎ０．７ＮあるいはＩｎ０．４５Ｇａ０．５５Ｎの組成に対して、ＡｌＩｎＮ／ＩｎＧａＮの伝導帯はＳｉの価電子帯に合うように作られ得、層１０２と１０４との間の非常に低抵抗なトンネルに対する状態を、従来の多接合太陽電池に要求されるようなさらなるヘビードープされた層なしで生成し、本発明の単接合タンデム型太陽電池１００の設計を従来の多接合太陽電池に対して非常に簡単にする。
【００１６】
ｐ型層１０２（ＩｎＧａＮあるいはＩｎＡｌＮ）とｎ型Ｓｉ層１０４との間に単Ｐ−Ｎ接合１０５を有する太陽電池１００は、（１）電荷を分離するための２つの空乏領域と、（２）電子およびホールが再結合することを可能にし、層１０２および１０４の両方で太陽エネルギから発生された電圧を一緒に加えられる、接合１０５とを提供する。これらのタイプの観測は、トンネル接合層を有する多接合タンデム型太陽電池においてのみ従来は入手可能であり、単Ｐ−Ｎ接合のみの使用では従来決して入手できなかった。
【００１７】
太陽電池１００の単ｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合は、通常のＰ−Ｎ半導体へテロ接合とは基本的に異なる仕方で振舞う。通常のＰ−Ｎ接合では、ホールはｐ型側で空乏化され、電子はｎ型側で空乏化され、単一の空乏領域を生成する。しかしながら、本発明の１つ以上の実施形態によって形成されたｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合（あるいはｐ型ＩｎＡｌＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合）は、２つの空乏領域を生成する。照明の下では、これらの空乏領域の両方は、電荷を分離し得、単ｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉ、あるいはｐ型ＩｎＡｌＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合は、２接合タンデム型太陽電池として機能する。さらに、層１０２と１０４との間の接合１０５において、型反転（接合１０５のＩｎＧａＮ側での過剰電子、および、接合１０５のＳｉ側での過剰ホール）があり、それによって、ＩｎＧａＮ空乏領域１１０およびＳｉ空乏領域１１２を生成する。この型反転は、より効果的な電子−ホール消滅および層１０２および１０４の直列接続を提供する。
【００１８】
ｐ型Ｉｎ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層１０２およびｎ型Ｓｉ層１０４を有する１つの実施形態に対して、計算されたバンドダイアグラムおよびそのようなｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合タンデム型太陽電池に対する電子およびホール濃度が、図４Ａおよび４Ｂに図示されている。２つの空乏領域１３０および１３２は、図２に示された空乏領域１１０および１１２に対応する図４Ａに見られる。ＩｎＧａＮバンドギャップ１．８ｅＶが組成を特定することによって得られ、最大電力変換効率の観点から、ボトムＳｉ層１０４に整合するトップ層１０２に対するバンドギャップ＝１．１ｅＶを有している理想値に近い。
【００１９】
照明の下では、Ｉｎ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層１０２のバンドギャップ１．８ｅＶより大きいエネルギを有する光子は、電子−ホール対をＩｎＧａＮ層１０２に生成する。Ｓｉ層１０４は、１．１と１．８ｅＶとの間のエネルギを有する光および、トップＩｎＧａＮ層１０２によっては吸収されない１．８ｅＶを超えるエネルギの光を吸収する。層１０２および１０４の両方のドーピングは、空乏領域１３０および１３２のサイズを変更するように調整し得る。効率的な電子とホールの再結合は、ＩｎＧａＮ／Ｓｉ接合１０５において起き、照明の下では、ホールはＩｎＧａＮ層１０２の表面に行き、電子はＳｉ層１０４の中に行く。薄い（〜２５ｎｍ）ヘビードープされたＰ＋＋層が、ＩｎＧａＮ表面へのオーミック接続を提供するために使用され得る。
【００２０】
空乏領域１３０および１３２は、半導体材料で見られる「ショットキー様」の空乏領域に似ており、これらの２つの空乏領域１３０および１３２は、集光されていない日光に対して約４２％の太陽電池１００の効率を達成し、２Ｊタンデム型セルによって達成された効率に似ている。
【００２１】
１つ以上の実施形態において、暗電流（つまり、入力として働いている光がない場合の太陽電池１００の出力電流）は、層１０２、１０４のうちの少なくとも１つとそれぞれの電気コンタクト１０６，１０８のうちの１つとの間の界面の近くのヘビーカウンタードープ（つまり、ｎ型層１０４中のｐ＋＋あるいはｐ型層１０２中のｎ＋＋）によって減少され得る。これは、また、開回路電圧および太陽電池１００の効率を増加する。図５Ａを参照すると、ｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合タンデム型太陽電池に対するバンドダイアグラムが例示されており、ｎ＋＋カウンタードープ（例えば、ｎ＋＋９×１０１７の１０ｎｍの層）が電気コンタクト１０６に隣接するｐ型層１０２の中に利用されている。ここで、線１４０は、ＣＢＥ（ｅＶ）を表し、線１４２はＶＢＥ（ｅＶ）を表し、線１４４はＥＦを表す。
【００２２】
１つ以上の実施形態において、暗電流は減少され得、開回路電圧は、層１０２と１０４との間に形成された薄い絶縁中間層（例えば、ＧａＮあるいはＡｌＮの薄い層）の使用を通して増加され得る。中間層は、ｐ型ＩｎＧａＮ層１０２からｎ型Ｓｉ層１０４へのホールの漏洩に対するバリアを増加する働きをし、ｎ型Ｓｉ層１０４からｐ型ＩｎＧａＮ層１０２への電子漏洩を防止する。図５Ｂを参照すると、ｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合タンデム型太陽電池に対するバンドダイアグラムが例示されており、薄い５ｎｍのＧａＮ中間層がｐ型ＩｎＧａＮ層１０２とｎ型Ｓｉ層１０４との間に利用されている。
【００２３】
ヘビーカウンタードープあるいは図５Ａおよび５Ｂに例示されている薄い絶縁層を使用して暗電流を減少することに関連している上記のアプローチの両方は、そのような特徴を有さない設計に比較して約０．１から０．２ｅＶだけ電子およびホールに対するバリアを増加する。
【００２４】
１つ以上の実施形態において、暗電流は、層１０２、１０４のそれぞれとそれらの接合１０５との間の近くで「ダブルカウンタドープ」を実行することによって、さらに減少され得る。そのようなダブルカウンタドープ構成によって、図６に示されているように、ｐ＋カウンタドープ１５２がｎ型層１０４の中に形成され、ｎ＋カウンタドープ１５０がｐ型層１０２の中に形成される。１つ以上の実施形態において、ｐ＋カウンタドープ１５２は、ｎ型Ｓｉ２×１０１６ｃｍ−３層１０４の中にｐ＋１×１０１９ｃｍ−３の約１０ｎｍの層として形成されており、約４００ｎｍの厚さを有しており、ｎ＋カウンタドープ１５０は、２×１０１７ｃｍ−３のｐ型Ｉｎ０．４５Ｇａ０．５５Ｎの中に９×１０２０ｃｍ−３の約１０ｎｍの層として形成されており、約３００ｎｍの厚さを有している。図７を参照して、上記のカウンタドープ構造によるｐ型ＩｎＧａＮ／ｎ型Ｓｉヘテロ接合タンデム型太陽電池に対するバンドダイアグラムが図示されており、ここで、線１５４はＣＢＥ（ｅＶ）を表し、線１５６はＶＢＥ（ｅＶ）を表し、線１５８はＥＦを表す。このようなダブルカウンタドープ構成によって、ＡｌあるいはＧａはＳｉの中に拡散してゆき、ｎ型Ｓｉ基板１０２の中にｐ型層１５２を界面１０５近くに生成し、一方で、Ｓｉはｎ型ＩｎＧａＮの中に拡散してゆき、ｎ型カウンタドープ層１５０をｐ型ＩｎＧａＮ層１０２の界面１０５近くに形成する。このダブルカウンタドープ構成は、開回路電圧および太陽電池１００の効率を向上するように働く。
【００２５】
単Ｐ−Ｎ接合を用いてタンデム型光起電力デバイスを形成するために、太陽電池１００の上層１０２の中に伝導帯最小点（ＣＢＭ）が形成され、真空レベルに関して、実質的に太陽電池１００の下層１０４の価電子帯の最大点（ＶＢＭ）のエネルギに揃っている、あるいは、太陽電池１００の下層１０４の価電子帯の最大点（ＶＢＭ）のエネルギよりも低い。本開示は、２接合タンデム型太陽電池の効率特性を有する太陽電池が、非常に単純な単Ｐ−Ｎ接合設計によって作られることを可能にしている。薄く（＜０．５μｍ）できるｐ型ＩｎＧａＮ層１０２を、底のｎ型Ｓｉ層１０４上に単に形成することによって、現在製造されている最高の単接合Ｓｉ太陽電池の特性よりも上の特性を有するタンデム型太陽電池１００が製造され得る。１つ以上の実施形態において、Ｓｉ層１０４は、多結晶、多重結晶あるいはアモルファスＳｉでさえ使用して、形成され得る。そのようなタンデム型太陽電池１００は、従来公知のＳｉ技術に比較して増加した効率および低コストで製造され得、光起電力デバイスの製造に革命を起こし得る。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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