(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池層の厚さを低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を提供する。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第１電極と、第１電極１０２上に設けられたコンタクト１０３層と、コンタクト層上に設けられた緩衝層１９９と、緩衝層上に設けられた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第１セル１３１と、第１セル上に設けられた第２電極１２１と、を有し、コンタクト層と、第１セルとの格子定数は異なり、緩衝層の格子定数は、少なくとも第１セル側において、コンタクト層の格子定数よりも第１セルの格子定数と近い値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層上に設けられた緩衝層と、
前記緩衝層上に設けられた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第１セルと、
前記第１セル上に設けられた第２電極と、
を有し、
前記コンタクト層と、前記第１セルとの格子定数は異なり、
前記緩衝層の格子定数は、少なくとも前記第１セル側において、前記コンタクト層の格子定数よりも前記第１セルの格子定数と近い値である、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記緩衝層の格子定数は、少なくとも前記第１セル側において、前記第１セルの格子定数と同一の値である、請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記緩衝層の格子定数は、前記コンタクト層側において、前記第１セルの格子定数よりも前記コンタクト層の格子定数と近い値である、請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記緩衝層の格子定数は、前記コンタクト層側において、前記コンタクト層の格子定数と同一の値である、請求項１〜３までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記緩衝層の格子定数は、前記コンタクト層側から前記第１セル側にかけて、連続的に変化する、請求項１〜４までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記第１セル上に設けられた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第２セルをさらに有し、
前記コンタクト層を構成する材料のバンドギャップの値は、前記第２セルを構成する材料のバンドギャップの値以上である、請求項１〜５までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記コンタクト層を構成する材料は、前記第１セルが吸収する光波長域の光を透過できる材料である、請求項１〜５までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項８】
前記緩衝層を構成する材料は、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、およびＡｌＩｎＡｓのうちいずれか１つである、請求項１〜７までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項９】
請求項１〜８までのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を有する、人工衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池および人工衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工衛星に搭載される太陽電池として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池が知られている。このような、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池として、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、基板上に形成したサブセルＡ/サブセルＢ/サブセルＣからなる化合物半導体太陽電池が記載されている。ＧａＩｎＡｓから構成されるサブセルＣの基部層上にはＧａＩｎＡｓＰから成る裏面電界（ＢＳＦ）層が堆積され、その上には、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓのｐ＋接触層が堆積され、その上に金属接触層が堆積されている。また、サブセルＢとサブセルＣは格子不整合であり、サブセルＢからサブセルＣまでの格子定数の遷移を達成するように単調変化する格子定数を有し、組成が段階的に漸変するＩｎＧａＡｌＡｓから構成される変成バッファ層を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池については、コストを削減するために、太陽電池層の厚みを抑える技術が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第１電極と、前記第１電極上に設けられたコンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられた緩衝層と、前記緩衝層上に設けられた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第１セルと、前記第１セル上に設けられた第２電極と、を有し、前記コンタクト層と、前記第１セルとの格子定数は異なり、前記緩衝層の格子定数は、少なくとも前記第１セル側において、前記コンタクト層の格子定数よりも前記第１セルの格子定数と近い値である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、太陽電池の特性を低下することなく、太陽電池の厚さを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図２】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図３】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図４】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図５】実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図６】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図７】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図８】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図９】実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図１０】（ａ）は実施形態５の人工衛星の模式的な斜視図であり、（ｂ）は実施形態５の人工衛星に用いられる実施形態５の太陽電池アレイの模式的な平面図であり、（ｃ）は実施形態５の太陽電池アレイに用いられる実施形態１〜実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、以下では、「上」、「下」等を用いて説明するが、これは、あくまでも説明の便宜上のものであり、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
【００１０】
＜実施形態１＞
図１に、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第１電極１０２と、第１電極１０２上に設けられたコンタクト層１０３と、コンタクト層１０３上に設けられた緩衝層１９９と、緩衝層１９９上に設けられた第１セル１３１と、第１セル１３１上に設けられた第２電極１２１と、を有する。そして、コンタクト層１０３と、第１セル１３１との格子定数は異なり、緩衝層１９９の格子定数は、少なくとも第１セル１３１側において、コンタクト層１０３の格子定数よりも第１セル１３１の格子定数と近い値である。本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の具体的な構成については、以下に示す。
【００１１】
図１に示すように、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、支持基板１０１上には、第１電極１０２である金属層１０２（電極）、コンタクト層１０３であるｐ型コンタクト層１０３、緩衝層１９９、および第１セル１３１がこの順で積層された構成を有している。
【００１２】
第１セル１３１（ボトムセル１３１）は、例えば、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６およびｎ型窓層１０７がこの順序で積層された構成を有している。
【００１３】
ｐ型コンタクト層１０３は、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる。また、緩衝層１９９は、例えば、ｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる。そして、ｐ型コンタクト層１０３と、ｐ型ＢＳＦ層１０４との格子定数は異なる。また、緩衝層１９９の格子定数は、少なくともｐ型ＢＳＦ層１０４側において、ｐ型コンタクト層１０３の格子定数よりもｐ型ＢＳＦ層１０４の格子定数と近い値となっている。
【００１４】
本実施形態の緩衝層１９９のＩｎ組成比は、ｐ型コンタクト層１０３側からｐ型ＢＳＦ層１０４側にかけて変化している。緩衝層１９９の格子定数は、緩衝層１９９のＩｎ組成比に伴って変化する。具体的には、緩衝層１９９のＩｎ組成比は、ｎ型Ａｌ０．３８Ｉｎ０．６２Ａｓからｎ型Ａｌ０．６９Ｉｎ０．３１Ａｓまで変化（減少）している。これにより、緩衝層１９９の格子定数うち、少なくともｐ型ＢＳＦ層１０４と接触する箇所は、ｐ型ＢＳＦ層１０４の格子定数と同一または同程度となる。また、緩衝層１９９の格子定数うち、少なくともｐ型コンタクト層１０３と接触する箇所は、ｐ型コンタクト層１０３の格子定数と同一または同程度の値となる。
【００１５】
また、本実施形態のｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる緩衝層１９９の厚みは、０．５μｍ〜１μｍであることが好ましい。これにより、緩衝層１９９の厚みを抑えつつ、緩衝層１９９の格子定数をｐ型コンタクト層１０３側からｐ型ＢＳＦ層１０４にかけて緩やかに変化させることができる。その結果、緩衝層１９９の厚みを抑えつつ、緩衝層１９９に格子欠陥が生じることを抑制できる。ただし、緩衝層１９９の厚みは、０．５μｍよりも小さくてもよく、１μｍよりも大きくてもよい。
【００１６】
なお、ｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる緩衝層１９９のＩｎ組成比は、ｐ型コンタクト層１０３側からｐ型ＢＳＦ層１０４側にかけて、直線的に変化（単調減少）させることが好ましい。これにより、緩衝層１９９の格子定数は、直線的に変化（単調減少）し、緩衝層１９９における格子定数の急激な変化を抑えることができ、緩衝層１９９に格子欠陥が生じることを抑制できる。その結果、緩衝層１９９で生じた格子欠陥が、緩衝層１９９よりも上の層へ伝播することを抑制でき、太陽電池特性の低下を抑制できる。ただし、緩衝層１９９の格子定数は、緩衝層１９９のＩｎ組成比を曲線的に変化させることにより、曲線的に変化させてもよい。また、緩衝層１９９の格子定数は、緩衝層１９９のＩｎ組成比を段階的に変化させることにより、段階的に変化させてもよい。
【００１７】
ｎ型窓層１０７上には、ｎ型バッファ層１０８が積層されている。本実施形態において、ｎ型バッファ層１０８は、ｎ型ＩｎＧａＰから構成されている。そして、ｎ型バッファ層１０８のＩｎの組成比は、ｎ型窓層１０７側からトンネル接合層１０９にかけて変化している。ｎ型バッファ層１０８のＩｎの組成比は、例えば、窓層１０７側からトンネル接合層１０９側にかけて、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐからｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐまで変化（減少）している。なお、ｎ型バッファ層１０８のＩｎ組成比は、連続的に変化（単調減少）させてもよく、段階的に変化させてもよい。
【００１８】
ｎ型バッファ層１０８上には、ｎ型層とｐ型層とがこの順に積層されてトンネル接合層１０９が構成されている。
【００１９】
トンネル接合層１０９上には、第２セル１３２（ミドルセル１３２）が積層されている。ミドルセル１３２は、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型ベース層１１１と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１０、ｐ型ベース層１１１、ｎ型エミッタ層１１２およびｎ型窓層１１３がこの順序で積層された構成を有している。なお、トンネル接合層１０９のｎ型層とｐ型層もｐ型ベース層１１１と同一または同程度の格子定数を有している。
【００２０】
ｎ型窓層１１３上には、ｎ型層とｐ型層とがこの順に積層されてトンネル接合層１１４が構成されている。
【００２１】
トンネル接合層１１４上には、第３セル１３３（トップセル１３３）が積層されている。トップセル１３３は、ｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型ベース層１１６と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１５、ｐ型ベース層１１６、ｎ型エミッタ層１１７およびｎ型窓層１１８がこの順に積層された構成を有している。
【００２２】
ｎ型窓層１１８上には、ｎ型コンタクト層１１９と反射防止膜１２０とが設けられ、ｎ型コンタクト層１１９上には第２電極１２１である金属層１２１（電極）が設けられている。
【００２３】
次に、図２〜図４の模式的な断面構成図を参照して、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００２４】
まず、図２に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、ＧａＡｓ基板１２２上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層１２３、ｎ型コンタクト層１１９、ｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６およびｐ型ＢＳＦ層１１５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２５】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１５上にトンネル接合層１１４をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【００２６】
次に、トンネル接合層１１４上に、ｎ型窓層１１３、ｎ型エミッタ層１１２、ｐ型ベース層１１１、およびｐ型ＢＳＦ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２７】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１０上にトンネル接合層１０９をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【００２８】
次に、トンネル接合層１０９上に、ｎ型バッファ層１０８をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。本実施形態において、ｎ型バッファ層１０８は、ｎ型ＩｎＧａＰが成長するように、ＩＩＩ族元素ガスとしてのＴＭＩ（トリメチルインジウム）の流量とＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量とを調節する。そして、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を変化させる。これにより、Ｉｎ組成比が変化するｎ型バッファ層を成長させる。
【００２９】
次に、ｎ型バッファ層１０８上に、ｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５、およびｐ型ＢＳＦ層１０４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３０】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１０４上に、緩衝層１９９をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。本実施形態において、緩衝層１９９は、ｐ型ＡｌＩｎＡｓが成長するように、ＩＩＩ族元素ガスとしてのＴＭＩ（トリメチルインジウム）の流量とＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量とを調節する。そして、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を変化させる。これにより、Ｉｎ組成比が変化する緩衝層１９９を成長させる。
【００３１】
次に、緩衝層１９９上に、ｎ型コンタクト層１０３をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３２】
本実施形態において、成長用ガスとしては、たとえば、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧを用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることが可能である。また、成長用ガスは、ｎ型またはｐ型のドーパントガスなどのガスを含んでいてもよい。
【００３３】
次に、図３に示すように、ｐ型コンタクト層１０３上に、金属層１０２を形成し、金属層１０２上に支持基板１０１を貼り付ける。金属層１０２は、たとえば、ＡｕとＡｇとの積層体からなる。
【００３４】
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をアルカリ水溶液によりエッチングした後に、エッチングストップ層１２３を酸水溶液によりエッチングする。
【００３５】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型コンタクト層１１９上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、ｎ型コンタクト層１１９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたｎ型コンタクト層１１９の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇの積層体からなる金属層１２１を形成する。
【００３６】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜およびＡｌ2Ｏ3膜の積層体を形成して反射防止膜１２０を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１に示す構成の実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００３７】
本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池では、上述したように、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１０３、ｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる緩衝層１９９、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ＢＳＦ層１０４、ＩｎＧａＡｓからなるボトムセル１３１、ＧａＡｓからなるミドルセル１３２、およびＩｎＧａＰからなるトップセル１３３が、この順に積層された構成となっている。
【００３８】
なお、ｐ型コンタクト層１０３を構成する材料のバンドギャップの値は、ミドルセル１３２を構成する材料のバンドギャップの値以上となっている。すなわち、ｐ型コンタクト層１０３を構成する材料は、ボトムセル１３１が吸収する光波長域の光を透過できる材料となっている。
【００３９】
具体的には、本実施形態では、ボトムセル１３１を構成するＩｎＧａＡｓのバンドギャップは約１．０ｅＶであり、ミドルセル１３２を構成するＧａＡｓのバンドギャップは約１．４２ｅＶであり、トップセル１３１を構成するＩｎＧａＰのバンドギャップは約１．９ｅＶである。また、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１０３およびｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる緩衝層１９９のバンドギャップは１．４２ｅＶ以上の値となっている。すなわち、ミドルセル１３２を構成する材料およびｐ型コンタクト層１０３を構成するバンドギャップは同一である。また、緩衝層１９９を構成する材料のバンドギャップの値は、ミドルセル１３２を構成する材料のバンドギャップ以上の値となっている。
【００４０】
このため、金属層１０２で反射したボトムセル１３１が吸収する光波長域の光は、ｐ型コンタクト層１０３や緩衝層１９９で吸収されることが抑制され、ボトムセル１３１に到達する。したがって、金属層１０２で反射した光は、ボトムセル１３１によって効率的に吸収される。なお、本実施の形態ではボトムセル１３１が吸収する光波長域は１．４２ｅＶ〜１．０ｅＶである。このように、本実施の形態では、ボトムセル１３１が金属層１０２で反射した光を吸収できるため、ボトムセル１３１の厚みを薄くすることができる。
【００４１】
また、本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池では、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１０３用いるため、ｐ型コンタクト層１０３と金属層１０２とを、オーミック接合させることもできる。
【００４２】
ところで、ＩｎＧａＡｓから構成されるボトムセル１３１が吸収する光波長域の光を透過できる材料は、ＧａＡｓであるが、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとの格子定数は、約２％異なる。したがって、ｐ型コンタクト層１０３としてＧａＡｓを用いた場合、ｐ型コンタクト層１０３上にＩｎＧａＡｓからなるボトムセル１３１を直接形成しようとすると、ＩｎＧａＡｓの結晶性に影響を及ぼし、太陽電池特性を低下させるという懸念があった。
【００４３】
しかしながら、本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池では、格子定数がｐ型コンタクト層１０３からボトムセル１３１にかけて連続的に変化する緩衝層１９９を有する。このため、ｐ型コンタクト層１０３としてＧａＡｓを用いた場合であっても、ボトムセル１３１に結晶欠陥が生じることを抑制できる。その結果、本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池では、太陽電池の特性を低下させることなく、太陽電池層の厚みを低減することができる。
【００４４】
なお、上記においては、トップセル１３３を構成する材料としてＩｎＧａＰを例として説明した。しかしながら。トップセル１３３を構成する材料は、ＡｌＩｎＧａＰであってもよく、ＡｌＧａＰであってもよい。
【００４５】
また、上記においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、ボトムセル１３１、ミドルセル１３２、およびトップセル１３３の３つのセルを有する構成となっていた。しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、２つ以下のセルを有する構成であってもよく、４つ以上のセルを有する構成であってもよい。
【００４６】
また、上記においては、緩衝層１９９を構成する材料としてＡｌＩｎＡｓを例として説明した。しかしながら、緩衝層１９９を構成する材料は、ＩｎＧａＰであってもよい。この場合、緩衝層１９９は、成長ガスとしてＴＭＩとＴＭＧを用いて、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させればよい。そして、ＴＭＩとＴＭＧの流量を変化させることによりＩｎの組成比を変化させて、緩衝層１９９の格子定数を変化させればよい。また、緩衝層１９９を構成する材料は、ＡｌＩｎＧａＰであってもよい。この場合、緩衝層１９９は、成長ガスとしてＴＭＡ、ＴＭＩ、およびＴＭＧを用いて、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させればよい。そして、ＴＭＡ、ＴＭＩ、およびＴＭＧの流量を変化させることによりＩｎの組成比を変化させて、緩衝層１９９の格子定数を変化させればよい。
【００４７】
また、上記においては、ｐコンタクト層１０３はＧａＡｓによって構成されていた。しかしながら、ｐコンタクト層１０３を構成するＧａＡｓには、バンドギャップや格子定数に影響を与えない程度の微量のＩｎやＡｌ等の物質が含まれるものであってもよい。
【００４８】
また、上記においては、組成が変化するＩＩＩ族元素としてＩｎを例として説明したが、Ｉｎに限定されず、Ｉｎ以外のＩＩＩ族元素（Ａｌおよび／またはＧａ等）を組成が変化するＩＩＩ族元素としてもよい。なお、ＩＩＩ族元素の組成は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により特定が可能であり、格子定数についてはＳＩＭＳにより特定されたＩＩＩ族元素の組成から導くことが可能である。
【００４９】
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されておらず、その組成について特に言及されていないものについては、その組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能であることを意味している。
【００５０】
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されている場合でも、本発明はその組成比の構成に限定されるものではない。
【００５１】
＜実施形態２＞
図５に、実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第１電極１０２である金属層１０２と接続される金属層１０２１が、上面側（第２電極１２１が設けられている面側）に設けられていることが特徴である。言い換えると、実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、金属層１０２１が、太陽光が入射される面側に設けられていることが特徴である。その他の構成については、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を作製するためには、まず、実施例１に準じて、支持基板１０１上に、金属層１０２、ｐ型コンタクト層１０３、緩衝層１９９、ボトムセル１３１、ｎ型バッファ層１０８、トンネル接合層１０９、ミドルセル１３２、トンネル接合層１１４、トップセル１３３、ｎ型コンタクト層１１９、および金属層１２１が設けられた構造体を作製する。
【００５３】
次に、上記構造体を、アルカリ水溶液や酸水溶液により、ｐ型コンタクト層１０３が露出するまで、金属層１２１側からエッチングする。本実施形態では、ｐ型コンタクト層１０３にはＧａＡｓが用いられており、緩衝層１９９には、ＡｌＩｎＡｓが用いられている。このため、緩衝層１９９は、ｐ型コンタクト層１０３に対して選択エッチングされる。
【００５４】
次に、露出したｐ型コンタクト層１０３の表面（上面）に、例えば、厚さ３０ｎｍ のＡｕ膜および厚さ５０００ｎｍのＡｇ膜を順次蒸着した後に、熱処理することによって金属層１０２１を形成する。金属層１０２１を、このような構成とすることにより、金属層１０２１と金属層１０２との間の抵抗を小さくすることができる。
【００５５】
次に、実施形態１に準じて、反射防止膜１２０を形成する。これにより、実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池が作製される。
【００５６】
実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池によれば、支持基板１０１の裏面側（下面側）から配線等を行う必要がないため、より厚みを抑え、簡易な構造とすることが可能となる。
【００５７】
なお、実施形態２では、金属層１２１を形成後に、エッチングによりｐ型コンタクト層１０３を露出させ、金属層１０２１を形成する方法について説明した。しかしながら、ｎ型コンタクト層１１９を形成後に、エッチングによりｐ型コンタクト層１０３を露出させ、金属層１０２１を形成し、その後に、金属層１２１および反射防止膜１２０を設けてもよい。
【００５８】
また、実施形態２では、金属層１０２１として、Ａｕ膜およびＡｇ膜が積層された構成について説明したが、他の金属膜やＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ2（酸化スズ）若しくはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料を用いられるものであってもよい。
【００５９】
また、実施形態２では、緩衝層１９９にＡｌＩｎＡｓが用いられている例について説明した。しかしながら、緩衝層１９９の材料としては、ｐ型コンタクト層１０３と選択エッチングが可能な材料であればよく、例えば、ＩｎＧａＰや、ＡｌＩｎＧａＰが用いられるものであってもよい。
【００６０】
＜実施形態３＞
図６〜図８に、実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図を示す。実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池はＧｅ基板２０１上に化合物半導体層を成長させることによって形成され、各セルの格子定数をＧｅの格子定数に合わせている点に特徴がある。それ以外の構造については実施形態１に準ずる。
【００６１】
すなわち、まず、図６に示すように、Ｇｅ基板２０１上に、Ｇｅと同程度の格子定数を有するエッチングストップ層１２３、ｎ型コンタクト層１１９、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層１１６の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６およびｐ型ＢＳＦ層１１５をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。
【００６２】
ｐ型ＢＳＦ層１１５上にトンネル接合層１１４をＭＯＣＶＤ法により積層し、その後、トンネル接合層１１４上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１１１の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１１３、ｎ型エミッタ層１１２、ｐ型ベース層１１１およびｐ型ＢＳＦ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。このときのｐ型ベース層１１１の格子定数はＧｅ基板２０１の格子定数と同程度となる。
【００６３】
ｐ型ＢＳＦ層１１０上にトンネル接合層１０９をＭＯＣＶＤ法により積層し、その後、トンネル接合層１０９上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５およびｐ型ＢＳＦ層１０４をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。さらに、ｐ型ＢＳＦ層１０４上には、緩衝層１９９およびｐ型コンタクト層１０３が、この順でＭＯＣＶＤ法により積層される。
【００６４】
ｐ型コンタクト層１０３は、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる。また、緩衝層１９９は、例えば、ｐ型ＡｌＩｎＡｓからなる。そして、ｐ型コンタクト層１０３と、ｐ型ＢＳＦ層１０４との格子定数は異なる。また、緩衝層１９９の格子定数は、少なくともｐ型ＢＳＦ層１０４側において、ｐ型コンタクト層１０３の格子定数よりもｐ型ＢＳＦ層１０４の格子定数と近い値となっている。
【００６５】
本実施形態では、緩衝層１９９の格子定数うち、少なくともｐ型ＢＳＦ層１０４と接触する箇所は、ｐ型ＢＳＦ層１０４の格子定数と同一または同程度となっている。また、緩衝層１９９の格子定数うち、少なくともｐ型コンタクト層１０３と接触する箇所は、ｐ型コンタクト層１０３の格子定数と同一または同程度の値となっている。
【００６６】
次に、図７に示すように、ｐ型コンタクト層１０３上に、支持基板１０１を金属層１０２により貼り付ける。
【００６７】
次に、図８に示すように、Ｇｅ基板２０１をアルカリ水溶液によりエッチングした後に、エッチングストップ層１２３を酸水溶液によりエッチングする。
【００６８】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１１９の一部を除去し、金属層１２１および反射防止膜１２０を形成する。
【００６９】
実施形態３における上記以外の説明は実施形態１と同様であるため、その説明については省略する。
【００７０】
＜実施形態４＞
図９に、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第１電極１０２である金属層１０２と接続される金属層１０２１が、上面側（第２電極１２１が設けられている面側）に設けられていることが特徴である。言い換えると、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、金属層１０２１が、太陽光が入射される面側に設けられていることが特徴である。その他の構成については、実施形態２および実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を作製するためには、まず、実施例３に準じて、支持基板１０１上に、金属層１０２、ｐ型コンタクト層１０３、緩衝層１９９、ボトムセル１３１、ｎ型バッファ層１０８、トンネル接合層１０９、ミドルセル１３２、トンネル接合層１１４、トップセル１３３、ｎ型コンタクト層１１９、および金属層１２１が設けられた構造体を作製する。
【００７２】
次に、上記構造体を、アルカリ水溶液や酸水溶液により、ｐ型コンタクト層１０３が露出するまで、金属層１２１側からエッチングする。本実施形態では、ｐ型コンタクト層１０３にはＧａＡｓが用いられており、緩衝層１９９には、ＡｌＩｎＡｓが用いられている。このため、緩衝層１９９は、ｐ型コンタクト層１０３に対して選択エッチングされる。
【００７３】
次に、露出したｐ型コンタクト層１０３の表面（上面）に、例えば、厚さ３０ｎｍ のＡｕ膜および厚さ５０００ｎｍのＡｇ膜を順次蒸着した後に、熱処理することによって金属層１０２１を形成する。
【００７４】
次に、実施形態３に準じて、反射防止膜１２０を形成する。これにより、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池が作製される。
【００７５】
実施形態４における上記以外の説明は実施形態２および実施形態３と同様であるため、その説明については省略する。
【００７６】
＜実施形態５＞
図１０（ａ）に実施形態５の人工衛星の模式的な斜視図を示し、図１０（ｂ）に実施形態５の人工衛星に用いられる実施形態５の太陽電池アレイの模式的な平面図を示し、図１０（ｃ）に実施形態５の太陽電池アレイに用いられる実施形態１〜実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な平面図を示す。
【００７７】
図１０（ａ）に示す実施形態５の人工衛星５０５は、たとえば４インチ基板である基板５０３上に２枚のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池５０１，５０２を実施形態１〜実施形態４の方法で形成する。そして、基板５０３上に形成された実施形態１〜実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池５０１，５０２をたとえばダイシングやレーザーなどを用いてセル分離を行う。そして、１枚のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の特性低下が太陽電池アレイ５０４全体の特性低下にならないように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池にそれぞれバイパスダイオードを取り付ける。
【００７８】
そして、隣り合うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｐ電極とｎ電極とをインターコネクタを用いて結線する。それらを、図１０（ｂ）に示すように、パドルと呼ばれる板に接着材を用いて貼り付けることによって太陽電池アレイ５０４を形成する。そして、太陽電池アレイ５０４を人工衛星の電源として搭載することによって、図１０（ａ）に示される実施形態５の人工衛星５０５を作製することができる。
【００７９】
実施形態５における上記以外の説明は実施形態１〜実施形態４と同様であるため、その説明については省略する。
【００８０】
以上のように実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００８１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
１０１  支持基板、１０２  金属層、１０３  コンタクト層、１９９  緩衝層、１０４  ＢＳＦ層、１０５  ベース層、１０６  エミッタ層、１０７  窓層、１０８  ｎ型バッファ層、１０９  トンネル接合層、１１０  ＢＳＦ層、１１１  ベース層、１１２  エミッタ層、１１３  窓層、１１４  トンネル接合層、１１５  ＢＳＦ層、１１６  ベース層、１１７  エミッタ層、１１８  窓層、１１９  コンタクト層、１２０  反射防止膜、１２１  金属層、１２２  ＧａＡｓ基板、１２３  エッチングストップ層、１３１  ボトムセル、１３２  ミドルセル、１３３  トップセル、５０１，５０２  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池、５０３  基板、５０４  太陽電池アレイ、５０５  人工衛星
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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