(57)【要約】【課題】電気エネルギへの変換効率の向上が図られる化合物太陽電池とその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１の表面に、エピタキシャル成長法によってトップセルＴとなる各層が形成される。そのトップセルＴ上にミドルセルＭとなる各層が形成される。そのミドルセルＭ上にボトムセルＢとなる各層が形成される。次に、ボトムセルＢの表面に裏面電極９が形成される。次に、ワックスによりガラス板と裏面電極とが張り合わされる。次に、ガラス基板に支持されたＧａＡｓ基板１をアルカリ溶液に浸漬することによって、ＧａＡｓ基板１が除去される。その後、トップセルＴの表面に表面電極が形成される。最後に、ガラス基板が裏面電極から分離される。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶による少なくとも１つのｐｎ接合層を有し、太陽光線が入射するセル本体と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側とは反対側の面に直接形成され、前記セル本体を支持する所定の厚さを有する第１電極部と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側の面に形成された第２電極部と
を備えた、化合物太陽電池。
【請求項２】
前記セル本体および前記第１電極部は可撓性である、請求項１記載の化合物太陽電池。
【請求項３】
前記第１電極部は撓むことのできる厚さを有する、請求項１または２に記載の化合物太陽電池。
【請求項４】
前記セル本体は、禁制帯幅が互いに異なる化合物による複数のｐｎ接合層を含み、
複数の前記ｐｎ接合層のそれぞれは、前記第１電極部の側から太陽光線が入射する側に向かって禁制帯幅が高くなるように配設された、請求項１〜３のいずれかに記載の化合物太陽電池。
【請求項５】
複数の前記ｐｎ接合層は、
前記第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物による第１ｐｎ接合層と、
前記第１ｐｎ接合層の上に形成され、前記第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層と
を含む、請求項４記載の化合物太陽電池。
【請求項６】
複数の前記ｐｎ接合層は、
前記第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第１ｐｎ接合層と、
前記第１ｐｎ接合層の上に形成され、前記第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層と、
前記第２ｐｎ接合層の上に形成され、前記第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第３ｐｎ接合層を含む、請求項４記載の化合物太陽電池。
【請求項７】
複数の前記ｐｎ接合層は、
前記第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物を含む第１ｐｎ接合層と、
前記第１ｐｎ接合層の上に形成され、前記第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層と、
前記第２ｐｎ接合層の上に形成され、前記第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第３ｐｎ接合層を含む、請求項４記載の化合物太陽電池。
【請求項８】
半導体基板の表面に、第１禁制帯幅を有する第１セルとなる層をエピタキシャル成長によって形成する工程と、
前記第１セルとなる層の上に、前記第１禁制帯幅よりも低い第２禁制帯幅を有する第２セルとなる層を形成する工程と、
前記第２セルとなる層の上に、前記第１セルとなる層および前記第２セルとなる層を支持する所定の厚さを有する第１電極部を直接形成する工程と、
前記第１電極部の表面に、前記第１電極部を支持する支持板を取り付ける工程と、
前記第１セルとなる層と前記半導体基板とを分離する工程と、
前記半導体基板と分離されて露出した前記第１セルとなる層の表面に第２電極部を形成する工程と
前記第２電極部が形成された後に前記支持板を取り外す工程と
を備えた、化合物太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１セルとなる層を形成する工程と前記第２セルとなる層を形成する工程の間に、前記第１禁制帯幅よりも低く前記第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有する第３セルとなる層を形成する工程を備えた、請求項８記載の化合物太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１セルとなる層と前記半導体基板との間にエピタキシャル成長により所定の中間層を形成する工程を備え、
前記第１セルとなる層と前記半導体基板とを分離する工程は、前記半導体基板をエッチングにより除去し、さらに前記中間層を除去する工程を含む、請求項８または９に記載の化合物太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第１セルとなる層と前記半導体基板との間にエピタキシャル成長により所定の中間層を形成する工程を備え、
前記第１セルとなる層と前記半導体基板とを分離する工程は、前記中間層をエッチングにより除去して、前記半導体基板を取り外す工程を含む、請求項８または９に記載の化合物太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物太陽電池およびその製造方法に関し、特に、多接合型の化合物太陽電池と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の中で最も効率が高く、宇宙用太陽電池に適している太陽電池として多接合型ＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池がある。そのような多接合型ＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【０００３】
まず、図２６に示すように、基板としてＧｅ基板１０１（またはＧａＡｓ基板）が用いられる。そのＧｅ基板１０１等の表面にＧｅをエピタキシャル成長させるとともに、ＡｓＨ3またはＰＨ3を添加してＡｓまたはＰを熱拡散させることによって、Ｇｅのｐｎ接合を含むボトムセルＢＢが形成される。
【０００４】
そのボトムセルＢＢ上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させることによって、ＧａＡｓのｐｎ接合を含むミドルセルＭＭが形成される。そのミドルセルＭＭ上にＩｎＧａＰをエピタキシャル成長させることによって、ＩｎＧａＰのｐｎ接合を含むトップセルＴＴが形成される。
【０００５】
このようにしてＧｅ基板１０１上に下からＧｅ/ＧａＡｓ/ＩｎＧａＰによる３つのｐｎ接合が直列に接続されたセル本体ＣＣを有する３接合型のＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池１１０が製造される。
【０００６】
トップセルＴＴをなすＩｎＧａＰの禁制帯幅は約１．７〜２．１ｅＶであり、ミドルセルＭＭをなすＧａＡｓの禁制帯幅は約１．３〜１．６ｅＶであり、ボトムセルＢＢをなすＧｅの禁制帯幅は約０．７ｅＶ以下である。
【０００７】
太陽光線はトップセルＴＴ（ＩｎＧａＰ）の側から入射して、ボトムセルＢＢ（Ｇｅ）に向かって進むことになる。その間に、トップセルＴＴ、ミドルセルＭＭおよびボトムセルＢＢのそれぞれの禁制帯幅に基づく所定の波長の光が吸収されて、電気エネルギに変換されることになる。
【０００８】
ところが、ボトムセルＢＢをなすＧｅの禁制帯幅（約０．７ｅＶ以下）の値は、光エネルギを電気エネルギに変換するという点で比較的小さいために、より変換効率の高い材料として０．９〜１．１ｅＶ程度の禁制帯幅を有する材料の適用が検討されている。
【０００９】
非特許文献１では、そのような材料の一つとしてＩｎＧａＡｓが提案されている。Ｇｅに代えてＩｎＧａＡｓを適用した多接合型太陽電池１１０においては、図２７に示すように、Ｇｅ基板１０１（またはＧａＡｓ基板）の表面にエピタキシャル成長によって、ＩｎＧａＡｓのｐｎ接合を含むボトムセルＮＮが形成される。
【００１０】
そのボトムセルＮＮ上にＧａＡｓのｐｎ接合を含むミドルセルＭＭとＩｎＧａＰのｐｎ接合を含むトップセルＴＴが、それぞれエピタキタキシャル成長によって形成されることになる。
【００１１】
また、ＩｎＧａＡｓの他にＧｅに代わる材料として、非特許文献２ではＩｎＧａＡｓＮが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】M.Tamura et al, 'Threading doislocations in InXGa1-XAs/GaAs heterostructures',J.Appl.Phys.,72(8),15 October, (1992) p.3398.
【非特許文献２】J.F.Geisz et al, 'Photocurrent of 1eV GaInNAs lattice-matched to GaAs',J.Crystal Growth, 195(1998) p.401.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、Ｇｅに代えてＩｎＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＮを適用したボトムセルＮＮを有する多接合型太陽電池１１０では、次のような問題点があった。
【００１４】
まず、ボトムセルＮＮとしてＩｎＧａＡｓ（０．９〜１．１ｅＶ）を適用した多接合太陽電池では、Ｇｅ基板１０１（またはＧａＡｓ基板）の格子定数とＩｎＧａＡｓの格子定数とが異なる。そのため、エピタキシャル成長されるＩｎＧａＡｓには、下地（ＧａＡｓ基板等）の格子定数との違いに起因する転位（以下、「ミスフィット転位」と記す。）が生じることになる。
【００１５】
また、ボトムセルとしてＩｎＧａＡｓＮを適用した多接合太陽電池では、ＩｎＧａＡｓＮの格子定数が下地の格子定数に整合するようにＮ原子の組成が制御されることになる。これにより、エピタキシャル成長されるＩｎＧａＡｓＮには、ミスフィット転位が生じることは阻止される。
【００１６】
しかしながら、添加されるＮ原子自体の空孔等が発生する。その結果、エピタキシャル成長されるＩｎＧａＡｓＮには、Ｎ原子に起因する欠陥が生じることになる。
【００１７】
このように、ＩｎＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＮを適用したボトムセルではミスフィット転位や欠陥が発生するために、セルとしての質が良好ではなく、所望の発電量を達成できないという問題があった。
【００１８】
そして、ボトムセルＮＮにミスフィット転位や欠陥が発生するために、ボトムセルＮＮの上にエピタキシャル成長されるミドルセルＭＭのＧａＡｓ、さらにはトップセルＴＴのＩｎＧａＰにまでその影響が及んでしまうことになる。
【００１９】
そのため、ＧａＡｓおよびＩｎＧａＰのセルとしての質も劣化してしまい、電気エネルギへの変換効率の向上が阻害されてしまうという問題があった。
【００２０】
また、上述したように、太陽光線はトップセルＴの側から入射してボトムセルＢに向かって進む間に所定の波長の光が吸収されて、電気エネルギに変換されることになる。
【００２１】
このとき、トップセルＴＴ〜ボトムセルＢＢにおいて吸収されなかった太陽光線の成分は、Ｇｅ基板１０１（またはＧａＡｓ基板）に吸収されてしまい、発電に有効に寄与することができなかった。そのため、電気エネルギへの変換効率の向上が阻害されてしまうという問題があった。
【００２２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、電気エネルギへの変換効率の向上が図られる化合物太陽電池を提供することであり、他の目的はそのような化合物太陽電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一つの局面における化合物太陽電池は、セル本体と第１電極部と第２電極部とを備えている。セル本体は単結晶による少なくとも１つのｐｎ接合層を有し太陽光線が入射する。第１電極部は、セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の面に直接形成され、セル本体を支持する所定の厚さを有する。第２電極部は、セル本体において太陽光線が入射する側の面に形成されている。
【００２４】
この構成によれば、セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の面に第１電極部が直接形成されている。これにより、セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の面にエピタキシャル成長のための所定の基板が配設されている従来の構造と比べると、セル本体に入射しセル本体によって吸収されなかった太陽光線の成分が第１電極部によって反射されることになる。その結果、光閉じ込め効果が向上し、化合物太陽電池の変換効率を高めることができる。
【００２５】
また、セル本体および第１電極部は可撓性であるか、第１電極部は撓むことのできる厚さを有することが好ましい。
【００２６】
これにより、化合物太陽電池の形状の自由度が向上する。
セル本体の構造としてより具体的には、セル本体は、禁制帯幅が互いに異なる化合物による複数のｐｎ接合層を含み、複数のｐｎ接合層のそれぞれは、第１電極部の側から太陽光線が入射する側に向かって禁制帯幅が高くなるように配設されていることが好ましい。
【００２７】
さらに具体的には、複数のｐｎ接合層は、第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物による第１ｐｎ接合層と、第１ｐｎ接合層の上に形成され、第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層とを含むことが好ましい。
【００２８】
あるいは、複数のｐｎ接合層は、第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第１ｐｎ接合層と、第１ｐｎ接合層の上に形成され、第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層と、第２ｐｎ接合層の上に形成され、第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第３ｐｎ接合層を含むことが好ましい。
【００２９】
あるいは、複数のｐｎ接合層は、第１電極部の上に形成され、第１禁制帯幅を有するＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物を含む第１ｐｎ接合層と、第１ｐｎ接合層の上に形成され、第１禁制帯幅よりも高い第２禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第２ｐｎ接合層と、第２ｐｎ接合層の上に形成され、第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有するＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物による第３ｐｎ接合層を含むことが好ましい。なお、Ｉ族、ＩＩＩ族、Ｖ族およびＶＩ族は元素の周期律表における族を表す。
【００３０】
本発明の他の局面における化合物太陽電池の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板の表面に、第１禁制帯幅を有する第１セルとなる層をエピタキシャル成長によって形成する。第１セルとなる層の上に、第１禁制帯幅よりも低い第２禁制帯幅を有する第２セルとなる層を形成する。第２セルとなる層の上に、第１セルとなる層および第２セルとなる層を支持する所定の厚さを有する第１電極部を直接形成する。第１電極部の表面に、第１電極部を支持する支持板を取り付ける。第１セルとなる層と半導体基板とを分離する。半導体基板と分離されて露出した第１セルとなる層の表面に第２電極部を形成する。第２電極部が形成された後に支持板を取り外す。
【００３１】
この製造方法によれば、完成した状態で太陽光が入射する側に位置することになる第１セルとなる層が半導体基板上に先に形成され、太陽光線が入射する側とは反対側に位置することになる第２セルとなる層が後に形成される。これにより、第２セルとなる層の第２禁制帯幅として比較的高い禁制帯幅を有する材料を用いても、第２セルとなる層の質が第１セルとなる層に及ぶことはない。また、第２セルとなる層に直接第１電極部が形成されることで、第１セルとなる層および第２セルとなる層によって吸収されなかった太陽光の成分が第１電極部によって反射されることになる。これにより、光閉じ込め効果が向上する。これらの結果、化合物太陽電池としての変換効率を向上することができる。
【００３２】
また、第１セルとなる層を形成する工程と第２セルとなる層を形成する工程の間に、第１禁制帯幅よりも低く第２禁制帯幅よりも高い第３禁制帯幅を有する第３セルとなる層を形成する工程を備えていることが好ましい。
【００３３】
これにより、各セルとなる層においてそれぞれの禁制帯幅に応じた所定の波長の太陽光線の成分が吸収されて、変換効率をより向上することができる。
【００３４】
また、半導体基板を分離させるために、具体的には、第１セルとなる層と前記半導体基板との間にエピタキシャル成長により所定の中間層を形成する工程を備え、第１セルとなる層と半導体基板とを分離する工程は、半導体基板をエッチングにより除去し、さらに中間層を除去する工程を含むことが好ましい。
【００３５】
あるいは、第１セルとなる層と半導体基板との間にエピタキシャル成長により所定の中間層を形成する工程を備え、第１セルとなる層と半導体基板とを分離する工程は、中間層をエッチングにより除去して半導体基板を取り外す工程を含むことが好ましい。
【００３６】
特に、この場合には、半導体基板の再利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る化合物太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図５】同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図７】同実施の形態において、完成した化合物太陽電池の外観を示す斜視図である。
【図８】同実施の形態において、化合物太陽電池の効果を説明するための部分断面図である。
【図９】同実施の形態において、化合物太陽電池の効果を説明するための比較となる化合物太陽電池の作用を示す部分断面図である。
【図１０】同実施の形態において、ソーラシミュレータによる化合物太陽電池の電流電圧特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る化合物太陽電池を示す断面図である。
【図１２】同実施の形態において、化合物太陽電池の効果を説明するための比較となる化合物太陽電池を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る化合物太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１４】同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１５】同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１６】同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１７】同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１８】同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１９】同実施の形態において、ソーラシミュレータによる化合物太陽電池の電流電圧特性を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る化合物太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２１】同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２２】同実施の形態において、図２１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２３】同実施の形態において、図２２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２４】同実施の形態において、図２３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２５】同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２６】従来の化合物太陽電池を示す断面図である。
【図２７】従来の他の化合物太陽電池を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る化合物太陽電池について説明する。ここでは、化合物太陽電池のセル本体として、ボトムセルおよびトップセルを有する２接合型の化合物太陽電池を例に挙げる。
【００３９】
まず、その製造方法について説明する。基板として、ＧａＡｓ基板（１×１０18cm-3, Ｓｉドープ、直径５０ｍｍ）を用意する。そのＧａＡｓ基板は、たとえば縦型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置に投入される。
【００４０】
次に、図１に示すように、ＧａＡｓ基板１の表面に、エピタキシャル成長法によって膜厚約０．５μｍのｎ型のＩｎＧａＰ層３が形成される。このＩｎＧａＰ層３は、ＩｎＧａＰ層３の上に形成されるセル本体とＧａＡｓ基板１との間の中間層となる。
【００４１】
次に、そのＩｎＧａＰ層３上にエピタキシャル成長法によってトップセルＴとなる単結晶の各層が形成される。具体的には、ｎ型のＧａＡｓ層Ｔ１、ｎ型のＡｌＩｎＰ層Ｔ２、ｎ型のＩｎＧａＰ層Ｔ３、ｐ型のＩｎＧａＰ層Ｔ４およびｐ型のＡｌＩｎＰ層Ｔ５が順次形成される。
【００４２】
次に、ＡｌＩｎＰ層Ｔ５上に、トンネル接合としてエピタキシャル成長法によってｐ型のＡｌＧａＡｓ層５およびｎ型のＩｎＧａＰ層７が順次形成される。
【００４３】
次に、ｎ型のＩｎＧａＰ層７上に、エピタキシャル成長法によってボトムセルＢとなる単結晶の各層が形成される。具体的には、ｎ型のＡｌＩｎＰ層Ｂ１、ｎ型のＧａＡｓ層Ｂ２、ｐ型のＧａＡｓ層Ｂ３、ｐ型のＩｎＧａＰ層Ｂ４およびｐ型のＧａＡｓ層Ｂ５が順次形成される。
【００４４】
なお、エピタキシャル成長の条件として、温度は約７００℃とされる。ＧａＡｓ層を成長させるための原料として、ＴＭＧ(トリメチルガリウム)とＡｓＨ3（アルシン）が用いられる。
【００４５】
ＩｎＧａＰ層を成長させるための原料として、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）が用いられる。ＡｌＩｎＰ層を成長させるための原料として、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3が用いられる。
【００４６】
また、それぞれｎ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物として、ＳｉＨ4（モノシラン）が用いられる。一方、それぞれｐ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物としてＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）が用いられる。
【００４７】
さらに、ＡｌＧａＡｓ層を成長させるための原料として、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3が用いられ、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層を形成するための不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）が用いられる。
【００４８】
このようにして、トップセルＴおよびボトムセルＢからなる化合物太陽電池におけるセル本体Ｃが形成される。
【００４９】
次に、セル本体Ｃの表面（ボトムセルのｐ型ＧａＡｓ層）上にＡｕ−Ｚｎ膜（図示せず）が蒸着される。その後、窒素雰囲気において、温度約４００℃のもとで約１分間の熱処理が施される。
【００５０】
次に、ＧａＡｓ基板１の裏面にレジスト（図示せず）が塗布され熱硬化される。次に、電界メッキ法によってＡｕ−Ｚｎ膜の上に、膜厚約３０μｍのＡｕメッキ膜が形成される。
【００５１】
このようにして、図２に示すように、セル本体ＣにＡｕメッキ膜による裏面電極９が形成される。その後、ＧａＡｓ基板１の裏面に形成されたレジストが除去される。
【００５２】
次に、仮の接着剤として、たとえばワックス１１が裏面電極９上に塗布されて、ガラス板１３と裏面電極９とが張り合わされる。次に、ガラス基板１３に支持されたＧａＡｓ基板１を、たとえばアンモニア水のようなアルカリ溶液に浸漬することによってＧａＡｓ基板１が除去される。
【００５３】
ここで、たとえば厚さ約３５０μｍのＧａＡｓ基板１は、アルカリ溶液に約３００分間浸漬することによって完全にエッチングされて除去されることになる。なお、エッチングは中間層としてのＩｎＧａＰ層３が露出した時点でストップされる。
【００５４】
なお、このとき、ガラス基板１３に支持されたＧａＡｓ基板１を、たとえばＨＣｌ等のような酸溶液に浸漬することによって中間層としてのＩｎＧａＰ層３にエッチングを施して、ＧａＡｓ基板１を分離させてもよい。
【００５５】
次に、酸溶液によるエッチングを施すことによって、露出した中間層としてのＩｎＧａＰ層３が除去されて、トップセルＴのｎ型のＧａＡｓ層Ｔ１が露出する。このようにして、図３に示すように、セル本体Ｃ（特に、トップセルＴ）の表面が露出することになる。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィー法によって、露出したセル本体Ｃ（トップセル）の表面に、表面電極を形成するための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。
【００５７】
次に、レジストパターンが形成されたセル本体Ｃが、ガラス基板１３とともに真空蒸着装置（図示せず）内に導入される。抵抗加熱法により、レジストパターンを覆うように膜厚約１００ｎｍのＡｕ（１２重量％のＧｅを含有）膜（図示せず）が形成される。
【００５８】
その後、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法により、膜厚約２０ｎｍのＮｉ層と膜厚約５０００ｎｍのＡｕ層（いずれも図示せず）が連続して形成される。
【００５９】
次に、リフトオフ法によって、レジストパターンおよびレジストパターン上に形成されたＡｕ膜等が除去される。このようにして、図４に示すように、表面電極１５が形成される。
【００６０】
次に、その表面電極１５をマスクとしてアルカリ水溶液によるエッチングを施すことにより、露出しているＧａＡｓ層が除去されてＡｌＩｎＰ層が露出する（図６参照）。
【００６１】
次に、表面電極１５を覆うように、メサエッチングのための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。そのレジストパターンをマスクとして、アルカリ水溶液および酸溶液によるエッチングを施すことにより、裏面電極９をなすＡｕメッキ膜が露出する。
【００６２】
次に、ＥＢ蒸着法により、太陽光入射する側の面（表面）に反射防止膜として、膜厚約５５ｎｍのＴｉＯ2膜および膜厚約１００ｎｍのＭｇＦ2膜（いずれも図示せず）が連続的に形成される。次に、たとえばトルエンによりワックス１１を除去することにより、図５に示すように、ガラス基板１３が裏面電極９から分離される。
【００６３】
その後、露出したライン状のＡｕメッキ膜に沿ってＡｕメッキ膜を切断することにより、たとえば大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの化合物太陽電池が１２枚作製される。
【００６４】
このようにして製造された化合物太陽電池の断面構造を図６に示す。図６に示すように、エピタキシャル成長させるための所定の基板上にボトムセルが形成されている従来の化合物太陽電池の構造（たとえば、図２６または図２７参照）と比較すると、上述した化合物太陽電池では、セル本体ＣのボトムセルＢに裏面電極９が直接形成されている。一方、セル本体ＣのトップセルＴの表面に表面電極１５が形成されている。
【００６５】
セル本体Ｃは、ＧａＡｓ（ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するボトムセルＢおよびＩｎＧａＰ（ＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するトップセルＡを備えている。
【００６６】
そのセル本体Ｃの厚さＬ１は約４μｍであり、裏面電極９の厚さＬ２は約３０μｍである。これにより、セル本体Ｃおよび裏面電極は９は可撓性を有することになり、たとえば図７に示すように、化合物太陽電池１０を自在に撓めることができる。
【００６７】
上述した化合物太陽電池では、エピタキシャル成長のためのＧａＡｓ基板１の上にトップセルＴとなる各層がエピタキシャル成長法によって順次形成され、そのトップセルＴの上にボトムセルＢとなる各層が順次形成される。
【００６８】
そして、ＧａＡｓ基板１がセル本体Ｃから分離されて、ボトムセルＢに裏面電極９が直接形成され、セル本体Ｃが裏面電極９によって支持される。裏面電極９がボトムセルＢの表面に直接形成されることで、太陽光線が入射した際の光閉じ込め効果を向上することができる。
【００６９】
すなわち、図８に示すように、上述した化合物太陽電池では、セル本体Ｃを透過する際にセル本体Ｃによって吸収されなかった太陽光線の成分が、裏面電極９によって反射されることになる。これにより、セル本体Ｃへの光閉じ込め効果が向上して、裏面電極９によって反射された太陽光線の成分が発電に寄与することになる。その結果、太陽電池セルの変換効率を向上することができる。
【００７０】
これに対して、従来の化合物太陽電池では、図９に示すように、セル本体ＣＣのボトムセルの側にはエピタキシャル成長のための基板１０１が位置している。そのため、セル本体ＣＣを透過する際にセル本体ＣＣによって吸収されなかった太陽光線の成分は基板１０１に吸収されてしまい、発電に寄与することができない。
【００７１】
次に、上述した太陽電池セルについて、ソーラシミュレータによる評価を行なった。このことについて説明する。なお、ソーラシミュレータとは、太陽電池の特性試験、信頼性試験を屋内で行なうために使用される照射光源をいい、試験目的に応じて要求される放射照度、均一性およびスペクトル合致度が満足される。
【００７２】
まず、照射光源としてエアマス（ＡＭ）１．５Ｇの基準太陽光線を用いた。そして、照射時の電流電圧特性を測定した。電流電圧特性に基づいて短絡電流、解放電圧、曲線因子および変換効率を求めた。
【００７３】
ここで、エアマスとは標準状態の大気（標準気圧１０１３ｈＰａ）に太陽光が垂直に入射した場合の路程に対する、地球に入射する直達太陽光が通過する路程の比をいう。
【００７４】
短絡電流とは、太陽電池セル（モジュール）の出力端子を短絡させたときの両出力端子間に流れる電流をいう。解放電圧とは、太陽電池セル（モジュール）の出力端子を解放したときの両出力端子間の電圧をいう。
【００７５】
曲線因子とは、最大出力を解放電圧と短絡電流の積で除した値をいう。変換効率とは、最大出力を太陽電池セル（モジュール）の面積と放射照度の積で除した値（％）をいう。
【００７６】
図１０に、測定された電流電圧特性（Ｉ−Ｖカーブ）を示す。また、この場合の短絡電流は１０．１ｍＡ、解放電圧は２．３９Ｖ、曲線因子は０．８５、変換効率は２０．５％であった。
【００７７】
これらの結果により、上述した化合物太陽電池では、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとの２つのｐｎ接合を有する従来の２接合型の化合物太陽電池と比べて、同レベルかそれよりも良好な結果が得られることが判明した。
【００７８】
実施の形態２
ここでは、裏面電極による光閉じ込め効果を確認するために、前述したセル本体の構造とは異なる構造を有する化合物太陽電池を例に挙げて、これについて行なった評価について説明する。
【００７９】
まず、図１１に示すように、本実施の形態に係る化合物太陽電池では、裏面電極９の表面にセル本体Ｃが直接形成されている。そのセル本体Ｃでは、裏面電極９上にｐ型のＩｎＧａＰ層２１が形成されている。そのＩｎＧａＰ層２１上にｐ型のＧａＡｓ層２２が形成されている。
【００８０】
そのＧａＡｓ層２２上にｎ型のＧａＡｓ層２３が形成されている。そのＧａＡｓ層２３上にｎ型のＩｎＧａＰ層２４が形成されている。そして、ＩｎＧａＰ層２４上における所定の位置に、ｎ型のＧａＡｓ層２５によるコンタクトを介して表面電極１５が形成されている。
【００８１】
この化合物太陽電池は、前述した化合物太陽電池と同様の方法によって形成される。すなわち、まず、所定の基板（図示せず）上にｎ型のＧａＡｓ層２５からｐ型のＩｎＧａＰ層２１までの各層が順次形成される。次に、ボトムセルの側に裏面電極９が形成されて、基板が分離される。
【００８２】
一方、図１２に示すように、比較となる化合物太陽電池では、ｐ型のＧａＡｓ基板１０１の表面にｐ型のＩｎＧａＰ層１２１が形成されている。そのＩｎＧａＰ層１２１上にｐ型のＧａＡｓ層１２２が形成されている。
【００８３】
そのＧａＡｓ層１２２上にｎ型のＧａＡｓ層１２３が形成されている。そのＧａＡｓ層１２３上にｎ型のＩｎＧａＰ層１２４が形成されている。そして、ＩｎＧａＰ層１２４上における所定の位置に、ｎ型のＧａＡｓ層１２５によるコンタクトを介して表面電極１１５が形成されている。
【００８４】
比較となる化合物太陽電池は、ｐ型のＧａＡｓ基板１０１上にエピタキシャル成長法によって各層を順次成長させることによって形成される。
【００８５】
上述した化合物太陽電池と比較となる化合物太陽電池について、前述したソーラシミュレータによる評価を行なったところ、本実施の形態に係る化合物太陽電池では、短絡電流は１９ｍＡ、解放電圧は１．０３Ｖ、曲線因子は０．８４、そして、変換効率は１６．４％であることがわかった。
【００８６】
一方、比較となる化合物太陽電池では、短絡電流は１５ｍＡ、解放電圧は１．０３Ｖ、曲線因子は０．８４、そして、変換効率は１３．０％となった。
【００８７】
このように、本実施の形態に係る化合物太陽電池では、比較となる化合物太陽電池と比べると、特に、変換効率が上昇しており、裏面電極９による光閉じ込め効果を向上できることが判明した。
【００８８】
実施の形態３
本発明の実施の形態３に係る化合物太陽電池について説明する。ここでは、化合物太陽電池のセル本体として、ボトムセル、ミドルセルおよびトップセルを有する３接合型の化合物太陽電池の一例を挙げる。
【００８９】
はじめに製造方法について説明する。まず、基板として、ＧａＡｓ基板（１×１０18cm-3、Ｓｉドープ、直径５０ｍｍ）を用意する。そのＧａＡｓ基板は縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入される。
【００９０】
次に、図１３に示すように、ＧａＡｓ基板１の表面に、エピタキシャル成長法によって膜厚約０．５μｍの中間層となるｎ型のＡｌＡｓ層４が形成される。
【００９１】
次に、そのＡｌＡｓ層４上にエピタキシャル成長法によってトップセルＴとなる各層が形成される。具体的には、ｎ型のＧａＡｓ層Ｔ１、ｎ型のＡｌＩｎＰ層Ｔ２、ｎ型のＩｎＧａＰ層Ｔ３、ｐ型のＩｎＧａＰ層Ｔ４およびｐ型のＡｌＩｎＰ層Ｔ５が順次形成される。
【００９２】
次に、ＡｌＩｎＰ層Ｔ５上にトンネル接合として、エピタキシャル成長法によってｐ型のＡｌＧａＡｓ層５およびｎ型のＩｎＧａＰ層７が順次形成される。
【００９３】
次に、ｎ型ＩｎＧａＰ層７上にエピタキシャル成長法によってミドルセルＭとなる各層が形成される。具体的には、ｎ型のＡｌＩｎＰ層Ｍ１、ｎ型のＧａＡｓ層Ｍ２、ｐ型のＧａＡｓ層Ｍ３、ｐ型のＩｎＧａＰ層Ｍ４が順次形成される。
【００９４】
次に、ｐ型のＩｎＧａＰ層Ｍ４上に、トンネル接合としてエピタキシャル成長法によってｐ型のＧａＡｓ層６およびｎ型のＧａＡｓ層８が順次形成される。
【００９５】
次に、ｎ型のＧａＡｓ層８上に、エピタキシャル成長法によってボトムセルＢとなる各層が形成される。具体的には、ｎ型のＩｎＰ層Ｂ６、ｎ型のＩｎＧａＡｓ層Ｂ７、ｐ型のＩｎＧａＡｓ層Ｂ８、ｐ型のＩｎＰ層Ｂ９およびｐ型のＧａＡｓ層Ｂ１０が順次形成される。
【００９６】
なお、エピタキシャル成長の条件として、温度は約７００℃とされる。ＧａＡｓ層を成長させるための原料として、ＴＭＧ(トリメチルガリウム)とＡｓＨ3（アルシン）が用いられる。
【００９７】
ＩｎＧａＰ層を成長させるための原料として、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）が用いられる。ＡｌＩｎＰ層を成長させるための原料として、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3が用いられる。
【００９８】
また、それぞれｎ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物として、ＳｉＨ4（モノシラン）が用いられる。一方、それぞれｐ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物としてＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）が用いられる。
【００９９】
さらに、ＡｌＧａＡｓ層を成長させるための原料として、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3が用いられ、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層を形成するための不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）が用いられる。
【０１００】
なお、ＩｎＧａＡｓ層におけるＩｎの組成比は０．２５であり、ＩｎＧａＡｓ層にはミスフィット転位の存在を示すクロスハッチパターンのモフォロジーが観察された。
【０１０１】
このようにして、トップセルＴ、ミドルセルＭおよびボトムセルＢからなる３接合型の化合物太陽電池におけるセル本体Ｃが形成される。
【０１０２】
次に、セル本体Ｃの表面（ボトムセルのｐ型ＧａＡｓ層）上に、裏面電極を形成するための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。そのレジストパターンを覆うように、Ａｕ−Ｚｎ膜（図示せず）が蒸着される。
【０１０３】
次に、リフトオフ法によってレジストパターンおよびレジストパターン上に位置するＡｕ−Ｚｎ膜が除去される。その後、窒素雰囲気において、温度約４００℃のもとで約１分間の熱処理が施される。
【０１０４】
次に、Ａｕ−Ｚｎ膜が形成されている領域を除いて所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。さらに、ＧａＡｓ基板１におけるセル本体Ｃが形成されていない側の表面にレジスト（図示せず）が塗布される。
【０１０５】
次に、電界メッキ法によってＡｕ−Ｚｎ膜の上に厚さ約３０μｍのＡｕメッキ膜（図示せず）が形成される。その後、リフトオフ法によってレジストパターンおよびレジストパターン上に位置するＡｕメッキ膜が除去される。これにより、図１４に示すように、セル本体にＡｕメッキ膜による裏面電極９が形成される。
【０１０６】
次に、図１５に示すように、裏面電極９が形成されている領域では裏面電極９を覆い、裏面電極９が形成されていない領域ではセル本体Ｃの表面を露出するように、所定のレジストパターン１７が形成される。
【０１０７】
そのレジストパターン１７をマスクとして、アルカリ溶液および酸溶液にエッチングを施すことにより、露出したセル本体Ｃの部分が除去されて中間層のＡｌＡｓ層３が露出する。その後、レジストパターン１７が除去される。
【０１０８】
次に、裏面電極９の表面にワックス１１を介在させて、裏面電極９の側にメッシュ状の薬品耐性を有する樹脂板１９が貼り付けられる（図１６参照）。樹脂版１９が裏面電極９の側に貼り付けられた状態で、セル本体Ｃおよび裏面電極９がフッ化水素酸溶液に浸漬される。
【０１０９】
フッ化水素酸溶液に浸漬されることでＡｌＡｓ層４が除去されて、図１６に示すように、セル本体ＣとＧａＡｓ基板１とが分離される。このようにしてＧａＡｓ基板１が分離されて、セル本体ＣにおけるトップセルＴのｎ型のＧａＡｓ層が露出する。
【０１１０】
次に、露出したＧａＡｓ層の表面に、表面電極を形成するための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、レジストパターンが形成されたセル本体Ｃが樹脂板１９とともに真空蒸着装置（図示せず）内に導入される。
【０１１１】
抵抗加熱法により、レジストパターンを覆うように膜厚約１００ｎｍのＡｕ（１２重量％のＧｅを含有）膜が形成される。その後、ＥＢ蒸着法により、膜厚約２０ｎｍのＮｉ層と膜厚約５０００ｎｍのＡｕ層（いずれも図示せず）が連続して形成される。
【０１１２】
その後、リフトオフ法によって、レジストパターンおよびレジストパターン上に形成されたＡｕ膜等が除去される。このようにして、図１７に示すように、表面電極１５が形成される。
【０１１３】
次に、その表面電極１５をマスクとしてアルカリ水溶液によるエッチングを施すことにより、露出しているＧａＡｓ層が除去されてＡｌＩｎＰ層が露出する（図１８参照）。
【０１１４】
次に、ＥＢ蒸着法により、太陽光入射する側の面（表面）に反射防止膜として、膜厚約５５ｎｍのＴｉＯ2膜および膜厚約１００ｎｍのＭｇＦ2膜（いずれも図示せず）が連続的に形成される。次に、たとえばトルエンによりワックス１１を除去することにより、図１８に示すように、樹脂板１９が裏面電極９から分離される。
【０１１５】
その後、露出したライン状のＡｕメッキ膜に沿ってＡｕメッキ膜を切断することにより、たとえば大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍの化合物太陽電池が１２枚作製される。
【０１１６】
このようにして製造された化合物太陽電池の断面構造を図１８に示す。図１８に示すように、エピタキシャル成長させるための所定の基板上にボトムセルが形成されている従来の化合物太陽電池の構造（たとえば、図２６または図２７参照）と比較すると、上述した化合物太陽電池では、セル本体ＣのボトムセルＢに裏面電極９が直接形成されている。
【０１１７】
一方、セル本体ＣのトップセルＴの表面に表面電極１５が形成されている。トップセルＴとボトムセルＢとの間にミドルセルＭが形成されている。
【０１１８】
セル本体Ｃは、ＩｎＧａＡｓ（ＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するボトムセル、ＧａＡｓ（ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するミドルセルＭおよびＩｎＧａＰ（ＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するトップセルＡを備えている。
【０１１９】
そのセル本体Ｃの厚さＬ１は約６μｍであり、裏面電極９の厚さＬ２は約３０μｍである。これにより、前述した化合物太陽電池と同様に、セル本体Ｃおよび裏面電極は９は可撓性を有することになり、化合物太陽電池を自在に撓めることができる。
【０１２０】
上述した太陽電池セルでは、エピタキシャル成長のためのＧａＡｓ基板１の上に、まず、禁制帯幅約１．７〜２．１ｅＶを有するトップセルＴとなる各層がエピタキシャル成長法によって順次形成される。
【０１２１】
次に、そのトップセルＴの上に、禁制帯幅約１．３〜１．６ｅＶを有するミドルセルＭとなる各層が順次形成される。さらに、そのミドルセルＭの上に、禁制帯幅約０．９〜１．１ｅＶを有するボトムセルＢとなる各層が順次形成される。
【０１２２】
このように、上述した化合物太陽電池では、トップセルＴをなす各層が先に形成されて、ボトムセルＢをなす層が最後に形成される。
【０１２３】
これにより、ボトムセルＢとして従来の材料（〜０．７ｅＶ）に比べて高い禁制帯幅（約０．９〜１．１ｅＶ）を有する材料を用いても、ボトムセルＢの質がミドルセルＭおよびトップセルＴに及ぶことはなく、化合物太陽電池としての変換効率を向上することができる。このことについて、さらに詳しく説明する。
【０１２４】
従来の化合物太陽電池の製造方法では、エピタキシャル成長させるためのＧｅ基板（またはＧａＡｓ基板）の上にボトムセルをなす各層が先に形成され、最後にトップセルをなす各層が形成される。
【０１２５】
このとき、すでに説明したように、ボトムセルをなす材料として比較的高い禁制帯幅（約０．９〜１．１ｅＶ）を有するＩｎＧａＡｓを適用した場合には、Ｇｅ基板（ＧａＡｓ基板）の格子定数とＩｎＧａＡｓの格子定数とが異なるために、ＩｎＧａＡｓ層にミスフィット転位が生じることになる。
【０１２６】
また、ボトムセルとしてＩｎＧａＡｓＮを適用した場合には、Ｎ原子に起因する欠陥がＩｎＧａＡｓＮに生じることになる。
【０１２７】
そして、ボトムセルにミスフィット転位や欠陥が発生するために、ボトムセルの上にエピタキシャル成長されるミドルセルをなすＧａＡｓ層、さらにはトップセルをなすＩｎＧａＰ層にまでその影響が及ぶことになる。
【０１２８】
そのため、ミドルセルおよびトップセルの質も劣化してしまい、化合物太陽電池として電気エネルギへの変換効率の向上が阻害されていた。
【０１２９】
これに対して、上述した化合物太陽電池では、ＧａＡｓ基板１の表面にトップセルＴをなす各層とミドルセルＭをなす各層が順次形成され、最後にボトムセルＢをなす層が形成される。
【０１３０】
このとき、ボトムセルＢをなすＩｎＧａＡｓの格子定数は、ミドルセルＭをなすＧａＡｓの格子定数と異なる。そのため、ミドルセルＭの上に形成されるボトムセルＢの質は従来の化合物太陽電池の場合の質と同レベルである。
【０１３１】
一方、トップセルＴをなすＩｎＧａＰおよびミドルセルＭをなすＧａＡｓのそれぞれの格子定数は、エピタキシャル成長させるためのＧａＡｓ基板１の格子定数と同じである。そのため、ＧａＡｓ基板１上に順次エピタキシャル成長されるＩｎＧａＰ層およびＧａＡｓ層に転位や欠陥等が発生することはない。
【０１３２】
すなわち、上述した化合物太陽電池では、たとえボトムセルＢの質が従来の化合物太陽電池におけるボトムセルの質と同レベルであっても、トップセルＴおよびミドルセルＭが先に形成されていることで、ボトムセルＢの質の低下がミドルセルＭおよびトップセルＴに及ぶことは全くない。
【０１３３】
その結果、ＩｎＧａＡｓ等のボトムセルＢとして比較的高い禁制帯幅を有する材料を適用しても、ミドルセルＭおよびトップセルＴの質が劣化することはなく、化合物太陽電池としての変換効率の向上を図ることができる。
【０１３４】
次に、上述した化合物太陽電池について、前述したソーラシミュレータによる評価について説明する。まず、図１９に、測定された電流電圧特性（Ｉ−Ｖカーブ）を示す。また、この場合の短絡電流は１０．２ｍＡ、解放電圧は２．４９Ｖ、曲線因子は０．８５、そして、変換効率は２１．６％であった。
【０１３５】
これらの結果により、上述した化合物太陽電池では、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとの２つのｐｎ接合を有する従来の２接合型の化合物太陽電池と比べて、解放電圧が上昇して高い変換効率が得られることが判明した。
【０１３６】
実施の形態４
本発明の実施の形態４に係る化合物太陽電池について説明する。ここでは、化合物太陽電池のセル本体としてボトムセル、ミドルセルおよびトップセルを有する３接合型の化合物太陽電池の他の例を挙げる。
【０１３７】
はじめに製造方法について説明する。まず、実施の形態１等において説明した方法と同様の方法によって、図２０に示すように、ＧａＡｓ基板１の表面上に、トップセルＴをなす各層およびミドルセルＭをなす各層が順次形成される。
【０１３８】
次に、そのミドルセルＭのＩｎＧａＰ層Ｍ４上に、トンネル接合としてｐ型のＧａＡｓ層６およびｎ型のＧａＡｓ層８が順次形成される。次に、そのＧａＡｓ層８上にボトムセルＢとなる各層が形成される。
【０１３９】
具体的には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜１０、ＣｄＳ膜Ｂ１１およびＣｕＩｎＳｅ2膜Ｂ１２が順次形成される。ＩＴＯ膜１２は、たとえばスパッタ法によって形成される。ＣｄＳ膜Ｂ１１は、たとえば蒸着法によって形成される。ＣｕＩｎＳｅ2膜は、たとえば蒸着法によって形成される。
【０１４０】
このようにして、トップセルＴ、ミドルセルＭおよびボトムセルＢからなる３接合型の化合物太陽電池におけるセル本体Ｃが形成される。
【０１４１】
次に、セル本体Ｃの表面（ボトムセルのｐ型ＣｕＩｎＳｅ2膜）上に、裏面電極を形成するための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。そのレジストパターンを覆うように、Ｍｏ膜（図示せず）が蒸着される。
【０１４２】
次に、リフトオフ法によってレジストパターンおよびレジストパターン上に位置するＭｏ膜が除去される。その後、窒素雰囲気において、温度約４００℃のもとで約１分間の熱処理が施される。
【０１４３】
次に、Ｍｏ膜が形成されている領域を除いて所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。さらに、ＧａＡｓ基板１におけるセル本体Ｃが形成されていない側の表面にレジスト（図示せず）が塗布される。
【０１４４】
次に、電界メッキ法によってＭｏ膜の上に厚さ約３０μｍのＡｕメッキ膜（図示せず）が形成される。その後、リフトオフ法によってレジストパターンおよびレジストパターン上に位置するＡｕメッキ膜が除去される。これにより、図２１に示すように、セル本体にＡｕメッキ膜による裏面電極９が形成される。
【０１４５】
次に、図２２に示すように、裏面電極９が形成されている領域では裏面電極９を覆い、裏面電極９が形成されていない領域ではセル本体Ｃの表面を露出するように、所定のレジストパターン１７が形成される。
【０１４６】
そのレジストパターン１７をマスクとして、所定のエッチングを施すことにより、露出したセル本体Ｃの部分が除去されて中間層のＡｌＡｓ層３が露出する。その後、レジストパターン１７が除去される。
【０１４７】
次に、図２３に示すように、裏面電極９の表面にワックス１１を介在させて、裏面電極９の側にメッシュ状の薬品耐性を有する樹脂板１９が貼り付けられる。樹脂板１９が裏面電極９の側に貼り付けられた状態で、セル本体Ｃおよび裏面電極９がフッ化水素酸溶液に浸漬される。
【０１４８】
フッ化水素酸溶液に浸漬されることでＡｌＡｓ層３が除去されて、セル本体ＣとＧａＡｓ基板１とが分離される。このようにしてＧａＡｓ基板１が分離されることで、セル本体Ｃにおけるトップセルのｎ型のＧａＡｓ層が露出する。
【０１４９】
次に、露出したＧａＡｓ層の表面に、表面電極を形成するための所定のレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、レジストパターンが形成されたセル本体Ｃが樹脂板１９とともに真空蒸着装置（図示せず）内に導入される。
【０１５０】
抵抗加熱法により、レジストパターンを覆うように膜厚約１００ｎｍのＡｕ（１２重量％のＧｅを含有）膜が形成される。その後、ＥＢ蒸着法により、膜厚約２０ｎｍのＮｉ層と膜厚約５０００ｎｍのＡｕ層（いずれも図示せず）が連続して形成される。
【０１５１】
その後、リフトオフ法によって、レジストパターンおよびレジストパターン上に形成されたＡｕ膜等が除去される。このようにして、図２４に示すように、表面電極１５が形成される。
【０１５２】
次に、その表面電極１５をマスクとしてアルカリ水溶液によるエッチングを施すことにより、露出しているＧａＡｓ層が除去されてＡｌＩｎＰ層が露出する（図２５参照）。
【０１５３】
次に、ＥＢ蒸着法により、太陽光入射する側の面（表面）に反射防止膜として、膜厚約５５ｎｍのＴｉＯ2膜および膜厚約１００ｎｍのＭｇＦ2膜（いずれも図示せず）が連続的に形成される。次に、たとえばトルエンによりワックス１１を除去することにより、図２５に示すように、樹脂板１９が裏面電極から分離される。
【０１５４】
その後、露出したライン状のＡｕメッキ膜に沿ってＡｕメッキ膜を切断することにより、所定の大きさの太陽電池セルが複数枚作製される。
【０１５５】
このようにして製造された化合物太陽電池の断面構造を図２５に示す。図２５に示すように、エピタキシャル成長させるための所定の基板上にボトムセルが形成されている従来の化合物太陽電池の構造（たとえば、図２６または図２７参照）と比較すると、上述した化合物太陽電池では、セル本体ＣのボトムセルＢに裏面電極９が直接形成されている。
【０１５６】
一方、セル本体ＣのトップセルＴの表面に表面電極１５が形成されている。トップセルＴとボトムセルＢとの間にミドルセルＭが形成されている。セル本体Ｃとして、ボトムセルＢ、ミドルセルＭおよびトップセルＴを有する３接合型の化合物太陽電池となる。
【０１５７】
特に、ボトムセルＢは、エピタキシャル成長により形成されるトップセルＴおよびミドルセルＭとは異なり、蒸着によって形成されるＣｄＳ膜Ｂ１１およびＣｕＩｎＳｅ2膜Ｂ１２を有する。
【０１５８】
したがって、セル本体Ｃは、ＣｕＩｎＳｅ2（Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物）とＣｄＳ（ＩＩ−ＶＩ族化合物）によるｐｎ接合を有するボトムセル、ＧａＡｓ（ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するミドルセルＭおよびＩｎＧａＰ（ＩＩＩ−ＩＩＩ−Ｖ族化合物）によるｐｎ接合を有するトップセルＴを備えている。
【０１５９】
上述した太陽電池セルでは、エピタキシャル成長のためのＧａＡｓ基板１の上に、まず、禁制帯幅約１．７〜２．１ｅＶを有するトップセルＴとなる各層がエピタキシャル成長法によって順次形成される。
【０１６０】
次に、そのトップセルＴの上に、禁制帯幅約１．３〜１．６ｅＶを有するミドルセルＭとなる各層が順次形成される。そして、そのミドルセルＭの上に、禁制帯幅約０．９〜１．１ｅＶを有するボトムセルＢとなる各層が、エピタキシャル成長法以外のスパッタ法および蒸着法によって順次形成される。
【０１６１】
このように、上述した化合物太陽電池では、トップセルＴをなす各層が先に形成されて、ボトムセルＢをなす層が最後に形成されることで、ボトムセルＢとして従来の材料（〜０．７ｅＶ）に比べて高い禁制帯幅（約０．９〜１．１ｅＶ）を有する材料を用いても、ボトムセルＢの質がミドルセルＭおよびトップセルＴに及ぶことはなく、化合物太陽電池としての変換効率を向上することができる。
【０１６２】
しかも、ボトムセルＢの質がトップセルＴおよびミドルセルＭの質に影響を与えないため、そのボトムセルＢをなす各層をエピタキシャル成長法以外の方法によって形成することができる。
【０１６３】
これにより、比較的高い禁制帯幅（０．９〜１．１ｅＶ）を有するボトムセルをなす層の材料として、単結晶以外の、たとえば上述した多結晶のＣｕＩｎＳｅ2膜Ｂ１２を適用することができるように、ボトムセルＢをなす各層の材料およびその形成方法の選択肢が広がることになる。
【０１６４】
なお、上述した各実施の形態における化合物太陽電池では、裏面電極９として主に厚さ約３０μｍのＡｕメッキ膜による裏面電極を例に挙げて説明した。裏面電極９の厚さとしてはセル本体Ｃを支持する厚さを有しておれば、この厚さに限られるものではない。
【０１６５】
したがって、裏面電極９が撓むことの可能な厚さに設定されていてもよい。あるいは、裏面電極９の材料によっては撓むことの可能な厚さに設定されていてもよい。
【０１６６】
この場合には、裏面電極９にセル本体Ｃが形成された化合物太陽電池を自在に撓めることができて、形状の自由度が向上する。
【０１６７】
また、裏面電極９の形成方法としては、上述したメッキによる方法の他に、たとえば印刷、あるいはスプレー等によって形成することができる。また、金属の代わりに導電性の高分子フィルムも適用することができる。
【０１６８】
裏面電極の形態として上述したケースを想定すると、裏面電極９の厚さとしては、約２〜５００μｍ程度が好ましい。
【０１６９】
また、上述した各化合物太陽電池では、エピタキシャル成長させるための基板が最終的に除去されていることで、セル本体とヒートシンクとの間の熱伝導性が向上する。その結果、化合物太陽電池におけるセル本体の温度上昇を抑制することができる。
【０１７０】
また、取り外されたエピタキシャル成長させるための基板を再利用することができて、コストの削減も図ることができる。
【０１７１】
今回開示された実施の形態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。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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】
【０１７２】
１  ＧａＡｓ基板、３  ＩｎＧａＰ層、４  ＡｌＡｓ層、５  ＡｌＧａＡｓ層、６  ＧａＡｓ層、７  ＩｎＧａＰ層、８  ＧａＡｓ層、９  裏面電極、１０  太陽電池、１１  ワックス、１２  ＩＴＯ膜、１３  ガラス基板、１５  表面電極、１７  レジストパターン、１９  樹脂板、Ｔ１  ＧａＡｓ層、Ｔ２  ＡｌＩｎＰ層、Ｔ３  ＩｎＧａＰ層、Ｔ４  ＩｎＧａＰ層、Ｔ５  ＡｌＩｎＰ層、Ｂ１，Ｍ１  ＡｌＩｎＰ層、Ｂ２，Ｍ２  ＧａＡｓ層、Ｂ３，Ｍ３  ＧａＡｓ層、Ｂ４，Ｍ４  ＩｎＧａＰ層、Ｂ５  ＧａＡｓ層、Ｂ６  ＩｎＰ層、Ｂ７  ＩｎＧａＡｓ層、Ｂ８  ＩｎＧａＡｓ層、Ｂ９  ＩｎＰ層、Ｂ１０  ＧａＡｓ層、Ｂ１１  ＣｄＳ膜、Ｂ１２  ＣｕＩｎＳｅ2膜、Ｔ  トップセル、Ｍ  ミドルセル、Ｂ  ボトムセル、Ｃ  セル本体。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月7日(2009.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル本体と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側に形成された表面電極と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側とは反対の側に形成された裏面電極と
を有し、
前記セル本体は、
太陽光線が入射する側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むトップセルと、
前記トップセルに対して太陽光線が入射する側とは反対の側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むミドルセルと、
前記ミドルセルに対して太陽光線が入射する側とは反対の側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むボトムセルと
を備え、
前記トップセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅、前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅および前記ボトムセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅は互いに異なり、
前記トップセルと前記ミドルセルとは格子整合しており、
前記ボトムセルは、前記ミドルセルと格子整合していない、化合物太陽電池。
【請求項２】
前記ミドルセルと前記ボトムセルとの間に形成されたトンネル接合層を備え、
前記トンネル接合層は前記ボトムセルと格子整合していない、請求項１記載の化合物太陽電池。
【請求項３】
前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅は、前記ボトムセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅よりも高く設定され、
前記トップセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅は、前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅よりも高く設定された、請求項１または２に記載の化合物太陽電池。
【請求項４】
セル本体と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側に形成された表面電極と、
前記セル本体において、太陽光線が入射する側とは反対の側に形成された裏面電極と
を有し、
前記セル本体は、
太陽光線が入射する側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むトップセルと、
前記トップセルに対して太陽光線が入射する側とは反対の側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むミドルセルと、
前記ミドルセルに対して太陽光線が入射する側とは反対の側に形成され、単結晶のｐｎ接合層を含むボトムセルと
を備え、
前記ボトムセルにミスフィット転位が存在し、
前記ミドルセルおよび前記トップセルには、前記ミスフィット転位に起因する欠陥が存在しない、化合物太陽電池。
【請求項５】
前記トップセルと前記ミドルセルとは格子整合しており、
前記ボトムセルは、前記ミドルセルと格子整合していない、請求項４記載の化合物太陽電池。
【請求項６】
前記ミドルセルと前記ボトムセルとの間に形成されたトンネル接合層を備え、
前記トンネル接合層は前記ボトムセルと格子整合していない、請求項４または５に記載の化合物太陽電池。
【請求項７】
前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅は、前記ボトムセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅よりも高く設定され、
前記トップセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅は、前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の前記禁制帯幅よりも高く設定された、請求項４〜６にいずれかに記載の化合物太陽電池。
【請求項８】
エピタキシャル成長法によって、半導体基板の主表面上に単結晶のｐｎ接合層を含むトップセルを形成する工程と、
エピタキシャル成長法によって、前記トップセルの表面上に単結晶のｐｎ接合層を含み、前記トップセルに格子整合するミドルセルを形成する工程と、
エピタキシャル成長法によって、前記ミドルセルの表面上に単結晶のｐｎ接合層を含み、前記ミドルセルに格子整合しないボトムセルを形成する工程と、
前記ボトムセルの表面上に裏面電極を形成する工程と、
前記裏面電極が形成された後に、前記トップセルと前記半導体基板とを分離する工程と、
前記半導体基板が分離された前記トップセルの表面上に表面電極を形成する工程と
を備えた、化合物太陽電池の製造方法。
【請求項９】
エピタキシャル成長法によって、前記ミドルセルと前記ボトムセルとの間にトンネル接合層を形成する工程を備えた、請求項８記載の化合物太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記トップセルを形成する工程、前記ミドルセルを形成する工程および前記ボトムセルを形成する工程では、前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅が、前記ボトムセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅よりも高くなるように形成され、前記トップセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅が、前記ミドルセルの前記ｐｎ接合層の禁制帯幅よりも高くなるように形成される、請求項８または９に記載の化合物太陽電池の製造方法。