(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第１太陽電池セルを作製する工程と、
前記第１太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成された第２太陽電池セルを積層する工程と、
第２シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成された第３太陽電池セルを積層する工程と、
前記第１シリコン基板の裏面と前記第２シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程と
を少なくとも備えることを特徴とする多接合太陽電池の製造方法。
【請求項２】
第１シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第１太陽電池セルを作製する工程と、
第２シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成された第２太陽電池セルを積層する工程と、
前記第１太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成された第３太陽電池セルを積層する工程と、
前記第１シリコン基板の裏面と前記第２シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程と
を少なくとも備えることを特徴とする多接合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、各々異なるバンドギャップエネルギーの材料から構成された複数の太陽電池セルを積層した多接合型太陽電池の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化抑制に関わる様々な研究・技術開発が進められている中、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池は、地球上のほとんどの場所で小規模でも利用できるエネルギー源として期待されている。この太陽電池の中で最も広く用いられているのは、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンなど結晶シリコン系の太陽電池であり、すでに実用に供されている。シリコン系の太陽電池の変換効率は、原理的には３０％程度、実験室レベルで２４％程度が実現されている（非特許文献１，２参照）。
【０００３】
上述したシリコン系の太陽電池は、バンドギャップエネルギーが同じ単一の材料系で太陽電池セルを構成しており、太陽光の持つエネルギーのうち、材料の持つバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギー領域は透過し、また、バンドギャップエネルギーよりも高いエネルギー領域の一部は熱に変換されている。これらが、変換効率を制限している要因である。こうしたエネルギー損失を回避するため、複数の異なるエネルギーギャップ（バンドギャップエネルギー）を有する材料で構成された太陽電池セルを組み合わせた、多接合型の太陽電池セルも実用に供されている。例えば、結晶シリコンとアモルファスシリコンを組み合わせたものでは、実用サイズ（１００ｃｍ2以上）のセルで２３％程度の変換効率を実現している（非特許文献３参照）。
【０００４】
しかし、結晶シリコンとアモルファスシリコンの組み合わせでは、バンドギャップエネルギーの組み合わせのバリエーションがほとんどなく、上述した値以上の高効率化はかなり難しいと言わざるを得ない。
【０００５】
一方、超高効率な太陽電池としては、Ｇｅ基板（太陽電池のボトムセル）上に、ＩｎＧａＡｓの太陽電池セル（ミドルセル）、ＩｎＧａＰ（トップセル）を重ねた３接合太陽電池が開発されている。この３接合太陽電池では、太陽光をレンズで４５４倍に集光した状態で、４１％程度の変換効率を実現している（非特許文献４，５参照）。この３接合太陽電池では、バンドギャップの組み合わせを太陽光スペクトルに整合させることで、高い変換効率を得ている。
【０００６】
更に、Ｇｅ基板は高価であるため、安価なシリコン基板上に組成傾斜したＳｉＧｅバッファ層を介してＧｅを成長してセルとした太陽電池も報告されている（非特許文献６，７参照）。しかし、この構造ではシリコン基板は単なる基板として用いられているだけで、すでに高品質な太陽電池として蓄積のあるシリコン太陽電池セルを作り込んで活用するということはなされていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】W. Shockley et al. , "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells",Journal of Applied Physics, vol.32, no.3, pp.510-519, 1961.
【非特許文献２】J. Zhao et al. , "24.5% E.ciency Silicon PERT Cells on MCZ Substrates and 24.7% E.ciency PERL Cells on FZ Substrates",Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol.7, pp.471-474, 1999.
【非特許文献３】http://jp.sanyo.com/news/2009/09/18-1.html,「三洋電機株式会社、ニュースリリース、2009年9月18日」
【非特許文献４】W.Guter et al. , "Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight",Applied Physics Letters, vol.94, a.n.223504, 2009.
【非特許文献５】F. Dimroth et al. , "METAMORPHIC GalnP/GalnAs/Ge TRIPLE-JUNCTION SOLAR CELLS WITH> 41 % EFFICIENCY",34th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 2009.
【非特許文献６】J. A. Carlin et al. , "High Quality GaAs Growth by MBE on Si Using GeSi Buffers and Prospects for Space Photovoltaics",Progress in Photovoltaics, vol.8, pp.323-332, 2000.
【非特許文献７】C.L.Andre et al. , "Investigations of High-Performance GaAs Solar Cells Grown on Ge-Si1-xGex-Si Substrates",IEEE Transactions on Electron Devices, vol.52, no.6, pp.1055-1060, 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、すでに高品質な太陽電池が実現されているシリコン系においては、バンドギャップの組み合わせにバリエーションがなく、多接合による高効率化を目指すのは困難である。一方、化合物半導体のバンドギャップ制御の柔軟性を生かしたＧｅ基板による多接合太陽電池においては、Ｇｅ基板のコストが高いという問題がある。他方、安価なシリコン基板を用いるという試みにおいては、高品質な太陽電池が実現されているシリコン系の太陽電池セルを活用できていないという問題がある。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、バンドギャップエネルギーの組み合わせを柔軟にすることで太陽光エネルギーを効率的に利用できる多接合型太陽電池を、高品質なシリコン太陽電池を用いることでより安価に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例えば多接合太陽電池は、シリコンから構成された第１太陽電池セルと、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成されて第１太陽電池セルの一方の面に積層された第２太陽電池セルと、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成されて第１太陽電池セルの他方の面に積層された第３太陽電池セルとを少なくとも備える。
【００１１】
例えば多接合太陽電池の製造方法は、シリコン基板の上にシリコンから構成された第１太陽電池セルを作製する工程と、第１太陽電池セルの一方の面に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成された第２太陽電池セルを積層する工程と、第１太陽電池セルの他方の面に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成された第３太陽電池セルを積層する工程とを少なくとも備える。
【００１２】
本発明に係る他の多接合太陽電池の製造方法は、第１シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第１太陽電池セルを作製する工程と、第１太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成された第２太陽電池セルを積層する工程と、第２シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成された第３太陽電池セルを積層する工程と、第１シリコン基板の裏面と第２シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程とを少なくとも備える。
【００１３】
また、本発明に係る他の多接合太陽電池の製造方法は、第１シリコン基板の主表面上にシリコンから構成された第１太陽電池セルを作製する工程と、第２シリコン基板の主表面上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成された第２太陽電池セルを積層する工程と、第１太陽電池セルの上に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成された第３太陽電池セルを積層する工程と、第１シリコン基板の裏面と第２シリコン基板の裏面とを貼り合わせる工程とを少なくとも備える。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したことによりに、本発明によれば、バンドギャップエネルギーの組み合わせを柔軟にすることで太陽光エネルギーを効率的に利用できる多接合型太陽電池を、高品質なシリコン太陽電池を用いることでより安価に形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、多接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。
【図３】図３は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、多接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。
【図５】図５は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、多接合太陽電池の分光感度特性を示す特性図である。
【図７Ａ】図７Ａは、多接合太陽電池の製造方法例１を説明するための工程図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、多接合太陽電池の製造方法例１を説明するための工程図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、多接合太陽電池の製造方法例１を説明するための工程図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、多接合太陽電池の製造方法例１を説明するための工程図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例２を説明するための工程図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、本発明の実施の形態における多接合太陽電池の製造方法例３を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１７】
はじめに、多接合太陽電池について図１を用いて説明する。図１は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第１太陽電池セル１０１と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成されて第１太陽電池セル１０１の一方の面に積層された第２太陽電池セル１０２と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成されて第１太陽電池セル１０１の他方の面に積層された第３太陽電池セル１０３とを備える。
【００１８】
本多接合太陽電池において、第２太陽電池セル１０２は、第１材料をＧｅとし、第３太陽電池セル１０３は、第２材料をＩｎＧａＰとしている。第１太陽電池セル１０１を構成しているシリコンは、バンドギャップエネルギーが１．１ｅＶであり、第１材料のＧｅはバンドギャップエネルギーが０．６６ｅＶである。また、第２材料のＩｎＧａＰは、ＩＩＩ族元素のＩｎおよびＧａの組成比により、バンドギャップエネルギーは、１．３４ｅＶ（ＩｎＰ）から２．２６ｅＶ（ＧａＰ）まで変更可能である。
【００１９】
ここで、第１太陽電池セル１０１は、シリコン基板を用い、シリコン基板に不純物を導入することで、ｐ型層およびｎ型層を形成して太陽電池セルとしている。また、第２太陽電池セル１０２は、ｐ型のＧｅからなるｐ型層とｎ型のＳｉＧｅからなるｎ型層を形成して太陽電池セルとしている。また、第３太陽電池セルは、例えば、ｐ型のＧａＰ、ｐ型のＩｎＧａＰおよびｎ型のＩｎＧａＰより太陽電池セルを構成している。
【００２０】
なお、第１太陽電池セル１０１を構成しているシリコン基板の一方の面にＧｅからなる第２太陽電池セル１０２を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にＩｎＧａＰからなる第３太陽電池セル１０３を形成するにあたり、実際には、ＧｅおよびＩｎＧａＰを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるための裏面電界(Back Surface Field: BSF)層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。これらの層は、図１では省略しているが、多くのバリエーションがある。
【００２１】
本多接合太陽電池において、第３太陽電池セル１０３を構成するＩｎＧａＰのＩＩＩ族組成を、バンドギャップエネルギーが１．８ｅＶ程度になるように設定した場合、図２に示すような分光感度特性となる。図２において、（ａ）は、第１太陽電池セル１０１の量子効率曲線であり、（ｂ）は、第２太陽電池セル１０２の量子効率曲線であり、（ｃ）は、第３太陽電池セル１０３の量子効率曲線である。なお、図２の（ｄ）は、太陽光スペクトルである。図２より明らかなように、３つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。
【００２２】
次に、他の多接合太陽電池について図３を用いて説明する。図３は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第１太陽電池セル３０１と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成されて第１太陽電池セル３０１の一方の面に積層された第２太陽電池セル３０２と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成されて第１太陽電池セル３０１の他方の面に積層された第３太陽電池セル３０３とを備える。
【００２３】
本多接合太陽電池において、第２太陽電池セル３０２は、第１材料をＩｎＮとし、第３太陽電池セル３０３は、第２材料をＩｎＧａＮとしている。第１材料のＩｎＮは、バンドギャップエネルギーが０．７ｅＶである。また、第２材料のＩｎＧａＮは、ＩＩＩ族元素のＩｎおよびＧａの組成比により、バンドギャップエネルギーは、０．７ｅＶ（ＩｎＮ）から３．４ｅＶ（ＧａＮ）まで変更可能である。
【００２４】
ここで、第１太陽電池セル３０１は、シリコン基板を用い、シリコン基板に不純物を導入することで、ｐ型層およびｎ型層を形成して太陽電池セルとしている。また、第２太陽電池セル３０２は、ｐ型のＩｎＮからなるｐ型層とｎ型のＩｎＮからなるｎ型層を形成して太陽電池セルとしている。また、第３太陽電池セルは、例えば、ｐ型のＧａＮ、ｐ型のＩｎＧａＮおよびｎ型のＩｎＧａＮより太陽電池セルを構成している。
【００２５】
なお、第１太陽電池セル３０１を構成しているシリコン基板の一方の面にＩｎＮからなる第２太陽電池セル３０２を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にＩｎＧａＮからなる第３太陽電池セル３０３を形成するにあたり、実際には、ＩｎＮおよびＩｎＧａＮを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるためのＢＳＦ層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。これらの層は、図３では省略しているが、多くのバリエーションがある。
【００２６】
本多接合太陽電池において、第３太陽電池セル３０３を構成するＩｎＧａＮのＩＩＩ族組成を、バンドギャップエネルギーが１．８ｅＶ程度になるように設定した場合、図４に示すような分光感度特性となる。図４において、（ａ）は、第１太陽電池セル３０１の量子効率曲線であり、（ｂ）は、第２太陽電池セル３０２の量子効率曲線であり、（ｃ）は、第３太陽電池セル３０３の量子効率曲線である。なお、図４の（ｄ）は、太陽光スペクトルである。図４より明らかなように、３つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。
【００２７】
次に、他の多接合太陽電池について図５を用いて説明する。図５は、多接合太陽電池の構成を示す構成図である。この多接合太陽電池は、シリコンから構成された第１太陽電池セル５０１と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい第１材料から構成されて第１太陽電池セル５０１の一方の面に積層された第２太陽電池セル５０２と、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい第２材料から構成されて第１太陽電池セル５０１の他方の面に積層された第３太陽電池セル５０３とを備える。加えて、本多接合太陽電池では、第１太陽電池セル５０１と第３太陽電池セル５０３との間に、バンドギャップエネルギーが、シリコンよりも大きく第２材料よりも小さい第３材料から構成された第４太陽電池セル５０４を設けている。
【００２８】
本多接合太陽電池において、第２太陽電池セル５０２は、第１材料をＩｎＮとし、第３太陽電池セル５０３は、第２材料をＩｎＡｌＮとし、第３材料をＩｎＧａＮとしている。
【００２９】
なお、第１太陽電池セル５０１を構成しているシリコン基板の一方の面にＩｎＮからなる第２太陽電池セル５０２を形成し、また、当該シリコン基板の他方の面にＩｎＡｌＮからなる第４太陽電池セル５０４を形成するにあたり、実際には、ＩｎＮおよびＩｎＡｌＮを良好に形成するための様々なバッファ層構造や、太陽電池セルの特性を向上させるためのＢＳＦ層、各セル間を接合させるためのトンネル接合層などを形成している。これらの層は、図５では省略しているが、多くのバリエーションがある。
【００３０】
本多接合太陽電池において、第３太陽電池セル５０３を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成を、バンドギャップエネルギーが１．４ｅＶ程度になるように設定し、第４太陽電池セル５０４を構成するＩｎＡｌＮのＩｎ組成を、バンドギャップエネルギーが２．０ｅＶ程度になるように設定した場合、図６に示すような分光感度特性となる。なお、このようなＩｎ組成の設定を行うと、ＩｎＧａＮとＩｎＡｌＮとの格子定数がほぼ一致し、いわゆる格子整合の状態となり、より高品質にＩｎＡｌＮの層が形成できるという利点がある。
【００３１】
図６において、（ａ）は、第１太陽電池セル５０１の量子効率曲線であり、（ｂ）は、第２太陽電池セル５０２の量子効率曲線であり、（ｃ）は、第３太陽電池セル５０３の量子効率曲線であり、（ｄ）は、第４太陽電池セル５０４の量子効率曲線である。なお、図６の（ｅ）は、太陽光スペクトルである。図６より明らかなように、４つの太陽電池セルにより、ほぼ太陽光スペクトルをカバーしており、高効率になることが期待できる。また、本多接合太陽電池によれば、前述した多接合太陽電池に比較して、より短波長側に量子効率曲線が伸びており、更に高効率になることが期待できる。
【００３２】
［製造方法］
次に、本発明における多接合太陽電池の製造方法について説明する。以下では、前述した多接合太陽電池の製造法について説明する。
【００３３】
［製造方法例１］
はじめに、製造方法例１について、図７Ａ〜図７Ｄを用いて説明する。まず、図７Ａに示すように、導電型がｐ型とされたシリコン基板７０１を用意する。次に、図７Ｂに示すように、シリコン基板７０１の主表面にｎ+−Ｓｉ層７０２を形成し、シリコン基板７０１の裏面に、ＢＳＦ層７０３およびトンネル接合層７０４を形成する。このように各層が形成されたシリコン基板７０１により、第１太陽電池セルが構成される。
【００３４】
ここで、ＢＳＦ層７０３は、シリコン基板７０１で生成した小数キャリアである電子の実効的な拡散長を増大させる。また、トンネル接合層７０４は、ＢＳＦ層７０３と組み合わせることで、後述する第２太陽電池セルとのトンネル接合を形成する。このトンネル接合により、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとを、電気的に損失なく接続することができる。
【００３５】
各不純物の導入層は、まず、シリコン基板７０１の裏に、高濃度にｐ型不純物の導入を行うことで、ＢＳＦ層７０３を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｐ型不純物を導入したｐ+−Ｓｉ層であるＢＳＦ層７０３を形成すればよい。次に、シリコン基板７０１の主表面および裏面に高濃度にｎ型不純物の導入を行うことで、ｎ+−Ｓｉ層７０２およびトンネル接合層７０４を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｎ型不純物を導入すればよい。
【００３６】
次に、図７Ｃに示すように、ｎ+−Ｓｉ層７０２の上に、高濃度にｐ型不純物が導入されたＧａＰからなるトンネル接合層７１１、組成傾斜層７１２、ｐ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｐ−ＩｎＧａＰ層７１３、および高濃度にｎ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｎ+−ＩｎＧａＰ層７１４を、順次形成する。組成傾斜層７１２は、ＧａＰからバンドギャップエネルギー１．８ｅＶとなるＩｎＧａＰまでＩＩＩ族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、ｐ型不純物を導入してｐ型としている。
【００３７】
トンネル接合層７１１とｎ+−Ｓｉ層７０２との間にはトンネル接合が形成され、Ｓｉで構成された第１太陽電池セルとＩｎＧａＰで構成された第３太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。また、ＧａＰとＳｉとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でＧａＰを堆積することが可能であることが利点である。また、ｎ+−ＩｎＧａＮ層７１４は、この上面にｎコンタクト電極を形成するための層（ｎ型コンタクト層）である。
【００３８】
次に、図７Ｄに示すように、シリコン基板７０１の裏面側のトンネル接合層７０４に、組成傾斜層７２１、ｐ形の不純物が導入されたＧｅからなるｐ−Ｇｅ層７２２、およびｐ型の不純物が高濃度に導入されたＧｅからなるｐ+−Ｇｅ層７２３を順次形成する。組成傾斜層７２１は、ｎ型不純物が導入され、ＳｉとＧｅの混合比率をトンネル接合層７０４から離れるに従って（ｐ−Ｇｅ層７２２に向かって）徐々に変化させた層である。
【００３９】
トンネル接合層７０４と組成傾斜層７２１との間にはトンネル接合が形成され、シリコンで構成された第１太陽電池セルとＧｅで構成された第２太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。また、ｐ+−Ｇｅ層７２３は、ＢＳＦ層であるとともにｐコンタクト電極を形成するためのｐコンタクト層の機能を有する。
【００４０】
上述した製造方法では、第１太陽電池セルを構成しているシリコン基板の主表面の側に、シリコンよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料（ＩｎＧａＰ）で構成される第３太陽電池セルを形成し、シリコン基板の裏面（下面）側にシリコンよりもバンドギャップエネルギーの小さい材料（Ｇｅ）で構成される第２太陽電池セルを形成する例を示した。また、同様な工程により、シリコン基板の主表面側に第２太陽電池セルを形成し、シリコン基板の裏面側に第３太陽電池セルを形成してもよい。
【００４１】
また、上述した製造方法では、シリコン基板の主表面側にｎ型コンタクト層を配置し、シリコン基板裏面側にｐ型コンタクト層を配置する例を示したが、これに限るものではない。シリコン基板の主表面側にｐ型コンタクト層を配置し、裏面側にｎ型コンタクト層を配置してもよい。更に、上述では、ｐ型シリコン基板を用いるなど、太陽電池セルとしての吸収層に対応する領域をｐ型とした例を示したが、これに限るものではない。ｎ型シリコン基板を用いるなどして吸収層に相当する領域をｎ型にすることも可能である。あるいは、第２太陽電池セル、第１太陽電池セル、第３太陽電池セルの各々において、吸収層の導電型を任意に選択することも可能である。また、いずれかの、もしくはすべての太陽電池セルにおいて（実用上はトップセルにおいて）、吸収層領域に導電性不純物を導入せずにいわゆるｐ−ｉ−ｎ構造としてもよい。
【００４２】
上述した製造方法では、トンネル接合の形成について、第３太陽電池セル〜第１太陽電池セルの間は、ｐ+−ＧａＰ／ｎ+−Ｓｉとヘテロ接合でトンネル接合を形成している。また、第１太陽電池セル〜第２太陽電池セルの間は、ｐ+−Ｓｉ／ｎ+−Ｓｉとシリコン基板側にホモ接合でトンネル接合を形成した。しかしながらこれに限るものではなく、例えば、第３太陽電池セル〜第１太陽電池セルの間をｐ+−ＧａＰ／ｎ+−ＧａＰとホモ接合のトンネル接合にしてもよい。また、第１太陽電池セル〜第３太陽電池セルの間は、ｐ+−Ｇｅ／ｎ+−Ｓｉとヘテロ接合のトンネル接合にしてもよく、また、ｐ+−Ｇｅ／ｎ+−Ｇｅというホモ接合のトンネル接合にしてもよい。
【００４３】
更に、第３太陽電池セル〜第１太陽電池セルの間を、ＧａＰよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料（例えば、ＡｌＰ）でトンネル接合を形成すると、電気的な損失がないだけでなく光学的な損失も回避することができ、変換効率向上のためには非常に有効である。同じ理由で、第１太陽電池セル〜第２太陽電池セルの間も、Ｓｉよりもバンドギャップエネルギーの大きい材料（例えばＧａＰ）でトンネル接合を形成すると、電気的・光学的な損失のない接続が可能となり、変換効率向上のためには非常に有効である。
【００４４】
［製造方法例２］
次に、製造方法例２について、図８Ａ〜図８Ｆを用いて説明する。まず、図８Ａに示すように、導電型がｐ型とされたシリコン基板（第１シリコン基板）８０１を用意する。次に、図８Ｂに示すように、シリコン基板８０１の主表面にｎ+−Ｓｉ層８０２を形成し、シリコン基板８０１の裏面に、ＢＳＦ層８０３およびｎ+−Ｓｉ層８０４を形成する。シリコン基板８０１とｎ+−Ｓｉ層８０２とにより、第１太陽電池セルが構成される。また、ＢＳＦ層８０３は、シリコン基板８０１で生成した小数キャリアである電子の実効的な拡散長を増大させる。また、ｎ+−Ｓｉ層８０４は、ＢＳＦ層８０３と組み合わせることで、後述する第２太陽電池セルとのトンネル接合を形成する。このトンネル接合により、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとを、電気的に損失なく接続することができる。
【００４５】
各不純物の導入層は、まず、シリコン基板８０１の裏に、高濃度にｐ型不純物の導入を行うことで、ＢＳＦ層８０３を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｐ型不純物を導入したｐ+−Ｓｉ層であるＢＳＦ層８０３を形成すればよい。次に、シリコン基板８０１の主表面および裏面に高濃度にｎ型不純物の導入を行うことで、ｎ+−Ｓｉ層８０２およびｎ+−Ｓｉ層８０４を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｎ型不純物を導入すればよい。
【００４６】
次に、図８Ｃに示すように、ｎ+−Ｓｉ層８０２の上に、高濃度にｐ型不純物が導入されたＧａＰからなるトンネル接合層８１１、組成傾斜層８１２、ｐ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｐ−ＩｎＧａＰ層８１３、および高濃度にｎ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｎ+−ＩｎＧａＰ層８１４を、順次形成する。組成傾斜層８１２は、ＧａＰからバンドギャップエネルギー１．８ｅＶとなるＩｎＧａＰまでＩＩＩ族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、ｐ型不純物を導入してｐ型としている。
【００４７】
トンネル接合層８１１とｎ+−Ｓｉ層８０２との間にはトンネル接合が形成され、Ｓｉで構成された第１太陽電池セルとＩｎＧａＰで構成された第３太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。また、ＧａＰとＳｉとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でＧａＰを堆積することが可能であることが利点である。また、ｎ+−ＩｎＧａＮ層８１４は、この上面にｎコンタクト電極を形成するための層（ｎ型コンタクト層）である。
【００４８】
以上の第１太陽電池セルおよび第３太陽電池セルの製造については、前述した製造方法例１と同様である。この製造方法では、次に説明するように、第２太陽電池セルを別の基板に作製する。
【００４９】
まず、図８Ｄに示すように、高濃度にｎ型の不純物が導入された低抵抗のシリコン基板（第２シリコン基板）８２０を用意する。次に、図８Ｅに示すように、シリコン基板８２０の主表面に、組成傾斜層８２１、ｐ形の不純物が導入されたＧｅからなるｐ−Ｇｅ層８２２、およびｐ型の不純物が高濃度に導入されたＧｅからなるｐ+−Ｇｅ層８２３を順次形成する。組成傾斜層８２１は、ｎ型の不純物が導入され、ＳｉとＧｅの混合比率をシリコン基板８２０から離れるに従って（ｐ−Ｇｅ層８２２に向かって）徐々に変化させた層である。ｐ+−Ｇｅ層８２３は、ＢＳＦ層であるとともにｐコンタクト電極を形成するためのｐコンタクト層の機能を有する。なお、後述するように、シリコン基板８２０が、トンネル接合層として機能する。
【００５０】
次に、図８Ｆに示すように、シリコン基板８０１の裏面（ｎ+−Ｓｉ層８０４）にシリコン基板８２０の裏面を当接させて両者を貼り合わせる。このように貼り合わせることで、ｎ+−Ｓｉ層８０４とシリコン基板８２０とでトンネル接合層が構成され、シリコンで構成された第１太陽電池セルとＧｅで構成された第２太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。なお、シリコン基板８２０は、ここにおける光学的な損失を低減するために、可能な範囲で薄くすることが望ましい。例えば、貼り合わせる前にシリコン基板８２０を研磨により薄層化しておけば、変換効率の向上により有効である。
【００５１】
製造方法例２では、ＩｎＧａＰで構成された第３太陽電池セル側の最表面をｎ+層、Ｇｅで構成された第２太陽電池セル側の最表面をｐ+層としたが、逆の組み合わせにしても全く問題はない。また、トンネル接合の形成や単一セルの構造をｐ−ｉ−ｎ構造にするといったことについては、製造方法例１で説明した様々なバリエーションがこの製造方法例２にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５２】
［製造方法例３］
次に、製造方法例３について、図９Ａ〜図９Ｆを用いて説明する。まず、図９Ａに示すように、導電型がｐ型とされたシリコン基板（第１シリコン基板）９０１を用意する。次に、図９Ｂに示すように、シリコン基板９０１の主表面にｐ+−ＳｉからなるＢＳＦ層９０３およびｎ+−Ｓｉからなるトンネル接合層９０４を形成し、シリコン基板９０１の裏面に、ｎ+−Ｓｉ層９０２を形成する。これらが第１太陽電池セルとなる。
【００５３】
各不純物の導入層は、まず、シリコン基板９０１の主表面に、高濃度にｐ型不純物の導入を行うことで、ＢＳＦ層９０３を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｐ型不純物を導入したｐ+−Ｓｉ層であるＢＳＦ層９０３を形成すればよい。次に、シリコン基板９０１の主表面および裏面に高濃度にｎ型不純物の導入を行うことで、ｎ+−Ｓｉ層９０２およびトンネル接合層９０４を形成する。例えば、熱拡散、イオン注入、もしくはエピタキシャル成長などの手法により、高濃度にｎ型不純物を導入すればよい。
【００５４】
次に、図９Ｃに示すように、シリコン基板９０１の主表面側のトンネル接合層９０４の上に、組成傾斜層９２１、ｐ形の不純物が導入されたＧｅからなるｐ−Ｇｅ層９２２、およびｐ型の不純物が高濃度に導入されたＧｅからなるｐ+−Ｇｅ層９２３を順次形成する。組成傾斜層９２１は、ｎ型の不純物が導入され、ＳｉとＧｅの混合比率をトンネル接合層９０４から離れるに従って（ｐ−Ｇｅ層９２２に向かって）徐々に変化させた層である。
【００５５】
トンネル接合層９０４と組成傾斜層９２１との間にはトンネル接合が形成され、シリコンで構成された第１太陽電池セルとＧｅで構成された第２太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。また、ｐ+−Ｇｅ層９２３は、ＢＳＦ層であるとともにｐコンタクト電極を形成するためのｐコンタクト層の機能を有する。
【００５６】
次に、以下に説明するように、第２太陽電池セルを別の基板に作製する。まず、図９Ｄに示すように、高濃度にｎ型の不純物が導入された低抵抗のシリコン基板（第２シリコン基板）９１０を用意する。
【００５７】
次に、図９Ｅに示すように、シリコン基板９１０の上に、高濃度にｐ型不純物が導入されたＧａＰからなるトンネル接合層９１１、組成傾斜層９１２、ｐ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｐ−ＩｎＧａＰ層９１３、および高濃度にｎ型不純物が導入されたＩｎＧａＰからなるｎ+−ＩｎＧａＰ層９１４を、順次形成する。組成傾斜層９１２は、ＧａＰからバンドギャップエネルギー１．９ｅＶとなるＩｎＧａＰまでＩＩＩ族元素の組成比を徐々に変化させた層であり、ｐ型不純物を導入してｐ型としている。
【００５８】
トンネル接合層９１１とシリコン基板９１０との間にはトンネル接合が形成され、後述するシリコン基板９０１とシリコン基板９１０との接合により、Ｓｉで構成された第１太陽電池セルとＩｎＧａＰで構成された第３太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。また、ＧａＰとＳｉとの格子定数差は小さく、いわゆる格子整合しているため、高品質な状態でＧａＰを堆積することが可能であることが利点である。また、ｎ+−ＩｎＧａＮ層９１４は、この上面にｎコンタクト電極を形成するための層（ｎ型コンタクト層）である。
【００５９】
次に、図９Ｆに示すように、シリコン基板９０１の裏面（ｎ+−Ｓｉ層９０２）にシリコン基板９１０の裏面を当接させて両者を貼り合わせる。このように貼り合わせることで、ｎ+−Ｓｉ層９０１とシリコン基板９１０とでトンネル接合層が構成され、シリコンで構成された第１太陽電池セルとＩｎＧａＰで構成された第３太陽電池セルとが、電気的な損失なく接続できる。なお、シリコン基板９１０は、ここにおける光学的な損失を低減するために、可能な範囲で薄くすることが望ましい。例えば、貼り合わせる前にシリコン基板９１０を研磨により薄層化しておけば、変換効率の向上により有効である。
【００６０】
この製造方法例３では、第３太陽電池セル側の最表面をｎ+層、第２太陽電池セル側の最表面をｐ+層としたが、逆の組み合わせにしても全く問題はない。また、トンネル接合の形成や単一セルの構造をｐ−ｉ−ｎ構造にするなど、製造方法例１で説明した様々なバリエーションが、製造方法例３でも有効であることは言うまでもない。
【００６１】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、前述では、３つおよび４つの太陽電池セルから構成した多接合太陽電池について説明したが、これに限るものではなく、更に多くの太陽電池セルから構成した多接合太陽電池であっても同様である。
【００６２】
また、シリコンよりもバンドギャップの大きい材料として、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＮ，およびＩｎＡｌＮを例示したが、これに限るものではなく、これ以外の材料でも本発明の効果を当然実現できる。更に、シリコンよりもバンドギャップの小さい材料として、ＧｅおよびＩｎＮを例示したが、これ以外の材料でも本発明の効果を実現できる。
【００６３】
また、例えば、前述した製造方法例では、シリコン基板上に第３太陽電池セルや第２太陽電池セルを形成する際の工程として、エピタキシャル成長など、基板上に堆積する手法を採ったが、例えば、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰから構成された第３太陽電池セルの構造を堆積した後、シリコン基板上へ貼り合わせ、この後ＧａＡｓ基板を除去するようにしてもよい。また、Ｇｅで構成した第２太陽電池セルに関しては、Ｇｅ基板を用いてセルを作製した後にシリコン基板に貼り付けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０１…第１太陽電池セル、１０２…第２太陽電池セル、１０３…第３太陽電池セル。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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