(57)【要約】【課題】中間セル内に低バンドギャップの吸収層を有する多接合型太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】上部セルと、上部セルに直接隣接して配置され、第１の光生成電流を生成し、かつ、異なる格子定数を有する一連の第１及び第２の異なる半導体層を含む第２のセルと、第２のサブセルに直接隣接して配置され、第１の光生成電流密度の量と実質的に等しい第２の光生成電流を生成する下部サブセルとを含む多接合型光起電力セルである。【選択図】図３
2014132657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムガリウムリンで構成された上部サブセルと、
前記上部サブセルに直接隣接して配置され、これに格子整合され、インジウムガリウムリンで構成されたエミッタ層と、前記エミッタ層に格子整合されたインジウムガリウムヒ素で構成されたベース層と、前記エミッタ層と前記ベース層の間に配置される低バンドギャップ層を形成する、異なる格子定数を有する一連の第１及び第２の異なる半導体層とを含み、かつ、第１の光生成電流を生成する、第２のサブセルと、
前記第２のサブセルの前記ベース層の下に、これと隣接して配置され、それぞれの屈折率が不連続である格子整合材料の複数の交互層で構成された分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層と、
を含み、前記交互層間の屈折率の差異は、所定の反射率を達成するのに必要な周期数を最小にするように最大にされ、
前記第２のサブセルに格子整合され、ゲルマニウムで構成され、前記分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層に隣接して配置され、かつ、前記第１の光生成電流の量と実質的に等しい第２の光生成電流を生成する、下部サブセルと、
が設けられたことを特徴とする多接合型光起電力セル。
【請求項２】
前記ＤＢＲ層は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層で構成された第１のＤＢＲ層と、ｐ型ＩｎＡｌＰ層で構成され、前記第１のＤＢＲ層の上に配置された第２のＤＢＲ層とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項３】
前記ＤＢＲ層は、ｐ型ＡｌxＧａ1-XＡｓ層で構成された第１のＤＢＲ層と、前記第１のＤＢＲ層の上に配置され、ｙはｘより大きいものとして、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層で構成された第２のＤＢＲ層とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項４】
前記ＤＢＲ層の交互層の厚さは、前記ＤＢＲの反射率ピークの中心が、デバイスの中間サブセルの真性層内に形成された前記低バンドギャップ層の吸収波長と共鳴するように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項５】
前記ＤＢＲ層における周期数は、前記反射率ピークの振幅を決定し、かつ、前記低バンドギャップ層における電流生成を最適化するように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項６】
前記ＤＢＲ層における周期数は、５乃至５０周期の前記交互材料対の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項７】
前記一連の第１及び第２の異なる半導体層は、内部に複数の量子井戸又は量子ドットを有する真性領域を形成することを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項８】
前記一連の第１及び第２の異なる半導体層は、それぞれ圧縮歪み付与層及び引張歪み付与層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項９】
前記一連の第１及び第２の異なる半導体層の平均歪みは、ほぼゼロに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項１０】
前記第１及び第２の半導体層の各々は、約１００乃至３００オングストロームの厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項１１】
前記低バンドギャップ層の前記第１の半導体層はＩｎＧａＡｓを含み、中間バンドギャップ層の前記第２の半導体層はＧａＡｓＰを含むことを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項１２】
前記低バンドギャップ層の各ＩｎＧａＡｓ層内のインジウムの百分率は、１０乃至３０％の範囲内であることを特徴とする、請求項１１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項１３】
前記上部サブセルは、前記第１の電流より約４％乃至５％少ない電流を生成するような厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の多接合型光起電力セル。
【請求項１４】
ＭＯＣＶＤ反応炉を用いて多接合型太陽電池を製造する方法であって、
下部サブセルを含む半導体基板を準備するステップと、
前記下部サブセル上に、それぞれの屈折率が不連続である格子整合材料の複数の交互層で構成された分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層を形成するステップと、
前記分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層上に、インジウムガリウムリンで構成されたエミッタ層と、前記エミッタ層に格子整合されたインジウムガリウムヒ素で構成されたベース層と、前記ベース層と前記エミッタ層の間にあり、異なる格子定数を有する一連の第１及び第２の異なる半導体層で構成され、前記エミッタ層と前記ベース層の間に配置された中間バンドギャップ層を形成する真性層とを含み、かつ、第１の光生成電流を生成する、第２のサブセルを形成するステップと、
前記第２のサブセルの上に、上部サブセルを形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記一連の交互する第１及び第２の半導体層の平均格子定数は、前記基板の格子定数とほぼ等しいことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記一連の第１及び第２の半導体層の全厚は、約３ミクロンであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の半導体層の各々の厚さは、１００乃至３００オングストロームの範囲内であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＤＢＲ層は、ｐ型ＡｌxＧａ1-XＡｓ層で構成された第１のＤＢＲ層と、前記第１のＤＢＲ層の上に配置され、ｙはｘより大きいものとして、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層で構成された第２のＤＢＲ層とを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＤＢＲ層の交互層の厚さは、前記ＤＢＲの反射率ピークの中心が、デバイスの前記第２のサブセルの前記真性層に形成された前記中間バンドギャップ層の吸収波長と共鳴するように設計されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記一連の第１及び第２の異なる半導体層は、圧縮歪み付与層及び引張歪み付与層を含み、前記一連の第１及び第２の異なる半導体層の平均歪みはほぼゼロに等しく、前記第２のサブセルの層の厚さは、前記第２のサブセルの光生成電流が、前記第２のサブセルに隣接する前記下部サブセルの前記光生成電流密度と実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
インジウムガリウムリンで構成された上部サブセルと、
前記上部サブセルに直接隣接して配置され、これに格子整合され、インジウムガリウムリンで構成されたエミッタ層と、前記エミッタ層に格子整合されたインジウムガリウムヒ素で構成されたベース層と、前記エミッタ層と前記ベース層の間に配置された低バンドギャップ層を形成する、異なる格子定数を有する一連の第１及び第２の異なる半導体層とを含み、かつ、第１の光生成電流を生成する、第２のサブセルと、
前記第２のサブセルの下に、これに隣接して配置されたトンネルダイオードと、
前記トンネルダイオードの下に、これに隣接して配置され、それぞれの屈折率が不連続である格子整合材料の複数の交互層で構成された分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層と、を含み、前記交互層間の屈折率の差異は、所定の反射率を達成するのに必要な周期数を最小にするように最大にされ、
前記第２のサブセルに格子整合され、ゲルマニウムで構成され、前記分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層に隣接して配置され、かつ、前記第１の光生成電流の量と実質的に等しい第２の光生成電流を生成する、下部サブセルと、
が設けられたことを特徴とする多接合型光起電力セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、太陽電池及び太陽電池の製造に関し、より特定的には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物に基づく多接合型太陽電池における中間セルの設計及び仕様に関する。
（政府権利表明）
本発明は、契約番号ＮＲＯ  ０００−１０−Ｃ−０２８５の下で政府の支援によりなされた。米国政府は、本発明における一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池とも呼ばれる光起電力セルからの太陽熱発電は、主としてシリコン半導体技術によって提供される。しかしながら、過去数年、宇宙用途のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多接合型太陽電池の大量生産は、宇宙のみならず、地上用途の太陽熱発電にも用いられるそうした技術の開発を加速させた。シリコンと比較すると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多接合型デバイスは、より大きいエネルギー変換効率を有し、一般に、より多くの放射線抵抗性を有するが、製造がより複雑である傾向がある。典型的な市販のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多接合型太陽電池は、１サン（ｓｕｎ）、エアマス０（ＡＭ０）の照度下で、２７％を上回るエネルギー効率を有するが、最も効率的なシリコン技術は、一般に、同等の条件下で約１８％の効率にしか到達しない。高い太陽光集光（例えば、５００倍）の下で、地上用途（ＡＭ１．５Ｄ）における市販のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多接合型太陽電池は、３７％を上回るエネルギー効率を有する。シリコン太陽電池と比較して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の高い変換効率は、一つには、異なるバンドギャップ・エネルギーを有する複数の光起電力領域を使用し、この領域の各々からの電流を蓄積することにより入射放射線のスペクトル分割を達成する能力に基づいている。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途において、衛星電源システムのサイズ、質量、及びコストは、使用される太陽電池の出力及びエネルギー変換効率に依存する。別の言い方をすれば、ペイロードのサイズ及び搭載サービスの可用性は、提供される電力量に比例する。従って、ペイロードがより高度になるにつれて、太陽電池の出力重量比がますます重要になり、高効率及び低質量の両方を有する、より軽量の「薄膜」型太陽電池への関心が高まっている。
【０００４】
太陽エネルギー（又は光子）を電気エネルギーに変換するエネルギー変換効率は、太陽電池構造体の設計、半導体材料の選択、及び各セルの厚さなどの様々な要因によって決まる。手短に言えば、各太陽電池のエネルギー変換効率は、太陽スペクトルにわたって利用可能な日光の最適利用に依存する。従って、光起電力特性としても知られる、最も効率的な半導体を判定して最適なエネルギー変換を達成するために、半導体材料における日光吸収特性が極めて重要である。
【０００５】
多接合型太陽電池は、各々のサブセルが適切な半導体層を有するように形成され、ｐ−ｎ光活性接合部を含む、垂直方向の又は積層された一連の太陽電池サブセルによって形成される。各々のサブセルは、異なるスペクトル又は波長帯にわたって光子を電流に変換するように設計される。日光が太陽電池の正面に当たり、光子がサブセルを通過した後、下流のサブセルが光子の特定の波長又はエネルギー帯用に設計されると仮定すると、こうした光子が捕捉され、電気エネルギーに変換されることが意図される場合、１つのサブセルの領域における吸収されず、電気エネルギーに変換される、波長帯における光子は、次のサブセルに伝搬する。
【０００６】
多接合型太陽電池のエネルギー変換効率は、サブセルの数、各サブセルの厚さ、並びに各サブセルのバンド構造、電子エネルギー・レベル、伝導及び吸収などの要因により影響を受ける。短絡電流密度（ＪSC）、開回路電圧（ＶOC）及び曲線因子などの要因も重要である。
【０００７】
太陽電池についての半導体層の選択における重要な機械的又は構造的考慮事項の１つは、太陽電池における半導体材料の隣接する層の望ましさ、すなわち、堆積され、成長され、太陽電池サブセルを形成する結晶性半導体材料の各層が、同様の結晶格子定数又はパラメータを有することである。
【０００８】
太陽電池を含む多くのＩＩＩ−Ｖ族デバイスは、比較的厚い基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させることにより製造される。典型的には、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又は他のバルク材料の基板が、堆積されたエピタキシャル層の形成のためのテンプレートとして働く。エピタキシャル層における原子間隔又は格子定数は、一般に、基板のものと一致するので、エピタキシャル材料の選択は、基板材料のものに類似した格子定数を有するものに限定される。図１は、様々なＩＩＩ−Ｖ族二元材料及び一般的な基板材料のバンドギャップ間の関係を示す。三元ＩＩＩ−Ｖ族半導体合金の特性も、二元材料の対の間の実線を参照することによって図から推測することもでき、例えば、ＩｎＧａＡｓ合金の特性は、三元合金に見出されるＩｎの百分率に応じて、ＧａＡｓとＩｎＡｓとの間の線によって表わされる。
【０００９】
Ｇｅ又はＧａＡｓ基板を仮定した場合における、所定の原子間隔を有するエピタキシャル層と関連した格子不整合の量を、以下の表１に記載する。
表１
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【００１０】
太陽電池における隣接する半導体層の間の格子定数の不整合は、結晶の欠陥又は転位をもたらし、これが次いで、開回路電圧、短絡電流及び曲線因子として知られる望ましくない現象によって、光起電力効率の低下を引き起こす。
エネルギー変換効率、すなわち、太陽電池上への入射光子の所定の量又は束によって生成される電力量は、光電流及び光電圧と呼ばれる、結果として得られる電流及び電圧によって測定される。集まった光電流の流れは、半導体デバイスの各太陽電池の接合部が電流整合される場合、換言すれば、多接合型デバイスにおける各太陽電池サブセルの電気的特性は各サブセルによって生成された電流が同じである場合に、改善することができる。
【００１１】
多接合型太陽電池デバイスにおいて、デバイス内の個々のサブセルは、電気的に直列接続されるので、サブセル間の電流整合は、太陽電池の全体的な効率にとって極めて重要である。直列電気回路において、回路を通って流れる電流全体は、回路内の個々のセルのいずれか１つの最小の電流能力に制限される。電流整合とは、本質的には、（ｉ）セルの接合部を形成するのに用いられる様々な半導体材料の相対的なバンドギャップ・エネルギー吸収能力、及び、（ｉｉ）多接合型デバイスにおける各半導体セルの厚さの両方を特定し制御することによって（製造プロセスを制御することによって）、各セルの電流能力を等しくすることである。
【００１２】
光電流とは対照的に、各半導体セルによって生成される光電圧は付加的なものであり、好ましくは、電力吸収の僅かな増加（例えば、一連の徐々に低減するバンドギャップ・エネルギー）を与えるようにマルチセル太陽電池内の各半導体セルを選択し、太陽電池の全出力、具体的には電圧、出力を改善することが好ましい。
【００１３】
製造中にこれらのパラメータを制御することは、多数の材料及び材料化合物の中から最も適した材料構造を適切に選択することである。しかしながら、これらの従来技術の太陽電池層は格子不整合であることが多く、このことは、１パーセント未満のような僅かな不整合であっても、光起電力の品質悪化及び効率低下をもたらし得る。さらに、格子整合が達成された場合でも、これらの従来技術の太陽電池が、所望の光電圧出力を得られないことが多い。この低効率は、少なくとも部分的には、各半導体セルをゲルマニウム（Ｇｅ）又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板などの、基板に一般的に用いられる好ましい材料に、格子整合させる難しさが原因である。
【００１４】
上述のように、各々の連続した接合部は、僅かにより小さいバンドギャップでエネルギーを吸収し、太陽エネルギーのフルスペクトルをより効率的に変換することが好ましい。この点で、太陽電池は、バンドギャップ・エネルギーの降順で積層される。しかしながら、上記の好ましい基板材料と同じ格子定数を有する既知の半導体材料の選択、及びこれに対応するバンドギャップが限定されていることが、高い変換効率及び妥当な製造歩留りを有する多接合型太陽電池の設計及び製造を難問にし続けている。
【００１５】
太陽電池の物理的又は構造的設計は、特に、太陽スペクトルのカバー範囲を増大させる多接合型構造体において、太陽電池の性能及び変換効率を高めることもできる。太陽電池は、通常、ｎ型層とｐ型層の間にホモ接合を形成することによって製造される。デバイスの太陽に向いた側の接合部の薄い一番上の層はエミッタと呼ばれる。相対的に厚い底部層はベースと呼ばれる。しかしながら、従来の多接合型太陽電池構造体と関連した１つの問題は、多接合型太陽電池構造体におけるホモ接合中間太陽電池に関する比較的低い性能である。ホモ接合太陽電池の性能は、典型的には、ホモ接合デバイスでは低い、エミッタの材料品質によって制限される。低い材料品質は、通常、表面パシベーションの不良、層間の格子不整合、及び／又は、選択された材料の狭いバンドギャップなどの要因を含む。
【００１６】
上下に垂直に積層された多数のサブセルを含む多接合型太陽電池構造体は、増大した範囲の太陽スペクトルを吸収する。しかしながら、バンドギャップの工学及び格子整合のみによって多接合型太陽電池構造体のデバイス効率を上げることは、ますます困難であることが分かっている。
従来のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池は、典型的には、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のような種々の化合物半導体材料を用いて、ＵＶから８９０ｎｍまでの吸収スペクトルのカバー範囲を増大させる。例えば、電池構造体にゲルマニウム（Ｇｅ）接合部を用いると、吸収範囲が拡がる（すなわち、１８００ｎｍまで）。従って、半導体化合物材料の適切な選択により、太陽電池の性能を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第６，１４７，２９６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２５７４０５号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｃｈａｏ−Ｇａｎｇ  Ｌｏｕ他著、「Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ」、Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．１、２００６年
【非特許文献２】Ｍ．Ｍａｚｚｅｒ他著、「Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ」、Ｖｏｌｕｍｅｓ５１１−５１２、２００６年７月２６日
【非特許文献３】Ｓｅｔｈ  Ｈｕｂｂａｒｄ他著、「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｓｐａｃｅ  Ｐｏｗｅｒ」、Ｊ．Ｈａｎｏｐｈｏｔｏｎ．３（１）、０３１８８０、２００９年１０月３０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、光変換効率及び電流整合を改善するための、多接合型太陽電池構造体における改善に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、多接合型太陽電池における光変換効率の増大をもたらすことである。
本発明の別の目的は、中間セル内の格子不整合層及び中間セルのベースの下の分散型ブラッグ反射器層を用いることによって、多接合型太陽電池における電流の増大をもたらすことである。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、多接合型太陽電池の中間セル内に歪みバランス（ｓｔｒａｉｎ  ｂａｌａｎｃｅｄ）量子井戸構造体を設け、中間セルのベースの下に分散型ブラッグ反射器層を設けることである。
本発明のさらに別の目的は、多接合型太陽電池の中間セル内に量子ドット構造体を設けることである。
本発明のさらに別の目的は、中間セルの下の分散型ブラッグ反射器層に加えて、多接合型太陽電池の中間セル内に量子ドット構造体を設けることである。
【００２２】
簡単に大まかに言うと、本発明は、
インジウムガリウムリンで構成された上部サブセルと、
上部サブセルに直接隣接して配置され、これに格子整合され、インジウムガリウムリンで構成されたエミッタ層と、エミッタ層に格子整合されたインジウムガリウムヒ素で構成されたベース層と、エミッタ層とベース層の間に配置されたより低いバンドギャップ層を形成する（すなわち、「より低いバンドギャップ層」は、エミッタ層及びベース層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する）、異なる格子定数を有する一連の第１及び第２の異なる半導体層とを含み、かつ、第１の光生成電流を生成する、第２のサブセルと、
第２のサブセルのベース層の下に、これに隣接して配置され、それぞれの屈折率が不連続である格子整合材料の複数の交互層で構成された分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層と、
を含み、交互層間の屈折率の差異は、所定の反射率を達成するのに必要な周期数を最小にするように最大にされ、
第２のサブセルに格子整合され、ゲルマニウムで構成され、分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層に隣接して配置され、かつ、第１の光生成電流の量と実質的に等しい第２の光生成電流を生成する、下部サブセルと、
が設けられた多接合型光起電力セルを提供する。
【００２３】
別の態様において、ＤＢＲ層は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層で構成された第１のＤＢＲ層と、第１のＤＢＲ層の上に配置され、ｐ型ＩｎＡｌＰ層で構成された第２のＤＢＲ層とを含む。
別の態様において、ＤＢＲ層は、ｐ型ＡｌxＧａ1-XＡｓ層で構成された第１のＤＢＲ層と、第１のＤＢＲ層の上に配置され、ｙがｘより大きい、すなわち０＜ｘ＜ｙ＜１であるものとして、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層で構成された第２のＤＢＲ層とを含む。
【００２４】
別の態様において、ＤＢＲ層の交互層の厚さは、ＤＢＲの反射率ピークの中心が、デバイスの中間サブセルの真性層内に形成された低バンドギャップ層の吸収波長と共鳴するように設計される。
別の態様において、ＤＢＲ層における周期数は、反射率ピークの振幅を決定し、低バンドギャップ層における電流生成を最適化するように選択される。
別の態様において、ＤＢＲ層における周期数は、５乃至５０周期の交互材料対の範囲内である。
【００２５】
別の態様において、一連の交互の第１及び第２の半導体層の平均格子定数は、基板の格子定数とほぼ等しい。
別の態様において、一連の第１及び第２の異なる半導体層は、内部に複数の量子井戸又は量子ドットを有する真性領域を形成する。
【００２６】
別の態様において、一連の第１及び第２の異なる半導体層は、それぞれ圧縮歪み付与層及び引張歪み付与層を含む。
別の態様において、一連の第１及び第２の異なる半導体層の平均歪みは、ほぼゼロに等しい。
【００２７】
別の態様において、第１及び第２の半導体層の各々は、約１００乃至３００オングストロームの厚さである。
別の態様において、より低いバンドギャップ層の第１の半導体層はＩｎＧａＡｓを含み、より低いバンドギャップ層における第２の半導体層はＧａＡｓＰを含む。
【００２８】
別の態様において、低バンドギャップ層の各ＩｎＧａＡｓ層内のインジウムの百分率は、ＱＷについては１０乃至３０％の範囲であり、ＱＤについては最大１００％である。
別の態様において、上部サブセルは、第１の電流より約４％乃至５％少ない電流を生成するような厚さを有する。
【００２９】
本発明の付加的な目的、利点、及び新規な特徴は、以下の詳細な説明を含む開示から、並びに、本発明を実施することによって、当業者には明らかになるであろう。本発明は、好ましい実施形態に関して説明されるが、本発明は、それに限定されるものではないことを理解すべきである。本明細書における教示を利用できる当業者であれば、開示され、特許請求される本発明の範囲内であり、本発明が役立つ、他の分野における付加的な用途、修正、及び実施形態を認識するであろう。
【００３０】
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付図面と併せて考慮したときに、以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解され、より十分に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術において周知の多接合型太陽電池の例である。
【図２】図１における多接合型太陽電池の光変換又は量子効率曲線である。
【図３】本開示の第１の実施形態による多接合型太陽電池の例である。
【図４】本開示の第２の実施形態による多接合型太陽電池の例である。
【図５】本開示の第３の実施形態による多接合型太陽電池の例である。
【図６】図１及び別の構造体と比較した、図３の多接合型太陽電池についての光変換又は量子効率曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ここで、その例示的な態様及び実施形態を含めて本発明の詳細を説明する。図面及び以下の説明を参照するときに、同様の参照番号は、同様の又は機能的に類似した要素を識別するために用いられ、高度に単純化された方法で例示的な実施形態の主要な特徴を例証することが意図される。さらに、図面は、実際の実施形態のあらゆる特徴を示すことを意図したものでも、又は描かれる要素の相対的寸法を示すことも意図したものでもなく、縮尺通りに描かれてはいない。
【００３３】
図１は、底部サブセルＡ（３０５）と、中間サブセルＢ（３０７）と、上部サブセルＣ（３０９）とを含み、太陽電池の積層体として形成された、従来技術において周知の典型的な多接合型太陽電池３０３の例を示す。サブセルＡ、Ｂ及びＣは、上下に堆積された一連の半導体層を含む。多接合型太陽電池３０３内の各サブセルは、それぞれの波長範囲にわたる活性領域において光を吸収する。太陽電池サブセルのベース層とエミッタ層との間の光活性領域又は接合部は、各サブセルにおいて破線で示される。太陽電池構造体についての量子効率曲線が、図２に示される。通常動作の下では、図１に示される多接合型太陽電池の全体的効率は、１サン、エアマス０（ＡＭ０）の照度条件の下で、約２９．５％に接近し得る。
【００３４】
各サブセルの活性領域は、等しい量の電流を生成するものではない。典型的には、中間サブセルＢが生成する光電流が最も少ない。宇宙（ＡＭ０）用途においては、放射線障害が懸念され、中間サブセルは上部サブセルより放射線障害の影響を受けやすいので、上部サブセルＣは、中間サブセルＢより約４−５％少ない電流を生成し、かつ、底部サブセルＡより約３０％少ない電流を生成するように設計される。その後、高放射線環境における１５年乃至２０年の使用にわたって、中間サブセルＢが受ける放射線障害は、デバイス性能を低下させ、中間サブセルＢ及び上部サブセルＣはほぼ等しい電流を生成するようになり得る。従って、デバイス寿命の大部分において、上部サブセルＣは、中間サブセルＢ及び底部サブセルＡにより生成される電流の最大量を制限するように働く。
しかしながら、地上用途（海面、ＡＭ１）においては、太陽電池は、放射線障害を受けず、上部セルをより低電流で設計する必要はない。
【００３５】
図１は、全体的な多接合型セルの効率の増大をもたらすために、中間サブセル３０７が修正された多接合型太陽電池デバイス３０３の特定の例を示す。各々の破線は、サブセルのベース層とエミッタ層との間の活性領域の接合部を示す。
【００３６】
図１の図示例に示されるように、底部サブセル３０５は、ベース層としても働くｐ型ゲルマニウム（「Ｇｅ」）で形成された基板３１２を含む。ベース層３１２の底部上に形成されたコンタクト・パッド３１３は、多接合型太陽電池３０３への電気接点を与える。底部サブセル３０５は、例えば、高濃度ドープされたｎ型Ｇｅエミッタ層３１４と、ｎ型インジウムガリウムヒ素（「ＩｎＧａＡｓ」）核生成層３１６とをさらに含む。核生成層は、ベース層３１２の上に堆積され、エミッタ層は、Ｇｅ基板内への堆積物の拡散により、基板内に形成され、それによってｎ型Ｇｅ層３１４が形成される。高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）及び高濃度ドープされたｎ型ガリウムヒ素（「ＧａＡｓ」）のトンネル接合層３１８、３１７を核生成層３１６の上に堆積させて、底部サブセルと中間サブセルとの間に低抵抗の経路をもたらすことができる。
【００３７】
図１の図示例において、中間サブセル３０７は、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ｂｕｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ」）層３２０と、ｐ型ＩｎＧａＡｓベース層３２２と、高濃度ドープされたｎ型インジウムガリウムリン（「ＩｎＧａＰ2」）エミッタ層３２４と、高濃度ドープされたｎ型インジウムアルミニウムリン（「ＡｌＩｎＰ2」）ウィンドウ層３２６とを含む。中間サブセル３０７のＩｎＧａＡｓベース層３２２は、例えば、約１．５％のインジウムを含むことができる。他の組成を同様に用いることもできる。ベース層３２２は、ＢＳＦ層が底部サブセル３０５のトンネル接合層３１８の上に堆積された後、ＢＳＦ層３２０の上に形成される。
【００３８】
従来技術の１つの実施形態において、歪みバランス多重量子井戸構造体３２３により構成された真性層が、中間サブセルＢのベース層３２２とエミッタ層３２４との間に形成される。歪みバランス量子井戸構造体３２３は、圧縮歪み付与（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｌｙ  ｓｔｒａｉｎｅｄ）ＩｎＧａＡｓと、引張歪み付与（ｔｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ  ｓｔｒａｉｎｅｄ）ガリウムヒ素リン（「ＧａＡｓＰ」）の交互層から形成された一連の量子井戸層を含む。歪みバランス多重量子井戸構造体は、非特許文献１及び非特許文献２から周知である。
【００３９】
代替的な例において、圧縮歪み付与ＩｎＧａＡｓ及び引張歪み付与ガリウムヒ素を含む歪みバランス多重量子井戸構造体３２３を、ベース層３２２又はエミッタ層３２４のいずれかとして設けることができる。
歪みバランス構造体に加えて、メタモルフィック構造体を同様に用いることもできる。
【００４０】
ＢＳＦ層３２０は、中間サブセル３０７における再結合損失を低減させるために設けられる。ＢＳＦ層３２０は、裏面付近の高濃度ドープ領域から少数キャリアを追い出し、再結合損失の影響を最小にする。従って、ＢＳＦ層３２０は、太陽電池の裏面における再結合損失を低減させ、それによりベース層／ＢＳＦ層の界面における再結合を低減させる。ウィンドウ層３２６は、エミッタ層が歪みバランス量子井戸構造体３２３上に堆積された後に、中間サブセルＢのエミッタ層３２４上に堆積される。中間サブセルＢにおけるウィンドウ層３２６もまた再結合損失の低減を助け、下にある接合部の電池表面のパシベーションを改善する。上部セルＣの層を堆積する前に、中間サブセルＢの上に高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2及びｐ型ＩｎＧａＰ2トンネル接合層３２７、３２８を堆積させることができる。
【００４１】
図示例において、上部サブセル３０９は、高濃度ドープされたｐ型インジウムガリウムアルミニウムリン（「ＩｎＧａＡｌＰ」）ＢＳＦ層３３０と、ｐ型ＩｎＧａＰ2ベース層３３２と、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＧａＰ2エミッタ層３３４と、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2ウィンドウ層３３６とを含む。上部サブセル３０９のベース層３３２は、ＢＳＦ層３３０が中間サブセル３０７のトンネル接合層３２８の上に形成された後で、ＢＳＦ層３３０の上に堆積される。ウィンドウ層３３６は、エミッタ層３３４がベース層３３２の上に形成された後で、上部サブセルのエミッタ層３３４の上に堆積される。キャップ層３３８は、上部サブセル３０９のウィンドウ層３３６の上に堆積し、別個のコンタクト領域内にパターン形成することができる。キャップ層３３８は、上部サブセル３０９から金属グリッド層３４０への電気接点として働く。ドープされたキャップ層３３８は、例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓ層などの半導体層とすることができる。反射防止コーティング３４２を、キャップ層３３８のコンタクト領域間のウィンドウ層３３６の表面上に設けることもできる。
【００４２】
図示例において、歪みバランス量子井戸構造体３２３は、中間サブセル３０７の空乏領域内に形成され、約３ミクロン（ｍｍ）の全厚を有する。異なる厚さを同様に用いることもできる。代替的に、中間サブセル３０７は、ベース層３２２とエミッタ層３２４との間に介在する層なしに、歪みバランス量子井戸構造体３２３を、ベース層３２２又はエミッタ層３２４のいずれかとして組み込むことができる。歪みバランス量子井戸構造体は、１つ又はそれ以上の量子井戸を含むことができる。図１の例に示されるように、量子井戸は、圧縮歪み付与ＩｎＧａＡｓと、引張歪み付与ＧａＡｓＰの交互層から形成することができる。構造体内の個々の量子井戸は、各々がＩｎＧａＡｓより広いエネルギーバンド・ギャップを有する、ＧａＡｓＰの２つの障壁層の間に設けられたＩｎＧａＡｓの井戸層を含む。ＩｎＧａＡｓ層は、格子定数が基板３１２の格子定数と比べて大きいため、圧力歪みが付与される。ＧａＳａＰ層は、格子定数が基板３１２と比べて小さいため、張力歪みが付与される。「歪みバランス」状態は、量子井戸構造体の平均歪みがほぼゼロにほぼ等しいときに生じる。歪みバランスは、多接合型太陽電池層がエピタキシャル成長されたときに、量子井戸構造体にほとんど応力がないことを確実にする。層間に応力がないことは、他の場合にはデバイス性能に悪影響を与える、結晶構造における転位の形成を防ぐ助けとなり得る。例えば、量子井戸構造体３２３の圧縮歪み付与ＩｎＧａＡｓ井戸層は、引張歪み付与ＧａＡｓＰ障壁層によって歪みのバランスをとることができる。
【００４３】
量子井戸構造体３２３はまた、基板３１２に格子整合することもできる。換言すれば、量子井戸構造体は、基板３１２の格子定数とほぼ等しい平均格子定数を有することができる。量子井戸構造体３２３を基板３１２に格子整合することは、転位の形成をさらに低減させ、デバイス性能を改善することができる。代替的に、量子井戸構造体３２３の平均格子定数は、中間サブセル３０７内の母材の格子定数を維持するように設計することができる。例えば、量子井戸構造体３２３は、ＡｌＧａＡｓのＢＳＦ層３２０の格子定数を維持する平均格子定数を有するように製造することができる。このように、転移が中間セル３０７に対して導入されない。しかしながら、中間セルの格子定数が基板３１２に整合されていない場合、デバイス全体３０３は、格子不整合のままであり得る。量子井戸構造体３２３内の個々のＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＰ層の厚さ及び組成は、歪みの平衡を達成し、結晶転位の形成を最小にするように調整することができる。例えば、ＩｎＧａＡｓ及びＧａＡｓＰ層は、それぞれ約１００−３００オングストローム（Ｄ）の厚さを有するように形成することができる。歪みバランス量子井戸構造体３２３内に、合計１００から３００までの間のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸を形成することができる。より多い又はより少ない量子井戸を同様に用いることもできる。さらに、ＩｎＧａＡｓ層内のインジウムの濃度は、１０−３０％の間で変化し得る。
【００４４】
さらに、量子井戸構造体３２３は、中間サブセル３０７に吸収される波長の範囲を広げることができる。図１の多接合型太陽電池の近似量子効率曲線の例が、図２に示される。図２の例に示されるように、底部セル３０５についての吸収スペクトルは８９０−１６００ｎｍの間に広がり、中間サブセル３０７の吸収スペクトルは、６６０−１０００ｎｍの間に広がり、底部サブセルの吸収スペクトルと重なり、上部サブセル３０９の吸収スペクトルは３００−６６０ｎｍの間に広がる。中間及び底部サブセルの吸収スペクトルの重なり部分内に位置する波長を有する入射光子は、底部サブセル３０５に到達する前に、中間サブセル３０７に吸収され得る。結果として、中間サブセル３０７によって生成される光電流は、他の場合には底部サブセル３０５における過電流となる電流の一部を利用することによって増大させることができる。換言すれば、中間サブセル３０７によって生成される光生成電流密度は増大し得る。量子井戸構造体３２３内の層の合計数及び各層の厚さに応じて、底部サブセル３０５の光生成電流密度と整合するように、中間サブセル３０７の光生成電流（ｐｈｏｔｏ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）の密度を増大させることができる。
【００４５】
次に、上部サブセル３０９により生成された電流を増大させることにより、多接合型太陽電池により生成された全体の電流を上昇させることができる。付加的な電流は、上部サブセル内のｐ型ＩｎＧａＰ2ベース層３３２の厚さを増大させることによって、上部サブセル３０９により生成することができる。厚さを増大させることにより、付加的な光子を吸収することが可能になり、それによって付加的な電流の生成がもたらされる。宇宙すなわちＡＭ０用途においては、上部サブセル３０９の厚さの増大により、上部サブセル３０９と中間サブセル３０７との間の電流生成において約４−５％の差異が維持されることが好ましい。ＡＭ１すなわち地上用途においては、上部セル及び中間セルの電流生成は、一致するように選択することができる。
【００４６】
結果として、中間サブセル３０７内への歪みバランス量子井戸の導入及び上部サブセル３０９の厚さの増大の両方とも、全体的な多接合型太陽電池の電流生成を増大させ、全体的な光子変換効率全体の改善を可能にする。さらに、電流の増大は、多接合型太陽電池の両端にかかる電圧を著しく低減させることなく達成することができる。
【００４７】
図２は、図１の多接合型太陽電池についての光変換又は量子効率曲線である。参照文字Ｒで示される領域は、中間セルについてのＱＥ曲線の延長部であり、比較的低い量子効率の幾らかより高い波長の光が、領域Ｒの中間サブセルにおいて吸収され、一方、はるかに大量のより高い波長の光が、底部サブセルにおいて変換されることを示す。さらに、例えば、２接合タンデム型太陽電池における類似の効果を示す、特許文献１の図３を参照されたい。
【００４８】
量子ドット（ＱＤ）層又は量子井戸（ＱＷ）層で構成された低バンドギャップ領域が、多接合型ＩＩＩ−Ｖ族太陽電池におけるサブセルの吸収スペクトルを修正し、最適化するように提案された。ＱＤ及びＱＷは、周囲のマトリクスより低いバンドギャップを有するこの半導体層で構成され、これは、キャリアの一次元（ＱＷの場合）又は三次元（ＱＤの場合）の閉じ込めをもたらす、電子及び正孔のトラップを提供する。これらの層は、これらが組み込まれるサブセルの吸収スペクトルを広げ、それにより、そのサブセルの短絡電流密度（Ｊｓｃ）が増大される。
【００４９】
本開示を提案する前に、ＱＤ又はＱＷを用いて太陽電池の効率を改善しようとする様々な試みが行われたが、決定的な効率の改善は報告されていない。ＱＤ及びＱＷを用いて改善された多接合型デバイスを実現する最大の障害は、より低いバンドギャップ層が、歪みの影響のために結晶内に欠陥を導入し、かつ、サブセルのバンドギャップ全体も低減させることである。これら両方の結果とも、デバイスの開回路電圧（Ｖｏｃ）の低下をもたらし、これがＪｓｃにおける改善を相殺するので、効率の純益がなく、ＱＤ又はＱＷを用いない太陽電池と比べて、効率が低下することが多い。
【００５０】
本開示は、Ｖｏｃ損失定数を保持しながら、Ｊｓｃの改善を潜在的に２倍にするように、ＱＤ又はＱＷと共にブラッグ反射器を提供する。ブラッグ反射器は、どちらもブラッグ反射器の設計中に設計することができる何らかの中心波長及び何らかの帯域幅を有する光を選択的に反射する交互材料層の超格子で構成されるモノリシックＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスにおいて十分理解されている。ＱＤ及びＱＷを含むサブセルのベースにおけるブラッグ反射器は、関心のある波長領域の光を反射し、第２の通過においては光がそのサブセルを通って戻るように設計し、それにより、ＱＤ又はＱＷにより生成される電流を２倍にする一方で、ブラッグ反射器のない類似のデバイスと比較して、欠陥密度を増大させることも、サブセルの全体的なバンドギャップを低下させることもない。
【００５１】
図３は、全体的な多接合型セルの効率の増大をもたらすように、中間サブセル３０７が修正された、多接合型太陽電池デバイス３０３の第１の実施形態を示す。図３に示されるように、底部サブセル３０５は、図１に説明されたものと同一である、基板３１２と、他の層３１４、３１６、３１７及び３１８とを含み、従って、こうした層の説明はここでは繰り返さない。
【００５２】
図３の図示例において、中間サブセル３０７は、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０を含む。背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０の上には、分散型ブラッグ反射器層３２１がある。本開示のこの第１の実施形態において、分散型ブラッグ反射器（「ＤＢＲ」）層３２１は、中間サブセルのベース層内に形成され、異なる屈折率を有するが、ガリウムヒ素／アルミニウムヒ素又はガリウムヒ素／アルミニウムガリウムヒ素などの、基板に密接に格子整合された半導体材料の交互層によって構成される。他の材料組成を同様に用いることもできる。交互層の厚さは、ＤＢＲの反射率ピークの中心が、デバイスの中間サブセル３０７の真性層内に形成された中間バンドギャップ層３２３の吸収波長と共鳴するように設計される。ＤＢＲ層３２１における周期数は、反射率ピークの振幅を決定し、かつ、中間バンドギャップ層における電流生成を最適化するように選択される。層の数は、典型的には、５乃至５０周期の交互材料対の範囲内とすることができる。
【００５３】
図３の図示例において、ベース層３２２が、ＤＢＲ層３２１の上に形成され、ＩｎＧａＡｓで構成される。中間サブセル３０７のＩｎＧａＡｓベース層３２２は、例えば、約１．５％のＩｎを含むことができる。他の組成を同様に用いることもできる。
【００５４】
歪みバランス多重量子井戸又は量子ドット層構造体３２３によって構成された真性層が、中間サブセルＢのベース層３２２とエミッタ層３２４との間に形成される。歪みバランス多重量子井戸構造体３２３は、圧縮歪み付与ＩｎＧａＡｓと、引張歪み付与ガリウムヒ素リン（「ＧａＡｓＰ」）の交互層から形成された一連の量子井戸層を含む。歪みバランス量子ドット層構造体は、圧縮歪み付与ＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓ及び引張歪み付与ガリウムリン（「ＧａＰ」）又はＧａＡｓＰの交互層から形成された一連の量子ドット層を含む。歪みバランス量子井戸構造体は、非特許文献１及び非特許文献２から知られている。歪みバランス量子ドット構造体は、非特許文献３から知られている。
【００５５】
真性層３２３の上には、ｎ型インジウムガリウムリン（「ＩｎＧａＰ2」）エミッタ層３２４が堆積され、続いてｎ型インジウムアルミニウムリン（「ＡｌＩｎＰ2」）ウィンドウ層３２６が堆積される。他の組成を用いることもできる。
【００５６】
図１の構造体と同様に、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2及びｐ型ＩｎＧａＰ2トンネル接合層３２７、３２８を、中間サブセルＢのウィンドウ層３２６の上に堆積することができる。上部サブセル３０９は、高濃度ドープされたｐ型インジウムガリウムアルミニウムリン（「ＩｎＧａＡｌＰ」）ＢＳＦ層３３０と、ｐ型ＩｎＧａＰ2ベース層３３２と、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＧａＰ2エミッタ層３３４と、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2ウィンドウ層３３６とを含む。上部サブセル３０９のベース層３３２は、ＢＳＦ層３３０が中間サブセル３０７のトンネル接合層３２８の上に形成された後で、ＢＳＦ層３３０の上に堆積される。ウィンドウ層３３６は、エミッタ層３３４がベース層３３２の上に形成された後で、上部サブセルのエミッタ層３３４の上に堆積される。キャップ層３３８を、上部サブセル３０９のウィンドウ層３３６の上に堆積し、別個のコンタクト領域内にパターン形成することができる。キャップ層３３８は、上部サブセル３０９から金属グリッド層３４０への電気接点として働く。ドープされたキャップ層３３８は、例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓ層などの半導体層とすることができる。反射防止コーティング３４２を、キャップ層３３８のコンタクト領域間のウィンドウ層３３６の表面上に設けることもできる。
【００５７】
図４は、本開示による多接合型太陽電池の第２の実施形態である。図４に示されるように、底部セル３０５は、図１に説明されたものと同一である、基板３１２と、他の層３１４、３１６、３１７及び３１８とを含み、従って、そうした層についての説明はここでは繰り返さない。
【００５８】
図４の図示例において、中間サブセル３０７は、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０を含む。背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０の下には、分散型ブラッグ反射器層３１９があり、これはトンネルダイオード３１７／３１８のすぐ上に形成される。本開示のこの第２の実施形態において、分散型ブラッグ反射器（「ＤＢＲ」）層３１９は、図３に関連して説明されたものと実質的に同一であり、従って、ＤＢＲ層の説明はここでは繰り返さない。
【００５９】
図４の図示例において、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０が、ＤＲＢ層３１９の上に形成される。背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０の上には、ベース層３２２が形成され、このベース層３２２はＩｎＧａＡｓで構成される。
【００６０】
図４に示されるように、中間サブセル３０７は、図３に説明されたものと同一である層３２３、３２４及び３２６を含み、従って、そうした層の説明はここでは繰り返さない。図３の構造体と同様に、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2及びｐ型ＩｎＧａＰ2のトンネル接合層３２７、３２８を、中間サブセルＢのウィンドウ層３２６の上に堆積することができる。上部サブセル３０９は、図３に説明したものと同一である層３３０乃至３３８を含み、従って、そうした層及び金属グリッド３４０の説明はここでは繰り返さない。
【００６１】
図５は、本開示による多接合型太陽電池の第３の実施形態である。図５に示されるように、底部サブセル３０５は、図１に説明されたものと同一である、基板３１２と、他の層３１４及び３１６とを含み、従って、そうした層の説明はここでは繰り返さない。
【００６２】
図５の実施形態において、分散型ブラッグ反射器（「ＤＢＲ」）層３１９は、核生成層３１６のすぐ上に堆積される。ＤＢＲ層３１９は、図４に関連して説明されたものと実質的に同一であり、従って、ＤＢＲ層の説明はここでは繰り返さない。
【００６３】
高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）及び高濃度ドープされたｎ型ガリウムヒ素（「ＧａＡｓ」）トンネル接合層３１８、３１７をＤＢＲ層３１９の上に堆積し、底部サブセルと中間サブセルとの間に低抵抗の経路を設けることができる。
【００６４】
図５の図示例において、中間サブセル３０７は、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０を含む。図５の図示例において、高濃度ドープされたｐ型アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０は、上部トンネル接合層３１７の上に形成される。背面電界（「ＢＳＦ」）層３２０の上にはベース層３２２が形成され、このベース層３２２はＩｎＧａＡｓで構成される。
【００６５】
図５に示されるように、中間サブセル３０７は、図３に説明されたものと同一である層３２３、３２４及び３２６を含み、従って、そうした層についての説明はここでは繰り返さない。図３の構造体と同様に、高濃度ドープされたｎ型ＩｎＡｌＰ2及びｐ型ＩｎＧａＰ2トンネル接合層３２７、３２８を、中間サブセルＢのウィンドウ層３２６の上に堆積させることができる。上部サブセル３０９は、図３に説明されたものと同一である層３３０乃至３３８を含み、そうした層及び金属グリッドの説明はここでは繰り返さない。
【００６６】
図６は、他の関連する多接合型太陽電池構造体と比較した、図３の多接合型太陽電池についての光変換又は量子効率曲線のグラフである。「セル１」とマーク付けされた量子効率曲線は、特許文献２の図１に示されたものと実質的に類似した多接合型太陽電池、すなわち、量子井戸／量子ドット層も、分散型ブラッグ反射器層も有していない３接合型太陽電池である。「セル２」とマーク付けされた量子効率曲線は、本出願の図１に示されたものと類似した多接合型太陽電池、すなわち、中間層内に量子ドット層を有する３接合型太陽電池である。より長い波長領域において、セルにおける効率の増大があることに留意されたい。「セル３」とマーク付けされた量子効率曲線は、本出願の図３に示されたものと類似した多接合型太陽電池である。ＤＢＲ層の反射率は、長波長カットオフの肩部付近に集中する。これは、分布の肩部付近で、セル２の曲線と比較するとＱＤ応答に対して強い増大を与える。ＤＢＲがもはや効率的ではない、より高い波長においては、セル及びセル３を表わす曲線は互いに近づく。
【００６７】
示される実施において、特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物が、太陽電池構造体の様々な層に用いられる。しかしながら、多接合型太陽電池構造体は、周期表に列挙されるＩＩＩ族からＶ族までの元素の他の組み合わせによって形成することができ、ここで、ＩＩＩ族は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔｉ）を含み、ＩＶ族は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、Ｖ族は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００６８】
上記の議論では、様々な層の材料及び厚さの特定の例を述べるが、他の実施では、異なる材料及び厚さを用いることができる。また、本発明の範囲から逸脱することなく、多接合型太陽電池構造体３０３内に付加的な層を付加すること又は幾つかの層を除去することもできる。場合によっては、多接合型太陽電池構造体３０３の層の上に、バイパスダイオードなどの集積デバイスを形成することができる。
本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができる。従って、他の実施も特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００６９】
３０３：多接合型太陽電池デバイス
３０５：底部サブセル
３０７：中間サブセル
３０９：上部サブセル
３１２、３２２、３３２：ベース層
３１３：コンタクト・パッド
３１４、３２４、３３４：エミッタ層
３１６：核生成層
３１７、３１８、３２７、３２８：トンネル接合層
３１９、３２１：分散型ブラッグ反射器（「ＤＢＲ」）層
３２０、３３０：背面電界（ＢＳＦ）層
３２３：多重量子井戸構造体
３２６、３３６：ウィンドウ層
３３８：キャップ層
３４０：金属グリッド層
３４２：反射防止コーティング
【図１】
2014132657.tif 000004
【図２】
2014132657.tif 000005
【図３】
2014132657.tif 000006
【図４】
2014132657.tif 000007
【図５】
2014132657.tif 000008
【図６】
2014132657.tif 000009
【外国語明細書】
2014132657000001.pdf