(57)【要約】      （修正有）【課題】高い電気変換効率性及び性能を有するオプトエレクトロニクス素子を提供する。【解決手段】オプトエレクトロニクス素子は光起電力セルを含む。光起電力セルは、空間電荷領域と、準中性領域と、少なくとも部分的にセルの準中性領域に位置付けされ、エミッタ層又はベース層において改善された電荷キャリアトランスポート特性を有する直接隣接する半導体層よりの低いバンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層又はトランスポート（ＩＴ）層とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力セルを含むオプトエレクトロニクス素子であって、前記光起電力セルは、
空間電荷領域と、
準中性領域と、
少なくとも部分的に前記セルの前記準中性領域に位置付けされる低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層、又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層と
を含む、オプトエレクトロニクス素子。
【請求項２】
前記ＬＢＡＲ層は、前記セルの直接隣接する半導体層よりも、及び/又は前記セルの２つの直接隣接する半導体層よりも、低いバンドギャップを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記ＩＴ層が、直接隣接する光生成層の組成、及び/又は前記２つの直接隣接する光生成層のいずれかの組成を有する交換層よりも高い収集された光生成電流密度を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項４】
前記ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、全体的に前記セルの前記準中性領域に位置付けされるか、又は前記セルの、部分的に前記準中性領域に、かつ部分的に前記空間電荷領域に位置付けされる、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
前記セルがさらにエミッタ層又はベース層を含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、少なくとも部分的に前記エミッタ層又は前記ベース層の前記準中性領域に位置付けされる、請求項１から３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項６】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層により前記セルの機能層全体が形成され、前記機能層はエミッタ層、ベース層、ウィンドウ層、又は裏面電界（ＢＳＦ）層を含む、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、アルミニウムを含まず、又は実質的にアルミニウムを含まず、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、アルミニウムを含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項８】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、前記層に存在するＩＩＩ族元素の全量に対し１５モルパーセント以下のアルミニウムを含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項９】
前記セルはさらにエミッタ層とベース層とを含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、前記層に存在するＩＩＩ族元素の全量に対し１５モルパーセント以下のアルミニウムを含み、前記エミッタ層に位置付けされるか、又は前記エミッタ層全体からなり、前記ベース層は、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、第１バンドギャップと、前記光起電力セルの平均格子定数に対し第１の歪み量とを有する第１層の種類の一又は複数の層を含み、さらに、前記第１バンドギャップよりも大きい第２バンドギャップと、第２の歪み量とを有する第２層の種類の一又は複数の層を含み、前記第２層の種類の前記層が前記第１層の種類の前記層に対し引張歪み状態にあり、前記第１層の種類の前記層の歪みと、前記第２層の種類の前記層の歪みとはバランスがとれているため、いずれの種類の前記層もシュードモルフィックのままであり、約１０６ｃｍ−２よりも低い液晶欠陥の面密度を有するコヒーレント格子構造が保持される、請求項１に記載の素子。
【請求項１１】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は窒素を含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、窒素を含まず、又は実質的に窒素を含まず、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項１２】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は窒素を含み、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は非ゼロの窒素含有量を含み、前記直接隣接する半導体層は、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも高いバンドギャップと、前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層よりも低いモルパーセントの窒素とを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項１３】
前記セルはさらに、
エミッタ層と、
前記エミッタ層よりも高いバンドギャップを有するベース層と
を含み、窒素を含むＬＢＡＲ層は前記エミッタ層に配置され、前記ベース層は、前記ＬＢＡＲ層よりも低い窒素含有量を有し、ＩＴ層を形成する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記セルはさらに、
ベース層と、
前記ベース層よりも高いバンドギャップを有するエミッタ層と
を含み、窒素を含むＬＢＡＲ層は前記ベース層に配置され、前記ＬＢＡＲ層よりも高いバンドギャップと前記ＬＢＡＲ層よりも低い窒素含有量とを有するエミッタ層はＩＴ層を形成する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１５】
前記ＬＢＡＲ層又は前記ＩＴ層は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂのうちの一又は複数を含む、請求項１に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してオプトエレクトロニクス素子に関し、さらに具体的には、単接合及び多接合ソーラーセル、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有する光起電力セル、及び格子接合したソーラーセル、及びメタモルフィックソーラーセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光起電力素子又はソーラーセルは、光起電力効果によって太陽光を電気エネルギーに変換することができる素子である。多接合ソーラーセル等のソーラーセルは、サブセルとも呼ばれる一又は複数の構成光起電力セルを有することができる。このような構成光起電力セル、又はサブセルを直列接続して多接合ソーラーセルを形成することができるが、例えば並列、又は直並列接続の組み合わせ等、その他の電気構成でも接続することができる。
【０００３】
公害、エネルギー安全保障、及び限られた利用可能な資源に関する懸念により、ソーラーセルへの関心が高まっている。この関心は、地球及び宇宙への用途の両方に対するものである。宇宙の用途においては、ソーラーセルは４０年を超える年月において使用されてきており、より効率性の高いソーラーセルの開発によりペイロード能力を向上させることが可能になる。地球の用途においては、太陽光を電気へ変換するソーラーセルの効率性を高めることによって、所定の電力出力に要する収集エリアが縮小し、これにより、ワット数毎のコストが減り、地球の光起電力システムのコストパフォーマンスが上がる。
【０００４】
光起電力システムの電力生成能力のワット毎にかかるコストのために、これらのシステムを地球の用途に幅広く使うことができない。効率を上げることによって、すべてのエリア関連の電気生成システムの構成要素（例：セルエリア、モジュール又はコレクタエリア、支持構造、及びランドエリア）が削減されるため、システムの電力出力に要する太陽光の電気への変換効率は通常、地球のＰＶシステムにとって非常に重要である。例えば、太陽光をソーラーセル上に約２〜２０００倍に集光する集光式ソーラーセルシステムにおいては、効率性の向上により通常、高価な集光装置を含むエリアが削減される。ソーラーセルの効率を上げることはシステムのレベルに大幅に影響し、ドル毎ワット（ドル／ワット）比はシステムレベルに適用される典型的な性能指数である。衛星において、太陽パネルは全システムコストの＜１０％を占めるため、ソーラーセルの効率が相対的に既存の技術の生成効率を３％上回ると、コスト削減となる。太陽光受光機のコストが全システムコストのごく一部である、地球の集光式太陽電力システムにおいても同じことが言える。
【０００５】
上記セルの電力出力を増加するために、異なるエネルギーバンドギャップを有する複数のサブセル又は層を積み重ね、これにより、各サブセル又は層が太陽光の広いエネルギー分布のうちの異なる部分を吸収することができるようになる。サブセルに吸収される各光子は、サブセルの半導体材料のバンドギャップの増加に伴い上昇するサブセルの作動電圧で収集される一単位の電荷に相当するため、この多接合（ＭＪ）ソーラーセルと呼ばれる構成は有利である。出力電力は電圧と電流の生成物であり、理想的な効率性を有するソーラーセルは多数のサブセルを有し、各サブセルはそのセルのバンドギャップよりわずかに大きいエネルギーの光子のみを吸収する。
【０００６】
多接合ソーラーセルにおいてはしばしば、多接合セル内でサブセルを形成する半導体の層のバンドギャップを修正することが好ましく、これにより、サブセルが入射光、例えば宇宙及び地球の太陽スペクトルに応答する、サブセルの電圧及び波長の範囲が修正される。多接合セル内でサブセルを形成する層の特定のバンドギャップ及び厚さにより、サブセルの電圧、各サブセルの電流密度、サブセルの電流密度が直列に相互接続した多接合セルにおいて要望通りに相互に適合できるか否か、そしてより高い太陽光から電気への変換を実現するために、広い太陽スペクトルをサブセルのバンドギャップの組み合わせにより、どのように狭い波長範囲に分割するかが決定される。多接合ソーラーセルの設計における重大な技術的課題は、最適又はほぼ最適なサブセル層のバンドギャップの組み合わせをどのように実現するか、そしてサブセルが応答する望ましい波長範囲−多接合ソーラーセルの効率性を最大化するために、サブセルが有用に収集できる光生成電流を有する波長範囲をどのように実現するかということである。簡単に使用可能であり、例えば比較的一般的で安価な基板に格子整合し、寿命時間と可動性等の好ましい少数キャリア特性を有して成長可能である、又はセルの他の部分において望ましくないドーピング又は不純物が起きない半導体は多くの場合、太陽スペクトルを変換するのに最も好ましい多接合サブセルのバンドギャップの組み合わせが得られるバンドギャップを有さない。
【０００７】
通常の宇宙（ＡＭ０）及び地球（ＡＭ１．５Ｄｉｒｅｃｔ、又はＡＭ１．５Ｄ）の太陽スペクトル下での多接合セルの最適なサブセルのバンドギャップの組み合わせにおいて、上部セル、又はセル１（Ｃ１）とも呼ばれ、またサブセル１とも呼ばれる上方のサブセルの望ましいバンドギャップは多くの場合、上部セルがその上に成長するセル２（Ｃ２）の同じ格子定数においてＧａＩｎＰのバンドギャップよりも高い。したがって、セル１のバンドギャップを上げるためにＡｌＧａＩｎＰを使用することが望ましい。しかしながら、アルミニウム含有半導体は多くの場合、実際には寿命時間、可動性、及び、拡散距離等の少数キャリア特性が、アルミニウムを含まない半導体と比べて低下しており、この結果、アルミニウム含有ソーラーセル層からの電流の収集量が減少する。これは特に、上部セルのエミッタが、ｎ型のＡＩＧａＩｎＰから形成されている時に顕著である。したがって、少数キャリア特性及び電流の収集率が改善され、主要な吸収層がバンドギャップが高いＡｌＧａＩｎＰである上部セルで使用できるソーラーセル層が必要である。
【０００８】
加えて、多接合ソーラーセルにおいて、電荷キャリアが有用な方法を含めて光生成され、回収可能である層として本明細書において定義されるある光生成層は、ソーラーセルの他の設計制約により、吸収性が低くなっている。これらの吸収性が弱い構造において光生成を増加させること、したがってサブセル及び多接合セルの電流密度を上げることが好ましい。
【０００９】
光生成電流密度を上げる過去の方法には、バンドギャップの上の光の吸収が不十分な電流生成領域の厚さを増加させることが含まれる。しかしながら、多くの場合、ソーラーセルのバンドギャップを超える光子エネルギーを有する光の、ソーラーセルによる吸収はほぼ完全であるため、厚さの増加は電流に対しわずかな効果しかない、又は厚さのあるソーラーセル層からの光生成電荷キャリアの収集率が悪いため、電流の低下につながる可能性がある。別の方法は、ソーラーセルの電流生成領域を形成するために使用される半導体のバンドギャップを低くすることである。しかしながら、この方法もまたソーラーセルの電圧を低下させることになる。加えて、半導体の組成を変えることによるバンドギャップの低下により、多くの場合、結晶格子定数が変化し、ソーラーセルの他の層との格子不適合が大きくなり、格子不適合サブセルの望ましくない転位密度の増加につながりうる。
【００１０】
１）大量の電荷キャリアを光生成する半導体層、２）ソーラーセルにおいて光生成された少数電荷キャリアを収集しやすくして、有用な電流密度を形成する半導体層、３）エネルギーの変換効率をより向上させるために、さらに最適に近づいた多接合素子におけるサブセルのバンドギャップとサブセルの波長応答範囲、及び４）ソーラーセルの吸収性が弱い、又は吸収性が不完全な光生成層における光生成、及び有用に収集された電流を増加させる素子構造を有するソーラーセル及び他のオプトエレクトロニクス素子が必要である。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、ある実装態様において、１）電荷キャリアをより多く光生成し、２）光生成された電荷キャリアから電流密度をより多く収集し、３）多接合ソーラーセル及びほかのオプトエレクトロニクス素子のバンドギャップ及び波長応答範囲をより有利に組み合わせ、及び／又はわずかに吸収する光生成層からの電流密度を高める素子構造を提供する。このような素子の性能態様は、ソーラーセル又はほかのオプトエレクトロニクス素子において互いに強く作用しあうことが可能であり、本発明の素子構造はこのような有利な特徴の一又は複数を有する。したがって、ある場合には、本発明の素子は高い効率性及び性能を発揮する。
【００１２】
ある実装態様では、本明細書に記載する素子は無機半導体素子である。さらに、本明細書に記載する素子は、多接合光起電力素子等のフォトダイオード又は光起電力素子を含むことができる。
【００１３】
本発明によれば、ある実装態様において、一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層がソーラーセルの一又は複数の準中性領域に部分的に又は全体的に位置付けされているため、光生成電流の密度がより高くなる半導体素子が開示されている。本明細書での参照において、ＬＢＡＲ層は、直接隣接する２つの半導体層の一方あるいは両方よりも低いバンドギャップを有する吸収層である。ＬＢＡＲ層の低いバンドギャップは、様々な手段によって以下に詳細を記すように達成できる。加えて、本明細書での参照において、直接隣接する半導体層はある実装態様では、ＬＢＡＲ層と接触している、又はＬＢＡＲ層との接点を形成している。
【００１４】
本明細書での参照において、吸収層は、入射電磁放射線を吸収し、この結果、電子−正孔対、又は抽出可能な電荷キャリアを生成する層を含む。さらに、同業者も既知のように、準中性領域とは非空間電荷領域である。したがって、ある実装態様において、準中性領域は、空間電荷領域ではない半導体構造のエミッタ層及び／又はベース層内の領域を含む。さらに、同業者も既知のように、半導体構造の空間電荷領域の境界は、使用される一又は複数の半導体材料、材料のドーピングレベル、及び印加バイアス又は開回路電圧によって影響されうる。加えて、本明細書での参照において、エミッタ層はベース層の前、又は上にあり、これにより、エミッタ層は入射放射線により近い光生成層となる。
【００１５】
別の態様では、ある実装態様において、ソーラーセル又は光検知器などの半導体素子の一又は複数の準中性領域（一又は複数の非空間電荷領域）に部分的に又は全体的に一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層が位置付けされているため、高い電流密度、電圧、充填率、及び／又はエネルギー変換効率の半導体素子を実現する半導体構造が開示されている。本明細書での参照において、トランスポート（ＩＴ）層は、少数キャリアの寿命時間、少数キャリアの可動性、少数キャリアの拡散距離、多数キャリアの可動性、多数キャリアの伝導率、電場における電荷キャリア飽和速度、及び／又は収集光生成電流密度が、主要な光生成層、一又は複数の隣接する光生成層、一又は複数の隣接する光生成層と同じ組成を有する置換層、半導体素子のほかの多数の半導体層よりも高い層でありうる。本明細書での参照において、置換層は、半導体構造のＩＴ層を置換可能な仮想層を含む。例えば、ある実装態様において、ＩＴ層は、高い収集光生成電流密度などの直接隣接する光生成層と同じ組成を有する直接隣接する光生成層又は置換層よりも高い光生成電流密度を有する。ある実装態様において、ＩＴ層は、直接隣接する光生成層と同じ組成を有する直接隣接する光生成層又は置換層よりも長い少数キャリア拡散距離を有する。ある実装態様において、ＩＴ層は、直接隣接する光生成層と同じ組成を有する直接隣接する光生成層又は置換層は、高い水準の少数キャリアの寿命時間、及び／又は少数キャリアの可動性を有する。トランスポート特性の改善は、以下に詳細に記すように様々な手段で達成される。
【００１６】
別の態様では、本明細書に記載される一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層は、一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層でもある。本発明全体において、本明細書に記載されるとは、本願の開示において記載されているということである。
【００１７】
別の態様では、本明細書に記載する一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層は、一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層でもある。
【００１８】
したがって、ある場合には、本明細書に記載される素子のＬＢＡＲ層及びＩＴ層は同じ層である。あるいは、他の実装態様において、素子はＬＢＡＲ層及びＩＴ層を含み、ここでＬＢＡＲ層及びＩＴ層は異なる層である。
【００１９】
別の態様において、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、部分的にソーラーセルの準中性領域に位置付けされ、部分的に空間電荷領域に位置付けされている。別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、全体的にソーラーセルの準中性領域に位置付けされる。別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ソーラーセルのエミッタの準中性領域に部分的に又は全体的に位置付けされる。別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ソーラーセルのベースの準中性領域に部分的に又は全体的に位置付けされる。
【００２０】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ソーラーセル内の機能層の全部を形成する。本明細書での参照において、セルの機能層は、電荷キャリアを生成する、又は電荷キャリアの抽出を促進する層を含むことができる。例えば、ある実装態様において、機能層はエミッタ層、ベース層、ウィンドウ層、又は裏面電界（ＢＳＦ）層を含む。
【００２１】
別の態様において、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、以下の構成のうちの一つでソーラーセルのエミッタに位置付けされる。つまり、部分的にエミッタ準中性領域に、かつ部分的にエミッタ空間電荷領域に位置付けされるか、全体的にエミッタ準中性領域に位置付けされるか、又は全体的にエミッタ空間電荷領域に位置付けされる。ＬＢＡＲの厚さは、エミッタの合計厚さの０〜１００％の範囲であり、これを変化させて多接合セルの電流バランスに影響を及ぼすことができる。
【００２２】
別の態様において、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層はソーラーセルのエミッタ層全体を形成し、部分的にエミッタ層の準中性領域に、及び部分的にエミッタ層の空間電荷領域に位置付けされる。例えば、ある実装態様では、セルはさらに、ウィンドウ層、ＢＳＦ層、ベース層、及びエミッタ層を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、エミッタ層全体を形成し、ベース層とエミッタ層はウィンドウ層及びＢＳＦ層の間に配置される光吸収層を形成する。
【００２３】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、少なくとも一つのＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層が、所定のベースドーピングタイプ（ｎ型、ｐ型、又は真性）のベース層と接触するように、また一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層が、そのベースのドーピングタイプとは異なるドーピングタイプのエミッタ層の追加部分によってウィンドウ層から分離されるように、部分的にエミッタの準中性領域に位置付けされ、部分的にエミッタの空間電荷領域に位置付けされる。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層によりセルのエミッタ層の第１部分が形成され、セルはさらにウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、ベース層、及びエミッタ層の第２部分を含む。エミッタ層の第１部分は、ベース層と、エミッタ層の第２部分との間に配置される。エミッタ層の第１部分は、部分的にエミッタ層の空間電荷領域に位置付けされ、部分的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされる。
【００２４】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、部分的にエミッタの準中性領域に位置付けされ、部分的にエミッタの空間電荷領域に位置付けされており、エミッタの一部によってベース層から分離され、エミッタの追加部分によってウィンドウ層から分離されている。
【００２５】
別の態様では、少なくとも一つのＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層が、ウィンドウ層と接触し、エミッタの追加部分によってベース層から分離されるように、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、全体的にエミッタの準中性領域に位置付けされている。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのエミッタ層の第１部分が形成され、セルはさらにウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、ベース層、及びエミッタ層の第２部分を含む。エミッタ層の第２部分は、ベース層と、エミッタ層の第１部分との間に配置される。エミッタ層の第１部分はウィンドウ層に隣接している。エミッタ層の第１部分は、全体的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされている。
【００２６】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、全体的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされており、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、エミッタの第１追加部分によってベース層から分離され、エミッタの第２追加部分によってウィンドウ層から分離されている。
【００２７】
別の態様では、エミッタに対して高いバンドギャップを有する及び／又は厚さが縮小したベースを有するソーラーセルにおいて、エミッタ層が、ソーラーセルの主要な光子吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、及び好ましくは５０〜１００％がエミッタ層で起こるように、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層により全エミッタ領域が形成される。
【００２８】
ある実装態様では、エミッタ層は、セルの光子吸収体の全厚さの約５０〜１００％の厚さを有する。本明細書で参照する、いくつかの場合におけるセルの光子吸収体はエミッタ層と、セルに存在するすべてのベース層からなる。エミッタ層をセルのベース層よりも薄くすることも可能である。例えば、ある場合には、エミッタ層は、エミッタ層の厚さにベース層の厚さを加えた合計の最大約２０〜３０％の厚さを有する。ある実装態様において、エミッタ層は、エミッタ層の厚さにベース層の厚さを加えた合計の最大約１〜２０％の厚さを有する。
【００２９】
さらに、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層を含むエミッタは、部分的にソーラーセルの準中性領域に、部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。ＬＢＡＲの厚さは、ソーラーセルの光子吸収体の全厚さの５〜１００％の範囲であり、これを変化させて多接合セルの電流のバランスに影響を与えることができる。
【００３０】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層によりソーラーセルの全エミッタ領域が形成され、このエミッタ領域は、エミッタ層と、エミッタ層よりも高いバンドギャップを有する裏面電界（ＢＳＦ）層との間にｐ−ｎ接合部を含み、エミッタ層と同じ又はエミッタ層よりも低いバンドギャップを有するベース層（ゼロ厚さのベース層）はないが、ＢＳＦ層がエミッタとｐ−ｎ接合部を形成し、これによりエミッタ層が、エミッタ層からのソーラーセルの光生成電流密度が５０〜１００％及び好ましくは９０〜１００％である、ソーラーセルの主要な光子吸収領域となるため、ＢＳＦ層はベース層としての二重の役割を有するとも考えられる。一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にソーラーセルの準中性領域にあり、部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。
【００３１】
別の態様では、ソーラーセルは、ベース、ＢＳＦ、及びウィンドウ領域よりも低いバンドギャップを有し、エミッタにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、及び／又はエミッタにおいて一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（第１レベルのＬＢＡＲ）を形成し、第１レベルのＬＢＡＲよりも低いバンドギャップを有する低バンドギャップ吸収領域（第２レベルＬＢＡＲ）をさらに有するエミッタ層を含む。第２レベルのＬＢＡＲは、部分的にソーラーセルの空間電荷領域に、かつ部分的にソーラーセルの準中性領域にあるか、全体的に空間電荷領域内にあるか、又は全体的に準中性領域内にある。
【００３２】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、以下の構成のうちの一つでソーラーセルのエミッタに位置付けされる。つまり、部分的にベースの準中性領域に、且つ部分的にベースの空間電荷領域に位置付けされるか、全体的にベースの準中性領域に位置付けされるか、又は全体的にベースの空間電荷領域に位置付けされる。ＬＢＡＲの厚さは、ベースの全厚さの０〜１００％の範囲であり、これを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。
【００３３】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にベースの準中性領域、そして部分的にベースの空間電荷領域に位置付けされ、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層が所定のドーピングタイプ（ｎ型、ｐ型、又は真性）のエミッタ層と接触するように位置付けされ、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層がエミッタのドーピングタイプとは異なるドーピングタイプを有するベースの追加部分によって、裏面電界（ＢＳＦ）層と分離されるように位置付けされる。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、及びベース層の第２部分を含む。ベース層の第１部分は、エミッタ層と、ベース層の第２部分との間に配置される。ベース層の第２部分はＢＳＦ層に隣接し、ベース層の第１部分は部分的にベース層の空間電荷領域に、そして部分的にベース層の準中性領域に位置付けされる。
【００３４】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にベースの準中性領域、そして部分的にベースの空間電荷領域に位置付けされ、ベースの第１追加部分によってエミッタ層から分離され、ベースの第２追加部分によって裏面電界（ＢＳＦ）層から分離される。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、及びベース層の第３部分を含む。ベース層の第１部分は、ベース層の第２と第３部分の間に配置される。ベース層の第１部分は、部分的にベース層の空間電荷領域、そして部分的にベース層の準中性領域に位置付けされる。
【００３５】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、全体的にベースの準中性領域に位置付けされ、ベースの追加部分によってエミッタ層から分離され、少なくとも一つのＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層が裏面電界（ＢＳＦ）層と接触するように位置付けされる。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、及びベース層の第２部分を含む。ベース層の第１部分は、ＢＳＦ層と、ベース層の第２部分の間に配置される。ベース層の第２部分はエミッタ層に隣接し、ベース層の第１部分は全体的にベース層の準中性領域に位置付けされる。
【００３６】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、全体的にベースの準中性領域に位置付けされ、ベースの第１追加部分によってエミッタ層から分離され、ベースの第２追加部分によって裏面電界（ＢＳＦ）層から分離される。
【００３７】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層により、ベースに対し高いバンドギャップ及び／又は縮小された厚さを有するエミッタを有するソーラーセルの全ベース領域が形成され、これにより、ベース層は、ソーラーセルの主要な光子吸収領域となり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、又は好ましくは５０〜１００％がベース層からのものとなる。一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層を含むベースは、部分的にソーラーセルの準中性領域に、そして部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。ＬＢＡＲの厚さは、ソーラーセルの光子吸収体の全厚さの５〜１００％の範囲にあり、これを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。
【００３８】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層により、ソーラーセルの全ベース領域が形成され、ベース層と、ベース層よりも高いバンドギャップを有するウィンドウ層の間にｐ−ｎ接合部を含み、ベース層と同じ又はベース層よりも低いバンドギャップを有するエミッタ層（厚さゼロのエミッタ層）はないが、ウィンドウ層がベース層とｐ−ｎ接合部を形成し、これによりベース層が、ソーラーセルの光生成電流密度の５０〜１００％及び好ましくは９０〜１００％がベース層からのものである、ソーラーセルの主要な光子吸収領域となるため、ウィンドウ層はエミッタ層の二重の役割を有するとも考えられる。一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にソーラーセルの準中性領域に、そして部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。
【００３９】
別の態様では、ソーラーセルは、エミッタ、ウィンドウ、及びＢＳＦ領域よりも低いバンドギャップを有するベース層を含み、ベースにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有する、及び／又はベースにおいて一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（第１レベルのＬＢＡＲ）を形成し、第１レベルＬＢＡＲよりも低いバンドギャップを有する低バンドギャップ吸収領域（第２レベルのＬＢＡＲ）をさらに有するエミッタ層を含む。第２レベルのＬＢＡＲは、部分的にソーラーセルの空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、全体的に空間電荷領域内にあるか、又は全体的に準中性領域内にある。
【００４０】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、アルミニウム含有量がゼロ（アルミニウムフリー）である、又はアルミニウム含有量が低い一又は複数の半導体層を含み、ソーラーセルの主要な光生成領域は、有限の非ゼロのアルミニウム含有量を有し、低アルミニウム含有量は、ソーラーセルの主要な光生成領域、又は隣接する光生成領域、たとえばソーラーセルのベース又はエミッタのアルミニウム組成よりも低いアルミニウム組成を有するものとして定義される。例えば、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層はアルミニウムを含有しない、又は実質的に含有せず、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接している少なくとも一つの半導体層はアルミニウムを含有し、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する。ある実装態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、層に存在するグループＩＩＩ元素の合計量に対して約１５モルパーセント以下のアルミニウムを含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する。さらに、ある実装態様では、本明細書に記載する素子のセルがさらにエミッタ層及びベース層を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、層に存在するグループＩＩＩ元素の合計量に対して約１５モルパーセント以下のアルミニウムを含み、全体的にエミッタ層に位置付けされるか、又は全体的にエミッタ層からなる。加えて、ベース層は、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含有し、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する。
【００４１】
さらに、ある実装態様では、本明細書で記載するセルのＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、及びベース層の第３部分を含む。ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分と、ベース層の第３部分の間に配置される。ベース層の第２部分は、エミッタ層と隣接する。ベース層の第３部分は、ベース層の第１部分とＢＳＦ層の間に配置される。ベース層の第１部分は、全体的にベース層の準中性領域に位置付けされるか、全体的に空間電荷領域に位置付けされるか、又は部分的に準中性領域に、かつ部分的に空間電荷領域に位置付けされる。加えて、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分及び第３部分よりも低いモルパーセントのアルミニウム及び低いバンドギャップを有する。
【００４２】
本明細書での参照において、アルミニウムフリーの層には、アルミニウムが含まれていない、又は意図的にアルミニウムが添加されていない。実質的にアルミニウムフリーの層は、グループＩＩＩ元素の合計量に基づいて、約１原子パーセント以下のアルミニウム、約０．１原子パーセント以下のアルミニウム、又は約０．０１原子パーセント以下のアルミニウムを含むことができる。
【００４３】
別の態様では、アルミニウム含有量がゼロ、又は低い一又は複数のＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層により、ソーラーセルのエミッタの一部又は全体が形成され、ソーラーセルのベースは、有限な、非ゼロのアルミニウム含有量を有する。
【００４４】
別の態様では、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有するソーラーセルの全エミッタを形成する、アルミニウム含有量ゼロ（アルミニウムフリー）のＧａＩｎＰ層を含み、エミッタ組成にアルミニウム（Ａｌ）が存在しないため、エミッタはベースと比べて改善された電荷キャリアトランスポート特性と低いバンドギャップを有する。ＧａＩｎＰのエミッタ及びＡｌＧａＩｎＰのベースは秩序化されてもよく、無秩序化されてもよく、又はグループＩＩＩの副格子上で様々な秩序度を有することができる。
【００４５】
別の態様では、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有するソーラーセルの全エミッタを形成する、低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ層を含み、ＡｌＧａＩｎＰのエミッタ層は、ベースのアルミニウム組成に対して低いアルミニウム含有量を有し、ベースに比べてエミッタが改善された電荷キャリアトランスポート特性と、低いバンドギャップを有するのは、エミッタ組成のアルミニウム（Ａｌ）含有量が低いためである。低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのエミッタと、ＡｌＧａＩｎＰのベースは秩序化されてもよく、非秩序化されてもよく、又はグループＩＩＩの副格子上に様々な原子秩序度を有することができる。
【００４６】
別の態様では、アルミニウム含有量がゼロ又は低い一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層により、ソーラーセルのベースの一部又は全体が形成され、ソーラーセルのエミッタは、有限な、非ゼロのアルミニウム含有量を有する。
【００４７】
別の態様では、本願の開示において、アルミニウムフリーのＧａＩｎＰを使用するすべての半導体素子構造は、ソーラーセルの他の光生成層に対して低アルミニウム組成の低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのＩＴ層及び／又はＬＢＡＲ層を代わりに有する。
【００４８】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、グループＩＩＩの副格子の秩序度が高い、又は大きい、たとえば、ＧａＩｎＰのＧａ及びＩｎの秩序度、又はＡｌＧａＩｎＰのＡｌ、Ｇａ、及びＩｎの秩序度、及びグループＩＩＩの副格子の非秩序度が高く、高いバンドギャップを有する隣接領域に対して、低いバンドギャップを有する領域から形成される。本明細書での参照において、グループＩＩＩの副格子の秩序度が高い、又は大きい層は、グループＩＩＩの副格子の秩序度が低い層と比べ、同じ格子定数においてより低いバンドギャップを呈する。加えて、グループＩＩＩの副格子の秩序度が高い、又は大きい層は、グループＩＩＩの副格子の秩序度が低い層が示す秩序パラメータよりも高い秩序パラメータを呈する。例えば、約０．２未満の秩序パラメータを有する層は、グループＩＩＩ副格子の秩序度が比較的低いと見なすことができ、非秩序化されているということができる。約０．２以上の秩序パラメータを有する層はグループＩＩＩの副格子の秩序度が高いと見なすことができ、秩序化されているということができる。秩序パラメータの中間値もまた可能である。
【００４９】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、隣接する領域又は層に対し、たとえばＧａＡｓＳｂのＡｓ及びＳｂの秩序度等の、異なるグループＶ副格子秩序度を有する領域からできている。
【００５０】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、隣接する領域に対し、たとえばＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＶＩ、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ，ＩＩＩ−ＩＶ−ＶＩの半導体の秩序度等の、半導体におけるアニオン又はカチオン副格子秩序度が異なる領域から形成される。
【００５１】
別の態様では、ソーラーセルは、ＡｌＧａＩｎＰのベースと、エミッタ内にＬＢＡＲと改善されたトランスポート（ＩＴ）層とを形成するアルミニウムフリーのＧａＩｎＰのエミッタと、ウィンドウのバンドギャップが上がり、透明度が高くなるように、エミッタに対して引張歪み状態にある、高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウを合わせて含む。本明細書における、ＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量は、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウムの含有量が高いことを意味し、ＧａＩｎＰのエミッタは、ＡｌＧａＩｎＰのソーラーセルのベースに対し、格子整合し、歪みのない状態にある。
【００５２】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、たとえば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰＡｓ、又は低インジウム含有ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＰＡｓ領域などの低インジウム含有又はインジウム含有量がゼロである隣接領域又は隣接層に対し、高インジウム含有、引張歪み状態にある領域、たとえば高インジウム含有ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＰＡｓ領域又は層から形成される。
【００５３】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は交互に重なった圧縮歪み（圧縮）状態にある層と、引張歪み（引張）状態にある半導体層を含む歪みバランス構造に形成される。
【００５４】
別の態様では、歪みバランス構造の圧縮層は、隣接する引張層、たとえばＧａＰＡｓの引張（バリア）層と歪みバランスがとれているＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲよりも低いバンドギャップを有するＬＢＡＲである。
【００５５】
別の態様では、ソーラーセルは、ＡｌＧａＩｎＰのベースに対して圧縮歪み状態にあり、エミッタのＬＢＡＲ及び改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成するアルミニウムフリーのシュードモルフィックＧａＩｎＰのエミッタを有するＡｌＧａＩｎＰのベースを、ウィンドウのバンドギャップが上がり、透明度が高くなるように、エミッタに対して引張歪み状態にある、高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウとともに含む。本明細書における、ＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量は、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウム含有量が高いことを意味し、圧縮歪み状態にあるＧａＩｎＰのエミッタにより、ＡｌＩｎＰのウィンドウの引張歪みのバランスが保たれる。
【００５６】
別の態様では、ソーラーセルは、ＡｌＧａＩｎＰのベースを、ＡｌＧａＩｎＰのベースに対して圧縮歪み状態にあるシュードモルフィックＡｌＧａＩｎＰのエミッタであり、エミッタのバンドギャップがＡｌＧａＩｎＰのベースよりも低い、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ、又はＡｌＧａＩｎＰのベースよりも高くなるようにアルミニウム含有量が設定されるエミッタとともに、ウィンドウのバンドギャップが上がり、透明度が高くなるように、エミッタに対して引張歪み状態にある、高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウを合わせて含む。本明細書における、ＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量は、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウム含有量が高いことを意味し、圧縮歪み状態にあるＡｌＧａＩｎＰのエミッタにより、ＡｌＩｎＰのウィンドウの引張歪みのバランスが保たれる。
【００５７】
別の態様では、ソーラーセルは、層の形態であるＬＢＡＲ及び歪み補償領域（ＳＣＲ）を有するＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのベースを含む。ＬＢＡＲ又は歪み補償領域は、部分的にベースの空間電荷領域に、かつ部分的にベースの準中性領域にあるか、又は部分的にエミッタの空間電荷領域に、かつ部分的にエミッタの準中性領域にあるか、又はエミッタ及びベースの両方の、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的に空間電荷領域にある。セル構造に改善されたトランスポート（ＩＴ）層及び／又はＬＢＡＲ層を有する本明細書に記載されたすべての例は、ＬＢＡＲ及び歪み補償領域の組み合わせを代わりに使用することができる。
【００５８】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ヒ素又はアンチモン含有量が低い又はゼロの隣接する領域に対して、ヒ素又はアンチモン含有量が高く、圧縮歪み状態にある領域、例えば、高ヒ素含有ＧａＩｎＰＡｓ、又は高アンチモン含有ＧａＩｎＡｓＳｂ領域から形成される。
【００５９】
別の態様では、改善されたトランスポート（ＩＴ）層は、ソーラーセルのベース又はエミッタ内の又はソーラーセルのベース又はエミッタ全体の層などの、ソーラーセル内の他の層と同じ又は他の層よりも高い一又は複数のバンドギャップを有する。このようなソーラーセルのＩＴ層以外の他の層は、ソーラーセルの主要な光生成層を形成する、又はＩＴ層自体がソーラーセルの主要な光生成層を形成する。このようなソーラーセルのＩＴ層以外の他の層は、ＩＴ層に隣接している、又はＩＴ層から分離している。
【００６０】
別の態様では、改善されたトランスポート（ＩＴ）層は、エミッタ又はウィンドウの高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層に隣接し、圧縮歪み状態にある、ソーラーセルのエミッタ、ウィンドウ、又はベース層の高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層によって歪みバランスが保たれている、ソーラーセルのベースなどのソーラーセルのエミッタ又はウィンドウの他の部分に、及び／又は他の層に対して引張歪み状態にある、ソーラーセルのエミッタ又はウィンドウ層の高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層から形成される。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層のアルミニウム含有量は、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層のバンドギャップがＧａＩｎＰの第１層と同じ、ＧａＩｎＰの第１層よりも低い、又はＧａＩｎＰの第１層よりも高いものとなるように設定される。後者の場合、ＧａＩｎＰの第１層は隣接する層に対してＬＢＡＲを形成する。結合した高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層及び高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層はいずれもともにＩＴ層を形成し、両方の層のバンドギャップが、ソーラーセルのベース層及び／又はウィンドウ層内の、又はソーラーセルのベース層及び／又はウィンドウ層全体の層などの周囲のソーラーセル構造と同じ、周囲のソーラーセル構造よりも高い、又は周囲のソーラーセル構造よりも低くなるような組成を有する。歪みバランスが保たれたＩＴ層の両方の層のバンドギャップが、ベース層のバンドギャップと同じになる、又はベース層のバンドギャップよりも高くなるように選択される前者の場合には、歪みバランスが保たれるＩＴ層の比較的高いバンドギャップにより、低バンドギャップＩＴ層を有する場合に対してソーラーセルの電圧が上昇する。歪みバランスが保たれているＩＴ層の両方の層のバンドギャップがベース及び／又はウィンドウ層のバンドギャップよりも低い後者の場合には、結合したＩＴ層は、周囲のソーラーセルの層、たとえばソーラーセルのベースに対してＬＢＡＲを形成し、ソーラーセルの電流密度が増加する。この関係において、高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層とは、結果的に格子定数がベース層の格子定数よりも小さい、ソーラーセルの他の主要な光生成層よりも小さい、及び／又はソーラーセルの層の平均格子定数よりも小さいものとなるＧａ組成を有する層を指すものである。この関係において、高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層とは、結果的に格子定数がベース層の格子定数よりも大きい、ソーラーセルの他の主要な光生成層よりも大きい、及び／又はソーラーセルの層の平均格子定数よりも大きいものとなるＩｎ組成を有する層を指すものである。
【００６１】
特定の実装態様において、高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層、及び高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層は、第１層及び第２層のバンドギャップが同じ、あるいはほぼ同じであり、そしてこれらのバンドギャップがソーラーセルのベースの大半を形成する一又は複数の層のバンドギャップと同じ、ほぼ同じ、又はそれよりも高くなるような組成及び歪みレベルを有する。この実装態様において、ベースはＡｌＧａＩｎＰのベース層を有するように選択され、高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層がエミッタ内にあり、高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層のバンドギャップがＡｌＧａＩｎＰのベース層と同じ、又はほぼ同じになるようなＧａ組成及び引張歪み条件を有するように選択され、高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層がエミッタ内にあり、高ガリウム含有ＧａＩｎＰの第１層のバンドギャップがＧａＩｎＰの第１層、及びＡｌＧａＩｎＰのベース層と同じ、又はほぼ同じになるようなＩｎ組成、Ａｌ組成、及び圧縮歪み条件を有するように選択される。この関係において、ほぼ同じとは、ＧａＩｎＰの第１層、及びＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰの第２層が互いに０．０５０ｅＶ未満異なるバンドギャップを有すること、及び／又は第１層又は第２層が、ＡｌＧａＩｎＰのベースよりも０．０５０ｅＶだけ低いバンドギャップを有することを指す。
【００６２】
別の態様では、本明細書に記載した歪みバランスが保たれている高ガリウム含有ＧａＩｎＰ／高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＰのＩＴ層システムは、非限定的に、高ガリウム含有ＧａＩｎＡｓ／高インジウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓ、高ガリウム含有ＧａＩｎＡｓ／高インジウム含有ＧａＩｎＰＡｓ、高ガリウム含有ＧａＡｓＳｂ／高インジウム含有、又は高アンチモン含有ＡｌＧａＩｎＳｂ、高ガリウム含有ＧａＩｎＡｓ／高インジウム含有、又は高アンチモン含有ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、高ケイ素含有ＳｉＧｅ／低ケイ素含有ＳｉＧｅ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ／ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ／ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、  及びＳｉＧｅＳｎ／ＳｉＧｅＳｎ材料システムを含む、他の元素、材料システム、及び半導体を使用して実装される。
【００６３】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、非ゼロの希薄窒素含有量を有する領域、たとえば窒素含有量が０．０１〜１０％の範囲であり、半導体合金への窒素の組み込みによりバンドギャップが低下しているＧａＮＡｓ、ＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、ＧａＩｎＮＡｓ、又はＧａＩｎＮＡｓＳｂ領域から形成される。例えば、ある実装態様においては、本明細書に記載されるセルのＬＢＡＲ層又はＩＴ層は窒素を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は窒素を含まない、又は実質的に窒素を含まず、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する。ある実装態様では、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は窒素を含み、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は非ゼロ量の窒素を含み、直接隣接する半導体層はＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有し、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも低いモルパーセントの窒素を有する。さらに、ある実装態様では、本明細書に記載されるセルはさらに、エミッタ層と、エミッタ層よりも高いバンドギャップを有するベース層とを含み、窒素を含むＬＢＡＲ層はエミッタ層に配置され、ベース層はＬＢＡＲ層よりも低い窒素含有量を有し、ＩＴ層を形成する。他の場合において、本明細書に記載されるセルはベース層と、ベース層よりも高いバンドギャップを有するエミッタ層とを含み、窒素を含むＬＢＡＲ層はベース層に配置され、ＬＢＡＲ層よりも高いバンドギャップと低い窒素含有量を有するエミッタ層によりＩＴ層が形成される。
【００６４】
別の態様では、ソーラーセルは、窒素の組込みによりバンドギャップが低下したためにエミッタ内にＬＢＡＲが形成されている希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタ層と、エミッタに対し低い窒素含有量と高いバンドギャップを有し、ベース層に窒素が存在しない、又は窒素の濃度が低いために、ベースにおいて改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成されるＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベースを含む。
【００６５】
別の態様では、ソーラーセルは、窒素の組込みによりバンドギャップが低下しているためベース内にＬＢＡＲを形成している希薄窒化物含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベース層と、エミッタ層に窒素が存在しない、又は窒素の濃度が低いために、ベースに対し低い窒素含有量と高いバンドギャップを有し、エミッタ内に改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成されるＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタを含む。
【００６６】
別の態様では、ソーラーセルは、窒素の組込みによりバンドギャップが低下しているためにＬＢＡＲを形成している濃厚希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタ層を含み、エミッタ層はソーラーセルの主要な光子吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、好ましくは５０〜１００％がエミッタ層で起こり、任意でエミッタに対し低い窒素含有量と高いバンドギャップを有するＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベースを含む。
【００６７】
別の態様では、ソーラーセルは、ベース内に、窒素の組み込みによりバンドギャップが低下したためにベース内にＬＢＡＲを形成する希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）層を含み、追加のベース層とエミッタ層は、窒素が存在しない、又は窒素の濃度が低いために、ベースのＬＢＡＲ層に対し低い窒素含有量と高いバンドギャップを有し、ベース及びエミッタ内に改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成されるＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）からできている。
【００６８】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層は、高窒素含有、そして引張歪み状態にある領域、たとえば低窒素含有又は窒素含有量がゼロの隣接領域に対し０．０１〜１０％の範囲の窒素含有量を有する高窒素含有ＧａＮＡｓ、ＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、ＧａＩｎＮＡｓ、又はＧａＩｎＮＡｓＳｂ領域から形成される。
【００６９】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層は、隣接のＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＳｎ領域に対し低ケイ素含有量を有するＧｅ、ＳｉＧｅ、又はＳｉＧｅＳｎ領域から形成される。
【００７０】
別の態様では、歪みバランスが保たれている構造の引張層は、その間の圧縮層、たとえばその間にある高いバンドギャップを有する圧縮層で歪みバランスが保たれているＧａＮＡｓのＬＢＡＲよりもバンドギャップが低いＬＢＡＲである。
【００７１】
別の態様では、歪みバランスが保たれている構造の圧縮及び引張層はいずれも、歪みバランスが保たれている構造を囲む領域よりもバンドギャップが低いため、圧縮及び引張層はいずれも、歪みバランスが保たれている構造全体の厚さとともにＬＢＡＲの厚さに寄与し、たとえば、ＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）の低バンドギャップ圧縮層は、その間のＧａＮＡｓ（Ｓｂ）の低バンドギャップ引張層との歪みバランスが保たれており、ＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層とＧａＮＡｓ（Ｓｂ）層の厚さの合計と等しい厚さを有する幅広のＬＢＡＲを形成し、歪みバランスが保たれている構造に隣接するＧａＡｓ又はＧａＩｎＡｓの母材（例：ソーラーセルのベース又はエミッタの層）のバンドギャップよりも低いバンドギャップを有する。
【００７２】
別の態様では、ソーラーセルは、交互に配置された引張歪み状態にあるベースのＧａＮＡｓ（Ｓｂ）層と、圧縮歪み状態にあるベースのＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層を含み、これにより引張歪み層の歪みバランスが保たれ、引張層と圧縮層の両方の層がＧａＡs又は低インジウム含有ＧａＩｎＡｓのベース層よりも低いバンドギャップを有し、ベースの引張状態のＧａＮＡｓ（Ｓｂ）と圧縮状態のＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層の両方の層においてＬＢＡＲを形成し、一つには窒素が存在しないため、圧縮ＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層において、改善されたトランスポート（ＩＴ）層をさらに形成する。
【００７３】
別の態様では、ＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層は、ソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層の半導体組成、たとえば主要な光生成層における二元（ｎ＝２）、三元（ｎ＝３）、四元（ｎ＝４）、五元（ｎ＝５）の半導体組成、又はｎ＝６以上である半導体組成のソーラーセルのベース又はエミッタの層等のソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層の半導体組成に対して単一元素を除去した、削減した、追加した又は増加させたソーラーセルのエミッタ及び／又はウィンドウ層の半導体層であり、ここでｎは、一又は複数の主要な光生成層の半導体組成の異なる元素の数である。
【００７４】
別の態様では、ＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層は、ソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層の半導体組成、たとえば主要な光生成層における二元（ｎ＝２）、三元（ｎ＝３）、四元（ｎ＝４）、五元（ｎ＝５）の半導体組成、又はｎ＝６以上である半導体組成のソーラーセルのベース又はエミッタの層等のソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層の半導体組成に対して２以上の元素を除去した、削減した、追加した又は増加させたソーラーセルのエミッタ及び／又はウィンドウ層の半導体層であり、ここでｎは、一又は複数の主要な光生成層の半導体組成の異なる元素の数である。
【００７５】
別の態様では、ＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層は、それ自体の半導体組成に窒素を含むソーラーセルのベース、真性領域、又は空間電荷領域の一又は複数の窒素含有層に対し、全く窒素を含まない、又は窒素含有量が削減されたエミッタ又はウィンドウからなる。特定の実装態様では、一又は複数の窒素含有層は、ソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層を含む。特定の実装態様では、ベース領域、真性領域、又は空間電荷領域層は、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂからできており、エミッタ及び／又はウィンドウ層は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、  ＧａＡｓＳｂ、又はＧａＩｎＡｓＳｂからできている。
【００７６】
別の態様では、ＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層は、それ自体の半導体組成に窒素を含む、ソーラーセルのウィンドウ、エミッタ、真性領域、又は空間電荷領域の一又は複数の窒素含有層に対し、窒素を含まない、又は窒素含有量が削減されたベース、裏面電界（ＢＳＦ）層、裏面ヘテロ接合層からなる。特定の実装態様では、一又は複数の窒素含有層には、ソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層が含まれる。特定の実装態様では、エミッタ領域、真性領域、又は空間電荷領域層は、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂからなり、ベース、裏面電界（ＢＳＦ）層、及び／又は裏面ヘテロ接合層は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、又はＧａＩｎＡｓＳｂからなる。
【００７７】
別の態様では、ＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層は、それ自体の半導体組成に窒素を含む、ソーラーセルのウィンドウ、エミッタ、ベース、裏面電界（ＢＳＦ）層又は裏面ヘテロ接合層の一又は複数の窒素含有層に対し、窒素を含まない、又は窒素含有量が削減された真性領域又は空間電荷領域層からなる。特定の実装態様では、一又は複数の窒素含有層には、ソーラーセルの一又は複数の主要な光生成層が含まれる。特定の実装態様では、真性領域、又は空間電荷領域層は、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂからなり、ウィンドウ、エミッタ、ベース、裏面電界（ＢＳＦ）層、及び／又は裏面ヘテロ接合層は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、又はＧａＩｎＡｓＳｂからなる。
【００７８】
好ましい実装態様では、一又は複数の窒素含有層の窒素組成は、０．１〜１０％の窒素、さらに好ましくは０．２〜５％の窒素、そしてまたさらに好ましくは０．５〜３％の窒素となるように選択される。
【００７９】
さらに別の実装態様では、一又は複数の窒素含有層の窒素組成は、４５〜５０％の窒素、さらに好ましくは、４９〜５０％の窒素、またさらに好ましくは５０％の窒素となるように選択され、これにより、窒素はたとえばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ半導体などのような半導体のＶ族元素の成分全体を形成する。
【００８０】
別の態様では、ソーラーセルは、エミッタ及び／又はベースにアルミニウムを含まないＧａ（Ｉｎ）Ａｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層を有するＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓのベースを含み、これによりＬＢＡＲ層及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成され、ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層にアルミニウム（Ａｌ）が含まれていない、又はアルミニウム（Ａｌ）の濃度が低いことから改善された電荷キャリアトランスポート特性が得られる。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にベースの空間電荷領域に、かつ部分的にベースの準中性領域にあるか、又は部分的にエミッタの空間電荷領域に、かつ部分的にエミッタの準中性領域にあるか、又はエミッタ及びベース両方の、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的に空間電荷領域にある。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、たとえば厚さはエミッタの合計厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さにベースの厚さを足した合計厚さの０％（エミッタなしの場合）から１００％（すべてエミッタの場合）まで変化させることができる。一般に、ＬＢＡＲ層及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載されたいかなる構成を有していてもよい。
【００８１】
別の態様では、ソーラーセルは、エミッタ及び／又はベースにリンを含まないＧａ（Ｉｎ）Ａｓ、又は低リン含有Ｇａ（Ｉｎ）ＰＡｓ層を有するＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓのベースを含み、これにより、ＬＢＡＲ及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成され、ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層にリン（Ｐ）が含まれていない、又はリン（Ｐ）の濃度が低いことから改善された電荷キャリアトランスポート特性が得られる。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にベースの空間電荷領域に、かつ部分的にベースの準中性領域にあるか、又はエミッタの、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又はエミッタ及びベース両方の、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的に空間電荷領域にある。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、たとえば厚さはエミッタの合計厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さにベースの厚さを足した合計厚さの０％（エミッタなしの場合）から１００％（すべてエミッタの場合）まで変化させることができる。一般に、ＬＢＡＲ層及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載されたいかなる構成を有していてもよい。
【００８２】
別の態様では、ソーラーセルは、Ｇａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）Ａｓのベースを含み、エミッタ及び／又はベースにアンチモン含有Ｇａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）ＡｓＳｂ層を有することにより、ＬＢＡＲ及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成され、ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層にアンチモン（Ｓｂ）が存在することから、又はＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層の成長中に改善された電荷キャリアトランスポート特性が得られる。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、部分的にベースの空間電荷領域に、かつ部分的にベースの準中性領域にあるか、又は部分的にエミッタの空間電荷領域に、かつ部分的にエミッタの準中性領域にあるか、又はエミッタ及びベース両方の、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的に空間電荷領域にある。ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、たとえば厚さはエミッタの全厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さにベースの厚さを足した全厚さの０％（エミッタなしの場合）から１００％（すべてエミッタの場合）まで変化させることができる。一般に、ＬＢＡＲ層及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載されたいかなる構成を有していてもよい。
【００８３】
別の態様では、本明細書に記載される改善されたトランスポート（ＩＴ）層は、部分的に又は全体的にソーラーセルの空間電荷領域内に位置付けされる。この構成においては、改善された電荷キャリア可動性、電荷キャリアの再結合寿命時間、及び／又は化学組成から生じる電場における電荷キャリアの飽和速度、副格子の秩序度、歪み状態、ＩＴ層に存在する低濃度の結晶欠陥、及び／又は結晶欠陥の種類により、ソーラーセルの空間電荷領域におけるキャリアの輸送を促進し、ソーラーセルの効率性が上がった結果、ソーラーセルの電流密度、電圧、及び／又はフィルファクタが増加する。
【００８４】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲの材料バンドギャップは、ソーラーセル、又はほかのオプトエレクトロニクス素子の大部分の光生成又は光吸収材料の材料バンドギャップ、又は一又は複数のＬＢＡＲに隣接する一又は複数の層の材料バンドギャップよりも０〜５０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）小さい。
【００８５】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲの材料バンドギャップは、ソーラーセル、又はほかのオプトエレクトロニクス素子の大部分の光生成又は光吸収材料の材料バンドギャップ、又は一又は複数のＬＢＡＲに隣接する一又は複数の層の材料バンドギャップよりも５０〜１５０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）小さい。
【００８６】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲの材料バンドギャップは、ソーラーセル、又はほかのオプトエレクトロニクス素子の大部分の光生成又は光吸収材料の材料バンドギャップ、又は一又は複数のＬＢＡＲに隣接する一又は複数の層の材料バンドギャップよりも１５０〜３００ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）小さい。
【００８７】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲの材料バンドギャップは、ソーラーセル、又はほかのオプトエレクトロニクスデバイスの大部分の光生成又は光吸収材料の材料バンドギャップ、又は一又は複数のＬＢＡＲに隣接する一又は複数の層の材料バンドギャップよりも３００ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）を超える値小さい。
【００８８】
別の態様では、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層を、ソーラーセル構造に組み込まれた反射体構造とともにソーラーセルにおいて結合させることができ、反射体構造は、一又は複数のＬＢＡＲ、ＩＴ、又はほかのサブセル層に光を反射し返すことにより、光が吸収されソーラーセルにおいて有用な電流が生じる可能性が非ゼロとなる、及び／又はＬＢＡＲ、ＩＴ、又はほかのサブセル層に反射し返された後にソーラーセルの電圧が増加し、反射体構造は下記の種類、
半導体層の反射体を形成するソーラーセルの一又は複数の半導体層とは異なる屈折率を有する半導体層、
半導体のブラッグ反射体を形成する異なる屈折率を有する半導体層のスタック、
誘電層の反射体を形成する、ソーラーセルの一又は複数の半導体層とは異なる屈折率を有する誘電層、
誘電体のブラッグ反射体を形成する異なる屈折率を有する誘電層のスタック、
金属層、パターン化された金属領域、又はパターン化されていない導電性粒子、ナノワイヤ、又は領域、
複合半導体／金属層の反射体構造、
複合半導体／パターン化され、半導体材料に埋め込むことができる金属領域の反射体構造、
複合半導体／パターン化されていない導電性粒子、ナノワイヤ、又は領域の反射体構造であって、半導体材料に埋め込むことができる導電性粒子、ナノワイヤ、又は領域の反射体構造、
複合誘電／金属層の反射体構造、
複合誘電／パターン化された金属領域の反射体構造であって、誘電材料に埋め込むことができる金属領域の反射体構造、
複合誘電／パターン化されていない導電性粒子、ナノワイヤ、又は領域の反射体構造、及び
反射体構造の上記構成要素の組み合わせ
を含む反射体リストから選択される。
【００８９】
反射体構造は、反射体構造の下に位置付けされた多接合ソーラーセル構造のサブセルによって効率的に使用可能である光子エネルギーを有する光を効率的に伝達するように、又は、ＬＢＡＲ，又はＩＴ層、又は反射体構造の上のサブセルの他の部分が効率的に使用することができない光子エネルギーを有する光を効率的に伝達するように、又はこの両方を効率的に伝達するように設計される。
【００９０】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層と結合した本明細書に記載される反射体構造は、層を貫通する光の初期経路においてＬＢＡＲ又はＩＴ層によって完全には吸収されないが、ＬＢＡＲ又はＩＴ層の最低バンドギャップよりも大きい、又はＬＢＡＲ又はＩＴ層の最低バンドギャップよりも４ｋＴ以下（ｋはボルツマン定数であり、Ｔはソーラーセルの動作温度（単位：ケルビン）小さい光子エネルギーを有するソーラーセルに入射した光を反射することにより、光が吸収され、ソーラーセルにおいて有用な電流が生じる、及び／又は光が反射体構造から反射され、第２経路又はＬＢＡＲ又はＩＴ層を複数回通過した後にソーラーセルの電圧が増加する可能性が非ゼロとなる。
【００９１】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層と結合した本明細書に記載される反射体構造は、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層の電子又は正孔の放射再結合によって放射された光を反射し、これにより、放射された光子が一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層に反射して戻り、ＬＢＡＲ又はＩＴ層に再び吸収されて放射再結合の逆メカニズムである電子−正孔対の光生成の物理的メカニズムを通して電子−正孔対が発生し、ＬＢＡＲ又はＩＴ層において光子のリサイクルが増加し、この結果、電子−正孔の純再結合率が低下し、効率的な少数キャリアの再結合寿命時間が延び、電子及び正孔分裂の擬フェルミ順位が上がり、ソーラーセルの電圧と効率が上がる。
【００９２】
別の態様では、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅを含む好ましい材料リストから選択される半導体材料を含む。
【００９３】
別の態様では、歪み補償領域（ＳＣＲ）層等の本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層の間の層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、  ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅを含む好ましい材料リストから選択される半導体材料を含む。
【００９４】
別の態様では、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ベース層、エミッタ層、及び／又は主要な光生成層（光生成される電流密度が最大のソーラーセルの層）がＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅを含む好ましい材料リストから選択される半導体材料を含むソーラーセルで使用される。
【００９５】
別の態様では、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎ、ＳｉＧｅＳｎ、ＣＳｉＧｅＳｎ、ＺｎＯ、  ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、  ＣｕＩｎＳ、ＣｕＧａＩｎＳ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳＳｅを含む材料の拡張リストから選択される半導体材料を含む歪み補償領域（ＳＣＲ）層等のＬＢＡＲ又はＩＴ層の間の層を含む、あるいは、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ベース層、エミッタ層、及び／又は主要な光生成層（光生成される電流密度が最大のソーラーセルの層）がＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、  ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＮ、  ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、  ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎ、ＳｉＧｅＳｎ、  ＣＳｉＧｅＳｎ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＧａＩｎＳ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳＳｅを含む材料の拡張リストから選択される半導体材料を含むソーラーセルで使用される。
【００９６】
別の態様では、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、  ＡｌＮＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＩｎＮＡｓＳｂ、  ＡｌＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＮＰ、ＧａＮＰ、ＩｎＮＰ、  ＡｌＧａＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、  ＡｌＩｎＮＰ、ＡｌＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＰＡｓＳｂ、ＧａＰＡｓＳｂ、ＩｎＰＡｓＳｂ、  ＡｌＧａＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎ、ＳｉＧｅＳｎ、  ＣＳｉ、ＣＧｅ、ＣＳｎ、ＣＳｉＧｅ、ＣＧｅＳｎ、  ＣＳｉＳｎ、ＣＳｉＧｅＳｎ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｕＧａＳ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＧａＩｎＳ、ＣｕＧａＳｅ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳｅ、ＣｕＧａＳＳｅ、ＣｕＩｎＳＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳＳｅを含む材料の別の拡張リストから選択される半導体材料を含む歪み補償領域（ＳＣＲ）層等のＬＢＡＲ又はＩＴ層の間の層を含む、あるいは、本明細書に記載されるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、ベース層、エミッタ層、及び／又は主要な光生成層（光生成される電流密度が最大のソーラーセルの層）が、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、  ＡｌＮＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＩｎＮＡｓＳｂ、  ＡｌＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＮＰ、ＧａＮＰ、ＩｎＮＰ、  ＡｌＧａＮＰ、ＧａＩｎＮＰ、  ＡｌＩｎＮＰ、ＡｌＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＰＡｓＳｂ、ＧａＰ��ｓＳｂ、ＩｎＰＡｓＳｂ、  ＡｌＧａＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＰＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎ、ＳｉＧｅＳｎ、  ＣＳｉ、ＣＧｅ、ＣＳｎ、ＣＳｉＧｅ、ＣＧｅＳｎ、  ＣＳｉＳｎ、ＣＳｉＧｅＳｎ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＣｕＧａＳ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＧａＩｎＳ、ＣｕＧａＳｅ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳｅ、ＣｕＧａＳＳｅ、ＣｕＩｎＳＳｅ、ＣｕＧａＩｎＳＳｅを含む材料の別の拡張リストから選択される半導体材料を含むソーラーセルで使用される。
【００９７】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む本明細書に記載されるセルは、多接合ソーラーセル内のサブセルを形成する。
【００９８】
別の態様では、一又は複数のＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む本明細書に記載されるセルは、サブセル間に一又は複数のトンネル接合部を有する多接合ソーラーセル内にサブセルを形成し、多接合セルのサブセル間に任意で、多接合セルのサブセルとサブセルの間に反転式メタモルフィック（ＩＭＭ）及び／又は直立式メタモルフィック（ＵＭＭ）セルの段階的なバッファ層、誘電／金属結合層、半導体結合層を有する。
【００９９】
別の態様では、ＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む、本明細書に記載されるセルは、二接合ソーラーセル、三接合ソーラーセル、四接合ソーラーセル、五接合ソーラーセル、六接合ソーラーセル、七接合ソーラーセル、又は八接合ソーラーセル内に少なくとも一つのサブセルを形成する。別の態様では、ＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む、本明細書に記載されるセルは、九以上の接合の多接合ソーラーセル内に少なくとも一つのサブセルを形成する。
【０１００】
別の態様では、ＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む、本明細書に記載される多接合ソーラーセルは、図３４〜３６に記載された好ましいサブセルの半導体組成及び／又はバンドギャップを有するサブセルを含む。34-36
【０１０１】
別の態様では、本明細書に記載される多接合ソーラーセルは、１．７〜２．７ｅＶの好ましい範囲内から、又は１．８５〜２．３ｅＶのさらに好ましい範囲内から選択されるバンドギャップを有するベースを有する上部サブセル、又はセル１（Ｃ１）を含み、１．６〜２．２ｅＶの好ましい範囲内から、又は１．７５〜２．１ｅＶのさらに好ましい範囲内から選択されるバンドギャップを有する上部サブセルのエミッタを形成する結合されたＬＢＡＲ及びＩＴ層をさらに含む。
【０１０２】
別の態様では、ＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む本明細書に記載されるセルは、一又は複数の下記の種類のソーラーセル構造及び配向、すなわち、
太陽から離れる層の後に成長した太陽に向かう層、及び／又は低いバンドギャップを有するサブセルの後で成長した高バンドギャップサブセルを有する直立式エピタキシャル成長構造、
直立式格子整合（ＵＬＭ）多接合セル構造、
直立式メタモルフィック（ＵＭＭ）多接合セル構造、
太陽から離れる層の前に成長した太陽に向かう層、及び／又は低いバンドギャップを有するサブセルの前で成長した高バンドギャップサブセルを有する反転式エピタキシャル成長構造、
反転式格子整合（ＩＬＭ）多接合セル構造、
反転式メタモルフィック（ＩＭＭ）多接合セル構造、
半導体と半導体が結合している多接合セル構造、
誘電結合多接合セル構造、
金属結合多接合セル構造、
接着結合多接合セル構造、及び
ソーラーセルが任意に統合されているスペクトル分割システム
を有するサブセルを含む多接合ソーラーセル内にサブセルを形成する。
【０１０３】
別の態様では、ＬＢＡＲ又はＩＴ層を組み込む本明細書に記載されるセルは、一又は複数の下記の種類のソーラーセル相互接続構造、すなわち、
太陽から遠い層の後に成長させた通常のソーラーセルの動作において太陽に近い層を有する直立式エピタキシャル成長トンネル接合構造、
太陽から遠い層の前に成長させた通常のソーラーセルの動作において太陽に近い層を有する反転式エピタキシャル成長トンネル接合構造、
半導体と半導体が結合している接触面の相互接続構造、
誘電結合接触面の相互接続構造、
金属結合接触面の相互接続構造、
接着結合接触面の相互接続構造、
透明−導電性コーティング結合接触面の相互接続構造、
ハイブリッド誘電／金属結合接触面の相互接続構造、
ハイブリッド接着／金属結合接触面の相互接続構造、
ハイブリッド誘電／接着結合接触面の相互接続構造、及び
スペクトル分割システムにあるようなサブセル間の光集積化
を有するサブセルを含む多接合ソーラーセル内にサブセルを形成する。
【０１０４】
別の態様では、ほかのオプトエレクトロニクス素子が本明細書に記載されている。ある実装態様では、例えばオプトエレクトロニクス素子は光起電力セルを含み、光起電力セルは、空間電荷領域、準中性領域、空間電荷領域に少なくとも部分的に位置付けされるＬＢＡＲ層又はＩＴ層、第１バンドギャップと、セルの平均格子定数に対し第１の歪み量を有する第１層の種類の一又は複数の半導体層、及び第１バンドギャップよりも大きい第２バンドギャップと、第２の歪み量を有する第２層の種類の一又は複数の半導体層を含む。第２層の種類の層は、第１層の種類の層に対して引張歪み状態にあり、第１層の種類の層の歪みは、第２層の種類の層の歪みとバランスが保たれており、これにより、両方の層の種類の層はシュードモルフィックのままであり、約１０６ｃｍ−２よりも小さい結晶欠陥面積密度を有するコヒーレント格子構造が保たれる。他の実装態様では、オプトエレクトロニクス素子は、上述した構造を有する光起電力セルを含むが、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は少なくとも部分的に準中性領域に位置付けされる。
【０１０５】
さらに別の態様では、さらに別のオプトエレクトロニクス素子が本明細書に記載されている。ある実装態様では、例えば、オプトエレクトロニクス素子は光起電力セルを含み、光起電力セルは、空間電荷領域、準中性領域、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層、又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層、第１窒素含有量、第１インジウム又はアンチモン含有量、第１バンドギャップ、及び第１歪み値を有する第１層の種類の一又は複数の半導体層、及び第２窒素含有量、第２インジウム又はアンチモン含有量、第２バンドギャップ、及び第２歪み値を有する第２層の種類の一又は複数の半導体層を含む。第２窒素含有量はゼロ、実質的にゼロ、又は第１窒素含有量未満である。第２インジウム又はアンチモン含有量は、第１インジウム又はアンチモン含有量より大きい。第２バンドギャップは、インジウム含有量がゼロ、アンチモン含有量がゼロの交換層よりも低い。第２層の種類の層は、第１層の種類の層に対して圧縮歪み状態にあり、第１及び第２の歪み値は、第１及び第２層の種類の層はシュードモルフィックのままであり、約１０６ｃｍ−２よりも小さい結晶欠陥面積密度を有するコヒーレント格子構造が保たれるように歪みバランスが保たれている。
【０１０６】
加えて、ある実装態様では、セルはさらに、エミッタ層及びベース層からなる光子吸収領域を含み、ＬＢＡＲ層は一又は複数の第２層の種類の層と歪みバランスが保たれた一又は複数の第１層の種類の層からなり、第１層の種類のバンドギャップと、第２層の種類のバンドギャップは、光子吸収領域の少なくとも一つのほかの層のバンドギャップよりも低い。さらに、ある実装態様では、ＬＢＡＲ層は一又は複数の第２層の種類の層と歪みバランスが保たれた一又は複数の第１層の種類の層からなり、ＬＢＡＲ層はセルの全光子吸収領域、又は実質的に全光子吸収領域を形成する。
【０１０７】
本発明の一つの利点は、ある実装態様において、ソーラーセル及びほかのオプトエレクトロニクス素子の電荷キャリアの光生成を増加させることである。本発明の別の利点は、ある実装態様において、所定のソーラースペクトルにおけるソーラーセルの収集された光生成電流密度を増加させることである。別の利点は、ある実装態様において、少数キャリアの寿命時間、可動性、及び拡散距離などのソーラーセルの一又は複数の層の少数キャリアのトランスポート特性を改善し、ソーラーセルの短波長レスポンスを改善することである。さらに別の利点は、ある実装態様において、多数キャリアの可動性、及び導電性などのソーラーセルの一又は複数の層の多数キャリアのトランスポート特性を改善することである。別の利点は、ある実装態様において、上部セルのエミッタに関連する少数キャリア特性、及び短波長レスポンスを低下させることなく、多接合セルにおいてバンドギャップの広い上部サブセルを使用することが可能になることである。本発明の別の利点は、ある実装態様において、多接合ソーラーセルのエネルギー変換効率が上がることである。別の利点は、ある実装態様において、所定のサブセルの格子定数を維持しながら、多接合ソーラーセルの一又は複数のサブセルの有効バンドギャップを調整する方法が提供されることである。別の利点は、ある実装態様において、サブセルの有効バンドギャップの組み合わせと、ソーラースペクトルの有効バンドギャップの組み合わせとの整合性が改善され、ソーラーセルの効率が改善されることである。
【０１０８】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を実施例によって示す添付の図面と合わせて、下記のさらに詳細な実装態様の説明から明らかとなる。
【０１０９】
本明細書で参照する図面は、本明細書の一部を形成するものである。図面に示す特徴は、特に明記し、また特にこれに相反することが暗示されていない限り、本発明の実装態様のすべてではなくいくつかを示すものである。可能な限り、必ずしも同一ではないが、同じ又は同様の構成要素及び／又は特徴を表す図面全体において同じ参照番号が使用されている。しかしながら、簡潔にするために、参照番号、又は以前説明した機能を有する特徴は必ずしも、上記構成要素及び／又は特徴が示される他の図面に関連して説明されていない。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図４】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図５】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図６】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図７】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図８】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図９】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１０】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１１】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１２】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１３】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１４】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１５】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１６】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１７】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１８】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図１９】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２０】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２１】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２２】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２３】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２４】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２５】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２６】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２７】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２８】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図２９】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３０】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３１】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３２】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３３】本明細書に記載される一実装態様による素子を示す図である。
【図３４Ａ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３４Ｂ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３５Ａ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３５Ｂ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３６Ａ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３６Ｂ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３６Ｃ】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を示す図である。
【図３７Ａ】本明細書に記載される一実装態様による素子を含む、素子の外部量子効率を示す図である。
【図３７Ｂ】本明細書に記載される一実装態様による素子を含む、素子の外部量子効率を示す図である。
【図３８】本明細書に記載されるいくつかの実装態様による素子を含む、デバイスの外部量子効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１１】
本発明に代表的な実装態様の後述の詳細な説明では、本出願の一部を形成する添付図面を参照する。これらの添付図面は、本発明が実施されうる実装態様の特定例を説明することをのみを目的として提示されている。これらの実装態様は、当業者が本発明を実行することができるように十分詳細に説明されているが、これらの説明によって本発明の範囲が限定されるものではないことを理解すべきである。本発明を所持する当業者が想定する本明細書に記載される特徴の変更およびさらなる修正、また本明細書に記載される原理の追加の応用形態は、本発明の範囲内であると考えられる。具体的には、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実装態様を用いることができ、また論理的な変更、機械的な変更、電気的な変更、材料の変更、及び他の変更を行うことができる。
【０１１２】
したがって、後述の詳細な説明は限定する意味でとらえるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求項の範囲によって定義される。加えて、本明細書に開示されるすべての範囲は、その範囲内に組み込まれる任意のそしてすべての部分的な範囲を包含するものとして理解すべきである。例えば、記載された範囲の「１．０〜１０．０」は、１．０以上の最小値から始まり、１０．０以下、たとえば、１．０〜５．３、又は４．７〜１０．０、又は３．６〜７．９の最大値で終わる任意の、そしてすべての部分的な範囲を含むと見なすべきである。
【０１１３】
本明細書には、ある実装態様において、光生成電流密度が増加し、収集電流密度の高い半導体素子構造が記載されている。素子構造ではまた、それ自体の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性の電圧が増加し、及び／又はフィルファクタが増加している。素子構造には、半導体材料からなる低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）が組み込まれており、これにより光生成電流密度が増加する。ＬＢＡＲは、周辺材料とは異なる半導体組成を有し、ＩＩＩ−Ｖ半導体からなるＬＢＡＲの周辺材料とはＩＩＩ族副格子、又はＶ族副格子の非秩序度が異なり、周辺材料に対して異なる歪み量を有し、又はエネルギーのバンドギャップの低下につながりうる他の物理的現象に加えた上記の組み合わせによって、低いバンドギャップを有する。ＬＢＡＲは、周辺の半導体材料と格子整合している、周辺の半導体材料と同じ材料格子定数を有する、又は周辺の半導体材料の材料格子定数よりも大きい又は小さい材料格子定数を有する。ここで、材料格子定数とは、歪みのない状態にある材料の格子定数のことである。ＬＢＡＲは、周辺の半導体材料に対して歪みのない、又は歪みのある状態にあり、ＬＢＡＲのすべての歪みは、隣接する半導体材料の反対方向の歪みと歪みバランスが保たれている。
【０１１４】
本発明ではまた、ある実施態様において、ソーラーセル又は光検知器などの半導体素子に組み込まれる一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層により、半導体素子の電流密度、電圧、フィルファクタ、及び／又はエネルギー変換効率がより高まった半導体構造が記載されており、層の電荷キャリアトランスポートの改善は、ＩＴ層の半導体の化学組成の一又は複数の要素を除去する、低減する、追加する、又は増加させる、ＩＴ層の副格子の秩序度を変化させる、ＩＴ層の圧縮歪み又は引張歪みを変化させる、ＩＴ層の結晶欠陥密度を低減する、ＩＴ層の不純物を低減する、及び／又はＩＴ層の結晶欠陥の種類を変えることによって達成され、ＩＴ層の上記変化は、半導体素子の主要な光生成層、隣接する光生成層、他の半導体層、又は大半の他の半導体層に対して行われる。一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層は、半導体素子の主要な光生成層、隣接する光生成層、他の半導体層、又は大量の他の半導体層よりも、少数キャリアの寿命時間、少数キャリアの可動性、少数キャリアの拡散距離、多数キャリアの可動性、多数キャリアの導電性、電場における電荷キャリアの飽和速度、及び／又は収集された光生成電流密度の値が大きい一又は複数の層として定義される。
【０１１５】
本明細書に記載される一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層は、一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層としても機能する、又は機能せず、本明細書に記載される一又は複数のＩＴ層は、一又は複数のＬＢＡＲ層としても機能する、又は機能しない。
【０１１６】
ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、ソーラーセルの異なる領域、たとえば、ソーラーセルのエミッタの準中性領域、エミッタの空間電荷領域、ソーラーセルのベースの空間電荷領域、ベースの準中性領域、同じドーピングタイプの半導体であるが、異なるキャリア濃度の、及び／又は異なる半導体組成（ヘテロ接合）の半導体によって形成されるアイソタイプ接合の空間電荷領域、ウィンドウ層の準中性領域、裏面電界（ＢＳＦ）層の準中性領域、及びソーラーセルのその他の箇所、及びこのようなソーラーセルの領域の組み合わせに位置付けされる。さらに、ＬＢＡＲ層及び／又はＩＴ層は、格子整合した素子（例：素子の半導体材料の大多数が成長基板、他の層、及び／又は同じ半導体スタックで成長した他の素子と同じ材料格子定数を有するもの）に位置付けされる、又は格子不整合の素子（例：素子の半導体材料の大多数が成長基板、他の層、及び／又は同じ半導体スタックで成長した他の素子の材料格子定数とは違う材料格子定数を有するもの）に位置付けされる。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、半導体素子の様々な機能要素に位置付けされる。例えば、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、ソーラーセル、光子検知器、又は他の種類、又はオプトエレクトロニクス素子のエミッタ、ベース、ウィンドウ、裏面電界（ＢＳＦ）層、又は他の層に位置付けされる。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、単接合ソーラーセル、多接合ソーラーセルのサブセル、光子検知器、又は他の種類のオプトエレクトロニクス素子に位置付けされる。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、他のサブセルも格子整合した多接合セルの格子整合したサブセル、又は、一又は複数の他のサブセルが格子不整合である、又はシュードモルフィックである多接合セルの格子整合したサブセル、又は多接合ソーラーセルの格子不整合の、又はシュードモルフィックのサブセルに位置付けされる。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層は、０次元（０Ｄ）、一次元（１Ｄ）、二次元（２Ｄ）、又は三次元（３Ｄ）構造を有する。
【０１１７】
ソーラーセル構造に導入されたＬＢＡＲは、改善された少数キャリアのトランスポート特性、たとえば改善された少数キャリアの寿命時間、可動性、及び拡散距離を有しうる、またしばしば有し、これにより、少数キャリアが再結合できる前に、ソーラーセルにおいて電流を収集する可能性が改善される。このため、このような場合には、ＬＢＡＲは改善されたトランスポート（ＩＴ）層としても機能する。
【０１１８】
ＬＢＡＲとしても機能するＩＴ層の改善された少数キャリアのトランスポート特性は、不純物又は欠陥密度の低下につながる、たとえば化合物半導体の一又は複数の化学元素の除去、低減、追加、又は増加などの異なる配合、キャリア有効質量の低下及びキャリア可動性の向上につながる異なる配合、異なる歪み状態、異なる副格子の秩序状態、化学不純物の取り込みの縮小、結晶格子の欠陥密度の低下、異なる種類の結晶格子欠陥、及びソーラーセルの他のパーツと比べて改善されたトランスポート（ＩＴ）領域の他の現象から得られる。さらに、このような改善されたトランスポート領域は、たとえば多数キャリアの可動性及び導電性などの改善された多数キャリアトランスポート特性を有し、これは上記リストに記載した差により得られるものである。さらに、ソーラーセルの他の部分と比べて、優れた少数キャリア及び／又は優れた多数キャリア特性を有する領域と定義されるこのような改善されたトランスポート領域は、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）であるが、他の場合には、ソーラーセルの隣接部分よりも高いバンドギャップ、又は同じバンドギャップを実際に有する領域でもあり、それでも本発明の定義に含まれる。
【０１１９】
ＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）領域は、多接合ソーラーセル内の一又は複数のサブセルで使用され、ここでは多接合セルは２以上の接合部を有するソーラーセルを指す。多接合ソーラーセルの最大効率を引き出すサブセルを形成する最適なバンドギャップを有する半導体の利用可能性が限られるため、バンドギャップ、及び格子定数の観点では好適な半導体の少数キャリア及び多数キャリアのトランスポートパラメータが実際に制限されるため、そして少数キャリアの再結合を増加させる欠陥を最小限に抑えた半導体の結晶成長を可能にする、所望の格子定数を有する半導体の利用可能性が限られるために、多くの場合、ＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）領域の使用を通して、多接合ソーラーセルの一又は複数のサブセルの電流収集の可能性を向上させることが非常に望ましい。例えば、光生成電流密度は、ＬＢＡＲを多接合セルのセル１（Ｃ１）、サブセル１、上部セル、上方セル、又は上方サブセルとも呼ばれる上部サブセルに使用することによって増加する。さらに、光に反応する収集された電流密度は、たとえば上部サブセルのエミッタ等の上部サブセルのＩＴ層を使用することによって増加し、上部セルのＬＢＡＲはＩＴ層でもある。
【０１２０】
同様に、このような最適なバンドギャップを有する半導体の利用可能性が限られるという制約のため、及び少数キャリア及び多数キャリアのトランスポートパラメータが実際に制限されるため、そして欠陥を最小限に抑える所望の格子定数を有する半導体の利用可能性が制約されるために、多くの場合、ＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）領域の使用を通して、多接合ソーラーセルの一又は複数のサブセルの電流生産能力を長い波長まで拡張することが非常に望ましい。
【０１２１】
多接合ソーラーセルにおいては、多くの場合、多接合スタックのセル１（Ｃ１）、サブセル１、上部セル、上方セル、又は上方サブセルとも呼ばれる上部サブセルのバンドギャップを増大させることが望ましく、これにより、上部セルの光生成電流を高い電圧で収集することができ、電力の出力が上がる。上部セルの高いバンドギャップとは、元のレスポンス範囲においては長い波長を使用することができないが、このような波長が上部セルの下のサブセル２とも呼ばれるセル２（Ｃ２）に伝達され、これによりセル２の電流密度が増加することを意味する。
【０１２２】
実際の設計では、上部セルは光をセル２に漏出して、セル１とセル２の電流を整合するために、光学的に薄くなっている。セル１のバンドギャップの増大により、多接合セルの設計者は、セル１の厚さを増加しても、実際にセル１からセル２へ伝達される短波長光の量を削減しながら電流を整合させるために同じセル１の電流を実現することが可能になる。これにより、セル１の高い電圧において短波長光を使用することが可能になるばかりか、サブセル間の層、たとえばサブセルを相互接続するトンネル接合層、及び／又は少数キャリア特性がサブセルの他の部分よりも劣る裏面電界（ＢＳＦ）又はウィンドウ層などのサブセル層において電流を有用に収集することができなくなる不要な吸収も抑えられる。セル１の厚さが厚く、光透過性が非常に高い極薄のセル１の使用が避けられるため、セル１の厚さと電流の発生の制御も非常に簡単になり、したがって、最適な電流出力及び効率を得るためにセル１とセル２との間の電流バランスを制御することも簡単になる。
【０１２３】
上部セルのバンドギャップを増加させるために、多くの場合、アルミニウム（Ａｌ）が上部セルの半導体組成に加えられる、又はアルミニウム組成を増加させて、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、又は  ＡｌＧａＩｎＰＡｓの上部セルが形成される。アルミニウムは、酸素（Ｏ）と強く反応する、他のＩＩＩ族元素、たとえばＧａ及びＩｎが酸素と反応するよりも強く反応するため、アルミニウム原子は、エピタキシャル成長チャンバに、又はエピタキシャル成長のために使用されるソース、たとえばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）及び／又はトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの有機−金属ソースに存在する少量のＨ２Ｏ及びＯ２と反応しやすいため、アルミニウム組成が高いときに、酸素原子、及び潜在的な他の不純物が気付かずに高い濃度で半導体材料の中に取り込まれてしまう。このようなアルミニウム誘発不純物、及びおそらく他のアルミニウム関連の欠陥は、アルミニウム含有半導体、たとえばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＳｂにおける少数キャリアの再結合を増加させ、少数キャリアの寿命時間、可動性、及び拡散距離が縮小され、アルミニウムを含有しない同じような半導体、すなわちアルミニウムフリー半導体、たとえばＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、又はＧａＩｎＳｂに対し、又はアルミニウム含有量が削減された同じような半導体に対して、多数キャリアの可動性及び導電性が低下する可能性がある。
【０１２４】
上部セルのバンドギャップを増加させるほかの方法は、低いインジウム／ガリウム比を有する組成を使用することを含む。上部セルの半導体組成、例えばＧａＩｎＰのベースを有する上部セルのインジウム／ガリウム比を低下させると、半導体の格子定数も変化し、これは許容範囲内であるが、ある格子定数から別の格子定数へ遷移するための適切なメタモルフィックバッファなしでは、この厚い格子不整合の層において転位が生じやすいことを素子の設計において考慮しなければならない。
【０１２５】
本発明では、ある実装態様において、高い水準の少数キャリアの寿命時間、可動性、及び拡散距離、及び／又は高い水準の多数キャリアの可動性及び導電性を有する半導体素子構造が記載される。本明細書にさらに詳細に記載されるように、改善された電荷−キャリアトランスポート特性、又は改善されたトランスポート（ＩＴ）領域を有するこの構造は、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）である、又は一又は複数のＬＢＡＲを含む。この改善されたトランスポート（ＩＴ）領域は、ほかの場合において、ソーラーセルのほかの近辺領域のバンドギャップ以上のバンドギャップを代わりに有することができ、したがって低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）とはならずに改善されたトランスポート（ＩＴ）領域であり、これもまた本発明に含まれる。改善された電荷−キャリアトランスポート特性を有する改善されたトランスポート（ＩＴ）領域の素子構造により、ソーラーセル、又はほかのオプトエレクトロニクス素子の電圧、電流、フィルファクタ、又はこれらパラメータの組み合わせが改善される。
【０１２６】
ある実装態様においては、アルミニウムを含有するベースを有するソーラーセル、例えばＡｌＧａＩｎＰからなるベースを有するソーラーセルにアルミニウムを含有しないエミッタ、例えばＧａＩｎＰのエミッタ、又はアルミニウム含有量が削減されたエミッタを組み込むことによって、高い水準の少数キャリアの寿命時間、可動性、及び拡散距離、及び高い水準の多数キャリアの可動性及び導電性を達成することが望ましい。これにより、ソーラーセルのエミッタの準中性領域にＬＢＡＲが形成される。
【０１２７】
一実装態様においては、ＡｌＧａＩｎＰ等のアルミニウム含有ベースを有するソーラーセルにおいて、ＧａＩｎＰ等のアルミニウムを含まないエミッタ、又はベースに対してアルミニウム含有量が削減されたエミッタによって形成される、サブセルのエミッタの準中性領域のＬＢＡＲの光生成からの電流密度をより高めることは有利であり得る。「ＡｌＧａＩｎＰのサブセル」という表現は、ＡｌＧａＩｎＰからなるベース層よりも厚いエミッタ等のソーラーセルの主要な光生成領域と呼ばれる、素子において最大の光生成電流密度を生じさせるベースを有するサブセル、又は他の領域、又はソーラーセルを意味するものである。同様に、「（組成Ｘ）のサブセル」という表現は、半導体組成Ｘを有するベース、又は他の主要な光生成領域を有するサブセルを意味するものである。ＬＢＡＲからの高い電流密度は、ＬＢＡＲの低いバンドギャップから潜在的に起こりうる任意の電圧効果の低下が起きた場合に、ＬＢＡＲの低いバンドギャップ及び多大な光生成の結果、電流密度の増加がソーラーセルの電力出力を上回るため、有利である。ＬＢＡＲからの高い電流密度は、直列接続の多接合スタックのサブセルの光生成電流密度のバランスをとるためにも有利であり、ソーラーセルの厚さを変化させる、又はソーラーセルの全ベース及びエミッタの両方のバンドギャップを変える等の、どちらかというと従来の手段による電流のバランシングは、他の要因によって制約されうる。
【０１２８】
サブセルは、エミッタ、及びベースの他の部分等のソーラーセルの他の部分がＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰからなる、サブセルのベースの一部又は全部を形成するＡｌＧａＩｎＰを有し、これにより、ＡｌＧａＩｎＰに比べ、ＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰがしばしば実際に有する優れた少数キャリア再結合特性、及び優れた少数キャリア及び多数キャリアの可動特性が保持される。改善された少数キャリア及び／又は多数キャリア特性を有するＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ層は、ソーラーセルのエミッタの全幅にわたるため、ソーラーセルのエミッタを構成する、又はエミッタ領域の一部のみを形成するものとなる。改善された少数キャリア及び／又は多数キャリア特性を有するＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ層は、ソーラーセルのベース、又はソーラーセルの他の層の一部又は全部も形成する。
【０１２９】
一般的な組成及び構成のＬＢＡＲは、ソーラーセルのエミッタ領域に配置される。一又は複数のＬＢＡＲは、ソーラーセルのエミッタ関連の空間電荷領域に、ソーラーセルのエミッタの準中性領域に、部分的に空間電荷領域に、及び部分的にソーラーセルのエミッタの準中性領域に配置される。一又は複数のＬＢＡＲはソーラーセルのエミッタの全幅にわたるため、一又は複数のＬＢＡＲはソーラーセルのエミッタを構成する。一般に、一又は複数のＬＢＡＲは、一部がエミッタの準中性領域に、エミッタの空間電荷領域に、ベースの空間電荷領域に、及び／又はベースの準中性領域にある。キャリアの収集は空間電荷領域の電場によって促進されるが、それでもキャリア拡散からの電流の収集はかなり大量であり、準中性領域、特に空間電荷領域に隣接する準中性領域のこれらの部分に位置付けされたＬＢＡＲにとって有益である。
【０１３０】
ＬＢＡＲは、周辺の半導体層よりもバンドギャップが低いために、光生成率が高く、電荷キャリアは熱離脱、バリアを通抜ける、及び／又は場援用離脱によってＬＢＡＲを離脱する。電荷キャリアがＬＢＡＲを離脱し、例えばｐ−ｎ接合部で収集されると、ＬＢＡＲによりソーラーセルの電流密度が上がる。周辺の半導体材料に比べて低いＬＢＡＲのバンドギャップにより、有効電流を発生させるために、ＬＢＡＲが、入射光のスペクトルの、例えばソーラーセル又は他のオプトエレクトロニクス素子がそうでない場合に使用することができるよりも低いエネルギー光子を使用することが可能になる。これは、少数キャリアの寿命時間を縮小させ、ソーラーセルの電圧を低下させる、多数の転位と、望ましくないキャリア再結合の集中が起こりやすいメタモルフィック又は格子不整合のソーラーセル組成を要するため、また望ましいバンドギャップを有する必要な組成に対して高品質なバルク特性を有する半導体材料が利用不可能であるため、そして材料の費用のためである。多接合セルの一又は複数のサブセルのＬＢＡＲを使用して、ＬＢＡＲを有さないソーラーセルにおいて実際的で都合が良い、又は費用効果的である電流を超越してそのサブセルの電流を増加させることができ、これにより、多接合セルの波長レスポンスが、高効率エネルギー変換、及び直列相互接続の多接合セルにおいて電流整合するためのソーラースペクトルの理想的な分割にさらに近似することが可能になる。
【０１３１】
ＬＢＡＲを、大きい材料格子定数と小さい材料格子定数を交互に有する層と整列するように組み入れて、例えば複数のシュードモルフィックの引張エネルギーバリア及び圧縮エネルギー井戸、又はＬＢＡＲ等の複数の歪みバランスが取れた構造を形成し、これにより、ＬＢＡＲは、引張歪みバランスのとれた層を干渉することなく非常に厚さのある層となるため、バンドギャップが低く且つ格子定数が大きい半導体層の結晶構造を緩ませて、高活性再結合部位である転位を形成することなく、ＬＢＡＲの光学的厚さ及び電流生成能力を増加させることができる。ＬＢＡＲはまた、周辺材料に対して歪みなしで形成される、又は周辺材料に対して引張歪み状態に形成される。歪みのない状態にある場合、ＬＢＡＲは、ＬＢＡＲ又はエネルギー井戸の電荷キャリアのエネルギーレベルにごく少量の量子効果をもたらすのに十分な厚さの厚い層、又は領域として形成され、歪みバランス層又はバリア層を伴わずに形成される。歪みが比較的小さい場合、ＬＢＡＲは、ＬＢＡＲ又はエネルギー井戸の電荷キャリアのエネルギーレベルにごく少量の量子効果をもたらすのに十分な厚さの厚い層、又は領域として形成され、歪みバランス層又はバリア層を伴って、又は伴わずに形成され、シュードモルフィックのままである。
【０１３２】
ＬＢＡＲは、素子の他の部分の半導体材料のバンドキャップ、多接合ソーラーセル、又は他の多接合オプトエレクトロニクス素子などのソーラーセル又は他のオプトエレクトロニクス素子の大半の光生成又は光吸収材料のバンドギャップ、ソーラーセル又は他のオプトエレクトロニクス素子のベース及び／又はエミッタの大半の光生成又は光吸収材料のバンドギャップ、及び／又はＬＢＡＲの間に配置される層のバンドギャップよりも低いバンドギャップを有する。ＬＢＡＲの間に配置される層は、歪みバランス層、すなわち反対方向に歪みを有するＬＢＡＲ自体によって導入される歪みのバランスをとる層である。ＬＢＡＲは、ソーラーセル又は他のオプトエレクトロニクス素子の他の光生成又は光吸収材料に対して歪みのある又は歪みのない状態にあり、ＬＢＡＲ層の間に配置されるすべての層に対して歪みのある、又は歪みのない状態にある。ＬＢＡＲの間の層は、ＬＢＡＲの材料格子定数よりも小さい又は大きい材料格子定数を有し、半導体の材料格子定数とは、半導体組成の歪みのない状態の格子定数である。ＬＢＡＲの間の層は、ソーラーセル、又は他のオプトエレクトロニクス素子の大半の光生成又は光吸収材料のバンドギャップよりも高い、低い、又は等しいバンドギャップを有する。
【０１３３】
ＬＢＡＲは、製造のしやすさ、及び／又はソーラーセル又は他のオプトエレクトロニクス素子の電流密度を増加させる望ましい効果、又は他の効果をもたらす能力の影響を受ける、様々な幾何学的構成を有する。ＬＢＡＲの光吸収性を上げるためを含めて、複数のＬＢＡＲを、同じソーラーセル又は他の素子に使用することができる。
【０１３４】
本明細書に記載されるほかの構造に加えて、本明細書に記載されるＬＢＡＲは、ある実装態様では、量子閉じ込め構造を含むことができる。例えば、ある場合には、一又は複数のＬＢＡＲは、二次元（２−Ｄ）シート又は層、一次元（１−Ｄ）線形機構、又は０次元（０−Ｄ）点状（ドット）の機構である。ＬＢＡＲは、２−Ｄ、１−Ｄ、あるいは０−Ｄ機構にかかわらず、閉じ込められたキャリアが量子機械的効果（量子閉じ込め）に起因するエネルギーレベルの変化を示すほど十分小さいサイズを有する、又は閉じ込められたキャリアのエネルギーレベルの変化が小さい又はわずかとなるほど十分大きいサイズを有し、この小さい又はわずかな変化は、１／２ｋＴ（０．５ｋＴ）以下であると考えられ、ｋはボルツマン係数、Ｔは絶対温度（ケルビン）である。例えば、量子井戸（２−Ｄ）、量子ワイヤ（１−Ｄ）、又は量子ドット（０−Ｄ）が使用される、又はその一方で、量子機械効果により、エネルギーレベルがシフトしていない、又はわずかにシフトしているのみであるシート状の（２−Ｄ）、棒状（１−Ｄ）の、又は顆粒状（０−Ｄ）の形態の、量子閉じ込め距離と比べて比較的大きい領域、又は空間電荷領域、ベースの準中性領域、及び／又はエミッタの準中性領域の全部、及びこれらの組み合わせのバンドギャップはセルの残りの部分よりも低い。
【０１３５】
ある実装態様では、歪みのない低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有する単接合ソーラーセル、又はサブセルのうちの少なくとも一つが歪みのない低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有する多接合ソーラーセルが開示されており、井戸材料とバリア材料、又はＬＢＡＲよりも大きいバンドギャップを有するソーラーセルの他の部分は同じ格子定数を有するが、異なるバンドギャップを有する。例えば、ある例示の構造は下記、すなわち
１  一又は複数の無秩序ＧａＩｎＰバリアに隣接する一又は複数の秩序ＧａＩｎＰのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等のＧａＡｓ又はＧｅの格子定数を含む、ＧａＰ及びＩｎＰの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
２  一又は複数の高アルミニウム含有率のＡｌＧａＩｎＰのバリアに隣接する一又は複数のアルミニウム含有率ゼロ、又は低アルミニウム含有率の（Ａｌ）ＧａＩｎＰのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ又はＧｅの格子定数を含む、ＧａＰ及びＩｎＰの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
３  一又は複数の高アルミニウム含有率のＡｌＧａＩｎＡｓのバリアに隣接する一又は複数のアルミニウム含有率ゼロ、又は低アルミニウム含有率の（Ａｌ）ＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、又はＩｎＰの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＩｎＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
４  一又は複数の高リン含有率のＧａＩｎＰＡｓのバリアに隣接する一又は複数のリン含有率ゼロ、又は低リン含有率のＧａＩｎ（Ｐ）ＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、又はＩｎＰの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＩｎＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
５  一又は複数の高リン含有率のＧａＩｎＰＡｓバリアに隣接する一又は複数のインジウム含有率ゼロ、又は低インジウム含有率のＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、Ｓｉ、ＧａＰ、又はＧａＡｓの格子定数を含む、Ｓｉ及びＧａＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
６  一又は複数のＧａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）Ａｓ（Ｓｂ）のバリアに隣接する一又は複数のＧａ（Ｉｎ）ＮＡｓ（Ｓｂ）のＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタに隣接する、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、又はＧａＳｂの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＧａＳｂの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分
を含む。
【０１３６】
ある実装態様では、サブセルのうちの少なくとも一つが歪みバランスを保っている低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有する多接合ソーラーセルが開示されている。バリア材料及び井戸材料は、これらの厚さによって測られる井戸及びバリア材料の平均格子定数が、セルの他の部分の格子定数と同じ、あるいはほぼ同じであるように、歪みバランスが保たれる。例えば、ある例示の構造は下記、すなわち
１  一又は複数のインジウム含有率ゼロの又は低インジウム含有率のＧａ（Ｉｎ）Ａｓのバリアに隣接する一又は複数の高インジウム含有率のＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、又はＩｎＡｓの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＩｎＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
２  一又は複数のインジウム含有率ゼロの又は低インジウム含有率のＧａＰＡｓのバリアに隣接する一又は複数のＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は、一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、又はＩｎＡｓの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＩｎＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
３  一又は複数の高リン含有率のＧａＰＡｓのバリアに隣接する一又は複数の低リン含有率のＧａＰＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタに隣接する、Ｓｉ、ＧａＰ、又はＧａＡｓ格子定数を含む、Ｓｉ及びＧａＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
４  一又は複数のＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓのバリアに隣接する一又は複数のＧａＩｎ（Ｐ）ＡｓのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、Ｓｉ、Ｇａｐ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ又はＩｎＡｓの格子定数を含む、Ｓｉ及びＩｎＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
５  低インジウム含有率のＧａＩｎＰのバリアに隣接する一又は複数の高インジウム含有率のＧａＩｎＰのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、Ｓｉ、ＧａＰ、又はＧａＡｓの格子定数を含む、Ｓｉ及びＧａＡｓの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
６  低インジウム含有率のＧａＩｎＰのバリアに隣接する一又は複数の高インジウム含有率のＧａＩｎＰのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、又はＩｎＰの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＩｎＰの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
７  低アンチモン含有率のＧａＡｓＳｂのバリアに隣接する一又は複数の高アンチモン含有率のＧａＡｓＳｂのＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、又はＧａＳｂの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＧａＳｂの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分、
８  一又は複数のＧａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）Ａｓ（Ｓｂ）の歪みバランス層、バリアに隣接する一又は複数の高アンチモン含有率のＧａ（Ｉｎ）ＮＡｓ（Ｓｂ）のＬＢＡＲ、又はエネルギー井戸、又は一又は複数のＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有し、例えばソーラーセルのベース又はエミッタ等の、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、又はＧａＳｂの格子定数を含む、ＧａＡｓ及びＧａＳｂの格子定数の間の格子定数のソーラーセルの他の部分
を含む。
【０１３７】
ある実装態様では、必要に応じて複数のＬＢＡＲ層を含み、ＬＢＡＲ層は互いに異なる厚さを有する。さらに、一又は複数の歪み又はバリア層は、互いに異なる厚さを有する。例えば、厚さｘの（ｎ−１）個のＬＢＡＲの配列は、厚さｙの歪みバランスをとるためにｎ個の歪み又はバリア層と交互になっており、ここでｎは整数であり、厚さｘ／２の追加のＬＢＡＲがＬＢＡＲ及び歪み又はバリア層の配列の各端部に配置されて、配列全体の歪みバランスが完全に保たれる。別の例では、厚さｘのｎ個のＬＢＡＲの配列は、厚さｙの歪みバランスをとるために（ｎ−１）個の歪み又はバリア層と交互になっており、ここでｎは整数であり、厚さｙ／２の追加の歪み又はバリア層がＬＢＡＲ及び歪み又はバリア層の配列の各端部に配置されて、配列全体の歪みバランスが完全に保たれる。
【０１３８】
さらに、本明細書に記載された半導体構造は、異なる数のＬＢＡＲ層と、歪み又はバリア層を含む。例えば、厚さｘのｎ個のＬＢＡＲ配列は、厚さｙの歪みバランスをとるために（ｎ−１）個の歪み又はバリア層と交互になっており、ここでｎは整数であり、配列全体の歪みバランスをとるために、ＬＢＡＲ及び歪み又はバリア層の厚さ及び組成が調整され、これにより、ＬＢＡＲが配列の外側になり、ある場合にはキャリアの離脱が促進される、及び／又はある層の組成の半導体接触面の品質の向上が促進される。別の実施例では、厚さｘのｎ個のＬＢＡＲ配列は、厚さｙの歪みバランスをとるために（ｎ＋１）個の歪み又はバリア層と交互になっており、ここでｎは整数であり、配列全体の歪みバランスをとるために、ＬＢＡＲ及び歪み又はバリア層の厚さ及び組成が調整され、これにより、歪み又はバリア層が配列の外側になり、ある場合には接触面における少数キャリアの集中及び再結合が抑えられ、電荷キャリアの閉じ込めが促進され、ドーパント種の偏りの封じ込め、増加、低減が促進され、ドーパント原子が拡散しやすくなる、及び／又はある層の組成の半導体接触面の品質の向上が促進される。
【０１３９】
ある場合には、ソーラーセルのベース又はエミッタよりも低いバンドギャップを有するＬＢＡＲは、ソーラーセルのベース又はエミッタよりも大きい材料格子定数を有し、またソーラーセルのベース又はエミッタに対し圧縮歪み状態となるような組成を有する。同様に、圧縮ＬＢＡＲの歪みバランスをとるために設計された、ソーラーセルのベース又はエミッタ、及びＬＢＡＲよりも小さい材料格子定数と、ソーラーセルのベース又はエミッタ、及びＬＢＡＲに対して引張歪み状態にある歪み補償領域（ＳＣＲ）はまた、ソーラーセルのベースよりも、またＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有するような組成を有する。
【０１４０】
したがって、ある実装態様では、圧縮歪み状態にある単一のＬＢＡＲの歪みは、ＬＢＡＲよりも大きい格子定数を有する引張歪み状態にある単一の歪み補償領域（ＳＣＲ）によって歪み補償されている、又は歪みバランスが保たれている。ある実装態様では、ソーラーセルのエミッタは、圧縮歪み状態にあるＬＢＡＲであり、この歪みは、エミッタのＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有する引張歪み状態にあるウィンドウ層によって補償される。一実装態様では、ソーラーセルのエミッタは、エミッタが同じ半導体の歪みのない組成よりも高いバンドギャップを有する引張歪み状態となる組成を有し、ソーラーセルのウィンドウは、ウィンドウがエミッタの引張歪みと歪みバランスを保つ圧縮歪み状態となる組成を有する。一実装態様では、エミッタの歪みを歪み補償するウィンドウ層は、エミッタ層のバンドギャップよりも高い、低い、同じ、又はほぼ同じバンドギャップを有する。エミッタ及び／又はウィンドウが、これらの格子整合し歪みのない組成が有するであろうバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する場合、これらの層の光透過率は、透過波長において光をより有用に使うことができる下の層へ向けて増加するため、有利である。一実装態様では、ＬＢＡＲが挿入されるソーラーセル層よりも低いバンドギャップを有する圧縮歪み状態にある複数のＬＢＡＲは、ＬＢＡＲよりも高く、ＳＣＲが挿入されるソーラーセル層よりも高いバンドギャップを有し、引張歪み状態にあるＳＣＲと交互に位置付けされる。
【０１４１】
ＬＢＡＲが組み込まれているソーラーセル層と比べて低いバンドギャップを有するＬＢＡＲは必ずしも圧縮歪み状態でなくてもよく、引張歪み状態にあるＳＣＲが必ずしもＳＣＲが組み込まれているソーラーセル層、及びＳＣＲが歪み補償するＬＢＡＲよりも高いバンドギャップを有していなくてもよい。一実装態様において、光子の吸収および光電流の生成を改善する低いバンドギャップと、比較的大きい材料格子定数を有するＬＢＡＲは、比較的小さい材料格子定数を有し、光子の吸収および光電流の生成を改善する低いバンドギャップも有するＳＣＲで歪み補償される。一実装態様では、ＬＢＡＲ及びＳＣＲはいずれもソーラーセルのべースに組み込まれ、ＬＢＡＲ及びＳＣＲはいずれも、ソーラーセルのべースのバンドギャップよりも低いバンドギャップを有する。一実装態様では、ＬＢＡＲはＳＣＲよりも大きい材料格子定数を有し、ＬＢＡＲとＳＣＲの配列内でＳＣＲに対して圧縮歪み状態にあり、その一方で、ＳＣＲはＬＢＡＲよりも小さい材料格子定数を有し、ＬＢＡＲとＳＣＲの配列内でＬＢＡＲに対して引張歪み状態にある。一実装態様では、拡張された低バンドギャップ吸収領域が交互に配置された圧縮及び引張状態にあるＬＢＡＲ及びＳＣＲ層から形成され、これらはすべて光子の吸収及び光電流の生成を改善する低いバンドギャップを有し、拡張された低バンドギャップ吸収領域は厚さが厚く、歪み状態にあるＬＢＡＲ材料又は歪み状態にあるＳＣＲ材料のいずれかが、コヒーレント、高品質、低転位、単一結晶構造を有し、シュードモルフィックのまま保たれる厚さよりも潜在的にかなり厚い。一実装態様では、この拡張された低バンドギャップ吸収領域は、ソーラーセルのベース又はエミッタの一部、例えばｐ−ｎ接合部近辺の空間電荷領域内のベース又はエミッタの一部、エミッタの準中性領域の一部、ベースの準中性領域の一部、又はこれらの組み合わせを形成する、交互に配置された圧縮及び引張低バンドギャップ層を含む。一実装態様では、この拡張された低バンドギャップ吸収領域は、ソーラーセルのベース又はエミッタのすべてを形成する交互に配置された圧縮及び引張低バンドギャップ層を含む。他の実装態様では、上述したソーラーセルのベース及び／又はエミッタ内に組み込まれているＬＢＡＲ及び／又はＳＣＲ層は、裏面電界（ＢＳＦ）層、ウィンドウ、及び／又はソーラーセルの構造内の任意の他の層、又はソーラーセル構造の上記層の任意の組み合わせ内にも組み込まれる。他の実装態様では、ソーラーセルのベース及び／又はエミッタよりも高い、低い、又は同じバンドギャップを有するＬＢＡＲ及び／又はＳＣＲ層は、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又はソーラーセルの構造内の任意の他の層、又はソーラーセル構造の上記層の任意の組み合わせよりも高い、低い、又は同じバンドギャップを有するようにも設計される。
【０１４２】
ソーラーセルのベースの格子定数よりも小さい格子定数を有する層を、ソーラーセルのベースの格子定数よりも大きい格子定数を有する、２Ｄ（シート）、１Ｄ（ワイヤ）、又は０Ｄ（ドット）ＬＢＡＲの圧縮歪みに対する反作用として使用した場合、同じ又は同様の半導体材料システム内では、格子定数を低下させるために組成を変化させるとバンドギャップが上がりやすいため、このような光子定数の小さい歪み補償層は、ＬＢＡＲ、又はソーラーセルのベースのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する傾向にある。ＬＢＡＲ間のこの歪み補償層の高いバンドギャップは、１）このような高バンドギャップ領域により、ＬＢＡＲの数と、ソーラーセルの所定の厚さ、たとえばソーラーセルの空間電荷領域、又は準中性領域に配置することができる光の吸収に利用可能な累積厚が制限されるため、及び２）高バンドギャップ層は、キャリアの輸送に対してＬＢＡＲにおいて光生成された有用な電流の収集ｐ−ｎ接合部への、そしてソーラーセル端子への流れを阻止する可能性のあるバリアとなるため、ＬＢＡＲのソーラーセルの性能に対して有害である。
【０１４３】
しかしながら、ある半導体、たとえば０〜５原子パーセントの窒素、さらに好ましくは０．５〜３．０原子パーセントの窒素を有する希薄窒化物ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂの半導体組成は、格子定数が低下するとバンドギャップが低下する。このため、ＬＢＡＲ／歪み補償層の構造は、ＬＢＡＲ及びＳＣＲがいずれもソーラーセルのベースよりも低いバンドギャップを有し、これにより、光の吸収、及び／又は光生成電流の増加に利用可能な厚さが最大化され、電流の流れに対する高バンドギャップのバリアが取り除かれるように設計される。ＬＢＡＲ及びＳＣＲのバンドギャップは、必要に応じて互いにほぼ等しいものとすることができる。
【０１４４】
一実装態様では、ソーラーセルは光電流生成及び圧縮歪み状態を改善する低いバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓからなるＬＢＡＲを組み込み、これもまた光電流生成を改善する低いバンドギャップを有するが、ＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲの材料格子定数よりも小さい材料格子定数を有し、ＬＢＡＲの歪みを補償するために引張歪み状態にあるＧａＮＡｓからなるＳＣＲを組み込んでいるため、歪み状態にあるＬＢＡＲ材料、又は歪み状態にあるＳＣＲ材料のいずれかがシュードモルフィックのままで保たれる最大の厚さよりもかなり厚い、拡張されたシュードモルフィック低バンドギャップ吸収領域が形成される。
【０１４５】
厚い低バンドギャップ層はまた、例えば、ＧａＩｎＡｓのソーラーセルのベースよりも低いバンドギャップを有するが、ＧａＩｎＡｓのソーラーセルのベースと同じ格子定数を有するＧａＩｎＮＡｓから形成されるＬＢＡＲ等のように、ＬＢＡＲ及びＳＣＲの要素によってソーラーセルのベースと同じ格子定数を有する均質ＬＢＡＲを形成することを可能にすることによっても作製される。ある場合には、他の元素から特定の元素を分離させて、再結合を増加させる結晶格子内の望ましくない相互作用、例えばＧａＩｎＮＡｓにおけるＩｎ−Ｎ対の形成を回避する、又は異なる時点において反応チャンバに反応前駆ガスを導入することによって、成長の際に気相反応を回避することが望ましい。これは、上述したＬＢＡＲ／ＳＣＲ構造、例えばＧａＮＡｓのＳＣＲと結合した高インジウム含有ＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲを有するＬＢＡＲ／ＳＣＲ構造を使用して、低バンドギャップ領域であるが、それぞれの層においてインジウムと窒素が分離することにより再結合率が低い領域を実現することによって達成することができる。
【０１４６】
ＬＢＡＲは、幅広い範囲の空間広がりを有し、空間広がりは０．１〜約１ミクロン以上の幅を持つ非常に広いものであってもよく、約１００〜１０００オングストローム（Ａ）の幅の中間範囲にあってもよく、又は、ＬＢＡＲ内のキャリアのエネルギーレベルにおいて強い量子閉じ込め効果がある約０Ａを上回り約１００Ａまでの非常に狭い範囲であってもよい。ＬＢＡＲ及びＳＣＲの幅は主に、層が互いに、そしてソーラーセルのベースとどれくらい格子不整合であるか、また各層がシュードモルフィックのまま保たれながら、すなわち結晶格子が緩み、転位が生じる前に各層がどれくらいの厚さのものになるかの制約によって判断される。
【０１４７】
ＧａＩｎＡｓのＬＢＡＲ、及びＧａＮＡｓのＳＣＲの場合、ＬＢＡＲは比較的厚い、又は１からいくつかの格子定数までの非常に薄い厚さを有し、これにより、ＧａＩｎＮＡｓの均質合金とは異なる特性を有するＧａＩｎＡｓ及びＧａＮＡｓ層のメタマテリアルが形成される。これと同じ概念を他の半導体材料系にも拡張することができる。
【０１４８】
別の実装態様では、ソーラーセル構造に組み込まれる一又は複数の引張歪み層、及び一又は複数の圧縮歪み層はいずれも、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する。ある場合において、また、あるソーラーセル構造においては、これら一又は複数の層の高いバンドギャップによる少数キャリアの再結合の低減は、低バンドギャップ層から得られる光生成電流の増加、及びその結果得られるトランスポート（ＩＴ）層の改善よりもさらに望ましい。別の実装態様では、ソーラーセル構造に組み込まれる一又は複数の引張歪み層、及び一又は複数の圧縮歪み層はいずれも、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップと同じバンドギャップを有する。別の実装態様では、一又は複数の引張歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップよりも高い一又は複数のバンドギャップを有し、その一方で、ソーラーセル構造に組み込まれる一又は複数の圧縮歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップよりも低いバンドギャップを有する。別の実装態様では、一又は複数の引張歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップよりも低い一又は複数のバンドギャップを有し、その一方で、ソーラーセル構造に組み込まれる一又は複数の圧縮歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する。
【０１４９】
別の実装態様では、一又は複数の引張歪み層、及び／又は一又は複数の圧縮歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせを完全に置き換えることができる。別の実装態様では、一又は複数の引張歪み層、及び／又は一又は複数の圧縮歪み層は、ソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせの一部を置き換える、又はソーラーセルのべース、エミッタ、ＢＳＦ層、ウィンドウ、又は他のソーラーセル構造、又は構造の組み合わせに組み込むことができる。
【０１５０】
低バンドギャップ吸収領域、又はＬＢＡＲは、低バンドギャップ吸収領域、又はＬＢＡＲが組み込まれるソーラーセル半導体構造、たとえばソーラーセルのベースに対して歪みのない、あるいはわずかに歪みのある状態の材料から形成することができる。この場合、ＬＢＡＲは歪みのない、又はわずかに歪みのある状態にあるため、ＳＣＲによってＬＢＡＲの歪みバランスを取る必要はない。この状況において、材料が歪みのない状態でシュードモルフィックのまま保たれるための最大厚さの制約がないため、又は歪みが非常に小さい場合、この厚さが非常に厚いため、非常に幅広いＬＢＡＲが形成されうる。これにより、歪みの問題で厚さが制限されないため、光を吸収し電流を生成するＬＢＡＲの能力が向上する。これは、空間電荷領域内にＬＢＡＲを有する必要がある場合に、空間電荷領域の幅などのセルの他の特徴によって課せられた有限の厚さ内においても、光子の吸収、電子−正孔対の光生成、及び／又は光電流の収集能力が上がる。これはこの厚さがすべてＬＢＡＲで占められ、高バンドギャップＳＣＲの部分がないからである。
【０１５１】
一実装態様では、ソーラーセルは、ソーラーセルが組み込まれているソーラーセル構造と同じ材料格子定数を有する一又は複数のＬＢＡＲを組み込むため、歪みがない、又はわずかな歪みしかなく、したがってＳＣＲは必要ない。一実装態様において、一又は複数のＬＢＡＲは、ソーラーセルのベースと同じ組成、及び同じ材料格子定数を有するが、半導体結晶構造の２以上の元素の原子配列の量が多いため、バンドギャップが低い。一実装態様では、一又は複数のＬＢＡＲは、ソーラーセルのベースと同じ組成、及び同じ材料格子定数を有するが、一又は複数のＬＢＡＲのＩＩＩ−Ｖ半導体結晶構造のＩＩＩ族副格子の原子配列の量が多いため、バンドギャップが低い。一実装態様では、一又は複数のＬＢＡＲは、ソーラーセルのベースと同じ組成、及び同じ材料格子定数を有するが、一又は複数のＬＢＡＲのＩＩＩ−Ｖ半導体結晶構造のＶ族副格子の原子配列の量が多いため、バンドギャップが低い。
【０１５２】
一実装態様では、一又は複数のＬＢＡＲは、ＧａＩｎＰのソーラーセルのベースと同じ組成、及び同じ材料格子定数を有するＧａＩｎＰからなるが、ＩＩＩ族副格子のＧａ及びＩｎ原子の秩序化された、又は部分的に秩序化された配置構成により、非秩序化又は部分的に非秩序化されたＧａＩｎＰのベースに対してバンドギャップが低くなるため、一又は複数のＬＢＡＲのバンドギャップは低い。ＧａＩｎＰのＬＢＡＲはＧａＩｎＰのベースと同じ又は同様の組成からなるため、歪みバランスを取るためのＳＣＲは必要ない。
【０１５３】
一実装態様では、ソーラーセルは、ソーラーセルが組み込まれるソーラーセル構造、たとえばソーラーセルのベースと同じ又は同様の格子定数を有する一又は複数のＬＢＡＲを組み込んでいるが、一又は複数のＬＢＡＲ、及びソーラーセルのべースの半導体組成が異なるため、バンドギャップが低い。かさねて、一又は複数のＬＢＡＲ、及びソーラーセルのべースの格子定数が同じ又は同様のものであるため、歪み補償のためのＳＣＲは必要ない。
【０１５４】
一実装態様では、ＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ組成を有するＬＢＡＲは、高アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＡｓ組成を有するＬＢＡＲは、高アルミニウム含有ＡｌＧａＡｓ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓ組成を有するＬＢＡＲは、高アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＩｎＡｓ、又はＧａＩｎＰＡｓ組成を有するＬＢＡＲは、ＧａＩｎＰＡｓ又はＧａＩｎＰ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＮ、又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＮ組成を有するＬＢＡＲは、高アルミニウム含有ＡｌＧａＮ組成を有する光起電力セルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、光起電力セルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＳｂ、又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＳｂ組成を有するＬＢＡＲは、高アルミニウム含有ＡｌＧａＳｂ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＧａＩｎＡｓ、又はＧａＩｎＡｓＳｂ組成を有するＬＢＡＲは、ＧａＩｎＡｓＳｂ又はＧａＡｓＳｂ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。一実装態様では、ＩｎＡｓＳｂ、又はＧａＩｎＡｓＳｂ組成を有するＬＢＡＲは、ＧａＩｎＡｓＳｂ又はＧａＩｎＳｂ組成を有するソーラーセルのベースに組み込まれ、一又は複数のＬＢＡＲの材料格子定数は、ソーラーセルのべースと同じ又は同様である。
【０１５５】
一実装態様では、ソーラーセル、又は光起電力セルは、ＳＣＲの材料格子定数及び厚さにより、ＬＢＡＲ層の歪みの歪みバランスが保たれ、これにより、すべての層が、同じ面内格子定数において高い結晶品質を有してシュードモルフィックのまま保持されるように、格子定数の小さい歪み補償領域（ＳＣＲ）を組み込んでいる。一実装態様では、ソーラーセルはＬＢＡＲのみを組み込んでおり、ＳＣＲはない。一実装態様では、ソーラーセルはＳＣＲのみを組み込んでおり、ＬＢＡＲはない。一実装態様では、ソーラーセルはＬＢＡＲとＳＣＲを両方組み込んでいる。
【０１５６】
一実装態様では、ＬＢＡＲとソーラーセルのベースは同じ元素からなるが、ＬＢＡＲの組成はソーラーセルのベースよりも低いバンドギャップを有する。一実装態様では、ＳＣＲとソーラーセルのベースは同じ元素からなるが、歪みバランスが取れる、又は歪み配列が正味ゼロとなる材料格子定数を持つＳＣＲの組成を有する。一実装態様では、ＬＢＡＲ及びＳＣＲは同じ元素からなるが、ＬＢＡＲの組成はソーラーセルのベースよりもバンドギャップが低く、ＳＣＲの組成は、ソーラーセル内でＬＢＡＲと結合したときに、歪みバランスが取れる、又は歪み配列が正味ゼロとなるような材料格子定数を有する。一実装態様では、ＬＢＡＲ、ＳＣＲ、及びソーラーセルのベースは同じ元素からなるが、ＬＢＡＲの組成はソーラーセルのベースよりもバンドギャップが低く、ＳＣＲの組成は、ソーラーセル内でＬＢＡＲと結合したときに、歪みバランスが取れる、又は歪み配列が正味ゼロとなるような材料格子定数を有する。
【０１５７】
一実装態様では、ＬＢＡＲ及びＳＣＲは異なる元素からなるが、ＬＢＡＲの組成はソーラーセルのベースよりもバンドギャップが低く、ＳＣＲの組成は、ソーラーセル内でＬＢＡＲと結合したときに、歪みバランスが取れる、又は歪み配列が正味ゼロとなるような材料格子定数を有する。一実装態様では、ＬＢＡＲ、ＳＣＲ、及びソーラーセル又は光起電力セルのベースは異なる元素からなるが、ＬＢＡＲの組成はソーラーセルのベースよりもバンドギャップが低く、ＳＣＲの組成は、ソーラーセル内でＬＢＡＲと結合したときに、歪みバランスが取れる、又は歪み配列が正味ゼロとなるような材料格子定数を有する。
【０１５８】
一実装態様では、ＳＣＲは各ＬＢＡＲの対の間に位置付けされる。一実装態様では、ＬＢＡＲは各ＳＣＲの対の間に位置付けされる。
【０１５９】
一実装態様では、ＬＢＡＲ及び／又はＳＣＲが組み込まれているソーラーセルは、多接合セル内のサブセルであり、このサブセルにＬＢＡＲ及び／又はＳＣＲを組み込むことによってスペクトル応答が変わり、これにより、ソーラースペクトルの利用が改善され、エネルギーの変換効率がさらに効率的になる。
【０１６０】
本開示はさらに、例えば、地球圏の集光型光起電力（ＣＰＶ）発電システム、又は宇宙で使用される衛星とともに使用される高効率多接合（ＭＪ）光起電力（ＰＶ）セルを説明する。多接合ＰＶセルの一例は、三接合ＧａＩｎＰ／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ／Ｇｅセルであるが、多接合セル構造は三接合構造に限定されるものではなく、実際、本開示において幅広い種類の多接合セル構成が想定される。
【０１６１】
多接合ソーラーセルは、集中、又は非集中ソーラースペクトル等の入射スペクトルをさらに効率的に変換するために、２、３、４、５、６、７、８、又は９以上のサブセルを有し、ｐ−ｎ接合部又は単純に「接合部」とも呼ばれる。多接合ソーラーセル、及び多接合セルのサブセルはいずれもソーラーセルの種類であり、下記においてまとめてソーラーセルと呼ばれる。多接合ソーラーセル、及び多接合セルのサブセルは、後述するように様々な構造及び構成を有する。
【０１６２】
一実装態様では、本明細書に記載される一又は複数のソーラーセルは、格子不整合である、又は成長基板の格子定数とは異なる格子定数を有するメタモルフィックソーラーセルである。一実装態様では、本明細書に記載される一又は複数のソーラーセルは、成長基板の格子定数とほぼ同じ格子定数を有する格子整合したソーラーセルである。一実装態様では、多接合セルの二以上のサブセルが互いに格子整合している。一実装態様では、多接合セルのすべてのサブセルは互いに格子整合している。一実装態様では、多接合セルのすべてのサブセルは、成長基板に格子整合している。別の実装態様では、一又は複数の格子整合したサブセルが、多接合セルの一又は複数の格子不整合の又はメタモルフィックセルと一体化している。別の実装態様では、多接合セルのすべてのサブセルが格子不整合、又はメタモルフィックである。
【０１６３】
ある実装態様では、本明細書に記載される一又は複数のソーラーセルを反転構成で成長させることができ、ここで反転成長構成とは、ソーラーセルの動作中に太陽又は他の光源に向かうように設計されたソーラーセルの層（太陽に向かう面に向いた層）を最初に成長させ、その後でソーラーセルの層の残りの部分を成長させ、最後にソーラーセルの動作中に太陽又は他の光源から離れるように設計されたソーラーセルの層（太陽に向かう面から離れた層）を成長させる構成と定義される。ある実装態様では、本明細書に記載される一又は複数のソーラーセルをアプライト構成で成長させることができ、ここでアプライト成長構成とは、ソーラーセルの動作中に太陽又は他の光源から離れるように設計されたソーラーセルの層（太陽に向かう面から離れた層）を最初に成長させ、その後でソーラーセルの層の残りの部分を成長させ、最後にソーラーセルの動作中に太陽又は他の光源に向かうように設計されたソーラーセルの層（太陽に向かう面に向いた層）を成長させる構成と定義される。このようなアプライト構成は、反転構成とは対照的である。ある実装態様では、多接合セルは、アプライト構成で成長させた一又は複数のサブセルと、反転構成で成長させた一又は複数のサブセルを含む。
【０１６４】
ある実装態様では、上述した一又は複数のソーラーセルは、先に定義した反転成長構成を有し、成長基板の材料格子定数とは異なる材料格子定数を有するベース、又は主要な光生成、又は吸収層を有する、反転したメタモルフィックセルである。ある実装態様では、上述した一又は複数のソーラーセルは、先に定義した反転成長構成を有し、成長基板の材料格子定数とほぼ同じ材料格子定数を有するベース、又は主要な光生成、又は吸収層を有する反転した格子整合セルである。
【０１６５】
ある実装態様では、本明細書に記載されるソーラーセルは、エピタキシャル半導体成長プロセス、例えば有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、気相エピタキシー（ＶＰＥ）、及びほかの成長法によって成長させた半導体層を有する。ある実装態様では、本明細書に記載されるソーラーセルの一又は複数の層は、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）、蒸発、スパッタリング、スクリーン印刷法、スプレーコーティング、スピンコーティング、ドクターブレード法、液体による濡れ面、無電解メッキ法、電気メッキ、フォトリソグラフィ、シャドウマスク堆積法、等方性エッチング、組成選択エッチング、配向選択エッチング、方向選択エッチング、レジスト層の光パターニングとその後のソーラーセルの層のエッチング、ソーラーセルの第１層の光パターニングとその後の自己整合プロセスにおいてパターニングされた第１層をエッチングマスクとして使用したソーラーセルの第２層のエッチング、レジスト層の光パターニングと、その後の材料の堆積、及びリフトオフプロセスにおいて堆積材料の一部を除去するためのレジスト層の溶解、又はソーラーセルの層である感光層の光パターニングによって形成される。
【０１６６】
加えて、多接合ソーラーセルからなるいくつかの実装態様では、サブセルは、互いに機械的、光学的、及び電気的に一体化され、様々な方法で多接合ソーラーセルが形成される。ある実装態様では、例えば、サブセルは一つのサブセルの構成要素の半導体層をエピタキシー法で成長させることによって互いに一体化させ、又は互いに接合させ、その後、サブセル間を光学的にまた電気的に結合させる一連の相互接続層、例えばトンネル接合部を成長させ、次に、追加のサブセルの構成要素の半導体層を成長させて、すでに成長させた一又は複数のサブセルと一体化させ、多接合セル、又は成長させている多接合セルの一部のサブセルをすべて形成し、相互接続させるために必要に応じて何度も繰り返す。
【０１６７】
別々の成長基板上に成長させたサブセル又はサブセルの組み合わせも、結合構造と呼ばれるサブセルを一体化する幅広い種類の構造及びモードを使用して互いに接合される。上記多接合ソーラーセルは、結合した多接合ソーラーセルと呼ぶことができる。ある実装態様では、多接合ソーラーセルのサブセル間の一又は複数の接触面は結合構造であり、下記の結合構造及びサブセルの一体化モードのグループから選択される。
１）パターニングされた金属導体、又は相互接続部と結合した透明接着結合形成
２）パターニングされた、又はパターニングされていない透明導体と結合した透明接着結合形成
３）パターニングされた金属導体と結合した、例えば非限定的に、酸化物又は窒化物等の材料を使用した、透明無機層の結合形成
４）パターニングされた、又はパターニングされていない透明導体と結合した、例えば非限定的に、酸化物又は窒化物等の材料を使用した、透明無機層の結合形成
５）例えば非限定的に、酸化亜鉛、又はインジウムスズ酸化物等の透明導電性コーティングの結合形成
６）半導体同士の直接的な結合形成、又は半導体結合技術、又は
７）その他のサブセルの一体化構成
【０１６８】
１）及び２）の透明接着層、及び３）及び４）の透明無機層は、表面のでこぼこに対して比較的適合し、結合状態において軟化しており又は液体であり、又はそれ自体の機械特性においては比較的剛性である。同様に、透明媒体に組み込まれた金属又は透明導体は、比較的適合し、結合状態において軟化しており又は液体であり、又は比較的剛性である。方法１）及び３）の金属又は不透明導体は、これらが通常セル表面のほんのわずか、０．５〜１０％のみをカバーし、これにより結合された接触面全体の大部分が透明のまま保たれ、所望の波長光、例えば太陽光が上部サブセルによって透過され、結合接触面の下のサブセルまで効率的に透過されることが可能になるようにパターニングする、又は分散させることができる。１）、２）、３）及び４）の結合法は概して、本明細書においてサブセルの機械的スタッキングと呼ばれる。５）及び６）の結合法もサブセルの機械的スタッキングと見なすことができる。
【０１６９】
さらに、反射防止（ＡＲ）コーティング及び／又は透明導電コーティング（ＴＣＣ）を、１）、２）、３）、及び４）の透明層結合法と併用することができる。用いられる透明導電コーティングは反射防止コーティングとしても機能する。
【０１７０】
ある実装態様では、サブセルを別々の成長基板上で成長させ、透明接着材料、例えば非限定的にシリコンポリマーを使用し、パターニングされた、又はパターニングされていない透明導体、例えば非限定的に透明マトリックスに組み込まれた透明導電酸化物粒子、又はパターニングされた金属導体と組み合わせて、互いに一体化させ又は結合させて、結合したサブセルの間を電気的に接続する。ある実装態様では、サブセルを別々の成長基板上で成長させ、各表面上の透明無機層、例えば非限定的に、二酸化ケイ素、又は窒化ケイ素の間に結合部を形成し、パターニングされた、又はパターニングされていない透明導体、又はパターニングされた金属導体と組み合わせて、互いに一体化させ又は結合させて、結合したサブセルの間を電気的に接続する。ある実装態様では、サブセルを別々の成長基板上で成長させ、結合層を通して光を伝送して、結合したサブセルの間を電気的に接続することができる各表面上の透明導電コーティング（ＴＣＣ）、例えば非限定的に、酸化亜鉛、又はインジウムスズ酸化物の間に結合部を形成し、互いに一体化させ又は結合させ、任意で、追加のパターニングされた、又はパターニングされていない透明導体、又はパターニングされた金属導体と組み合わせて、サブセル間を電気的に接続させやすくする。ある実装態様では、サブセルを別々の成長基板上で成長させ、半導体と半導体の間に結合部を形成することによって互いに一体化させ又は結合させることができ、この結合部は光透過性、及び導電性の両方を持つ異なる半導体間の原子が原子レベルで急峻な直接的接触面であってよい。この一つの半導体の別の半導体への直接的な結合を伴う結合法は概して、半導体間の結合、半導体の直接結合、又は半導体結合技術（ＳＢＴ）と呼ばれる。半導体間の結合は通常、ひとつの半導体から別の半導体への遷移が結晶格子の１〜１０単分子層以内で起きる、原子レベルで急峻なものである。
【０１７１】
ある実装態様では、上記構造の組み合わせ、たとえば、第１基板上のモノリシックの多接合スタックに反転して成長させた複数のサブセルの第１の組み合わせを使用して、サブセルを互いに一体化する、又は結合させて、多接合セルを形成し、接着結合技術、透明無機層結合技術、透明導電性コーティング結合技術、又は半導体結合技術（ＳＢＴ）を使用して、第２基板上のモノリシックの多接合スタックにアプライト型で成長させた複数のサブセルの第２の組み合わせに結合させ、その後、太陽に向かう表面上の基板を除去して、光が太陽に向かうセルの表面に進入できるようにし、任意に、光源から遠い側面上の基板を除去して、一体化したセルに重量の削減、柔軟性、熱伝達の向上、基板の再利用によるコストの削減、又はその他の有利な品質を付与することができる。
【０１７２】
ある実装態様では、本明細書に記載される一又は複数のソーラーセルをサブセルのスタックに組み込んで、下記、すなわち
１）成長基板の片側、
２）成長基板の両側、
３）単一の成長ラン、
４）２以上の成長ラン、
５）成長基板の片側の単一の成長ラン、
６）成長基板の両側の単一の成長ラン、
７）成長基板の片側の２以上の成長ラン、又は
８）成長基板の両側の２以上の成長ラン
の上に成長させた多接合ソーラーセルを形成することができる。
【０１７３】
ある実装態様では、本明細書に記載される機械的に積み重ねられた、ＴＣＣにより結合された、又は半導体間で結合された多接合ソーラーセルのサブセルは、多接合スタックの他のいくつかのサブセルとは異なる材料格子定数を有し、サブセルは格子不整合成長、傾斜バッファ層によるメタモルフィック成長、機械的な積み重ね、透明導電コーティング（ＴＣＣ）による結合、又は半導体間の結合によって一体化される。機械的に積み重ねられた、ＴＣＣにより結合された、又は半導体間で結合された多接合ソーラーセルのこのようなサブセルは、多接合スタックの他のサブセルとほぼ同じ材料格子定数も有し、サブセルは、格子整合成長、機械的な積み重ね、透明導電コーティング（ＴＣＣ）による結合、又は半導体間の結合によって一体化される。同様に、機械的に積み重ねられた、ＴＣＣにより結合された、又は半導体間で結合された多接合ソーラーセルのサブセルは、多接合スタックの他のいくつかのサブセルとは異なる成長基板上に成長させることができる。このようなサブセルは、多接合スタックの他のサブセルと同じ成長基板上に成長させたものでもあり、多接合スタックのサブセルのいくつかのサブセットは、アプライト成長構成、反転成長構成、又はこれら両方の構成で同じ成長基板上で成長させる。
【０１７４】
ある実装態様では、サブセルは、サブセル間で成長させた高濃度にドープされたｐ＋／ｎ＋トンネル接合を使用して電気的に直列に相互接続される。ある実装態様では、サブセルは、サブセルの間の透明媒体に組み込まれた部分被覆率を有する金属又は透明導体を使用して電気的に直列に相互接続される。ある実装態様では、サブセルは、一又は複数の透明導電性コーティング（ＴＣＣ）層、半導体層、又は他のサブセル層の間の結合を介して、電気的に直列に相互接続される。別の実装態様では、サブセルの電気端子は、セルの前部、又は後部を通して、側面の他のサブセル端子とは別にアクセス可能であり、これにより、直列に接続された多接合セルにありがちな、サブセル間の電流整合の制約を受ける必要なく、別々のサブセルの電気出力が組み合わさり、したがって、多接合セルにおいて理想的でないバンドギャップの組み合わせに対し、高い効率と許容誤差を付与することができる。
【０１７５】
上記の例示の多接合ソーラーセルは、サブセルを特定のモードで多接合セルに一体化させることによって達成される特定の構造を有するものとして記載したが、示した実施例とは異なる場合でも、任意の数のサブセルを有する多接合ソーラーセル、及びサブセルのすべての組み合わせの間に相互接続モードを適用することができ、他の相互接続モードを含むことができ、それでもなお本開示内に含まれている。相互接続の他のモードの例には、スペクトル分割受信システムにおいて個別の又は物理的に分離した単一接合又は多接合ソーラーセルの間の光学的な相互接続、たとえば、スペクトル分割光学システムのシリコンソーラーセルと組み合わせた（Ａｌ）ＧａＩｎＰ／（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ／Ｇｅの三接合ソーラーセル、又はスペクトル分割光学システムのシリコンソーラーセルと組み合わせた（Ａｌ）ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓ／（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ／Ｇｅの四接合ソーラーセルが含まれる。
【０１７６】
加えて、本明細書に記載されるＬＢＡＲ及びＳＣＲは、秩序ＧａＩｎＰ（ｏ−ＧａＩｎＰ）のベース、無秩序ＧａＩｎＰ  （ｄ−ＧａＩｎＰ）のベース、秩序ＡｌＧａＩｎＰのベース、又は無秩序ＡｌＧａＩｎＰのベースを有するソーラーセルにも配置される。秩序及び無秩序という用語は、ＩＩＩ族副格子の周期表（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等）のＩＩＩ族原子の位置を指すものである。半導体がこの意味において秩序化されているかどうか、あるいは秩序化されていないかどうかにかかわらず、結晶格子は完全に周期的な結晶構造を有することができる、及び理想的には有する。同じ半導体組成、すなわちＧａのＩｎに対する比率において、無秩序ＧａＩｎＰは、ＧａＡｓの格子定数近辺で、実際に達成しやすい（ＩＩＩ族秩序が完全でない、すなわち秩序パラメータが一致していないが、本明細書において秩序ＧａＩｎＰと呼ばれる）ＩＩＩ族の部分秩序を有するＧａＩｎＰよりも１００ｍｅＶだけ高いバンドギャップを有する。バンドギャップに対するＩＩＩ族副格子の無秩序化の影響は、高インジウム組成及び格子定数を有するメタモルフィックＧａＩｎＰのソーラーセルだけでなく、Ｇｅ又はＧａＡｓに格子整合したＧａＩｎＰにおいて確認されており、ＡｌＧａＩｎＰにおいても同じである。無秩序化によるバンドギャップの変化は、ＧａＩｎＰ組成がＩｎＰ組成に近づくと減少するが、ソーラーセルの対象とするメタモルフィックＧａＩｎＰ組成の大部分、たとえば約０〜２０％インジウム組成において、無秩序化によるバンドギャップの変化は極めて重大である。
【０１７７】
本開示の一又は複数の実装態様により、多接合ソーラーセルのサブセルであるソーラーセルの光生成電流密度を増加させるための、ＬＢＡＲの配列によるそのソーラーセルの長波長レスポンスの拡張を一般に使用して、通常の入射スペクトルの範囲、及びソーラーセルの温度範囲において、多接合ソーラーセルのサブセル間の電流バランスを最適化することができ、したがって、多接合ソーラーセルの効率が向上し、多接合ソーラーセルの製造のしやすさが改善され、及び／又は多接合ソーラーセルの製造費が削減される。ＬＢＡＲが多接合ソーラーセル、又は他のオプトエレクトロニクスデバイスの上部サブセル、下部サブセル、又は他のサブセルにおいて、準中性領域、又は他の領域、又は素子の他の領域の組み合わせに配置される０次元（０Ｄ）、一次元（１Ｄ）、又は二次元（２Ｄ）のＬＢＡＲを使用して、本開示の多接合セルのサブセル間の電流バランスを最適化し、そうでなければ簡単には実現できない効率又は性能を改善する原理を、二接合ソーラーセル、三接合セル、四接合セル、五接合セル、六接合セル、及び七接合以上のソーラーセル、及び他のオプトエレクトロニクス素子に適用することができる。
【０１７８】
したがって、いくつかの実装態様において、一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）による、まとめてキャリアのトランスポート特性と呼ばれる少数キャリアの寿命時間、少数キャリアの可動性、少数キャリアの拡散距離、多数キャリアの可動性、多数キャリアの導電性の向上、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する、ソーラーセルのエミッタの準中性領域に位置付けされる改善されたトランスポート（ＩＴ）層としても機能する半導体構造が開示される。
【０１７９】
いくつかの実装態様において、アルミニウム含有ベースを有するソーラーセルのエミッタの一部又はすべてを形成するアルミニウムを含まない領域により、高いキャリアトランスポート特性、光、特に波長の短い光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する半導体構造も開示されており、エミッタのアルミニウムを含まない領域によりＩＴ層が形成され、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）も形成される、あるいは形成されない。
【０１８０】
いくつかの実装態様において、アルミニウム含有ベースを有するソーラーセルのエミッタの一部又はすべてを形成する低アルミニウム含有領域により、高いキャリアトランスポート特性、光、特に波長の短い光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する半導体構造も開示されており、低アルミニウム含有量はベースのアルミニウム含有量よりも低い含有量として定義され、エミッタの低アルミニウム含有領域によりＩＴ層が形成され、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）も形成される、あるいは形成されない。
【０１８１】
いくつかの実装態様において、希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベース層を含むソーラーセル等の窒素含有ベースを有するソーラーセルのエミッタの一部又はすべてを形成するＩＴ層を形成する窒素を含まない領域により、高いキャリアトランスポート特性、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する半導体構造も開示されている。
【０１８２】
いくつかの実装態様において、ベースの準中性領域又はソーラーセルの空間電荷領域などのエミッタ以外のソーラーセルの部分に位置付けされた一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）及び/又はＩＴ層により、高いキャリアトランスポート特性、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する半導体構造も開示されている。
【０１８３】
いくつかの実装態様において、一又は複数のＩＴ層及び/又は一又は複数のＬＢＡＲ層を形成する、主要な光生成層と同様の組成を有するが、主要な光生成層と比べて一又は複数のｎの化学元素の含有量が縮小された一又は複数の層により、高いキャリアトランスポート特性、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を有する、整数値ｎの化学元素を含む主要な光生成層を有する半導体構造も開示されている。
【０１８４】
いくつかの実装態様において、一又は複数のＩＴ層及び/又は一又は複数のＬＢＡＲ層を形成する、主要な光生成層と同様の組成を有するが、一又は複数のｎの化学元素の含有量がゼロである一又は複数の層により、高いキャリアトランスポート特性、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を有する、整数値ｎの化学元素を含む主要な光生成層を有する半導体構造も開示されている。
【０１８５】
いくつかの実装態様において、一又は複数のＩＴ層及び/又は一又は複数のＬＢＡＲ層を形成する、主要な光生成層と同様の組成を有するが、主要な光生成層と比べて一又は複数のｎ＝２、ｎ＝３、ｎ＝４、ｎ＝５、又はｎ≧６の化学元素の含有量が縮小された又は除去された一又は複数の層により、高い水準の少数キャリアの寿命時間、少数キャリアの可動性、少数キャリアの拡散距離、多数キャリアの可動性、多数キャリアの導電性、光に反応して高い光生成電流密度、及び/又は高い収集電流密度を達成する、それ自体の組成に２元（ｎ＝２）、３元（ｎ＝３）、４元（ｎ＝４）、５元（ｎ＝５）の半導体、又は６元以上（ｎ≧６）の化学元素を含む半導体を含む主要な光生成層を有する半導体構造も開示されている。
【０１８６】
ＬＢＡＲ及び/又はＩＴ層を含むエミッタを有するソーラーセル及び他の半導体素子の半導体材料の例には、非限定的に、下記のエミッタ及びベース材料の組み合わせ：
ＧａＩｎＰのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰのベース；
低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰのベース；
ＧａＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＡｓのベース；
ＧａＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＡｓのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＡｓのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＡｓのベース；
ＧａＡｓ又は低リン含有ＧａＰＡｓのエミッタ／ＧａＩｎＰＡｓのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低リン含有ＧａＩｎＰＡｓのエミッタ／ＧａＩｎＰＡｓのベース；ｎＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰＡｓのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低リン含有ＡｌＧａＩｎＰＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰＡｓのベース；
ＧａＡｓＳｂ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＡｓＳｂのエミッタ／ＡｌＧａＡｓＳｂのベース；
ＧａＡｓＳｂ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＡｓ又は低リン含有ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＰＡｓＳｂのベース；
高秩序ＩＩＩ族副格子を有するＧａＩｎＰのエミッタ；
低又は無秩序ＩＩＩ族副格子を有するＧａＩｎＰのベース；
高秩序ＩＩＩ族副格子を有するＡｌＧａＩｎＰのエミッタ／
低又は無秩序ＩＩＩ族副格子を有するＡｌＧａＩｎＰのベース；
高秩序ＩＩＩ族副格子を有するＧａＩｎＡｓのエミッタ／
低又は無秩序ＩＩＩ族副格子を有するＧａＩｎＡｓのベース；
高秩序ＩＩＩ族副格子を有するＡｌＧａＩｎＡｓのエミッタ／
低又は無秩序ＩＩＩ族副格子を有するＡｌＧａＩｎＡｓのベース；
ＧａＡｓのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＡｓのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓＳｂのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＰのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＡｌＩｎＰのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＡｓＳｂのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＡｓＳｂのエミッタ／ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ又はＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＩｎＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ又はＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＮＡｓのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ又はＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ又はＡｌＧａＩｎＮＡｓＳｂのベース；
ＧａＮのエミッタ／ＡｌＧａＮのベース；
ＧａＩｎＮのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮのベース；
低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＮのエミッタ／ＡｌＧａＩｎＮのベース；
ＩｎＮのエミッタ／ＧａＩｎＮのベース
が含まれる。
【０１８７】
いくつかの例示の実装態様を、図面を参照して説明する。図１は、エミッタにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタ内に一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を形成する一又は複数の層を有する多接合、又は単接合ソーラーセル内のサブセルを形成する、本開示の実装態様によるソーラーセルの一例を示す図である。一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）及びＬＢＡＲ層は、エミッタの、部分的に準中性領域に、かつ部分的に空間電荷領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの空間電荷領域にある。図１の実施例には、エミッタ全体を形成する、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰを有するＡｌＧａＩｎＰのベースのサブセルが示されており、ベースに比べて改善された電荷キャリアトランスポート特性、及び低いバンドギャップは、エミッタ組成にアルミニウム（Ａｌ）が含まれていないためである。ＧａＩｎＰのエミッタ及びＡｌＧａＩｎＰのベースは、ＩＩＩ族副格子において秩序化されている、又は秩序化されていない。一又は複数のＬＢＡＲ層と他の素子の層のバンドギャップと格子定数の関係は、図１の左側に図解されており、これらは下記の図面に多数示されている。
【０１８８】
図２は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタ内にＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をエミッタに有する、多接合、又は単接合ソーラーセル内のサブセルを形成する、本開示の実装態様によるソーラーセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、部分的にエミッタの準中性領域に、部分的にエミッタの空間電荷領域にあり、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースと接触しており、エミッタのｎ型のＡｌＧａＩｎＰの部分によってウィンドウ層から分離されている。ＬＢＡＲ及び改善されたトランスポート層のドーピングタイプはｎ型又は真性である。ＬＢＡＲの厚さは、エミッタの全厚さの０〜１００％の範囲であり、これを変化させて多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。
【０１８９】
図３は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタ内にＬＢＡＲを形成する、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をエミッタ内に有する、多接合、又は単接合ソーラーセル内のサブセルを形成する、本開示の実装態様によるソーラーセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、部分的にエミッタの準中性領域に、部分的にエミッタの空間電荷領域にあり、エミッタのｎ型の、又は真性のＡｌＧａＩｎＰの部分によってベース層から分離されており、エミッタのｎ型のＡｌＧａＩｎＰの部分によってウィンドウ層から分離されている。
【０１９０】
図４は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタ内にＬＢＡＲを形成する、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をエミッタ内に有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、全体的にエミッタの準中性領域にあり、ｎ型のＡｌｌｎＰのウィンドウと接触しており、エミッタのｎ型の、又は真性のＡｌＧａＩｎＰの部分によってベース層から分離されている。
【０１９１】
図５は、ＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタ内にＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をエミッタ内に有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、全体的にエミッタの準中性領域にあり、エミッタのｎ型の、又は真性のＡｌＧａＩｎＰの部分によってｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースから分離されており、エミッタのｎ型のＡｌＧａＩｎＰの部分によってウィンドウ層から分離されている。
【０１９２】
図６は、エミッタ内に改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を形成する、ｎ型のエミッタ全体を形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層と、エミッタに対して、より高いバンドギャップを有し、及び／又は厚さが縮小されたｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースを有することにより、エミッタ層がソーラーセルの主要な光吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、好ましくは５０〜１００％がエミッタからのものである、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。アルミニウムを含まないＧａＩｎＰのエミッタは、部分的にソーラーセルの準中性領域にあり、部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。ＬＢＡＲの厚さは、ソーラーセルの光吸収体の全厚さの５〜１００％の範囲であり、これを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。
【０１９３】
図７は、エミッタ内での改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を形成する、ｎ型のエミッタ全体を形成し、エミッタ層と、エミッタ層よりも高いバンドギャップを有する裏面電界（ＢＳＦ）層の間にｐ−ｎ接合部を形成する、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層を有するソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、エミッタ層と同じ又は低いバンドギャップを有するベース層がない（ベース層の厚さがゼロである）が、エミッタ層がソーラーセルの主要な光吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の５０〜１００％、好ましくは９０〜１００％がエミッタからのものとなるようにエミッタ層との間にｐ−ｎ接合を形成するため、ＢＳＦ層はベース層ともなる二重の役割を担うとも考えられる。アルミニウムを含まないＧａＩｎＰのエミッタは、部分的にソーラーセルの準中性領域に、部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。
【０１９４】
図８は、ｐ型のベース、ｐ型のＢＳＦ、及びｎ型のウィンドウ層よりも低いバンドギャップを有するエミッタ層を有し、エミッタにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタに一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（第１レベルのＬＢＡＲ）を形成し、第１レベルのＬＢＡＲよりも低いバンドギャップを有する低バンドギャップ吸収領域（第２レベルのＬＢＡＲ）をさらに有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。第２レベルのＬＢＡＲは、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、全体的に空間電荷領域内にあるか、又は全体的に準中性領域にある。図８に示す実施例では、ベースよりもアルミニウム含有量が低いＡｌＧａＩｎＰは第１レベルのＬＢＡＲ層を形成し、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰは、部分的に空間電荷領域に、そして部分的に準中性領域にある第２レベルのＬＢＡＲを形成する。
【０１９５】
図９は、ベースにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、ベースに一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を形成する一又は複数の層を有する、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層及びＬＢＡＲ層は、部分的にベースの準中性領域に、かつ部分的にベースの空間電荷領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域内にあるか、又は全体的にベースの空間電荷領域にある。図９の実施例では、ＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、ベースにおいてＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をベース内に有し、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、部分的にベースの準中性領域に、そして部分的にベースの空間電荷領域にあり、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰのエミッタと接触しており、ベースのｐ型のＡｌＧａＩｎＰ部分によって裏面電界（ＢＳＦ）層から分離されているサブセルが示されている。ＬＢＡＲの厚さは、ベースの全厚さの０〜１００％の範囲であり、これを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。
【０１９６】
図１０は、ＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、ベースにおいてＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をベースに有するソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、部分的にベースの準中性領域に、そして部分的にベースの空間電荷領域にあり、ベースのｐ型の又は真性のＡｌＧａＩｎＰ部分によってエミッタ層から分離されており、ベースのｐ型のＡｌＧａＩｎＰ部分によって裏面電界（ＢＳＦ）層から分離されている。
【０１９７】
図１１は、ＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、ベースにＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をベースに有するソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、全体的にベースの準中性領域にあり、ベースのｐ型の又は真性のＡｌＧａＩｎＰ部分によってエミッタ層から分離されており、裏面電界（ＢＳＦ）層と接触している。
【０１９８】
図１２は、ＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、ベースにＬＢＡＲを形成するアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層をベースに有するソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ層は、全体的にベースの準中性領域にあり、ベースのｐ型の又は真性のＡｌＧａＩｎＰ部分によってエミッタ層から分離しており、ベースのｐ型のＡｌＧａＩｎＰ部分によって裏面電界（ＢＳＦ）層から分離している。
【０１９９】
図１３は、改善された電荷キャリアトランスポート層及び／又はｐ型のベース全体を形成する低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有し、ベース層がソーラーセルの主要な光吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、好ましくは５０〜１００％がベース層からのものとなるように、ベースに対して高いバンドギャップ、及び/又は縮小された厚さを有するエミッタを有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。ベースの改善されたトランスポート（ＩＴ）層及び/又はＬＢＡＲ層は、部分的にソーラーセルの準中性領域に、そして部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。ＩＴ及び/又はＬＢＡＲの厚さは、ソーラーセルの光吸収体の合計厚さの５〜１００％の範囲であり、これを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができる。図１３に示す実施例では、ＩＴ／ＬＢＡＲのベース層及びエミッタ層は、それぞれアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰからなるが、これらは他の材料、たとえば、秩序ＧａＩｎＰのベース及び無秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰのエミッタ、又は歪みのない状態のＧａＩｎＰのベースと、歪みのない格子整合ＡｌＩｎＰ層よりもアルミニウム含有量が高く、バンドギャップが高い引張歪み状態のシュードモルフィックＡｌｌｎＰのウィンドウ／エミッタからなるものであってもよい。
【０２００】
図１４は、改善された電荷キャリアトランスポート層及び/又はｐ型のベース全体を形成する低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）を有し、ベース層と、ベース層よりも高いバンドギャップを有するウィンドウ層との間にｐ−ｎ接合を形成している、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図であり、ベース層と同じ、又は低いバンドギャップを有するエミッタ層がない（エミッタ層の厚さがゼロである）が、ベース層がソーラーセルの主要な光吸収領域であり、ソーラーセルの光生成の５０〜１００％、好ましくは９０〜１００％がべースからのものとなるようにベースとの間にｐ−ｎ接合を形成するため、ウィンドウ層はエミッタ層ともなる二重の役割を担うとも考えられる。ベースの改善されたトランスポート（ＩＴ）層及び/又はＬＢＡＲ層は、部分的にソーラーセルの準中性領域に、そして部分的にソーラーセルの空間電荷領域にある。図１４に示す実施例では、ＩＴ／ＬＢＡＲのベース層及びウィンドウ／エミッタ層は、それぞれアルミニウムを含まないＧａＩｎＰ及びＡｌＩｎＰからなるが、これらは他の材料、たとえば、秩序ＧａＩｎＰのベース及び無秩序（Ａｌ）（Ｇａ）ＩｎＰのウィンドウ／エミッタ、又は歪みのない状態のＧａＩｎＰのベースと、歪みのない格子整合ＡｌＩｎＰ層よりもアルミニウム含有量が高く、バンドギャップが高い引張歪み状態のシュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウ／エミッタからなるものであってもよい。
【０２０１】
図１５は、ｎ型のエミッタ、ｎ型のウィンドウ、及びｐ型のＢＳＦ層よりも低いバンドギャップを有するベース層を有し、ベースにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、且つベースにおいて一又は複数の低バンドギャップ吸収領域（第１レベルのＬＢＡＲ）を形成し、第１レベルのＬＢＡＲよりも低いバンドギャップを有する低バンドギャップ吸収領域（第２レベルのＬＢＡＲ）をさらに有する、ソーラーセル内のサブセルの一例を示す図である。第２レベルのＬＢＡＲは、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、全体的に空間電荷領域内にあるか、又は全体的に準中性領域内にある。図１５に示す実施例では、エミッタよりもアルミニウム含有量の低いＡｌＧａＩｎＰにより第１レベルのＬＢＡＲ層が形成され、アルミニウムを含まないＧａＩｎＰにより部分的に空間電荷領域に、そして部分的に準中性領域にある第２レベルのＬＢＡＲが形成される。
【０２０２】
図１６は、ＡｌＧａＩｎＰのベース、及びベースのアルミニウム組成に対してアルミニウム含有量の低いＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、エミッタにおいて改善された電荷キャリアトランスポート特性を有し、エミッタにおいてＬＢＡＲが形成されているソーラーセル内のサブセルの一例を示す図である。アルミニウムを含まないＧａＩｎＰから形成される改善されたトランスポート（ＩＴ）及び／又はＬＢＡＲ層を有する、本明細書に開示されたすべての実施例は、ソーラーセルの他の光生成層に対してアルミニウム組成の低い低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのＩＴ及び／又はＬＢＡＲ層を代わりに有していてもよい。
【０２０３】
図１７は、ＩＩＩ族の副格子の大部分が、又は完全に無秩序であるＧａＩｎＰ（無秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰ又はｄ−（Ａｌ）ＧａＩｎＰ）、又はＡｌＧａＩｎＰのベースと、ＩＩＩ族の副格子がある程度の秩序度を有するＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰ（秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰ又はｏ−（Ａｌ）ＧａＩｎＰ）からできているエミッタとを有し、これにより、無秩序材料に対して秩序材料のバンドギャップが低下し、ＩＩＩ族の副格子の秩序度又は無秩序度のために、エミッタにおいて低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）、及び／又はエミッタ又はベースにおいて一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層が形成される、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。
【０２０４】
図１８は、ＩＩＩ族副格子の秩序度又は無秩序度により、（ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを意味する）無秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰのエミッタを有し、またベースの準中性領域内に、無秩序材料よりも低いバンドギャップを有し、ＬＢＡＲを形成する秩序ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを有し、及び／又は、エミッタ又はベースにおいて一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層を有する、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。
【０２０５】
図１９は、ＩＩＩ族副格子の秩序度又は無秩序度により、（ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを意味する）無秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰのエミッタを有し、またベースの空間電荷領域内に、無秩序材料よりも低いバンドギャップを有し、ＬＢＡＲを形成する秩序ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰ層を有し、及び／又は、エミッタ又はベースにおいて一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層を有する、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。
【０２０６】
図２０は、ＩＩＩ族副格子の秩序度又は無秩序度により、（ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを意味する）無秩序（Ａｌ）ＧａＩｎＰのエミッタを有し、また部分的にベースの準中性領域に、そして部分的にベースの空間電荷領域内に、無秩序材料よりも低いバンドギャップを有し、ＬＢＡＲを形成する秩序ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰ層を有し、及び／又は、エミッタ又はベースにおいて一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層を有する、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。
【０２０７】
図２１は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、ｎ型のアルミニウムを含まないＧａＩｎＰのエミッタを有し、これにより、エミッタにおいてＬＢＡＲ及び／又は一又は複数の改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成し、エミッタに対して引張歪み状態にある高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウと組み合わせることによってウィンドウの高いバンドギャップと高い透明性を実現した、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。本明細書におけるＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量とは、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウム含有量が高く、ＧａＩｎＰのエミッタは格子整合しており、ＡｌＧａＩｎＰのソーラーセルのベースに対して歪みのない状態にあることを意味する。
【０２０８】
図２２は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、ＡｌＧａＩｎＰのベースに対して圧縮歪み状態にあるｎ型のシュードモルフィックのアルミニウムを含まないＧａＩｎＰのエミッタを有し、これにより、エミッタにおいてＬＢＡＲ及び改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成し、エミッタに対して引張歪み状態にある高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウと組み合わせることによってウィンドウの高いバンドギャップと高い透明性を実現した、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。本明細書におけるＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量とは、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウム含有量が高く、圧縮歪み状態にあるＧａＩｎＰのエミッタによりＡｌＩｎＰのウィンドウの引張歪みバランスが保たれていることを意味する。
【０２０９】
図２３は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、ＡｌＧａＩｎＰのベースに対して圧縮歪み状態にあるｎ型の仮像ＡｌＧａＩｎＰのエミッタを有し、エミッタにおいて、エミッタのバンドギャップがＡｌＧａＩｎＰのベースよりも低くなる、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じになる、又はＡｌＧａＩｎＰのベースよりも高くなるアルミニウム含有量を有し、エミッタに対して引張歪み状態にある高アルミニウム含有、シュードモルフィックＡｌＩｎＰのウィンドウと組み合わせることによってウィンドウの高いバンドギャップと高い透明性を実現した、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。本明細書におけるＡｌＩｎＰのエミッタの高いアルミニウム含有量とは、ＡｌＧａＩｎＰのベースと同じ材料格子定数を有するＡｌＩｎＰ組成よりもアルミニウム含有量が高く、圧縮歪み状態にあるＡｌＧａＩｎＰのエミッタによりＡｌＩｎＰのウィンドウの引張歪みバランスが保たれていることを意味する。
【０２１０】
図２４は、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのベースを有し、層の形態のＬＢＡＲ、及び歪み補償領域（ＳＣＲ）を有する、ソーラーセル内のサブセルの一実施例を示す図である。ＬＢＡＲ及び歪み補償領域は、図示したように、部分的にベースの空間電荷領域に、かつ部分的にベースの準中性領域にあるか、又はエミッタの、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又はエミッタとベース両方の、部分的に空間電荷領域に、かつ部分的に準中性領域にあるか、又は全体的にベースの準中性領域にあるか、又は全体的にエミッタの準中性領域にあるか、又は全体的に空間電荷領域にある。セル構造に改善されたトランスポート（ＩＴ）及び／又はＬＢＡＲ層を有する、本明細書に開示されたすべての実施例に、ＬＢＡＲ及び歪み補償領域の組み合わせを代わりに使用することができる。
【０２１１】
図２５は、窒素の組み込みによりバンドギャップが低下したために、エミッタにおいてＬＢＡＲを形成するｎ型の希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタ層と、ベース層に窒素が存在しない、あるいはベース層の窒素の濃度が低いために、ベースにおいて改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、エミッタに対して低い窒素含有量と高いバンドギャップを有するＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベースを有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。
【０２１２】
図２６は、窒素の組み込みによりバンドギャップが低下したために、ベースにおいてＬＢＡＲを形成するｐ型の希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベース層を有し、エミッタ層に窒素が存在しない、あるいはエミッタ層の窒素の濃度が低いために、エミッタにおいて改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、ベースに対して低い窒素含有量と高いバンドギャップを有するＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタを有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。
【０２１３】
図２７は、窒素の組み込みによりバンドギャップが低下したために、ベースにおいてＬＢＡＲを形成する、濃厚なｎ型の希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のエミッタ層を有し、これにより、エミッタ層がソーラーセルの主要な光吸収領域となり、ソーラーセルの光生成の３０〜１００％、及び好ましくは５０〜１００％がエミッタ層からのものであり、エミッタに対して低い窒素含有量と高いバンドギャップを有する任意のＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）のベースを有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。
【０２１４】
図２８は、窒素の組み込みによりバンドギャップが低下したために、ベースにおいてＬＢＡＲを形成する、ｐ型の希薄窒化物ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）層をベース内に有し、窒素が存在しない、あるいは窒素の濃度が低いために、ベースのＬＢＡＲ層に対して低い窒素含有量と高いバンドギャップを有し、ベース及びエミッタにおいて、改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、又は低窒素含有ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）からできている追加のベース層及びエミッタ層を有する、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。
【０２１５】
図２９は、ベースにおいて引張歪み状態にある交互に配置されるＧａＮＡｓ（Ｓｂ）層と、ベースにおいて引張歪み層の歪みのバランスをとる圧縮状態にあるＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層を有し、これにより、引張層及び圧縮層はともに、ＧａＡｓ又は低インジウム含有ＧａＩｎＡｓのベース層よりも低いバンドギャップを有し、ベースにおいて引張状態のＧａＮＡｓ（Ｓｂ）と圧縮状態のＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層の両方にＬＢＡＲが形成され、一部には窒素が存在しないために、圧縮状態にあるＧａＩｎＡｓ（Ｓｂ）層において改善されたトランスポート（ＩＴ）層がさらに形成される、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。
【０２１６】
図３０は、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓのベースを有し、ＬＢＡＲ及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、エミッタ及び／又はベース内にアルミニウムを含まないＧａ（Ｉｎ）Ａｓ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層を有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性は、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層にアルミニウム（Ａｌ）が存在しない、又はアルミニウム（Ａｌ）の濃度が低い結果である、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。例図は、ＬＢＡＲ及びＩＴ層が部分的にエミッタの準中性領域に、部分的にエミッタの空間電荷領域にあり、ＬＢＡＲ及びＩＴ層がエミッタ層の１００％を形成する場合を示すものである。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、例えば厚さはエミッタの全厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さとベースの厚さを合計した厚さの０％（エミッタがない場合）〜１００％（全部がエミッタの場合）において変化する。一般に、ＬＢＡＲ及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載される任意の構成を有する。
【０２１７】
図３１は、Ｇａ（Ｉｎ）ＰＡｓのベースを有し、ＬＢＡＲ及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、エミッタ及び／又はベース内にリンを含まないＧａ（Ｉｎ）Ａｓ又は低リン含有Ｇａ（Ｉｎ）ＰＡｓ層を有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性は、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層にリン（Ｐ）が存在しない、又はリン（Ｐ）の濃度が低い結果である、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。例図は、ＬＢＡＲ及びＩＴ層が部分的にエミッタの準中性領域に、部分的にエミッタの空間電荷領域にあり、ＬＢＡＲ及びＩＴ層がエミッタ層の１００％を形成する場合を示すものである。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、例えば厚さはエミッタの全厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さとベースの厚さを合計した厚さの０％（エミッタがない場合）〜１００％（全部がエミッタの場合）において変化する。一般に、ＬＢＡＲ及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載される任意の構成を有する。
【０２１８】
図３２は、Ｇａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）Ａｓのベースを有し、ＬＢＡＲ及び／又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層を形成する、エミッタ及び／又はベース内にアンチモン含有Ｇａ（Ｉｎ）（Ｎ）（Ｐ）ＡｓＳｂ層を有し、改善された電荷キャリアトランスポート特性は、ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層にアンチモン（Ｓｂ）が存在する結果である、又はＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層の成長中に得られる、ソーラーセル内のサブセルの実施例を示す図である。例図は、ＬＢＡＲ及びＩＴ層が部分的にエミッタの準中性領域に、部分的にエミッタの空間電荷領域にあり、ＬＢＡＲ及びＩＴ層がエミッタ層の１００％を形成する場合を示すものである。ＬＢＡＲ及び／又はＩＴ層の厚さを変化させて、多接合セルの電流バランスに影響を与えることができ、例えば厚さはエミッタの全厚さの０〜１００％の範囲である。加えて、エミッタの厚さは、エミッタの厚さとベースの厚さを合計した厚さの０％（エミッタがない場合）〜１００％（全部がエミッタの場合）において変化する。一般に、ＬＢＡＲ及び／又は一又は複数のＩＴ層は、本明細書に記載される任意の構成を有する。
【０２１９】
図３３は、一般的な多接合ソーラーセル構造の特徴を示す、多接合セルの図である。図で示す実施例において、多接合（ＭＪ）セルはＧａＩｎＰの上部セル（セル１又はＣ１）のベース、ＧａＩｎＡｓのセル２（Ｃ２）のベース、及び成長基板又は成長ウェハとしても機能するＧｅのセル３（Ｃ３）のべースを有する三接合ソーラーセルである。図の実施例にまた示すのは、任意のメタモルフィック（ＭＭ）の段階的なバッファである。このようなメタモルフィックバッファが含まれている場合、メタモルフィックバッファの後に成長する、又はメタモルフィックバッファの上で成長する、（例えばサブセルとも呼ばれるセル１、セル２、セル３等の）ＭＪセルの構成セル、及び層は、メタモルフィックセル又は層とも呼ばれる。ＭＪセルの構成セルが、それ自体が成長する成長基板又はサブセルと同じ材料格子定数を有して（又はシュードモルフィックの歪みにより同じ格子定数を有して）成長した場合、構成セルはそれ自体が成長する成長基板又はサブセルに格子整合（ＬＭ）しているとみなされ、任意のメタモルフィックバッファは通常この格子整合した場合において除外される。
【０２２０】
図３３を再び参照すると、この図は、格子整合（ＬＭ）した多接合光起電ソーラーセルと、メタモルフィック（ＭＭ）多接合（ＭＪ）光起電ソーラーセル（ＭＪセル）１０の断面図である。ＭＪセル１０は、電気的に直列接続された上部サブセル２０、中間部サブセル４０、及び下部サブセル６０を含む。上部、中間部、及び下部サブセル２０、４０、６０は、各ベース層２４、４４、６４、又はＧａＩｎＰのサブセル２０、ＧａＩｎＡｓのサブセル４０、及びＧｅのサブセル６０の材料にしたがって呼ばれる。セル１０は、ＧａＩｎＰのベース層２４を含むＧａＩｎＰのサブセル２０、（Ｉｎ周囲の括弧は、Ｉｎが任意の元素であることを示す）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓのベース層４４を含むＧａ（Ｉｎ）Ａｓのサブセル４０、及びＧｅのベース層６４を含むＧｅのサブセル６０からできている。Ｇｅのベース層６４は、Ｇｅの成長基板から形成される。
【０２２１】
別の実装態様では、セル１０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体、及び／又は他の半導体から形成される。別の実装態様では、セル１０は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＳｎ、ＳｉＣを含むグループから選択される半導体材料から形成される。
【０２２２】
上部、中間部、及び下部サブセル２０、４０、６０は、光がセル１０に進入した時に各サブセルに当たる順番によってもあらわされる。したがって、上部サブセル２０はサブセル１とも呼ばれ、中間部サブセル４０はサブセル２とも呼ばれ、下部サブセル６０はサブセル３とも呼ばれる。一般に、ｎ個のサブセルは直列接続されており、ｎは単接合セルにおいては１と等しい、又はｎは多接合セルにおいて２以上の任意の整数である。成長基板は電気的に不活性である、又は電気的に活性化されているため、多接合セルのｎ個のサブセルのうちの一つを形成する。
【０２２３】
ある実装態様では、セル１０はメタモルフィック（ＭＭ）ＭＪセルであり、中間部セル４０はＭＭ中間部セルであり、上部セル２０はＭＭ上部セルである。別の実装態様では、セル１０はＭＭ  ＭＪセルであり、中間部セル４０はＧａＩｎＡｓ中間部セルであり、上部セル２０はＭＭＧａＩｎＰ上部セルである。
【０２２４】
ある実装態様では、Ｇｅのサブセル６０は、上部サブセルを形成する半導体層のエピタキシャル成長用基板として機能するＧｅのウェハから形成される。Ｇｅのウェハはさらに、セル１０の３つの活性化されたサブセルのうちの一つとして機能するのに加えて、セルの主要な機械的支持部として機能する。基板上の半導体層のエピタキシャル成長は、核生成層５８で開始する。核生成層５８は、Ｇｅのサブセル６０のウィンドウ層としても機能可能である。
【０２２５】
トンネル接合部４７は、核生成層５８の上に形成される。トンネル接合部４７は、ｎ＋＋トンネル層４８及びｐ＋＋トンネル層４８を含む。トンネル接合部４７は、最下部のエピタキシャルサブセルと、メタモルフィックバッファ領域５２の上、下、又は領域自体との間に形成される。
【０２２６】
メタモルフィックバッファ層５２は、下部サブセル６０と中間部サブセル４０との間に５層の遷移格子定数バッファ層を含む。別の実装態様では、メタモルフィックバッファ層５２は、一又は複数のバッファ層を含む。上記の成長は通常、核生成層５８と、最下部のエピタキシャルサブセル（中間部セル４０等）との間で起こる。
【０２２７】
下部サブセル６０及び中間部サブセル４０は、互いに格子不整合である、すなわち、互いに異なる格子定数を有する。加えて、中間部サブセル４０及び上部サブセル２０は互いに格子不整合である。一実装態様では、セル１０はメタモルフィック構造である。本明細書で使用する「格子整合している」という用語は、互いとの格子定数の差が１％以内であることを意味する。本明細書で使用する「格子不整合」という用語は、互いとの格子定数の差が１％を上回ることを意味する。
【０２２８】
ある実装態様では、隣接するサブセルの格子定数の差は０．５％以下である。格子定数の差は、０．５〜１．５％、１．５〜２．５％、２．５〜４．５％、又は４．５％を上回る範囲でもある。
【０２２９】
ある実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、ＧａＡｓの格子定数と等しい、又はＧａＡｓの格子定数の約０．１％以内である、又は５．６５３３オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、Ｇｅの格子定数と等しい、又はＧｅの格子定数の約０．１％以内である、又は５．６５７５オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数の値は、ＩｎＰの格子定数と等しい、又はＩｎＰの格子定数の約０．１％以内である、又は５．８６８８オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数の値は、Ｓｉの格子定数と等しい、又はＳｉの格子定数の約０．１％以内である、又は５．４３０７オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数の値は、ＧａＳｂの格子定数と等しい、又はＧａＳｂの格子定数の約０．１％以内である、又は６．０９５９３オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、ウルツ鉱結晶格子構造を有するＧａＮの格子定数と等しい、又はその約０．１％以内であり、３．１８９オングストローム及び５．１８５オングストロームの格子定数によって特徴づけられる。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、閃亜鉛鉱結晶格子構造を有するＧａＮの格子定数と等しい、又はその約０．１％以内である、又は４．５０オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、ＩｎＡｓの格子定数と等しい、又はその約０．１％以内である、又は６．０５８４オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、ＩｎＳｂの格子定数と等しい、又はその約０．１％以内である、又は６．４７９３７オングストロームである。別の実装態様では、隣接するサブセルの格子定数は、ＣｄＴｅの格子定数と等しい、又はその約０．１％以内である、又は６．４８２オングストロームである。
【０２３０】
この例示の実装態様では、格子定数は成長方向に増加する、又は言いかえれば、下部セル６０から上部セル２０に向けた方向に増加する（格子定数の遷移は、下部セルと中間部セルとの間のメタモルフィックバッファにおいて起こる）。成長方向への格子定数の増加は、圧縮方向の勾配と呼ばれる。
【０２３１】
別の実装態様では、格子定数は成長方向に減少する、又は言いかえれば、下部セル６０から上部セル２０に向けた方向に減少する（格子定数の遷移は、下部セルと中間部セルとの間のメタモルフィックバッファにおいて起こる）。成長方向への格子定数の減少は、引張方向の勾配と呼ばれる。上記実装態様では、ある材料を変えることができる、たとえば、中間部セル４０はＧａＩｎＡｓの代わりにＧａＰＡｓであってよく、これにより、中間部セル４０の格子定数がＧａＡｓの格子定数よりも小さくなる。
【０２３２】
トンネル接合部２７により、上部サブセル２０と中間部サブセル４０が電気的直列状態に接続され、トンネル接合部４７により、中間部サブセル４０と下部サブセル６０が電気的直列状態に接続される。モノリシックの二端子相互直列接続ＭＪセルを形成するために、一般に、たとえばセル１０等のＭＪセルのｎ個のサブセルが各々、トンネル接合部によって隣接する一又は複数のサブセルに直列接続される。二端子構成においては、一つのサブセルによりほかのサブセルの電流が大幅に制限されないように、各サブセルの電流−電圧曲線の最大出力点において各サブセルがほぼ同じ電流を有するように、サブセルの厚さ及びバンドギャップを設計することが望ましい場合がある。あるいは、上部サブセル２０、中間部サブセル４０及び下部サブセル６０は、追加端子手段、たとえば金属接点によって、サブセルの間の導電半導体層の側面に接触させて、三端子、四端子、及び一般にｍ端子のＭＪセルを形成することができる（ｍは２以上、そして２ｎ以下の整数であり、ｎはＭＪセルの活性化されたサブセルの数である）。上部サブセル２０、中間部サブセル４０及び下部サブセル６０は、各サブセルにおいて利用可能な光生成電流密度のほとんどを効率的に使用可能にするために、これらの追加端子を使用して回路に相互接続される。このような効率的な使用により、光生成電流密度が様々なサブセルにおいて大差がある場合にも、セル１０の効率を上げることができる。
【０２３３】
ウィンドウ２１、エミッタ２２、ベース２４、及び裏面電界（ＢＳＦ）層２５は、上部セル２０に示されており、ウィンドウ４１、エミッタ４２、ベース４４及びＢＳＦ層４５は、中間部セル４０に示されており、エミッタ６２及びベース６３は下部セル６０において示されている。
【０２３４】
多様に異なる半導体材料を、ウィンドウ層２１、４１、及びバッファ層５２、及び核生成層５８に使用することができる。バッファ層５２及び核生成層５８は、下部セル６０のウィンドウ層としても機能する。ＡｌＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｌＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＳＳｅ、及び他の材料を含む多様に異なる半導体材料をウィンドウ層２１、４１、及びバッファ層５２、及び核生成層５８に使用することができ、それでもなお、本発明の精神の範囲に含まれる。
【０２３５】
エミッタ層２２、４２、６２は通常、対応するベース層２４、４４、６４よりも薄く、ベース層の太陽に向かう側に位置付けされているが、いくつかの特定セルは、ベース裏面の裏面を照らす入射光も使用する。セルの電流を発生させる電子−正孔対のほとんどの光生成は通常ベース層において起こるが、エミッタ層２２、４２、６２から光生成された電流密度もまたほとんどのセルにおいて重要であり、いくつかの特定セルの光生成電流密度はベース層２４、４４、６４の光生成電流密度を超える場合がある。
【０２３６】
Ｇｅのサブセル６０のエミッタ層６２は、Ｇｅの基板上部のＩＩＩ−Ｖ族半導体のエピタキシャル成長から（Ｇｅのｎ型ドーパントである）Ｖ列元素のｐ型Ｇｅ基板への拡散によって形成することができる。Ｇｅのサブセル６０のベース６４は、セル１０の他の部分の成長基板及び機械的支持部としても機能するｐ型のＧｅのウェハの大半の部分からなる。Ｇｅのサブセル６０の裏面にはＢＳＦ層は見えないが、ＢＳＦ層（たとえば、拡散ｐ＋領域、又はエピタキシャル成長したＩＶ又はＩＩＩ−Ｖ族半導体層）を上記の場所に位置付けして、Ｇｅのサブセル６０の効率、及びセル１０全体の効率を向上させることができる。
【０２３７】
加えて、ベース層６４と成長基板は好ましくはｐ−Ｇｅベース層６４及び成長基板であるが、ほかの半導体材料をベース層６４及び成長基板として、又は成長基板としてのみ使用してもよい。これには、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、  ＩｎＳｂ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｏ、ステンレス鋼、ソーダ石灰ガラス及びＳｉＯ２が含まれるが、これに限定されない。
【０２３８】
キャップ層１５は、上部セル２０上に配置される。キャップ層１５は、電流を上部セルから、抵抗力損失を最小限に抑えながら、ソーラーセルの上部電気端子を形成する金属電極まで流すために、上部セル２０の上面、すなわち、上部セルのウィンドウと低抵抗の電気接点を形成し、セルの上部の金属電極又はグリッドパターンと低抵抗の電気接点を形成する半導体層である。キャップ層１５は通常、金属電極への低接点抵抗を実現するため、高濃度にドーピングされ、ｎ＋ドーピング、又はｐ＋ドーピングで示される。キャップはまた、このような金属が活性化された上部セル層に拡散した、又はそうでなければ進入した場合に悪影響を与えうる上部電極において活性化された上部セル層を金属層から分離させる役割も果たす。キャップ層１５はｎ＋ドーピングされたＧａＩｎＡｓ層である。他の実装態様では、キャップ層１５は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、  及びほかのＩＩＩ−Ｖ族、又はＩＶ族半導体、及びこれら材料の組み合わせからなる。他の実装態様では、キャップ層１５は、金属電極との接点抵抗を最小限に抑えるために、ｎ＋ドーピングで示される非常に高いｎ型ドーピングを有する、あるいは、ｐ＋ドーピングで示される非常に高いｐ型ドーピングを有し、非常に高いドーピングは通常、特に金属電極との接触面においてドーピング＞１０１８ｃｍ−３、好ましくはドーピング＞１０１９ｃｍ−３、さらに好ましくはドーピング＞１０２０ｃｍ−３を示す。他の実装態様では、キャップ層１５は、各々がキャップの異なる機能を有する複数の層を含み、上記キャップは、金属との接触面近辺に濃厚ドーピング層を含み、上部セルのウィンドウに接触する低濃度ドーピング層を含み、キャップは、側面の導電層として使用される一又は複数の層を含み、キャップは、一又は複数の金属拡散バリア層を含み、キャップは、例えばセルの他の場所の歪みのバランスを取る、セルの他の場所に歪みをつくる、又はバンドギャップを低下させて低抵抗接点を形成しやすくするために一又は複数の引張層を含み、キャップは、キャップを通ってソーラーセルに入る光の伝達を促進するために、一又は複数の高バンドギャップ層又は薄膜化した層を含む。
【０２３９】
光生成電流は、通常濃厚ドーピングされた半導体層であるが、異なる波長範囲にわたる透明又は不透明の導電性酸化物又は金属等の他の種類の導電性材料からできていてもよい接触層を通して各サブセルから離れる。上部サブセル２０の接触層は、（次にセル１０の上部の金属グリッドパターン１４と接触する）サブセル２０前部のキャップ層１８と、上部サブセル２０の裏面のトンネル接合部２７のｐ＋＋ドーピング側面２８である。中間部サブセル４０の接触層は、中間部サブセル４０前部のトンネル接合部２７のｎ＋＋ドーピング側面２９と、中間部サブセル４０の裏面のトンネル接合部４７のｐ＋＋ドーピング側面４８である。Ｇｅの下部サブセル６０の接触層は、バッファ領域５２前部のトンネル接合部４７のｎ＋＋ドーピング側面４９（ただし、バッファ領域５２がＧｅサブセル６０のウィンドウ構造の一部であると見なされる場合）と、下部サブセル６０裏面の裏面金属接点６８（これはセル１０全体の裏面とも見なされる）である。このような接触層は、従来のソーラーセルのグリッドの代わりに、下部サブセル６０の裏面金属接点６８、又は上部セルのウィンドウ２１又はエミッタ２２に接触する透明な導電性酸化物の場合のように、パターン化されない。接触層はまた、ソーラーセルの大部分の前部グリッドを形成するパターン化された濃厚ドーピングキャップ１８及び金属接点１４の場合のように、パターン化されることもある。反射防止コーティング１６を、ＰＶセル１０の前面（太陽に向かう面）に配設する（そして例えば、ＡｌＩｎＰのウィンドウ層２１の上に配置する）ことができ、通常ＰＶセルが反応できる波長範囲にわたって、前面を通る光の伝達を最大化するために最適化された厚さを有する一、二、又はそれ以上の誘電体層でできている。
【０２４０】
グリッド線の間のエミッタ及びウィンドウ層の側面導電性は、ベースの少数キャリア（ｐ型上部セルのベース２４の場合は少数電子）がグリッド線の間のベース／エミッタのｐ−ｎ接合部において収集された後に、その時点でエミッタにおける多数キャリアである収集キャリア（ｎ型上部セルのエミッタ２２においては多数電子）を抵抗損失を最小限に抑えながらグリッド線に伝導させる必要があるため、重要なものとなりうる。このグリッド線への側面の多数キャリアの伝導には、上部セルのエミッタ層２２とウィンドウ層２１の両方が役割を担っている。この高い導電性を維持しながら、ウィンドウ層２１とエミッタ層２２は、上部セル２０のベース２４によって、及びセル１０の他の活性化されたサブセル４０、６０によって効率的に使用可能な光子エネルギーに対して透過性を高く維持する必要がある。さらに、ウィンドウ層２１及びエミッタ層２２は、少数キャリアがｐ−ｎ接合部において再結合前に収集されるように、ウィンドウ層２１及びエミッタ層２２（ｎ型エミッタ２２の場合は少数正孔）において光生成される少数キャリアの拡散距離を長くする必要がある。伝達距離及び拡散距離はいずれも、高いドーピングレベルに対して縮小する傾向にあるため、セルの効率を最大化することができる最適なドーピングレベルが通常存在し、これに対して、ウィンドウ層２１とエミッタ層２２の導電性はセル２０の出力に比べ抵抗損失が小さくなるほど十分に高まることができ、それでもウィンドウ層２１及びエミッタ層２２の透過率及び少数キャリアの収集は、セル２０に入射するほとんどの光子が有用な電流を生成するほど十分に高いものである。
【０２４１】
非常に低いシート抵抗を有するセル間のトンネル接合部を形成する高ドーピング層は、側面導電層としても機能する。上記導電層により、セルに入射した光の強度又はスペクトル成分が空間的に不均一である場合、セル１０全域の電流密度がさらに均一化される。サブセル２０と４０との間、及び下部セル６０の裏面の水平導電層もまた、二を上回る端子を有するＭＪセルの設計の場合に非常に重要である。例えば、３、４、又はそれ以上の端子を有する機械的に積み重なった、又はモノリシックに成長したＭＪセルでは、各サブセルの効率を最適化し、それによりＭＪセル全体の効率を最適化するために、サブセルは必ずしもすべてが同じではない電流密度において動作する。サブセル２０と４０との間、及び下部セル６０の裏面の水平導電領域もまた、３、４、又はそれ以上の端子を有する構成において重要であり、この構成では、サブセルはほかの回路要素、例えばバイパス又はブロッキングダイオードと相互接続されている、又は一つのＭＪセルのサブセルは別のＭＪセルのサブセルと、直列に、並列に、又は直列及び並列の組み合わせで接続されており、これにより、光起電力セル回路の効率、電圧安定性、又は他の性能パラメータが改善される。
【０２４２】
図３４は、セル１、すなわち多接合セルの上部サブセルに、ＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのエミッタＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層及びＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのベースを組み込むａ）三接合ソーラーセル、及びｂ）四接合ソーラーセルの実施例を示す。サブセルの好ましいバンドギャップの範囲が図面に示されているが、サブセルはこれらの範囲外のバンドギャップも有しうる。各サブセルの主要な光吸収層のいくつかの可能な半導体組成を示したが、ほかの組成も使用可能である。多接合セルに組み込まれるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、任意のサブセルに配設され、本明細書の他の箇所に記載される任意の種類のものであってよい。加えて、層１０はサブセル間のトンネル接合層、ＩＭＭセルの任意の段階的なバッファ層、又は透明層／金属結合、又は半導体結合セルの結合層であってよい。
【０２４３】
図３５は、セル１、すなわち多接合セルの上部サブセルに、ＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのエミッタＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層及びＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのベースを組み込むａ）五接合ソーラーセル、及びｂ）六接合ソーラーセルの実施例を示す。サブセルの好ましいバンドギャップの範囲が図面に示されているが、サブセルはこれらの範囲外のバンドギャップも有しうる。各サブセルの主要な光吸収層のいくつかの可能な半導体組成を示したが、ほかの組成も使用可能である。多接合セルに組み込まれるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、任意のサブセルに配設され、本明細書の他の箇所に記載される任意の種類のものであってよい。加えて、層１０はサブセル間のトンネル接合層、ＩＭＭセルの任意の段階的なバッファ層、又は透明層／金属結合、又は半導体結合セルの結合層であってよい。
【０２４４】
図３６は、セル１、すなわち多接合セルの上部サブセルに、ＧａＩｎＰ又は低アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰのエミッタＬＢＡＲ又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層及びＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのベースを組み込むａ）七接合ソーラーセル、ｂ）八接合ソーラーセル、及びｃ）九接合ソーラーセルの実施例を示す。サブセルの好ましいバンドギャップの範囲が図面に示されているが、サブセルはこれらの範囲外のバンドギャップも有しうる。各サブセルの主要な光吸収層のいくつかの可能な半導体組成を示したが、ほかの組成も使用可能である。多接合セルに組み込まれるＬＢＡＲ又はＩＴ層は、任意のサブセルに配設され、本明細書の他の箇所に記載される任意の種類のものであってよい。加えて、層１０はサブセル間のトンネル接合層、ＩＭＭセルの任意の段階的なバッファ層、又は透明層／金属結合、又は半導体結合セルの結合層であってよい。
【０２４５】
図３７は、１０％アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰの上部セルのベース、及びエミッタにＬＢＡＲを含まない（コントロールケース）ａ）１０％アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰの上部セルのエミッタ、主にエミッタの準中性領域にあるエミッタに低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）（ＬＢＡＲケース）を形成するｂ）アルミニウムを含まないＧａＩｎＰ（０％アルミニウム含有ＡｌＧａＩｎＰ）の上部セルのエミッタを有するソーラーセルの外部量子効率の測定値を示す図である。この実験においてＬＢＡＲの厚さは、これより下回ると量子力学的効果のために電子及び正孔エネルギーレベルの分離が大幅に増加するエネルギー井戸の厚さ（〜２００オングストローム）よりも大幅に厚くなるように、約７５０オングストロームとなっている。ＬＢＡＲケースのエミッタのＬＢＡＲは、このような非反射防止コーティングを施した上部セルの外部量子効率（ＥＱＥ）曲線の短波長及び長波長領域両方において収集される電流に有利である。４００ｎｍにおいてＥＱＥが〜４２％、６４０ｎｍにおいてＥＱＥが〜６％、そして６６０ｎｍにおいてＥＱＥが〜０％であるコントロールケースに比べ、ＬＢＡＲケースは、ＬＢＡＲによる低光子エネルギーにおける電荷キャリアの光生成、及びエミッタＬＢＡＲのアルミニウムを含まない組成による少数キャリア（ｎ型エミッタの場合は少数正孔）のトランスポート（ＩＴ）の改善により、４００ｎｍにおいてＥＱＥが〜５２％、６４０ｎｍにおいてＥＱＥが〜１２％、そして６６０ｎｍにおいてＥＱＥが５％となっている。
【０２４６】
図３８は、２．０５ｅＶのＡｌＧａＩｎＰの上部セルのベース、及び上部セルのエミッタに３つの異なるＬＢＡＲケース、１）エミッタにＬＢＡＲを含まないホモ接合の２．０５ｅＶのＡｌＧａＩｎＰのエミッタ（コントロールケース）、２）低アルミニウム含有１．９５ｅＶのＡｌＧａＩｎＰのエミッタＬＢＡＲ（低アルミニウム含有ケース）、及び３）アルミニウムを含まない１．８８ｅＶのＧａＩｎＰのエミッタＬＢＡＲ（アルミニウムを含まないケース）を有するソーラーセルの外部量子効率の測定値を示す図である。低アルミニウム含有及びアルミニウムを含まないケースの両方のエミッタのＬＢＡＲは、このような非反射防止コーティングを施した上部セルの外部量子効率（ＥＱＥ）曲線の短波長及び長波長領域両方において収集される電流に有利である。４００ｎｍにおいてＥＱＥが〜４６％、６２５ｎｍにおいてＥＱＥが〜１％であるコントロールケースに比べ、ＬＢＡＲによる低光子エネルギーにおける電荷キャリアの光生成、及びエミッタＬＢＡＲのアルミニウムを含まない、又は低アルミニウム含有の組成による少数キャリア（このｎ型エミッタの場合は少数正孔）のトランスポート（ＩＴ）の改善により、低アルミニウム含有のケースは、４００ｎｍにおいてＥＱＥが〜５２％、６２５ｎｍにおいてＥＱＥが〜４％であり、アルミニウムを含まないエミッタのＬＢＡＲのケースは、４００ｎｍにおいてＥＱＥが〜５５％、６２５ｎｍにおいてＥＱＥが〜９％となっている。
【０２４７】
本発明の様々な目的を満たすために、本発明の様々な実装態様が記載されている。当然ながら、これらの実装態様は、本発明の原理の単なる実例である。これらの実装態様の多数の修正及び適応は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者が見てすぐに分かるものである。
【０２４８】
条項１  光起電力セルを含むオプトエレクトロニクス素子であって、光起電力セルは、空間電荷領域、準中性領域、低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層、又は少なくとも部分的にセルの準中性領域に位置付けされた改善されたトランスポート（ＩＴ）層を含む。
【０２４９】
条項２  ＬＢＡＲ層が、セルの直接隣接する半導体層よりも低いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２５０】
条項３  ＬＢＡＲ層が、セルの直接隣接する２つの半導体層よりも低いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２５１】
条項４  ＩＴ層の収集された光生成電流密度が、直接隣接している光生成層の組成を有する交換層よりも高い、条項１に記載の素子。
【０２５２】
条項５  ＩＴ層の収集された光生成電流密度が、直接隣接している２つの光生成層のいずれかの組成を有する交換層よりも高い、条項１に記載の素子。
【０２５３】
条項６  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層が、全体的にセルの準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２５４】
条項７  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層が、部分的にセルの準中性領域に、部分的にセルの空間電荷領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２５５】
条項８  セルがさらにエミッタ層とＬＢＡＲ層を含む、又はＩＴ層が少なくとも部分的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２５６】
条項９  セルがさらにベース層とＬＢＡＲ層を含む、又はＩＴ層が少なくとも部分的にベース層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２５７】
条項１０  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルの機能層全体が形成される、条項１に記載の素子。
【０２５８】
条項１１  機能層は、エミッタ層、ベース層、ウィンドウ層、又は裏面電界（ＢＳＦ）層を含む、条項１０に記載の素子。
【０２５９】
条項１２  機能層はエミッタ層を含む、条項１０に記載の素子。
【０２６０】
条項１３  エミッタ層の厚さは、セルの光吸収体の全厚さの約５０〜１００％である、条項１２に記載の素子。
【０２６１】
条項１４  セルがさらにベース層を含み、エミッタ層の厚さが、エミッタ層の厚さにベース層の厚さを加えた合計の最大約２０％である、条項１２に記載の素子。
【０２６２】
条項１５  セルがＬＢＡＲ層と、少なくとも部分的に準中性領域に位置付けされるＩＴ層を含む、条項１に記載の素子。
【０２６３】
条項１６  ＬＢＡＲ層とＩＴ層が同じ層である、条項１５に記載の素子。
【０２６４】
条項１７  セルがさらに、ウィンドウ層、ＢＳＦ層、及びベース層を含み、ベース層とエミッタ層により、ウィンドウ層とＢＳＦ層との間に配置される光吸収層が形成される、条項１２に記載の素子。
【０２６５】
条項１８  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのエミッタ層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、ベース層、及びエミッタ層の第２部分を含み、エミッタ層の第１部分は、ベース層とエミッタ層の第１部分との間に配置され、エミッタ層の第２部分は部分的にエミッタ層の空間電荷領域に、そして部分的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２６６】
条項１９  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのエミッタ層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、ベース層、及びエミッタ層の第２部分を含み、エミッタ層の第２部分は、ベース層とエミッタ層の第１部分との間に配置され、エミッタ層の第１部分はウィンドウ層に隣接し、エミッタ層の第１部分は、全体的にエミッタ層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２６７】
条項２０  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、及びベース層の第２部分を含み、ベース層の第１部分は、エミッタ層とベース層の第２部分との間に配置され、ベース層の第２部分はＢＳＦ層に隣接し、ベース層の第１部分は、部分的にベース層の空間電荷領域に、そして部分的にベース層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２６８】
条項２１  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、およびベース層の第３部分を含み、ベース層の第１部分は、ベース層の第２及び第３部分との間に配置され、ベース層の第１部分は、部分的にベース層の空間電荷領域に、そして部分的にベース層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２６９】
条項２２  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分を含み、ベース層の第１部分は、ＢＳＦ層と、ベース層の第２部分との間に配置され、ベース層の第２部分はエミッタ層に隣接し、ベース層の第１部分は、全体的にベース層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２７０】
条項２３  ＬＢＡＲ層、又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルがさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、およびベース層の第３部分を含み、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分とベース層の第３部分との間に配置され、ベース層の第２部分はエミッタ層に隣接し、ベース層の第３部分はベース層の第１部分とＢＳＦ層との間に配置され、ベース層の第１部分は全体的にベース層の準中性領域に位置付けされる、条項１に記載の素子。
【０２７１】
条項２４  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、アルミニウムを含まず、又はアルミニウムを実質的に含まず、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層はアルミニウムを含有し、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２７２】
条項２５  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、層に存在するＩＩＩ族元素の全量に対し約１５モルパーセント以下のアルミニウムを含有し、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２７３】
条項２６  セルがさらにエミッタ層及びベース層を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、層に存在するＩＩＩ族元素の全量に対し約１５モルパーセント以下のアルミニウムを含有し、エミッタ層に位置付けされる、又はエミッタ層の全体からなり、ベース層はＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いモルパーセントのアルミニウムを含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２７４】
条項２７  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、及びベース層の第３部分を含み、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分と、ベース層の第３部分との間に配置され、ベース層の第２部分はエミッタ層に隣接し、ベース層の第３部分は、ベース層の第１部分とＢＳＦ層との間に配置され、ベース層の第１部分は、全体的にベース層の準中性領域に位置付けされるか、全体的に空間電荷領域に位置付けされるか、又は部分的に準中性領域に、かつ部分的に空間電荷領域に位置付けされ、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分及びベース層の第３部分よりも低いモルパーセントのアルミニウムと、低いバンドギャップを有する、条項１の素子。
【０２７５】
条項２８  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層により、セルのベース層の第１部分が形成され、セルはさらに、ウィンドウ層、裏面電界（ＢＳＦ）層、エミッタ層、ベース層の第２部分、及びベース層の第３部分を含み、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分と、ベース層の第３部分との間に配置され、ベース層の第２部分はエミッタ層に隣接し、ベース層の第３部分は、ベース層の第１部分とＢＳＦ層との間に配置され、ベース層の第１部分は、ベース層の第２部分及びベース層の第３部分よりも高いＩＩＩ族副格子の秩序度、及び低いバンドギャップを有する、条項１の素子。
【０２７６】
条項２９  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、光起電力セルの平均格子定数に対して、第１のバンドギャップと第１の歪み量を有する第１層の種類の一又は複数の層を含み、さらに、第１バンドギャップよりも大きい第２バンドギャップと第２の歪み量をを有する第２層の種類の一又は複数の層を含み、これにより、第２層の種類の層は、第１層の種類の層に対して引張歪み状態にあり、第１層の種類の層の歪みは、第２層の種類の層の歪みとバランスがとれているため、いずれの種類の層もシュードモルフィックのままであり、約１０６ｃｍ−２よりも低い結晶欠陥の面密度を有するコヒーレント格子構造が保持される、条項１に記載の素子。
【０２７７】
条項３０  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は窒素を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、窒素を含まず、又は実質的に窒素を含まず、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップを有する、条項１に記載の素子。
【０２７８】
条項３１  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は窒素を含み、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層に直接隣接する少なくとも一つの半導体層は、非ゼロの量の窒素を含み、直接隣接する半導体層は、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも高いバンドギャップと、ＬＢＡＲ層又はＩＴ層よりも低いモルパーセントの窒素を有する、条項１に記載の素子。
【０２７９】
条項３２  セルはさらにエミッタ層と、エミッタ層よりも高いバンドギャップを有するベース層を含み、窒素を含むＬＢＡＲ層は、エミッタ層に配置され、ベース層はＬＢＡＲ層よりも窒素含有量が低く、ＩＴ層を形成する、条項１に記載の素子。
【０２８０】
条項３３  セルはさらにベース層と、ベース層よりも高いバンドギャップを有するエミッタ層を含み、窒素を含むＬＢＡＲ層はベース層に配置され、ＬＢＡＲ層よりも高いバンドギャップを有し、窒素含有量が低いエミッタ層によりＩＴ層が形成される、条項１に記載の素子。
【０２８１】
条項３４  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、及びＡｌＧａＩｎＰＡｓのうちの一又は複数を含む、条項１に記載の素子。
【０２８２】
条項３５  ＬＢＡＲ層又はＩＴ層は、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂのうちの一又は複数を含む、条項１に記載の素子。
【０２８３】
条項３６  素子は無機半導体素子である、条項１に記載の素子。
【０２８４】
条項３７  素子が複数の光起電力セルを含む、条項１に記載の素子。
【０２８５】
条項３８  素子は多接合光起電力素子を含み、各光起電力セルにより光起電力素子のサブセルが形成される、条項３７に記載の素子。
【０２８６】
条項３９  素子の少なくとも２つのセルは、空間電荷領域、準中性領域、及び少なくとも部分的にセルの準中性領域に位置付けされる低バンドギャップ吸収領域（ＬＢＡＲ）層、又は改善されたトランスポート（ＩＴ）層を含む、条項３８に記載の素子。
【０２８７】
条項４０  素子が光ダイオードを含む、条項１に記載の素子。
【符号の説明】
【０２８８】
１０    多接合（ＭＪ）光起電ソーラーセル
１４    金属グリッドパターン
１５    キャップ層
１６    反射防止コーティング
１８    キャップ層
２０    上部サブセル
２１    ウィンドウ層
２２    エミッタ層
２４    ベース層
２５    裏面電界（ＢＳＦ）層
２７    トンネル接合部
２８    ｐ＋＋ドーピング側面
２９    ｎ＋＋ドーピング側面
４０    中間部サブセル
４１    ウィンドウ層
４２    エミッタ層
４４    ベース層
４５    裏面電界（ＢＳＦ）層
４７    トンネル接合部
４８    ｐ＋＋ドーピング側面
４９    ｎ＋＋ドーピング側面
５２    バッファ層
５８    核生成層
６０    下部サブセル
６２    エミッタ層
６４    ベース層
６８    裏面金属接点
【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】
2014179600.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014179600.tif 000009
【図８】
2014179600.tif 000010
【図９】
2014179600.tif 000011
【図１０】
2014179600.tif 000012
【図１１】
2014179600.tif 000013
【図１２】
2014179600.tif 000014
【図１３】
2014179600.tif 000015
【図１４】
2014179600.tif 000016
【図１５】
2014179600.tif 000017
【図１６】
2014179600.tif 000018
【図１７】
2014179600.tif 000019
【図１８】
2014179600.tif 000020
【図１９】
2014179600.tif 000021
【図２０】
2014179600.tif 000022
【図２１】
2014179600.tif 000023
【図２２】
2014179600.tif 000024
【図２３】
2014179600.tif 000025
【図２４】
2014179600.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
2014179600.tif 000028
【図２７】
2014179600.tif 000029
【図２８】
2014179600.tif 000030
【図２９】
2014179600.tif 000031
【図３０】
2014179600.tif 000032
【図３１】
2014179600.tif 000033
【図３２】
2014179600.tif 000034
【図３３】
2014179600.tif 000035
【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
2014179600.tif 000037
【図３５Ａ】
2014179600.tif 000038
【図３５Ｂ】
2014179600.tif 000039
【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
2014179600.tif 000041
【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８】
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【外国語明細書】
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