(57)【要約】  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第一電極（１２１）と第二電極（１０２）との間のバッファ層（１０８）と第一セル（１３１）とを備えている。バッファ層（１０８）は、第一セル（１３１）の設置側と反対側から第一セル（１３１）側にかけてバッファ層（１０８）の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所（１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａ）と、バッファ層（１０８）の厚さの増加を伴わずにＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所（１４１ｂ，１４２ｂ，１４３ｂ，１４４ｂ）とが交互に繰り返された部分を含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、
第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間のバッファ層と第一セルとを備え、
前記バッファ層および前記第一セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、
前記バッファ層は、前記第一セルの設置側と反対側から前記第一セル側にかけて前記バッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、前記バッファ層の厚さの増加を伴わずに前記ＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含む、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記バッファ層は、第一のサブ層と、前記第一のサブ層上の第二のサブ層とを含み、
前記第一のサブ層および前記第二のサブ層は前記第一の箇所に相当し、
前記第一のサブ層と前記第二のサブ層との界面が前記第二の箇所に相当する、請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記バッファ層を構成するサブ層のうち、前記第一セルの最も近くに位置するサブ層における前記ＩＩＩ族元素の組成の変化率が前記バッファ層を構成するサブ層の中で最も小さい、請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記第一の箇所における前記ＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和は、前記第二の箇所における前記ＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和の１／３以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記第一電極と前記第二電極との間であって、前記バッファ層の前記第一セル側とは反対側に第二セルを備え、
前記第二セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記第一電極と前記第二電極との間であって、前記第二セルの前記バッファ層側とは反対側に第三セルを備え、
前記第三セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む、請求項５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
基板上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に第一セルを形成する工程と、を含み、
前記バッファ層は、前記第一セルの設置側と反対側から前記第一セル側にかけて前記バッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、前記バッファ層の厚さの増加を伴わずに前記ＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含むように形成される、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の複数が電気的に接続されてなる太陽電池アレイを備えた、人工衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法、および人工衛星に関する。本出願は、２０１６年１月６日に出願した日本特許出願である特願２０１６−００１２６８号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、人工衛星の大型化により必要とする電力が大きくなり、高効率太陽電池の需要が益々大きくなっている。高効率太陽電池は、一般的に入射光に対して垂直に異なるバンドギャップを有する太陽電池を配置したものであり、これらの太陽電池はアレイ状態に並べて使用される。【０００３】
現在、人工衛星に搭載されている太陽電池はＧｅ基板上に形成したＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池が主流である。この化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰ光電変換層のバンドギャップは１．７〜２．１ｅＶ程度であり、ＧａＡｓ光電変換層のバンドギャップは１．３〜１．６ｅＶ程度であり、Ｇｅ光電変換層のバンドギャップは０．７ｅＶ程度である。【０００４】
太陽光スペクトルの有効利用のためには、３接合の化合物半導体太陽電池においては、光電変換層のバンドギャップは、受光面側から、１．９３ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０５ｅＶの組み合わせが良いとされており、より高い特性の化合物半導体太陽電池を得るためには、ボトムセルのバンドギャップが０．９〜１．１ｅＶ程度である材料の検討がなされている。【０００５】
バンドギャップが１ｅＶ程度のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の一つとしてＩｎＧａＡｓがある。このＩｎＧａＡｓを用いて、ＩｎＧａＰセルとＧａＡｓセルとＩｎＧａＡｓセルとを順番に成長したＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ化合物半導体太陽電池においては、ＧａＡｓセルとＩｎＧａＡｓセルとは格子定数が異なり、格子定数の差は約２％もある。【０００６】
そこで、ＧａＡｓなどの半導体基板と格子定数の異なるＩｎＧａＡｓセルを成長する前に、ＩｎＧａＡｓの結晶性を良くするために、全く発電に寄与しないバッファ層をＧａＡｓなどの半導体基板とＩｎＧａＡｓセルとの間に形成することによって、半導体基板とは異なる格子定数であるＩｎＧａＡｓ化合物半導体を成長せざる得ない状況である（たとえば、特許文献１〜３および非特許文献１〜２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１０６８８０号
【特許文献２】特開２０１４−１９５１１８号公報
【特許文献３】特開２０１１−７１５４８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J.F.Geisz  et  al.,  “Inverted  GaInP/(In)GaAs/InGaAs  Triple-Junction  Solar  Cells  with  Low-Stress  Metamorphic  Bottom  Junctions”,33th  IEEE  Photovoltaic  Specialists  Conference,  2008
【非特許文献２】M.W.Wanlass  et  al.,  “Lattice-Mismatched  Approaches  for  High-Performance,III-V  Photovoltaic  Energy  Converters”
【非特許文献３】J.  W.  Matthews,  “Defects  In  Epitaxial  Multilayers”,  Journal  of  Crystal  Growth  27(1974)  118-125
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３および非特許文献１〜２に記載されているような多接合ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、発電に寄与しないバッファ層の厚さが全体の１／４〜１／３も占めることになるため、コスト面に大きな課題がある。また、階段構造のバッファ層の階段数には、非特許文献２に示されるような最適な階段数があり、極端に階段数を減らすことは難しい。【００１０】
また、半導体基板と異なるエピタキシャル層を成長する場合には、非特許文献３に示されるような臨界膜厚というものがあり、エピタキシャル層の厚さが臨界膜厚よりも薄い場合には、エピタキシャル層内の転位が縦方向に伝搬してエピタキシャル成長した膜の結晶性を低下させてしまう。実際に、階段状のバッファ層構造において各層の膜厚を低減した場合には、結晶性の低下が原因で開放電圧（Ｖoc）が低下した。このように従来構造の階段状のバッファ層では膜厚を低減することは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ここで開示された実施形態は、第一電極と、第二電極と、第一電極と第二電極との間のバッファ層と第一セルとを備え、バッファ層および第一セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、バッファ層は、第一セルの設置側と反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、バッファ層の厚さの増加を伴わずにＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含む、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池である。【００１２】
ここで開示された実施形態は、基板上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層上に第一セルを形成する工程と、を含み、バッファ層は、第一セルの設置側と反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、バッファ層の厚さの増加を伴わずにＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含むように形成される、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法である。【００１３】
ここで開示された実施形態は、上記のいずれかのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の複数が電気的に接続されてなる太陽電池アレイを備えた人工衛星である。
【発明の効果】
【００１４】
ここで開示された実施形態によれば、特性の低下を抑えつつ、バッファ層の厚さを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図２】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図３】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図４】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図５】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層の模式的な断面構成図である。
【図６】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層のＩｎ組成比とｎ型バッファ層の厚さとの関係を示す図である。
【図７】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、バッファ層の成長開始時から成長終了時までのＩｎ組成比の変化量が同一である場合であっても、従来の階段構造のバッファ層を用いた化合物半導体太陽電池と比べて、バッファ層の厚さを低減できることを示す図である。
【図８】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、ｎ型バッファ層の厚さと格子定数との関係を示す図である。
【図９】実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層の形成に用いられるＩｎxＧａyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、（ｘ＋ｙ）＞０）の格子定数と、成長用ガス中のＴＭＩとＴＭＧとのモル分率との関係を示す図である。
【図１０】実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１１】実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１２】実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１３】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図１４】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１５】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１６】実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図である。
【図１７】実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図１８】実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図１９】実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図２０】（ａ）は実施形態７の人工衛星の模式的な斜視図であり、（ｂ）は実施形態７の人工衛星に用いられる実施形態７の太陽電池アレイの模式的な平面図であり、（ｃ）は実施形態７の太陽電池アレイに用いられる実施形態１〜実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な平面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｄ）は参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のバッファ層の厚さとＶocとの関係を示す図であり、（ｅ）は実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のバッファ層の厚さとＶocとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１７】
＜実施形態１＞
図１に、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。図１に示すように、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、支持基板１０１上には、金属層１０２（電極）、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６およびｎ型窓層１０７がこの順序で積層された構成を有している。
【００１８】
ｎ型窓層１０７上には、ｎ型バッファ層１０８が積層されている。本実施形態において、ｎ型バッファ層１０８は、以下の構成を有している。ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層１０７上にｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18ＰからなるＥサブ層（たとえば厚さ０．５μｍ）が積層され、Ｅサブ層上にｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐからｎ型Ｉｎ0.73Ｇａ0.27ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（本実施形態では直線状に減少（単調減少））しているＡサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層され、Ａサブ層上にｎ型Ｉｎ0.69Ｇａ0.31Ｐからｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調減少）しているＢサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層され、Ｂサブ層上にｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐからｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調減少）しているＣサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層され、Ｃサブ層上にｎ型Ｉｎ0.52Ｇａ0.48Ｐからｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調減少）しているＤサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層されている。
【００１９】
ｎ型バッファ層１０８上には、ｎ型層とｐ型層とがこの順に積層されてトンネル接合層１０９が構成されている。
【００２０】
トンネル接合層１０９上には、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型ベース層１１１と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１０、ｐ型ベース層１１１、ｎ型エミッタ層１１２およびｎ型窓層１１３がこの順序で積層されている。なお、トンネル接合層１０９のｎ型層とｐ型層もｐ型ベース層１１１と同一または同程度の格子定数を有している。
【００２１】
ｎ型窓層１１３上には、ｎ型層とｐ型層とがこの順に積層されてトンネル接合層１１４が構成されている。
【００２２】
トンネル接合層１１４上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型ベース層１１６と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１５、ｐ型ベース層１１６、ｎ型エミッタ層１１７およびｎ型窓層１１８がこの順に積層されている。
【００２３】
ｎ型窓層１１８上には、ｎ型コンタクト層１１９と反射防止膜１２０とが設けられ、ｎ型コンタクト層１１９上には金属層１２１（電極）が設けられている。
【００２４】
実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル１３１を構成する化合物半導体層、ミドルセル１３２を構成する化合物半導体層およびトップセル１３３を構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
【００２５】
以下、図２〜図４の模式的な断面構成図を参照して、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００２６】
まず、図２に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）装置内に設置し、ＧａＡｓ基板１２２上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層１２３、ｎ型コンタクト層１１９、ｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６およびｐ型ＢＳＦ層１１５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２７】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１５上にトンネル接合層１１４をＭＯＣＶＤ法により形成する。
次に、トンネル接合層１１４上に、ｎ型窓層１１３、ｎ型エミッタ層１１２、ｐ型ベース層１１１、およびｐ型ＢＳＦ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２８】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１０上にトンネル接合層１０９をＭＯＣＶＤ法により形成する。
次に、トンネル接合層１０９上に、ｎ型バッファ層１０８をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。本実施形態において、ｎ型バッファ層１０８は、以下のようにエピタキシャル成長させられる。まず、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐが成長するように、ＩＩＩ族元素ガスとしてのＴＭＩ（トリメチルインジウム）の流量とＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量とを調節する。そして、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（本実施形態では直線状に増加（単調増加））させる。これにより、層中でｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからｎ型Ｉｎ0.52Ｇａ0.48ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＤサブ層を成長させる。
【００２９】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【００３０】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させる。これにより、層中でｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐからｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＣサブ層をＤサブ層上に成長させる。
【００３１】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【００３２】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させる。これにより、層中でｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐからｎ型Ｉｎ0.69Ｇａ0.31ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＢサブ層をＣサブ層上に成長させる。
【００３３】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【００３４】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させる。これにより、層中でｎ型Ｉｎ0.73Ｇａ0.27Ｐからｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＡサブ層をＢサブ層上に成長させる。
【００３５】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【００３６】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入する。ここでは、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を変化させることなく、Ａサブ層上にｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18ＰからなるＥサブ層を成長させる。これにより、トンネル接合層１０９上にｎ型バッファ層１０８がエピタキシャル成長する。
【００３７】
次に、ｎ型バッファ層１０８のｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18ＰからなるＥサブ層上に、ｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５、ｐ型ＢＳＦ層１０４、およびｐ型コンタクト層１０３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３８】
本実施形態において、成長用ガスとしては、たとえば、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧを用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることが可能である。また、成長用ガスは、ｎ型またはｐ型のドーパントガスなどのガスを含んでいてもよい。
【００３９】
次に、図３に示すように、ｐ型コンタクト層１０３上に、金属層１０２を形成し、金属層１０２上に支持基板１０１を貼り付ける。金属層１０２は、たとえば、ＡｕとＡｇとの積層体からなる。
【００４０】
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をアルカリ水溶液によりエッチングした後に、エッチングストップ層１２３を酸水溶液によりエッチングする。
【００４１】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１１９上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１１９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層１１９の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron  Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇの積層体からなる金属層１２１を形成する。
【００４２】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜およびＡｌ2Ｏ3膜の積層体を形成して反射防止膜１２０を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１に示す構成の実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００４３】
図５に、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層１０８の模式的な断面構成図を示す。図５に示すように、ｎ型バッファ層１０８は、ボトムセル１３１の設置側と反対側からボトムセル１３１側にかけて、Ｄサブ層１４１ａ、Ｃサブ層１４２ａ、Ｂサブ層１４３ａ、Ａサブ層１４４ａおよびＥサブ層１４５ａが順次積層された構成を有している。ｎ型バッファ層１０８のＤサブ層１４１ａ、Ｃサブ層１４２ａ、Ｂサブ層１４３ａおよびＡサブ層１４４ａのそれぞれにおいては、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加（ボトムセル１３１の設置側との反対側からボトムセル１３１側への進行）に伴って、ＩＩＩ族元素であるＩｎの組成比が連続的に増加している。
【００４４】
Ｄサブ層１４１ａとＣサブ層１４２ａとの間の界面であるＡ界面１４１ｂにおいては、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずに、Ｉｎ組成比が０．５２から０．５６に増加している。
【００４５】
Ｃサブ層１４２ａとＢサブ層１４３ａとの間の界面であるＢ界面１４２ｂにおいては、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずに、Ｉｎ組成比が０．６１から０．６５に増加している。
【００４６】
Ｂサブ層１４３ａとＡサブ層１４４ａとの間の界面であるＣ界面１４３ｂにおいては、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずに、Ｉｎ組成比が０．６９から０．７３に増加している。
【００４７】
Ａサブ層１４４ａとＥサブ層１４５ａとの間の界面であるＤ界面１４４ｂにおいては、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずに、Ｉｎ組成比が０．７８から０．８２に増加している。
【００４８】
図６に、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層１０８のＩｎ組成比とｎ型バッファ層１０８の厚さとの関係を示す。図６に示すように、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｎ型バッファ層１０８は、ボトムセル１３１の設置側と反対側からボトムセル１３１側にかけてｎ型バッファ層１０８の厚さの増加に伴ってＩｎ組成比が単調増加している第一の箇所（Ｄサブ層１４１ａ、Ｃサブ層１４２ａ、Ｂサブ層１４３ａおよびＡサブ層１４４ａ）と、ｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずにＩｎ組成比が単調増加する第二の箇所（Ａ界面１４１ｂ、Ｂ界面１４２ｂ、Ｃ界面１４３ｂおよびＤ界面１４４ｂ）とが交互に繰り返された部分を含んでいる。
【００４９】
したがって、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、たとえば図７に示すように、バッファ層の成長開始時から成長終了時までのＩｎ組成比の全変化量（△ｘ）が同一である場合であっても、従来の階段構造のバッファ層を用いた化合物半導体太陽電池と比べて、ｎ型バッファ層１０８の厚さを低減（図７では、△Ｔで表わしている）することができる。
【００５０】
従来の階段構造のバッファ層においても、バッファ層の各層間のＩｎ組成比の変化量を大きくすることによって、バッファ層の成長開始時から成長終了時までのＩｎ組成比の全変化量（△ｘ）を同一としつつ、バッファ層の厚さの増大を抑えることも可能であるが、この場合には、バッファ層の各層間のＩｎ組成比の変化量が大きくなりすぎ、バッファ層の各層の結晶欠陥が増大し、バッファ層上に成長されるセルを構成する結晶に結晶欠陥が伝播して、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池と比べて、特性が低下する。
【００５１】
ｎ型バッファ層１０８のサブ層間の界面で結晶欠陥の伝播を止めることができるため、ｎ型バッファ層１０８上に成長されるボトムセル１３１を構成する結晶に伝播する結晶欠陥の数を減少することができる。
【００５２】
以上の理由により、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、特性の低下を抑えつつ、バッファ層の厚さを低減することが可能となる。
【００５３】
ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層のうち、ボトムセル１３１の最も近くに位置するＥサブ層におけるＩｎ組成比の変化量は０であり、ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層におけるＩｎ組成比の変化量の中で最も小さくなっている。このような構成とすることにより、ｎ型バッファ層１０８からボトムセル１３１への結晶欠陥の伝播をより効率的に低減することができる。
【００５４】
第一の箇所に相当するサブ層のＩｎ組成比の変化量は０．０８以下であることが好ましい。この場合には、サブ層におけるＩｎ組成比の変化が急激になりすぎないため、ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層の成長中に結晶欠陥が発生するのを低減することができる。
【００５５】
第一の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量に相当するサブ層のＩｎ組成比の変化量は、サブ層のボトムセル１３１側の面におけるＩｎ組成比からサブ層のボトムセル１３１側とは反対側の面におけるＩｎ組成比を差し引いた値の絶対値である。本実施形態において、Ａサブ層１４４ａのＩｎ組成比の変化量は０．７８−０．７３＝０．０４であり、Ｂサブ層１４３ａのＩｎ組成比の変化量は０．６９−０．６５＝０．０５であり、Ｃサブ層１４２ａのＩｎ組成比の変化量は０．６１−０．５６＝０．０４であり、Ｄサブ層１４１ａのＩｎ組成比の変化量は０．５２−０．４８＝０．０４である。
【００５６】
ｎ型バッファ層１０８の第一の箇所に相当するサブ層のＩｎ組成比の変化量の総和は、ｎ型バッファ層１０８の第二の箇所に相当する界面のＩｎ組成比の変化量の総和の１／３以上であることが好ましい。この場合には、ｎ型バッファ層１０８の厚さをより薄くすることができる傾向にある。
【００５７】
Ａサブ層１４４ａ、Ｂサブ層１４３ａ、Ｃサブ層１４２ａおよびＤサブ層１４１ａのＩｎ組成比の変化量の総和は０．０４＋０．０５＋０．０４＋０．０４＝０．１７である。
【００５８】
第二の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量に相当する界面のＩｎ組成比の変化量は、当該界面を構成しているサブ層のうちボトムセル１３１側に位置しているサブ層のボトムセル１３１側とは反対側の面におけるＩｎ組成比からボトムセル１３１側とは反対側に位置しているサブ層のボトムセル１３１側の面におけるＩｎ組成比を差し引いた値の絶対値である。
【００５９】
Ａ界面１４１ｂのＩｎ組成比の変化量は０．５６−０．５２＝０．０４であり、Ｂ界面１４２ｂのＩｎ組成比の変化量は０．６５−０．６１＝０．０４であり、Ｃ界面１４３ｂのＩｎ組成比の変化量は０．７３−０．６９＝０．０４であり、Ｄ界面１４４ｂのＩｎ組成比の変化量は０．８２−０．７８＝０．０４であるため、Ａ界面１４１ｂ、Ｂ界面１４２ｂ、Ｃ界面１４３ｂおよびＤ界面１４４ｂのＩｎ組成比の変化量の総和は０．０４＋０．０４＋０．０４＋０．０４＝０．１６である。
【００６０】
したがって、ｎ型バッファ層１０８の第一の箇所に相当するサブ層のＩｎ組成比の変化量の総和（０．１７）は、ｎ型バッファ層１０８の第二の箇所に相当する界面のＩｎ組成比の変化量の総和（０．１６）の約１．０６倍となっているため、ｎ型バッファ層１０８の厚さをより薄くすることができている。
【００６１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においてＩＩＩ族元素の組成と格子定数との間には１対１の対応関係があるため、ＩＩＩ族元素の組成の変化に伴って格子定数も変化する。図８に、実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池におけるｎ型バッファ層１０８の厚さと格子定数との関係を示す。図８において、Ａサブ層１４４ａの格子定数の変化量がａ１で表されており、Ｂサブ層１４３ａの格子定数の変化量がａ２で表されており、Ｃサブ層１４２ａの格子定数の変化量がａ３で表されており、Ｄサブ層１４１ａの格子定数の変化量がａ４で表されている。また、図８において、Ａ界面１４１ｂの格子定数の変化量がｂ１で表されており、Ｂ界面１４２ｂの格子定数の変化量がｂ２で表されており、Ｃ界面１４３ｂの格子定数の変化量がｂ３で表されており、Ｄ界面１４４ｂの格子定数の変化量がｂ４で表されている。
【００６２】
図８に示すように、第一の箇所に相当するＡサブ層１４４ａ、Ｂサブ層１４３ａ、Ｃサブ層１４２ａおよびＤサブ層１４１ａのそれぞれにおいてはｎ型バッファ層１０８の厚さの増加に伴って格子定数が連続的に増加（単調増加）しており、第二の箇所に相当するＡ界面１４１ｂ、Ｂ界面１４２ｂ、Ｃ界面１４３ｂおよびＤ界面１４４ｂのそれぞれにおいてはｎ型バッファ層１０８の厚さの増加を伴わずに格子定数が増加している。
【００６３】
ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層のうち、ボトムセル１３１の最も近くに位置するＥサブ層における格子定数の変化量は０であり、ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層における格子定数の変化量の中では最も小さくなっている。このような構成とすることにより、ｎ型バッファ層１０８からボトムセル１３１への結晶欠陥の伝播をより効率的に低減することができる。
【００６４】
第一の箇所における格子定数の変化率は、０．１％以上１％以下であることが好ましく、０．２％以上０．４％以下であることがより好ましい。この場合には、サブ層における格子定数の変化率が急激になりすぎないため、ｎ型バッファ層１０８を構成するサブ層の成長中に結晶欠陥が発生するのを低減することができる。
【００６５】
第一の箇所における格子定数の変化率に相当するサブ層の格子定数の変化率は、サブ層のボトムセル１３１側の面における格子定数からサブ層のボトムセル１３１側とは反対側の面における格子定数を差し引いた値をサブ層のボトムセル１３１側とは反対側の面における格子定数で割った値の百分率である。
【００６６】
ｎ型バッファ層１０８の第一の箇所に相当するサブ層の格子定数の変化量の総和は、ｎ型バッファ層１０８の第二の箇所に相当する界面の格子定数の変化量の総和の１／３以上であることが好ましい。この場合には、ｎ型バッファ層１０８の厚さをより薄くすることができる傾向にある。図８に示す例においては、サブ層の格子定数の変化量の総和はａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４であり、界面の格子定数の変化量の総和はｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４であるため、（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）≧１／３（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）の関係式が満たされることが好ましい。
【００６７】
図９に、ｎ型バッファ層１０８の形成に用いられるＩｎxＧａyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、（ｘ＋ｙ）＞０）の格子定数と、成長用ガス中のＴＭＩとＴＭＧとのモル分率との関係を示す。図９に示すように、成長用ガス中のＴＭＩのモル分率が大きくなるにつれて格子定数が増加することがわかる。
【００６８】
なお、上記においては、組成が変化するＩＩＩ族元素としてＩｎを例として説明したが、Ｉｎに限定されず、Ｉｎ以外のＩＩＩ族元素（Ａｌおよび／またはＧａ等）を組成が変化するＩＩＩ族元素としてもよい。なお、ＩＩＩ族元素の組成は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により特定が可能であり、格子定数についてはＳＩＭＳにより特定されたＩＩＩ族元素の組成から導くことが可能である。
【００６９】
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されておらず、その組成について特に言及されていないものについては、その組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能であることを意味している。
【００７０】
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されている場合でも、本発明はその組成比の構成に限定されるものではない。
【００７１】
＜実施形態２＞
図１０〜図１２に、実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明するための模式的な断面構成図を示す。実施形態２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池はＧｅ基板２０１上に化合物半導体層を成長させることによって形成され、各セルの格子定数をＧｅの格子定数に合わせている点に特徴がある。それ以外の構造については実施形態１に準ずる。
【００７２】
すなわち、まず、図１０に示すように、Ｇｅ基板２０１上に、Ｇｅと同程度の格子定数を有するエッチングストップ層１２３、ｎ型コンタクト層１１９、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層１１６の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６およびｐ型ＢＳＦ層１１５をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。
【００７３】
ｐ型ＢＳＦ層１１５上にトンネル接合層１１４をＭＯＣＶＤ法により積層し、その後、トンネル接合層１１４上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１１１の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１１３、ｎ型エミッタ層１１２、ｐ型ベース層１１１およびｐ型ＢＳＦ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。このときのｐ型ベース層１１１の格子定数はＧｅ基板２０１の格子定数と同程度となる。
【００７４】
ｐ型ＢＳＦ層１１０上にトンネル接合層１０９をＭＯＣＶＤ法により積層し、その後、トンネル接合層１０９上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５およびｐ型ＢＳＦ層１０４をこの順にＭＯＣＶＤ法により積層する。さらに、ｐ型ＢＳＦ層１０４上にｐ型コンタクト層１０３をＭＯＣＶＤ法により積層する。
【００７５】
次に、図１１に示すように、ｐ型コンタクト層１０３上に、支持基板１０１を金属層１０２により貼り付ける。
【００７６】
次に、図１２に示すように、Ｇｅ基板２０１をアルカリ水溶液によりエッチングした後に、エッチングストップ層１２３を酸水溶液によりエッチングする。
【００７７】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１１９の一部を除去し、金属層１２１および反射防止膜１２０を形成する。
【００７８】
実施形態２における上記以外の説明は実施形態１と同様であるため、その説明については省略する。
【００７９】
＜実施形態３＞
図１３に、実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は４接合のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池であることを特徴としている。
【００８０】
図１３に示すように、実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、支持基板１０１上に、金属層１０２（電極）、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層３０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６およびｎ型窓層３０７がこの順序で積層された構成を有している。
【００８１】
ｎ型窓層３０７上には、第２のｎ型バッファ層３０８が積層されている。本実施形態において、第２のｎ型バッファ層３０８は、以下の構成を有している。ｎ型窓層３０７上にｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.38Ｉｎ0.62ＡｓからなるＦサブ層（たとえば厚さ０．５μｍ）が積層され、Ｆサブ層上にｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.43Ｉｎ0.57Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.48Ｉｎ0.52ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（本実施形態では直線状に減少（単調減少））しているＧサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層され、Ｇサブ層上にｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.54Ｉｎ0.46Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.59Ｉｎ0.41ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調減少）しているＨサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層され、Ｈサブ層上にｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.64Ｉｎ0.36Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.69Ｉｎ0.31ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調減少）しているＩサブ層（たとえば厚さ０．３μｍ）が積層されている。
【００８２】
第２のｎ型バッファ層３０８上には、ｎ型層とｐ型層とがこの順に積層されてトンネル接合層３０９が構成されている。
【００８３】
トンネル接合層３０９上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層３１１の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層３１０、ｐ型ベース層３１１、ｎ型エミッタ層３１２およびｎ型窓層３１３がこの順序で積層されている。ｐ型ベース層３１１とｎ型エミッタ層３１２との接合体から第１のミドルセル１３４が構成されている。なお、トンネル接合層３０９のｎ型層とｐ型層もｐ型ベース層３１１と同一または同程度の格子定数を有している。
【００８４】
ｎ型窓層３１３上には、ｎ型バッファ層１０８が積層される。ｎ型バッファ層１０８の構成は、実施形態１のｎ型バッファ層１０８の構成と同一である。
【００８５】
ｎ型バッファ層１０８上には、トンネル接合層１０９が積層されている。
トンネル接合層１０９上には、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型ベース層１１１の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１０、ｐ型ベース層１１１、ｎ型エミッタ層１１２およびｎ型窓層１１３がこの順序で積層されている。ｐ型ベース層１１１とｎ型エミッタ層１１２との接合体から第２のミドルセル１３２が構成されている。
【００８６】
ｎ型窓層１１３上には、トンネル接合層１１４が積層されている。
トンネル接合層１１４上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型ベース層１１６の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１５、ｐ型ベース層１１６、ｎ型エミッタ層１１７およびｎ型窓層１１８がこの順に積層されている。
【００８７】
ｎ型窓層１１８上には、ｎ型コンタクト層１１９と反射防止膜１２０とが設けられ、コンタクト層１１９上には金属層１２１（電極）が設けられている。
【００８８】
実施形態１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル１３１を構成する化合物半導体層、第１のミドルセル１３４を構成する化合物半導体層、第２のミドルセル１３２を構成する化合物半導体層およびトップセル１３３を構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
【００８９】
以下、図１４〜図１６の模式的な断面構成図を参照して、実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００９０】
まず、図１４に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、ＧａＡｓ基板１２２上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層１２３、ｎ型コンタクト層１１９、ｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６およびｐ型ＢＳＦ層１１５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００９１】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１５上に、トンネル接合層１１４をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【００９２】
次に、トンネル接合層１１４上に、ｎ型窓層１１３、ｎ型エミッタ層１１２、ｐ型ベース層１１１、およびｐ型ＢＳＦ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００９３】
次に、ｐ型ＢＳＦ層１１０上に、トンネル接合層１０９をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【００９４】
次に、トンネル接合層１０９上に、ｎ型バッファ層１０８をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。ｎ型バッファ層１０８の形成方法は、実施形態１のｎ型バッファ層１０８と同様である。
【００９５】
次に、ｎ型バッファ層１０８上に、ｎ型窓層３１３、ｎ型エミッタ層３１２、ｐ型ベース層３１１、およびｐ型ＢＳＦ層３１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００９６】
次に、ｐ型ＢＳＦ層３１０上には、トンネル接合層３０９をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【００９７】
次に、トンネル接合層３０９上に、第２のｎ型バッファ層３０８をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。本実施形態において、第２のｎ型バッファ層３０８は、以下のようにエピタキシャル成長させられる。
【００９８】
まず、ｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.69Ｉｎ0.31Ａｓが成長するように、ＩＩＩ族元素ガスとしてのＴＭＩの流量とＴＭＧの流量とＴＭＡの流量とを調節する。そして、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（本実施形態では直線状に増加（単調増加））させる。これにより、層中でｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.69Ｉｎ0.31Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.64Ｉｎ0.36ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＩサブ層を成長させる。
【００９９】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【０１００】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させる。これにより、層中でｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.59Ｉｎ0.41Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.54Ｉｎ0.46ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＨサブ層をＩサブ層上に成長させる。
【０１０１】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【０１０２】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させる。これにより、層中でｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.48Ｉｎ0.52Ａｓからｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.43Ｉｎ0.57ＡｓまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＧサブ層をＨサブ層上に成長させる。
【０１０３】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止める。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節する。
【０１０４】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始する。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入する。ここでは、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとＴＭＡとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を変化させることなく、Ｇサブ層上にｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.38Ｉｎ0.62ＡｓからなるＦサブ層を成長させる。これにより、トンネル接合層３０９上に第２のｎ型バッファ層３０８がエピタキシャル成長する。
【０１０５】
次に、第２のｎ型バッファ層３０８上に、ｎ型窓層３０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５、ｐ型ＢＳＦ層３０４およびｐ型コンタクト層１０３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【０１０６】
次に、図１５に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１０３上に、支持基板１０１を金属層１０２により貼り付ける。
【０１０７】
次に、図１６に示すように、ＧａＡｓ基板１２２をアルカリ水溶液によりエッチングした後に、エッチングストップ層１２３を酸水溶液によりエッチングする。
【０１０８】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１１９上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１１９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層１１９の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ蒸着装置を用いて金属層１２１を形成する。
【０１０９】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜およびＡｌ2Ｏ3膜の積層体を形成して反射防止膜１２０を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１３に示す構成の実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【０１１０】
実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の第２のｎ型バッファ層３０８も、ｎ型バッファ層１０８と同様に、ボトムセル１３１の設置側と反対側からボトムセル１３１側にかけて第２のｎ型バッファ層３０８の厚さの増加に伴ってＩｎ組成比が単調増加している第一の箇所（Ｇサブ層、Ｈサブ層、およびＩサブ層）と、第２のｎ型バッファ層３０８の厚さの増加を伴わずにＩｎ組成比が単調増加する第二の箇所（Ｆサブ層とＧサブ層との界面、Ｇサブ層とＨサブ層との界面、およびＨサブ層とＩ層との界面）とが交互に繰り返された部分を含んでいる。
【０１１１】
したがって、実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、ｎ型バッファ層１０８に加えて、第２のｎ型バッファ層３０８も、ｎ型バッファ層１０８と同様の構成および機能を有するため、特性の低下を抑えつつ、バッファ層の厚さを低減することに寄与する。
【０１１２】
実施形態３における上記以外の説明は実施形態１および実施形態２と同様であるため、その説明については省略する。
【０１１３】
＜実施形態４＞
図１７に、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、順積みにより形成された１接合のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池であることを特徴としている。
【０１１４】
図１７に示すように、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、金属層１０２（電極）上に、ｐ型ＧａＡｓなどの基板４０１、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型バッファ層４０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６、ｎ型窓層１０７がこの順序で積層されており、ｎ型窓層１０７上に反射防止膜１２０が設けられ、ｎ型窓層１０７上のコンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）が設けられた構成を有している。ｐ型バッファ層４０２は、ｎ型バッファ層１０８の導電型をｐ型に変更したこと以外は、ｎ型バッファ層１０８と同一の構成を有している。
【０１１５】
実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、基板４０１上に、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型バッファ層４０２、ｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６、ｎ型窓層１０７、およびｎ型コンタクト層１１９を順次成長させ、コンタクト層１１９の一部を除去した後にコンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）を形成し、コンタクト層１１９を除去することにより露出したｎ型窓層１０７上に反射防止膜１２０を形成し、基板４０１に金属層（電極）１０２を形成することにより作製される。
【０１１６】
したがって、実施形態４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、ｐ型バッファ層４０２が、ｎ型バッファ層１０８と同様の構成および機能を有するため、特性の低下を抑えつつ、バッファ層の厚さを低減することに寄与する。
【０１１７】
実施形態４における上記以外の説明は実施形態１〜実施形態３と同様であるため、その説明については省略する。
【０１１８】
＜実施形態５＞
図１８に、実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、逆積みにより形成された１接合のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池であることを特徴としている。
【０１１９】
図１８に示すように、実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、金属層１０２（電極）上に、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６、ｎ型窓層１０７およびｎ型バッファ層１０８がこの順序で積層されており、ｎ型バッファ層１０８上に反射防止膜１２０が設けられ、ｎ型バッファ層１０８上のコンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）が設けられた構成を有している。
【０１２０】
実施形態５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、基板（図示せず）上に、ｎ型コンタクト層１１９、ｎ型バッファ層１０８、ｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５、ｐ型ＢＳＦ層１０４およびｐ型コンタクト層１０３を順次成長させ、コンタクト層１１９の一部を除去した後に、コンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）を形成し、コンタクト層１１９を除去することにより露出したｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層１０７上に反射防止膜１２０を形成し、コンタクト層１０３上に金属層１０２（電極）を形成することにより作製される。
【０１２１】
実施形態５における上記以外の説明は実施形態１〜実施形態４と同様であるため、その説明については省略する。
【０１２２】
＜実施形態６＞
図１９に、実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な断面構成図を示す。実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、２接合のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池であることを特徴としている。
【０１２３】
図１９に示すように、実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、金属層１０２（電極）上に、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６およびｎ型窓層１０７がこの順に積層された構成を有している。
【０１２４】
ｎ型窓層１０７上にはｎ型バッファ層１０８が積層されており、ｎ型バッファ層１０８上にはトンネル接合層１１４が積層されている。
【０１２５】
トンネル接合層１１４上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型ベース層１１６の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１１５、ｐ型ベース層１１６、ｎ型エミッタ層１１７およびｎ型窓層１１８がこの順序で積層されている。なお、トンネル接合層１１４のｎ型層とｐ型層もｐ型ベース層１１６と同一または同程度の格子定数を有している。
【０１２６】
ｎ型窓層１１８上に反射防止膜１２０が設けられ、ｎ型窓層１１８上のコンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）が設けられている。
【０１２７】
実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、基板（図示せず）上に、ｎ型コンタクト層１１９、ｎ型窓層１１８、ｎ型エミッタ層１１７、ｐ型ベース層１１６、ｐ型ＢＳＦ層１１５、トンネル接合層１１４、ｎ型バッファ層１０８、ｎ型窓層１０７、ｎ型エミッタ層１０６、ｐ型ベース層１０５、ｐ型ＢＳＦ層１０４およびｐ型コンタクト層１０３を順次成長させ、コンタクト層１１９の一部を除去した後に、コンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）を形成し、コンタクト層１１９を除去することにより露出したｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１１８上に反射防止膜１２０を形成し、コンタクト層１０３上に金属層１０２（電極）を形成することにより作製される。
【０１２８】
実施形態６における上記以外の説明は実施形態１〜実施形態５と同様であるため、その説明については省略する。
【０１２９】
＜実施形態７＞
図２０（ａ）に実施形態７の人工衛星の模式的な斜視図を示し、図２０（ｂ）に実施形態７の人工衛星に用いられる実施形態７の太陽電池アレイの模式的な平面図を示し、図２０（ｃ）に実施形態７の太陽電池アレイに用いられる実施形態１〜実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の模式的な平面図を示す。
【０１３０】
図２０（ａ）に示す実施形態７の人工衛星５０５は、たとえば４インチ基板である基板５０３上に２枚のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池５０１，５０２を実施形態１〜実施形態６の方法で形成する。そして、基板５０３上に形成された実施形態１〜実施形態６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池５０１，５０２をたとえばダイシングやレーザーなどを用いてセル分離を行う。そして、１枚のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の特性低下が太陽電池アレイ５０４全体の特性低下にならないように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池にそれぞれバイパスダイオードを取り付ける。
【０１３１】
そして、隣り合うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｐ電極とｎ電極とをインターコネクタを用いて結線する。それらを、図２０（ｂ）に示すように、パドルと呼ばれる板に接着材を用いて貼り付けることによって太陽電池アレイ５０４を形成する。そして、太陽電池アレイ５０４を人工衛星の電源として搭載することによって、図２０（ａ）に示される実施形態７の人工衛星５０５を作製することができる。
【０１３２】
実施形態７における上記以外の説明は実施形態１〜実施形態６と同様であるため、その説明については省略する。
【０１３３】
以下、実施例を用いて、実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池についてさらに詳細に説明するが、実施例の構成に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【０１３４】
＜実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池＞
実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池として、図１７に示す構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を作製した。実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、以下のようにして作製された。まず、ｐ型ＧａＡｓ基板４０１上に、ｐ型コンタクト層１０３、ｐ型バッファ層４０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型ベース層１０５の格子定数と同一または同程度の格子定数を有するｐ型ＢＳＦ層１０４、ｐ型ベース層１０５、ｎ型エミッタ層１０６、ｎ型窓層１０７、およびｎ型コンタクト層１１９を順次成長させた。次に、コンタクト層１１９の一部を除去した後に、コンタクト層１１９上に金属層１２１（電極）を形成し、コンタクト層１１９を除去することにより露出したｎ型窓層１０７上に反射防止膜１２０を形成した。次に、ｐ型コンタクト層１０３上に金属層１０２（電極）を形成することによって、実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を作製した。【０１３５】
実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、ｐ型バッファ層４０２は以下のようにして形成した。まず、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐが成長するように、ＴＭＩの流量とＴＭＧの流量とを調節した。そして、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始した。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させた。これにより、層中でｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからｐ型Ｉｎ0.52Ｇａ0.48ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）したＤサブ層を成長させた。【０１３６】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節した。【０１３７】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始した。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させた。これにより、層中でｐ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐからｐ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＣサブ層をＤサブ層上に成長させた。【０１３８】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節した。【０１３９】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始した。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させた。これにより、層中でｐ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐからｐ型Ｉｎ0.69Ｇａ0.31ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＢサブ層をＣサブ層上に成長させた。【０１４０】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節した。【０１４１】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始した。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入しながら、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を連続的に増加（単調増加）させた。これにより、層中でｐ型Ｉｎ0.73Ｇａ0.27Ｐからｐ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22ＰまでＩｎ組成比が連続的に変化（単調増加）するＡサブ層をＢサブ層上に成長させた。【０１４２】
次に、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた。そして、チャンバ内への成長用ガスの導入を止めた状態で、ＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合がさらに増加するように流量を調節した。【０１４３】
次に、当該流量の調節後の成長用ガスのチャンバ内への導入を開始した。そして、成長用ガスをチャンバ内に導入した。ここでは、成長用ガス中におけるＴＭＩとＴＭＧとの総流量に対するＴＭＩの流量の割合を変化させることなく、Ａサブ層上にｐ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18ＰからなるＥサブ層を成長させた。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１０３上にｐ型バッファ層４０２をエピタキシャル成長させた。【０１４４】
上記のように作製した実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｐ型バッファ層４０２の厚さとＶocの評価を行った。その結果を図２１（ｅ）に示す。図２１（ｅ）に示すように、実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のｐ型バッファ層４０２の厚さは１．７μｍであって、Ｖocは０．５６４Ｖであった。実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のＶocは、ソーラシミュレータを用いて疑似太陽光（エアマス１．５）を１ｋＷ／ｍ2のエネルギー密度で照射し、電流−電圧特性を求めることにより測定した値である。【０１４５】
＜参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池＞
ｐ型バッファ層４０２に代えて、形成条件を変えて階段構造のバッファ層を形成したこと以外は実施例と同様にして、参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を作製した。そして、参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のバッファ層の厚さとＶocの評価を行った。その結果を図２１（ａ）〜（ｄ）に示す。【０１４６】
図２１（ａ）〜（ｄ）に示すように、参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のバッファ層の厚さは、それぞれ、３．４μｍ（参考例１）、２．９μｍ（参考例２）、２．２μｍ（参考例３）および１．７μｍ（参考例４）であった。【０１４７】
図２１（ａ）〜（ｄ）に示すように、参考例１〜４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池のＶocは、それぞれ、０．５８０Ｖ（参考例１）、０．５１８Ｖ（参考例２）、０．４４４Ｖ（参考例３）および０．１０４Ｖ（参考例４）であった。【０１４８】
上記の結果から、実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、Ｖocの低下を抑制しつつ、バッファ層の厚さを低減できることが確認された。【０１４９】
［付記］
ここで開示された実施形態は、第一電極と、第二電極と、第一電極と第二電極との間のバッファ層と第一セルとを備え、バッファ層および第一セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、バッファ層は、第一セルの設置側と反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、バッファ層の厚さの増加を伴わずにＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含む、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池である。【０１５０】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、バッファ層は、第一のサブ層と、第一のサブ層上の第二のサブ層とを含み、第一のサブ層および第二のサブ層は第一の箇所に相当し、第一のサブ層と第二のサブ層との界面が第二の箇所に相当し得る。【０１５１】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池においては、バッファ層を構成するサブ層のうち、第一セルの最も近くに位置するサブ層におけるＩＩＩ族元素の組成の変化率がバッファ層を構成するサブ層の中で最も小さいことが好ましい。【０１５２】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量は、０．０８以下であることが好ましい。【０１５３】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和は、第二の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和の１／３以上であることが好ましい。【０１５４】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一の箇所においては、第一セルの設置側とは反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴って格子定数が連続して増加し、第二の箇所においては、バッファ層の厚さの増加を伴わずに格子定数が増加し得る。【０１５５】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一セルの最も近くに位置する第一の箇所における格子定数の変化率はバッファ層に含まれる第一の箇所の中で最も小さいことが好ましい。【０１５６】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一の箇所における格子定数の変化率は、０．１％以上１％以下であることが好ましい。【０１５７】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、第一の箇所における格子定数の変化率は、０．２％以上０．４％以下であることがより好ましい。【０１５８】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、バッファ層における第一の箇所の格子定数の変化量の総和は、第二の箇所の格子定数の変化量の総和の１／３以上であることが好ましい。【０１５９】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池において、バッファ層は、ＩｎxＧａyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、（ｘ＋ｙ）＞０）を含み得る。【０１６０】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第一電極と第二電極との間であって、バッファ層の第一セル側とは反対側に第二セルを備え、第二セルはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み得る。【０１６１】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第一電極と第二電極との間であって、第二セルのバッファ層側とは反対側に第三セルを備え、第三セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み得る。【０１６２】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池は、第一電極と第二電極との間であって、第三セルのバッファ層側とは反対側に第四セルを備え、第四セルは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み得る。【０１６３】
ここで開示された実施形態は、基板上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層上に第一セルを形成する工程と、を含み、バッファ層は、第一セルの設置側と反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴ってＩＩＩ族元素の組成が連続して変化する第一の箇所と、バッファ層の厚さの増加を伴わずにＩＩＩ族元素の組成が変化する第二の箇所とが交互に繰り返された部分を含むように形成される、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法である。【０１６４】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層を形成する工程は、成長用ガスを導入しながらＩＩＩ族元素ガスの組成を連続的に変化させる工程と、成長用ガスの導入を停止した状態でＩＩＩ族元素ガスの組成を変化させる工程と、を交互に繰り返して行われ得る。【０１６５】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、バッファ層を構成するサブ層のうち、第一セルの最も近くに位置するサブ層におけるＩＩＩ族元素の組成の変化率がバッファ層を構成するサブ層の中で最も小さくなるように形成されることが好ましい。【０１６６】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量が０．０８以下となるように形成されることが好ましい。【０１６７】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和が、第二の箇所におけるＩＩＩ族元素の組成の変化量の総和の１／３以上となるように形成されることが好ましい。【０１６８】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一の箇所においては、第一セルの設置側とは反対側から第一セル側にかけてバッファ層の厚さの増加に伴って格子定数が連続して増加し、第二の箇所においては、バッファ層の厚さの増加を伴わずに格子定数が増加するように形成され得る。【０１６９】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一セルの最も近くに位置する第一の箇所における格子定数の変化率がバッファ層に含まれる第一の箇所の中で最も小さくなるように形成されることが好ましい。【０１７０】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一の箇所における格子定数の変化率が０．１％以上１％以下となるように形成されることが好ましい。【０１７１】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、第一の箇所における格子定数の変化率が０．２％以上０．４％以下となるように形成されることが好ましい。【０１７２】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、バッファ層における第一の箇所の格子定数の変化量の総和が第二の箇所の格子定数の変化量の総和の１／３以上となるように形成されることが好ましい。【０１７３】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法において、バッファ層は、ＩｎxＧａyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、（ｘ＋ｙ）＞０）を含むように形成され得る。【０１７４】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法は、第一セル上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第二セルを形成する工程をさらに含み得る。【０１７５】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法は、第二セル上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第三セルを形成する工程をさらに含み得る。【０１７６】
ここで開示された実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法は、第三セル上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第四セルを形成する工程をさらに含み得る。【０１７７】
ここで開示された実施形態は、上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の複数が電気的に接続されてなる、太陽電池アレイである。【０１７８】
ここで開示された実施形態は、上記の太陽電池アレイを備えた、人工衛星である。
以上のように実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。【０１７９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１８０】
ここで開示された実施形態は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法、太陽電池アレイおよび人工衛星に利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【０１８１】
１０１  支持基板、１０２  金属層、１０３  コンタクト層、１０４  ＢＳＦ層、１０５  ベース層、１０６  エミッタ層、１０７  窓層、１０８  ｎ型バッファ層、１０９  トンネル接合層、１１０  ＢＳＦ層、１１１  ベース層、１１２  エミッタ層、１１３  窓層、１１４  トンネル接合層、１１５  ＢＳＦ層、１１６  ベース層、１１７  エミッタ層、１１８  窓層、１１９  コンタクト層、１２０  反射防止膜、１２１  金属層、１２２  ＧａＡｓ基板、１２３  エッチングストップ層、１３１  ボトムセル、１３２  ミドルセル、１３３  トップセル、１４１ａ  Ｄサブ層、１４１ｂ  Ａ界面、１４２ａ  Ｃサブ層、１４２ｂ  Ｂ界面、１４３ａ  Ｂサブ層、１４３ｂ  Ｃ界面、１４４ａ  Ａサブ層、１４４ｂ  Ｄ界面、１４５ａ  Ｆサブ層、２０１  Ｇｅ基板、３０４  ＢＳＦ層、３０７  窓層、３０８  第２のｎ型バッファ層、３０９  トンネル接合層、３１０  ＢＳＦ層、３１１  ベース層、３１２  エミッタ層、３１３  窓層、５０１，５０２  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池、５０３  基板、５０４  太陽電池アレイ、５０５  人工衛星。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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