(57)【要約】  複数の化合物半導体層からなる太陽電池積層体と、太陽電池積層体の受光側の第１表面の一部に形成され、第１の極性を有する第１電極と、太陽電池積層体の受光側の第１表面とは異なる第２表面に形成され、第２の極性を有する第２電極と、太陽電池積層体の受光側と反対側の表面の一部に形成され、第２の極性を有する第３電極と、を含むセル本体と、セル本体の受光側と反対側に形成された樹脂膜とを備え、太陽電池積層体は、ＰＮ接合層を有するセル層と該セル層の受光面と反対側の表面の一部に形成されたコンタクト層とを含み、第３電極はコンタクト層上に形成される、薄膜化合物太陽電池薄膜化合物太陽電池とする。
2017057029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の化合物半導体層からなる太陽電池積層体と、
前記太陽電池積層体の受光側の第１表面の一部に形成され、第１の極性を有する第１電極と、
前記太陽電池積層体の受光側の前記第１表面とは異なる第２表面に形成され、第２の極性を有する第２電極と、
前記太陽電池積層体の受光側と反対側の表面の一部に形成され、第２の極性を有する第３電極と、を含むセル本体と、
前記セル本体の受光側と反対側に形成された樹脂膜とを備え、
前記太陽電池積層体は、ＰＮ接合層を有するセル層と該セル層の受光面と反対側の表面の一部に形成されたコンタクト層とを含み、
前記第３電極は前記コンタクト層上に形成される、薄膜化合物太陽電池。
【請求項２】
前記セル層は、窓層、ベース層、エミッタ層および裏面電界層を有し、
前記第２表面は、前記裏面電界層の表面である、請求項１に記載の薄膜化合物太陽電池。
【請求項３】
前記第２表面は、前記コンタクト層の表面である、請求項１に記載の薄膜化合物太陽電池。
【請求項４】
前記ＰＮ接合層はＧａＡｓ系化合物半導体からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜化合物太陽電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜化合物太陽電池を複数備え、これらの薄膜化合物太陽電池が互いに電気的に接続された薄膜化合物太陽電池ストリングと、
前記薄膜化合物太陽電池ストリングの受光側に配置された表面保護部材と、
前記薄膜化合物太陽電池ストリングの受光側と反対側に配置された裏面保護部材とを備える、薄膜化合物太陽電池アレイ。
【請求項６】
前記裏面保護部材の受光側と反対側に太陽電池モジュールをさらに備える、請求項５に記載の薄膜化合物太陽電池アレイ。
【請求項７】
前記太陽電池モジュールはＣＩＧＳ系太陽電池モジュールである、請求項６に記載の薄膜化合物太陽電池アレイ。
【請求項８】
半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層することにより、ＰＮ接合層を有するセル層と該セル層上に積層されたコンタクト層を含む太陽電池積層体を形成する工程と、
前記コンタクト層をパターニングする工程と、
前記コンタクト層上に第３電極を形成する工程と、
前記太陽電池積層体および前記第３電極上に樹脂膜を形成する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記半導体基板を除去する工程により形成された前記太陽電池積層体の第１表面の一部に第１電極を形成する工程と、
前記太陽電池積層体の一部を除去することにより前記太陽電池積層体に第２表面を形成する工程と、
前記第２表面上に第２電極を形成する工程を含む、薄膜化合物太陽電池の製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載の薄膜化合物太陽電池アレイの受光側と反対側にＣＩＧＳ系太陽電池モジュールを配置する工程と、
前記薄膜化合物太陽電池アレイと前記ＣＩＧＳ系太陽電池モジュールとを電気的に接続する工程を備える、薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年９月２８日に出願された特願２０１５−１８９３６５号に対して、優先権の利益を主張するものであり、それを参照することにより、その内容のすべてを本書に含める。【０００２】
本発明は、薄膜化合物太陽電池、薄膜化合物太陽電池の製造方法、薄膜化合物太陽電池アレイおよび薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板をエッチングやエピタキシャルリフトオフにより除去していた。【０００４】
基板をエッチングで除去するプロセスは、たとえば特許第５５５４７７２号（特許文献１）に開示されている。特許文献１では、基板上に複数の化合物半導体層からなるセル本体を形成し、セル本体に裏面電極を形成し、裏面電極上に基材としての裏面フィルムを形成し、裏面フィルム上に補強材が取り付けられ、セル本体から基板が分離される方法が記載されている。【０００５】
エピタキシャルリフトオフとは、基板と化合物半導体層との間に犠牲層を作製し、かかる犠牲層をエッチャントによって除去することにより、基板と化合物半導体層とを分離するというものである。たとえば特表２０１４−５２３１３２号（特許文献２）および特許第５５７６２４３号（特許文献３）には、エピタキシャルリフトオフプロセスが開示されている。【０００６】
特許文献２には、第１の基板上に、１つ以上の第１の保護層を成長させることと、ＡｌＡｓ層を成長させることと、１つ以上の第２の保護層を成長させることと、第２の保護層上に少なくとも１つの活性光起電性セル層を堆積することと、活性光起電性セル層の上部を金属でコートすることと、第２の基板を金属でコートすることと、２つの金属表面を互いに押し付けて冷間圧接接合させることと、ＡｌＡｓ層を選択的化学エッチングで除去すること、を含むエピタキシャルリフトオフ処理を実行する方法が記載されている。また、特許文献３には、活性層上に、かつ該活性層に直接的に接触させて、金属バッキング層を形成し、III-V化合物薄膜太陽電池を該基板から分離するために、該活性層と該基板との間から該犠牲層を除去する工程を含むIII-V化合物薄膜太陽電池の加工方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５５５４７７２号
【特許文献２】特表２０１４−５２３１３２号
【特許文献３】特許第５５７６２４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の裏面電極はセル本体上に全面的に形成される。特許文献２の冷間圧接接合させた金属層は活性光起電性セル層の上部に全面的に形成される。特許文献３の金属バッキング層は活性層上に全面的に形成される。そのため、これらの方法で製造した太陽電池は受光面と反対側に光が透過する構成にはなっていない。【０００９】
したがって、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の方法を両面採光型太陽電池やメカニカルスタックの上部太陽電池の製造に適用することができないという問題がある。【００１０】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受光面と反対側に光が透過する薄膜化合物太陽電池および薄膜化合物太陽電池アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の化合物半導体層からなる太陽電池積層体と、太陽電池積層体の受光側の第１表面の一部に形成され、第１の極性を有する第１電極と、太陽電池積層体の受光側の第１表面とは異なる第２表面に形成され、第２の極性を有する第２電極と、太陽電池積層体の受光側と反対側の表面の一部に形成され、第２の極性を有する第３電極と、を含むセル本体と、セル本体の受光側と反対側に形成された樹脂膜とを備え、太陽電池積層体は、ＰＮ接合層を有するセル層と該セル層の受光面と反対側の表面の一部に形成されたコンタクト層とを含み、第３電極はコンタクト層上に形成される、薄膜化合物太陽電池薄膜化合物太陽電池とする。【００１２】
また、上記薄膜化合物太陽電池を複数備え、これらの薄膜化合物太陽電池が電気的に接続された薄膜化合物太陽電池ストリングと、薄膜化合物太陽電池ストリングの受光側に配置された表面保護部材と、薄膜化合物太陽電池ストリングの受光側と反対側に配置された裏面保護部材とを備える、薄膜化合物太陽電池アレイとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記のような構成を有することにより、受光面と反対側に光が透過する薄膜化合物太陽電池および薄膜太陽電池アレイを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図である。
【図２】実施の形態１の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】実施の形態２の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図である。
【図４】実施の形態２の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】実施の形態３の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図である。
【図６】実施の形態３の化合物太陽電池の模式的な断面図であって、（ａ）は図５（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図８】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図９】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１０】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１１】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１４】実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１５】実施の形態５の薄膜化合物太陽電池アレイの模式的な断面図である。
【図１６】実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイの模式的な断面図である。
【図１７】実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイの他の構成の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、実施の形態の図面において、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である。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。また、受光側のことを表面側といい、受光側と反対側のことを裏面側ということもある。
【００１６】
（実施の形態１）
図１および図２に、本発明の薄膜化合物太陽電池の一例である実施の形態１の化合物太陽電池の模式的な図を示す。図１（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、図１（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池は、セル本体１０とセル本体１０の受光側と反対側に形成された樹脂膜１５とを備える。セル本体１０は、太陽電池積層体５０と、第１の極性を有する第１電極１１と、第２の極性を有する第２電極１２と、第２の極性を有する第３電極１３を備える。第１電極１１は、太陽電池積層体５０の受光側の第１表面１００の一部に形成される。第２電極１２は、太陽電池積層体５０の受光側の第１表面１００とは異なる第２表面２００に形成される。第３電極１３は、太陽電池積層体５０の受光側と反対側の表面の一部に形成される。太陽電池積層体５０は、ＰＮ接合層を有するセル層とセル層の受光面と反対側の表面の一部に形成されたコンタクト層１４とを含み、複数の化合物半導体層からなる。
【００１８】
実施の形態１の太陽電池積層体５０は、セル層として、トップセル３０およびボトムセル４０を含む。トップセル３０はボトムセル４０に対して受光面側に形成されている。トップセル３０に形成されている光電変換層の禁制帯幅（第１の禁制帯幅）は、ボトムセル４０に形成されている光電変換層の禁制帯幅（第２の禁制帯幅）よりも大きい。トップセル３０およびボトムセル４０は、それぞれ、窓層、ベース層、エミッタ層および裏面電界層（ＢＳＦ層）を有する。ベース層およびエミッタ層の接合によって、ＰＮ接合が形成される。トップセル３０およびボトムセル４０は、ＧａＡｓ系化合物からなることが好ましく、ＰＮ接合層であるベース層およびエミッタ層はＧａＡｓ系化合物半導体からなる。たとえば、トップセル３０のＰＮ接合層はＩｎＧａＰであり、ボトムセル４０のＰＮ接合層はＧａＡｓである。ボトムセル４０は、裏面側から順にｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層４１、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層から構成されている。トップセル３０とボトムセル４０の間にトンネル接合層を備えていてもよく、たとえば、トンネル接合層は、ボトムセル４０側から順に、ｎ+型ＩｎＧａＰ層、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層から構成されている。トップセル３０は、ボトムセル４０側から順に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層から構成されている。トップセル３０の受光側の第１電極１１が形成される領域の窓層上にコンタクト層を形成してもよく、たとえば、ｎ型ＧａＡｓである。また、第１電極１１が形成される領域以外の窓層上に反射防止膜を形成してもよく、たとえば、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２である。
【００１９】
太陽電池積層体５０は、受光側に、第１表面１００と第１表面１００とは異なる第２表面２００を有し、第１表面１００と第２表面２００は互いに異なる層の表面からなる。たとえば、第１表面１００はトップセル３０の表面から構成され、第２表面２００はボトムセル４０のＢＳＦ層４１の表面から構成される。
【００２０】
第１電極１１は第１表面の一部に形成され、第２電極１２は第２表面に形成される。第１電極１１と第２電極１２は、極性が異なる。実施の形態１では、第１電極１１は、トップセル３０の受光側に形成され、図１（ａ）に示すように櫛形形状に形成されている。第１電極１１と第２電極１２は、配線が接続される取り出し電極である。第１電極１１は、金属を含み、たとえば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇの積層体からなる。第２電極１２は、金属を含み、たとえば、Ａｕ／Ａｇの積層体からなる。
【００２１】
第３電極１３は、第２電極と同じ極性であり、セル層４０の裏面側表面の一部に形成されたコンタクト層１４上に形成される。実施の形態１では、第３電極１３は、図１（ｂ）に示すように櫛形形状に形成されている。第３電極１３は、セル層で発生した電流を収集するための電極であり、電気抵抗を低く抑えることができる。第３電極１３は、金属を含み、たとえば、Ａｕ／Ａｇの積層体からなる。第３電極１３は、第１電極１１に対応した位置に配置してもよい。第３電極１３と第１電極の位置を合わせることで、太陽電池積層体５０の受光領域と、太陽電池積層体５０から透過光が射出される領域を合わせることができる。
【００２２】
コンタクト層１４は、セル層４０の裏面側表面の一部に形成される。言い換えれば、セル層４０の裏面側表面には、コンタクト層１４が配置されない領域が形成される。コンタクト層１４が配置されない領域では、コンタクト層１４による光吸収の影響を受けない。そのため、第３電極１３を太陽電池積層体５０の裏面側表面の一部に形成するだけでなく、コンタクト層１４も太陽電池積層体５０の裏面側表面の一部に形成することで、裏面に光が透過しやすくなる。実施の形態１では、コンタクト層１４は、ボトムセルのＢＳＦ層４１上に櫛形形状に形成されている。コンタクト層１４は、たとえば、ＧａＡｓである。
【００２３】
セル本体１０は、太陽電池積層体５０、第１電極１１、第２電極１２および第３電極１３を備える。セル本体１０の裏面側には、樹脂膜１５が形成される。
【００２４】
樹脂膜１５は、セル本体１０の裏面側に形成される支持部材である。樹脂膜１５により、太陽電池層５０が割れにくくなり、化合物太陽電池の機械的強度は向上する。樹脂膜１５は、可とう性であることが好ましい。材料は、たとえば、ポリイミド（ＰＩ）を用いることができる。樹脂膜１５の厚みは、たとえば、５〜２０μｍ程度とすることができる。樹脂膜１５は、光透過性であり、少なくとも、セル本体１０または他の太陽電池の発電に寄与する波長の光を透過する。実施の形態１の薄膜化合物太陽電池の裏面側に他の太陽電池が配置される場合であれば、樹脂膜１５は、少なくとも裏面側に配置される太陽電池の吸収波長の光を透過すればよい。実施の形態１の樹脂膜１５は、可とう性ポリイミド（ＰＩ）である。
【００２５】
このように、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池は、第３電極１３がセル層４０の裏面側の一部に形成され、セル本体１０の裏面側に設けられる絶縁膜１５が光透過性であることから、受光面と反対側に光が透過させることができる。また、コンタクト層１４もセル層４０の裏面側の一部にしか形成されないため、光透過性が向上する。したがって、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池をメカニカルスタック型太陽電池の光入射側の太陽電池として使用することができる。また、裏面側からも太陽電池積層体５０に光が入射するので、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池を両面採光型セルとして使用することもできる。
【００２６】
（その他の構成）
第２表面２００をコンタクト層１４の表面としてもよい。この場合、第２電極１２は、コンタクト層１４の受光側表面に形成される。
【００２７】
なお、上述の実施の形態における材質は、それぞれ一例であって、上記の材質に限定されないことは言うまでもない。
【００２８】
また、太陽電池積層体の積層構造も上記の構造に限定されるものではなく、ＰＮ接合層を有するセル層を少なくとも１つ備えるものであればよい。
【００２９】
（実施の形態２）
図３および図４に、本発明の薄膜化合物太陽電池の一例である実施の形態１の化合物太陽電池の模式的な図を示す。図３（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、図３（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図であり、図４（ａ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３０】
実施の形態２の薄膜化合物太陽電池は、コンタクト層１４および第３電極１３の形状が実施の形態１の薄膜化合物太陽電池と異なる。その他の構成は、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池と同様である。
【００３１】
実施の形態２のコンタクト層１４および第３電極１３は、図３（ｂ）に示すように、格子形状である。コンタクト層１４および第３電極１３がセル層４０の裏面側表面の一部に形成され、セル層４０の裏面側表面には、コンタクト層１４が配置されない領域がある。そのため、裏面側に光が透過するので、実施の形態２の薄膜化合物太陽電池をメカニカルスタック型太陽電池の光入射側の太陽電池として使用することができる。また、裏面からの受光による発電も可能となるので、両面採光型太陽電池として使用することもできる。
【００３２】
（実施の形態３）
図５および図６に、本発明の薄膜化合物太陽電池の一例である実施の形態３の化合物太陽電池の模式的な図を示す。図５（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、図５（ｂ）は裏面側から見た模式的な平面図であり、図６（ａ）は図５（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３３】
実施の形態３の薄膜化合物太陽電池は、コンタクト層１４および第３電極１３の形状が実施の形態１の薄膜化合物太陽電池と異なる。その他の構成は、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池と同様である。
【００３４】
実施の形態３のコンタクト層１４および第３電極１３は、図５（ｂ）に示すように、コンタクト層１４および第３電極１３がセル層４０の裏面側表面の一部に形成され、メッシュ形状である。セル層４０の裏面側表面には、コンタクト層１４および第３電極１３が配置されない領域が点在する。そのため、裏面側に光が透過するので、実施の形態２の薄膜化合物太陽電池をメカニカルスタック型太陽電池の光入射側の太陽電池として使用することができる。また、裏面からの受光による発電も可能となるので、両面採光型太陽電池として使用することもできる。
【００３５】
（実施の形態４）
実施の形態４は、本発明の薄膜化合物太陽電池の製造方法の一例であり、実施の形態１〜３の薄膜化合物太陽電池を製造することができる。以下、図７〜図１４を参照して、実施の形態４の薄膜化合物太陽電池の製造方法について説明する。
【００３６】
（太陽電池積層体を形成する工程）
まず、図７に示すように、半導体基板２０上に複数の化合物半導体層を積層することにより太陽電池積層体５０を形成する。太陽電池積層体５０は、ＰＮ接合層を有するセル層（トップセル３０、ボトムセル４０）とセル層上に積層されたコンタクト層１４を含む。
【００３７】
半導体基板２０の材料としては、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等を挙げることができる。実施の形態４では、半導体基板２０（ＧａＡｓ基板）をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長）装置内に設置する。このＧａＡｓ基板上に、成長面表面を最適化するためのバッファ層となるＧａＡｓ層、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層となるｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層、コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓをこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３８】
次に、トップセル３０の窓層となるｎ型ＡｌＩｎＰ、エミッタ層となるｎ型ＩｎＧａＰ、ベース層となるｐ型ＩｎＧａＰおよびＢＳＦ層となるｐ型ＡｌＩｎＰをこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３９】
次に、トップセル３０上にｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、トンネル接合層となるｐ+型ＡｌＧａＡｓ層およびｎ+型ＩｎＧａＰをこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、トンネル接合層上に、ボトムセル４０の窓層となるｎ型ＩｎＧａＰ、エミッタ層となるｎ型ＧａＡｓ、ベース層となるｐ型ＧａＡｓ、およびＢＳＦ層４１となるｐ型ＩｎＧａＰをこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４１】
なお、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ３（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用いることができる。
【００４２】
次に、ボトムセル４０上にコンタクト層となるｐ型ＧａＡｓ１４をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４３】
なお、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ３（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用いることができる。
【００４４】
（コンタクト層をパターニングする工程）
その後、図８に示すようにコンタクト層１４をパターニングし、ボトムセル４０上にコンタクト層１４が配置されない領域を形成する。コンタクト層１４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、レジストパターンに対応したコンタクト層をエッチング除去することにより、コンタクト層１４をパターニングすることができる。
【００４５】
（第３電極を形成する工程）
さらにその後、図９に示すようにコンタクト層１４上に、第３電極１３を形成する。コンタクト層１４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、蒸着装置を用いて、Ａｕ／Ａｇの積層体を蒸着し、リフトオフすることで、コンタクト層１４上に第３電極１３を形成することができる。さらに、第３電極を熱処理することで、第３電極とコンタクト層との間の接触抵抗を低下させることができる。第３電極１３もコンタクト層１４と同様にパターニングされており、ボトムセル４０上に第３電極１３が配置されない領域が形成される。
【００４６】
（樹脂膜を形成する工程）
次に、図１０示すように、ボトムセル４０および第３電極１３上に樹脂膜１５を形成する。樹脂膜１５は、たとえば、可とう性ポリイミド（ＰＩ）であり、ポリイミド溶液をスピンコート法などの方法により塗布し、熱処理によりイミド化することにより形成する。
【００４７】
（半導体基板を除去する工程）
次に、図１１に示すように、樹脂膜１５上に支持基板６０（プロセス支持基板）を貼り付け、ＧａＡｓ基板をエッチング除去する。支持基板６０としては、たとえば、紫外光を照射することにより粘着力が低下する粘着材が付着したＰＥＴフィルム、または熱を加えることにより粘着力が低下する粘着材が付着した熱発泡フィルムなどを用いることができる。
【００４８】
（第１電極を形成する工程）
次に、バッファ層ＧａＡsをアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層を酸水溶液にてエッチングする。（図示せず）そして、トップセル３０上のコンタクト層ｎ型ＧａＡｓ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、レジストパターンに対応したコンタクト層ｎ型ＧａＡｓをアルカリ水溶液によりエッチング除去する。そして、残されたコンタクト層ｎ型ＧａＡｓ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、蒸着装置を用いて、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇの積層体からなる第１電極１１を形成する。さらに、第１電極を熱処理することで、第１電極と第１電極と接する化合物半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。このようにして、トップセル３０の受光側面から構成される第１表面１００の一部に第１電極１１が形成される。
【００４９】
（第２表面を形成する工程）
次に、図１２に示すように、ｎ型ＡｌＧａＰからなるトップセル３０の窓層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、レジストパターンに対応した窓層以下をエッチング除去し、ボトムセルのＢＳＦ層４１であるｐ型ＩｎＧａＰ表面を露出させる。このようにして、ボトムセルの裏面電界層４１の受光側面から構成される第２表面２００を形成する。
【００５０】
（第２電極を形成する工程）
そして、図１３に示すように、残されたボトムセルのＢＳＦ層４１であるｐ型ＩｎＧａＰ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蒸着装置を用いて、Ａｕ／Ａｇの積層体からなる第２電極１２を形成する。このようにして、第２表面２００に第２電極１２を形成する。
【００５１】
次に、トップセル３０上にＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２からなる反射防止膜をスパッタリング法で形成する。（図示せず）
次に、プロセス支持基板６０を外す。プロセス支持基板６０は、プロセス支持基板６０に付着している粘着材の粘着力を低下させて樹脂膜１５から剥離する。たとえば、プロセス支持基板６０に紫外光を照射することによって、プロセス支持基板６０に付着している粘着材の粘着力を低下させて、樹脂膜１５からプロセス支持基板６０を剥離する。これにより図１４に示す構成の化合物太陽電池１が得られる。化合物太陽電池１は、半導体基板２０が除去され、樹脂膜１５が可とう性であることから、可とう性を有する太陽電池となる。
【００５２】
（その他の構成）
半導体基板２０と太陽電池積層体５０との間に犠牲層を形成してもよい。たとえば、半導体基板上にバッファ層、犠牲層、エッチングストップ層および第１コンタクト層を結晶成長させ、半導体基板２０とトップセル３０との間に犠牲層を形成する。
【００５３】
犠牲層は、エッチングされやすい半導体であればいかなるものをも用いることができる。ここで、「犠牲層」は、半導体基板２０と太陽電池積層体５０との間に設けられるものであって、その層をエッチングなどで除去することにより、半導体基板と太陽電池積層体とを分離するために設けられるものである。このような犠牲層に用いる半導体としては、たとえばＡｌＡｓを挙げることができる。ＡｌＡｓからなる犠牲層を用いる場合、犠牲層をエッチングするためのエッチャントとしては、たとえばフッ酸と水とを１対１０の比率で混合したフッ酸水溶液または塩酸を用いることが好ましい。犠牲層をエッチングして除去することにより、半導体基板２０と太陽電池積層体５０とを分離する。
【００５４】
エッチングストップ層は、犠牲層がエッチングされるときに太陽電池積層体５０およびコンタクト層がエッチャントに曝されないようにするために保護するものである。このようなエッチングストップ層を構成する材料としては、たとえばＩｎＧａＰを挙げることができる。
【００５５】
このように、半導体基板と太陽電池層との間に犠牲層を作製し、かかる犠牲層をエッチャントによって除去することにより、半導体基板と太陽電池層とを分離する方法は、エピタキシャルリフトオフと呼ばれる。半導体基板をエッチングにより除去するのではなく、分離するため、半導体基板の再利用も可能となる。
【００５６】
また、第２表面を形成する工程において、レジストパターンに対応した窓層以下をエッチング除去し、コンタクト層１４を露出させてもよい。このようにして、コンタクト層１４の受光側面から構成される第２表面２００を形成してもよい。この場合、第２電極を形成する工程において、第２電極は、コンタクト層１４の受光側面から構成される第２表面２００上に形成する。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、裏面側にコンタクト層および電極が配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池を製造することができる。
【００５８】
そのため、本実施の形態においては、裏面側に光が透過する薄膜化合物太陽電池を製造することができる。また、裏面側からの受光により発電可能な両面採光型薄膜化合物太陽電池を製造することができる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態における材質は、それぞれ一例であって、上記の材質に限定されないことは言うまでもない。
【００６０】
また、半導体基板２０上の積層構造も上記の構造に限定されるものではなく、ＰＮ接合層を有するセル層を少なくとも１つ備えるものであればよい。
【００６１】
（実施の形態５）
図１５に、本発明の薄膜化合物太陽電池アレイの一例である実施の形態５の化合物太陽電池アレイの模式的な断面図を示す。
【００６２】
実施の形態５の薄膜化合物太陽電池アレイ２は、複数の薄膜化合物太陽電池１が互いに電気的に接続された薄膜化合物太陽電池ストリングと、受光側に配置された表面保護部材１１１と裏面側に配置された裏面保護部材１１２を備える。以下、薄膜化合物太陽電池およびその製造方法について説明する。
【００６３】
（薄膜化合物太陽電池ストリングを形成する工程）
薄膜化合物太陽電池１は、セル層の裏面側にコンタクト層および電極が配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池であり、上述の各実施の形態の薄膜化合物太陽電池を用いることができる。
【００６４】
複数の薄膜化合物太陽電池１は、配線部材１１０によって、互いに電気的に接続され、薄膜化合物太陽電池ストリングを形成している。実施の形態５では、図１５に示すように隣接する薄膜化合物太陽電池１の第１電極と第２電極が金属リボンなどの配線部材１１０によって、電気的に接続され、複数の薄膜化合物太陽電池１が直列接続されている。
【００６５】
ここで、薄膜化合物太陽電池１は、図１４に示すように、表面側に第１電極１１と第２電極１２を備えるため、表面側で電極に配線することができ、配線が容易である。
【００６６】
（表面保護部材と裏面保護部材を配置する工程）
薄膜化合物太陽電池ストリングの受光側に表面保護部材１１１を配置し、受光側と反対側に裏面保護部材１１３を配置し、透明樹脂１１２を接着剤としてラミネートする。表面保護部材１１１および裏面保護部材１１３としては、透明フィルムやガラスを用いることができ、可とう性であることが好ましい。透明樹脂１１２としては、シリコーンを用いることができる。表面保護部材と裏面保護部材を可とう性とすることにより、薄膜化合物太陽電池アレイ２は可とう性を有する。
【００６７】
このように、薄膜化合物太陽電池アレイ２は、裏面側に光が透過する薄膜化合物太陽電池１を用いている。そのため、薄膜化合物太陽電池アレイ２は裏面側に光が透過するので、裏面側に別の太陽電池モジュールを重ねて使用することができる。また、薄膜化合物太陽電池アレイ２は、裏面からの受光による発電も可能となるので、両面採光型薄膜化合物太陽電池アレイとして使用することもできる。
【００６８】
（実施の形態６）
図１６に、本発明の薄膜化合物太陽電池アレイの一例である実施の形態６の化合物太陽電池アレイの模式的な断面図を示す。
【００６９】
実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイ３は、図１６に示すように、薄膜化合物太陽電池アレイ２の受光側と反対側に別の太陽電池モジュール１２０を備える。薄膜化合物太陽電池アレイ２と太陽電池モジュール１２０とは、電気的に接続される。図１６では、薄膜化合物太陽電池アレイ２と別の太陽電池モジュール１２０は並列接続されている。並列接続する場合は、薄膜化合物太陽電池アレイ２と太陽電池モジュール１２０の電圧を揃えることが好ましい。薄膜化合物太陽電池アレイ２および太陽電池モジュール１２０は、それぞれ複数の太陽電池セルが直列接続されているので、これらの太陽電池セルの数を調整することで、電圧を揃えることができる。
【００７０】
太陽電池モジュール１２０は、結晶Ｓｉ太陽電池モジュール、Ｇｅ太陽電池モジュール、ＣＩＧＳ系太陽電池モジュールなどである。これらを組み合わせて用いてもよく、たとえば、結晶Ｓｉ太陽電池モジュールとＧｅ太陽電池モジュールを重ねてもよい。
【００７１】
実施の形態６では、太陽電池アレイ２の裏面側に別の太陽電池モジュール１２０としてＣＩＧＳ系太陽電池モジュールが配置されている。
【００７２】
太陽電池モジュール１２０は、図１６に示すように、基材１２１と、太陽電池層１２２、接着剤１２３、表面部材１２４を有している。太陽電池層１２２は、基板１２１上に下部電極層１２５、光吸収層１２６、高抵抗バッファ層１２７および上部電極層１２８が順次積層されてなる。
【００７３】
基材１２１および表面部材１２４としては、透明フィルムやガラスを用いることができ、可とう性であることが好ましい。接着剤１２３は、透明樹脂であればよく、シリコーンを用いることができる。実施の形態６では、基材１２１および表面部材１２４が可とう性であることにより、太陽電池モジュール１２０は可とう性を有する。
【００７４】
太陽電池層１２２について、たとえば、下部電極層１２５はＭｏ、光吸収層１２６は銅・インジウム・ガリウム・セレンを含むＣＩＧＳ、高抵抗バッファ層１２７はＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等、上部電極層１２８はＩＴＯとすることができる。実施の形態６では、下部電極層１２５はＭｏ、光吸収層１２６はｐ−ＣｕＩｎＧａＳｅおよびｐ−ＣｕＩｎＧａＳｅＳとの積層、高抵抗バッファ層１２７はＺｎＯＳＯＨ、上部電極層１２８はＺｎＯである。
【００７５】
このように、太陽電池モジュール１２０が可とう性であるため、薄膜化合物太陽電池アレイ３は可とう性を有し、宇宙用太陽電池アレイとして適している。また、太陽電池モジュール１２０は、ＣＩＧＳ系であるため電子線による劣化はほとんど起こらず、受光側に配置された薄膜化合物太陽電池アレイ２が陽子線を防ぐため、宇宙環境で重要な耐放射性を備える。
【００７６】
また、薄膜化合物太陽電池アレイ２と太陽電池モジュール１２０の電圧を揃えるとき、たとえば、薄膜化合物太陽電池アレイ２が、２．４５Ｖの薄膜化合物太陽電池が５個直列接続されている構成であれば、薄膜化合物太陽電池アレイ２の電圧は、１２．２５Ｖとなる。このとき、太陽電池モジュール１２０のセル１つあたりの電圧が０．６５Ｖであるとすると、２０直列にすればよい。ＣＩＧＳ系太陽電池のような薄膜太陽電池であれば、直列数を調整しやすい。
【００７７】
（その他の構成）
図１７に、本発明の薄膜化合物太陽電池アレイの一例である実施の形態６の化合物太陽電池アレイの他の構成の模式的な断面図を示す。
【００７８】
図１７に示すように、薄膜化合物太陽電池アレイ４の太陽電池モジュール１２０は、太陽電池層１２２上に接着剤１２３を介して、薄膜化合物太陽電池アレイ２が配置されている。
【００７９】
薄膜化合物太陽電池アレイ４は、基材１２１上に形成された太陽電池層１２２上に接着剤１２３と薄膜化合物太陽電池アレイ２とを配置して、ラミネートすることで形成される。このようにすることで、実施の形態６の表面部材１２４を省略することができる。また、薄膜化合物太陽電池アレイ２と太陽電池モジュール１２０を容易に一体化できる。
【００８０】
なお、上述の実施の形態における材質は、それぞれ一例であって、上記の材質に限定されないことは言うまでもない。
【００８１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の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。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明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。
【符号の説明】
【００８３】
１  薄膜化合物太陽電池
２  薄膜化合物太陽電池アレイ
１０  セル本体
１１  第１電極
１２  第２電極
１３  第３電極
１４  コンタクト層
１５  樹脂膜
２０  半導体基板
３０  トップセル
４０  ボトムセル
４１  ボトムセルＢＳＦ層
５０  太陽電池積層体
６０  プロセス支持基板
１００  第１表面
１２０  太陽電池モジュール
２００  第２表面
【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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【国際調査報告】
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