(57)【要約】【課題】太陽電池の高効率化を図る技術を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係る太陽電池は、シリコン材料で構成されたシリコン太陽電池構造体と、前記シリコン太陽電池構造体に積層され、透明な導電性材料で構成された透明導電層と、前記透明導電層に積層され、シリコン材料を含まない化合物材料で構成された化合物太陽電池構造体と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料で構成されたシリコン太陽電池構造体を用意するステップと、
シリコン材料を含まず、バンドギャップがシリコンと比較して広い化合物材料で構成された化合物太陽電池構造体を用意するステップと、
前記シリコン太陽電池構造体の面に、透明な導電性材料で構成された透明導電層をプラズマ蒸着法により形成するステップと、
前記化合物太陽電池構造体を前記透明導電層にボンディングするステップと、
を備える、
太陽電池作製方法。
【請求項２】
前記透明導電層における前記透明な導電性材料の含有量が９９．９質量％以上である、
請求項１に記載の太陽電池作製方法。
【請求項３】
前記化合物太陽電池構造体をボンディングする前記透明導電層の面の算術平均粗さは、１ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の太陽電池作製方法。
【請求項４】
前記透明な導電性材料は、酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズ、又は酸化亜鉛である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池作製方法。
【請求項５】
シリコン材料で構成されたシリコン太陽電池構造体と、
前記シリコン太陽電池構造体に接続され、透明な導電性材料で構成された透明導電層と、
前記透明導電層に積層され、シリコン材料を含まず、かつシリコンと比較して広いバンドギャップを有する化合物材料で構成された化合物太陽電池構造体と、
を備える、
太陽電池。
【請求項６】
前記透明導電層における前記透明な導電性材料の含有量が９９．９質量％以上である、
請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記透明な導電性材料は、酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズ、又は酸化亜鉛である、
請求項５又は６に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池作製方法及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率化及び低コスト化を実現するため、様々なタイプの多接合型太陽電池が提案されている。例えば、非特許文献１では、図１に例示されるように、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを貼り合わせることで構成されるハイブリッド多接合太陽電池が提案されている。
【０００３】
図１は、非特許文献１で提案されている従来の太陽電池１００の構造を模式的に例示する。太陽電池１００は、裏面１０１側から表面１０２側へかけて順に、裏面電極１１１、シリコン太陽電池構造体１２０、化合物太陽電池構造体１３０、及び表面電極１１２を備えている。
【０００４】
シリコン太陽電池構造体１２０は、裏面電極１１１上に積層され、シリコン材料を用いて構成される。具体的には、シリコン太陽電池構造体１２０は、裏面１０１側から順に、高濃度にp型不純物を含むｐ+型シリコン層１２１１と、シリコン層１２１と、高濃度にｎ型不純物を含むｎ+型シリコン層１２２と、を備えている。シリコン太陽電池構造体１２０は、１つの太陽電池（サブセル）を構成する。このシリコン太陽電池構造体１２０のような、表面側にｎ+型半導体層を備え、裏面側にｐ+型半導体層を備える太陽電池構造体を、以下、「ｎ−ｏｎ−ｐ型」と称する。このシリコン太陽電池構造体１２０は、最も裏面１０１側に配置されるため、「ボトムセル」とも称する。
【０００５】
化合物太陽電池構造体１３０は、化合物半導体基板上にシリコン材料を含まない化合物材料からなる所定の構造を結晶成長し、シリコン太陽電池構造体１２０にボンディングし、化合物半導体基板を除去することにより構成される。具体的には、化合物太陽電池構造体１３０は、化合物半導体基板上にトップセル１３４と、トンネル接合部１３３と、ミドルセル１３２と、高濃度にｐ型不純物を含むｐ+型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）層１３１と、を順次積層し、ｐ+型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）層１３１をシリコン太陽電池構造体１２０上にボンディングし、化合物半導体基板を除去することにより形成され、裏面１０１側から順に、高濃度にｐ型不純物を含むｐ+型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）層１３１と、ミドルセル１３２と、トンネル接合部１３３と、トップセル１３４と、を備えている。ミドルセル１３２及びトップセル１３４はそれぞれ、ボトムセルと同様に、１つのｎ−ｏｎ−ｐ型の化合物半導体セル（サブセル）を構成する。ミドルセル１３２は、例えば、ＧａＡｓにより構成され、トップセル１３４は、例えば、ＩｎＧａＰ（インジウム・ガリウム・リン）により構成される。
【０００６】
これにより、太陽電池１００は、表面１０２側から裏面１０１側にかけてエネルギーギャップが段階的に小さくなる３つのサブセルにより構成されるため、太陽光を段階的に光電変換することができる。そのため、太陽電池１００は、高い効率で太陽光を電力に変換することができる。また、ゲルマニウム基板をボトムセルに用いる場合がある。この場合に比べて、太陽電池１００は、シリコン太陽電池構造体１２０を用いているため、低コストで作製することができる。なお、表面側１０２には、太陽光の透過率を高めるために、反射防止膜１１３が適宜設けられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Naoteru Shigekawa, Jianbo Liang, Ryusuke Onitsuka, Takaaki Agui, Hiroyuki Juso, and Tatsuya Takamoto, "Current-voltage and spectral-response characteristics of surface-activated-bonding-based InGaP/GaAs/Si hybrid triple-junction cells", Japanese Journal of Applied Physics 54, 08KE03 (2015).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本件発明者らは、図１で例示される従来の太陽電池について、次のような問題点があることを見出した。すなわち、上記太陽電池１００では、表面活性化接合法により、シリコン太陽電池構造体１２０のｎ+型シリコン層と化合物太陽電池構造体１３０のｐ+型ＧａＡｓ層とを接合する。このとき、ｎ+型シリコン層の厚みは数ｎｍであるが、このｎ+型シリコン層は、シリコン太陽電池構造体１２０のエミッタを兼ねているため、厚みを厚くすることは困難である。その結果、シリコン太陽電池構造体１２０と化合物太陽電池構造体１３０との接合界面１０３の電気抵抗が高くなってしまい、更なる高効率化を図るのが困難であるという問題点があることを本件発明者らは見出した。
【０００９】
本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池の高効率化を図る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【００１１】
すなわち、本発明の一側面に係る太陽電池作製方法は、シリコン材料で構成されたシリコン太陽電池構造体を用意するステップと、シリコン材料を含まず、バンドギャップがシリコンと比較して広い化合物材料で構成された化合物太陽電池構造体を用意するステップと、前記シリコン太陽電池構造体の面に、透明な導電性材料で構成された透明導電層をプラズマ蒸着法により形成するステップと、前記化合物太陽電池構造体を前記透明導電層にボンディングするステップと、を備える。
【００１２】
当該構成では、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とが透明導電層を介して接合される。これにより、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを直接接合する場合と比べて、接合界面の電気抵抗を低くすることができる。したがって、当該構成によれば、太陽電池の高効率化を図ることができる。
【００１３】
なお、シリコン太陽電池構造体は、シリコン材料で構成されるものであれば、特に限定されなくてもよい。シリコン太陽電池構造体は、例えば、高抵抗Ｓｉ単結晶基板への不純物拡散、又はイオン注入及び活性化アニールにより形成される、ｎ−ｏｎ−ｐ型の太陽電池構造体であってよい。
【００１４】
また、化合物太陽電池構造体は、シリコン材料を含まず、シリコンと比較して広いバンドギャップを有する化合物材料で構成されるものであれば、特に限定されなくてもよい。化合物太陽電池構造体は、例えば、化合物半導体基板上に結晶成長されるｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セル、シリコン太陽電池構造体とのボンディング後に、化合物半導体基板を除去することにより形成されるｎ−ｏｎ−ｐ型の太陽電池構造体等であってよい。
【００１５】
更に、プラズマ蒸着法は、透明導電性材料にＡｒ等のプラズマを照射し、透明導電性材料をイオン化させ成膜するという手法である。スパッタリング法と比較して、透明導電性材料が低エネルギーでシリコン太陽電池構造体表面に供給されるため、高品質の透明導電層が形成される。
・参考文献  Hisashi Kitami, Masaru Miyashita, Toshiyuki Sakemi, Yasushi Aoki, and Takanori Kato, "Quantitative analysis of ionization rates of depositing particles in reactive plasma deposition using mass-energy analyzer and Langmuir probe", Japanese Journal of Applied Physics 54, 01AB05 (2015)
【００１６】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記透明な導電性材料は、酸化インジウムスズ（以下、「ＩＴＯ」とも記載する）、フッ素ドープ酸化スズ（以下、「ＦＴＯ」とも記載する）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）とすることができる。
【００１７】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記透明導電層における前記透明な導電性材料の含有量は、９９．９質量％以上とすることができる。透明な導電性材料としてＩＴＯを用いる場合、ＩＴＯを含むインクを接合界面に塗布し、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを貼り合わせた状態で焼成することで、透明導電層を形成し、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを接合することができる。しかしながら、この場合、インクは、ＩＴＯ以外の有機化合物を含むため、形成される透明導電層（ＩＴＯ層）のＩＴＯの含有量は低くなってしまい、当該透明導電層（ＩＴＯ層）の電気抵抗は高くなってしまう。これに対して、上記構成では、プラズマ蒸着法により透明導電層を形成するため、当該透明導電層の導電性材料の含有量は、プラズマ蒸着法で用いる透明導電材料の純度によって規定される。そこで、高純度の透明導電材料をプラズマ蒸着法で用いることにより、当該透明導電層の導電性材料の含有量を上記９９．９質量％以上、好ましくは、９９．９９質量％以上とすることができ、当該透明導電層の電気抵抗が高くならないように（例えば、1.2E-4 Ω(cm以下（上記参考文献））することができる。したがって、当該構成によれば、太陽電池の高効率化を図ることができる。
【００１８】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記化合物太陽電池構造体をボンディングする前記透明導電層の面の算術平均粗さは、１ｎｍ以下とすることができる。当該構成によれば、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを十分な強度で接合することができる。算術平均粗さは、測定対象となる表面（粗さ曲面）の一部を抜き出し、その抜き出した区間の凹凸形状の平均値により表される。
【００１９】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記化合物太陽電池構造体は、前記透明導電層にボンディングされ、ｐ型の不純物をドープしたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層に接続されるｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルと、を備えてもよい。当該構成によれば、化合物太陽電池構造体のｐ型半導体層と透明導電層とでトンネル接合を形成する多接合型太陽電池を提供することができる。ｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルは、上記のとおり、表面側にｎ+型の化合物半導体層を備え、裏面側にｐ+型の化合物半導体層を備える化合物半導体セルである。
【００２０】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記化合物太陽電池構造体は、前記透明導電層にボンディングされ、ｎ型の不純物をドープしたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続され、ｐ型の不純物をドープしたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層に接続されるｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルと、を備えてもよく、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層とがトンネル接合を構成するようにしてもよい。当該構成によれば、化合物太陽電池構造体の透明導電層に隣接する部分にトンネル接合が形成される多接合型太陽電池を提供することができる。
【００２１】
上記一側面に係る太陽電池作製方法において、前記化合物太陽電池構造体は、それぞれのバンドギャップが表面から裏面（シリコンボトムセル）に向かって狭くなる順に、トンネル接合部を介して接続された複数のｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルを備えてもよい。当該構成によれば、３つ以上のｎ−ｏｎ−ｐ型半導体セル（サブセル）を重ねた多接合型太陽電池を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の一側面に係る太陽電池は、シリコン材料で構成された型シリコン太陽電池構造体と、前記シリコン太陽電池構造体に積層され、透明な導電性材料で構成された透明導電層と、前記透明導電層に接続され、シリコン材料を含まず、シリコンと比較して広いバンドギャップを有する化合物材料で構成された化合物太陽電池構造体と、を備える。
【００２３】
上記一側面に係る太陽電池において、前記透明導電層における前記透明な導電性材料の含有量は、９９．９質量％以上とすることができる。
【００２４】
上記一側面に係る太陽電池において、前記化合物太陽電池構造体は、前記透明導電層に接続され、ｐ型の不純物をドープしたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層に接続されるｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルと、を備えてもよい。
【００２５】
上記一側面に係る太陽電池において、前記化合物太陽電池構造体は、前記透明導電層に積層され、ｎ型の不純物をドープしたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続され、ｐ型の不純物をドープしたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層に接続されるｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セルと、を備えてもよく、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層とがトンネル接合を構成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、太陽電池の高効率化を図る技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、従来の太陽電池の構造を模式的に例示する。
【図２】図２は、実施の形態に係る太陽電池の構造を模式的に例示する。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係る太陽電池の製造工程を例示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態に係る太陽電池の製造工程を例示する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施の形態に係る太陽電池の製造工程を例示する。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施の形態に係る太陽電池の製造工程を例示する。
【図４】図４は、ＩＴＯ層の光学特性を示す。
【図５】図５は、ＩＴＯ層の表面状態を示す。
【図６】図６は、ＩＴＯ層の抵抗値と熱処理との関係を示す。
【図７】図７は、変形例に係る太陽電池の構成を模式的に例示する。
【図８Ａ】図８Ａは、実施例に係る太陽電池の特性を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施例に係る太陽電池の特性を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例に係る太陽電池の特性を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例に係る太陽電池の特性を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、比較例に係る太陽電池の特性を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、比較例に係る太陽電池の特性を示す。
【図１１】図１１は、各実施例のＩＴＯ層間の抵抗値と熱処理との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、図面内の向きを基準として説明を行う。
【００２９】
§１  構成例
まず、図２を用いて、本実施形態に係る太陽電池１の構成を説明する。図２は、本実施形態に係る太陽電池１の構成を模式的に例示する。図２に例示されるように、本実施形態に係る太陽電池１は、多接合型太陽電池であり、裏面１１側から表面１２側へかけて順に、裏面電極１４、シリコン太陽電池構造体２、ＩＴＯ層４、化合物太陽電池構造体３、及び表面電極１５を備えている。表面１２は、太陽光が入射する側の面であり、裏面１１は、その反対側の面である。
【００３０】
シリコン太陽電池構造体２は、裏面電極１４上に積層され、シリコン材料を用いて構成される。本実施形態では、シリコン太陽電池構造体２は、裏面１１側から順に、高濃度にｐ型不純物を含むｐ+型シリコン層２１１と、シリコン層２１と、高濃度にｎ型不純物を含むｎ+型シリコン層１２２と、を備えている。これにより、シリコン太陽電池構造体２は、ｎ−ｏｎ−ｐ型となっている。ｐ+型シリコン層２１１にドーピングするｐ型不純物は、例えば、ホウ素であり、当該ｐ型不純物濃度は、例えば、3E19 cm-3になる程度とすることができる。ｎ+型シリコン層１２２にドーピングするｎ型不純物は、例えば、リンであり、当該ｎ型不純物濃度は、例えば、3E19 cm-3になる程度とすることができる。シリコン太陽電池構造体２は、１つの太陽電池（サブセル）を構成し、最も裏面１１側に配置されるため、「（Ｓｉ）ボトムセル」とも称してよい。
【００３１】
ＩＴＯ層４は、シリコン太陽電池構造体２の表面１２側の面上に積層され、透明な導電性材料であるＩＴＯを用いて構成される。ＩＴＯ層４は、本発明の「透明導電層」に相当する。本実施形態では、ＩＴＯ層４は、プラズマ蒸着法により、シリコン太陽電池構造体２の面上に積層されることで、ＩＴＯの含有量が９９．９質量％、好ましくは９９．９９質量％となるように構成される。
【００３２】
化合物太陽電池構造体３は、ＩＴＯ層４上に積層され、シリコン材料を含まず、バンドギャップがシリコンと比較して広い化合物材料を用いて構成される。利用される化合物材料は、例えば、ガリウム系化合物、ＣＩＧ（Ｓ）系化合物であってよい。本実施形態では、ガリウム系化合物が利用されており、本実施形態に係る化合物太陽電池構造体３は、裏面１１側から順に、高濃度にｐ型不純物を含むｐ+型ＧａＡｓ層３４と、ミドルセル３３と、トンネル接合部３２と、トップセル３１と、を備えている。
【００３３】
ｐ+型ＧａＡｓ層３４は、ＩＴＯ層４上にボンディングされる、換言すると、ＩＴＯ層４に隣接する。ｐ+型ＧａＡｓ層３４にドーピングするｐ型不純物は、例えば、炭素であり、当該ｐ型不純物濃度は、例えば、1E19 cm-3程度とすることができる。このｐ+型ＧａＡｓ層３４は、本発明の化合物太陽電池構造体の「ｐ型半導体層」に相当する。ＩＴＯ層４は、ｎ型の半導体層として機能する。そのため、本実施形態では、ｐ+型ＧａＡｓ層３４及びＩＴＯ層４が、ミドルセル３３とシリコン太陽電池構造体２（ボトムセル）との間のトンネル接合を形成する。
【００３４】
ミドルセル３３はｐ+型ＧａＡｓ層３４に接続され、トンネル接合部３２はミドルセル３３に接続され、トップセル３１はトンネル接合部３２に接続される。ミドルセル３３及びトップセル３１はそれぞれ、ボトムセルと同様に、１つの太陽電池（サブセル）を構成する。ミドルセル３３及びトップセル３１はそれぞれ、裏面１１側から表面１２側にかけて順に接続されており、本発明の「ｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セル」に相当する。トンネル接合部３２は、トップセル３１及びミドルセル３３の間のトンネル接合を形成する。トップセル３１がミドルセル３３よりもエネルギーギャップが大きくなるように構成されるのであれば、トップセル３１及びミドルセル３３の構成は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００３５】
具体例として、トップセル３１は、表面１２側から順に積層されるｎ型ＩｎＧａＰ層及びｐ型ＩｎＧａＰ層により構成されてよい。また、ｎ型ＩｎＧａＰ層の表面１２側には、ｎ型ＡｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）層が窓層として挿入されてもよく、ｐ型ＩｎＧａＰ層の裏面１１側には、ｐ型ＡｌＩｎＰ層が裏面電界層として挿入されてもよい。トンネル接合部３２は、表面１２側から順に積層されるｐ型ＡｌＧａＡｓ（アルミニウム・ガリウム・ヒ素）層及びｎ型ＩｎＧａＰ層により構成されてよい。ミドルセル３３は、表面１２側から順に積層されるｎ型ＧａＡｓ層及びｐ型ＧａＡｓ層により構成されてよい。また、ｎ型ＧａＡｓ層の表面１２側には、ｎ型ＡｌＩｎＰ層が窓層として挿入されてもよく、ｐ型ＧａＡｓ層の裏面１１側には、ｐ型ＩｎＧａＰ層が裏面電界層として挿入されてもよい。
【００３６】
裏面電極１４及び表面電極１５は、化合物太陽電池構造体３の各セル（３１、３３）及びシリコン太陽電池構造体２で生成した電気を出力可能に適宜構成される。本実施形態では、裏面電極１４は、裏面１１の全体を覆うように設けられている。これに対して、表面電極１５は、トップセル３１に太陽光が侵入可能なように、表面１２の一部に設けられている。裏面電極１４及び表面電極１５の材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよく、例えば、裏面電極１４をＡｌ（アルミニウム）で作製し、表面電極１５をＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム）／Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）で作製することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、太陽光の透過率を高めるために、反射防止膜１６が表面１２側に設けられている。この反射防止膜１６の材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよく、例えば、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素）とＳｉＮ（窒化シリコン）との多層構造で作製することができる。なお、本実施形態に係る太陽電池１の各層の厚み及び平面寸法は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００３８】
§２  作製方法
次に、図３Ａ〜図３Ｄを用いて、本実施形態に係る太陽電池１の製造工程を説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本実施形態に係る太陽電池１の製造工程の過程を模式的に例示する。以下で説明する太陽電池１の製造工程は、本発明の「太陽電池作製方法」に相当する。ただし、以下で説明する製造工程は一例に過ぎず、各工程は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する製造工程について、実施の形態に応じて、適宜、工程の省略、置換、及び追加が可能である。
【００３９】
（第１ステップ）
まず、第１ステップとして、図３Ａに例示されるように、シリコン太陽電池構造体２を用意する。シリコン太陽電池構造体２を用意する方法は、実施の形態に応じて適宜選択可能である。例えば、シリコン基板を用意し、用意したシリコン基板の一方の面からｎ型不純物をドープし、他方の面からｐ型不純物をドープする。これにより、順に積層されたｐ+シリコン層２１１、シリコン層２１及びｎ+型シリコン層２２を備えるシリコン太陽電池構造体２を作製することができる。
【００４０】
（第２ステップ）
次に、第２ステップとして、図３Ｂに例示されるように、化合物太陽電池構造体３を用意する。化合物太陽電池構造体３を用意する方法は、実施の形態に応じて適宜選択可能である。例えば、ＧａＡｓ基板３０を用意し、用意したＧａＡｓ基板３０上に、結晶成長により、トップセル３１、トンネル接合部３２、ミドルセル３３、及びｐ+型ＧａＡｓ層を順に形成する。なお、上記第１ステップ及び第２ステップは、その順序は入れ替わってもよいし、並行に実施されてもよい。
【００４１】
（第３ステップ）
次に、第３ステップとして、図３Ｃに例示されるように、シリコン太陽電池構造体２の表面１２側の面、すなわち、ｎ+型シリコン層２２の面２２１にプラズマ蒸着法によりＩＴＯ層４を形成する。プラズマ蒸着法は、上記のとおり、透明導電性材料にＡｒ等のプラズマを照射し、透明導電性材料をイオン化させ成膜するという手法である。高純度の透明導電性材料をプラズマ蒸着法に用いることにより、ＩＴＯ層４において、ＩＴＯの含有量が９９．９質量％以上、好ましくは９９．９９質量％以上となるようにすることができる。なお、ＩＴＯ層４の厚みは、実施の形態に応じて適宜設定されてよく、例えば、３０ｎｍ以上に設定することができる。
【００４２】
（第４ステップ）
次に、第４ステップとして、図３Ｄに例示されるように、ＩＴＯ層４の表面１２側の面４１に化合物太陽電池構造体３をボンディング（接合）する。化合物太陽電池構造体３をＩＴＯ層４に接合する方法には、例えば、表面活性化接合法が利用されてもよい。表面活性化接合法は、接合する２つの対象物それぞれの表面に、ビーム（例えば、アルゴンビーム）又はプラズマを照射して、各表面を洗浄化及び活性化した後、圧力を付与して表面同士を接合する接合方法である。この表面活性化接合法の一連の工程は、真空中で行われる。
【００４３】
図４は、シリコン太陽電池構造体上の成膜と同一条件でガラス基板上に製膜した厚さ９０ nmのＩＴＯ層に、表面活性化接合法によるアルゴンビームを照射する前及び後の光の透過率を分光光度計により測定した結果を示す。図４に示すとおり、アルゴンビームの照射の前後で、ＩＴＯ層の光学特性に殆ど変化はない。そのため、表面活性化接合法により化合物太陽電池構造体３をＩＴＯ層４に接合した後であっても、ＩＴＯ層４は、透明導電層として適切に機能する。
【００４４】
なお、表面活性化接合法により化合物太陽電池構造体３をＩＴＯ層４に接合する場合、上記第３ステップで形成したＩＴＯ層４の化合物太陽電池構造体３を接合する面４１の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ以下であることが好ましい。ＩＴＯ層４の面４１の算術平均粗さが１ｎｍ以下である場合には、化合物太陽電池構造体３及びＩＴＯ層４を表面活性化接合法により十分な強度で接合することができる。
【００４５】
図５は、Ｓｉ基板上にシリコン太陽電池構造体上の成膜と同一条件で形成した厚さ９０ｎｍのＩＴＯ層の表面の算術平均粗さをＡＦＭにより観測した結果を示す。算術平均粗さは、測定対象となる表面（粗さ曲面）の一部を抜き出し、その抜き出した区間の凹凸形状の平均値により表される。図５に示すＩＴＯ層の算術平均粗さは、０．３ｎｍであった。この算術平均粗さを有するＩＴＯ層は、表面活性化接合法により、化合物太陽電池構造体に十分な強度で接合することができた。そのため、上記条件でＩＴＯ層４を形成することで、ＩＴＯ層４の面４１の算術平均粗さを１ｎｍ以下にし、化合物太陽電池構造体３及びＩＴＯ層４を表面活性化接合法により十分な強度で接合することができることが分かった。スパッタリング法を用いてＳｉ基板上に同一厚さのＩＴＯ層を作製した。その表面の算術平均粗さは１．９ｎｍであった。当該ＩＴＯ層のボンディング実験を行ったが接合を形成するに至らなかった。
【００４６】
第４ステップを実施した後、選択エッチングにより、ＧａＡｓ基板３０を除去する。これにより、化合物太陽電池構造体３を作製することができる。反射防止膜１６、裏面電極１４、及び表面電極１５を適宜形成する。例えば、化合物太陽電池構造体３のトップセル３１側の面に反射防止膜１６を成膜した後、裏面電極１４及び表面電極１５を蒸着する。良好なオーミック特性を得るために表面電極１５を形成時に４００℃の熱処理を行う。これにより、本製造工程は終了し、本実施形態に係る太陽電池１（図２）を作製することができる。
【００４７】
［特徴］
以上のように、本実施形態に係る太陽電池１では、シリコン太陽電池構造体２と化合物太陽電池構造体３とが透明導電層であるＩＴＯ層４を介して接合される。これにより、後述する実施例で示すとおり、シリコン太陽電池構造体２と化合物太陽電池構造体３とを直接接合する場合と比べて、接合界面１３の電気抵抗を低くすることができる。したがって、本実施形態によれば、太陽電池の高効率化を図ることができる。なお、本実施形態では、シリコン太陽電池構造体２が１つのサブセルを含み、化合物太陽電池構造体３が２つのサブセルを含むため、太陽電池１は、３接合型太陽電池として構成される。
【００４８】
また、ＩＴＯ層を介して２つの構造体を接合する方法には、上記実施形態のプラズマ蒸着法及び表面活性化接合法を利用した方法の他、ＩＴＯを含むインクを利用した方法がある。この方法では、ＩＴＯを含むインクを接合界面に塗布し、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とをその接合界面で貼り合わせた状態で焼成する。これにより、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とをＩＴＯ層を介して接合することができる。
【００４９】
しかしながら、このＩＴＯを含むインクを利用した方法では、当該インクには、ＩＴお以外の有機化合物が含まれるため、形成されるＩＴＯ層におけるＩＴＯの含有量が低くなってしまう。また、接合の際の加熱により、ＩＴＯ層の電気抵抗が高くなってしまう。文献「中許昌美（大阪市立工業研究所）、“ITO透明導電膜形成用インクの開発とその特性”、表面技術、Vol.60(2009)、No.10、p.631」によれば、スクリーン印刷法で印刷したＩＴＯナノ粒子を含むインクで構成した透明導電膜（膜厚３０９ｎｍ）を大気雰囲気中において４８０度で３０分加熱した場合、当該透明導電膜の抵抗率は、３．４×１０-2（Ω・ｃｍ）となる。また、スクリーン印刷法で印刷したＩＴＯナノ粒子を含むインクで構成した透明導電膜（膜厚３４５ｎｍ）を窒素雰囲気中において４８０度で３０分加熱した場合には、当該透明導電膜の抵抗率は、６．５×１０-3（Ω・ｃｍ）となる。
【００５０】
これに対して、上記実施形態のプラズマ蒸着法及び表面活性化接合法を利用した方法では、ＩＴＯ層におけるＩＴＯの含有量を、上記インクを用いた方法では達成困難な高比率（例えば、９９．９質量％）にすることができる。そのため、表面電極１５形成の過程で加熱しても、ＩＴＯ層の電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００５１】
図６は、ガラス板上に成膜したＩＴＯ層（厚さ９０ｎｍ）の加熱前及び各温度で１分加熱した後の抵抗率（Ω・ｃｍ）をＴＬＭ法で測定した結果を示す。図６に示すとおり、加熱前のＩＴＯ層の抵抗率は１．３×１０-5（Ω・ｃｍ）であり、４００度で加熱した後のＩＴＯ層の抵抗率は６．７×１０-5（Ω・ｃｍ）であった。そのため、表面電極形成の過程において４００度で加熱したとしても、ＩＴＯ層４の電気抵抗の上昇を抑えることができることが分かった。具体的には、インクを用いた場合に比べて、ＩＴＯ層４の電気抵抗を凡そ１００分の１にすることができることが分かった。したがって、本実施形態によれば、透明導電層であるＩＴＯ層４の電気抵抗が高くならないようにすることができるため、太陽電池の高効率化を図ることができる。
【００５２】
§３  変形例
以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【００５３】
＜３．１＞
上記実施形態に係る太陽電池１は、ｐ+型ＧａＡｓ層３４とＩＴＯ層４とでトンネル接合を形成するように構成されている。しかしながら、太陽電池１の構成は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００５４】
図７は、本変形例に係る太陽電池１Ａの構成を模式的に例示する。この太陽電池１Ａでは、化合物太陽電池構造体３Ａは、上記化合物太陽電池構造体３の構成に加えて、裏面１１側に、高濃度にｎ型不純物を含むｎ+型ＧａＡｓ層３５を備える。すなわち、ｎ+型ＧａＡｓ層３５がＩＴＯ層４上に積層され、ｐ+型ＧａＡｓ層３４はｎ+型ＧａＡｓ層３５上に積層される。
【００５５】
ｎ+型ＧａＡｓ層３５は、本発明の「ｎ型半導体層」に相当する。ｎ+型ＧａＡｓ層３５にドーピングするｎ型不純物は、例えば、Ｓｉであり、当該ｎ型不純物濃度は、例えば、１E19 cm-3程度とすることができる。このｎ+型ＧａＡｓ層３５を積層する点を除いて、太陽電池１Ａは、上記太陽電池１と同様に構成される。また、この太陽電池１Ａは、上記太陽電池１と同様の製造工程で作製することができる。すなわち、上記第２ステップにおける結晶成長の過程で、ｎ+型ＧａＡｓ層３５を更に形成するようにし、その他のステップは上記実施形態と同様に実施することで、本変形例に係る太陽電池１Ａを作製することができる。
【００５６】
本変形例に係る太陽電池１Ａでは、ｐ+型ＧａＡｓ層３４とｎ+型ＧａＡｓ層３５とがトンネル接合を形成する。その結果、後述する実施例で示されるとおり、接合界面１３の電気抵抗を更に小さくすることができる。したがって、本変形例によれば、太陽電池の高効率化を図ることができる。
【００５７】
＜３．２＞
上記実施形態では、透明導電層の材料としてＩＴＯを利用した。しかしながら、透明導電層は、透明な導電性材料で構成されればよく、その透明な導電性材料は、ＩＴＯに限定されなくてもよい。ＩＴＯの他、透明な導電性材料には、例えば、ＦＴＯ、ＺｎＯ等を用いることができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、シリコン太陽電池構造体２の表面側の面にＩＴＯ層４を形成した後に、ＩＴＯ層４と化合物太陽電池構造体３とを接合している。しかしながら、太陽電池１の製造工程は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、シリコン太陽電池構造体２の表面側の面にＩＴＯ層を形成し、化合物太陽電池構造体３の裏面側の面にＩＴＯ層を更に形成した後に、両構造体（２、３）に形成したＩＴＯ層同士を表面活性化接合法で接合してもよい。
【００５９】
＜３．３＞
シリコン太陽電池構造体２及び化合物太陽電池構造体３の構成は、上記実施形態の例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００６０】
例えば、シリコン太陽電池構造体２の材料には、シリコン及びゲルマニウムを混合した材料を用いてもよい。シリコン太陽電池構造体２は、シリコン基板から結晶成長させることにより作製されてもよい。
【００６１】
また、例えば、化合物太陽電池構造体３は、２つの化合物半導体セル（トップセル３１及びミドルセル３３）を備えている、すなわち、２接合型太陽電池の構造を有している。しかしながら、化合物太陽電池構造体３の構造は、このような例に限定されなくてもよく、化合物太陽電池構造体３内の化合物半導体セルの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。各化合物半導体セルの構成は、表面側から裏面側にかけて順にエネルギーギャップが小さくなるように適宜決定されてよい。
【００６２】
§４  実施例
以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定される訳ではない。
【００６３】
（第１実施例）
上記作製方法の製造工程を実施することで、上記実施形態（図２）と同様の構成を有する太陽電池を第１実施例として作製した。なお、第１実施例の詳細な製造条件は以下のとおりである。
【００６４】
高抵抗ｐ−Ｓｉ基板の裏面にホウ素のイオン注入及び活性化アニールにより高濃度にｐ型不純物を含むｐ+型シリコン層を形成し、表面にリンのイオン注入及び活性化アニールにより、高濃度にｎ型不純物を含むｎ+型シリコン層を形成し、シリコン太陽電池構造体を形成した。シリコン太陽電池構造体表面（ｎ+型シリコン層の面）上にプラズマ蒸着法を用いてＩＴＯ層を製膜した。
【００６５】
ＧａＡｓ基板上に、結晶成長により、ＩｎＧａＰからなるｎ−ｏｎ−ｐ型トップセル、高濃度にp型不純物を含む層と高濃度にn型不純物を含む層を順次成長することにより形成されるトンネル接合部、ＧａＡｓからなるｎ−ｏｎ−ｐ型ミドルセル、及びｐ+型ＧａＡｓ層を順に形成した。ｐ+型ＧａＡｓ層表面をシリコン太陽電池構造体表面、すなわちＩＴＯ層表面にボンディングし、ＧａＡｓ基板を裏面から研磨して薄層化し、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２，Ｈ２Ｏの混合液によるウェットエッチングを行って除去することで、トップセル表面を露出させた。
【００６６】
くし形形状の表面電極を蒸着、リフトオフ、４００℃、1分間の熱処理によって形成の後、ドライエッチングによりボトムセルまで達する１ｍｍ×１ｍｍのメサを形成し、スパッタリングにより反射防止膜を形成した。ボトムセル裏面に裏面電極を形成した。これによって、第１実施例を作製した。
【００６７】
（第２実施例）
結晶成長の過程において、第１実施例のｐ+型ＧａＡｓ層の裏面側の面にｎ+型ＧａＡｓ層を更に形成することで、上記変形例（図７）と同様の構成を有する太陽電池を第２実施例として作製した。
【００６８】
（比較例）
化合物太陽電池構造体及びシリコン太陽電池構造体を表面活性化接合法により直接接合することで、上記従来例（図１）と同様の構成を有する太陽電池を比較例として作製した。比較例に係る太陽電池は、ＩＴＯ層を備えない点を除き、第１実施例と同様の構成を有する。
【００６９】
ＡＭ（air mass）１．５Ｇ（Global）及び１ｓｕｎの照射条件で各実施例及び比較例の表面側から光を照射し、各実施例及び比較例（平面寸法：１ｍｍ×１ｍｍ）の特性をソースメジャーユニット（Ｂ２９０２Ａ、Ａｇｉｌｅｎｔ社製）により測定した。図８Ａ及び図８Ｂは、第１実施例の測定結果を示す。図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施例の測定結果を示す。図１０Ａ及び図１０Ｂは、比較例の測定結果を示す。
【００７０】
比較例の測定結果に示されるとおり、シリコン太陽電池構造体と化合物太陽電池構造体とを直接接合した場合には、開放電圧における微分抵抗値が１８００（Ω）となり、接合界面の電気抵抗が比較的に高くなった。これに比べて、第１実施例及び第２実施例では、比較例と比べて、接合界面の電気抵抗を低くすることができた。特に、第２実施例では、開放電圧における微分抵抗値は１１３０（Ω）であり、接合界面の電気抵抗を非常に低くすることができた。その結果、比較例の変換効率は２４．０％と測定されたのに対して、第１実施例の変換効率は２４．６％と測定され、第２実施例の変換効率は２５．１％と測定された。したがって、本発明によれば、太陽電池の高効率化を図ることができるが分かった。
【００７１】
なお、第１実施例及び第２実施例の熱処理後の接合界面の電気抵抗を評価するため、ｎ+型シリコン基板上にＩＴＯ層を成膜し、裏面にオーム性電極を形成した。当該ＩＴＯ層を介して、予め裏面にオーム性電極が形成されているｐ+型ＧａＡｓ基板を貼り合わせることで、第１実験片（第１実施例に対応）を作製した。また、ｎ+型シリコン基板上にＩＴＯ層を成膜し、当該ＩＴＯ層を介して、予め裏面にオーム性電極が形成されているｎ+型ＧａＡｓ基板を貼り合わせることで、第２実験片（第２実施例に対応）を作製した。各実験片を２ｍｍ×２ｍｍの大きさにダイシングし、接合面積を定義した。そして、各実験片の熱処理前及び各温度で１分間熱処理した後のシリコン基板・ＧａＡｓ基板間の抵抗（Ω・ｃｍ2）をソースメジャーユニット（Ｂ２９０２Ａ、Ａｇｉｌｅｎｔ社製）で測定した。図１１は、その測定結果を示す。
【００７２】
図１１に示すとおり、ＩＴＯ層とｐ+型ＧａＡｓ基板とを貼り合わせた第１実験片に比べて、ＩＴＯ層とｎ+型ＧａＡｓ基板とを貼り合わせた第２実験片の方が加熱前及び加熱後共に低抵抗であった。これにより、上記第１実施例（実施形態、図２）に比べて、上記第２実施例（変形例、図７）の方が高効率化を図ることができることが分かった。
【符号の説明】
【００７３】
１…太陽電池、
１１…裏面、１２…表面、１３…接合界面、
１４…裏面電極、１５…表面電極、１６…反射防止膜、
２…シリコン太陽電池構造体、
２１…シリコン層、２２…ｎ+型シリコン層、
３…化合物太陽電池構造体、
３１…トップセル（ｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セル）、
３２…トンネル接合部、
３３…ミドルセル（ｎ−ｏｎ−ｐ型化合物半導体セル）、
３４…ｐ+型ＧａＡｓ層（ｐ型半導体層）、
３５…ｎ+型ＧａＡｓ層（ｎ型半導体層）、
４…ＩＴＯ層（透明導電層）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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