(57)【要約】【課題】太陽電池製造プロセス時に発生する光電変換層の割れやしわの問題が生じない構造の太陽電池を提供する。【解決手段】主としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光電変換層（１０１および１０２）と、該光電変換層（１０１および１０２）上に形成されたコンタクト層（１０３）と、該コンタクト層（１０３）の表面の少なくとも一部に形成された電極（１０５）と、を含む太陽電池であって、該コンタクト層（１０３）は、主としてＧａＰからなり、該光電変換層の厚さは２．５μｍ以下であることを特徴とする。光電変換層（１０１および１０２）の厚さとコンタクト層（１０３）の厚さとの合計は、３μｍ以上であることが好ましい。【選択図】図１
2008270604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光電変換層と、
前記光電変換層上に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面の少なくとも一部に形成された電極と、を含む太陽電池であって、
前記コンタクト層は、主としてＧａＰからなり、
前記光電変換層の厚さは２．５μｍ以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記光電変換層の厚さと前記コンタクト層の厚さとの合計は、３μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記光電交換層の厚さは、１〜２μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記コンタクト層は、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰ（０＜ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換層と前記コンタクト層との間に中間層をさらに有し、
前記中間層のバンドギャップおよび格子定数は、前記光電変換層のバンドギャップおよび格子定数と、前記コンタクト層のバンドギャップおよび格子定数との間にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池（Ａ）に直列接続された太陽電池（Ｂ）を有するスタック型太陽電池であって、
前記太陽電池（Ｂ）が有する光電変換層のバンドギャップは、前記太陽電池（Ａ）が有する光電変換層のバンドギャップより小さいスタック型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体太陽電池に関し、より詳しくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を材料とする太陽電池（以下、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池と称する）は、高効率である特徴を生かして、宇宙用あるいは集光用として用いられるようになっている。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族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に相当する光より長波長の光を透過させ、上記太陽電池を透過した長波長光を吸収するバンドギャップが小さい別の太陽電池と組み合わせてスタック型の太陽電池を構成することができるようにするため、当該光電変換層の厚さをμｍオーダーまで薄くすることが求められる。
【０００４】
図９は、光電変換層を薄くした、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の一例を示す概略断面図である。図９に示される太陽電池は、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層９０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層９０２から構成される光電変換層、表面側に形成されたｎ−ＧａＡｓからなるコンタクト層９０３、および裏面側に形成されたｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層９０４を有している。コンタクト層９０３およびトンネル接合層９０４は、パッド部分と櫛型状部分とそれらを連結するバー状領域を残してエッチング除去されており、これらの上には、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕで電極９０５、９０６がそれぞれ形成されている。また、電極９０５および電極９０６のパッド部分には、それぞれインターコネクター９０７、９０８が溶接され、表面側はシリコン系の樹脂等によりカバーガラス９０９が接着されている。
【０００５】
図９に示される構造の太陽電池は、通常、図１０に示される方法で製造される。まず、ＧａＡｓからなる基板１００１上に、ｎ−ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層１００２、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層９０４、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層９０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層９０２およびｎ−ＧａＡｓからなるコンタクト層９０３をこの順に形成する（図１０（ａ））。次に、コンタクト層９０３上に、レジスト１００３を塗布した後（図１０（ｂ））、櫛形状の電極にするために、フォトリソグラフィーにより、レジスト１００３の一部を残す（図１０（ｃ））。ついで、アンモニア系のエッチング液でレジスト１００３下のコンタクト層９０３をエッチングする（図１０（ｄ））。この時、下地のエミッタ層９０２は、アンモニア系ではエッチングされないため、コンタクト層９０３がエッチングされればエッチングは自動的に止まる。
【０００６】
次に、適当な有機溶剤を用いてレジストを除去し（図１０（ｅ））、再度全面にレジスト１００４を塗布する（図１０（ｆ））。再度のフォトリソグラフィーにより、コンタクト層９０３が残っている櫛形状の領域に合わせてレジストを抜く（図１０（ｇ））。ついで、その上から、表面電極９０５となる金属、たとえばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｕをこの順に蒸着し（図１０（ｈ））、リフトオフによりレジスト１００４上に蒸着された表面電極９０５をレジスト１００４ごと除去し、コンタクト層９０３上に目的の電極を残して形成する（図１０（ｉ））。以上のプロセスによりコンタクト層９０３と表面電極９０５が形成される。なお、必要に応じて表面電極９０５は、熱処理を行ない、アロイ化して抵抗を下げるプロセスを追加することがある。
【０００７】
次に、表面電極９０５のパッド部分にインターコネクター９０７を溶接した後にシリコン系の樹脂でカバーガラス９０９に表面側を貼り付ける（図１０（ｊ））。その後、アンモニア系のエッチング液を用いて、基板１００１を全面エッチングする（図１０（ｋ））。このとき、エッチングストップ層１００２でエッチングは止まる。その後、ＨＣｌ系のエッチング液でエッチングストップ層１００２を除去し、ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層９０４のｎ+−ＧａＡｓ層を露出させる（図１０（ｌ））。その後は、表面電極９０５を形成した際と同様のプロセスにより、トンネル接合層を櫛型状にするとともに、この裏面側にも櫛型状の電極９０６を、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕを用いて形成し、パッド部分に裏側のインターコネクター９０８を溶接して、図９に示される太陽電池を得る（図１０（ｍ））。
【０００８】
このように、従来コンタクト層は、ＧａＡｓを用いて形成されるのが通常であるが（たとえば、特許文献１）、コンタクト層やトンネル接合層にＧａＡｓを用いた場合、ＧａＡｓは、光電変換層を構成するＩｎＧａＰよりバンドギャップが小さく、ＩｎＧａＰで吸収されるべき波長帯の光がＧａＡｓで吸収されてしまい発電に寄与されなくなることから、コンタクト層およびトンネル接合層を櫛型状にエッチングする必要があった。
【０００９】
しかし、コンタクト層およびトンネル接合層を櫛型状にエッチングすると、最終的に、全面に広がって層を形成しているのは光電変換層のみであり、かつ該光電変換層の厚さはμｍオーダー程度と薄いため、基板をエッチング除去するプロセス以降、特にトンネル接合層をエッチングにより櫛型状にするプロセスにおいて、光電変換層が割れたり、しわが寄ったりするという問題があった。
【特許文献１】特開平８−２０４２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、プロセス時に発生する光電変換層の割れ等の問題が生じない構造の太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の太陽電池は、主としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光電変換層と、該光電変換層上に形成されたコンタクト層と、該コンタクト層の表面の少なくとも一部に形成された電極と、を含む太陽電池であって、該コンタクト層は、主としてＧａＰからなり、該光電変換層の厚さが２．５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
上記光電変換層の厚さと上記コンタクト層の厚さとの合計は、３μｍ以上であることが好ましい。また、上記光電交換層の厚さは、１〜２μｍであることが好ましい。
【００１３】
上記コンタクト層は、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰ（０＜ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）からなっていてもよい。
【００１４】
また本発明は、上記光電変換層と上記コンタクト層との間に中間層をさらに有し、該中間層のバンドギャップおよび格子定数は、光電変換層のバンドギャップおよび格子定数と、コンタクト層のバンドギャップおよび格子定数との間にあることを特徴とする太陽電池を提供する。
【００１５】
さらに本発明は、上記いずれかの太陽電池（太陽電池（Ａ））に直列接続された太陽電池（Ｂ）を有するスタック型太陽電池であって、該太陽電池（Ｂ）が有する光電変換層のバンドギャップは、太陽電池（Ａ）が有する光電変換層のバンドギャップより小さいスタック型太陽電池を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽電池は、光電変換層上に、主にＧａＰからなるコンタクト層を備えるものである。このような構成によれば、該コンタクト層をエッチングして櫛型状とする必要がなく、したがってコンタクト層を全面にわたって形成できるため、太陽電池製造プロセス時における光電変換層の割れやしわを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、実施の形態を示して本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図１に示される太陽電池は、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２から構成される光電変換層、表面側に形成されたｎ−ＧａＰからなるコンタクト層１０３、および裏面側に形成されたｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層１０４を有している。トンネル接合層１０４は、パッド部分と櫛型状部分とそれらを連結するバー状領域を残してエッチング除去されており、コンタクト層１０３およびトンネル接合層１０４の上には、電極１０５、１０６がそれぞれ形成されている。また、電極１０５および電極１０６のパッド部分には、それぞれインターコネクター１０７、１０８が溶接され、表面側はシリコン系の樹脂等によりカバーガラス１０９が接着されている。
【００１８】
本実施形態においては、上述の図９に示される太陽電池と異なり、コンタクト層１０３は、ｎ−ＧａＰにより構成されている。ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層１０３は、間接遷移型であり、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２から構成される光電変換層より大きなバンドギャップを有しているため、該光電変換層で吸収される波長帯およびそれより長波長帯の光を損失させることなく透過させる。したがって、図９に示されるｎ−ＧａＡｓからなるコンタクト層の場合のように、光が通る領域を残してコンタクト層を櫛型状にエッチングで除去する必要がない。すなわち、コンタクト層としてバンドギャップが大きいＧａＰを主成分とする材料を用いることにより、表面側の光が透過する部分にコンタクト層が存在していた場合でも、その透過損失を低減できるため、コンタクト層を櫛型状にエッチングする必要がないのである。したがって、光電変換層上にコンタクト層を全面に形成することができ、これにより全面にわたって厚みを増加させることができるため、太陽電池製造プロセス時の割れやしわの発生を抑止することができる。
【００１９】
本実施形態の太陽電池は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を主材料とする光電変換層の厚さを十分に薄くして、該光電変換層のバンドギャップに相当する光を吸収して発電すると共に、バンドギャップに相当する光より長波長の光を透過させる機能を有するものである。概して、当該機能を発現させるためには、光電変換層の厚さは、２．５μｍ程度以下とすることが必要であるが、別の太陽電池を直列（タンデム）接続してスタック型の太陽電池（以下、タンデム型太陽電池ともいう）としたときの当該スタック型太陽電池の変換効率を考慮すると、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２から構成される光電変換層の厚さは、１〜２μｍとすることが好ましい。この点については後述する。
【００２０】
本実施形態において、上記光電変換層の厚さとコンタクト層１０３の厚さとの合計（以下、トータル層厚ともいう）は、３μｍ以上であることが好ましい。すなわち、光電変換層の厚さを１〜２μｍとした場合、コンタクト層の厚さを２〜１μｍ以上とし、トータル層厚を３μｍ以上とすることが好ましい。トータル層厚が３μｍ未満である場合、トータル層厚が薄くなるに従い、急激に光電変換層の割れやしわの発生率が上昇する。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る太陽電池における、光電変換層とコンタクト層とのトータル層厚と割れ、しわ発生率との関係を示すグラフである。図２から明らかなように、トータル層厚が３μｍ未満の場合、トータル層厚の減少とともに、急激に光電変換層の割れ、しわの発生率が上昇することがわかる。なお、割れ、しわの発生率は、光電変換層の厚さを１．５５μｍで一定とし、コンタクト層の厚さを種々変化させて測定したものである。割れ、しわの発生率の測定は、具体的には次のようにして行なった。４’’サイズのＧａＡｓ基板５枚に対して図１の構造で１ｃｍ×１ｃｍ角のセルを基板１枚当たり６０個、計３００個作製し、トンネル接合層１０４を櫛形状にエッチングした後に目視あるいは顕微鏡で観察し、割れ、しわの発生したセル数の割合を求めて測定した。
【００２２】
トータル層厚の上限については特に制限はないが、コンタクト層を厚くするほど製造材料費が増加することを考慮すると、５μｍ程度以下とすることが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、コンタクト層１０３は、主としてＧａＰからなるものである。ここで、「主としてＧａＰからなる」とは、光電変換層のバンドギャップより十分に大きい範囲で、他の成分、たとえばＡｌ、Ｉｎ等を含んでいてもよいことを意味する。上述のように、コンタクト層を主としてＧａＰから構成することにより、光電変換層で吸収されるべき波長帯およびそれより長波長帯の光を損失させることなく透過させることができる。
【００２４】
コンタクト層は、主としてＧａＰからなる限り、他の成分を含有していてもよい。当該他の成分として、たとえばＡｌ、Ｉｎ等を挙げることができる。すなわち、コンタクト層は、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰから構成することができる。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る太陽電池における、コンタクト層の組成と比抵抗との関係を示すグラフであり、図３（ａ）は、コンタクト層の組成をＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰとしたときの、Ａｌ組成比ｘとコンタクト層の比抵抗との関係を示すグラフ、図３（ｂ）は、コンタクト層の組成をＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰとしたときの、Ｉｎ組成比ｙとコンタクト層の比抵抗との関係を示すグラフである。なお、図３（ａ）は、Ｉｎ組成比ｙ＝０．０５の条件で測定したものであり、図３（ｂ）は、Ａｌ組成比ｘ＝０．０５の条件で測定したものである。コンタクト層は、光電変換層で吸収されるべき波長帯およびそれより長波長帯の光を損失させることなく透過させるためには、ＩｎＧａＰからなる光電変換層以上のバンドギャップを有していればよいと考えられるが、ＩｎＧａＰに対してできるだけバンドギャップ差が大きい方がよい。この点を考慮すると、ＧａＡｓ基板に格子整合する最大バンドギャップのＡｌＩｎＰ材料と同等以上のバンドギャップを有すれば充分と考えられるので、コンタクト層をＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰとした場合、ｘは０〜１．０であり、ｙは概ね０〜０．２であることが好ましいと考えられる。ただし、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、ｘ、ｙともに０．１より大きくなると、コンタクト層の比抵抗が著しく大きくなり、コンタクト層として適さないと判断される。したがってｘおよびｙは、それそれ０．１以下とすることが望ましい。なお、コンタクト層の比抵抗の測定は、具体的には次のようにして行なった。すなわち、ＧａＡｓ基板の上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＰ層を１μｍ形成した評価用サンプルを作製し、４端子によるシート抵抗測定器を用いて測定した。
【００２６】
本実施形態において、各層のドーパントは従来公知のものを用いることができる。また、そのキャリア濃度についても、特に制限されるものではなく、直列抵抗やキャリア拡散長等を考慮して適宜選択されるものである。たとえば、ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層１０３がＳｉドープされている場合、そのキャリア濃度は、たとえば、３×１０18〜１×１０19ｃｍ-3程度とすることができる。また、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１がＺｎドープされている場合、そのキャリア濃度は、たとえば、１×１０17〜５×１０17ｃｍ-3程度とすることができる。ｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２がＳｉドープされている場合、そのキャリア濃度は、たとえば、１×１０18〜５×１０18ｃｍ-3程度とすることができる。
【００２７】
本実施形態の太陽電池の製造方法は、特に限定されるものではないが、たとえば以下のようにして製造することができる。図４は、図１に示される太陽電池の製造方法の好ましい一例を示す概略工程図であり、各工程における太陽電池中間物の概略断面図を示すものである。まず、たとえばＧａＡｓからなる基板４０１上に、たとえばｎ−ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層４０２、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層１０４、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２、ｎ−ＧａＰを主成分とするコンタクト層１０３をこの順に形成する（図４（ａ））。
【００２８】
その後、コンタクト層１０３上に、図１０の方法と同様にして、パッド部分と櫛型状部分から構成される電極１０５を、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕで形成した後、該パッド部分にインターコネクター１０７を溶接し、Ｓｉ系樹脂等でカバーガラス１０９に貼り付ける（図４（ｂ））。ついで、アンモニア系のエッチング液等を用いて、基板４０１をエッチングする（図４（ｃ））。エッチングは、エッチングストップ層４０２でストップするので、その後に、エッチングストップ層４０２をＨＣｌ系のエッチング液で除去する（図４（ｄ））。最後に、図１０の方法と同様にして、裏面側のトンネル接合層１０４を櫛型状にエッチングで除去し、電極１０６を形成し、パッド部分にインターコネクター１０８を溶接して、図１に示される太陽電池を得る（図４（ｅ））。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図５に示される太陽電池は、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層５０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層５０２からなる光電変換層、ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層５０３、および裏面側に形成されたｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層５０４、インターコネクター５０７、５０８、およびカバーガラス５０９から構成される、上記第１の実施形態に係る太陽電池と同様の構成の太陽電池（以下、太陽電池（Ａ）ともいう）の下に、Ｓｉ太陽電池（バックコンタクト型）５１０（以下、太陽電池（Ｂ）ともいう）を設置してタンデム型の構造とした、スタック型太陽電池である。ここで、Ｓｉ太陽電池５１０が光電変換層のバンドギャップは、上記ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層５０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層５０２からなる光電変換層のバンドギャップより小さくしているので、太陽電池（Ａ）を透過した、該太陽電池（Ａ）の光電変換層のバンドギャップに相当する光より長波長の光は、太陽電池（Ｂ）の光電変換層によって吸収され、変換効率が大きく向上している。
【００３０】
図６は、本実施形態に係る太陽電池における、太陽電池（Ａ）が有するＩｎＧａＰからなる光電変換層の厚さと変換効率との関係を示すグラフであり、太陽電池（Ａ）におけるｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層５０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層５０２からなる光電変換層と、ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層５０３とのトータル層厚を３．５μｍとして、該光電変換層の厚さを０．５〜２．５μｍの間で変化させたときのタンデム型太陽電池全体、および太陽電池（Ａ）、（Ｂ）それぞれの変換効率を示すグラフである。図６に示されるように、太陽電池（Ａ）の光電変換層の厚さが１μｍより薄い場合には、太陽電池（Ａ）の変換効率が低下することがわかる。また、太陽電池（Ａ）の光電変換層の厚さが２μｍより厚い場合には、光電変換層の自由キャリアによる吸収の影響を受け、太陽電池（Ａ）を透過する長波長光が減少し、太陽電池（Ｂ）の変換効率が低下することがわかる。したがって、太陽電池（Ａ）の光電変換層の厚さは、１〜２μｍであることが好ましい。この範囲内であれば、タンデム型太陽電池全体の変換効率を高くすることができる。
【００３１】
なお、上記変換効率の測定は、具体的には次のようにして行なった。ソーラーシミュレーターの光源をＡＭ１．５の条件に設定し、１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ2）でタンデム型太陽電池に照射し、太陽電池（Ａ）、（Ｂ）の個々の電極からインターコネクターを通して出力を取り出し、太陽電池（Ａ）、（Ｂ）個々について変換効率を測定した。タンデム型太陽電池の変換効率は太陽電池（Ａ）および（Ｂ）の変換効率を足し合わせたものとした。
【００３２】
＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図７に示される太陽電池は、ｎ−Ｇａｐからなるコンタクト層７０３と、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層７０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層７０２より構成される光電変換層との間に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる中間層７１１を設けたこと以外は、上記第１の実施形態に係る太陽電池と同様の構成を有する。
【００３３】
ここで、本実施形態において中間層７１１は、ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層７０３と、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層７０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層７０２より構成される光電変換層との中間のバンドギャップおよび格子定数を有する、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰより構成されるが、中間層材料は、コンタクト層のバンドギャップおよび格子定数と、光電変換層のバンドギャップおよび格子定数の間のバンドギャップおよび格子定数を有するものであればよい。そのような材料としては、ＡｌＧａＩｎＰのほか、たとえばＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ等を挙げることができる。
【００３４】
図８は、ｎ−ＧａＰコンタクト層／ｎ−ＩｎＧａＰ光電変換層のヘテロ接合およびｎ−ＧａＰコンタクト層／ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ中間層／ｎ−ＩｎＧａＰ光電変換層のヘテロ接合におけるバンド状態を示す概念図である。図８（ａ）および（ｂ）は、それぞれｎ−ＧａＰコンタクト層とｎ−ＩｎＧａＰ光電変換層とがヘテロ接合される前および後のバンド状態を示したものである。ｎ−ＧａＰとｎ−ＩｎＧａＰは、真空準位に対する伝導帯の下端（Ｅｃ）と価電子帯の上端（Ｅｖ）の位置がタイプＩＩと呼ばれる位置関係にあり、接合時に伝導帯、価電子帯共にヘテロ界面で大きなノッチ（それぞれΔＥｃ、ΔＥｖ）を生じる（図８（ｂ））。本組合せでは、伝導帯の界面でのノッチΔＥｃは約０．３９ｅＶ、価電子帯の界面でのノッチΔＥｖは約０．０３ｅＶである。ｎ−ＧａＰ／ｎ−ＩｎＧａＰの接合界面における約０．３９ｅＶの大きな伝導体のノッチは、電子に対する障壁（抵抗）となる可能性があるため、界面におけるコンタクト層および光電変換層のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3以上の高濃度にしてノッチ間をトンネル電流が流れる状態にして抵抗を下げる必要がある。しかし、このようにキャリア濃度を高濃度とすると、自由キャリアによる光吸収量が増大するため、下層の光電変換層に入射する光強度が減少し太陽電池セルの出力電流の低下を招くといった問題がある。
【００３５】
上記問題を解消すべく、本実施形態では、コンタクト層と光電交換層との間に中間層を設けるものである。すなわち、ヘテロ接合をｎ−ＧａＰ（コンタクト層７０３）／ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ（中間層７１１）／ｎ−ＩｎＧａＰ（光電変換層）の構成とすることにより、図８（ｃ）に示されるように、ノッチは各界面に２分割され（０．３９ｅＶのノッチが０．２０ｅＶおよび０．１９ｅＶのノッチに分割される）、界面におけるコンタクト層および光電変換層のキャリア濃度を３×１０18ｃｍ-3以下としても抵抗は上がらない。
【００３６】
＜第４の実施形態＞
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。図１１に示される太陽電池は、図１に示される上記第１の実施形態に係る太陽電池の構造と比較して、ＧａＰコンタクト層の導電型を逆転し、該ＧａＰコンタクト層を光電変換層の下方に配した構造を有する。より詳しくは、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１１０１およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１１０２から構成される光電変換層、表面側に形成されたｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層１１０４、およびｐ−ＧａＰからなるコンタクト層１１０３を有している。トンネル接合層１１０４は、パッド部分と櫛型状部分を残してエッチング除去されており、ｐ−ＧａＰコンタクト層１１０３は全面に形成されている。コンタクト層１１０３およびトンネル接合層１１０４の上には、電極１１０５、１１０６がそれぞれ形成されている。また、電極１１０５および電極１１０６のパッド部分には、それぞれインターコネクター１１０７、１１０８が溶接され、表面側はシリコン系の樹脂等によりカバーガラス１１０９が接着されている。このような構成によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
＜実施例１＞
図１に示される構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を図４に示す方法により作製した。まず、ＧａＡｓからなる基板４０１上に、ｎ−ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層４０２（０．２μｍ厚、Ｓｉドープ：２×１０17ｃｍ-3）、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層１０４（それぞれ、０．０５μｍ厚／０．２５μｍ厚、Ｃドープ：２×１０19ｃｍ-3／Ｔｅドープ：５×１０19ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層１０１（１．５μｍ厚、Ｚｎドープ：２×１０17ｃｍ-3）およびｎ−ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０２（０．０５μｍ厚、Ｓｉドープ：２×１０18ｃｍ-3）および、ｎ−ＧａＰを主成分とするコンタクト層１０３（２．０μｍ厚、Ｓｉドープ：５×１０18ｃｍ-3）をこの順に形成した（図４（ａ））。
【００３９】
その後、コンタクト層１０３上に、図１０の方法と同様にして、パッド部分と櫛型状部分から構成される電極１０５を、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕで形成した後、該パッド部分にインターコネクター１０７を溶接し、Ｓｉ系樹脂でカバーガラス１０９に貼り付けた（図４（ｂ））。ついで、アンモニア系のエッチング液を用いて、基板４０１をエッチングした（図４（ｃ））。その後、エッチングストップ層４０２をＨＣｌ系のエッチング液で除去した（図４（ｄ））。最後に、図１０の方法と同様にして、裏面側のトンネル接合層１０４を櫛型状にエッチングで除去し、電極１０６を形成し、パッド部分にインターコネクター１０８を溶接して、図１に示される太陽電池を得た（図４（ｅ））。
【００４０】
基板４０１のエッチング除去時、およびトンネル接合層１０４のエッチング時に割れやしわの発生は全くなかった。また、本実施例の太陽電池をＡＭ１．５下で、上記測定方法にて変換効率を測定したところ、１８．０％であった。
【００４１】
＜実施例２＞
実施例１の太陽電池の下にＳｉ太陽電池（バックコンタクト型）を設置して、図５に示されるタンデム型の太陽電池を作製した。実施例１のＩｎＧａＰ光電変換層を有する太陽電池を透過したＡＭ１．５の光に対するＳｉ太陽電池の変換効率を測定したところ、１０．５％であり、タンデム型全体で、２８．５％の効率が得られた。
【００４２】
＜実施例３＞
実施例１と同様の方法を用いて、図７に示される、ｎ−ＧａＰからなるコンタクト層７０３と、光電変換層（ｐ−ＩｎＧａＰからなるベース層７０１およびｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層よりなる）との間にｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる中間層７１１を有する太陽電池を作製した。各層の厚さおよびキャリア濃度は、以下の層以外は、実施例１と同じとした。コンタクト層７０３：層厚２．０μｍ、Ｓｉドープ。キャリア濃度は、上（電極７０５側）の０．４μｍのみ５×１０18ｃｍ-3とし、下（中間層７１１側）の１．６μｍについては１×１０18ｃｍ-3とした（中間層７１１：層厚０．１μｍ、Ｓｉドープ：１×１０18ｃｍ-3）。
【００４３】
基板のエッチング除去時、およびトンネル接合層７０４のエッチング時に割れやしわの発生は全くなかった。また、本実施例の太陽電池をＡＭ１．５下で、上記測定方法にて変換効率を測定したところ、１８．３％であった。
【００４４】
＜実施例４＞
図１１に示される構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池を、実施例１と同様の方法により作製した。各層の構成は、以下のとおりとした。ｐ−ＩｎＧａＰベース層１１０１（１．５μｍ厚、Ｚｎドープ：２×１０17ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層１１０２（０．０５μｍ厚、Ｓｉドープ：２×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＰコンタクト層１１０３（２．０μｍ厚、Ｚｎドープ：５×１０18ｃｍ-3）、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層１１０４（それぞれ、０．０５μｍ厚／０．２５μｍ厚、Ｃドープ：２×１０19ｃｍ-3／Ｔｅドープ：５×１０19ｃｍ-3）。
【００４５】
基板のエッチング除去時、およびトンネル接合層１１０４のエッチング時に割れやしわの発生は全くなかった。また、本実施例の太陽電池をＡＭ１．５下で、上記測定方法にて変換効率を測定したところ、１８．０％であった。
【００４６】
＜比較例１＞
図９に示される構造の太陽電池を図１０の方法により作製した。各層の構成は、以下のとおりとした。ｐ−ＩｎＧａＰベース層９０１（１．５μｍ厚、Ｚｎドープ：２×１０17ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層９０２（０．０５μｍ厚、Ｓｉドープ：２×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層９０３（０．４μｍ厚、Ｔｅドープ：５×１０18ｃｍ-3）、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓからなるトンネル接合層９０４（それぞれ、０．０５μｍ厚／０．２５μｍ厚、Ｃドープ：２×１０19ｃｍ-3／Ｔｅドープ：５×１０19ｃｍ-3）。また、図１０において、基板にはＧａＡｓ、エッチングストップ層１００２にはｎ−ＩｎＧａＰ（０．２μｍ厚、Ｓｉドープ：２×１０17ｃｍ-3）を用いた。この太陽電池をＡＭ１．５下で、上記測定方法にて変換効率を測定したところ、１７．０％であった。
【００４７】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る太陽電池における、光電変換層とコンタクト層とのトータル層厚と割れ、しわ発生率との関係を示すグラフである。
【図３】第１の実施形態に係る太陽電池における、コンタクト層の組成と比抵抗との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示される太陽電池の製造方法の好ましい一例を示す概略工程図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る太陽電池における、太陽電池（Ａ）が有するＩｎＧａＰからなる光電変換層の厚さと変換効率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図８】ｎ−ＧａＰコンタクト層／ｎ−ＩｎＧａＰ光電変換層のヘテロ接合およびｎ−ＧａＰコンタクト層／ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ中間層／ｎ−ＩｎＧａＰ光電変換層のヘテロ接合におけるバンド状態を示す概念図である。
【図９】従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図１０】従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池の製造方法一例を示す概略工程図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１，５０１，７０１，１１０１  ベース層、１０２，５０２，７０２，１１０２  エミッタ層、１０３，５０３，７０３，１１０３  コンタクト層、１０４，５０４，７０４，１１０４  トンネル接合層、１０５，１０６，５０５，５０６，７０５，７０６，１１０５，１１０６  電極、１０７，１０８，５０７，５０８，７０７，７０８，１１０７，１１０８  インターコネクター、１０９，５０９，７０９，１１０９  カバーガラス、４０１  基板、４０２  エッチングストップ層、５１０  Ｓｉ太陽電池（バックコンタクト型）、７１１  中間層。
【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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