(57)【要約】【課題】  効果的な光閉じ込め効果を有し、太陽電池の高効率化および耐放射線性の強化が可能であるとともにより安価な製造が可能な、裏面反射型化合物半導体太陽電池を提供する。【解決手段】  第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層と、第２の導電型の化合物半導体からなり該エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層と、該ベース層の非受光面側に形成され、ベース層材料より禁制帯幅が広い第２の導電型の化合物半導体からなるコンタクト層と、該コンタクト層の非受光面側に接して形成される裏面電極とを有する太陽電池セルを少なくとも１つ含む１または２以上の太陽電池セルから形成されてなる裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造においてはベース層材料の禁制帯幅が非受光面側から受光面側に向かって広くなるよう形成されることが好ましい。【選択図】        図２
2005347402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層と、
第２の導電型の化合物半導体からなり、前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層と、
前記ベース層の非受光面側に形成され、ベース層材料より禁制帯幅が広い前記第２の導電型の化合物半導体からなるコンタクト層と、
前記コンタクト層の非受光面側に接して形成される裏面電極と、
を有する太陽電池セルを少なくとも１つ含む１または２以上の太陽電池セルから形成されてなる、裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記ベース層の厚さは、前記ベース層材料の禁制帯幅に対応する吸収端波長の光の６４％が吸収される厚さよりも薄く設定される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造を有し、前記２以上の太陽電池セルのベース層材料の禁制帯幅が非受光面側の太陽電池セルから受光面側の太陽電池セルに向かって広くなるように前記多接合型構造が形成される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成された多接合型構造を有し、前記第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、前記第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成され、さらに前記第２の太陽電池セルの受光面側に第３の太陽電池セルが形成された多接合型構造を有し、前記第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＳｂ，ＡｌＧａＩｎＳｂ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮＳｂ、から選択され、前記第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、前記第３の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記ベース層材料はＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）であり、前記コンタクト層材料はＡｌxＩｎｙＧａＡｓ（但し０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記ベース層材料はＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０．０８≦ｘ≦０．１、ｙ＝ｘ／３）であり、前記コンタクト層材料はＧａＡｓ、ＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ０．５１）から選択される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項８】
第１の太陽電池セルと、前記第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルとを有し、前記第１の太陽電池セルのベース層は、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）からなるベース層材料により形成され、前記第１の太陽電池セルのコンタクト層は、ＡｌxＩｎｙＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるコンタクト層材料により形成され、前記第２の太陽電池セルのベース層は、ＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるベース層材料により形成される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項９】
第１の太陽電池セルと、前記第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルと、前記第２の太陽電池セルの受光面側に形成された第３の太陽電池セルとを有し、前記第１の太陽電池セルのベース層はＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０．０８≦ｘ≦０．１、ｙ＝ｘ／３）からなるベース層材料により形成され、前記第２の太陽電池セルのベース層はＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）からなるベース層材料により形成され、前記第３の太陽電池セルのベース層はＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるベース層材料により形成される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項１０】
前記ベース層が０．５〜２．５μｍの厚さで形成される、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項１１】
前記コンタクト層の非受光面近傍のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3以上である、請求項１に記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池。
【請求項１２】
半導体基板上に、前記ベース層を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記化合物半導体層に表面電極および裏面電極を形成する工程と、
を含み、
前記半導体基板が、１または２以上の太陽電池セルにおけるすべての前記ベース層材料と格子不整合度０．１％未満で格子整合する材料により形成された、請求項１〜１１のいずれかに記載の裏面反射型化合物半導体太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙空間において電源となる化合物太陽電池、特にエピタキシャル成長によって製造される化合物太陽電池であって、製造効率の向上、低コスト化、および宇宙放射線耐性の強化が可能な裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接遷移型の化合物半導体に比べて光吸収係数の小さいＳｉ太陽電池においては、裏面に金属電極等の反射膜を形成し、光閉じ込め効果を利用することにより光電変換効率を向上させる工夫がなされている。光閉じ込め効果を利用する方法は、宇宙空間での放射線照射による太陽電池の特性劣化を抑制する方法としても有効である。しかしながら、通常の化合物半導体太陽電池の裏面電極は、化合物半導体層のエピタキシャル成長のために使用される基板の裏面側、すなわち非受光面側に形成されるため、太陽電池層（ベース層）と裏面電極までの間に存在する基板やバッファー層において光吸収損失が生じ、裏面電極による光閉じ込め効果が不十分となって、満足できる変換効率を得るには至っていなかった。
【０００３】
化合物半導体太陽電池における光閉じ込め効果を向上させ、良好な光電変換効率を得るための方法として、たとえば非特許文献１においては、ＧａＡｓ太陽電池層の裏面側、すなわち非受光面側にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの超格子からなるブラッグリフレクターを形成し、裏面から光を反射させる方法が提案されている。しかしブラッグ反射では限られた狭い波長域の光しか反射できず、十分な光閉じ込め効果を得ることは困難であった。
【０００４】
また、エピタキシャル成長によって形成される化合物半導体層の材料は高価であるため、化合物半導体太陽電池のコスト低減のためには、特にベース層を薄くすることが望まれている。しかしベース層の厚さを薄くすると太陽光を十分に吸収できなくなり、短絡電流値が低下してしまう問題があった。
【非特許文献１】Ｖ．Ｍ．Ａｎｄｒｅｅｖ．ｅｔ．ａｌ．，1ｓｔ  ＷＣＰＥＣ，１９９４  ｐｐ１８９４−１８９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、より効果的な光閉じ込め効果を有し、太陽電池の高効率化および耐放射線性の強化が可能であるとともに、エピタキシャル成長のために必要とされる高価な原料の使用量を削減することでより安価な製造が可能な、裏面反射型化合物半導体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】
【０００６】
本発明は、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層と、第２の導電型の化合物半導体からなり、該エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層と、該ベース層の非受光面側に形成され、ベース層材料より禁制帯幅が広い第２の導電型の化合物半導体からなるコンタクト層と、該コンタクト層の非受光面側に接して形成される裏面電極と、を有する太陽電池セルを少なくとも１つ含む１または２以上の太陽電池セルから形成されてなる裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。本発明は、第１の導電型がＰ型、第２の導電型がＮ型の場合、および、第１の導電型がＮ型、第２の導電型がＰ型の場合のいずれも含む。
【０００７】
ベース層の厚さは、ベース層材料の禁制帯幅に対応する吸収端波長の光の６４％が吸収される厚さ、すなわち吸収長よりも薄く設定されることが好ましく、特に０．５〜２．５μｍの厚さで形成されることが好ましい。
【０００８】
本発明はまた、２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造を有し、２以上の太陽電池セルのベース層材料の禁制帯幅が非受光面側の太陽電池セルから受光面側の太陽電池セルに向かって広くなるように多接合型構造が形成される裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【０００９】
本発明はまた、第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成された多接合型構造を有し、該第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、該第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【００１０】
本発明はまた、第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成され、さらに第２の太陽電池セルの受光面側に第３の太陽電池セルが形成された多接合型構造を有し、該第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＳｂ，ＡｌＧａＩｎＳｂ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮＳｂ、から選択され、該第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、該第３の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【００１１】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池において、ベース層材料はＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）であり、コンタクト層材料はＡｌxＩｎｙＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択される組み合わせが好ましく採用される。
【００１２】
また、ベース層材料はＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０．０８≦ｘ≦０．１、ｙ＝ｘ／３）であり、コンタクト層材料はＧａＡｓ、ＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ０．５１）から選択される組み合わせも好ましく採用される。
【００１３】
本発明はまた、第１の太陽電池セルと、第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルとを有し、該第１の太陽電池セルのベース層は、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）からなるベース層材料により形成され、該第１の太陽電池セルのコンタクト層は、ＡｌxＩｎｙＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるコンタクト層材料により形成され、該第２の太陽電池セルのベース層は、ＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるベース層材料により形成される裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【００１４】
本発明はまた、第１の太陽電池セルと、第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルと、第２の太陽電池セルの受光面側に形成された第３の太陽電池セルとを有し、該第１の太陽電池セルのベース層はＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０．０８≦ｘ≦０．１、ｙ＝ｘ／３）からなるベース層材料により形成され、該第２の太陽電池セルのベース層はＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）からなるベース層材料により形成され、該第３の太陽電池セルのベース層はＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択されるベース層材料により形成される裏面反射型化合物半導体太陽電池に関する。
【００１５】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池において、ベース層が０．５〜２．５μｍの厚さで形成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池において、コンタクト層の非受光面近傍のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明はさらに、半導体基板上に、ベース層を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、該化合物半導体層に表面電極および裏面電極を形成する工程と、を含み、該半導体基板が、１または２以上の太陽電池セルにおけるすべての該ベース層材料と格子不整合度０．１％未満で格子整合する材料により形成された、裏面反射型化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、化合物半導体太陽電池のベース層と裏面電極との間に存在する基板やバッファー層等による光吸収損失を除去することで、裏面電極による裏面光反射効果を向上させることができる。これにより良好な光閉じ込め効果が得られ、光電変換効率および耐放射線性を向上させた化合物半導体太陽電池の提供が可能となる。さらにベース層の厚さを薄く最適化することで製造効率の向上および低コスト化も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
１または２以上の太陽電池セルからなる本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池は、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層と、第２の導電型の化合物半導体からなり該エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層と、ベース層材料より禁制帯幅が広い第２の導電型の化合物半導体からなりベース層の非受光面側に形成されるコンタクト層と、該コンタクト層の非受光面側に接して形成される裏面電極と、を有する太陽電池を少なくとも１つ有する。本発明は、第１の導電型がＰ型、第２の導電型がＮ型の場合、および、第１の導電型がＮ型、第２の導電型がＰ型の場合のいずれも含む。
【００２０】
ベース層材料より禁制帯幅の広いコンタクト層材料からなるコンタクト層をベース層と裏面電極との間に介在させることにより、ベース層と裏面電極との間の光吸収損失が低減される。これにより裏面光反射効果による光閉じ込め効果が良好に得られ、光電変換効率および耐放射線性の向上が可能となる。特に２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造を有する裏面反射型化合物半導体太陽電池はエネルギー変換効率に優れるため好ましい。宇宙放射線照射による少数キャリア拡散長の低下に伴う太陽電池特性の低下を抑制するためには、ベース層厚みを少数キャリア拡散長の低下に見合うよう最適化することが望ましい。この場合宇宙放射線照射後においても裏面光反射効果を維持でき、さらに光電変換効率を向上させることが可能となる。本発明においては、ベース層と裏面電極との間にコンタクト層が設けられ、かつコンタクト層材料としてベース層材料より禁制帯幅の広い化合物半導体が用いられることにより裏面光反射効果による光閉じ込め効果が向上する。これにより太陽光の光路長が長くなるため、ベース層厚みを薄く設定しても太陽光を十分量吸収して太陽電池としての所望の短絡電流値を維持できる。ベース層の厚さは、ベース層材料の禁制帯幅に対応する吸収端波長における吸収係数（単位：ｃｍ-1）の逆数であって、吸収端波長の光の６４％（１−１／ｅ）以上が吸収される厚さ、すなわち吸収長よりも薄くなるように設定されることが好ましい。ベース層を薄くすることで少数キャリアがＰＮ接合に到達するまでの距離が短くなるため、宇宙放射線照射により少数キャリア拡散長が低下しても、太陽電池特性の低下が少ない。また、上記のようにベース層を薄く設定した場合、ベース層のエピタキシャル成長に必要な高価な原料の使用量を削減できコストの点でも有利である。
【００２１】
ベース層材料と、該ベース層材料よりも禁制帯幅の広いコンタクト層材料との組み合わせとしては、たとえば、ベース層材料がＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓから選択され、かつコンタクト層材料がＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰから選択される組み合わせ等が好ましく挙げられる。この場合ベース層と裏面電極との間の光吸収損失がコンタクト層によって効果的に除去される。
【００２２】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池における太陽電池セルは、ＧａＡｓ、Ｇｅ等の半導体基板上に、Ｐ型またはＮ型の導電型を有するエミッタ層と、該エミッタ層と異なる導電型を有するベース層とで形成されるＰＮ接合を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させ、基板とエピタキシャル層とを分離した後、化合物半導体層に表面電極および裏面電極を形成することによって得ることができる。ここで半導体基板および化合物半導体層の材料は、格子不整合度ができるだけ低くなる組み合わせで選択されることが好ましい。この場合、結晶欠陥の少ない太陽電池セルが形成され、光電変換効率および耐放射線性を向上させることができる。
【００２３】
本発明においては、ベース層材料とコンタクト層材料とが格子整合系の材料で形成されることが好ましい。本発明において格子整合系の材料とは格子定数がほぼ同一の材料、特に格子不整合度が０.１％未満のものを指す。格子整合系となるベース層材料およびコンタクト層材料の組み合わせの具体例としては、ベース層材料がＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）であり、コンタクト層材料がＡｌxＩｎｙＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択される組み合わせ、または、ベース層材料がＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０．０８≦ｘ≦０．１、ｙ＝ｘ／３）であり、コンタクト層材料がＧａＡｓ、ＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ０．５１）から選択される組み合わせ、等が好ましく採用される。これらの組み合わせにおいて、特に、ベース層材料としてＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘ＝０.０１）、半導体基板としてＧａＡｓまたはＧｅが使用される場合、半導体基板とベース層材料との格子不整合度がほぼ０となるため、結晶欠陥の低減効果がより顕著である。
【００２４】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造を有する場合、２以上の太陽電池セルにおけるベース層の禁制帯幅が、非受光面側の太陽電池から受光面側の太陽電池に向かって広くなるような構成とされることが好ましい。このような構成とすることにより、２以上の太陽電池セルからなる太陽電池全体としての光吸収損失が低減されるため光電変換効率が向上する。すなわち、２以上の太陽電池セルから構成される太陽電池では、エネルギーの高い短波長の光を、禁制帯幅の広い上部（受光面側）の太陽電池セルで、また上部の太陽電池を透過するエネルギーの低い長波長の光を、禁制帯幅の小さい下部（非受光面側）の太陽電池で、それぞれエネルギー変換することにより、フォトンの失うエネルギーを少なくし、エネルギー変換効率が向上する。
【００２５】
たとえば、本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が、第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成された２接合型構造を有する場合、第２の太陽電池のベース層材料の禁制帯幅が第１の太陽電池のベース層材料の禁制帯幅よりも広くなるようなベース層材料の組み合わせとしては、第１の太陽電池セルのベース層材料に禁制帯幅が１.１〜１.５ｅＶである材料を用い、第２の太陽電池セルのベース層材料に禁制帯幅が１.７〜２.０ｅＶである材料を用いる組み合わせ等が好ましく採用される。この場合、太陽光エネルギーが２つの太陽電池セルによりバランスよく吸収され、フォトンの失うエネルギーが最小となり、エネルギー変換効率が向上する。
【００２６】
第１の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.１〜１.５ｅＶである材料を用い、第２の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.７〜２.０ｅＶである材料を用いる上記の組み合わせの具体例としては、たとえば、第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、第２の太陽電池のベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される組み合わせ等が好ましく例示される。
【００２７】
また、本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が２以上の太陽電池セルからなる多接合型構造を有する場合、２以上の太陽電池セルにおけるベース層のすべてが格子整合系の材料で形成されることが好ましい。この場合、結晶欠陥の低減によって光電変換効率および耐放射線性を向上させることができる。また、同様に結晶欠陥を低減させる目的で、１または２以上の太陽電池セルからなる裏面反射型化合物半導体太陽電池における化合物半導体層のすべてを格子整合系の材料により形成することが好ましい。
【００２８】
具体的には、第１の太陽電池セルのベース層材料／第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ／Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ／Ｉｎ0.5（ＡｌＧａ）0.5Ｐ、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓ／ＩｎＰ、の各組み合わせとされることが好ましい。この場合、より結晶欠陥の少ない太陽電池セルをエピタキシャル成長させることができる。
【００２９】
また、ＧａＡｓまたはＧｅからなる半導体基板上に、第１の太陽電池セルと、該第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルとからなる２接合型構造を有する裏面反射型化合物半導体太陽電池を形成する場合には、第１の太陽電池セルのベース層材料がＡｌxＩｎ1-xＧａＡｓ（但し、０≦ｘ≦１）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）から選択され、第２の太陽電池セルのベース層材料がＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦０．０２）である組み合わせが好ましく例示される。特に、ベース層材料としてＡｌxＩｎ1-xＧａＡｓ（但し、ｘ＝０.０１）を使用する場合には、ＧａＡｓまたはＧｅからなる半導体基板との格子不整合度がほぼ０となるため、より結晶欠陥の少ない太陽電池セルをエピタキシャル成長させることができる。
【００３０】
本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が、第１の太陽電池セルの受光面側に第２の太陽電池セルが形成され、さらに第２の太陽電池セルの受光面側に第３の太陽電池セルが形成された多接合型構造を有する場合、第１の太陽電池セルのベース層材料より第２の太陽電池セルのベース層材料の禁制帯幅が広く、第２の太陽電池セルのベース層材料より第３の太陽電池セルのベース層材料の禁制帯幅が広くなるようなベース層材料の組み合わせとしては、たとえば、第１の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が０.６〜１.１ｅＶである材料を用い、第２の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.１〜１.５である材料を用い、第３の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.７〜２.０ｅＶである材料を用いる組み合わせ等が好ましく採用される。この場合、太陽光エネルギーが、３つの太陽電池セルによりバランス良く吸収され、フォトンの失うエネルギーが最小となり、エネルギー変換効率が向上する。
【００３１】
第１の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が０.６〜１.１ｅＶである材料を用い、第２の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.１〜１.５である材料を用い、第３の太陽電池セルのベース層材料として禁制帯幅が１.７〜２.０ｅＶである材料を用いる組み合わせの具体例としては、たとえば、第１の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＳｂ，ＡｌＧａＩｎＳｂ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮ，ＩｎＧａＡｓＰＮＳｂ、から選択され、第２の太陽電池セルのベース層材料が、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＩｎＧａＡｓＰＮ、から選択され、第３の太陽電池セルのベース層材料が、ＩｎＧａＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰＮ，ＩｎＧａＰＮ，ＡｌＧａＡｓＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ、から選択される組み合わせ等が好ましく例示される。
【００３２】
特に、第１の太陽電池セルのベース層材料／第２の太陽電池セルのベース層材料／第３の太陽電池セルのベース層材料が、Ｉｎ0.09Ｇａ0.91Ａｓ0.97Ｎ0.03／ＧａＡｓ／Ｉｎ0.5（ＡｌＧａ）0.5Ｐ、の組み合わせとされる場合、ベース層材料が格子整合系の材料の組み合わせとなるため、結晶欠陥の少ない太陽電池セルをエピタキシャル成長させることができる。
【００３３】
また、ＧａＡｓまたはＧｅからなる半導体基板上に、第１の太陽電池セルと、該第１の太陽電池セルの受光面側に形成された第２の太陽電池セルと、該第２の太陽電池セルの受光面側に形成された第３の太陽電池セルとからなる多接合型構造を有する裏面反射型化合物半導体太陽電池を形成する場合には、第１の太陽電池セルのベース層材料がＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（但し、０.０８≦ｘ≦０.１、ｙ＝ｘ／３）であり、第２の太陽電池セルのベース層材料がＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘ≦０．０２）であり、第３の太陽電池セルのベース層材料がＡｌxＩｎyＧａＡｓ（但し、ｘ≦０．８、ｙ≦０．０２）、ＩｎxＧａ1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、Ｉｎx（ＡｌＧａ）1-xＰ（但し、０．４６≦ｘ≦０．５１）、から選択される組み合わせが好ましく例示される。この場合半導体基板およびベース層材料が格子整合系の材料の組み合わせとなるため、太陽電池セルの結晶欠陥をより低減させることができる。
【００３４】
本発明における１または２以上の太陽電池セルのうち、裏面電極が形成された最下部の太陽電池セルのベース層厚みは、それぞれ０．５〜２．５μｍの範囲内に好ましく設定される。ベース層厚みが０．５μｍ以上である場合光電変換効率が十分得られ、２．５μｍ以下である場合コストおよび耐放射線性向上の点で有利である。
【００３５】
また、コンタクト層の非受光面近傍、すなわちコンタクト層と裏面電極との界面近傍のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3以上となるように設定されることが好ましい。この場合コンタクト層と裏面電極とは良好なオーミック接触を形成するため、ベース層と裏面電極との間の光吸収損失がより効果的に低減され、裏面光反射効果による光閉じ込め効果を十分に発揮させることができる。
【００３６】
以下、図を参照して本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池の好ましい構成について説明する。
【００３７】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係るＧａＡｓ単一接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。図１に示すエピタキシャル層は、ＭＯＣＶＤ法を用い、以下の方法で形成することができる。まず、５０ｍｍ径のｎ型のＧａＡｓ基板１０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ｓｉドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、ベース層と基板とのエッチング分離層１０２としてｎ型のＩｎＧａＰ層を０．５μｍ形成する。続いて、太陽電池の受光面コンタクト層１０３としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層１０４としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、エミッタ層１０５としてｎ型のＧａＡｓ層、ベース層１０６としてｐ型のＧａＡｓ層、裏面電界層１０７としてｐ型のＩｎＧａＰ層および裏電極コンタクト層１０８としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、を、たとえば成長温度７００℃で順次成長させる。ここで、ＧａＡｓ層の成長ではＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）、ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）、ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3をそれぞれ原料に用いることができる。ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物としては、たとえばＳｉＨ4（モノシラン）を用いることができ、ｐ型層形成のための不純物としては、たとえばＤＥＺｎを用いることができる。なお、ＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、たとえばＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いることができる。
【００３８】
図２は、本発明に係るＧａＡｓ単一接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。図１に示す構造を有するように形成したエピタキシャル層を用い、裏電極コンタクト層１０８（ｐ型ＡｌＧａＡｓ層）上に、裏面電極２０２であるｐ型オーミック電極を形成するためにＡｕ−Ｚｎを蒸着し、たとえば窒素中４００℃で１分間の熱処理を施す。次に、ＧａＡｓ基板１０１表面にレジストを塗布し熱硬化した後、電界めっき法にてＡｕ−Ｚｎ上に１０μｍ厚のＡｕメッキ膜を施す。レジスト除去後、金メッキ膜上にワックスを塗りガラス板と張り合わせた後、ＧａＡｓをエッチングするアルカリ溶液に浸し、ＧａＡｓ基板１０１を表面側よりエッチングする。約３００μｍのＧａＡｓ基板１０１を約１２０分の時間で完全にエッチング除去し、エッチング分離層１０２であるＩｎＧａＰ層でエッチングを停止させる。
【００３９】
次に、エッチング分離層１０２であるＩｎＧａＰ層を酸溶液でエッチング除去し、ｎ型キャップ層となる受光面コンタクト層１０３であるｎ型のＧａＡｓ層を露出させる。その上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、ガラス板と共に真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（厚み１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（厚み２０ｎｍ）、Ａｕ層（厚み５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成する。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極２０１を形成する。次に、表面電極２０１をマスクとして、電極が形成されていない部分のＧａＡｓ層をアルカリ水溶液にてエッチングする。
【００４０】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面電極２０２であるＡｕ−ＺｎおよびＡｕメッキ膜を露出させる。
【００４１】
ガラス板とＡｕメッキの間とのワックスをトルエンで除去した後、メサエッチングされたラインの中のＡｕが露出している部分に、カッターラインが入るようにして、セルをカッターで切断する。以上により本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池セルが得られる。
【００４２】
＜実施の形態２＞
以下に、２つの太陽電池セルを設けた本発明に係る２接合型裏面反射型化合物半導体太陽電池の構成例について説明する。図３は、本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。図３に示すエピタキシャル層は、ＭＯＣＶＤ法を用い、以下の方法で形成することができる。まず、５０ｍｍ径のｎ型のＧｅ基板３０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ａｓドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、ベース層と基板との間のバッファー層３０２としてｐ型のＩｎＧａＡｓ層を０．１μｍ形成する。続いて、ボトムセルの裏電極コンタクト層３０３としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、裏面電界層３０４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層３０５としてｐ型のＩｎＧａＡｓ層、エミッタ層３０６としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層、窓層３０７としてｎ型のＡｌＩｎＰ層を順次成長させた後、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合３０８を形成させ、さらに、トップセルの裏面電界層３０９としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層３１０としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層３１１としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層３１２としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層３１３としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層を順次成長させる。成長温度はたとえば７００℃とすることができる。ここで、ＩｎＧａＡｓ層の成長では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）、ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）、ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3をそれぞれ原料に用いることができる。ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物としてＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物としてＤＥＺｎを用いることができる。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いることができる。たとえばボトムセルのＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成比を０．０１とした場合、Ｇｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満となり、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層が得られる。
【００４３】
図４は、本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層３１３（ｎ型ＩｎＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成する。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極４０１を形成する。次に、表面電極をマスクとして、電極が形成されていない部分のｎ型キャップ層となる受光面コンタクト層３１３であるｎ型のＩｎＧａＡｓ層をアルカリ水溶液にてエッチングする。
【００４４】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧｅ基板３０１を露出させる。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成する。
【００４５】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、裏面のＧｅ基板３０１をアルカリ溶液にて、Ｇｅ基板３０１上に成長したボトムセルの裏電極コンタクト層３０３（ｐ型ＡｌＧａＡｓ：１×１０19ｃｍ-3［Ｃ］）が露出するまでエッチングする。続いて、裏電極コンタクト層３０３に裏面電極４０２であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着する。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットする。以上により本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が得られる。
【００４６】
＜実施の形態３＞
以下に、３つの太陽電池セルを設けた本発明に係る３接合裏面反射型化合物半導体太陽電池の構成例を示す。図５は、本発明に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。図５に示すエピタキシャル層は、ＭＯＣＶＤ法を用い、以下の方法で形成することができる。まず、５０ｍｍ径のｐ型のＧａＡｓ基板５０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ａｓドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、ベース層と基板との間のバッファー層５０２としてｐ型のＧａＡｓ層を０．１μｍ形成する。続いて、ＩｎＧａＡｓＮボトムセルの裏電極コンタクト層５０３としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、裏面電界層５０４としてｐ型のＧａＡｓ層、ベース層５０５としてｐ型のＩｎＧａＡｓＮ層、エミッタ層５０６としてｎ型のＩｎＧａＡｓＮ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合５０７、ＧａＡｓミドルセルの裏面電界層５０８としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層５０９としてｐ型のＧａＡｓ層、エミッタ層５１０としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層５１１としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合５１２、さらに、ＩｎＧａＰトップセルの裏面電界層５１３としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層５１４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層５１５としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層５１６としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層５１７としてｎ型のＧａＡｓ層を順次成長させる。成長温度はたとえば７００℃とすることができる。ここで、ＩｎＧａＡｓＮ層の成長では、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）、ＧａＡｓ層の成長では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）、ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）、ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3をそれぞれ原料に用いることができる。ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物としてＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物としてＤＥＺｎを用いることができる。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いることができる。たとえばボトムセルのＩｎＧａＡｓＮ層のＩｎ組成比を０．０１とした場合、Ｇｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満となり、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層が得られる。
【００４７】
図６は、本発明に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層５１７（ｎ型ＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成する。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極６０１を形成する。次に、表面電極６０１をマスクとして、電極が形成されていない部分のｎ型キャップ層となる受光面コンタクト層５１７であるＧａＡｓ層をアルカリ水溶液にてエッチングする。
【００４８】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧａＡｓ基板５０１を露出させる。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成する。
【００４９】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、裏面のＧａＡｓ基板５０１をアルカリ溶液にて、ＧａＡｓ基板上に成長したボトムセルの裏電極コンタクト層５０３（ｐ型ＡｌＧａＡｓ：１×１０19ｃｍ-3［Ｃ］）が露出するまでエッチングする。続いて、裏電極コンタクト層５０３に裏面電極６０２であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着する。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットする。以上により本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池が得られる。
【００５０】
実施の形態１〜３においては、単接合型構造、２接合型構造、３接合型構造のそれぞれを有する裏面反射型化合物半導体太陽電池について説明したが、本発明の裏面反射型化合物半導体太陽電池は４以上の多接合構造を有しても良く、上記の実施の形態に限定されない。
【００５１】
［実施例］
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。
【００５２】
（実施例１）
ＭＯＣＶＤ法を用い、図１に示すエピタキシャル層構造を作製した。すなわち、５０ｍｍ径のＧａＡｓ基板１０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ｓｉドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、太陽電池層と基板とのエッチング分離層１０２としてｎ型のＩｎＧａＰ層を０．５μｍ形成した。続いて、太陽電池の受光面コンタクト層１０３としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層１０４としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、エミッタ層１０５としてｎ型のＧａＡｓ層、ベース層１０６としてｐ型のＧａＡｓ層、裏面電界層１０７としてｐ型のＩｎＧａＰ層および裏電極コンタクト層１０８としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、を順次成長させた。なお実施例１においては、ベース層厚みのみを０.５μｍ、１.０μｍ、２.０μｍ、３.０μｍ、３.５μｍと変えたものを各々作製した。
【００５３】
成長温度は７００℃とし、ＧａＡｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層およびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎを用いた。また、ＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いた。ここで裏電極コンタクト層１０８（すなわちＣドープされたＡｌＧａＡｓ層）の非受光面近傍におけるキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００５４】
図１に示すエピタキシャル層を用い、図２に示す裏面反射型化合物半導体太陽電池を作製した。裏電極コンタクト層１０８（ｐ型ＡｌＧａＡｓ層）上に、裏面電極２０２であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着し、窒素中４００℃で１分間の熱処理を施した。次に、ＧａＡｓ基板１０１の表面にレジストを塗布し熱硬化した後、電界めっき法にてＡｕ−Ｚｎ上に１０μｍ厚のＡｕメッキ膜を施した。レジスト除去後、金メッキ膜上にワックスを塗りガラス板と張り合わせた後、ＧａＡｓをエッチングするアルカリ溶液に浸し、ＧａＡｓ基板１０１を表面側よりエッチングしていった。約３００μｍのＧａＡｓ基板１０１を約１２０分の時間で完全にエッチング除去し、エッチング分離層１０２であるＩｎＧａＰ層でエッチングを停止させた。
【００５５】
次に、エッチング分離層１０２であるＩｎＧａＰ層を酸溶液でエッチング除去し、ｎ型キャップ層となる受光面コンタクト層１０３であるｎ型のＧａＡｓ層を露出させた。その上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、ガラス板と共に真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（厚み１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（厚み２０ｎｍ）、Ａｕ層（厚み５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極２０１を形成した。次に、表面電極２０１をマスクとして、電極が形成されていない部分の受光面コンタクト層１０３をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００５６】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面電極２０２であるＡｕ−ＺｎおよびＡｕメッキ膜を露出させた。
【００５７】
ガラス板とＡｕメッキの間のワックスをトルエンで除去した後、メサエッチングされたラインの中のＡｕが露出している部分に、カッターラインが入るようにして、セルをカッターで切断した。セルは１０ｍｍ×１０ｍｍサイズであり１２枚作製した。
【００５８】
（比較例１）
図７は、比較例１に係るＧａＡｓ単一接合太陽電池を示す断面図である。比較例１においては、実施例１との比較のために、図７に示すＧａＡｓ単一接合太陽電池を作製した。
【００５９】
まず、ＭＯＣＶＤ法を用い、図７に示すエピタキシャル層構造を作製した。すなわち、５０ｍｍ径のｐ型のＧａＡｓ基板７０１（５×１０18ｃｍ-3，Ｚｎドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、ベース層と基板との間にバッファー層７０２としてｐ型のＧａＡｓ層を厚み０．５μｍとなるように形成した。続いて、裏面電界層７０３としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層７０４としてｐ型のＧａＡｓ層、エミッタ層７０５としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層７０６としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層７０７としてｎ型のＧａＡｓ層を順次成長させた。成長温度は７００℃とし、ＧａＡｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎを用いた。なお比較例１においては、実施例１と同様、ベース層厚みのみを０.５μｍ、１.０μｍ、２.０μｍ、３.０μｍ、３.５μｍと変えたものを各々作製した。
【００６０】
エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層７０７（ｎ型ＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極７０８を形成した。次に、表面電極７０８をマスクとして、電極が形成されていない部分の受光面コンタクト層７０７であるＧａＡｓキャップ層をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００６１】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧａＡｓ基板７０１を露出させた。その後、ＧａＡｓ基板７０１の裏面に裏面電極７０９であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着し、窒素中４００℃で１分間の熱処理を施した。表面のメサエッチング部に、スクライバーにてスクライブラインを形成し、へき開することで１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのセル１２枚を作製した。
【００６２】
＜セル特性評価＞
実施例１および比較例１で作製したセルにつきセル特性評価を行なった。ＡＭ０基準太陽光を照射するソーラーシミュレータにより光照射時の電流電圧特性を測定し、短絡電流、開放電圧および変換効率を測定した。また耐放射線性試験として、１ＭｅＶ電子線を照射し、照射前後での太陽電池特性を評価した。
【００６３】
図１１は、実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルのベース層厚さと短絡電流値（Ｉｓｃ）との関係を示す図である。実施例１のセル構造においてベース層厚さを薄くした場合と、比較例１のセル構造においてベース層を薄くした場合とで、ＧａＡｓセルから得られる短絡電流値の比較を示す。ベース層厚さが２．５μｍ以下に薄くなった場合、実施例１のセル構造による優位性が見られる。また、実施例１では、０．８〜１μｍの薄いベース層厚さでも、３μｍの場合の９７％の電流値が保持されており、裏面反射型による光閉じ込め効果が認められる。
【００６４】
図１２は、実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルの分光感度特性を示す図である。実施例１のセル構造では、長波長光に対する感度の向上や裏面反射によるフリンジが見られ、裏面で反射した光が有効に電気変換されていることがわかる。
【００６５】
図１３は、実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルの電子線照射量と短絡電流値（Ｉｓｃ）との関係を示す図である。比較例１のＧａＡｓセル（ベース層厚さが３．５μｍの場合）と実施例１のセル（ベース層厚さが１μｍの場合）における、電子線照射前後での特性の変化を示す。電子線照射試験では、通常、１ＭｅＶ電子線を１Ｅ１５ｃｍ-2照射した後の変換効率によって耐放射線性が評価される。実施例１のセル構造では、比較例１のセル構造より高い耐放射線性が得られることがわかる。
【００６６】
（実施例２）
まず、ＭＯＣＶＤ法を用い、図３に示すエピタキシャル層構造を作製した。すなわち、５０ｍｍ径のｎ型のＧｅ基板３０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ａｓドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、ベース層と基板との間のバッファー層３０２としてｐ型のＩｎＧａＡｓ層を０．１μｍ形成した。続いて、ボトムセルの裏電極コンタクト層３０３としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、裏面電界層３０４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層３０５としてｐ型のＩｎＧａＡｓ層、エミッタ層３０６としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層、窓層３０７としてｎ型のＡｌＩｎＰ層を順次成長させた後、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合３０８を形成させ、さらに、トップセルの裏面電界層３０９としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層３１０としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層３１１としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層３１２としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層３１３としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層を順次成長させた。
【００６７】
成長温度は７００℃とし、（Ｉｎ）ＧａＡｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。（Ｉｎ）ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎを用いた。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いた。ベース層３０５および３１０の厚みはそれぞれ０．４μｍ、１μｍとした。またボトムセルのＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成比は０．０１であり、Ｇｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満になっている。裏電極コンタクト層３０３（すなわちＣドープされたＡｌＧａＡｓ層）の非受光面近傍におけるキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００６８】
図３に示すエピタキシャル層を用い、図４に示す裏面反射型化合物半導体太陽電池を製造した。エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層３１３（ｎ型ＩｎＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極４０１を形成した。次に、表面電極４０１をマスクとして、電極が形成されていない部分の受光面コンタクト層３１３であるＩｎＧａＡｓキャップ層をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００６９】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧｅ基板３０１を露出させた。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成した。
【００７０】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、裏面のＧｅ基板３０１をアルカリ溶液にて、Ｇｅ基板３０１上に成長したボトムセルの裏電極コンタクト層３０３（ｐ型ＡｌＧａＡｓ：１×１０19ｃｍ-3［Ｃ］）が露出するまでエッチングした。続いて、裏電極コンタクト層３０３に裏面電極４０２であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着した。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットし、図４に示す断面構造の１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのセル１２枚を作製した。
【００７１】
（比較例２）
比較のために従来技術を用いてＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合太陽電池を作製した。まず、ＭＯＣＶＤ法を用い、図８に示す層構造を作製した。図８は、比較例２に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。すなわち、５０ｍｍ径のｎ型のＧｅ基板８０１（１Ｅ１８ｃｍ-3，Ａｓドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、ベース層と基板との間のバッファー層８０２としてｎ型ＩｎＧａＡｓ層を０．１μｍ形成した。続いて、Ｇｅ基板８０１とＩｎＧａＡｓボトムセルを電気的につなぐトンネル接合８０３として、ｎ型のＩｎＧａＰ層およびｐ型のＡｌＧａＡｓ層を形成した後、ＩｎＧａＡｓボトムセルの裏面電界層８０４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層８０５としてｐ型のＩｎＧａＡｓ層、エミッタ層８０６としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層、窓層８０７としてｎ型のＡｌＩｎＰ層を順次成長させた。さらに、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合８０８を形成させ、ＩｎＧａＰトップセルの裏面電界層８０９としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層８１０としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層８１１としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層８１２としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層８１３としてｎ型のＩｎＧａＡｓ層を順次成長させた。成長温度は７００℃とし、（Ｉｎ）ＧａＡｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。（Ｉｎ）ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎを用いた。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いた。ベース層８０５および８１０の厚みはそれぞれ３μｍ、０．４μｍとした。またボトムセルのＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成比は０．０１であり、Ｇｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満になっている。
【００７２】
図９は、比較例２に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合太陽電池を示す断面図である。エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層８１３（ｎ型ＩｎＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極９０１を形成した。次に、表面電極９０１をマスクとして、電極が形成されていない部分の受光面コンタクト層８１３であるＩｎＧａＡｓキャップ層をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００７３】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧｅ基板８０１を露出させた。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成した。
【００７４】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、ｎ型のＧｅ基板８０１の裏面に裏面電極９０２であるｎ型オーミック電極となるＡｕを蒸着した。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットし、図９に示す断面構造の１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのセル１２枚を作製した。
【００７５】
＜太陽電池特性の評価＞
実施例２および比較例２で作製したセルにつき、ＡＭ０基準太陽光を照射するソーラーシミュレータを用いて太陽電池特性の評価を行なった。耐放射線性試験として、１ＭｅＶ電子線を１Ｅ１５ｃｍ-2照射し、照射前後の太陽電池特性として、開放電圧（Ｖｏｃ、単位：Ｖ）、短絡電流（Ｉｓｃ、単位：ｍＡ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（Ｅｆｆ、単位：％）を測定した。
【００７６】
図１４は、実施例２および比較例２におけるＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合セルの電子線照射前後の太陽電池特性を示す図である。図１４に示すように、実施例２で作製したセルは比較例２で作製したセルと比べ、電子線照射後においても良好な開放電圧、短絡電流、曲線因子および変換効率を維持している。これらの結果より実施例２のセル構造では比較例２のセル構造と比べて高い太陽電池特性が得られることがわかる。
【００７７】
（実施例３）
ＭＯＣＶＤ法を用い、図５に示すエピタキシャル層を形成した。５０ｍｍ径のｐ型のＧａＡｓ基板５０１（５×１０18ｃｍ-3，Ｚｎドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、ベース層と基板との間のバッファー層５０２としてｐ型のＧａＡｓ層を０．１μｍ形成した。続いて、ＩｎＧａＡｓＮボトムセルの裏電極コンタクト層５０３としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、裏面電界層５０４としてｐ型のＧａＡｓ層、ベース層５０５としてｐ型のＩｎＧａＡｓＮ層、エミッタ層５０６としてｎ型のＩｎＧａＡｓＮ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合５０７、ＧａＡｓミドルセルの裏面電界層５０８としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層５０９としてｐ型のＧａＡｓ層、エミッタ層５１０としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層５１１としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合５１２、さらに、ＩｎＧａＰトップセルの裏面電界層５１３としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層５１４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層５１５としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層５１６としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、および受光面コンタクト層５１７としてｎ型のＧａＡｓ層を順次成長させた。成長温度は７００℃とした。ここで、ＩｎＧａＡｓＮ層の成長では、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）、ＧａＡｓ層の成長では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）、ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）、ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3をそれぞれ原料に用いた。ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物としてＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物としてＤＥＺｎを用いた。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いた。ベース層５０５，５０９，５１４の厚みはそれぞれ１μｍ、３μｍ、０．４μｍとした。ボトムセルのＩｎＧａＡｓＮ層のＩｎ組成比を０．０１とした。これによりＧｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満となっている。また裏電極コンタクト層５０３（すなわちＣドープされたＡｌＧａＡｓ層）の非受光面近傍におけるキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００７８】
図５に示すエピタキシャル層を用い、図６に示す裏面反射型化合物半導体太陽電池を製造した。エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層５１７（ｎ型ＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極６０１を形成した。次に、表面電極６０１をマスクとして、電極が形成されていない部分のＧａＡｓキャップ層となる受光面コンタクト層５１７をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００７９】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧａＡｓ基板５０１を露出させた。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成した。
【００８０】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、裏面のＧａＡｓ基板５０１をアルカリ溶液にて、ＧａＡｓ基板５０１上に成長したボトムセルの裏電極コンタクト層５０３（ｐ型ＡｌＧａＡｓ：１×１０19ｃｍ-3［Ｃ］）が露出するまでエッチングした。続いて、裏電極コンタクト層５０３に裏面電極６０２であるｐ型オーミック電極となるＡｕ−Ｚｎを蒸着した。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットし、図６に示す断面構造の１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのセル１２枚を作製した。
【００８１】
（比較例３）
実施例３との比較のために、ＭＯＣＶＤ法を用い、従来技術によるＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合太陽電池を作製した。図１０は、比較例３に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合太陽電池を示す断面図である。５０ｍｍ径のｐ型のＧａＡｓ基板１００１（５Ｅ１８ｃｍ-3，Ｚｎドープ）を縦型ＭＯＣＶＤ装置に投入し、まず、ベース層と基板との間のバッファー層１００２としてｐ型のＧａＡｓ層を０．１μｍ形成した。続いて、ＩｎＧａＡｓＮボトムセルの裏電極コンタクト層１００３としてｐ型のＡｌＧａＡｓ層、裏面電界層１００４としてｐ型のＧａＡｓ層、ベース層１００５としてｐ型のＩｎＧａＡｓＮ層、エミッタ層１００６としてｎ型のＩｎＧａＡｓＮ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合１００７、ＧａＡｓミドルセルの裏面電界層１００８としてｐ型のＩｎＧａＰ層、ベース層１００９としてｐ型のＧａＡｓ層、エミッタ層１０１０としてｎ型のＧａＡｓ層、窓層１０１１としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、ｎ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＡｌＧａＡｓ層とからなるトンネル接合１０１２、ＩｎＧａＰトップセルの裏面電界層１０１３としてｐ型のＡｌＩｎＰ層、ベース層１０１４としてｐ型のＩｎＧａＰ層、エミッタ層１０１５としてｎ型のＩｎＧａＰ層、窓層１０１６としてｎ型のＡｌＩｎＰ層、受光面コンタクト層１０１７としてｎ型のＧａＡｓ層を順次成長させた。成長温度は７００℃とし、ＧａＡｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長ではＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長ではＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎを用いた。トンネル接合を形成するＡｌＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料に用い、ｐ型不純物として、ＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いた。ベース層１００５，１００９，１０１４の厚みはそれぞれ３μｍ、３μｍ、０．４μｍとした。ボトムセルのＩｎＧａＡｓＮ層のＩｎ組成比は０．０１であり、Ｇｅ基板との格子不整合度は０．０５％未満になっている。また裏電極コンタクト層１００３（すなわちＣドープされたＡｌＧａＡｓ層）の非受光面近傍におけるキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００８２】
エピタキシャル層表面の受光面コンタクト層１０１７（ｎ型ＧａＡｓ層）上に、フォトリソグラフィー法によって、電極パターンの窓明けをしたレジストを形成し、真空蒸着装置に導入し、レジストを形成した上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（１００ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（２０ｎｍ）、Ａｕ層（５０００ｎｍ）を連続してＥＢ蒸着方法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパターンの表面電極１０１８を形成した。次に、表面電極１０１８をマスクとして、電極が形成されていない部分の受光面コンタクト層１０１７であるＩｎＧａＡｓキャップ層をアルカリ水溶液にてエッチングした。
【００８３】
続いて、フォトリソグラフィー法により、メサエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成し、窓開けされた部分のエピタキシャル層をアルカリ水溶液および酸溶液にてエッチングし、裏面のＧａＡｓ基板１００１を露出させた。その後、ＥＢ蒸着法により表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（５５ｎｍ）、ＭｇＦ2（１００ｎｍ）を連続して形成した。
【００８４】
次に、受光面側にシリコーン樹脂を塗布し、ガラス板を接着した後、ｐ型のＧａＡｓ基板１００１の裏面に裏面電極１０１９であるｎ型オーミック電極となるＡｕを蒸着した。表面のメサエッチング部のラインに沿って、ガラス板と共にダイシングカットし、図１０に示す断面構造の１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのセル１２枚を作製した。
【００８５】
＜セル特性評価＞
実施例３および比較例３で作製したセルにつき、ＡＭ０基準太陽光を照射するソーラーシミュレータを用いてセル特性評価を行なった。耐放射線性試験として、１ＭｅＶ電子線を１×１０15ｃｍ-2照射し、照射前後の太陽電池特性（セル特性）として、開放電圧（Ｖｏｃ、単位：Ｖ）、短絡電流（Ｉｓｃ、単位：ｍＡ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（Ｅｆｆ、単位：％）を測定した。
【００８６】
図１５は、実施例３および比較例３におけるＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合セルの電子線照射後の太陽電池特性を示す図である。図１５に示すように、実施例３で作製したセルは、比較例３で作製したセルと比べ、開放電圧、短絡電流、曲線因子、変換効率において優れた結果を示し、実施例３のセル構造では、比較例３のセル構造より高い太陽電池特性が得られることがわかる。
【００８７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明によれば、光電変換効率および耐放射線性を向上させた化合物半導体太陽電池の提供が可能となる。さらにベース層の厚さを薄くした際にも良好な太陽電池特性が得られるため、製造効率の向上および低コスト化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係るＧａＡｓ単一接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係るＧａＡｓ単一接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。
【図３】本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。
【図５】本発明に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合裏面反射型化合物半導体太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合裏面反射型化合物半導体太陽電池を示す断面図である。
【図７】比較例１に係るＧａＡｓ単一接合太陽電池を示す断面図である。
【図８】比較例２に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合太陽電池のエピタキシャル層の構造を示す断面図である。
【図９】比較例２に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合太陽電池を示す断面図である。
【図１０】比較例３に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合太陽電池を示す断面図である。
【図１１】実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルのベース層厚さと短絡電流値（Ｉｓｃ）との関係を示す図である。
【図１２】実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルの分光感度特性を示す図である。
【図１３】実施例１および比較例１におけるＧａＡｓ単一接合セルの電子線照射量と短絡電流値（Ｉｓｃ）との関係を示す図である。
【図１４】実施例２および比較例２におけるＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合セルの電子線照射前後の太陽電池特性を示す図である。
【図１５】実施例３および比較例３におけるＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＮ３接合セルの電子線照射後の太陽電池特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０1，５０１，７０１，１００１  ＧａＡｓ基板、１０２  エッチング分離層、１０３，３１３，５１７，７０７，８１３，１０１７  受光面コンタクト層、１０４，３０７，３１２，５１１，５１６，７０６，８０７，８１２，１０１１，１０１６  窓層、１０５，３０６，３１１，５０６，５１０，５１５，７０５，８０６，８１１，１００６，１０１０，１０１５  エミッタ層、１０６，３０５，３１０，５０５，５０９，５１４，７０４，８０５，８１０，１００５，１００９，１０１４  ベース層、１０７，３０４，３０９，５０４，５０８，５１３，７０３，８０４，８０９，１００４，１００８，１０１３  裏面電界層、１０８，３０３，５０３，１００３  裏電極コンタクト層、２０１，４０１，６０１，７０８，９０１，１０１８  表面電極、２０２，４０２，６０２，７０９，９０２，１０１９  裏面電極、３０１，８０１  Ｇｅ基板、３０２，５０２，７０２，８０２，１００２  バッファー層、３０８，５０７，５１２，８０３，８０８，１００７，１０１２  トンネル接合。
【図１】
2005347402.tif 000003
【図２】
2005347402.tif 000004
【図３】
2005347402.tif 000005
【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】
2005347402.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2005347402.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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