(57)【要約】【課題】複雑な製造プロセスを用いることなく、裏面接合型の太陽電池の特性が向上できるようにする。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐｎ接合層１０１は、表面が（１００）面からなる短冊状のｎ型領域１０５と、表面が（１００）面以外のファセットからなる短冊状のｐ型領域１０６とを、交互に配列して備えている。ｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６は、ｐｎ接合層１０１の[０１−１]の方向に延在している。また、ｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６は、ｐｎ接合層１０１の[０−１−１］方向に交互に配列している。また、ｎ型領域１０５はシリコンが不純物として導入され、ｐ型領域１０６は亜鉛が不純物として導入されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる主表面の面方位が[１００]の基板の表面を、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の第１領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり[０１−１]の方向に前記第１領域に接して延在する短冊形の第２領域とが、[０−１−１］方向に交互に配列する状態に加工する第１工程と、
前記基板の上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をシリコンおよび亜鉛を不純物として導入してエピタキシャル成長することで、表面が（１００）面からなり前記第１領域に対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり前記第２領域に対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｐ型領域とが、[０−１−１］方向に交互に配列する状態のｐｎ接合層を形成する第２工程と、
少なくとも前記ｐｎ接合層との接合面は前記ｐｎ接合層と同じバンドギャップエネルギーを有する状態のｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層を前記ｐｎ接合層の上に形成する第３工程と、
前記基板を除去する第４工程と、
前記ｐｎ接合層に接続する第１電極および第２電極を形成する第５工程と
を少なくとも備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の太陽電池の製造方法において、
前記基板の上に、前記基板のエッチング処理でエッチングされにくいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエッチング停止層を形成する工程を備え、
前記エッチング停止層を形成した後に前記ｐｎ接合層を形成し、
前記エッチング処理により前記基板を前記エッチング停止層までエッチングすることで前記基板を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の太陽電池の製造方法において、
前記基板を除去する前に、前記光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる保護層を前記光吸収層の上に形成する工程を備える
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の太陽電池の製造方法において、
前記光吸収層は、前記ｐｎ接合層から前記保護層にかけてバンドギャップエネルギーが大きくなる状態に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の太陽電池の製造方法において、
前記光吸収層の形成では、
前記ｐｎ接合層の上に、前記ｐｎ接合層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１層を形成し、
前記第１層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２層を前記第１層の上に形成し、
前記保護層のバンドギャップエネルギー以下の範囲で前記第２層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第３層を前記第１層の上に形成し、
前記第１層，前記第２層，前記第３層より前記光吸収層とすることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法において、
前記基板を除去する前に、前記保護層の上に透明な材料から構成された支持基板を貼り付ける工程を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項７】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐｎ接合層と、
前記ｐｎ接合層の上に形成され、少なくとも前記ｐｎ接合層との接合面は前記ｐｎ接合層と同じバンドギャップエネルギーを有するｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層と、
前記ｐｎ接合層に接続する第１電極および第２電極と
を少なくとも備え、
前記ｐｎ接合層は、
前記光吸収層側の主表面の面方位が[１００]とされ、
表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり[０１−１]の方向に前記ｎ型領域に接して延在する短冊形のｐ型領域とを、[０−１−１］方向に交互に配列して備え、
前記ｎ型領域はシリコンが不純物として導入され、前記ｐ型領域は亜鉛が不純物として導入され、
前記第１電極は前記ｎ型領域に接続して形成され、前記第２電極は前記ｐ型領域に接続して形成されていることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の面（裏面）に電極および配線などを設けることで、受光面となる他方の面（表面）における電極や配線による影の影響を抑制した裏面接合型の太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な太陽電池は、ｐ型の層とｎ型の層とを積層した方向にｐｎ接合を形成する構造であるため、表面および裏面（両面）に電流取り出し用の電極が必要になる。また、受光側となる表面の電極配線は、これらの影の影響による発電損失（シャドーイング損失）の原因になる。このため、受光面となる表面に電極を形成しない裏面電極構造を有する太陽電池（裏面接合型太陽電池）が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
上述した裏面接合型の太陽電池について、図８を用いて簡単に説明する。この太陽電池は、図８に示すように、ｎ型のシリコン基板８０１の裏面に、高濃度にｐ型不純物を導入したｐ+拡散領域８０２，および高濃度にｎ型不純物を導入したｎ+拡散領域８０３を形成している。また、シリコン基板８０１の光入射側となる表面には、ＳｉＯ2を堆積することで形成した表面パシベーション膜８０４が形成され、同様に、裏面にも裏面パシベーション膜８０５が形成されている。また、裏面側には、裏面パシベーション膜８０５を介し、ｐ+拡散領域８０２に接続するｐ電極８０６、およびｎ+拡散領域８０３に接続するｎ電極８０７が形成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中村  京太郎  他、「高効率シリコン裏面電極型太陽電池」、シャープ技報、第９３号、１１−１５頁、２００５年１２月。
【非特許文献２】B.M.Keyes et al. , "Minority carrier diffusion length of p-GaAs determined by time of flight", J.Vac.Sci.Technol.A, vol.8, no.3, pp.2004-2008,1990.
【非特許文献３】R.Bhat et al. , "Orientation dependence of S,Zn,Si,Te, amd Sn doping in OMCVD growth of InP and GaAs: application to DH lasers and lateral p-n junction alleys grown on non-planar substrates", Journal of Crystal Growth, vol107, pp.772-778, 1991.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した裏面接合型の太陽電池では、次に説明するような問題がある。まず、この太陽電池を構成するシリコンは、間接遷移型の半導体であるため、光吸収係数が小さく、実用的な吸収量を得るためには最低でも数百μｍの厚さが必要となる。また、太陽電池の発電動作のためには、光吸収によって発生した少数キャリア（正孔）を裏面に配置したｐ+拡散領域８０２（ｐ電極８０６）まで拡散させる必要がある。このため、シリコンを用いた上述の太陽電池で高い変換効率を実現するには、シリコン単結晶の品質を向上させて少数キャリアの拡散長を長くする必要がある。このため、上述した技術では、高い発電効率が得られる裏面接合型の太陽電池が、容易に製造できないという問題がある。
【０００６】
さらに、上述した裏面接合型の太陽電池では、裏面の拡散層をパターニングによって形成するため、縦型のｐｎ接合を用いた太陽電池と比較して製造プロセスが複雑になる。この製造プロセスの複雑化も、太陽電池の再現性良い製造を難しくする原因となる。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複雑な製造プロセスを用いることなく、裏面接合型の太陽電池の特性が向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる主表面の面方位が[１００]の基板の表面を、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の第１領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり[０１−１]の方向に第１領域に接して延在する短冊形の第２領域とが、[０−１−１］方向に交互に配列する状態に加工する第１工程と、基板の上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をシリコンおよび亜鉛を不純物として導入してエピタキシャル成長することで、表面が（１００）面からなり第１領域に対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり第２領域に対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｐ型領域とが、[０−１−１］方向に交互に配列する状態のｐｎ接合層を形成する第２工程と、少なくともｐｎ接合層との接合面はｐｎ接合層と同じバンドギャップエネルギーを有する状態のｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層をｐｎ接合層の上に形成する第３工程と、基板を除去する第４工程と、ｐｎ接合層に接続する第１電極および第２電極を形成する第５工程とを少なくとも備える。
【０００９】
上記太陽電池の製造方法において、基板の上に、基板のエッチング処理でエッチングされにくいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエッチング停止層を形成する工程を備え、エッチング停止層を形成した後にｐｎ接合層を形成し、エッチング処理により基板をエッチング停止層までエッチングすることで基板を除去してもよい。
【００１０】
上記太陽電池の製造方法において、基板を除去する前に、光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる保護層を光吸収層の上に形成する工程を備えるようにしてもよい。また、光吸収層は、ｐｎ接合層から保護層にかけてバンドギャップエネルギーが大きくなる状態に形成してもよい。また、光吸収層の形成では、ｐｎ接合層の上に、ｐｎ接合層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１層を形成し、第１層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２層を第１層の上に形成し、保護層のバンドギャップエネルギー以下の範囲で第２層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第３層を第１層の上に形成し、第１層，第２層，第３層より光吸収層としてもよい。
【００１１】
上記太陽電池の製造方法において、基板を除去する前に、保護層の上に透明な材料から構成された支持基板を貼り付ける工程を備えるようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る太陽電池は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐｎ接合層と、ｐｎ接合層の上に形成され、少なくともｐｎ接合層との接合面はｐｎ接合層と同じバンドギャップエネルギーを有するｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層と、ｐｎ接合層に接続する第１電極および第２電極とを少なくとも備え、ｐｎ接合層は、光吸収層側の主表面の面方位が[１００]とされ、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり[０１−１]の方向にｎ型領域に接して延在する短冊形のｐ型領域とを、[０−１−１］方向に交互に配列して備え、ｎ型領域はシリコンが不純物として導入され、ｐ型領域は亜鉛が不純物として導入され、第１電極はｎ型領域に接続して形成され、第２電極はｐ型領域に接続して形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したことにより、本発明によれば、複雑な製造プロセスを用いることなく、裏面接合型の太陽電池の特性が向上できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す平面図である。
【図３】図３は、実施の形態２における太陽電池のバンドギャップエネルギーの変化を示すバンド図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３における太陽電池の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態３における太陽電池のバンドギャップエネルギーの変化を示すバンド図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態４における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態４における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態４における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２における太陽電池のバンドギャップエネルギーの変化を示すバンド図である。
【図８】図８は、シリコンを用いた裏面接合型の太陽電池の構成を示す構成図である。
【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を参照して説明する。
【００１６】
[実施の形態１]
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池の構成を示す断面図である。この太陽電池は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐｎ接合層１０１と、ｐｎ接合層１０１の上に形成され、少なくともｐｎ接合層１０１との接合面はｐｎ接合層１０１と同じバンドギャップエネルギーを有するｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層１０２とを備える。ｐｎ接合層１０１は、光吸収層１０２側の主表面の面方位が[１００]とされている。
【００１７】
また、ｐｎ接合層１０１は、表面が（１００）面からなる短冊状のｎ型領域１０５と、表面が（１００）面以外のファセットからなる短冊状のｐ型領域１０６とを、交互に配列して備えている。ｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６は、ｐｎ接合層１０１の[０１−１]の方向に延在している。また、ｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６は、ｐｎ接合層１０１の[０−１−１］方向に交互に配列している。また、ｎ型領域１０５はシリコンが不純物として導入され、ｐ型領域１０６は亜鉛が不純物として導入されている。なお、ｎ型領域１０５に接続して形成された第１電極１０３、およびｐ型領域１０６に接続して形成された第２電極１０４を備える。
【００１８】
上述した実施の形態１では、光吸収層１０２をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成している。これは、直接遷移型の半導体であるために吸収係数が大きく、太陽電池材料として用いた場合にも数μｍの厚さがあれば十分に光を吸収することができる。このため、シリコンを用いた場合に比較して、光吸収層１０２はより薄くすることができる。また、化合物半導体を用いることで、吸収波長を太陽光に合わせることが容易である。例えば、ＧａＡｓはバンドギャップが１．４ｅＶあり、シリコンのバンドギャップ１．１２ｅＶよりも太陽光に対するマッチングがよく、単接合太陽電池としては最も高い効率を達成することができる材料として知られている。
【００１９】
また、光吸収層１０２は、ｐ型としているため、少数キャリア（電子）の拡散長をシリコンの場合に比較して長くすることができる。例えば、ｐ型不純物をドーピングしたＧａＡｓの少数キャリア（電子）の拡散長は、十数μｍあることが知られている（非特許文献２参照）。
【００２０】
以上のことより、まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から裏面接合型の太陽電池が構成できれば、光吸収層をより薄くすることが可能であり、また、光吸収によって発生した少数キャリアも、容易に不純物拡散領域（電極）に到達させることができる。
【００２１】
ところで、裏面接合型の太陽電池では、光入射側とは反対の裏面に、ｐ型の不純物導入領域とｎ型の不純物導入領域とを形成することになる。シリコンを用いる場合、シリコン基板（シリコン層）の裏面に、パターニングによりｐ型の不純物導入領域とｎ型の不純物導入領域とを形成してる。この場合、少なくとも、各導電型の領域を形成するために各々１回のリソグラフィー工程および不純物導入工程が個別に必要となり、製造プロセスが複雑になっている。これに対し、次に説明することにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることで、ｐ型の不純物導入領域とｎ型の不純物導入領域とを裏面側に容易に形成できる。
【００２２】
例えば、ＧａＡｓのような閃亜鉛鉱型の化合物半導体を結晶成長する場合、不純物ドーピングの特性が成長する結晶面によって異なることが知られている。例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いてシリコン（Ｓｉ）を不純物としてドーピングしてｎ型のＧａＡｓを成長すると、キャリア濃度が（１００）、（４１１）Ａ、（３１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａの結晶面の順番で減少する。（４１１）Ａ、（３１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａの結晶面は、（１００）面以外のファセットである。また、（４１１）Ａ、（３１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａの結晶面は、（１００）面と同じ側から見ることができる面である。
【００２３】
また、ＭＯＣＶＤ法を用いて亜鉛（Ｚｎ）を不純物としてドーピングしてｐ型のＧａＡｓを成長した場合には、逆に（１００）、（４１１）Ａ、（３１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａの結晶面の順番で、キャリア濃度が増加することが報告されている（非特許文献３参照）。
【００２４】
このことは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の（１００）面に、表面が（１００）面の第１領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなる第２領域とが形成されるように結晶成長できれば、結晶成長時にＳｉおよびＺｎを不純物として導入することで、第１領域をｎ型領域とし、第２領域をｐ型領域とすることができる。
【００２５】
上述したように、第１領域および第２領域を形成する方法としては、（１００）面の基板の表面をエッチング加工し、（１００）面以外のファセットを短冊形に出現させることで実現できる。例えば、基板表面の[０１−１]方向に延在する短冊形の複数のパターン部を所定の間隔で配列したマスクパターンを用い、ＧａＡｓ基板をウエットエッチングする。エッチング液としては、リン酸および過酸化水素水を水に溶解した混合液を用いればよい。このウエットエッチングにより、マスクパターンの短冊形の開口部に露出するＧａＡｓ基板を、エッチング深さ５μｍ程度にエッチングする。
【００２６】
このパターニングにより、短冊形の開口部には、基板の深さ方向に幅が狭くなる断面が逆台形の溝が形成される。言い換えると、短冊形のパターン部を中心に、基板深さ方向に幅が広くなる台形状のメサストライプが形成される。この状態では、メサストライプの上面、および溝の底面は、表面が（１００）面となり、メサストライプの斜めの側面は、表面が（４１１）Ａ、（３１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａのいずれかの面となる。この形状加工は、１回のリソグラフィー工程およびエッチング工程により行える。
【００２７】
上述した加工基板を用い、ｎ型とｐ型のドーピング濃度が丁度（１００）と（４１１）Ａの間で交差するような条件でＳｉとＺｎの同時ドーピングによりｐｎ接合層１０１をエピタキシャル成長すれば、加工基板のメサ上面の（１００）面上にはｎ型の層が短冊形に形成され、メサ側面の（４１１）Ａにはｐ型の層が短冊形に形成できる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いているので、上述した結晶成長方法を用いることができ、光吸収層１０２の裏面側にｐ型の領域とｎ型の領域とを備えるｐｎ接合層１０１が、エピタキシャル成長することで形成できる。また、太陽電池とするためには、ｐｎ接合層１０１の上にＺｎをドーピングした光吸収層１０２を形成すればよく、これらは、連続してエピタキシャル成長させることができ、これらの構成を、１回の成長工程で容易に作製することができる。また、加工基板を除去すれば、ｐｎ接合層１０１に第１電極１０３および第２電極１０４が形成できる。なお、ｐｎ接合層１０１では、ｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６が、接触して配列されているので、不純物濃度が高すぎると、各領域間に電流が流れるようになる。従って、不純物濃度は、隣接するｎ型領域１０５およびｐ型領域１０６の間に電流が流れない範囲に設定する。
【００２９】
[実施の形態２]
次に、本発明の実施の形態２について説明する。以下では、製造方法について図２Ａ〜図２Ｉを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｈは、本発明の実施の形態２における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図であり、図２Ｉは平面図である。
【００３０】
まず、図２Ａに示すように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓからなる主表面の面方位が[１００]の基板２０１を用意する。また、公知のリソグラフィー技術により、基板２０１の上にレジストパターン２０２を形成する。レジストパターン２０２は、基板２０１の表面に[０１−１]方向に延在する短冊形の複数のパターン部が所定の間隔で配列されているものである。各パターン部は、幅１０μｍに形成され、各パターン部の間隔は、２７μｍとされている。
【００３１】
次に、レジストパターン２０２をマスクとし、リン酸および過酸化水素水を水に溶解した混合液をエッチング液としたウエットエッチングを用い、基板２０１の表面をエッチングする。例えば、エッチングの深さが５μｍとなるようにエッチングする。このエッチングにより、図２Ｂに示すように、基板２０１に、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の第１領域２２１と、表面が（３１１）Ａ面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の第２領域２２２ａと、表面が（３−１−１）Ａ面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の第２領域２２２ｂとが形成される。
【００３２】
レジストパターン２０２の開口領域でエッチングされた基板２０１の表面は、断面視逆台形の溝となり、基板２０１の主表面に平行な底面となるファセット、基板２０１の主表面に対して約３０°傾く傾斜面となるファセットとが形成される。底面は、（１００）面であり、傾斜面は、（３１１）Ａ面と（３−１−１）Ａ面である。（３１１）Ａ面と（３−１−１）Ａ面とは、表面の原子配列が同じな等価な面である。このように、上記エッチング加工により、基板２０１の表面には、[０１−１]の方向に延在する（１００）面の短冊形の領域（第１領域）と、（１００）面以外のファセットの短冊形の領域（第２領域）とが、[０−１−１］方向に交互に配列する状態となる。
【００３３】
次に、レジストパターン２０２を除去した後、上述したように主表面を加工した基板２０１の上に、よく知られた有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ＩｎＧａＰを堆積（エピタキシャル成長）することで、図２Ｃに示すように、エッチング停止層２０３を形成する。エッチング停止層２０３は、層厚３００ｎｍ程度に形成すればよい。ＩｎＧａＰの堆積では、トリメチルインジウム，トリエチルガリウム（ＴＥＧ），ホスフィン（ＰＨ3）を原料として用いればよい。
【００３４】
次に、エッチング停止層２０３を形成した基板２０１の上に、ＳｉおよびＺｎを不純物として導入するＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓを堆積することで、図２Ｄに示すように、ｐｎ接合層２０４を形成する。ｐｎ接合層２０４は、層厚３００ｎｍ程度に形成すればよい。ＧａＡｓの堆積では、トリエチルガリウムおよびアルシン（ＡｓＨ3）を原料として用いればよい。また、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）およびジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を原料として用いることで、ＳｉおよびＺｎを不純物として導入することができる。
【００３５】
エピタキシャル成長したｐｎ接合層２０４においても、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の領域と、表面が（３１１）Ａ面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の領域と、表面が（３−１−１）Ａ面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形の領域とが形成される。前述したように、（１００）面は、不純物としてＳｉがより高い濃度に導入され、（３１１）Ａ面および（３−１−１）Ａ面は、不純物としてＺｎがより高い濃度に導入される。
【００３６】
例えば、（１００）面には、５×１０18ｃｍ-3程度にｎ型不純物であるＳｉを導入し、（３１１）Ａ面および（３−１−１）Ａ面には、５×１０18ｃｍ-3程度にｐ型不純物であるＺｎを導入すればよい。
【００３７】
この結果、ｐｎ接合層２０４には、表面が（１００）面からなり第１領域２２１に対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域２０５と、表面が（１００）面以外のファセットからなり第２領域２２２ａ，２２２ｂに対応して[０１−１]の方向に延在する短冊形のｐ型領域２０６とが、[０−１−１］方向に交互に配列して形成される。
【００３８】
次に、図２Ｅに示すように、ｐｎ接合層２０４の上に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ型のＧａＡｓを堆積することで、光吸収層２０７を形成する。光吸収層２０７は、例えば、層厚５μｍ程度に形成すればよい。ＧａＡｓの堆積では、トリエチルガリウムおよびアルシンを原料として用いればよい。また、ジメチル亜鉛を原料として用いることで、Ｚｎを不純物として導入してｐ型とする。例えば、ドーピング濃度は、１×１０17ｃｍ-3程度とすればよい。ＧａＡｓから構成した光吸収層２０７は、ｐｎ接合層２０４と同じバンドギャップエネルギーを有するものとなる。
【００３９】
次に、図２Ｆに示すように、光吸収層２０７の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＰを堆積することで、保護層２０８を形成する。保護層２０８は、層厚１００ｎｍ程度に形成すればよい。ＩｎＧａＰの堆積では、トリメチルインジウム，トリエチルガリウム，ホスフィンを原料として用いればよい。なお、上述したエッチング停止層２０３，ｐｎ接合層２０４，光吸収層２０７，および保護層２０８は、同一のＭＯＣＶＤ装置内で、各々原料を変更して連続して堆積して形成することができる。
【００４０】
次に、図２Ｇに示すように、保護層２０８の上に、透明な接着剤からなる接着層２０９を用いてガラス基板２１０を貼り付ける。接着層２０９は、例えば、ＳＯＧ（Spin on glass）である。ガラス基板２１０は、後述する各工程の処理における支持基板となる。
【００４１】
次に、硫酸、過酸化水素、純水の混合液をエッチング液としたウエットエッチングにより、基板２０１をエッチング除去する。上記エッチング液によるＩｎＧａＰのエッチング速度は非常に小さいため、上述した基板２０１のエッチングは、ＩｎＧａＰからなるエッチング停止層２０３で停止させることができる。このようにして基板２０１を除去した後、図２Ｈに示すように、ｐｎ接合層２０４に接続する第１電極２１１および第２電極２１２を形成する。第１電極２１１は、ｎ型領域２０５に接続させ、第２電極２１２は、ｐ型領域２０６に接続させる。
【００４２】
例えば、図２Ｉの平面図に示すように、チップサイズを５ｍｍ角に形成した太陽電池のエッチング停止層２０３の上（裏面側）に、絶縁部２３１および絶縁部２３２を形成する。絶縁部２３１および絶縁部２３２は、[０１−１]方向において、チップ領域の両端に配置し、また、[０−１−１]方向に延在して配置する。また、絶縁部２３１および絶縁部２３２は、例えば、ＳｉＯ2から構成し、厚さ２００ｎｍ程度に形成すればよい。このように絶縁部２３１および絶縁部２３２を形成したら、絶縁部２３１の上に電極パッド２１１ａを形成し、絶縁部２３２の上に電極パッド２１２ａを形成する。
【００４３】
以上のように電極パッド２１１ａおよび電極パッド２１２ａを形成したら、電極パッド２１１ａに接続して第１電極２１１を形成し、電極パッド２１２ａに接続して第２電極２１２を形成する。第１電極２１１および第２電極２１２の形成では、まず、エッチング停止層２０３の各電極に対応する箇所に、貫通孔を形成する。この貫通孔は、公知のフォトリソグラフィー技術によるマスクパターンの形成、およびマスクパターンを用いた選択的なエッチングにより形成することができる。このエッチングは、リン酸、塩酸、純水の混合液をエッチング液としたウエットエッチングにより行えばよい。
【００４４】
次に、よく知られたリフトオフ法により、第１電極２１１および第２電極２１２を形成する。例えば、リフトオフのためのマスクパターンの形成，金属の蒸着，およびマスクパターンの除去による１回目のリフトオフで第１電極２１１を形成し、同様に２回目のリフトオフで第２電極２１１を形成すればよい。第１電極２１１は、Ａｕ-Ｇｅ-Ｎｉから構成し、第２電極２１２は、Ａｕ-Ｚｎから構成すればよい。
【００４５】
ここで、エッチング停止層２０３は、ｐｎ接合層２０４よりバンドギャップエネルギーの大きな化合物半導体から構成しているので、表面側に流れ出るキャリアを抑制することができる。これは、絶縁層を形成した状態と同じ効果である。なお、上述した実施の形態２における太陽電池では、ｐｎ接合層２０４から保護層２０８にかけてのバンドが、図３に示すように変化する。
【００４６】
以上に説明したように、実施の形態２においても、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いているので、上述した結晶成長方法を用いることができ、光吸収層２０７の裏面側にｐ型の領域とｎ型の領域とを備えるｐｎ接合層２０４が、エピタキシャル成長することで形成できる。また、太陽電池とするためには、ｐｎ接合層２０４の上にＺｎをドーピングした光吸収層２０７を形成すればよく、これらは、連続してエピタキシャル成長させることができ、これらの構成を、１回の成長工程で容易に作製することができる。また、ｐｎ接合層２０４に第１電極２１１および第２電極２１２を形成するための基板２０１の除去が、エッチング停止層２０３を用いているので容易である。
【００４７】
[実施の形態３]
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４は、本発明の実施の形態３における太陽電池の構成を示す断面図である。この太陽電池は、ＩｎＧａＰからなるエッチング停止層２０３と、この上に形成されたＧａＡｓからなるｐｎ接合層２０４と、ｐｎ接合層２０４の上に形成されたｐ型のＡｌＧａＡｓからなる光吸収層４０７とを備える。また、光吸収層４０７の上には、ＡｌＧａＡｓからなる保護層４０８を備える。また、エッチング停止層２０３の側には、ｐｎ接合層２０４のｎ型領域２０５に接続して形成された第１電極２１１、およびｐ型領域２０６に接続して形成された第２電極２１２を備える。また、保護層４０８の上には、接着層２０９によりガラス基板２１０が貼り付けられている。
【００４８】
上述した実施の形態３における太陽電池は、光吸収層４０７および保護層４０８以外は、前述した実施の形態２と同様であり、前述した実施の形態２の太陽電池と同様に製造すればよい。なお、光吸収層４０７は、層厚５μｍ程度とし、保護層４０８は、層厚１００ｎｍ程度とすればよい。
【００４９】
実施の形態３では、光吸収層４０７において、ｐｎ接合層２０４から離れるに従いＡｌの組成が増加する組成傾斜層とし、ｐｎ接合層２０４から離れるに従ってバンドギャップエネルギーが大きくなる状態とし、この上にＡｌＧａＡｓからなる保護層４０８を形成している。光吸収層４０７においては、例えば、ｐｎ接合層２０４との界面から保護層４０８との界面にかけて、Ａｌの組成を、０から０．３にまで増加させている。これらのＡｌＧａＡｓの層の成長では、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリエチルガリウム，アルシンを原料として用いればよい。実施の形態３における太陽電池では、ｐｎ接合層２０４から保護層４０８にかけてのバンドが、図５に示すように変化する。
【００５０】
[実施の形態４]
次に、本発明の実施の形態４について説明する。以下では、製造方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態４における太陽電池の製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【００５１】
まず、前述した実施の形態２と同様に、ＧａＡｓからなる主表面の面方位が[１００]の基板２０１の表面を加工して第１領域２２１，第２領域２２２ａ，第２領域２２２ｂを形成し（図２Ａ，図２Ｂ）、エッチング停止層２０３を形成する（図２Ｃ）。また、エッチング停止層２０３の上に、ｐｎ接合層２０４を形成する（図２Ｄ）。
【００５２】
次に、実施の形態４では、ｐｎ接合層２０４の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型のＧａＡｓ，ｐ型のＩｎＧａＰ，ｐ型のＩｎＡｌＰを順次に成長させ、図６Ａに示すように、第１光吸収層（第１層）６７１，第２光吸収層（第２層）６７２，および第３光吸収層（第３層）６７３を形成する。例えば、第１光吸収層６７１は層厚１．５μｍ、第２光吸収層６７２は層厚１．５μｍ、第３光吸収層６７３は層厚１．５μｍに形成する。実施の形態３では、第１光吸収層６７１，第２光吸収層６７２，および第３光吸収層６７３により、光吸収層を構成している。
【００５３】
ｐ型のＧａＡｓの成長では、トリエチルガリウムおよびアルシンを原料とし、また、ｐ型不純物原料としてジメチル亜鉛を用いればよい。また、ｐ型のＩｎＧａＰの成長では、トリメチルインジウム，トリエチルガリウム，およびホスフィンを原料とし、また、ｐ型不純物原料としてジメチル亜鉛を用いればよい。また、ｐ型のＩｎＡｌＰの成長では、トリメチルインジウム，トリメチルアルミニウム，およびホスフィンを原料とし、また、ｐ型不純物原料としてジメチル亜鉛を用いればよい。
【００５４】
次に、図６Ｂに示すように、第３光吸収層６７３の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＡｌＰを堆積することで、保護層６０８を形成する。保護層６０８は、第３光吸収層６７３より大きなバンドギャップエネルギーのＩｎＡｌＰから構成する。保護層６０８は、層厚１０ｎｍ程度とすればよい。次に、図６Ｃに示すように、保護層６０８の上に、接着層２０９によりガラス基板２１０を貼り付け、この後、図２Ｈを用いた説明と同様にすることで、基板２０１を除去し、各電極を形成する。
【００５５】
上述した実施の形態４における太陽電池では、ｐｎ接合層２０４から保護層６０８にかけてのバンドが、図７に示すように変化する。実施の形態４では、吸収層にヘテロ接合を備える構成となる。
【００５６】
以上に説明したように、本発明では、まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成しているので、光吸収層をより薄くすることが可能となる。また、光吸収層をｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成から構成しているので、光吸収によって発生した少数キャリアも、容易に不純物拡散領域（電極）に到達させることができる。
【００５７】
また、本発明では、エピタキシャル成長時にＳｉおよびＺｎが取り込まれる量が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶面の方位により異なることを用い、表面が（１００）面からなり[０１−１]の方向に延在する短冊形のｎ型領域と、表面が（１００）面以外のファセットからなり[０１−１]の方向にｎ型領域に接して延在する短冊形のｐ型領域とを、[０−１−１］方向に交互に配列して備えるｐｎ接合層を形成した。
【００５８】
この結果、複雑な製造プロセスを用いることなく、光吸収層の一方の面にｐ型の領域およびｎ型の領域が形成でき、特性のよい裏面接合型の太陽電池が容易に製造できるようになる。
【００５９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、エッチング停止層をＩｎＧａＰ（バンドギャップエネルギー１．９ｅＶ）から構成したが、これに限るものではない。ＧａＡｓ基板を用いる場合、エッチング停止層は、ＩｎＡｌＰ（バンドギャップエネルギー２．４ｅＶ）から構成してもよい。また、エッチング停止層は、ＩｎＧａＡｌＰから構成してもよい。また、エッチング停止層と同じ材料で、保護層を形成してもよい。なお、保護層は、光吸収層よりバンドギャップエネルギーが大きければ、光吸収層における吸収波長の光が透過する。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、各化合物半導体の層をＭＯＣＶＤ法により成長したが、これに限るものではなく、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法など、他の結晶成長法を用いても、同様である。また、（１００）面以外のファセットとしては、（３１１）Ａ面およびこれと等価な面に限るものではなく、（４１１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａ、およびこれらと等価な面のいずれかであればよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０１…ｐｎ接合層、１０２…光吸収層、１０３…第１電極、１０４…第２電極、１０５…ｎ型領域、１０６…ｐ型領域。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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