(57)【要約】【課題】ワレの発生を抑えることで信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池を提供する。【解決手段】第２のサブセルよりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな第１の層と、第１の層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな第２の層との格子定数差比が、０．３％以上である化合物半導体太陽電池である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の化合物半導体層を含む第１のサブセルと、
前記第１のサブセル上に設けられた、第２の化合物半導体層を含む第２のサブセルと、
前記第２のサブセル上に設けられた、第３の化合物半導体層を含む第３のサブセルと、
前記第２のサブセルと前記第１のサブセルとの間に設けられた、第４の化合物半導体層を含むグレーディングバッファ層と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の格子定数に対する前記第１の化合物半導体層の格子定数の格子不整合率は０．１％以上であり、
前記第２の化合物半導体層の前記格子定数に対する前記第４の化合物半導体層の格子定数の格子不整合率は０．１％以上であって、
前記第２のサブセルよりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな第１の層と、前記第１の層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな第２の層との格子定数差比が、０．３％以上である、化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記化合物半導体太陽電池の変換効率が３０％以上である場合には、前記格子定数差比が、０．３４％以上である、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記第４の化合物半導体層は、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＡｓからなる、請求項１または２に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記第２の層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓからなる、請求項１から３のいずれか１項に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記第１のサブセルが、前記第２の層を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の化合物半導体太陽電池。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体太陽電池を高効率化する方法としては、半導体基板上に半導体基板と同程度の格子定数を有する化合物半導体層を成長させ、光電変換層であるサブセルを複数個形成することによって、結晶性に優れた化合物半導体太陽電池を得る方法が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、化合物半導体層を成長するための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰ等と同程度の格子定数を有し、さらには好適なバンドギャップを有するサブセルを用いた化合物半導体太陽電池としては、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池や、Ｇｅ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池等に限られていた。
【０００４】
また、これらの化合物半導体太陽電池よりもさらに高効率化する方法として、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池に３つ目のサブセルとして１ｅＶのバンドギャップを有する化合物半導層を含むサブセルを配置する方法もある。
【０００５】
ここで、ＧａＡｓと格子定数が約２．３％ずれているＩｎＧａＡｓは１ｅＶ程度のバンドギャップを有しているが、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池の３つ目のサブセルとして用いた場合には、ＧａＡｓ基板上に格子不整合系の化合物半導体層を成長した後に格子整合系の化合物半導体層を成長させることになるため、格子整合系の化合物半導体層の結晶性も悪化させてしまい、化合物半導体太陽電池全体の特性が悪化するおそれがある。
【０００６】
そこで、化合物半導体太陽電池の受光面が半導体基板側となるように格子整合系の化合物半導体層を成長させ、そこからグレーディングバッファ層を介して半導体基板と格子定数が異なる化合物半導体層を成長する方法が研究されている（たとえば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１参照）。
【０００７】
受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させて化合物半導体太陽電池を作製することによって、半導体基板と格子定数が異なる格子不整合系の化合物半導体層を含む太陽電池においても、それぞれの層が高い結晶性が得られることから、高い特性の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【０００８】
このような構造の化合物太陽電池は、グレーディングバッファ層と格子不整合層の格子定数差の設計により優れた電気特性の得られる太陽電池が得られることが示されている（特許文献１、特許文献２および非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３４９５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A.F.Geisz, et al. “High-efficiency GaInP/GaAs/InGaAs triple-junction solar cells grown inverted with a metamorphic botoom junction”, Applied physics letters 91, 023502 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載されているように、グレーディングバッファ層は、サブセルを構成する化合物半導体層の格子定数差に起因して発生する応力や、それにより生じる転位やその他の結晶欠陥を低減するために設けられており、それらのグレーディングバッファ層と、サブセルの格子定数差は優れた電気特性が得られる範囲のものが報告されている。
【００１２】
一方で、特に薄膜型の格子不整合系化合物太陽電池はワレが発生しやすく、その信頼性、外観などといった製造上の大きな問題点を抱えているが、これについて言及した報告は見られない。
【００１３】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、ワレの発生を抑えることで信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の化合物半導体層を含む第１のサブセルと、第１のサブセル上に設けられた第２の化合物半導体層を含む第２のサブセルと、第２のサブセル上に設けられた第３の化合物半導体層を含む第３のサブセルと、第２のサブセルと第１のサブセルとの間に設けられた第４の化合物半導体層を含むグレーディングバッファ層と、を備え、第２の化合物半導体層の格子定数に対する第１の化合物半導体層の格子定数の格子不整合率は０．１％以上であり、第２の化合物半導体層の格子定数に対する第４の化合物半導体層の格子定数の格子不整合率は０．１％以上であって、第２のサブセルよりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな第１の層と第１の層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな第２の層との格子定数差比が０．３％以上である化合物半導体太陽電池である。
【００１５】
ここで、本発明の化合物半導体太陽電池において、化合物半導体太陽電池の変換効率が３０％以上である場合には、格子定数差比が０．３４％以上であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第４の化合物半導体層は、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＡｓからなることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第２の層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓからなることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の化合物半導体太陽電池において、第１のサブセルが、第２の層を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワレの発生を抑えることで信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図３】図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。
【図４】図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面図である。
【図５】第１の層と第２の層との格子定数差比と、ワレの発生の評価との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、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とする。
【００２２】
＜構成＞
図１に、本発明の化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面図を示す。図１に示す化合物半導体太陽電池においては、支持材料５２上に、金属層５０、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層４３（たとえば厚さ０．５μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層４２（たとえば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層４０（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３９（たとえば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。ここで、支持材料５２に、薄く柔軟性を有する材料を用いることによって、フレキシブルな薄膜型の化合物半導体太陽電池とすることができる。
【００２３】
ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１と、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層４０との接合体から第１のサブセル２０１が構成されている。
【００２４】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３９の格子定数およびｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層４０の格子定数は、それぞれ、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１の格子定数と同等程度とされる。
【００２５】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３９上には、ｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８（たとえば厚さ１μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層３７（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層３６（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.68Ｇａ0.32Ｐ層３５（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐ層３４（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐ層３３（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.58Ｇａ0.42Ｐ層３２（たとえば厚さ０．２５μｍ）およびｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層３１（たとえば厚さ０．２５μｍ）がこの順序で積層されている。
【００２６】
ここで、ｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層３７、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層３６、ｎ型Ｉｎ0.68Ｇａ0.32Ｐ層３５、ｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐ層３４、ｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐ層３３、ｎ型Ｉｎ0.58Ｇａ0.42Ｐ層３２およびｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層３１から、グレーディングバッファ層２０２が構成されている。
【００２７】
なお、グレーディングバッファ層２０２は、後述する第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３から、第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１に格子定数が近づくように格子定数を段階的に変化させた層である。
【００２８】
また、グレーディングバッファ層２０２上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２８（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２７（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２６（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層２５（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。
【００２９】
ここで、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２７とｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２６との接合体から、後述する第２のサブセル２０４と第１のサブセル２０１とを接続する回路素子である第１のトンネルダイオード２０３が構成されている。
【００３０】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２５上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層２４（たとえば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２２（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層２１（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順序で積層されている。
【００３１】
ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２２との接合体から第２のサブセル２０４が構成されている。
【００３２】
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層２１上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１９（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１８（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１７（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。
【００３３】
ここで、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１９とｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１８との接合体から、後述する第３のサブセル２０６と第２のサブセル２０４とを接続する回路素子である第２のトンネルダイオード２０５が構成されている。
【００３４】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１７上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１６（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１５（たとえば厚さ０．７μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１４（たとえば厚さ０．０５μｍ）およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１３（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。
【００３５】
ここで、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１５とｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１４との接合体から第３のサブセル２０６が構成されている。
【００３６】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１３上には、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２（たとえば厚さ０．５μｍ）および反射防止膜６１が形成され、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２上に電極層６２が形成されている。
【００３７】
図１に示す化合物半導体太陽電池においては、第３のサブセル２０６のｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１５のバンドギャップ＞第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３のバンドギャップ＞第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１のバンドギャップの関係が満たされている。
【００３８】
また、第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１のバンドギャップエネルギは０．９ｅＶ以上１．１ｅＶ以下であることが好ましい。この場合には、上記の第３のサブセル２０６、第２のサブセル２０４および第１のサブセル２０１からなる３接合構造の図１に示す化合物半導体太陽電池の理論変換効率が４５％以上となる傾向にある。
【００３９】
＜製造方法＞
以下、図２〜図４の模式的断面図を参照して、図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００４０】
まず、図２に示すように、ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐエッチング停止層１１、コンタクト層１２、窓層１３、エミッタ層１４、ベース層１５およびＢＳＦ層１６をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によってエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に、ＢＳＦ層１６上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１７、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１８、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０上に、窓層２１、エミッタ層２２、ベース層２３およびＢＳＦ層２４をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる。
【００４３】
次に、ＢＳＦ層２４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２５、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２６、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２７およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２８をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる。
【００４４】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２８上に、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層３１、ｎ型Ｉｎ0.58Ｇａ0.42Ｐ層３２、ｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐ層３３、ｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐ層３４、ｎ型Ｉｎ0.68Ｇａ0.32Ｐ層３５、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層３６、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層３７およびｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる。
【００４５】
次に、ｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８上に、窓層３９、エミッタ層４０、ベース層４１、ＢＳＦ層４２およびコンタクト層４３をこの順にたとえばＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる。
【００４６】
次に、図３に示すように、コンタクト層４３の表面上に、金属層５０を介して、支持材料５２を貼り付ける。ここで、図１に示す化合物半導体太陽電池をフレキシブルな薄膜型の化合物半導体太陽電池とするために、支持材料５２としては、柔軟性のある薄膜材料を用いることが好ましい。このような薄膜材料としては、たとえば厚さ１μｍ以上１００μｍ以下のポリイミドフィルムなどを用いることができる。
【００４７】
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１０１およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐエッチング停止層１１を酸水溶液を用いてエッチングにより除去し、コンタクト層１２の表面を露出させる。
【００４８】
その後、図１に示すように、コンタクト層１２の一部をエッチングして窓層１３の表面を露出させ、窓層１３の表面に反射防止膜６１を形成するとともに、コンタクト層１２の表面に電極層６２を形成する。以上により、図１に示す化合物半導体太陽電池が作製される。
【００４９】
＜作用効果＞
（i）図１に示す化合物半導体太陽電池においては、第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３の格子定数に対する第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１の格子定数の格子不整合率は０．１％以上である。
【００５０】
ここで、ベース層２３の格子定数ａ１に対するベース層４１の格子定数ａ２の格子不整合率は、以下の式（Ｉ）により算出される。なお、第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３の格子定数ａ１は、第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１の格子定数ａ２よりも大きくなっている。
【００５１】
格子不整合率（％）＝｛１００×（ａ１−ａ２）｝／（ａ１）  …（Ｉ）
（ii）また、第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３の格子定数に対するグレーディングバッファ層２０２を構成するそれぞれの層の格子定数の格子不整合率は０．１％以上である。
【００５２】
ここで、ベース層２３の格子定数ａ１に対するグレーディングバッファ層２０２を構成するいずれかの層の格子定数ａ３の格子不整合率は、以下の式（ＩＩ）により算出される。なお、第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３の格子定数ａ１は、グレーディングバッファ層２０２を構成するいずれか１層の格子定数ａ３よりも大きくなっている。
【００５３】
格子不整合率（％）＝｛１００×（ａ１−ａ３）｝／（ａ１）  …（ＩＩ）
（iii）さらに、第２のサブセル２０４よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな第１の層と、第１の層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな第２の層との格子定数差比は、０．３％以上である。図１に示す化合物半導体太陽電池において、第１の層はｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８に相当し、第２の層はベース層４１に相当する。
【００５４】
ここで、第１の層と第２の層との格子定数差比は、第１の層の格子定数をａ４とし、第２の層の格子定数をａ５としたとき、以下の式（ＩＩＩ）により算出される。
【００５５】
格子定数差比（％）＝｛１００×（ａ４−ａ５）｝／（ａ４）  …（ＩＩＩ）
図１に示す化合物半導体太陽電池においては、上記の（i）および（ii）のように、第２のサブセル２０４と第１のサブセル２０１との間、および第２のサブセル２０４とグレーディングバッファ層２０２との間にそれぞれ格子不整合が生じている場合であっても、上記の（iii）のように、第１の層と第２の層との格子定数差比を０．３％以上とすることによって、ワレの発生を抑えることができ、信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池とすることができる。
【００５６】
これは、上記の（iii）のように、第１の層と第２の層との格子定数差比を０．３％以上とすることによって、化合物半導体太陽電池の受光面を上としたときに、当該受光面が上に凸状またはフラットな形状になるためと推測される。すなわち、化合物半導体太陽電池の受光面が、下に凸状となるときには、サブセル間の格子不整合に起因する転位が、化合物半導体太陽電池のワレにまで進展することが多い。しかしながら、化合物半導体太陽電池の受光面が、上に凸状またはフラットな形状になる場合には、サブセル間の応力バランスがうまく調節され、転位がワレに進展するのを抑制できると考えられる。
【００５７】
化合物半導体太陽電池の変換効率が３０％以上である場合には、第１の層と第２の層との格子定数差比が０．３４％以上であることが好ましい。化合物半導体太陽電池の変換効率を３０％以上という高効率にした場合には、化合物半導体太陽電池内に応力が発生するが、第１の層と第２の層との格子定数差比を０．３４％以上とすることによって、サブセル間の応力バランスがうまく調節され、化合物半導体太陽電池のワレの発生をより効率的に抑えることができ、信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池とすることができる傾向が大きくなる。
【００５８】
なお、化合物半導体太陽電池の変換効率は、化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性を評価することにより算出することができる。
【００５９】
また、グレーディングバッファ層２０２を構成する化合物半導体層は、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＡｓからなることが好ましい。この場合には、第１のサブセル２０１から第２のサブセル２０４までの格子定数を段階的に変化させることができ、かつグレーディングバッファ層２０２における光の吸収を抑えることができる傾向にある。
【００６０】
また、第２の層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓからなることが好ましい。この場合には、第２の層の格子定数を第１の層の格子定数よりも小さくすることができる傾向にある。
【００６１】
また、第１のサブセル２０１が第２の層を含むことが好ましい。この場合には、化合物半導体太陽電池を構成する化合物半導体層の全層数を増やすことなく、第１の層と第２の層との格子定数差比が０．３４％以上である化合物半導体太陽電池を作製することができる傾向がある。
【実施例】
【００６２】
＜実施例１＞
まず、図２に示すように、直径１００ｍｍのＧａＡｓ基板１０１上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチング停止層１１、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２、厚さ０．０５μｍのｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１３、厚さ０．０５μｍのｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１４、厚さ０．７μｍのｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１５および厚さ０．０５μｍのｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１６をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６３】
次に、厚さ０．０５μｍのｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１６上に、厚さ０．０５μｍのｐ+型ＡｌＩｎＰ層１７、厚さ０．０２μｍのｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１８、厚さ０．０２μｍのｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１９および厚さ０．０５μｍのｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６４】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０上に、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層２１、厚さ０．０５μｍのｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２２、厚さ３μｍのｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３、および厚さ０．１μｍのｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層２４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６５】
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層２４上に、厚さ０．０５μｍのｐ+型ＡｌＩｎＰ層２５、厚さ０．０２μｍのｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２６、厚さ０．０２μｍのｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２７および厚さ０．０５μｍのｎ+型ＡｌＩｎＰ層２８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６６】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２８上に、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層３１、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.58Ｇａ0.42Ｐ層３２、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐ層３３、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐ層３４、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.68Ｇａ0.32Ｐ層３５、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層３６、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層３７、およびｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６７】
次に、ｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層３８上に、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層３９、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層４０、厚さ３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１、厚さ０．１μｍのｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層４２および厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層４３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６８】
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、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いた。
【００６９】
次に、図３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層４３の表面上に、Ａｕ／Ａｇの積層体からなる金属層５０を形成し、その後、ポリイミドからなる支持材料５２を貼り付けた。
【００７０】
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１０１をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチング停止層１１を酸水溶液にてエッチングした。
【００７１】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２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、コンタクト層１２の一部をアルカリ水溶液によりエッチングした。そして、図１に示すように、コンタクト層１２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、真空蒸着装置を用いて、ＡｕＧｅ（１２％）／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇの積層体からなる電極層６２を形成した。
【００７２】
次に、窓層１３の表面上に、真空蒸着法により、ＴｉＯ2膜およびＡｌ2Ｏ3膜の積層体を形成して反射防止膜６１を形成した。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１に示す構成を有する実施例１の化合物半導体太陽電池を得た。
【００７３】
ここで、実施例１では、ＭＯＣＶＤ装置に供給するガスの量を調整することによって、コンタクト層４３の組成のみを変更（コンタクト層４３のＩｎxＧａ1-xＡｓのＩｎ組成ｘを０．２７〜０．１５の間で変化）して、１ｃｍ角の化合物半導体太陽電池を複数作製した。
【００７４】
＜実施例２＞
実施例２では、グレーディングバッファ層２０２を構成するｎ型ＩｎＧａＰ層３１〜３８の組成と、ｎ型ＩｎＧａＰ層３９〜コンタクト層４３の組成とを変化させることで、ｎ型ＩｎＧａＰ層３８と、ｎ型ＩｎＧａＰ層３８よりも受光面と反対側にある層の格子定数差を変化させて、１ｃｍ角の化合物半導体太陽電池を複数作製した。
【００７５】
ここで、実施例２では、ＭＯＣＶＤ装置に供給するガスの量を調整することによって、ｎ型ＩｎxＧａ1-xＰ層３８のＩｎ組成ｘを０．７６〜０．８５の間で変化させ、グレーディングバッファ層２０２を構成する各層は、第２のサブセル２０４のｐ型ＧａＡｓからなるベース層２３から、第１のサブセル２０１のｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層４１に格子定数が近づくように格子定数を段階的に変化するようにして形成した。
【００７６】
また、実施例２では、ＭＯＣＶＤ装置に供給するガスの量を調整することによって、ｐ型ＩｎyＧａ1-yＡｓからなるベース層４１のＩｎ組成ｙを０．２４〜０．２９の間で変化させるとともに、ベース層４１とほぼ格子整合するように、ｎ型ＩｎＧａＰ層３９、エミッタ層４０、ＢＳＦ層４２およびコンタクト層４３をそれぞれ形成した。
【００７７】
上記以外は、実施例１と同様にして、１ｃｍ角の化合物半導体太陽電池を複数作製した。
【００７８】
＜ワレの発生の評価＞
実施例１および実施例２により作製された２５種類の化合物半導体太陽電池の最表面（反射防止膜６１、電極層６２）および最底面（支持材料５２）の表面状態を肉眼および金属顕微鏡で観察した。その結果を図５に示す。なお、図５における表面状態の評価Ａおよび評価Ｂは、それぞれ、以下の表面状態を表わしている。
Ａ…化合物半導体太陽電池にワレが発生していない。
Ｂ…化合物半導体太陽電池にワレが発生している。
【００７９】
また、図５における格子定数差比（％）は、下記の式（ＩＶ）により示される。
格子定数差比（％）＝（１００×（ａ６−ａ７））／（ａ６）…（ＩＶ）
上記の式（ＩＶ）において、ａ６は第２のサブセル２０４よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな層の格子定数を示し、ａ７は第２のサブセル２０４よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな層の格子定数を示している。
【００８０】
なお、格子定数ａ６と、格子定数ａ７とは、エピタキシャル成長直後でＡｕ／Ａｇの積層体からなる金属層５０を形成する前の状態において、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層４３側からＸ線を照射することによって、Ｘ線回折法によって求めた。
【００８１】
図５に示すように、第２のサブセル２０４よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな層と、その層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな層との格子定数差比が、０．３％未満の化合物半導体太陽電池にはワレが発生することが確認された。
【００８２】
また、図５に示すように、上記の格子定数差比が０．３％以上の化合物半導体太陽電池においては、ワレの発生が抑制できることが確認された。
【００８３】
これは、上記の格子定数差比が０．３％未満である場合には、化合物半導体太陽電池の受光面を上としたときに、受光面が下に凸状となり、サブセル間の格子不整合に起因する転位が化合物半導体太陽電池のワレにまで進展したと考えられる。
【００８４】
一方、上記の格子定数差比が０．３％以上である場合には、化合物半導体太陽電池の受光面を上としたときに、受光面が上に凸状またはフラットな形状となり、サブセル間の応力バランスがうまく調節され、転位がワレに進展するのを抑制できたと考えられる。
【００８５】
また、実施例１と実施例２の結果は、同様の傾向となったため、格子定数が最小の層は第１のサブセル２０１を構成する層だけに限定されないことも実証された。
【００８６】
以上の結果により、第２のサブセル２０４よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の大きな第１の層と、第１の層よりも太陽光入射面と反対側に配置された層の中で最も格子定数の小さな第２の層との格子定数差比が０．３％以上である場合には、第２のサブセル２０４と第１のサブセル２０１との間および第２のサブセル２０４とグレーディングバッファ層２０２との間にそれぞれ格子不整合が生じているときであっても、ワレの発生を抑えて、信頼性と外観に優れた化合物半導体太陽電池を作製できることが確認された。
【００８７】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および各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。
【００８８】
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】
【００８９】
本発明は、化合物半導体太陽電池に利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１１  エッチング停止層、１２  コンタクト層、１３  窓層、１４  エミッタ層、１５  ベース層、１６  ＢＳＦ層、１７  ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１８  ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、１９  ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、２０  ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、２１  窓層、２２  エミッタ層、２３  ベース層、２４  ＢＳＦ層、２５  ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、２６  ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、２７  ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、２８  ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、３１  ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層、３２  ｎ型Ｉｎ0.58Ｇａ0.42Ｐ層、３３  ｎ型Ｉｎ0.61Ｇａ0.39Ｐ層、３４  ｎ型Ｉｎ0.65Ｇａ0.35Ｐ層、３５  ｎ型Ｉｎ0.68Ｇａ0.32Ｐ層、３６  ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層、３７  ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層、３８  ｎ型Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ｐ層、３９  窓層、４０  エミッタ層、４１  ベース層、４２  ＢＳＦ層、４３  コンタクト層、５０  金属層、５２  支持材料、６１  反射防止膜、６２  電極層、１０１  ＧａＡｓ基板、２０１  第１のサブセル、２０２  グレーディングバッファ層、２０３  第１のトンネルダイオード、２０４  第２のサブセル、２０５  第２のトンネルダイオード、２０６  第３のサブセル。
【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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