(57)【要約】【課題】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池セルとＳｉを用いた太陽電池セルとの組み合わせによる２接合太陽電池が、Ａｓを含まずに構成できるようにする。【解決手段】まず、ｐ型のシリコン基板１０１、およびシリコン基板１０１の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン層１０２を備える第１太陽電池セル１２１を備える。また、Ａｓを含まずに構成されたｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１半導体層１０３、ＩｎＧａＰからなる障壁層１０４とＩｎＧａＰからなる量子井戸層１０５とを備える多重量子井戸構造１２２、およびＡｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２半導体層１０６からなる第２太陽電池セル１２３を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型のシリコン層およびｎ型のシリコン層から構成された第１太陽電池セルと、
Ａｓを含まずに構成されたｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１半導体層、ＩｎＧａＰからなる障壁層とＩｎＧａＰからなる量子井戸層とを備える多重量子井戸構造、およびＡｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２半導体層からなる第２太陽電池セルと、
前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとの間に配置された接合層と
を少なくとも備えることを特徴とする２接合太陽電池。
【請求項２】
請求項１記載の２接合太陽電池において、
前記量子井戸層のバンドギャップエネルギーは、１．６５ｅＶから１．８５ｅＶの範囲とされていることを特徴とする２接合太陽電池。
【請求項３】
請求項１または２記載の２接合太陽電池において、
前記量子井戸層は、ＧａＡｓに対して０．５〜２％の範囲の圧縮歪みを有することを特徴とする２接合太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の２接合太陽電池において、
前記障壁層は、ＧａＡｓに対して引っ張り歪みを有することを特徴とする２接合太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびシリコンを用いて作製される２接合太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
深刻なエネルギー問題を回避するために、二酸化炭素などの排出物がなく、クリーンなエネルギー源である太陽電池が注目されている。太陽電池は安全性も高いため、電力エネルギーのうち、太陽電池により発電させる比率を増加させることが求められている。このために、太陽電池の光電変換効率、すなわち太陽光から電気への変換効率を向上させる検討が進められている。
【０００３】
現在、商用化されている太陽電池のうち、発電量が最も多く、製造技術が進んでいるのがＳｉを用いた太陽電池である。しかしながら、Ｓｉを用いた１つのｐｎ接合だけで構成される太陽電池（単接合太陽電池）では、３０％を超える高い光電変換効率は得られない。これは、Ｓｉのバンドギャップが約１．１ｅＶと比較的小さいことに起因している。図１０は、地表における太陽光の分布を示した分布図である。太陽光のスペクトルは波長０．６μｍ（エネルギーに換算して２．０５ｅＶ）付近を中心に分布している。
【０００４】
これに対して、Ｓｉのバンドギャップは前述のように約１．１ｅＶであり、波長にして１．１μｍよりも短い波長の光を吸収できるため、太陽光のかなりの割合を吸収できる。しかしながら、Ｓｉで吸収される太陽光は、Ｓｉのバンドギャップよりも大きなエネルギーを持っているにも関わらず、Ｓｉ内で太陽光の光吸収により発生したキャリア（電子、正孔）は結晶内で熱などによりエネルギーを失うため、最終的にＳｉのバンドギャップに相当する電圧しか発生させることができない。このことが、前述のようにＳｉを用いた太陽電池で高い光電変換効率が得られない大きな要因である。
【０００５】
一方、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池は、３０％を超えるものが実現されており、衛星搭載用などとして実用化されている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池では、異なる材料からなる２個以上のｐｎ接合（太陽電池セル）を積層させた構造（多接合太陽電池）にすることにより、太陽光スペクトルのエネルギーに応じて多段に光吸収できるようになっている。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた多接合太陽電池では、Ｓｉよりもバンドギャップの大きな材料を用いることができ、光の持つエネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することが可能である。
【０００６】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池は、衛星搭載用としてだけではなく、地上用へ応用することも考えられている。地上用への応用では、発電量あたりの太陽電池モジュールの製造コストが問題となる。一般に、太陽電池は太陽光を集光させることにより、光電変換効率を向上させることができることが知られている。このために、この集光型の太陽電池では、使用する半導体の材料費を大きく低減させることができる。太陽電池の集光による光電変換効率の向上は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池の方が、Ｓｉを用いた太陽電池よりも大きいことが知られている。このために、集光型の太陽電池モジュールにすることで、発電量あたりの製造コストは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池でも、最終的にはＳｉを用いた太陽電池と同程度にできると考えられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】H. Wada et al. ,"Effects of heat treatment on bonding properties in InP-to-Si direct wafer bonding", Japanese Jourrnal of Applied Physics, Vol. 33, Part 1, No.9A, pp.4878-4879, 1994.
【非特許文献２】M. Howlader et al., "Characterization of the bonding strength and interface current of p-Si/n-InP wafers bonded by surface activated bonding method at room temperature", Jourrnal of Applied Physics, Vol.91, No.5, pp.3062-3066, 2002.
【非特許文献３】田辺  他、「ウェハ融着によるＡｌＧａＡｓ／Ｓｉ二接合太陽電池」，第７１回応用物理学会学術講演会（２０１０年、長崎大学），１５ｐ−ＮＣ−４．
【非特許文献４】S. Kurtz et al. , "Modeling of two-junction series-connected tandem solar cells using top-cell thickness as an adjustable parameter", Jourrnal of Applied Physics, Vol.68,  No.4, pp.1890-1895, 1990.
【非特許文献５】A. Bett et al., "III-V compounds for solar cell applications", Applied Physics A, Vol.69, pp.119-129, 1999.
【非特許文献６】D. Bushnell et al. , "Effect of well number on the performance of quantum-well solar cells", Jourrnal of Applied Physics, Vol.97, No.12, 124908, 2005.
【非特許文献７】N. Tansu et al. , "High-performance strain-compensated InGaAs-GaAsP-GaAs (l=1.17μm) quantum-well diode lasers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.13, No.3, pp.179-181, 2001.
【非特許文献８】H. Asai et al. , "Energy band-gap shift with elastic strain in GaxIn1-xP epitaxial layers on (001) GaAs substrates", Jourrnal of Applied Physics, Vol.54, No.4, pp.2052-2056, 1983.
【非特許文献９】C. Silfvenius et al. , "Design, growth and performance of different QW structures for improved 1300 nm InGaAsP lasers", Journal of Crystal Growth, Vol.195, pp.700-705, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、Ｓｉを用いた太陽電池では、多くの太陽光を吸収できるバンドギャップを持っているが、一方でＳｉのバンドギャップが小さいために光電変換効率を大きくすることが難しい。これに対し、前述したようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた多接合太陽電池では、バンドギャップが異なるセルを組み合わせることで高い光電変換効率が実現されている。
【０００９】
２接合太陽電池では、トップセルとボトムセルとをトンネル接合を介して小さな電気抵抗で直列に接続できるようにしている。２接合太陽電池では、トップセルの上部とボトムセルの下部に電極を設置した２端子型と、トップセルとボトムセルの各々の上下に電極を設置した４端子型がある。２端子型に比べて４端子型は作製工程が複雑で、製造コストも高くなる。このため、２接合太陽電池では２端子型が用いられることが多い。
【００１０】
図１１は、多接合太陽電池である２接合太陽電池の構造を模式的に示した断面図である。図１１は、２端子型の２接合太陽電池を示しており、ボトムセル１１０１と、トンネル接合１１０２を介してボトムセル１１０１の表面上に接合されたトップセル１１０３とを備える。トップセル１１０３の上には、光を効率よく入射させるための反射防止膜１１０４が形成されている。また、一部のトップセル１１０３の上には、コンタクト層１１０５を介して表面フィンガー電極１１０６が形成されている。一方、ボトムセル１１０１の裏面側には、裏面電極１１０７が形成されている。
【００１１】
現在までに検討されてきたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた２接合太陽電池において、ほとんどは、ボトムセルの光吸収層をＧａＡｓから構成している。３接合以上の多接合太陽電池では、ボトムセルとしてＧｅを用いた検討も進められているが、この場合もミドルセル用の材料としてはＧａＡｓ、あるいは少量のＩｎを含むＩｎＧａＡｓが用いられている。これまでに実現されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた多接合太陽電池では、構成するセルのいずれかにＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓなど、Ｖ族元素として主にＡｓを含む材料が光吸収層として用いられている。
【００１２】
電力エネルギーのうち太陽電池による比率を高めるのに際して、今後は光電変換効率の向上だけでなく、使用後の太陽電池の廃棄まで含めた安全性も考慮する必要がある。前述したようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池では、高い光電変換効率を得ることができるものの、環境負荷物質であるＡｓを主なＶ族元素とする材料が用いられている。
【００１３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池では、集光型にすることで太陽電池自体の面積を小さくすることができるが、この場合でも、発電量を大きくするためには１つのモジュールあたり１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさの太陽電池となる素子が必要である。これは、現在、実用化されている半導体レーザや電子デバイスなどとは桁違いの大きさである。このため、Ａｓを主なＶ族元素とする材料による太陽電池には、半導体レーザや電子デバイスなどとは比較できない量のＡｓが含まれることになる。
【００１４】
前述したように、太陽電池の廃棄まで含めた安全性を考慮し、環境負荷物質の拡散を防止するという観点から、Ａｓを含まない、あるいはＡｓの含有率が少ない材料から構成された太陽電池の実現が望まれる。しかしながら、前述したようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた多接合太陽電池では、複数含まれるセルのいずれかにＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓなど主なＶ族元素としてＡｓを含む材料が用いられている。
【００１５】
２接合太陽電池において、トップセル、ボトムセルのいずれにもＡｓを含まない材料を吸収層とする層構成としては、ボトムセルにＳｉを用い、トップセルにＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＩｎＡｌＰなどＡｓを含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いる構成が考えられる。従来、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とを組み合わせた半導体デバイスの実現は難しかったが、近年の半導体プロセス技術の進展により、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とを金属や誘電体などを介さず、直接接合することが可能になっている。
【００１６】
この接合の技術は、「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ」、「Ｗａｆｅｒ  Ｆｕｓｉｏｎ」などとも呼ばれるものであり、Ｓｉと様々なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とを直接接合することができる。直接接合の手法としては、まず、ウェハ表面にヒドロキシル基（−ＯＨで表され、水酸基とも呼ばれる）を付着させ、これを介して２つのウェハを吸着させた後、熱アニールして接着させる方法がある。また、Ａｒのプラズマにより、各々のウェハ表面を活性化させた後、真空中でウェハ同士を接着させる方法などがある。
【００１７】
いずれの方法でも、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面を電気的に接続することができ、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体間で通電できることが知られている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。このＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の直接接合技術は、太陽電池の作製においても有用であることが知られており、ＡｌＧａＡｓを用いたトップセルとＳｉを用いたボトムセルとの接着にも応用されている（非特許文献３を参照）。
【００１８】
この直接接合を用い、Ａｓを含まない２接合太陽電池を作製する方法について、図１２１２Ａ〜図１２Ｄを用いて説明する。  図１２Ａ〜図１２Ｄは、Ｓｉ太陽電池とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体太陽電池を直接接着することにより２接合太陽電池を作製する工程を説明するための説明図である。まず、図１２Ａに示すように、ボトムセルとなるＳｉ太陽電池セル１２０１を作製する。また、図１２Ｂに示すように、トップセルとなるＧａＡｓ基板１２０２の上に結晶成長させたＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる太陽電池セル１２０３を作製する。
【００１９】
次に、図１２Ｃに示すように、太陽電池セル１２０３とＳｉ太陽電池セル１２０１とを貼り合わせて接合する。次に、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を電気的に接続するために、必要に応じて加熱などの処理を行った後、例えば選択エッチングなどを用い、図１２Ｄに示すように、太陽電池セル１２０３よりＧａＡｓ基板１２０２を除去する。以上の工程により、２接合太陽電池を作製することができる。また、太陽電池セル１２０３を、Ａｓを含まずに構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体より構成すれば、砒素含まない状態で、２接合太陽電池が作製できる。
【００２０】
２接合太陽電池では、ボトムセルの光吸収層のバンドギャップとトップセルの光吸収層のバンドギャップとの組み合わせにより、光電変換効率が大きく変化することが知られている。バンドギャップの組み合わせによる光電変換効率の変化は、計算によって見積もることができる（例えば、非特許文献４、非特許文献５参照）。図１３は、計算により求めた２接合太陽電池におけるボトムセルとトップセルのバンドギャップによる光電変換効率の変化を示した特性図である。入射光としては、エアマス１．５ダイレクト（ＡＭ−１．５Ｄｉｒｅｃｔ、入射光強度７６８Ｗ／ｍ2）を５００倍に集光した場合を仮定している。
【００２１】
前述したようにボトムセルとなるＳｉのバンドギャップは約１．１ｅＶである。図１３より、Ｓｉをボトムセルに用いた場合、光電変換効率が最大となるトップセルのバンドギャップは１．６５ｅＶ付近であり、このバンドギャップを１．６５ｅＶから１．８５ｅＶの範囲に設定すれば、５００倍集光下で３６％以上の光電変換効率が得られることが分かる。計算で求められる光電変換効率の絶対値は、入射させる太陽光の強度の他、セルの光吸収層における吸収スペクトル、キャリア（電子と正孔）の移動度、ライフタイム、有効質量などの物性パラメータにより、大きく変化する。しかし、大きな光電変換効率が期待できるトップセルのバンドギャップの範囲は、これらの物性パラメータが変わっても大きく変化することはない。
【００２２】
前述した２接合太陽電池のＡｓを含まないトップセルとしては、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＩｎＡｌＰなどを用いた構造が考えられる。これらの材料は、ＧａＡｓと格子整合させることができ、ＧａＡｓ基板という高品質の基板を用いることができるために結晶成長も容易である。ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＩｎＡｌＰのなかで、最もバンドギャップの小さい材料はＩｎＧａＰであるが、ＩｎＧａＰをＧａＡｓに格子整合させた場合のバンドギャップは約１．９ｅＶである。一方、前述したようにＳｉをボトムセルとした２接合太陽電池で大きな光電変換効率を得るためには、トップセルとして１．８５ｅＶ以下のバンドギャップを持つ材料を用いる必要がある。ＧａＡｓ上に結晶成長させるＩｎＧａＰのバンドギャップを小さくする方法としては、以下の２つの方法がある。
【００２３】
１つの方法は、ＩｎＧａＰを構成するＩＩＩ族元素であるＩｎとＧａが規則的に配列するオーダリングという現象を用い、バンドギャップを小さくする方法である。このオーダリング現象は、ＩｎＧａＰの結晶成長条件を変えることで起こすことができる。しかしながら、ＩｎＧａＰのバンドギャップはオーダリングを用いても１．８５ｅＶ程度までしか小さくできず、これ以下にすることは困難である。
【００２４】
もう１つの方法は、ＩｎＧａＰに圧縮歪を加えることである。図１４は、ＧａＡｓ上に成長したＩｎＧａＰに関し、バンドギャップと格子歪の関係を計算により求めた特性図である。図１４において、横軸は、ＧａＡｓに対する格子歪が正（＋）の場合はＩｎＧａＰに圧縮歪が加わり、負（−）の場合は引っ張り歪が加わることを示している。図１４に示すように、ＩｎＧａＰに０．４％以上の圧縮歪を加えることで、バンドギャップを１．８５ｅＶより小さくできることが分かる。
【００２５】
しかしながら、圧縮歪が加わったＩｎＧａＰでは、圧縮歪が大きくなるに従い、膜厚を厚くすることが難しくなる。これは、膜厚の増加に伴ってＩｎＧａＰに加わる歪応力が蓄積され、この歪応力によってミスフィット転移による結晶欠陥が発生するためである。このミスフィット転移が発生しない最大の膜厚は、一般に臨界膜厚と呼ばれており、計算により見積もることができる。この臨界膜厚は、計算に用いるモデルより異なるものの、０．４％の圧縮歪が加わったＩｎＧａＰでは、大きく見積もっても１００ｎｍ以下である。
【００２６】
一方、Ｓｉをボトムセル、ＩｎＧａＰをトップセルとする２接合太陽電池において高い光電変換効率を得るためには、トップセルで発生する電流値と、Ｓｉボトムセルで発生する電流値とを一致させること、すなわち電流を整合させることが必要である。トップセルで発生する電流は、光吸収層の膜厚の増加に応じて増加するため、トップセルの光吸収層であるＩｎＧａＰの膜厚は、Ｓｉボトムセルと電流を整合させるために薄くても１００ｎｍ以上は必要である。
【００２７】
しかしながら、前述したように０．４％以上の圧縮歪が加わったＩｎＧａＰを、結晶欠陥を発生させることなく、１００ｎｍ以上もの膜厚まで結晶成長させることは困難である。このように、圧縮歪みを加えてＧａＡｓ基板の上に形成したＩｎＧａＰを用いる構成は、バンドギャップを小さくする上では有効であるが、実際の太陽電池には応用することができないという課題があった。
【００２８】
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、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池セルとＳｉを用いた太陽電池セルとの組み合わせによる２接合太陽電池が、Ａｓを含まずに構成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】
【００２９】
本発明に係る２接合太陽電池は、ｐ型のシリコン層およびｎ型のシリコン層から構成された第１太陽電池セルと、Ａｓを含まずに構成されたｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１半導体層、ＩｎＧａＰからなる障壁層とＩｎＧａＰからなる量子井戸層とを備える多重量子井戸構造、およびＡｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２半導体層からなる第２太陽電池セルと、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとの間に配置された接合層とを少なくとも備える。
【００３０】
上記２接合太陽電池において、量子井戸層のバンドギャップエネルギーは、１．６５ｅＶから１．８５ｅＶの範囲とされていればよい。また、量子井戸層は、ＧａＡｓに対して０．５〜２％の範囲の圧縮歪みを有する状態であればよい。また、障壁層は、ＧａＡｓに対して引っ張りり歪みを有するものであればよい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、ＩｎＧａＰからなる多重量子井戸構造を用いるようにしたので、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池セルとＳｉを用いた太陽電池セルとの組み合わせによる２接合太陽電池が、Ａｓを含まずに構成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における２接合太陽電池の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、量子井戸層１０５に加わる格子歪によるバンドギャップの変化を示した特性図である。
【図３】図３は、量子井戸層１０５に圧縮歪を、障壁層１０４に引っ張り歪を加えた歪補償量子井戸構造の、伝導帯のバンド不連続を模式的に示したバンド図である。
【図４】図４は、量子井戸層に加わる格子歪によるバンド不連続の変化を示した特性図である。
【図５】図５は、量子井戸層に加わる格子歪によるバンド不連続の変化を示した特性図である。
【図６】図６は、多重量子井戸における量子井戸層の数を変化させた場合の、ホトルミネセンス発光スペクトルを示している。
【図７】図７は、実効歪みが異なる多重量子井戸構造よりなる試料１と試料２の室温におけるホトルミネセンス発光スペクトルを示した特性図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３における２接合太陽電池の一部構成を示す構成図である。
【図９】図９は、実施の形態３における２接合太陽電池を構成する第２太陽電池セルの特性調査結果のために作製した太陽電池の構成を示す構成図である。
【図１０】図１０は、地表における太陽光の分布を示した分布図である。
【図１１】図１１は、多接合太陽電池である２接合太陽電池の構造を模式的に示した断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、Ｓｉ太陽電池とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体太陽電池を直接接着することにより２接合太陽電池を作製する工程を説明するための説明図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、Ｓｉ太陽電池とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体太陽電池を直接接着することにより２接合太陽電池を作製する工程を説明するための説明図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、Ｓｉ太陽電池とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体太陽電池を直接接着することにより２接合太陽電池を作製する工程を説明するための説明図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、Ｓｉ太陽電池とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体太陽電池を直接接着することにより２接合太陽電池を作製する工程を説明するための説明図である。
【図１３】図１３は、計算により求めた２接合太陽電池におけるボトムセルとトップセルのバンドギャップによる光電変換効率の変化を示した特性図である。
【図１４】図１４は、ＧａＡｓ上に成長したＧａＡｓ上に成長したＩｎＧａＰに関し、バンドギャップと格子歪の関係を計算により求めた特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における２接合太陽電池の構成を示す構成図である。図１では、断面を模式的に示している。この２接合太陽電池は、まず、ｐ型のシリコン基板（ｐ型のシリコン層）１０１、およびシリコン基板１０１の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン層１０２を備える第１太陽電池セル１２１を備える。各シリコン層は、所定の不純物をイオン注入などにより導入することで、各々の導電型が構成されている。
【００３５】
また、Ａｓを含まずに構成されたｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１半導体層１０３、ＩｎＧａＰからなる障壁層１０４とＩｎＧａＰからなる量子井戸層１０５とを備える多重量子井戸構造１２２、およびＡｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２半導体層１０６からなる第２太陽電池セル１２３を備える。
【００３６】
また、第１半導体層１０３の上に形成されたＡｓを含まずに構成されたｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１接合層１０７と、第１接合層１０７の上に形成されたＡｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２接合層１０８とを備える。第１接合層１０７および第２接合層１０８は、他の層に比較して、高濃度にｐ型およびｎ型の不純物が導入されており、公知のトンネル接合を形成している。
【００３７】
上述した構成において、ｎ型シリコン層１０２および第２接合層１０８が接合されて第１太陽電池セル１２１および第２太陽電池セル１２３が一体とされ、ｎ型シリコン層１０２の上に，第２接合層１０８，第１接合層１０７，第１半導体層１０３，多重量子井戸構造１２２，および第２半導体層１０６が、これらの順に積層して２接合太陽電池とされている。第１太陽電池セル１２１がボトムセルであり、第２太陽電池セル１２３がトップセルである。
【００３８】
ここで、量子井戸層１０５のバンドギャップエネルギーは、１．６５ｅＶから１．８５ｅＶの範囲とされていればよい。また、量子井戸層１０５は、ＧａＡｓに対して０．５〜２％の範囲の圧縮歪みを有し、障壁層１０４は、ＧａＡｓに対して引っ張り歪みを有しているとよい。
【００３９】
なお、一部の第２半導体層１０６の上には、Ａｓを含まずに構成されたｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコンタクト層１１２を介して電極１１３が形成され、また、シリコン基板１０１の裏面にも電極１１４が形成されている。また、太陽光の入射部となる電極１１３が形成されていない第２半導体層１０６の上には、反射防止膜１１１が形成されている。
【００４０】
上述したように、実施の形態１では、ＩｎＧａＰよりなる多重量子井戸構造１２２を用いることで、ＧａＡｓ上に形成したバルクのＩｎＧａＰ層では実現が困難な１．６５ｅＶから１．８５ｅＶのバンドギャップを実現したところに特徴がある。
【００４１】
以下、ＩｎＧａＰを井戸層とする歪多重量子井戸構造において、１．６５ｅＶ〜１．８５ｅＶの範囲のバンドギャップを実現できることについて説明する。以下では、上述した第２太陽電池セル１２３の製造方法例の説明と共に上述した点について説明する。
【００４２】
まず、ＧａＡｓ基板の上に、ＧａＡｓに格子整合するｎ−ＩｎＧａＰ（またはｐ−ＩｎＧａＰ）からなる第２半導体層１０６、障壁層１０４および量子井戸層１０５からなる多重量子井戸構造１２２、ｐ−ＩｎＧａＰ（またはｎ−ＩｎＧａＰ）からなる第１半導体層１０３を、結晶成長させた太陽電池（第２太陽電池セル）を作製する。これらは、公知の有機金属分子線エピタキシー法により作製できる。
【００４３】
上述した太陽電池について、計算により量子井戸層１０５のバンドギャップを見積もった。図２は、量子井戸層１０５の層厚が５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍの３つの場合について、量子井戸層１０５に加わる格子歪によるバンドギャップの変化を示した特性図である。図２中の数字が、量子井戸層１０５の層厚を示している。なお、量子井戸層１０５のバンドギャップとは、量子サイズ効果により量子化された電子と正孔（重い正孔）の各々の第１準位間のエネルギーを意味している。また、障壁層１０４の層厚は１２ｎｍとし、格子歪は多重量子井戸構造１２２の全体で下記の式（１）で表される実効歪εが０になるようにしてある。
【００４４】
【数１】
2013172072.tif 000003
【００４５】
ここで、εwは量子井戸層１０５の格子歪み、εbは障壁層１０４の格子歪み、Ｌwは量子井戸層１０５の層厚、Ｌbは、障壁層１０４の層厚である。実効歪は、量子井戸層１０５と障壁層１０４とからなる多重量子井戸構造１２２の１周期あたりの格子歪を示している。この実効歪が０％であれば、ミスフィット転移を発生させることなく、自由に量子井戸層１０５の数を増やすことができる。図２に示すように、量子井戸層１０５の層厚が５ｎｍの場合に０．８％の圧縮歪を加えることで、量子井戸層１０５のバンドギャップを１．８５ｅＶ以下にすることができることが分かる。また、量子井戸層１０５の圧縮歪が０．８％で一定でも、量子井戸層１０５の層厚を５ｎｍ，７ｎｍ，９ｎｍと増加させることで、バンドギャップは１．８ｅＶ近くまで小さくできる。
【００４６】
さらに、図２に示すように、量子井戸層１０５に加わる圧縮歪を大きくすることで、バンドギャップを急激に小さくできることが分かる。量子井戸層１０５に加えることのできる圧縮歪の上限は、結晶成長条件に依存するために厳密な値を規定することは困難であるが、ＧａＡｓ上の歪量子井戸構造では、圧縮歪が２．５％の量子井戸層１０５を持つ構造もレーザに応用されており、量子井戸層１０５の圧縮歪が２％程度であれば成長することが可能である（例えば、非特許文献７参照）。この場合、バンドギャップは１．７ｅＶ近くまで小さくすることができる。
【００４７】
図２に示す関係は、式（１）で示される実効歪を０％にするために、障壁層１０４に大きな引っ張り歪を加えた場合の結果であるが、後述するように、実際に障壁層１０４に加える引っ張り歪はより小さくても良い。障壁層１０４の引っ張り歪を小さくすることで、量子井戸層１０５に加える圧縮歪が同じでも、量子井戸層１０５のバンドギャップは図２の場合より小さくできる。この結果として、量子井戸層１０５のバンドギャップを１．６５ｅＶまで小さくすることが可能である。
【００４８】
以上、説明したように圧縮歪のＩｎＧａＰを量子井戸層１０５、引っ張り歪のＩｎＧａＰを障壁層１０４とする多重量子井戸構造１２２を用いれば、高い光電変換効率の太陽電池を得るために必要となる１．６５ｅＶ以上１．８５ｅＶ以下のバンドギャップを持ち、Ａｓを含まない構造をＧａＡｓ上に作製することができる。
【００４９】
これまで、ＩｎＧａＰを量子井戸層とする多重量子井戸構造は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の読み取りなどに用いられるレーザ用の活性層としては検討されてきたが、太陽電池に応用するという発想はなかった。また、ＤＶＤのレーザ用の活性層に用いられるＩｎＧａＰを量子井戸層とする多重量子井戸構造は、障壁層がＩｎＧａＡｌＰであり、ＩｎＧａＰを障壁層として用いることはなく、本発明における量子井戸層および障壁層のいずれもがＩｎＧａＰという量子井戸構造自体が検討されることはなかった。
【００５０】
これは、レーザ用の活性層に用いられる障壁層は、電子を量子井戸層に効率よく閉じ込めるために、バンドギャップが量子井戸層よりも十分に大きい必要があるが、量子井戸層も障壁層もＩｎＧａＰを用いた構造では、量子井戸層における電子の閉じ込めが小さく、レーザの活性層には適さないためである。
【００５１】
一方、太陽電池では、光吸収により発生したキャリア（電子、正孔）を効率よく量子井戸層から引き抜く必要があり、バンドギャップの大きな障壁層は、量子井戸層からのキャリアの引き抜きを困難にする。本発明では、障壁層にＩｎＧａＡｌＰに比べてバンドギャップが小さいＩｎＧａＰを用いることにより、量子井戸層へのキャリアの閉じ込めを小さくし、太陽光の光励起により量子井戸層で発生したキャリアを、効率的に引き抜くことを容易にしてる。キャリアの閉じ込めが小さいということは、量子井戸構造において伝導帯ならびに価電子帯のバンド不連続が小さいことを意味している。次に、この量子井戸構造におけるバンド不連続について説明する。
【００５２】
格子歪が加わった半導体層では、伝導帯および価電子帯のバンド構造の変化を考慮する必要がある。特に、価電子帯では、格子歪により重い正孔と軽い正孔で、各々のバンドの頂上のエネルギーが分裂するために注意が必要である（非特許文献８を参照）。図３は、量子井戸層１０５に圧縮歪を、障壁層１０４に引っ張り歪を加えた歪補償量子井戸構造の、伝導帯のバンド不連続３０１，価電子帯（重い正孔）のバンド不連続３０２，価電子帯（軽い正孔）のバンド不連続３０３を模式的に示したバンド図である。圧縮歪が加わった量子井戸層１０５において、価電子帯における重い正孔のバンドの頂上のエネルギーは、軽い正孔よりも大きくなる。逆に、引っ張り歪が加わった障壁層１０４では、軽い正孔のバンド重畳のエネルギーは、重い正孔よりも大きくなる。図３は、この格子歪によるバンド構造の変化を考慮したものである。
【００５３】
図４は、層厚が７ｎｍのＩｎＧａＰからなる量子井戸層と、引っ張り歪を加えた層厚１２ｎｍのＩｎＧａＰからなる障壁層を用い、実効歪が０％になるようにした歪補償量子井戸構造において、量子井戸層に加わる格子歪によるバンド不連続の変化を示した特性図である。図４に示すように、伝導帯と価電子帯のバンド不連続はどちらも、量子井戸層の圧縮歪が１％の場合で１００ｍｅＶ以下、この圧縮歪が２％でも２００ｍｅＶ以下であることが分かる。
【００５４】
量子井戸構造において、キャリアの移動が可能なバンド不連続の上限は、井戸数や物性パラメータに大きく依存するため、数値的な限定は困難である。量子井戸構造に内部電界が加わらないレーザ構造では、バンド不連続が１３０ｍｅＶ程度であれば、量子井戸間でのキャリアの移動が容易であり、この結果としてレーザ特性が劣化しないことが知られている（非特許文献９参照）。一方、太陽電池では、レーザ構造よりもキャリアの移動が容易である。これは、太陽電池は、図１を用いて説明したように、アンドープの多重量子井戸構造１２２を、ｐ型の第１半導体層１０３とｎ型の第２半導体層１０６とで挟んだＰＩＮ構造であり、多重量子井戸構造１２２に電界が加わるためである。このため、太陽電池では、レーザの場合よりも大きな２００ｍｅＶ程度のバンド不連続であっても、キャリアを引き抜くことが可能と考えられる。
【００５５】
図４は、障壁層に引っ張り歪を加えて実効歪を０％にした歪補償量子井戸におけるバンド不連続を示しているが、障壁層をＧａＡｓに格子整合した組成の層（Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ）から構成すれば、さらにこのバンド不連続を小さくすることができる。図５は、障壁層にＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＰを用いた場合における、量子井戸層に加わる格子歪によるバンド不連続の変化を示した特性図である。この場合、量子井戸層の圧縮歪が２％であっても、バンド不連続は１２０ｍｅＶであり、歪補償構造よりもさらに容易にキャリアを移動させることができる。
【００５６】
後述するように、実際の多重量子井戸構造では、実効歪を０％にする必要はなく、障壁層を格子整合に近づけることもできるため、図５で示されるようなバンド不連続に近づけることも可能である。なお、ＩｎＧａＰ量子井戸層とＩｎＧａＰ障壁層の歪量は、各々の層におけるＩｎとＧａの組成比を変えることで容易に調整可能であり、結晶成長時において原料供給量を調整することで容易に制御することができる。
【００５７】
次に、図１を用いて説明した実施の形態１における２接合太陽電池で用いる量子井戸構造を実際に作製し、作製した量子井戸構造のバンドギャップを確認した結果について説明する。結晶成長には、ＩＩＩ族原料ガスにトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｖ族原料にホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）を用いた有機金属分子線エピタキシー法を用いる。
【００５８】
量子井戸構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、層厚０．２μｍのｎ−ＧａＡｓおよび層厚０．３μｍのｎ−ＩｎＧａＰを成長させ、引き続きＩｎＧａＰ障壁層とＩｎＧａＰ量子井戸層からなる多重量子井戸構造を成長させ、最後に層厚０．０５μｍのｐ−ＩｎＧａＰを成長温度５１０℃で成長することで作製する。量子井戸層は、圧縮歪が１．１％、層厚が７．５ｎｍのＩｎＧａＰであり、障壁層は引っ張り歪が０．６％、層厚が１２．５ｎｍのＩｎＧａＰである。
【００５９】
この場合、式（１）で示される実効歪は＋０．０４％であり、０％ではない。図６は、多重量子井戸における量子井戸層の数を６，１０，２０（多重量子井戸構造の層厚は、各々約０．１３μｍ、０．２１μｍ、０．４１μｍ）と変化させた場合の、ホトルミネセンス発光スペクトルを示している。測定は、波長５３２ｎｍのレーザを用い、室温（２３℃程度）にて行った。なお、このホトルミネセンス発光スペクトルで、発光ピークがＩｎＧａＰ量子井戸層のバンドギャップに対応している。
【００６０】
図６に示すように、いずれの多重量子井戸構造でも、１．７６ｅＶのバンドギャップが得られることが分かる。一方、発光ピークの強度は、量子井戸層の数に応じて大きくなる。これは、実効歪が完全に０％でなくても、結晶欠陥の発生を抑制しつつ、量子井戸層の数を増加できることを示している。この多重量子井戸構造を用いた第２太陽電池セルで、シリコを用いた第１太陽電池セルと電流を整合させるために必要となる第２太陽電池セル全体の層厚は、０．５〜１μｍ程度と見積もられる。この第２太陽電池セル全体の層厚は、多重量子井戸構造と、上下の第１半導体層，第２半導体層との合計値とほぼ一致する。
【００６１】
上述した例では、上下の第１半導体層，第２半導体層の層厚の合計が０．３５μｍ、量子井戸構造の１周期あたりの層厚が２０ｎｍであるため、量子井戸層の数が６から２０の場合でトップセル全体の層厚は０．５〜０．８μｍとなる。このように、上述した多重量子井戸構造は、本発明における２接合太陽電池の第２太陽電池セルの吸収層に応用可能な構造である。
【００６２】
なお、上述では、多重量子井戸構造などの作製方法として有機金属分子線エピタキシー法を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。適用可能な成長技術は、各化合物半導体層が形成できればよく、有機金属気相エピタキシー法、ガスソース分子線エピタキシー法、分子線エピタキシー法などの技術であってもよいことは言うまでもない。
【００６３】
また、上述では、トンネル接合として高濃度にｐ型不純物を導入したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、高濃度にｎ型不純物を導入したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成しか構造を例示したが、これに限るものではない。例えば、非特許文献３に示されているように、効能のにｎ型不純物を導入したシリコン層と、高濃度にｐ型不純物を導入したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを直接接合させてトンネル接合を形成し、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとを組み合わせるようにしてもよい。
【００６４】
また、非特許文献４に示されているように、ｐ型層とｎ型層との積層順を逆にし、高濃度にｎ型不純物を導入したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、高濃度のｐ型不純物を導入したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を積層させてトンネル接合を形成してもよい。第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとの間に上述したようなトンネル接合を構成する接合層を設けて接合すればよく、この接合には、当分野において通常の知識を有するものにより、多くの変形および組み合わせが実施可能である。
【００６５】
［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。上述した実施の形態１では、主に、実効歪が＋０．０４％の多重量子井戸構造を用いた場合について例示したが、量子井戸層の数が２０程度であれば、実効歪は０％からさらに離れていても良く、この場合、障壁層に加える引っ張り歪をさらに小さくできる。この好適な例を以下に示す。
【００６６】
量子井戸層の数が２０であり、実効歪が＋０．２４％の多重量子井戸構造試料１と、量子井戸層の数が２０であり、実効歪が＋０．１４％の多重量子井戸構造試料２を各々作製し、ホトルミネセンス発光スペクトルを比較する。各多重量子井戸構造試料の作製には、前述同様に、有機金属分子線エピタキシー法を用いる。試料１では引っ張り歪０．３５％で層厚１３ｎｍのＩｎＧａＰから障壁層を構成する。また、試料２では引っ張り歪０．４４％で層厚１３ｎｍのＩｎＧａＰから障壁層を構成する。
【００６７】
試料１，試料２では、前述した実施の形態１における場合と発光ピークを一致させるために、ＩｎＧａＰからなる量子井戸層の圧縮歪と層厚は、各々、試料１で１．４％と７ｎｍに、試料２で１．２％と７．５ｎｍにしている。
【００６８】
図７は、上述したように作製した実効歪みが異なる多重量子井戸構造よりなる試料１と試料２の室温におけるホトルミネセンス発光スペクトルを示した特性図である。２つの試料で、発光ピークの強度に大きな差異は認められない。このように、ＩｎＧａＰを用いた多重量子井戸構造では、障壁層の引っ張り歪が小さく、量子井戸構造における実効歪が０％よりも大きな条件であっても、結晶欠陥が起因する発光強度の低下を抑制することが可能である。このことから、障壁層は、量子井戸層とは反対方向の歪、すなわち引っ張り歪が加わっていることが求められるが、障壁層における引っ張り歪みの大きさは量子井戸層の圧縮歪や量子井戸層の数に応じて、適宜、決定することができるパラメータであることが分かる。
【００６９】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態３における２接合太陽電池の一部構成を示す構成図である。図８では、第２太陽電池セルの製造途中における構成を模式的な断面図で示している。
【００７０】
この第２太陽電池セルは、まず、ｎ型のＧａＡｓからなる基板８０１の上に、ｎ型のＧａＡｓからなる層厚０．２μｍのバッファ層８０２，ｎ型のＩｎＧａＰからなるコンタクト層８０３，ｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなる層厚０．０３μｍの電界層８０４，ｎ型のＩｎＧａＰからなる層厚０．４μｍの第２半導体層８０５が積層されている。また、第２半導体層８０５の上には、ＩｎＧａＰからなる障壁層とＩｎＧａＰからなる量子井戸層とを備える多重量子井戸構造８０６が形成されている。多重量子井戸構造８０６は、圧縮歪が１．５％のＩｎＧａＰからなる層厚が６ｎｍの量子井戸層と、引っ張り歪が０．３％のＩｎＧａＰからなる層厚が１３ｎｍの障壁層とから構成され、量子井戸層の数は１２とされている。また、量子井戸層のバンドギャップは、１．７５ｅＶである。
【００７１】
また、多重量子井戸構造８０６の上には、ｐ型のＩｎＧａＰからなる層厚０．０５μｍの第１半導体層８０７が形成され、第１半導体層８０７の上には、ｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなる層厚０．０３μｍの電界層８０８が形成されている。なお、電界層８０４は、キャリアである電子が、多重量子井戸構造８０６の側より電界層８０４の側へ拡散することを抑制するために形成している。また、電界層８０８は、キャリアである正孔が、多重量子井戸構造８０６の側より電界層８０８の側へ拡散することを抑制するために形成している。また、電界層８０８の上には、ｐ+型のＩｎＧａＰからなる第１接合層８０９、およびｎ+型のＩｎＧａＰからなる第２接合層８１０が形成されている。第２接合層８１０に、Ｓｉより構成した第１太陽電池セルのｎ型シリコン層を直接接合により接合させ、基板８０１およびバッファ層８０２を除去すれば、２接合太陽電池が形成できる。
【００７２】
ここで、上述した第２太陽電池セルの特性調査結果について説明する。この調査では、図９に層構造を示す太陽電池を作製した。まず、ｎ型のＧａＡｓからなる基板９０１の上に、ｎ型のＧａＡｓからなる層厚０．２μｍのバッファ層９０２，ｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなる層厚０．０３μｍの電界層９０３，ｎ型のＩｎＧａＰからなる層厚０．４μｍの第２半導体層９０４が積層されている。また、第２半導体層９０４の上には、ＩｎＧａＰからなる障壁層とＩｎＧａＰからなる量子井戸層とを備える多重量子井戸構造９０５が形成されている。多重量子井戸構造９０５は、圧縮歪が１．５％のＩｎＧａＰからなる層厚が６ｎｍの量子井戸層と、引っ張り歪が０．３％のＩｎＧａＰからなる層厚が１３ｎｍの障壁層とから構成し、量子井戸層の数は１２とする。また、量子井戸層のバンドギャップは、１．７５ｅＶである。
【００７３】
また、多重量子井戸構造９０５の上には、ｐ型のＩｎＧａＰからなる層厚０．０５μｍの第１半導体層９０６が形成され、第１半導体層９０６の上には、ｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなる層厚０．０３μｍの電界層９０７が形成されている。また、電界層９０７の上には、ｐ型のＩｎＡｌＰからなる層厚０．０３μｍの窓層９０８が形成されている。また、一部の窓層９０８の上には、ｐ型のＩｎＧａＰからなるコンタクト層９０９を介して表面フィンガー電極９１０が形成されている。一方、基板９０１の裏面には、裏面電極９１１が形成されている。また、窓層９０８の電極形成領域以外には、反射防止膜９１２が形成されている。
【００７４】
各半導体層は、ＩＩＩ族原料にＩｎ，Ｇａ，Ａｌ、Ｖ族原料にホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）を用いたガスソース分子線エピタキシー法により、エピタキシャル成長することで形成する。成長温度は、５３０℃である。また、コンタクト層９０９は、公知のリソグラフィー技術により作製したレジストパターンをマスクとし、ＢＢｒ3を用いたドライエッチングによる選択的なエッチングで、一部を残すように除去することで形成する。この残したコンタクト層９０９の上に、蒸着により金属膜を形成し、熱処理することで、表面フィンガー電極９１０が形成できる。また、裏面電極９１１は、基板９０１の裏面に蒸着により金属膜を形成し、熱処理することで形成できる。なお、反射防止膜９１２の形成側が、太陽光の入射側である。
【００７５】
上述した太陽電池を、エアマス１．５グローバル（ＡＭ−１．５Ｇｌｏｂａｌ、入射光強度１０００Ｗ／ｍ2）、非集光の条件下で電流電圧特性を測定する。この場合、解放電圧は１．３２Ｖ、短絡電流密度は１１．５ｍＡ／ｃｍ2、フィルファクターは０．７８であり、光電変換効率は１１．８％である。多重量子井戸構造を用いないＩｎＧａＰのＰＮ接合のみを光吸収層とする太陽電池では、解放電圧は１．３７Ｖ、短絡電流密度は９．２ｍＡ／ｃｍ2、フィルファクターは０．８３であり、光電変換効率は１０．５％である。多重量子井戸構造を用いる太陽電池では、ＩｎＧａＰのＰＮ接合のみを光吸収層とする太陽電池よりもバンドギャップが小さい。多重量子井戸構造を用いる太陽電池の方が光電変換効率が高いのは、ＩｎＧａＰでは吸収できないエネルギーの小さい光を、多重量子井戸構造で吸収できるためである。
【００７６】
なお、多重量子井戸構造を用いる太陽電池の短絡電流密度は、量子井戸層を増加することで増加させることができる。このため、量子井戸層の数は上述した数に限定されるものでなく、２接合太陽電池のトップセルに用いる際にＳｉボトムセルと電流が整合するように増減させれば良い。
【００７７】
以上に説明したように、本発明では、ＩｎＧａＰを用いた多重量子井戸構造を用いるようにしたので、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池セルとＳｉを用いた太陽電池セルとの組み合わせによる２接合太陽電池が、Ａｓを含まずに構成できるようになる。本発明は、太陽光を効率的に光から電気へと変換し、さらに環境負荷物質の含有も少ない太陽電池として好適なものである。これにより、現在求められる電力エネルギーのうち、太陽電池により発電させる比率を増加させるという社会的な要求に応えることが可能になる。
【００７８】
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、第２接合層１０８とｎ型シリコン層１０２との間に、第２接合層１０８より薄いｎ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が設けられていてもよい。また、第１太陽電池セルは、ｐ型のシリコン層およびｎ型のシリコン層から構成されていればよく、ｎ型のシリコン基板の上にｐ型のシリコン層を備える構成としてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１０１…シリコン基板（ｐ型のシリコン層）、１０２…ｎ型シリコン層、１０３…第１半導体層、１０４…障壁層、１０５…量子井戸層、１０６…第２半導体層、１０７…第１接合層、１０８…第２接合層、１１１…反射防止膜、１１２…コンタクト層、１１３…電極、１１４…電極。
【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１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１４】
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【図１０】
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【図１３】
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