(57)【要約】【課題】  高効率化を図った化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法を提供すること。【解決手段】  化合物半導体太陽電池は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される吸収層と、光の入射方向において前記吸収層の入射側に配設され、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐで作製され、前記吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記吸収層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層とを有する第１光電変換セルを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で構成される吸収層と、
光の入射方向において前記吸収層の入射側に配設され、前記吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記吸収層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌｘ１Ｉｎ1-ｘ１Ｐ（０＜ｘ１≦１）で構成されるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層と
を有する第１光電変換セルを含む、化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層は、Ａｌｘ１Ｉｎ1-ｘ１Ｐ（０．５＜ｘ１≦１）層である、請求項１記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層の光入射側の一部に配設される、Ｇａ１−ｘ２Ｉｎｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜１）で構成されるコンタクト層をさらに含む、請求項１又は２記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層と前記コンタクト層との間に配設され、前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層のバンドギャップ以下で、前記コンタクト層のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する、（Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３）ｙ３Ｉｎ１−ｙ３Ａｓ（０＜ｘ３＜１、０＜ｙ３≦１）で構成される第１の中間層をさらに含む、請求項３記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記吸収層は、（Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４）ｙ４Ｉｎ１−ｙ４Ｐ（０≦ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１）層である、請求項１乃至４のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層と、前記吸収層との間に配設され、前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層のバンドギャップ以下で、前記吸収層のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する、（Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５）ｙ５Ｉｎ１−ｙ５Ｐ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１）[0]で構成される第２の中間層をさらに含む、請求項５記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記第２の中間層は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する材料である、請求項６記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項８】
前記第２の中間層は、前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層と、ＧａＡｓ又はＧｅとの間の格子定数を有する材料である、請求項６記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項９】
前記光の入射方向において前記第１光電変換セルよりも奥側に配設され、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される１又は複数の第２光電変換セルと
を含む、請求項１乃至８のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１０】
前記１又は複数の第２光電変換セルの前記光の入射方向における奥側に形成される第１接合層と、
化合物半導体基板と、
第３化合物半導体材料で作製され、前記化合物半導体基板に積層される、１又は複数の第３光電変換セルと、
前記１又は複数の第３光電変換セルに積層される第２接合層と、
をさらに含み、
前記第１接合層の前記第２光電変換セルに接続される面とは反対側の面と、前記第２接合層の前記第３光電変換セルに接続される面とは反対側の面とが接合される、請求項１乃至９のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１１】
光電変換セルを含む化合物半導体太陽電池の製造方法であって、
ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する化合物半導体材料で吸収層を作製する工程と、
光の入射方向において前記吸収層の入射側に、Ａｌｘ１Ｉｎ1-ｘ１Ｐ（０＜ｘ１≦１）で構成されるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層を作製する工程と
を含み、
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層は、前記吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記吸収層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、化合物半導体太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
化合物半導体で構成される第１基板に、Ａｌｘ１Ｉｎ1-ｘ１Ｐ（０＜ｘ１≦１）で構成されるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層と、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される吸収層とをこの順に積層することにより、第１光電変換セルを作製する工程と、
前記第１光電変換セルに、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される１又は複数の第２光電変換セルを積層する工程と、
前記第２光電変換セルに、第１接合層を積層する工程と、
化合物半導体で構成される第２基板に、第３化合物半導体材料で作製される１又は複数の第３光電変換セルを積層する工程と、
前記１又は複数の第３光電変換セルに、第２接合層を積層する工程と、
前記第１接合層の前記第２光電変換セルに接続される面とは反対側の面と、前記第２接合層の前記第３光電変換セルに接続される面とは反対側の面とを接合する工程と、
前記第１基板を除去する工程と
を含み、
前記Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層は、前記吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記吸収層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、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、化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池がある（例えば、特許文献１の図１２参照）。この太陽電池はボトム、ミドル、トップの３接合セルで形成されており、トップセルのｎ−ＡｌＩｎＰ窓層上にはｎ−ＧａＡｓコンタクト層が櫛型状に形成される。櫛型状に形成するのは、ｎ−ＧａＡｓのバンドギャップが小さく近赤外より波長の短い光が透過しないため、光を透過させる領域のｎ−ＧａＡｓコンタクト層は除去する必要があるからである。
【０００３】
また、従来より、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から形成されると共に、太陽スペクトルの所定の波長を吸収するよう構成された少なくとも１つのセルユニットと、前記太陽電池装置の上面における光発生キャリアの再結合を防止するために前記セルユニットの上に設けられた酸化された窓層とを含む、太陽電池装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１記載の太陽電池では、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層を櫛型状に形成しても、ｎ−ＡｌＩｎＰ窓層のバンドギャップに対応する波長よりも短い波長の光の吸収が生じており、高効率化が十分に図れていないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２記載の太陽電池装置では、太陽電池表面の窓層が不動態化されているため、効率よく光発生キャリアを電極から回収することができず、高効率化が十分に図れていないという問題がある。
【０００６】
以上のように、従来の化合物半導体製の太陽電池は、高効率化が十分に行われていない。
【０００７】
そこで、本発明は、高効率化を図った化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法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】
【０００８】
本発明の実施の形態の一観点の化合物半導体太陽電池は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される吸収層と、光の入射方向において前記吸収層の入射側に配設され、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐで作製され、前記吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有し、前記吸収層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ窓層とを有する第１光電変換セルを含む。
【発明の効果】
【０００９】
高効率化を図った化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００を示す断面図である。
【図２】実施の形態２の化合物半導体太陽電池２００を示す断面図である。
【図３】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【図５】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【図６】実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００を示す断面図である。
【図７】実施の形態４の第１変形例による化合物半導体太陽電池４００Ａを示す図である。
【図８】実施の形態４の第２変形例の化合物半導体太陽電池４００Ｂを示す図である。
【図９】実施の形態４の第３変形例の化合物半導体太陽電池４００Ｃを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法を適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
化合物半導体は材料組成によりバンドギャップエネルギーや格子定数が異なるので、太陽光の波長範囲を分担してエネルギー変換効率を高くする多接合型太陽電池が作製されている。
【００１３】
現在、ＧａＡｓとほぼ同じ格子定数であるＧｅ基板上に、格子整合材料を用いたＧｅセル／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓセル／ＧａＩｎＰセルを含む３接合太陽電池（各セルのバンドギャップ：１．８８ｅＶ／１．４０ｅＶ／０．６７ｅＶ）がある。
【００１４】
化合物半導体太陽電池は、Ｓｉ系太陽電池に比べて効率は２倍程度高いが、基板が高価、基板サイズが小さいなどの理由で、Ｓｉ系太陽電池よりも桁違いに高価である。このため、化合物半導体太陽電池は、人工衛星等のような宇宙用等の特殊用途で用いられてきた。
【００１５】
最近では安いプラスチックレンズと小さな太陽電池セルを組み合わせる集光型とすることで通常の平板型に比べて高価な化合物半導体の量を減らせるので、低コスト化を実現でき、地上用（地上での一般用途用）として実用化されている。
【００１６】
太陽電池はできるだけ広い面積で受光してキャリアを発生することが好ましい。電極の下部は光が入らないのでロスとなるためである。しかし、そのキャリアを回収する必要があり、太陽電池表面に最低限の電極が設けられている。また発生キャリアを電極に回収する必要があり半導体中を横方向にキャリアが移動できるように設計する必要がある。
【００１７】
化合物半導体太陽電池では、窓層は太陽電池セル内で光吸収により発生したキャリアを上部電極に回収するために電気抵抗を下げてキャリアの移動をさせている。太陽電池セル自体のキャリア濃度を上げて太陽電池セル自体の電気抵抗を下げることもできるが、光吸収により発生したキャリアの再結合が増えてキャリアが減り発電に寄与しなくなるので好ましくない。
【００１８】
従って、太陽電池セルの吸収層以外の層で主に光発生キャリアを横方向に移動させ電極に回収するのが好ましく、少なくとも最表面の窓層は適している。
【００１９】
以下では、これらの課題を解決する実施の形態１乃至４について説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００を示す断面図である。
【００２１】
化合物半導体太陽電池１００は、電極１０、ＧａＡｓ基板１１０、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【００２２】
実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００は、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）をトンネル接合層１７０を介して直接接続した２接合型太陽電池である。
【００２３】
ここで、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）は、ＧａＡｓ系の光電変換セルである。
【００２４】
ＧａＡｓ系の光電変換セルとは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成される光電変換セルのことである。ここでは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるセルをＧａＡｓ格子整合系材料セルと称す。
【００２５】
化合物半導体太陽電池１００は、すべての層がＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合するように構成されている。
【００２６】
化合物半導体太陽電池１００は、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を順次形成し、最後に、電極１０を形成することによって作製される。
【００２７】
ＧａＡｓ基板１１０は、化合物半導体基板の一例である。ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される第１光電変換セルの一例である。トンネル接合層１７０は、第１トンネル接合層の一例である。ＧａＡｓセル１６０は、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルの一例である。
【００２８】
図１において、光の入射方向は、図中上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１８０からＧａＡｓセル１６０に向かう方向）である。
【００２９】
電極１０は、光入射方向において奥側に位置する下部電極になる電極である。電極１０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属層を積層した電極を用いることができる。
【００３０】
ＧａＡｓ基板１１０は、例えば、ｐ型の単結晶ガリウムヒ素のウエハを用いればよい。不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）等を用いればよい。
【００３１】
ＧａＡｓバッファ層１１１は、例えば、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）等を用いて導電型をｐ型にすればよい。
【００３２】
ＧａＡｓセル１６０は、ＧａＡｓバッファ層１１１の上に形成される。ＧａＡｓセル１６０は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａＡｓ層１６２、ｎ型のＧａＡｓ層１６３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４を含む。
【００３３】
ＧａＩｎＰ層１６１、ＧａＡｓ層１６２、ＧａＡｓ層１６３、及び（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、この順に、ＧａＡｓバッファ層１１１の表面に積層されている。
【００３４】
ＧａＩｎＰ層１６１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合は、ＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３によって構築される。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【００３５】
ここで、ＧａＩｎＰ層１６１のＧａＩｎＰは、正確には、ＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）であるが、ここでは簡略化してＧａＩｎＰと記す。また、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００３６】
ここで、ＧａＡｓセル１６０は、ｐｎ接合を構築するＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３によって構成され、ＧａＡｓセル１６０の光入射側に（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４が形成され、光の入射方向の奥側にＧａＩｎＰ層１６１が形成されているものとして捉えてもよい。
【００３７】
ＧａＩｎＰ層１６１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３のバンドギャップ（１．４２ｅＶ）以上のバンドギャップを有していればよい。ＧａＩｎＰ層１６１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【００３８】
ＧａＡｓ層１６２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【００３９】
ＧａＡｓ層１６３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【００４０】
ＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３のバンドギャップは１．４２ｅＶである。
【００４１】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３のバンドギャップ（１．４２ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【００４２】
実施の形態１では、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【００４３】
トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１８０との間に設けられる。図１に示す化合物半導体太陽電池１００は、図１に示す状態で下側から順次積層することによって作製されるため、トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０に積層される。
【００４４】
トンネル接合層１７０は、ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とを有する。導電型をｎ型にする不純物としては、例えば、Ｔｅ（テルル）を用いることができ、導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【００４５】
トンネル接合層１７０のＧａＩｎＰ層１７１と（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２は、ともにＧａＩｎＰセル１８０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層１７０は、ＧａＩｎＰセル１８０のｐ型のＧａＩｎＰ層１８２と、ＧａＡｓセル１６０のｎ型のＧａＡｓ層１６３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
【００４６】
ここで、ＧａＩｎＰ層１７１のＧａＩｎＰは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａＩｎＰを用いている。
【００４７】
また、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００４８】
ＧａＩｎＰセル１８０は、トンネル接合層１７０とコンタクト層４０Ａとの間に形成される。
【００４９】
ＧａＩｎＰセル１８０は、ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３、及びｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４を含む。
【００５０】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ＧａＩｎＰ層１８２、ＧａＩｎＰ層１８３、及びＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、この順に、トンネル接合層１７０の表面に積層されている。ＧａＩｎＰセル１８０は、トンネル接合層１７０に積層される。
【００５１】
ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＧａＩｎＰの結晶層で構成される。実際の製造工程では、例えば、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ＧａＩｎＰ層１８２、ＧａＩｎＰ層１８３、及びＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の順に積層される。
【００５２】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＩｎＰセル１８０のｐｎ接合は、ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３によって構築される。Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【００５３】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、ｐｎ接合を構築するＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３によって構成され、ＧａＩｎＰセル１８０の光入射側にＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４が形成され、光の入射方向の奥側にＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１が形成されているものとして捉えてもよい。
【００５４】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）以上のバンドギャップを有していればよい。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【００５５】
ＧａＩｎＰ層１８２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【００５６】
ＧａＩｎＰ層１８３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【００５７】
ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３は、ＧａＩｎＰセル１８０の吸収層を構成する。ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３は、Ａｌを含んでいてもよい。このため、ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と表すことができる。（Ａｌ）は、Ａｌを含む組成と、Ａｌを含まない組成との両方を含む表記である。
【００５８】
ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップは１．９ｅＶである。
【００５９】
Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【００６０】
ここで、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰを用いている。（Ｇａ）は、Ｇａを含む組成と含まない組成の両方を含む表記である。Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４のＡｌ（Ｉｎ）Ｐは、正式にはＡｌｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ≦１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｉｎ）Ｐを用いている。（Ｉｎ）は、Ｉｎを含む組成と含まない組成の両方を含む表記である。
【００６１】
また、ＧａＩｎＰ層１８２のＧａＩｎＰは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａＩｎＰを用いている。これは、ＧａＩｎＰ層１８３についても同様である。ただし、ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【００６２】
実施の形態１では、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）より大きいバンドギャップを有する。Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【００６３】
また、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、吸収層であるｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３の格子定数よりも小さい格子定数を有する。Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、より具体的には、ＡｌｘＩｎ1-ｘＰと表すことができ、ｘ＞０．５であることが望ましい。
【００６４】
Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、吸収層の格子定数よりも小さい格子定数を有するため、引っ張り歪みを有する。化合物半導体太陽電池１００は、基本的に、すべての層がＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合するように構成されているため、ＧａＡｓ又はＧｅの格子定数よりも小さいＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、引っ張り歪みを有する。
【００６５】
引っ張り歪みを有するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層とは、ＧａＡｓ又はＧｅの格子定数よりも小さな格子定数を有するように組成を調整したＡｌｘＩｎ1-ｘＰ層を、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する層に積層することにより、引っ張り歪みを持たせたものである。
【００６６】
ここで、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合するように組成を調整した層とは、例えば、ＧａＩｎＰセル１８０とＧａＡｓセル１６０である。
【００６７】
ＧａＡｓより格子定数の小さいＡｌｘＩｎ1-ｘＰは、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合するＡｌＩｎＰと比較して、バンドギャップは大きくなる。
【００６８】
コンタクト層４０Ａは、主に、電極５０とオーミック接続するためにＧａＩｎＰセル１８０に積層される層であり、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用いる。なお、格子緩和が起こらない範囲の厚さとしたＩｎを添加したＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層をコンタクト層４０Ａとして用いてもよい。
【００６９】
電極５０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属製の薄膜であり、コンタクト層４０Ａの上に形成されている。
【００７０】
なお、コンタクト層４０Ａは、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の上の全面に形成したガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を電極５０をマスクとして用いて除去することによって形成される。Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の上の全面に形成したガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層のうち、電極５０の下に位置するコンタクト層４０Ａ以外の部分を除去するのは、ＧａＡｓ層は、ＧａＩｎＰセル１８０が吸収する前に、太陽光を吸収するおそれがあるからである。
【００７１】
また、化合物半導体太陽電池１００には、太陽光は、ワイドバンドギャップのセル側（ＧａＩｎＰセル１８０側）から入射する構造となる。なお、太陽光が入射するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の表面には、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００７２】
ここで、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４の直接遷移（Γ帯）と間接遷移（Ｘ帯）のバンドギャップについて説明する。
【００７３】
ＡｌｘＩｎ1-ｘＰの直接遷移（Γ帯）と間接遷移（Ｘ帯）のバンドギャップは次式（１）、（２）で求められる。
【００７４】
Ｅｇ（Γ）＝１．３４＋２．２３ｘ      （１）
Ｅｇ（ｘ）＝２．２４＋０．１８ｘ      （２）
ＧａＡｓ基板１１０に格子整合するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４のＡｌ組成ｘは、０．５２であり、Ｅｇ（Γ）＝２．５０ｅＶ、Ｅｇ（ｘ）＝２．３３ｅＶとなる。
【００７５】
バンドギャップのエネルギーはＸ帯（Ｅｇ（ｘ））の方が低いので、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４は、間接遷移半導体である。
【００７６】
一般に、間接遷移半導体は、直接遷移半導体に対して２桁程度吸収係数が小さい。換言すれば、間接遷移半導体は、窓層としては吸収が小さいので好ましい。
【００７７】
しかしながら、２．５０ｅＶ、２．３３ｅＶをそれぞれ波長に換算すると、４９６ｎｍ、５３１ｎｍとなり、互いに非常に近く、４９６ｎｍより短い波長の光は、直接遷移半導体並みに吸収されてしまう。
【００７８】
しかも、波長が５００ｎｍ前後の太陽光は、太陽光スペクトルの中でも最も強度が強いため、直接遷移半導体並みに吸収されることの影響は大きい。
【００７９】
このような理由から、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００では、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４の格子定数をＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する吸収層（ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３）の格子定数よりも小さくしている。
【００８０】
格子整合する吸収層の格子定数よりも小さくするために、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４のＡｌ組成を増やしてバンドギャップを大きくしている。
【００８１】
ここで、一例として、極端にＡｌ組成を増やした場合として、ｘ＝１の場合について説明する。この場合の組成式はＡｌＰになる。この場合には、Ｅｇ（Γ）＝３．５７ｅＶ（３４７ｎｍ）、Ｅｇ（ｘ）＝２．４２ｅＶ（５１２ｎｍ）であり、Γ帯のエネルギーの増加の方が大きく、Ｘ帯との差が大きくなっていることがわかる。すなわち、５００ｎｍ前後のように短波長側の光でも吸収が小さくなる。
【００８２】
このように、Ａｌ組成を増やすと、短波長側の光の吸収が低減されるため、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４のＡｌ組成を増やしている。
【００８３】
実施の形態１では、ｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４は、ＧａＡｓ基板１１０の格子定数より小さい格子定数を有する。間接遷移半導体であるＡｌｘＩｎ1-ｘＰは、Ａｌ組成ｘを大きくしていくと、格子定数が小さくなる。また、Γ帯、Ｘ帯ともにバンドギャップが大きくなるが、吸収係数の大きいΓ帯の変化の方が大きく、より短波長の光の吸収が小さくなる。
【００８４】
以上より、実施の形態１によれば、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４における光の吸収を低減し、高いエネルギーの光を透過させることができ、高効率の化合物半導体太陽電池１００を提供することができる。
【００８５】
＜実施の形態２＞
図２は、実施の形態２の化合物半導体太陽電池２００を示す断面図である。
【００８６】
化合物半導体太陽電池２００は、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００のＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル２８０（１．９ｅＶ）をＧａＩｎＡｓセル２６０（１．４ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル２８０（１．８８ｅＶ）それぞれに置き換えたものである。
【００８７】
また、化合物半導体太陽電池２００は、さらにＧｅセル２１０（０．６７ｅＶ）を追加することにより、３接合型にしたものである。
【００８８】
化合物半導体太陽電池２００は、電極１０、Ｇｅセル２１０、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル２８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【００８９】
なお、化合物半導体太陽電池２００において、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
化合物半導体太陽電池２００は、Ｇｅセル２１０のＧｅ基板２１１の上に、Ｇｅ層２１２、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル２８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を順次形成し、最後に電極１０を形成することで作製できる。
【００９１】
Ｇｅセル２１０は、ｐ型のＧｅ基板２１１とｎ型のＧｅ層２１２を含む。Ｇｅ層２１２は、Ｇｅ層２１２の上に成長させるＧａＩｎＰバッファ層２１３の内部のＰの拡散を利用してｎ型にすればよい。Ｇｅセル２１０は、複数の第２光電変換セルのうちの１つの一例である。
【００９２】
ＧａＩｎＰバッファ層２１３は、例えば、Ｇｅセル２１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）等を用いて導電型をｎ型にすればよい。ＧａＩｎＰバッファ層２１３は、第１バッファ層の一例である。
【００９３】
ＧａＡｓバッファ層２１４は、例えば、ＧａＩｎＰバッファ層２１３の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）等を用いて導電型をｎ型にすればよい。ＧａＡｓバッファ層２１４は、第２バッファ層の一例である。
【００９４】
トンネル接合層１５０は、ＧａＡｓバッファ層２１４とＧａＩｎＡｓセル２６０との間に設けられる。
【００９５】
トンネル接合層１５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とを有する。導電型をｎ型にする不純物としては、例えば、Ｔｅ（テルル）を用いることができ、導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【００９６】
トンネル接合層１５０のＧａＡｓ層１５１と１５２は、ともにＧａＩｎＡｓセル２６０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層１５０は、ＧａＩｎＡｓセル２６０のｐ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２と、Ｇｅｓセル２１０のｎ型のＧｅ層２１２との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。ＧａＡｓはＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓに比べてバンドギャップが小さく、ホモ接合のトンネル接合でも抵抗を低減できる。
【００９７】
ＧａＩｎＡｓセル２６０は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２、ｎ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４を含む。ＧａＩｎＡｓセル２６０は、ＧａＡｓ系の光電変換セルである。
【００９８】
すなわち、ＧａＩｎＡｓセル２６０は、実施の形態１のＧａＡｓセル１６０（図１参照）のうちの光電変換を行うｐｎ層を、１％のＩｎ組成を有し、バンドギャップが１．４０ｅＶのＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２及びＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３に置き換えたものである。
【００９９】
ここで、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２のＧａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式にはＧａ１−ｘＩｎｘＡｓ（０≦ｘ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａ（Ｉｎ）Ａｓを用いている。また、（Ｉｎ）はＩｎを含む場合と含まない場合を包含した表記である。これは、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３についても同様である。ただし、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２とＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３ではｘの値が異なっていてもよい。
【０１００】
ＧａＩｎＰセル２８０は、実施の形態１のＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）と同様に、ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３、及びｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４を含む。ＧａＩｎＰセル２８０は、成膜条件等を調整することにより、バンドギャップを１．８８ｅＶに調整してある。すなわち、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップを１．８８ｅＶに調整してある。ＧａＩｎＰセル２８０は、第１光電変換セルの一例である。
【０１０１】
化合物半導体太陽電池２００は、Ｇｅ基板２１１の上に順次各層を形成するため、各層はゲルマニウム（Ｇｅ）に略格子整合するように構成されている。
【０１０２】
このため、実施の形態２におけるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、Ｇｅの格子定数よりも小さな格子定数を有するように組成を調整したＡｌ（Ｉｎ）Ｐを、Ｇｅに格子整合する層に積層することにより、引っ張り歪みを持たせたものである。
【０１０３】
ここでは、Ｇｅに格子整合する層とは、ここでは、Ｇｅ層２１２、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、トンネル接合層１７０、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ＧａＩｎＰ層１８２、ＧａＩｎＰ層１８３のすべてである。
【０１０４】
なお、ゲルマニウム（Ｇｅ）の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数と略等しいため、実施の形態１のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４を略そのまま実施の形態２で用いることができるが、Ｇｅに適宜Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の格子定数を調整すればよい。
【０１０５】
ｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４は、Ｇｅ基板２１１の格子定数より小さい格子定数を有する。間接遷移半導体であるＡｌｘＩｎ1-ｘＰは、Ａｌ組成ｘを大きくしていくと、格子定数が小さくなる。また、Γ帯、Ｘ帯ともにバンドギャップが大きくなるが、吸収係数の大きいΓ帯の変化の方が大きく、より短波長の光の吸収が小さくなる。
【０１０６】
以上より、実施の形態２によれば、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４における光の吸収を低減し、高いエネルギーの光を透過させることができ、高効率の化合物半導体太陽電池２００を提供することができる。
【０１０７】
なお、以上では、Ｇｅ基板２１１の上にＧｅ層２１２を形成したＧｅセル２１０を含む形態について説明したが、Ｇｅセル２１０の代わりに、ＧａＩｎＮＡｓなどＧａＡｓに格子整合してＧａＩｎＡｓセル２６０よりバンドギャップが小さい材料で形成したセルを用いてもよい。この場合に、Ｇｅセル２１０の代わりに用いるセルは、ＧａＩｎＡｓセル２６０よりもバンドギャップが小さいセルであればよい。
【０１０８】
＜実施の形態３＞
図３は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００を示す断面図である。
【０１０９】
実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【０１１０】
化合物半導体太陽電池３００は、図１に示す実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００のＧａＡｓ基板１１０とＧａＡｓバッファ層１１１を取り除き、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａを加えた構成を有する。
【０１１１】
化合物半導体太陽電池３００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、及び接合層１３０を含む積層体と、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む積層体とを接合することによって作製される。
【０１１２】
この場合に、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａとが接合することによって２つの積層体が接合され、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａとでトンネル接合が形成される。
【０１１３】
ＩｎＰ基板３１０は、例えば、ｐ型の単結晶インジウム燐のウエハを用いればよい。不純物としては、例えば、Ｚｎ等を用いればよい。
【０１１４】
なお、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、第３光電変換セルの一例である。ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１８０は、それぞれ、第２光電変換セルと第１光電変換セルの一例である。
【０１１５】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰ基板３１０の表面に形成される。ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ｐ型のＩｎＰ層１２１、ｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ｎ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４を含む。
【０１１６】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰと格子整合するＧａＩｎＰＡｓの結晶層で構成される。
【０１１７】
ＩｎＰ層１２１、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、この順に、ＩｎＰ基板３１０の表面に積層されている。
【０１１８】
ＩｎＰ層１２１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＩｎＰＡｓセル１２０のｐｎ接合は、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３によって構築される。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【０１１９】
ここで、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ｐｎ接合を構築するＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３によって構成され、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０の光入射側にＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４が形成され、光の入射方向の奥側にＩｎＰ層１２１が形成されているものとして捉えてもよい。
【０１２０】
ＩｎＰ層１２１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とｎ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３のバンドギャップ（１．０ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。ＩｎＰ層１２１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【０１２１】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【０１２２】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【０１２３】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３は、バンドギャップが１．０ｅＶになるように、Ｇａの比率ｘとＰの比率ｙが調整されている。
【０１２４】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、窓層として用いられるため、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３のバンドギャップ（１．０ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【０１２５】
ここで、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓを用いている。また、（Ｐ）はＰを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これはＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３についても同様である。ただし、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３では、ｘとｙの値が異なっていてもよい。
【０１２６】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓを用いている。また、（Ｇａ）はＧａを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０１２７】
実施の形態３では、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４のバンドギャップは、一例として１．５ｅＶに設定される。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【０１２８】
ＡｌＧａＩｎＡｓは、ＩｎＰに格子整合するため、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３に積層するのに適している。
【０１２９】
接合層１３０は、化合物半導体太陽電池３００を作製する過程で、清浄化処理と表面活性化処理によってトンネル接合層１５０Ａと接合される。化合物半導体太陽電池３００は、２つの積層体を接合することによって作製される。
【０１３０】
２つの積層体の一方の最上面に接合層１３０が形成され、他方の積層体の最上面にトンネル接合層１５０Ａが形成され、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａを接合することによって図３に示すような化合物半導体太陽電池３００が作製される。
【０１３１】
接合層１３０としては、ｎ＋型のＩｎＰ層が用いられる。接合層１３０の不純物濃度は、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４の不純物濃度よりも高く設定される。このため、接合層１３０の導電型はｎ＋型である。
【０１３２】
接合層１３０として用いるＩｎＰ層は、例えば、バンドギャップが１．３５ｅＶのものである。
【０１３３】
トンネル接合層１５０Ａは、ｐ＋型のＧａＡｓ層である。導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。トンネル接合層１５０Ａは、接合層１３０と高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【０１３４】
トンネル接合層１５０Ａ及び接合層１３０は、ＧａＡｓセル１６０よりも高濃度にドーピングされている。
【０１３５】
次に、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法について説明する。
【０１３６】
図４及び図５は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【０１３７】
まず、図４（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０を用いて積層体３００Ａを作製するとともに、ＩｎＰ基板３１０を用いて積層体３００Ｂを作製する。ＧａＡｓ基板２０は、第１化合物半導体基板の一例である。ＩｎＰ基板３１０は、第２化合物半導体基板の一例である。
【０１３８】
ここで、積層体３００Ａに含まれるＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＧａＩｎＰの結晶層で構成されており、ＧａＡｓ基板２０に形成される。また、積層体３００Ｂに含まれるＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰと格子整合するＧａＩｎＰＡｓの結晶層で構成されており、ＩｎＰ基板３１０に形成される。
【０１３９】
このように、積層体３００Ａと積層体３００Ｂは、格子定数が異なる。実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００は、互いに格子定数が異なる積層体３００Ａと積層体３００Ｂとを直接的に接合することによって作製される。
【０１４０】
ＩｎＰの格子定数は約５．８７Åであるため、ＩｎＰ基板３１０の上に形成されるＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰの格子定数（約５．８７Å）に非常に近い格子定数を有するように、組成を調整すればよい。
【０１４１】
また、ＧａＡｓの格子定数は約５．６５Åであるため、ＧａＡｓ基板２０の上に形成されるＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１８０の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有するように、組成を調整すればよい。
【０１４２】
積層体３００Ａは、ＧａＡｓ基板２０上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０、ｎ＋型のＧａＡｓコンタクト層４０、ＧａＩｎＰセル１８０、トンネル接合層１７０、ＧａＡｓセル１６０、及びトンネル接合層１５０Ａを積層することによって作製される。なお、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のＧａＩｎＰは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）である。
【０１４３】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４、ＧａＩｎＰ層１８３、ＧａＩｎＰ層１８２、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１を含む。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１はＢＳＦ層であり、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は窓層である。
【０１４４】
また、トンネル接合層１７０は、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とＧａＩｎＰ層１７１を含む。
【０１４５】
ＧａＡｓセル１６０は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４、ＧａＡｓ層１６３、ＧａＡｓ層１６２、及びＧａＩｎＰ層１６１を含む。ＧａＩｎＰ層１６１はＢＳＦ層であり、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は窓層である。
【０１４６】
また、トンネル接合層１５０Ａは、ｐ＋型のＧａＡｓ層で構成される。
【０１４７】
積層体３００Ａの積層（成長）時は、ＧａＡｓ基板２０がある下側が光入射側となり、後に積層体３００Ｂと接合する際に、積層体３００Ａを天地逆にするので、図１に示す上下関係とは逆方向から成長する。
【０１４８】
具体的には、ワイドバンドギャップのセル（ＧａＩｎＰセル１８０）からナローギャップセル（ＧａＡｓセル１６０）へと順次成長する。また、最終的にｐ側が下部（光の入射方向における奥側）となる。
【０１４９】
また、積層体３００Ｂについては、ＩｎＰ基板３１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０と接合層１３０を積層（成長）する。図４（Ａ）に示す積層体３００Ｂは、ＩｎＰ基板３１０とは反対側の接合層１３０側が光入射側となる。
【０１５０】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰ基板３１０側からＩｎＰ層１２１、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４を含む。ＩｎＰ層１２１はＢＳＦ層であり、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、窓層である。
【０１５１】
以上のようにして、ＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長によって、積層体３００Ａ及び１００Ｂを作製する。
【０１５２】
次に、図４（Ｂ）に示すように、エピタキシャル成長によって作製した積層体３００Ａ及び１００Ｂを直接的に接合する。
【０１５３】
積層体３００Ａのトンネル接合層１５０Ａと、積層体３００Ｂの接合層１３０との表面に清浄化処理と表面活性化処理を行い、接合層１３０及びトンネル接合層１５０Ａを直接的に接合する。表面活性化処理は窒素（Ｎ２）プラズマ処理で行い、真空中で１５０℃で接合を行った。
【０１５４】
これにより、図４（Ｂ）に示す積層体３００Ｃを作製した。積層体３００Ｃは、図４（Ａ）に示す積層体３００Ｂの接合層１３０の上に、積層体３００Ａを天地逆にして積層体１４０が下側にある状態で、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａを接合して作製したものである。
【０１５５】
なお、トンネル接合層１５０Ａは、第１接合層の一例であり、接合層１３０は、第２接合層の一例である。
【０１５６】
積層体３００Ｃは、ＩｎＰ基板３１０の上に、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓコンタクト層４０、ＩｎＰエッチングストップ層３０、及びＧａＡｓ基板２０をこの順に積層した構成を有する。
【０１５７】
次に、図４（Ｂ）に示す積層体３００ＣからＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０をそれぞれ選択エッチングで除去することにより、図５（Ａ）に示す積層体３００Ｄを得る。
【０１５８】
ＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のエッチングは、次のようにして行えばよい。
【０１５９】
ＧａＡｓ基板２０のエッチングは、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のＧａＩｎＰを溶解しないため、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
【０１６０】
また、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０は、例えば、塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液でエッチングすればよい。
【０１６１】
以上のようにして、積層体３００Ｃ（図４（Ｂ）参照）からＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０をそれぞれ選択エッチングで除去することにより、図５（Ａ）に示す積層体３００Ｄを作製することができる。
【０１６２】
次に、ＧａＡｓコンタクト層４０の上に電極５０（上部電極：図１参照）を形成するとともに、ＩｎＰ基板３１０の上に電極１０（下部電極）を形成する。
【０１６３】
そして、電極５０（上部電極）をマスクとして用いてコンタクト層４０（図５（Ａ）参照）のうち電極５０（図１参照）の直下に位置する部分以外を除去することにより、図５（Ｂ）に示すようにコンタクト層４０Ａが形成される。
【０１６４】
コンタクト層４０Ａの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４のＡｌ（Ｉｎ）Ｐを溶解しないため、ＧａＩｎＰセル１８０のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
【０１６５】
以上により、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００が完成する。図５（Ｂ）に示す化合物半導体太陽電池３００は、図３に示す化合物半導体太陽電池３００と同一である。
【０１６６】
化合物半導体太陽電池３００には、太陽光は、ワイドバンドギャップのセル側（ＧａＩｎＰセル１８０側）から入射する構造となる。なお、太陽光が入射するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４の表面には、反射防止膜を設けることが望ましい。図５（Ｂ）では反射防止膜を省略する。
【０１６７】
ｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４は、ＧａＡｓ基板１１０の格子定数より小さい格子定数を有する。間接遷移半導体であるＡｌｘＩｎ1-ｘＰは、Ａｌ組成ｘを大きくしていくと、格子定数が小さくなる。また、Γ帯、Ｘ帯ともにバンドギャップが大きくなるが、吸収係数の大きいΓ帯の変化の方が大きく、より短波長の光の吸収が小さくなる。
【０１６８】
以上、実施の形態３では、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４における光の吸収を低減し、高いエネルギーの光を透過させることができ、高効率の３接合型の化合物半導体太陽電池３００、及び、化合物半導体太陽電池３００の製造方法を提供することができる。
【０１６９】
実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００のような３接合太陽電池については、例えば、応用物理79巻5号, 2010, P.436に、３つのセルのバンドギャップとしては、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶの組み合わせや、１．７ｅＶ／１．２ｅＶ／０．６７ｅＶの組み合わせが、当該文献における現状の３接合セル（１．８８ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶ）より好ましいことが記載されている。
【０１７０】
しかしながら、これらのようなバンドギャップの組み合わせを一つの格子定数で実現することは困難である。
【０１７１】
この点において、実施の形態３によれば、２つの格子定数のセル（積層体３００Ａと１００Ｂ（図４（Ａ）参照）を直接接合法により接合することによって化合物半導体太陽電池３００を作製するので、異なる格子定数のセル同士を含む化合物半導体太陽電池３００を容易に実現することができる。
【０１７２】
なお、以上では、ＩｎＰ基板３１０及びＧａＡｓ基板２０の上にＭＯＣＶＤ法で各セル等を形成する形態について説明したが、各セル等は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法で形成してもよい。
【０１７３】
また、以上では、ＩｎＰ基板３１０及びＧａＡｓ基板２０をそれぞれ用いた積層体３００Ｂ及び３００Ａを用いて化合物半導体太陽電池３００を作製する形態について説明したが、ＩｎＰ基板３１０及びＧａＡｓ基板２０の組み合わせ以外を用いてもよい。
【０１７４】
例えば、Ｇｅ基板とＩｎＰ基板、ＧａＳｂ基板とＧａＡｓ基板、ＧａＳｂ基板とＧｅ基板、Ｓｉ基板とＧｅ基板、又は、Ｓｉ基板とＧａＡｓ基板等の組み合わせでも、同様に積層体３００Ｂ及び３００Ａを作製することができる。
【０１７５】
また、以上では、積層体３００Ａと３００Ｂを直接的に接合する形態について説明したが、機械的に接合してもよい。
【０１７６】
また、以上では、ＩｎＰ格子整合系材料セルとしてＧａＩｎＰＡｓセル１２０を用いる形態について説明したが、ＩｎＰ格子整合系材料セルはＧａＩｎＰＡｓセル１２０に限定されず、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓで表されるセルを用いることができる。
【０１７７】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、Ｐを含む組成とＰを含まない組成との両方を包含するため、（Ｐ）と表記したものである。すなわち、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、ＧａＩｎＰＡｓとＧａＩｎＡｓとを含む表記である。このため、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０の代わりに、ＧａＩｎＡｓセルを用いてもよい。
【０１７８】
また、以上では、ＧａＡｓ格子整合系材料セルとしてＧａＩｎＰセル１８０を用いる形態について説明したが、ＧａＡｓ格子整合系材料セルはＧａＩｎＰセル１８０に限定されず、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）で表されるセルを用いることができる。
【０１７９】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）は、Ａｌを含む組成とＡｌを含まない組成との両方を包含し、また、Ａｓを含む組成とＡｓを含まない組成との両方を包含する。このため、（Ａｌ）、（Ａｓ）と表記したものである。すなわち、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）は、ＡｌＧａＩｎＰＡｓと、ＡｌＧａＩｎＰと、ＧａＩｎＰＡｓと、ＧａＩｎＰとを含む表記である。このため、ＧａＩｎＰセル１８０の代わりに、ＡｌＧａＩｎＰセル又はＧａＩｎＰＡｓセル又はＡｌＧａＩｎＰＡｓを用いてもよい。
【０１８０】
＜実施の形態４＞
実施の形態３では、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、及びＧａＩｎＰＡｓセル１２０によって構成される３接合型の化合物半導体太陽電池３００を作製した。３つの光電変換セルのバンドギャップの組み合わせは、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶであった。
【０１８１】
実施の形態４では、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、及びＧａＩｎＰＡｓセル１２０に、ＧａＩｎＡｓセル（０．７５ｅＶ）を加えることにより、４接合型の化合物半導体太陽電池を提供する。４つの光電変換セルのバンドギャップの組み合わせは、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７５ｅＶである。
【０１８２】
図６は、実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００を示す断面図である。以下、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１８３】
化合物半導体太陽電池４００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＡｓセル４１０、トンネル接合層２２０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。なお、ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ＩｎＰ系の光電変換セルである。
【０１８４】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、第１光電変換セルの一例である。ＧａＡｓセル１６０は、第２光電変換セルの一例である。ＧａＩｎＡｓセル４１０とＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、複数の第３光電変換セルの一例である。ＩｎＰ基板３１０は、第２化合物半導体基板の一例である。
【０１８５】
実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００は、ＧａＩｎＡｓセル４１０（０．７５ｅＶ）、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０（１．０ｅＶ）、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）、ＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）を直列接続した４接合型太陽電池である。
【０１８６】
図６において、光の入射方向は、図中上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１８０からＧａＩｎＡｓセル４１０に向かう方向）である。
【０１８７】
ＩＥＥＥの文献（Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (４００9) pp.1090-1093.)によれば、４接合太陽電池では、およそ１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７ｅＶの組み合わせのバンドギャップバランスが好ましいことが記載されている。
【０１８８】
化合物半導体太陽電池４００は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の基板３１０とＧａＩｎＰＡｓセル１２０との間に、ＧａＩｎＡｓセル４１０とトンネル接合層２２０を挿入した構成である。
【０１８９】
ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ｐ型のＩｎＰ層４１１、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３、及びｎ型のＩｎＰ層４１４を含む。ＩｎＰ層４１１はＢＳＦ層であり、ＩｎＰ層４１４は窓層である。
【０１９０】
ここで、ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ＩｎＰ層４１１とＩｎＰ層４１４を含まずに、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とによって構成されているものとして捉えてもよい。この場合は、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とによって構成されるＧａＩｎＡｓセル４１０の入射側にＩｎＰ層４１４（窓層）が形成され、光の入射方向における奥側にＩｎＰ層４１１（ＢＳＦ層）が形成されているものとして取り扱えばよい。
【０１９１】
ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とのバンドギャップは、０．７５ｅＶである。
【０１９２】
ＧａＩｎＡｓ層４１２のＧａＩｎＡｓは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）であるが、簡略化してＧａＩｎＡｓと記載している。これは、ＧａＩｎＡｓ層４１３についても同様である。ただし、ＧａＩｎＡｓ層４１２とＧａＩｎＡｓ層４１３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【０１９３】
トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０とＧａＩｎＡｓセル４１０との間に形成されている。トンネル接合層２２０は、ｎ＋型のＩｎＰ層２２１と、ｐ＋型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とを含む。
【０１９４】
ＩｎＰ層２２１の導電型をｎ＋型にする不純物としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）を用いることができ、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２の導電型をｐ＋型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＩｎＰ層２２１と、ｐ＋型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【０１９５】
トンネル接合層２２０のＩｎＰ層２２１とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とは、ともにＧａＩｎＰＡｓセル１２０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０のｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２と、ＧａＩｎＡｓセル４１０のｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
【０１９６】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓは、正式にはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＡｓ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０１９７】
実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００は、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、及びＧａＩｎＡｓセル４１０の４つの光電変換セルにより、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７５ｅＶというバンドギャップの組み合わせを有する。
【０１９８】
ｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４は、ＧａＡｓ基板１１０の格子定数より小さい格子定数を有する。間接遷移半導体であるＡｌｘＩｎ1-ｘＰは、Ａｌ組成ｘを大きくしていくと、格子定数が小さくなる。また、Γ帯、Ｘ帯ともにバンドギャップが大きくなるが、吸収係数の大きいΓ帯の変化の方が大きく、より短波長の光の吸収が小さくなる。
【０１９９】
以上、実施の形態４では、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４における光の吸収を低減し、高いエネルギーの光を透過させることができ、高効率の４接合型の化合物半導体太陽電池４００、及び、化合物半導体太陽電池４００の製造方法を提供することができる。
【０２００】
ここで、図７を用いて、実施の形態４の第１変形例について説明する。
【０２０１】
図７は、実施の形態４の第１変形例による化合物半導体太陽電池４００Ａを示す図である。
【０２０２】
化合物半導体太陽電池４００Ａは、図６に示す化合物半導体太陽電池４００のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とコンタクト層４０Ａとの間に、中間層４０Ｂを挿入したものである。
【０２０３】
中間層４０Ｂは、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層であり、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とコンタクト層４０Ａ（ｎ＋ＧａＡｓ）との中間のバンドギャップを有する。
【０２０４】
例えば、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とコンタクト層４０Ａ（ｎ＋ＧａＡｓ）のバンドギャップの差が大きい場合に、このような中間的なバンドギャップを有する中間層４０Ｂを挿入すると、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とコンタクト層４０Ａ（ｎ＋ＧａＡｓ）の間の抵抗値を低減でき、損失を抑制できる。
【０２０５】
特に集光型セルでは、このエネルギー損失を低減するために、多接合セルの直列抵抗の低減が重要である。
【０２０６】
実施の形態４の第１変形例によれば、コンタクト層４０Ａと窓層（Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４）との間のバンド構造の連続性を改善でき、これによって低抵抗化を図ることができ、高効率の化合物半導体太陽電池４００Ａを作製できる。
【０２０７】
なお、コンタクト層４０Ａは、Ｉｎを含んでもよい。このため、コンタクト層４０Ａは、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓと表すことができる。（Ｉｎ）は、Ｉｎを含む組成と、Ｉｎを含まない組成との両方を包含する表記である。
【０２０８】
また、中間層４０Ｂとして、（Ａｌ）ＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰを用いることが考えられる。これらもＧａ（Ｉｎ）Ａｓコンタクト層４０Ａと、窓層（Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４）との間のバンドギャップを有するからである。
【０２０９】
しかしながら、（Ａｌ）ＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰは、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓコンタクト層４０Ａのようにエッチングで除去できないため、光を吸収する層が残ってしまい、好ましくない。
【０２１０】
この点において、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓを中間層４０Ｂとして用いれば、同じＡｓ系の材料であり、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓコンタクト層の電極コンタクト部のみを残すためのエッチング除去をする時に一緒にエッチングすることができ、好ましい。なお、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）であるが、ここでは簡略化してＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓと記す。また、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓの（Ｉｎ）は、Ｉｎを含む組成と、Ｉｎを含まない組成との両方を包含する表記である。
【０２１１】
以上、実施の形態４の第１変形例では、中間層４０Ｂを設けることにより、窓層であるＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４における光の吸収を低減し、高いエネルギーの光を透過させることができ、高効率の４接合型の化合物半導体太陽電池４００Ａ、及び、化合物半導体太陽電池４００Ａの製造方法を提供することができる。
【０２１２】
また、図８を用いて、実施の形態４の第２変形例について説明する。
【０２１３】
図８は、実施の形態４の第２変形例の化合物半導体太陽電池４００Ｂを示す図である。
【０２１４】
化合物半導体太陽電池４００Ｂは、図６に示す化合物半導体太陽電池４００のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とＧａＩｎＰ層１８３との間に、中間層１８５を挿入したものである。
【０２１５】
ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３、中間層１８５、及びｎ型のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ層１８４は、ＧａＩｎＰセル１８０Ａを構築する。
【０２１６】
中間層１８５は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３との中間のバンドギャップを有する。中間層１８５は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）で表される層のうち、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３との中間のバンドギャップを与える組成を有するものである。
【０２１７】
実施の形態４の変形例１のコンタクト層４０Ａと窓層１８４間のバンドギャップ差が大きくなるのと同様に、窓層１８４とｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３とのバンドギャップの差が大きくなり、バンド不連続が大きくなることで抵抗が高くなる場合が有り得る。
【０２１８】
このように、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３とのバンドギャップの差が大きい場合に、上述のような中間的なバンドギャップを有する中間層１８５を挿入すると、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３との間の抵抗値を低減でき、損失を抑制できる。特に集光型セルでは、このエネルギー損失を低減するために、多接合セルの直列抵抗の低減が重要である。
【０２１９】
従って、実施の形態４の変形例２によれば、窓層（Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４）と、ｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３との間のバンド構造の連続性を改善でき、これによって低抵抗化を図ることができ、高効率の化合物半導体太陽電池４００Ｂを作製できる。
【０２２０】
また、中間層１８５の格子定数を、引っ張り歪みを有するＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とＧａＡｓに格子整合するｎ型ＧａＩｎＰ吸収層１８３との中間の値とすることもできる。この場合には、上述の効果に加えて、中間層１８５が格子定数の差を緩衝するバッファ層となり、格子緩和なく高品質の引っ張り歪みを有する窓層（Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４）を容易に得ることが可能となる
【０２２１】
また、図９を用いて、実施の形態４の第３変形例について説明する。
【０２２２】
図９は、実施の形態４の第３変形例の化合物半導体太陽電池４００Ｃを示す図である。
【０２２３】
化合物半導体太陽電池４００Ｃは、図６に示す化合物半導体太陽電池４００のＡｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とコンタクト層４０Ａとの間に、中間層４０Ｂを挿入し、かつ、Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４とＧａＩｎＰ層１８３との間に、図８に示す中間層１８５を挿入したものである。
【０２２４】
実施の形態４の変形例１で挿入した中間層４０Ｂ（ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層）と、実施の形態４の変形例２で挿入した中間層１８５との両方を挿入することにより、実施の形態４の変形例１及び変形例２の両方の効果をともに得ることができる。
【０２２５】
なお、中間層４０Ｂ及び／又は中間層１８５は、実施の形態１乃至３の化合物半導体太陽電池１００乃至３００についても、実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００と同様に挿入することができる。
【０２２６】
なお、実施の形態４では、４接合型の化合物太陽電池について説明したが、ＧａＩｎＰセル１８０よりも光入射側に、バンドギャップが１．９ｅＶよりも大きいセルを設けてもよい。この場合には、バンドギャップが１．９ｅＶよりも大きいセルの窓層として、窓層（Ａｌ（Ｉｎ）Ｐ（ＡｌｘＩｎ1-ｘＰ）層１８４）と同様の窓層を用いればよい。この場合に、窓層のバンドギャップを１．９ｅＶよりも大きいセルの窓層との関係で最適化すればよい。
【０２２７】
以上、本発明の例示的な実施の形態の化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０２２８】
１００  化合物半導体太陽電池
１０  電極
１１０  ＧａＡｓ基板
１１１  ＧａＡｓバッファ層
１６０  ＧａＡｓセル
１７０  トンネル接合層
１７１  ＧａＩｎＰ層
１７２  （Ａｌ）ＧａＡｓ層
１８０  ＧａＩｎＰセル
４０Ａ  コンタクト層
５０  電極
２００  化合物半導体太陽電池
２１０  Ｇｅセル
２２０  トンネル接合層
１５０  トンネル接合層
２６０  ＧａＩｎＡｓセル
２８０  ＧａＩｎＰセル
３００  化合物半導体太陽電池
３１０  ＩｎＰ基板
１２０  ＧａＩｎＰＡｓセル
１３０  接合層
１５０Ａ  トンネル接合層
４００  化合物半導体太陽電池
４１０  ＧａＩｎＡｓセル
４００Ａ  化合物半導体太陽電池
４０Ｂ  中間層
５００  化合物半導体太陽電池
５２０  ＧａＩｎＰＡｓセル
５６０  ＧａＩｎＡｓセル
５７０  ＡｌＧａＡｓセル
５８０  トンネル接合層
５９０  ＡｌＧａＩｎＰセル
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２２９】
【特許文献１】特開2007-115916号公報
【特許文献２】特表2012-516578号公報
【図１】
2016028413.tif 000003
【図２】
2016028413.tif 000004
【図３】
2016028413.tif 000005
【図４】
2016028413.tif 000006
【図５】
2016028413.tif 000007
【図６】
2016028413.tif 000008
【図７】
2016028413.tif 000009
【図８】
2016028413.tif 000010
【図９】
2016028413.tif 000011