(57)【要約】      （修正有）【課題】装置寿命が長い光電変換装置を提供する。【解決手段】化合物半導体太陽電池１００は、太陽光の入射側から、反射防止膜１９０、光電変換セル１８０が配置されており、光電変換セル１８０は光電変換セル窓層１８４、光電変換セルｎ層１８３、光電変換セルｐ層１８２、光電変換セルＢＳＦ層１８１が順次配置され、さらにｎ側電極３０、コンタクト層２０、バッファ層６１、ｐ型のＧａＡｓ基板６０、ｐ側の電極１０を備えており、光電変換セル１８０の熱膨張係数と、誘電体層１９０の熱膨張係数とが異なっており、光電変換セル１８０は基板６０に対して歪を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の化合物半導体層が積層されてなる光電変換セルを少なくとも一つ含む光電変換装置であって、光入射側の光電変換セルＡの光入射側に近接して誘電体層が配置されており、
前記光電変換セルＡの熱膨張係数と、前記誘電体層の熱膨張係数とが異なっており、
前記光電変換セルＡは基板に対して歪を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記誘電体層の熱膨張係数は光電変換セルＡの熱膨張係数よりも大きく、前記光電変換セルＡは基板に対して圧縮歪を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記誘電体層の熱膨張係数は光電変換セルＡの熱膨張係数よりも小さく、前記光電変換セルＡは基板に対して引っ張り歪みを有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記光電変換セルＡは、ｐｎ接合を形成するｐ型層およびｎ型層と、前記ｎ型層上に配置され、前記ｐ型層および前記ｎ型層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窓層と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記窓層が、基板に対して歪を有する化合物半導体層である、請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記窓層および前記ｎ型層が、基板に対して歪を有する前記化合物半導体層である、請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電変換装置と、光を前記光電変換装置に集光させる集光光学素子と、を備える集光型光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光のエネルギーから電流を生み出す光電変換装置である。太陽電池は、半導体から成る光電変換セルで光を吸収し、光電変換作用により電流を発生させる。
化合物半導体は組成を変化させることでバンドギャップエネルギーや格子定数を変化させることができる。これを利用して、バンドギャップの異なる複数の光電変換セルを重ねることで太陽光の波長吸収領域を分散させ、エネルギー変換効率を向上させた多接合型太陽電池も作製されている。
特許文献１には、光電変換セル窓層（ＡｌＩｎＰ窓層）の太陽光入射側に反射防止コーティングを設けた多接合光起電力セルが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
化合物半導体の積層体からなる光電変換セルを用いた光電変換装置においては、化合物半導体層の熱膨張係数と該化合物半導体層に積層される他の材料の熱膨張係数とに差があると、温度変化に伴って熱膨張係数差に起因して化合物半導体の結晶性が悪化し、光電変換装置の装置寿命が短命化するという課題がある。
本発明は装置寿命が長い光電変換装置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】
【０００４】
本発明は、下記（１）の光電変換装置に係るものである。
（１）複数の化合物半導体層が積層されてなる光電変換セルを少なくとも一つ含む光電変換装置であって、光入射側の光電変換セルＡの光入射側に近接して誘電体層が配置されており、
前記光電変換セルＡの熱膨張係数と、前記誘電体層の熱膨張係数とが異なっており、
前記光電変換セルＡは基板に対して歪を有することを特徴とする光電変換装置。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、装置寿命の長い光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】化合物半導体太陽電池の基本的な構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した化合物半導体太陽電池におけるｐ型ＧａＡｓ基板上積層体の断面を示す模式図である  。
【図３】本発明の実施形態に係る三接合型化合物半導体太陽電池の断面を示す模式図である。
【図４】図３に示した三接合型化合物半導体太陽電池の直接接合前のｎ型ＧａＡｓ基板上積層体の断面とＩｎＰ基板上積層体の断面とを示す模式図である。
【図５】図４に示したｎ型ＧａＡｓ基板上積層体とＩｎＰ基板上積層体とを直接接合して得た積層体の断面を示す模式図である。
【図６】図５に示した積層体のｎ型ＧａＡｓ基板とＧａＡｓバッファ層とエッチングストップ層を除去した後の断面を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る四接合型化合物半導体太陽電池におけるＩｎＰ基板上積層体の断面を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る四接合型化合物半導体太陽電池の断面を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係るＧｅ基板上に作製した三接合型化合物半導体太陽電池の断面を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るＧｅ基板上に作製した三接合型化合物半導体太陽電池におけるＧｅ基板上積層体の断面を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る集光型太陽電池モジュールの断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明に係る光電変換装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本発明は前記（１）の光電変換装置に係るものであるが、下記（２）〜（７）も実施の形態として含むのでこれらについても併せて説明する。
（２）前記誘電体層の熱膨張係数は光電変換セルＡの熱膨張係数よりも大きく、前記光電変換セルＡは基板に対して圧縮歪を有することを特徴とする上記（１）に記載の光電変換装置。
（３）前記誘電体層の熱膨張係数は光電変換セルＡの熱膨張係数よりも小さく、前記光電変換セルＡは基板に対して引っ張り歪みを有することを特徴とする上記（１）に記載の光電変換装置。
（４）前記光電変換セルＡは、ｐｎ接合を形成するｐ型層およびｎ型層と、前記ｎ型層上に配置され、前記ｐ型層および前記ｎ型層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窓層と、を含むことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（５）前記窓層が、基板に対して歪を有する化合物半導体層である、上記（４）に記載の光電変換装置。
（６）前記窓層および前記ｎ型層が、基板に対して歪を有する前記化合物半導体層である、上記（４）に記載の光電変換装置。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の光電変換装置と、光を前記光電変換装置に集光させる集光光学素子と、を備える集光型光電変換装置。
【０００８】
光電変換装置の主な用途としては太陽電池を挙げることができる。そこで、以下では、本発明の光電変換装置の実施形態について太陽電池を例として説明するが、本発明の光電変換装置の実施形態は太陽電池に限定されるものではない。
【０００９】
図１は化合物半導体太陽電池の基本的な構成を示す図である。
化合物半導体太陽電池１００は、太陽光の入射側から、反射防止膜１９０、光電変換セル１８０が配置されており、光電変換セル１８０は光電変換セル窓層１８４、光電変換セルｎ層１８３、光電変換セルｐ層１８２、光電変換セルＢＳＦ層１８１が順次配置されている。また、化合物半導体太陽電池１００は、ｎ側電極３０、コンタクト層２０、バッファ層６１、ｐ型のＧａＡｓ基板６０、ｐ側の電極１０を備えている。
【００１０】
反射防止膜１９０はそれぞれ誘電体で構成される反射防止膜上層１９２と反射防止膜下層１９１とから成る。
光電変換セル窓層１８４はｎ型のＡｌＩｎＰ層で、光電変換セルｎ層１８３はｎ型ＧａＩｎＰ層で、光電変換セルｐ層１８２はｐ型ＧａＩｎＰ層で、光電変換セルＢＳＦ層１８１はｐ型ＡｌＩｎＰ層である。
【００１１】
反射防止膜下層１９１又は反射防止膜上層１９２の熱膨張係数と、化合物半導体層の光電変換セル窓層（ｎ型ＡｌＩｎＰ層）１８４又は光電変換セルｎ層（ＧａＩｎＰ層）１８３の熱膨張係数とに差がある場合に、熱膨張係数差に起因した結晶性の悪化による装置寿命の短命化が起こる。
以下に述べる本発明の第１〜３の実施形態に示すように光電変換セルが基板に対して歪を有することよって光電変換セル窓層１８４と光電変換セルｎ層１８３にかかる過剰な応力を緩和することができる。
【００１２】
本発明における「歪」とは下記式（１）で求められる値であり、歪が正の場合を圧縮歪といい、負の場合を引っ張り歪という。
【数１】
2017143174.tif 000003
【００１３】
（第１の実施の形態〉
第１の実施形態の光電変換装置（図１参照）は、反射防止膜１９０を構成する誘電体材料の熱膨張係数が光電変換セル窓層１８４又は光電変換セルｎ層１８３の熱膨張係数より大きい場合に、光電変換セル窓層１８４と光電変換セルｎ層１８３が圧縮歪を有するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
例えば、図１における反射防止膜下層１９１が熱膨張係数が約７×１０−６／ＫであるＺｎＳ層であり、反射防止膜上層１９２が熱膨張係数が約１×１０−５／ＫであるＭｇＦ２層である場合、反射防止膜１９０を構成する誘電体の熱膨張係数が、熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋである光電変換セル窓層（ｎ型のＡｌＩｎＰ層）１８４と熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋである光電変換セルｎ層（ｎ型のＧａＩｎＰ層）１８３よりも大きくなる。そこで、エピタキシャル成長で光電変換セル窓層１８４と光電変換セルｎ層１８３とを製膜する際に膜が圧縮歪を有するようにする。このように、光電変換セル窓層と光電変換セルｎ層に圧縮歪を入れることで、集光時の高温環境下で誘電体の膨張による応力を緩和することが出来ることから、化合物半導体太陽電池の長寿命化に繋がる。
【００１５】
（第２の実施の形態〉
第２の実施形態の化合物半導体太陽電池は、第１の実施形態の化合物半導太陽電池において、反射防止膜１９０を構成する材料の熱膨張係数が光電変換セル窓層１８４又は光電変換セルｎ層１８３の熱膨張係数より小さい場合に、光電変換セル窓層又は光電変換セルｎ層が引っ張り歪を有することを特徴としている。
【００１６】
例えば、図１における反射防止膜下層１９１及び反射防止膜上層１９２の両方が熱膨張係数が約６×１０−７／ＫであるＳｉＯ２から成るか又は熱膨張係数が約３×１０−６／Ｋである窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）から成る場合、反射防止膜１９０を構成する誘電体の熱膨張係数が、熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋである光電変換セル窓層（ｎ型のＡｌＩｎＰ層）１８４と熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋである光電変換セルｎ層（ｎ型のＧａＩｎＰ層）１８３よりも小さくなる。そこで、エピタキシャル成長で光電変換セル窓層１８４と光電変換セルｎ層１８３を製膜する際に膜が引っ張り歪を有するようにする。このように、光電変換セル窓層１８４と光電変換セルｎ層１８３に引っ張り歪を入れることで、集光時の高温環境下で誘電体の膨張不足による応力を緩和することができることから、化合物半導体太陽電池の長寿命化に繋がる。
【００１７】
（第３の実施の形態〉
第３の実施形態の化合物半導体太陽電池は少なくとも二つ以上の光電変換セルを有する多接合太陽電池である。
図３に三接合型化合物半導体太陽電池の構成を示し、図８に四接合型化合物半導体太陽電池の構成を示す。
【００１８】
図３に示す三接合型化合物半導体太陽電池２００は、第１の実施形態の化合物半導太陽電池において、光電変換セル１８０に対して二つの光電変換セル１２０、１６０を接合したものである。
三つの光電変換セルのそれぞれは、ＧａＩｎＰ  ｐｎ接合を有するＧａＩｎＰセル１８０からなるトップセル、ＧａＡｓ  ｐｎ接合を有するＧａＡｓセル１６０からなるミドルセル及びＧａＩｎＡｓＰ  ｐｎ接合を有するＧａＩｎＡｓＰセル１２０からなるボトムセルである。トップセルのＧａＩｎＰセル１８０とミドルセルのＧａＡｓセル１６０間にはトンネル接合層１７０が、ミドルセルのＧａＡｓセル１６０とボトムセルのＧａＩｎＡｓＰセル１２０間にはトンネル接合層１５０がそれぞれ配置されている。また、化合物半導体太陽電池２００はｐ型のＩｎＰ基板１１０、ｎ側電極３０、ｐ側電極１０等を有する。
本実施形態の化合物半導体太陽電池２００は、多接合型であるためエネルギー変換効率が高く、また、第１の実施形態の化合物半導太陽電池と同様に化合物半導体太陽電池の長寿命化を可能とする。
図８に示す四接合型化合物半導体太陽電池３００は、図３に示す三接合型化合物半導体太陽電池２００において、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０とｐ型のＩｎＰ基板１１０との間にトンネル接合層２２０とＧａＩｎＡｓセル２１０とを挿入した構造を有している。
【００１９】
（第４の実施の形態〉
第４の実施形態は本発明の光電変換装置を集光型太陽電池モジュールに適用したものである。
第４の実施形態を図１１に基づいて説明する。
集光型太陽電池モジュール５００は、筐体１０１、集光レンズ１０２、放熱板１０３、及び光電変換セル１２０（上記第１〜第３の実施形態の太陽電池）を備える。
筐体１０１は、集光レンズ１０２を保持するとともに、筐体１０１の内部で、集光レンズ１０２よりも入射経路の奥側に、放熱板１０３及び光電変換セル１２０を収納する。光電変換セル１２０は、筐体１０１の内部で放熱板１０３の上に搭載されている。
筐体１０１は、放熱板１０３及び光電変換セル１２０を収納することができ、かつ、光電変換セル１２０の入射経路における手前側に集光レンズ１０２を保持することができればよい。
【００２０】
図１１では、１つの光電変換セル１２０に対して１つの箱状の筐体１０１が設けられる構造を示すが、筐体１０１は、マトリクス状に配置される多数の集光型太陽電池に対して、１つの箱状の筐体として構成されていてもよい。また、マトリクス状に配置される多数の集光型太陽電池を幾つかのグループに分けて、グループ毎に筐体１０１を設けてもよい。
【００２１】
集光レンズ１０２は、筐体１０１によって保持されている。また、集光レンズ１０２は、入射した光を集光し、集光した太陽光を矢印と太実線で示すように光電変換セル１２０に案内する。集光レンズ１０２は、光入射面（上面）が凸状、光出射面（下面）が平坦な凸レンズであり、平面視で集光レンズ１０２の中央に位置する光電変換セル１２０に向けて光を集光する。
【００２２】
集光レンズ１０２は、集光レンズ１０２の平面視でのサイズが、光電変換セル１２０の表面において、光電変換セル１２０の平面視でのサイズに一致するように、焦点距離及び曲率等が調整されている。また、筐体１０１は、このような集光レンズ１０２と光電変換セル１２０との位置関係を実現できるように、設計されている。集光レンズ１０２としては、例えば、フレネルレンズを用いることができる。
【００２３】
放熱板１０３は、筐体１０１の内部の底面に配置され、光電変換セル１２０が搭載される。放熱板１０３は、光電変換セル１２０が発する熱を筐体１０１又は大気に放出するために設けられている。放熱板１０３は、光電変換セル１２０を冷却することができれば、どのような形式のものであってもよいが、例えば、高熱伝導シートを用いることができる。
【００２４】
集光型太陽電池では使用時の温度上昇が非常に大きくなるため、使用時と非使用時の温度差が非集光型よりも大きく、装置寿命の短命化という課題が顕著になる。
本発明の光電変換装置を用いることにより集光型太陽電池モジュールの短命化を抑止することができる。
【実施例】
【００２５】
以下に実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【００２６】
実施例における化合物半導体層の歪の算出の仕方を、化合物半導体層が下記の組成式で表される場合を例にとって説明する。
［ＡｌｘＧａ１−ｘ］１−ｙＩｎｙＰ
ＡｌＰの格子定数  ：５．４６４［Å］
ＧａＰの格子定数  ：５．４５１［Å］
ＩｎＰの格子定数  ：５．８９４［Å］
ＧａＡｓの格子定数：５．６５３［Å］
としたとき、化合物半導体の格子定数は以下のようにして算出される。
化合物半導体の格子定数
＝（ＡｌＰの格子定数×Ａｌ組成ｘ）×（１−Ｉｎ組成ｙ）＋（ＧａＰの格子定数×Ｇａ組成１−ｘ）×（１−Ｉｎ組成ｙ）＋（ＩｎＰの格子定数×Ｉｎ組成ｙ）
【００２７】
［実施例１］
本実施例は第１の実施形態の光電変換装置に係るものである。
本実施例の化合物半導体太陽電池１００の層構造を図１に基づいて説明する。
化合物半導体太陽電池１００は単セル型の太陽電池であり、ｎ側電極３０、コンタクト層（ｎ＋型のＧａＡｓ層）２０、ＧａＩｎＰ  ｐｎ接合から成るＧａＩｎＰセル１８０、ｐ型のＧａＡｓバッファ層６１、ｐ型のＧａＡｓ基板６０、ｐ側電極１０、反射防止膜１９０を備えている。
【００２８】
本実施例では、反射防止膜１９０は熱膨張係数が約７×１０−６／ＫのＺｎＳ層からなる反射防止膜下層１９１と約１×１０−５／ＫのＭｇＦ２層からなる反射防止膜上層１９２とから構成した。
本実施例の太陽電池１００は、ＧａＡｓ格子整合材料により構成されたＧａＡｓ系光電変換セルであるＧａＩｎＰセル１８０を有する。ここで、ＧａＡｓ系格子整合材料とは、ＧａＡｓにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板上に結晶成長可能な材料のことである。ＧａＩｎＰセル１８０はＧａＡｓ系光電変換セルである。
【００２９】
初めに、図２に示す積層体１００Ａをエピタキシャル成長により作製した。
ｐ型のＧａＡｓ基板６０としてはｐ型のドーパントとしてＺｎが添加されたｐ型の単結晶のＧａＡｓウエハを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ｐ型のＧａＡｓ基板６０の直上のｐ型ＧａＡｓ層６１はバッファ層である。ＧａＡｓ層６１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００３０】
ＧａＩｎＰセル１８０はｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１とｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３とｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４の四層から構成した。
ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１は太陽光の透過側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１はＧａＩｎＰセルのｐｎ接合であるｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００３１】
ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３はＧａＩｎＰセルにおけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３にはＳｅをｎ型のドーパントとして用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００３２】
ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３は熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋであり、反射防止膜１９０の熱膨張係数の方が大きい。このことからｎ型のＧａＩｎＰ層１８３はＧａＡｓ基板に対して０．１％の圧縮歪を有するＧａ０．５０３Ｉｎ０．４９７Ｐ層とした。
【００３３】
ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ＡｌＩｎＰ層１８４は、ＧａＩｎＰセルのｐｎ接合のｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３以上のバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００３４】
ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋであり、反射防止膜１９０の熱膨張係数の方が大きい。このことからｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はＧａＡｓ基板に対して０．１％の圧縮歪を有するＡｌ０．５１３Ｉｎ０．４８７Ｐ層とした。
ＧａＩｎＰセル１８０を構成するｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１とｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３とｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はこの順にエピタキシャル成長で作製した。
【００３５】
ｎ＋型のＧａＡｓ層２０はｎ側電極３０とオーミック接合するために設けるコンタクト層である。コンタクト層２０とｎ側電極３０間のコンタクト抵抗の低減を目的に高濃度にドーパントが添加される。コンタクト層２０にはＳｅをｎ型のドーパントとして用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ｎ側電極３０は太陽光の入射側電極であり、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の金属層を有する。
【００３６】
次に、コンタクト層２０に、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、次いでコンタクト層２０をエッチングしてメサを形成した。
次にフォトリソグラフィーによりメサ形状のコンタクト層２０上にレジストパターンを形成し、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着させ、リフトオフを行いｎ側電極３０を形成した。
次にＧａＡｓ基板６０の裏面を研磨した後に、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕを蒸着させてｐ側電極１０を形成した。
ｐ側電極１０としては１０Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕを用いても良い。
【００３７】
次に、電極材料の合金化の為にアニールを行った。
次に、太陽光の反射を防止するためにフォトリソグラフィーにより太陽光が入射する部分にレジストパターンを形成した。
次に、ＺｎＳ層１９１とＭｇＦ２層１９２から成る反射防止膜１９０をスパッタリングで成膜した。
次に、反射防止膜（ＡＲコート：Anti Reflection coating）のリフトオフを行った。
これにより、図１に示す化合物半導体太陽電池１００を得た。
上記の手段により、装置寿命の長い化合物半導体太陽電池を製造することが出来る。
【００３８】
［実施例２］
本実施例は本発明の第３の実施の形態に係るものである。
本実施例の化合物半導体太陽電池２００の層構造を図３に基づいて説明する。図３は化合物半導体太陽電池の層構造を分かりやすく説明するために断面図を簡易的に示したものである。太陽光の入射方向は図の上部からである。
【００３９】
化合物半導体太陽電池２００は三接合型の太陽電池であり、ＧａＩｎＰ  ｐｎ接合を有するトップセルのＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓ  ｐｎ接合を有するミドルセルのＧａＡｓセル１６０、ＧａＩｎＡｓＰ  ｐｎ接合を有するボトムセルのＧａＩｎＡｓＰセル１２０、トップセルとミドルセル間のトンネル接合層１７０、ミドルセルとボトムセル間のトンネル接合層１５０、ｐ型のＩｎＰ基板１１０、ｐ側電極１０等を備えている。
反射防止膜１９０は反射防止膜下層１９１と反射防止膜上層１９２共に熱膨張係数が約６×１０−７／ＫであるＳｉＯ２から構成される単層構造とした。
【００４０】
本実施例の化合物半導体太陽電池は、ＧａＡｓ格子整合材料により構成されたＧａＡｓ系光電変換セルとＩｎＰ格子整合材料により構成されたＩｎＰ系光電変換セルを有する。ここで、ＧａＡｓ系格子整合材料とは、ＧａＡｓにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板上に結晶成長可能な材料のことである。ＩｎＰ系格子整合材料とは、ＩｎＰにほぼ格子整合し、ＩｎＰ基板上に結晶成長可能な材料のことである。本実施形態におけるＧａＩｎＰセル１８０並びにＧａＡｓセル１６０はＧａＡｓ系光電変換セルであり、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０はＩｎＰ系光電変換セルである。
【００４１】
本実施例では、ＧａＡｓ系格子整合材料とＩｎＰ系格子整合材料は直接接合により接合する。ｎ型のＧａＡｓ層１４０とｎ型のＩｎＰ層１３０を接合層として、ｐ側電極１０には太陽光の透過側になり、ｐ型のドーパントを有する基板に蒸着させるため、Ｔｉ／Ａｕを用いた。これはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕを用いても良い。
【００４２】
ＩｎＰ系光電変換セルを含む側は、図４（ｂ）に示す積層体２００Ｂをｐ型のＩｎＰ基板上に順に成長させる。そのためＩｎＰ成長構造においてはｎ型のＩｎＰ層１３０が最表面層となる。
ｐ型のＩｎＰ基板１１０はｐ型のドーパントとしてＺｎが添加されたｐ型の単結晶のＩｎＰウエハを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ＧａＩｎＡｓＰセル１２０は、ＩｎＰと格子整合する材料から構成されている。１２１〜１２４までの四層はこの順に積層した。
【００４３】
ｐ型のＩｎＰ層１２１は太陽光の入射方向に対して奥側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＩｎＰ層１２１はＧａＩｎＡｓＰセルのｐｎ接合のｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２とｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３よりも高いバンドギャップエネルギーを有する。ｐ型のＩｎＰ層１２１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００４４】
ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２とｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３はＧａＩｎＡｓＰセルにおけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２にはＺｎを、ｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３にはＳｅをそれぞれドーパントとして添加した。ただし、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２にはＺｎ以外のｐ型のドーパントを、また、ｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３にはＳｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することが出来る。
【００４５】
ｎ型のＩｎＰ層１２４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＩｎＰ層１２４はＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｐｎ接合のｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２とｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３よりも高いバンドギャップエネルギーを有する。ｎ型のＩｎＰ層１２４にはＳｅをｎ型のドーパントとして添加した。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００４６】
接合層であるｎ型のＩｎＰ層１３０は表面清浄化処理と表面活性化処理を施した後に接合される。ｎ型のＩｎＰ層１３０にはｎ型のドーパントとしてＳｅを添加した。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。接合層は接合後の界面における高抵抗化を防止する目的でＧａＩｎＡｓＰセル窓層１２４よりもドーピング濃度を高くした。
ここで、ＩｎＰのバンドギャップエネルギーは１．３５（ｅＶ）である。
ＧａＡｓ系光電変換セルを含む側は、図４（ｂ）に示す層構造をＧａＡｓ基板上に逆にエピタキシャル成長させる逆積みを行う。そのためＧａＡｓ系結晶成長構造においてはｎ型のＧａＡｓ層１４０が最表面層となる。
【００４７】
ｎ型のＧａＡｓ層１４０はＧａＡｓ基板上に作製したＧａＡｓ系格子整合材料の接合層であり、表面清浄化と表面活性化処理を施した後にＧａＩｎＡｓＰセル１２０側の接合層であるｎ型のＩｎＰ層１３０と接合した。ｎ型のＧａＡｓ層１４０にはｎ型のドーパントとしてＳｅを添加した。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ドーパント濃度はｎ型のＩｎＰ層１３０と同程度に設定した。
【００４８】
トンネル接合層１５０は接合層であるｎ型のＧａＡｓ層１４０とＧａＡｓセル１６０との間に設けた。トンネル接合層１５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１５２とを有する。ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１にはｎ型ドーパントとしてＴｅを用いた。ただし、Ｔｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１５２にはｐ型のドーパントとしてＣを用いた。ただし、Ｃ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。トンネル接合層１５０を構成する半導体層は非常に高濃度なドーパントを有する。トンネル接合層１５０はＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合のＧａＡｓセルｐ層１６２とＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｐｎ接合のＧａＩｎＡｓＰセルｎ層１２３との間にトンネル効果を利用して電流を流すために構成した。
ＧａＡｓセル１６０はｐ型のＧａＩｎＰ層１６１とｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３とｎ型のＧａＩｎＰ層１６４の四層から構成した。
【００４９】
ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１は太陽光の透過側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１はＧａＡｓセルのｐｎ接合であるＧａＡｓセルｐ層１６２とＧａＡｓセルｎ層１６３よりも高いバンドギャップエネルギーを有する。ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００５０】
ｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３はＧａＡｓセル１６０におけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＡｓ層１６２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＡｓ層１６３にはｎ型のドーパントとしてＳｅを添加した。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００５１】
ｎ型のＧａＩｎＰ層１６４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＧａＩｎＰ層１６４はＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合のＧａＡｓセルｐ層１６２とＧａＡｓセルｎ層１６３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＧａＩｎＰ層１６４にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ＧａＡｓセル１６０を構成するｐ型のＧａＩｎＰ層１６１とｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３とｎ型のＧａＩｎＰ層１６４は実際にはこの逆順に作製される。
【００５２】
トンネル接合層１７０はＧａＩｎＰセル１８０とＧａＡｓセル１６０との間に設けた。トンネル接合層１７０は、ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２を有する。ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１にはｎ型のドーパントとしてＴｅを用いた。ただし、Ｔｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２はｐ＋型のドーパントとしてＣを用いた。ただし、Ｃ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。トンネル接合層１７０を構成する半導体層は非常に高濃度なドーパントを有する。トンネル接合層１７０はＧａＩｎＰセル１８０のｐｎ接合のＧａＩｎＰセルｐ層１８２とＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合のＧａＡｓセルｎ層１６３との間にトンネル効果を利用して電流を流すために構成される。
ＧａＩｎＰセル１８０はｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１とｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３とｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４の四層から構成した。
【００５３】
ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１は太陽光の透過側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１はＧａＩｎＰセルのｐｎ接合のＧａＩｎＰセルｐ層１８２とＧａＩｎＰセルｎ層１８３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００５４】
ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３はＧａＩｎＰセルにおけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３は熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋであり反射防止膜の熱膨張係数の方が小さいことからＧａＡｓ基板に対して０．１％の引っ張り歪を有するＧａ０．５３０Ｉｎ０．４７０Ｐ層とした。
【００５５】
ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はＧａＩｎＰセル１８０のｐｎ接合のｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３以上のバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は熱膨張係数が約６×１０−６／Ｋであり、反射防止膜１９０の熱膨張係数の方が小さいことから０．１％の引っ張り歪を有するＡｌ０．５４１Ｉｎ０．４５９Ｐ層とした。
ＧａＩｎＰセル１８０を構成するｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１とｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３とｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は実際にはこの逆順に作製した。
【００５６】
図３に示す三接合型化合物半導体太陽電池２００は図４（ａ）に示すｎ型ＧａＡｓ基板上積層体２００Ａと図４（ｂ）に示すｐ型ＩｎＰ基板上積層体２００Ｂとを貼り合せることによって作製される。図３の三接合型化合物半導体太陽電池２００において、ｎ＋型のＧａＡｓ層２０はｎ側電極３０とオーミック接合するために設けるコンタクト層である。このコンタクト層にはコンタクト層２０とｎ側電極３０間のコンタクト抵抗の低減を目的に高濃度に不純物が添加される。ｎ＋型のＧａＡｓ層２０にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ｎ側電極３０に関しては太陽光の入射側になり、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の金属層を有する。
【００５７】
次に図３に示した三接合型化合物半導体太陽電池２００の製造方法について図４、５、６を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４０上に積層体２００Ａを作製するとともに、図４（ｂ）に示すように、ｐ型のＩｎＰ基板１１０上に積層体２００Ｂを作製した。なお、積層体２００Ａ及び積層体２００Ｂは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長して作製される。積層体２００Ａにおける、ｎ型ＧａＡｓ基板直上のｎ型のＧａＡｓ層４１はバッファ層であり、ｎ型のＧａＡｓ層４１の直上のｎ型のＧａＩｎＰ層５０は、エッチングストップ層である。
【００５８】
次に、積層体２００Ａと２００Ｂとを直接接合し図５に示すような積層体２００Ｃを得た。
直接接合は積層体２００Ａの接合層であるｎ型のＧａＡｓ層１４０と積層体２００Ｂの接合層であるｎ型のＩｎＰ層１３０の両方を表面清浄化処理と表面活性化処理を施してから両者を接合することによって行われる。清浄化処理は有機溶剤を用いて行う。表面活性化処理は積層体２００Ａ及び積層体２００Ｂの接合面にＡｒイオンビームまたはＡｒ原子を常温高真空下で衝突させて行う。
【００５９】
積層体２００Ｃはｐ型のＩｎＰ基板上１１０上にＧａＩｎＡｓＰセル１２０、接合層１３０、接合層１４０、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層２０、エッチングストップ層５０、バッファ層４１、ｎ型のＧａＡｓ基板４０を順に積層した構造を有する。
次に、積層体２００Ｃからｎ型ＧａＡｓ基板４０、バッファ層４１、エッチングストップ層５０をウエットエッチングにより除去した。
ｎ型ＧａＡｓ基板４０とバッファ層４１は、例えば水と過酸化水素水と硫酸の混合溶液により溶解させることで除去する。この時、エッチングストップ層５０はＧａＩｎＰであるため、溶解しない。エッチングストップ層５０は、塩酸と水の混合溶液で除去する。この時、コンタクト層２０はＧａＡｓであるため、溶解しない。
上記の処理を施すことにより、図５に示す積層体２００Ｃは図６に示す積層体２００Ｄになる。
【００６０】
次に、コンタクト層２０に、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、コンタクト層をエッチングしてメサを形成した。
次にフォトリソグラフィーによりメサ形状のコンタクト層上にレジストパターンを形成し、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着させ、リフトオフを行いｎ側電極３０を形成した。
次にｐ型のＩｎＰ基板１１０の裏面を研磨した後に、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕを蒸着させてｐ側電極１０を形成した。
次に、電極材料の合金化の為にアニールを行った。
【００６１】
次に、太陽光の反射を防止するためにフォトリソグラフィーにより太陽光が入射する部分にレジストパターンを形成する。
次に、反射防止膜下層１９１と反射防止膜上層１９２が共にＳｉＯ２で構成される単層構造の反射防止膜１９０をスパッタリング製膜した。
次に、ＡＲコートのリフトオフを行った。
化合物半導体太陽電池２００は図３のようになる。
上記の手段により、装置寿命の長い化合物半導体太陽電池を製造することが出来る。
【００６２】
［実施例３］
本実施例は本発明の第３の実施の形態に係るものである。
本実施例においては、実施例２におけるｐ型ＩｎＰ基板１１０側の積層体２００Ｂの構造（図４（ｂ）参照）を図７に示した積層体３００Ｂのような二つの光電変換セル１２０、２１０を含む構造とし、図８に示す四接合型化合物半導体太陽電池３００とした。この四接合型太陽電池３００が図３に示した三接合型化合物半導体太陽電池と異なるのはｐ型ＩｎＰ基板１１０上の積層構造においてＧａＩｎＡｓＰセル１２０の下部にトンネル接合層２２０とＧａＩｎＡｓセル２１０とを有していることである。
【００６３】
トンネル接合層２２０はＧａＩｎＡｓＰセル１２０とＧａＩｎＡｓセル２１０との間に設けられる。トンネル接合層２２０は、ｎ＋型のＡｌＩｎＡｓ層２２１とｐ＋型のＧａＩｎＡｓＰ層２２２とを有する。ｎ＋型のＡｌＩｎＡｓ層２２１はｎ型のドーパントとしてＴｅを用いた。ただし、Ｔｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｐ＋型のＧａＩｎＡｓＰ層２２２はｐ型のドーパントとしてＣを用いた。ただし、Ｃ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。トンネル接合層２２０を構成する半導体層は非常に高濃度なドーパントを有する。トンネル接合層２２０はＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｐｎ接合のＧａＩｎＡｓＰセルｐ層１２２とＧａＩｎＡｓセル２１０のｐｎ接合のＧａＩｎＡｓセルｎ層２１３との間にトンネル効果を利用して電流を流すために構成した。
ＧａＩｎＡｓセル２１０はｐ型のＩｎＰ層２１１とｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２とｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３とｎ型のＩｎＰ層２１４の四層から構成した。
【００６４】
ｐ型のＩｎＰ層２１１は太陽光の入射方向に対して奥側に配置されるＢＳＦ層であり、ｐ型のＩｎＰ基板１１０とのバッファ層も兼ねている。ｐ型のＩｎＰ層２１１はＧａＩｎＡｓセルのｐｎ接合を形成するｐ型のＧａＩｎＡｓセルｐ層２１２とｎ型のＧａＩｎＡｓセルｎ層２１３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｐ型のＩｎＰ層２１１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００６５】
ｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２とｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３はＧａＩｎＡｓセル２１０におけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００６６】
ｎ型のＩｎＰ層２１４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＩｎＰ層２１４はＧａＩｎＡｓセル２１０のｐｎ接合を形成するｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２とｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＩｎＰ層２１４はｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００６７】
［実施例４］
本実施例は本発明の第３の実施の形態に係るものである。
本実施例の太陽電池は、図１０に示したような、ｐ型のＧｅ層２３１とｎ型のＧｅ層２３２から成るＧｅセル（Ｇｅ基板）２３０をボトムセルとし、このＧｅ基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製した積層体４００Ａを用い、これに電極等を積層して図９に示すような三接合型太陽電池４００としたものである。
【００６８】
本実施例では、反射防止膜１９０は反射防止膜下層１９１をＺｎＳ層とし、反射防止膜上層をＭｇＦ２層とした。
Ｇｅセルｐ層２３１にはｐ型のドーパントとしてＧａを用いた。ただし、Ｇａ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。Ｇｅセルｎ層２３２にはｎ型のドーパントとしてＡｓを用いた。ただし、Ａｓ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００６９】
格子緩和バッファ層２４０はｎ型のＧａＩｎＰ層２４１とｎ型のＧａＩｎＡｓ層２４２から成り、ｎ型のＧａＩｎＰ層２４１にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＡｓ層２４２にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００７０】
トンネル接合層２５０はＩｎＧａＡｓセル２６０とＧｅセル２３０との間に設けられる。トンネル接合層２５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層２５１とｐ＋型のＧａＡｓ層２５２を有する。ｎ＋型のＧａＡｓ層２５１にはｎ型のドーパントとしてＴｅを用いた。ただし、Ｔｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｐ＋型のＧａＡｓ層２５２にはｐ型のドーパントとしてＣを用いた。ただし、Ｃ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。トンネル接合層２５０を構成する半導体層は非常に高濃度なドーパントを有する。トンネル接合層２５０はＧａＩｎＡｓセル２６０のｐｎ接合のｐ層２６２とＧｅセル２３０のｐｎ接合のｎ層２３２との間にトンネル効果を利用して電流を流すために構成した。
【００７１】
ＩｎＧａＡｓセル２６０はｐ型のＧａＩｎＰ層２６１とｐ型のＩｎＧａＡｓ層２６２とｎ型のＩｎＧａＡｓ層２６３とｎ型のＧａＩｎＰ層２６４の四層から構成した。
ｐ型のＧａＩｎＰ層２６１は太陽光の透過側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＧａＩｎＰ層２６１はＧａＡｓセルのｐｎ接合を形成するｐ型のＩｎＧａＡｓ層２６２とｎ型のＩｎＧａＡｓ層２６３よりも高いバンドギャップエネルギーを有する。ｐ型のＧａＩｎＰ層２６１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００７２】
ｐ型のＩｎＧａＡｓ層２６２とｎ型のＩｎＧａＡｓ層２６３はＩｎＧａＡｓセル２６０におけるｐｎ接合層である。ｐ型のＩｎＧａＡｓ層２６２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＩｎＧａＡｓ層２６３にはｎ型のドーパントとしてＳｅを添加した。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００７３】
ｎ型のＧａＩｎＰ層２６４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＧａＩｎＰ層２６４はＩｎＧａＡｓセル２６０のｐｎ接合を形成するｐ型のＩｎＧａＡｓ層２６２とｎ型のＩｎＧａＡｓ層２６３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＧａＩｎＰ層２６４はｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
【００７４】
トンネル接合層１７０はＧａＩｎＰセル１８０とＩｎＧａＡｓセル２６０との間に設けた。トンネル接合層１７０は、ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２を有する。ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１にはｎ型のドーパントとしてＴｅを用いた。ただし、Ｔｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２にはｐ型のドーパントとしてＣを用いた。ただし、Ｃ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。トンネル接合層１７０を構成する半導体層は非常に高濃度なドーパントを有する。トンネル接合層１７０はＧａＩｎＰセル１８０のｐｎ接合のＧａＩｎＰセルｐ層１８２とＩｎＧａＡｓセル２６０のｐｎ接合のｎ層２６３との間にトンネル効果を利用して電流を流すために構成される。
【００７５】
ＧａＩｎＰセル１８０はｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１とｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３とｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４の四層から構成した。
ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１は太陽光の透過側に配置されるＢＳＦ層である。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１はＧａＩｎＰセルのｐｎ接合であるＧａＩｎＰセルｐ層１８２とＧａＩｎＰセルｎ層１８３よりも高いバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｐ型のＡｌＩｎＰ層１８１にはｐ型のドーパントとしてＺｎを添加した。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３はＧａＩｎＰセルにおけるｐｎ接合層である。ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２にはｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた。ただし、Ｚｎ以外のｐ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３にはをｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３は反射防止膜の熱膨張係数が大きいことからＧａＡｓ基板に対して０．１の圧縮歪を有するＧａ０．５０３Ｉｎ０．４９７Ｐ層とした。
【００７６】
ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４は太陽光に入射方向に対して表面側に配置される窓層である。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はＧａＩｎＰセルのｐｎ接合を形成するｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３以上のバンドギャップエネルギーを有していればよい。ｎ型のＡｌＩｎＰ層１８４はｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。ＡｌＩｎＰ層１８４は熱膨張係数が大きいことからＧａＡｓ基板に対して０．１％の圧縮歪を有するＡｌ０．５１３Ｉｎ０．４８７Ｐ層とした。
【００７７】
ｎ＋型のＧａＡｓ層２０はｎ側電極３０とオーミック接合するために設けるコンタクト層である。コンタクト層とｎ側電極３０間のコンタクト抵抗の低減を目的に高濃度にドーパントが添加される。コンタクト層であるｎ＋型のＧａＡｓ層２０にはｎ型のドーパントとしてＳｅを用いた。ただし、Ｓｅ以外のｎ型のドーパントであっても問題なく使用することができる。
次に、実施例１と同様のプロセスにより図９に示した三接合型太陽電池を作製した。
【符号の説明】
【００７８】
１０・・・ｐ側電極
２０・・・ｎ＋型のＧａＡｓ層、コンタクト層
３０・・・ｎ側電極
４０・・・ｎ型のＧａＡｓ基板
４１・・・ｎ型のＧａＡｓ層、バッファ層
５０・・・ｎ型のＧａＩｎＰ層、エッチングストップ層
６０・・・ｐ型のＧａＡｓ基板
６１・・・ｐ型のＧａＡｓ層、バッファ層
１００・・・化合物半導体太陽電池
１０１・・・筐体
１０２・・・集光レンズ
１０３・・・放熱板
１１０・・・ｐ型のＩｎＰ基板
１２０・・・光電変換セル、ＧａＩｎＡｓＰセル  
１２１・・・ｐ型のＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓＰセルＢＳＦ層
１２２・・・ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層、ＧａＩｎＡｓＰセルｐ層
１２３・・・ｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層、ＧａＩｎＡｓＰセルｎ層
１２４・・・ｎ型のＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓＰセル窓層
１３０・・・ｎ型のＩｎＰ層、接合層
１４０・・・ｎ型のＧａＡｓ層、接合層
１５０・・・トンネル接合層
１５１・・・ｎ＋型のＧａＡｓ層
１５２・・・ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層
１６０・・・光電変換セル、ＧａＡｓセル
１６１・・・ｐ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓセルＢＳＦ層
１６２・・・ｐ型のＧａＡｓ層、ＧａＡｓセルｐ層
１６３・・・ｎ型のＧａＡｓ層、ＧａＡｓセルｎ層
１６４・・・ｎ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓセル窓層
１７０・・・トンネル接合層
１７１・・・ｎ＋型のＧａＩｎＰ層
１７２・・・ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層
１８０・・・光電変換セル、ＧａＩｎＰセル
１８１・・・ｐ型のＡｌＩｎＰ層、ＧａＩｎＰセルＢＳＦ層
１８２・・・光電変換セルｐ層、ｐ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰセルｐ層
１８３・・・光電変換セルｎ層、ｎ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰセルｎ層
１８４・・・光電変換セル窓層、ｎ型のＡｌＩｎＰ層、ＧａＩｎＰセル窓層
１９０・・・反射防止膜
１９１・・・反射防止膜下層  ＺｎＳ層（実施例１）
１９２・・・反射防止膜上層  ＭｇＦ２層（実施例１）
２００・・・三接合型化合物半導体太陽電池
２００Ａ・・・三接合型化合物半導体太陽電池における直接接合前のｎ型のＧａＡｓ基板上積層体
２００Ｂ・・・三接合型化合物半導体太陽電池における直接接合前のｐ型のＩｎＰ基板上積層体
２００Ｃ・・・三接合型化合物半導体太陽電池における直接接合後の積層体
２００Ｄ・・・三接合型化合物半導体太陽電池におけるｎ型ＧａＡｓ基板とＧａＡｓバッファ層とエッチングストップ層を除去後の積層体
２１０・・・光電変換セル、ＧａＩｎＡｓセル
２１１・・・ｐ型のＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓセルＢＳＦ層
２１２・・・ｐ型のＧａＩｎＡｓ層、ＧａＩｎＡｓセルｐ層
２１３・・・ｎ型のＧａＩｎＡｓ層、ＧａＩｎＡｓセルｎ層
２１４・・・ｎ型のＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓセルＩｎＰ窓層
２２０・・・トンネル接合層
２２１・・・ｎ＋ＡｌＩｎＡｓ層
２２２・・・ｐ＋型ＧａＩｎＡｓＰ層
２３０・・・Ｇｅセル、Ｇｅ基板
２３１・・・ｐ型のＧｅ層、Ｇｅセルｐ層
２３２・・・ｎ型のＧｅ層、Ｇｅセルｎ層
２４０・・・格子緩和バッファ層
２４１・・・ｎ型のＧａＩｎＰ層、格子緩和バッファ層
２４２・・・ｎ型のＧａＩｎＡｓ層、格子緩和バッファ層
２５０・・・トンネル接合層
２５１・・・ｎ＋型のＧａＡｓ層
２５２・・・ｐ＋型のＧａＡｓ層
２６０・・・ＩｎＧａＡｓセル
２６１・・・ｐ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓセルＢＳＦ層
２６２・・・ｐ型のＩｎＧａＡｓ層、ＧａＩｎＡｓセルｐ層
２６３・・・ｎ型のＩｎＧａＡｓ層、ＧａＩｎＡｓセルｎ層
２６４・・・ｎ型のＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＡｓセル窓層
３００・・・四接合型化合物半導体太陽電池
３００Ａ・・・四接合型化合物半導体太陽電池における直接接合前のｐ型ＩｎＰ基板上積層体
３００Ｂ・・・四接合型化合物半導体太陽電池における直接接合前のｐ型ＩｎＰ基板上積層体
４００・・・三接合型化合物半導体太陽電池
４００Ａ・・・三接合型化合物半導体太陽電池のＧｅ基板上積層体
５００・・・集光型太陽電池モジュール
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特表２０１４−５１４７４６号公報
【図１】
2017143174.tif 000004
【図２】
2017143174.tif 000005
【図３】
2017143174.tif 000006
【図４】
2017143174.tif 000007
【図５】
2017143174.tif 000008
【図６】
2017143174.tif 000009
【図７】
2017143174.tif 000010
【図８】
2017143174.tif 000011
【図９】
2017143174.tif 000012
【図１０】
2017143174.tif 000013
【図１１】
2017143174.tif 000014