(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｇｅ面上に、回転双晶の発生を抑制してＧａＡｓをエピタキシャル成長させて層構造を得る方法を提供する。【解決手段】タンデム型太陽電池において、ｎ形Ｇｅ１２、ｐ形Ｇｅ１３、ｐ＋形Ｇｅ１４を有したＧｅ層形成において、Ｇｅ層の（１１１）面上に、ＧａＳｂの緩衝層２１をエピタキシャル成長させた後、ｎ＋形ＧａＡｓ３１、ｎ形ＧａＡｓ３２、ｐ形ＧａＡｓ３３、ｐ＋形ＧａＡｓ３４を有したＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇｅ（１１１）面上に、ＧａＳｂをエピタキシャル成長させた後、ＧａＡｓをエピタキシャル成長させることを特徴とする層構造形成方法。
【請求項２】
ガラス基板上にＧｅ層を形成し、次いで、ＧａＳｂの緩衝層を形成した後、ＧａＡｓ層を形成することを特徴とする層構造形成方法。
【請求項３】
Ｇｅ（１１１）面上にＧａＳｂ緩衝層を挟みＧａＡｓ層が形成された構造を含むことを特徴とするタンデム型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇｅ（１１１）面上へのＧａＡｓ層形成方法に関し、特に、ＧａＡｓ層中の回転双晶の形成を抑制し、品質の良い層構造ないし高効率な太陽電池構造を提供可能な層構造形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンデム型太陽電池は、高効率ではあるものの高コストとなりやすく、例えば、Ｇｅ単結晶基板上にＧｅ太陽電池構造とＧａＡｓ太陽電池構造とを積層したものは、宇宙用に限られている。高コストとなる理由の一つに、用いるＧｅ基板が高価なＧｅ（００１）単結晶基板であることが挙げられる。
【０００３】
これに対し、Ｇｅ単結晶基板を用いないでタンデム型太陽電池を作製する方法として、Ａｌ誘起結晶化法によりガラス基板上に大粒径Ｇｅ多結晶膜を形成し、さらにこのＧｅ膜上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
なお、非特許文献１によると、Ａｌ誘起結晶化法によりガラス基板上に形成された大粒径Ｇｅ膜の配向は（１１１）方向である。したがって、特許文献１の方法により高効率タンデム型太陽電池を作製するには、Ｇｅ（１１１）面上へ高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成する必要がある。
【０００５】
一方、Ｇｅ（１１１）へのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロエピタキシーについての研究はその必要性がなかったためほとんどないものの、Ｇｅと同族のＳｉについては、Ｓｉ（１１１）上へのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロエピタキシーでは、回転双晶が発生することが知られている（非特許文献２〜非特許文献８）。回転双晶は、半導体の品質ないし太陽電池の特性を低下させる原因となるので、その発生は可能な限り抑制される必要があり、実際、Ｓｉ（１１１）上へのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロエピタキシーにおいては様々な方法により回転双晶の発生の抑制が検討されている（非特許文献４〜８）。
【０００６】
そこで、本願発明者は、安価な製造方法確立を一つの目標として、Ｇｅ（１１１）基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させてみたところ、ＧａＡｓ中に回転双晶が必ず発生してしまうことを確認した。
【０００７】
すなわち、Ｇｅ太陽電池とＧａＡｓ太陽電池とからなるタンデム型太陽電池を作製ないし製造しようとすると、従来では、高価なＧｅ（００１）単結晶基板を用いるか、ガラス基板を用いて安価にＧｅ層を作出できるものの回転双晶を内在する品質の必ずしもよくないＧａＡｓ太陽電池構造を得るか、のどちらかを選択せざるを得ない、という問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１３−１３８１２８
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】K. Toko, M. Kurosawa, N. Saitoh, N. Yoshizawa, N. Usami, M. Miyao, and T. Suematsu, Applied Physics Letters 101, 072106 (2012).
【非特許文献２】M. Kitabatake, T. Kawasaki, and T. Korechika, Thin Solid Films 281, 17-19 (1996).
【非特許文献３】K. Murata, N. B. Ahmad, Y. Tamura, M. Mori, C. Tatsuyama, and T. Tambo, Journal of Crystal Growth 301, 203-206 (2007).
【非特許文献４】M. Deura, Y. Kondo, M. Takenaka, S. Takagi, Y. Nakano, and M. Sugiyama, Journal of Crystal Growth 312, 1353-1358 (2010).
【非特許文献５】A. Proessdorf, F. Grosse, O. Romanyuk, W. Braun, B. Jenichen, A. Trampert, and H. Riechert, Journal of Crystal Growth 323, 401-404 (2011).
【非特許文献６】H. Toyota, A. Okabe, T. Endoh, Y. Jinbo, and N. Uchitomi, Journal of Crystal Growth 378, 129 (2013).
【非特許文献７】O. Morohara, H. Geka, Y. Moriyasu, and N.  Kuze, Journal of Crystal Growth 378, 113 (2013).
【非特許文献８】H. Suzuki, D. Ito, A. Fukuyama, and T. Ikari, Journal of Crystal Growth 380, 148-152 (2013).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、Ｇｅ（１１１）面上に、回転双晶の発生を抑制してＧａＡｓをエピタキシャル成長させて層構造を得る方法を提供することを目的とする。
また、Ｇｅ太陽電池とＧａＡｓ太陽電池とを含むタンデム型太陽電池構造を安価に得られる技術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】
【００１１】
請求項１に記載の層構造形成方法は、Ｇｅ（１１１）面上に、ＧａＳｂをエピタキシャル成長させた後、ＧａＡｓをエピタキシャル成長させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の層構造形成方法は、ガラス基板上にＧｅ層を形成し、次いで、ＧａＳｂの緩衝層を形成した後、ＧａＡｓ層を形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載のタンデム型太陽電池は、Ｇｅ（１１１）面上にＧａＳｂ緩衝層を挟みＧａＡｓ層が形成された構造を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｇｅ（１１１）上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させる際に、ＧａＡｓ中の回転双晶の発生を抑制することができる（請求項１）。また、ガラス基板上にＡｌ誘起結晶化法により形成した（１１１）配向の大粒径Ｇｅ多結晶膜上にも高品質なＧａＡｓをエピタキシャル成長できる（請求項２）。これを利用し、ガラス基板上にＧｅ太陽電池とＧａＡｓ太陽電池とを含むタンデム型太陽電池構造を安価に作製できる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）により、Ｇｅ（１１１）基板上にエピタキシャル成長させたＧａＡｓの（２２４）Ｘ線回折パターンである。上のプロットはＧｅ基板およびＧａＡｓの正常成長領域（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｄｏｍａｉｎ）からの回折、下のプロットはＧａＡｓの回転双晶領域（ｓｕｂ−ｄｏｍａｉｎ）からの回折である。上下のプロットの差（対数プロット）が大きいほど、回転双晶領域の体積比率が小さいことを示す。  図１（ａ）はＧａＳｂ緩衝層なしの場合、図１（ｂ）はＧａＳｂ緩衝層２原子層（２ＭＬ）を設けた場合（厚さにして約０．８ｎｍ）、図１（ｃ）はＧａＳｂ緩衝層２０原子層（２０ＭＬ）を設けた場合（厚さにして約８ｎｍ）を示す。
【図２】タンデム型太陽電池の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明者は、鋭意検討の結果、Ｇｅ（１１１）に対し、ＧａＳｂを介在させることにより、ＧａＡｓ中における回転双晶の発生が抑制されることを発見し、本願発明はこれに基づきなされた発明である。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。ここでは、Ｇｅ（１１１）基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させるに際し、間にＧａＳｂをその厚みを変えて積層しＧａＡｓの回転双晶の発生について検討する実験をおこなった。
【００１８】
具体的には、Ｇｅ（１１１）基板上に基板温度５５０℃で０．５mｍのＧａＡｓをＭＢＥ成長させる際に、０、２ＭＬと２０ＭＬのＧａＳｂ緩衝層を挟んだ試料をそれぞれ作製した。それらの試料について正常成長領域および回転双晶領域からの非対称（２２４）反射を測定した。
【００１９】
結晶性は、Ｘ線回折における非対称（２２４）反射により評価した。結果を図１に示す。各図における上のプロットは、正常成長領域からの（２２４）反射（鋭いピークはＧｅ基板からの（２２４）反射）であり、下のプロットは、回転双晶領域からの（２２４）反射である。上下のプロットの差（対数プロット）が大きいほど、回転双晶領域の体積比率が小さいことを示す。図から、ＧａＳｂ緩衝層が設けられることによりＧａＡｓ中の回転双晶領域（ｓｕｂ−ｄｏｍａｉｎ）が効果的に抑制されていることがわかる。なお、太陽電池を考慮した場合、１００ｎｍ程度までの厚みであれば透光性は確保されるので、図１（ｃ）に示したように１０ｎｍ程度の緩衝層であっても十分性能を発揮可能である。
【００２０】
なお、上記は、分子線エピタキシー法によりＧａＳｂ緩衝層とＧａＡｓ層の成長をおこなうものであるが、有機金属気相成長法など他の成長法を採用してもよい。
【００２１】
タンデム型太陽電池の構成例としては、図２の積層例を挙げることができる。なお、タンデム型太陽電池を作製する場合、Ｇｅ太陽電池構造の上にＧａＡｓ太陽電池構造を積層した２接合構造だけでなく、ＧａＡｓ太陽電池構造の上にさらにＩｎＧａＰ太陽電池構造を付け加えた３接合構造を設けてもよい。
【００２２】
以上説明したように、Ｇｅ（１１１）面上に回転双晶領域の少ないＧａＡｓエピタキシャル層を成長できるので、ガラス基板上の（１１１）配向大粒径Ｇｅ多結晶膜上にも回転双晶領域の少ないＧａＡｓエピタキシャル層を成長でき、高効率タンデム型太陽電池を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上の例では、ＧａＳｂを緩衝層として用いたが、積層欠陥生成エネルギーの観点からＡｌＳｂを緩衝層として採用してもよい。すなわち、次の通りの発明とすることができる。
１．
Ｇｅ（１１１）面上に、ＡｌＳｂの緩衝層をエピタキシャル成長させた後、ＧａＡｓをエピタキシャル成長させることを特徴とする層構造形成方法。
２．
ガラス基板上にＧｅ層を形成し、次いで、ＡｌＳｂの緩衝層を形成した後、ＧａＡｓ層を形成することを特徴とする層構造形成方法。
３．
Ｇｅ（１１１）面上にＡｌＳｂ緩衝層を挟みＧａＡｓ層が形成された構造を含むことを特徴とするタンデム型太陽電池。
【符号の説明】
【００２４】
１０   ガラス基板
１１   ｎ＋形Ｇｅ層
１２   ｎ形Ｇｅ層
１３   ｐ形Ｇｅ層
１４   ｐ＋形Ｇｅ層
２１   ｐ＋形ＧａＳｂ緩衝層
３１   ｎ＋形ＧａＡｓ層
３２   ｎ形ＧａＡｓ層
３３   ｐ形ＧａＡｓ層
３４   ｐ＋形ＧａＡｓ層
４１   ｎ電極
５１   ｐ電極
【図１】
2017041487.tif 000003
【図２】
2017041487.tif 000004