(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池モジュールを組み込んで一体的に積層した積層型太陽電池において、
異なる感度波長帯域を有する複数種類の太陽電池モジュールであって、感度波長帯域における中心波長が短いモジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを有し、
少なくとも１種類の太陽電池モジュールは、複数行複数列に整列された複数のほぼ球状のソーラセルを有するセル群モジュールで構成され、
前記複数種類の太陽電池モジュールを直列接続する直列接続回路を設け、
それら複数種類の太陽電池モジュールの出力電流がほぼ等しくなるように構成したことを特徴とする積層型太陽電池。
【請求項２】
少なくとも１種類の太陽電池モジュールは平面状の共通のｐｎ接合を有する平面受光モジュールで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項３】
４種類の太陽電池モジュールを有し、
３種類の太陽電池モジュールは、夫々、複数行複数列に整列された複数のほぼ球状のソーラセルを有するセル群モジュールで構成され、
１種類の太陽電池モジュールは、平面状の共通のｐｎ接合を有する平面受光モジュールで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項４】
前記セル群モジュールにおける複数行複数列に整列されたソーラセルは、行方向又は列方向に延びて外部へ導出された複数のリード線を介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の積層型太陽電池。
【請求項５】
各セル群モジュールは、複数のソーラセルを複数のリード線を介して直並列接続する直並列接続回路を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の積層型太陽電池。
【請求項６】
各セル群モジュールの出力電流が前記平面受光モジュールの出力電流とほぼ等しくなるように、各セル群モジュールの直並列接続回路が構成されたことを特徴とする請求項５に記載の積層型太陽電池。
【請求項７】
前記各セル群モジュールは、平面上に複数行複数列に整列された複数の球状のソーラセルの層を２つ有し、これら２層のソーラセルは平面視において重複せずに接近するように配置されたことを特徴とする請求項６に記載の積層型太陽電池。
【請求項８】
前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールの下側に位置するように最下層に配置され、この平面受光モジュールに太陽光を反射可能な反射部材が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項９】
太陽光の入射方向における最も入射側にある太陽電池モジュール以外の何れかの太陽電池モジュールにおいて、その太陽電池モジュールの表面に、それよりも上方の太陽電池モジュールで吸収されやすい感度波長帯域の光を反射するミラー膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項１０】
前記セル群モジュールにおいては、複数のソーラセルが透明なガラス又は合成樹脂材料の内部に埋め込み状に収容されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項１１】
太陽光の入射方向において最も入射側にある太陽電池モジュールの上面に透明なガラス又は合成樹脂からなる透明部材が固着されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項１２】
前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールより下方の最下層に配置され、３種類のセル群モジュールは、太陽光の入射側から順に積層される第１〜第３のセル群モジュールを有し、
第１のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＰ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第２のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＡｓ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第３のセル群モジュールはほぼ球状のＳｉ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有することを特徴とする請求項３に記載の積層型太陽電池。
【請求項１３】
前記平面受光モジュールは、ｎ形ＩｎＰ半導体基板上に形成したＩｎＧａＡｓ半導体層内に形成した平面状の共通のｐｎ接合を有することを特徴とする請求項１２に記載の積層型太陽電池。
【請求項１４】
前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールより上方の最上層に配置され、３種類のセル群モジュールは、太陽光の入射側から順に積層される第１〜第３のセル群モジュールを有し、
第１のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＡｓ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数の太陽電池光セルを有し、第２のセル群モジュールはほぼ球状のＳｉ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第３のセル群モジュールはほぼ球状のＧｅ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有することを特徴とする請求項３に記載の積層型太陽電池。
【請求項１５】
前記平面受光モジュールは、ｎ形ＧａＰ半導体基板上に形成したＧａＡｓＰ半導体層内に形成した平面状の共通のｐｎ接合を有することを特徴とする請求項１４に記載の積層型太陽電池。
【請求項１６】
２種類の平面受光モジュールを有し、これら２種類の平面受光モジュールの間に、１又は複数のセル群モジュールが組み込まれたことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項１７】
前記複数種類の太陽電池モジュールが円筒状に形成された複数のセル群モジュールで構成され、
これらセル群モジュールが同心円状に積層されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光のスペクトルのうちの広範囲の波長成分を有効利用する為に、感度波長帯域の異なる２種類以上の太陽電池モジュールを積層した積層型太陽電池であって、少なくとも１種類の太陽電池モジュールとして複数の球状のソーラセルを組み込んだセル群モジュールを組み込んだ積層型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のスペクトルは、地上では600 ｎｍ付近をピークに紫外から遠赤外迄広い波長域を持っている。このような太陽光を受光し、効率よく電気エネルギーに変換するためには、単一のエネルギーバンドギャッに依存する太陽電池では、利用できるスペクトル範囲が限られ、光電変換の高効率化に限界がある。そのため、太陽光のスペクトルを複数の感度波長帯域に分割し、それぞれの感度波長帯域別に効率よく光電変換できる複数種類の太陽電池モジュール（又は、要素太陽電池、又は太陽電池層）を作り、それらを太陽光の入射側から感度波長帯域の中心波長が短い（バンドギャップが大きい）順に積層し、広範囲の太陽光スペクトルを吸収して光電変換する構造の太陽電池が提案されている。
【０００３】
これまで提案されてきた従来の太陽電池は、次のとおりである。
（ａ）光学的フィルターミラーを通して複数の波長帯域に分割し、それぞれの感度波長帯域に適した複数種類の独立の太陽電池モジュールを各光路上に配置した太陽電池。これは、非特許文献１に記載されている。
【０００４】
（ｂ）共通の基板上にエネルギーバンドギャップが異なる複数の半導体層を逐次結晶成長して２層の太陽電池層を一体的に積層した太陽電池。
（ｃ）感度波長帯域（バンドギャップ）が異なる半導体を用いて複数種類の太陽電池パネルを個別に作り、太陽光の光路上にこれら太陽電池パネルを配置した太陽電池。
【０００５】
上記の（ｂ）と（ｃ）は、非特許文献２に記載されている。
【非特許文献１】N.S.Alvi, C.E.Bakus and G.W.Madesen, " Potentail For Increasing the Efficiency of Photovoltaic Systems by Using Multiples CellConcept " ,Conf. Proc.12th IEEE Photovoltaic Specialist Conference 957(1976)
【非特許文献２】A.W.Bett, F.Dimroth, G.Stollwerck, O.V.Sulima " III −ＶCompounds For Solar Cell Applications" Appl.Phys.A69,119-129 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の（ａ）〜（ｃ）のいずれも、積層型太陽電池を構成する要素太陽電池は、平面状の半導体ウエハまたは半導体層にｐｎ接合が作られている。前記（ａ）の太陽電池は、フィルターミラーの光学的ロスによる性能低下とコストが高価になり、複数の要素太陽電池同士の間の空間が大きく、それらの位置決めと固定などに労力を要する。
【０００７】
前記（ｂ）の太陽電池は、一つの基板上に結晶成長出来る半導体の種類が結晶構造や格子常数の違いにより制約を受け、バンドギャップの異なる望ましい形のｐｎ接合形成が困難である。その上、積層した太陽電池層間に電流が流れるようにトンネル接合が必要であるが、そのトンネル接合の部分の抵抗が高い。また、積層した複数の太陽電池層の光電流の大きさが不揃になるため、太陽電池全体の出力電流が最も低い方の太陽電池層で制限されるという問題がある。
【０００８】
前記（ｃ）の太陽電池は、（ｂ）の太陽電池のような結晶成長上の制約がなくなるが、太陽光入射側の要素太陽電池には、この要素太陽電池で吸収しない波長帯域の光を通す窓が必要である。要素太陽電池の積層数や受光面積を増やすと、櫛状の電極部分の面積増加、要素太陽電池同士の位置ずれにより有効な受光面積が減少しやすくなるという欠点がある。また、（ｂ）の太陽電池の場合と同様、単一のｐｎ接合からなる要素太陽電池を積層するため、各要素太陽電池の出力電流の大きさが揃わず太陽電池全体の出力が出力電流の少ない要素太陽電池によって限定されるという問題が残っている。
【０００９】
本発明の目的は、上記のような問題を解消して太陽光を光電変換する効率を著しく改善可能な積層型太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層型太陽電池は、複数種類の太陽電池モジュールを組み込んで一体的に積層した積層型太陽電池において、異なる感度波長帯域を有する複数種類の太陽電池モジュールであって、感度波長帯域における中心波長が短いモジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層された複数種類の太陽電池モジュールを有し、少なくとも１種類の太陽電池モジュールは、複数行複数列に整列された複数のほぼ球状のソーラセルをセル群モジュールで構成され、前記複数種類の太陽電池モジュールを直列接続する直列接続回路を設け、それら複数種類の太陽電池モジュールの出力電流がほぼ等しくなるように構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる感度波長帯域を有する複数種類の太陽電池モジュールを有するため、太陽光スペクトルのうちの広い波長範囲の太陽光を利用して発電できる。波長の短い光ほど透過性が弱いため、上記のように感度波長帯域における中心波長が短い太陽電池モジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層することで、各太陽電池モジュールの光電変換効率を高めることができる。
【００１２】
複数のほぼ球状のソーラセルを組み込んだセル群モジュールでは、複数のソーラセルを直並列接続する回路における直列接続数と並列接続数を変えることで、出力電流を容易に変えることができる。そのため、少なくとも１つのセル群モジュールの出力電流を変えることにより、複数種類の太陽電池モジュールの出力電流を揃え易くなり、太陽電池の光電変換効率を高める上で有利である。
特に、前記複数種類の太陽電池モジュールを直列接続する直列接続回路を設け、それら複数種類の太陽電池モジュールの出力電流がほぼ等しくなるように構成したため、積層型太陽電池の発電機能を十分に発揮させ、光電変換効率を高めることができる。
【００１３】
セル群モジュールにおけるソーラセルは、ほぼ球面状のｐｎ接合を有するため、複数のソーラセルの配置を密にすることにより、セル群モジュールにおけるｐｎ接合の合計面積を大きくして、光電変換効率を高めることが可能である。また、セル群モジュールの各ソーラセルは、ほぼ球面状のｐｎ接合を有するため、各ソーラセルに入射する入射光がｐｎ接合に２回遭遇する機会があるから、光電変換効率を高める上で有利である。また、各ソーラセルが光閉じ込め作用を奏するように構成できるので、光電変換効率を高める上で有利である。また、球面で反射した光は光路を変えて他のソーラセルに入射することが可能となり、全体として光の吸収性が向上する。
【００１４】
各セル群モジュールのソーラセルは、他の太陽電池モジュールのｐｎ接合を構成する半導体の格子定数等の影響を受けずに独立に製作することができる。
【００１５】
ここで、前記の構成に加えて、次のような構成を適宜採用してもよい。
１）少なくとも１種類の太陽電池モジュールは平面状の共通のｐｎ接合を有する平面受光モジュールで構成される。
２）４種類の太陽電池モジュールを有し、３種類の太陽電池モジュールは、夫々、複数行複数列に整列された複数のほぼ球状のソーラセルを有するセル群モジュールで構成され、１種類の太陽電池モジュールは、平面状の共通のｐｎ接合を有する平面受光モジュールで構成される。
【００１６】
３）前記セル群モジュールにおける複数行複数列に整列されたソーラセルは、行方向又は列方向に延びて外部へ導出されたリード線を介して電気的に接続される。
４）前記各セル群モジュールは、複数のソーラセルを複数のリード線を介して直並列接続する直並列接続回路を備えている。
【００１７】
５）各セル群モジュールの出力電流が前記平面受光モジュールの出力電流とほぼ等しくなるように、各セル群モジュールの直並列接続回路が構成された。
【００１８】
６）前記各セル群モジュールは、平面上に複数行複数列に整列された複数の球状のソーラセルの層を２つ有し、これら２層のソーラセルは太陽光の入射方向から視た平面視において重複せずに接近するように配置された。
７）前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールの下側に位置するように最下層に配置され、この平面受光モジュールに太陽光を反射可能な反射部材が設けられる。
【００１９】
８）太陽光の入射方向における最も入射側にある太陽電池モジュール以外の何れかの太陽電池モジュールにおいて、その太陽電池モジュールの表面に、それよりも上方の太陽電池モジュールで吸収されやすい感度波長帯域の光を反射するミラー膜を形成する。
【００２０】
９）前記セル群モジュールにおいては、複数のソーラセルが透明なガラス又は合成樹脂材料の内部に埋め込み状に収容される。
１０）太陽光の入射方向において最も入射側にある太陽電池モジュールの上面  に透明なガラス又は合成樹脂からなる透明部材が固着される。
【００２１】
１１）前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールより下方の最下層に配置され、３種類のセル群モジュールは、太陽光の入射側から順に積層される第１〜第３のセル群モジュールを有し、
第１のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＰ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第２のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＡｓ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第３のセル群モジュールはほぼ球状のＳｉ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有する。
【００２２】
１２）の欄の前記平面受光モジュールは、ｎ形ＩｎＰ半導体基板上に形成したＩｎＧａＡｓ半導体層内に形成した平面状の共通のｐｎ接合を有する。
【００２３】
１３）前記平面受光モジュールは、複数のセル群モジュールより上方の最上層に配置され、３種類のセル群モジュールは、太陽光の入射側から順に積層される第１〜第３のセル群モジュールを有し、
第１のセル群モジュールはほぼ球状のＧａＡｓ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数の太陽電池光セルを有し、第２のセル群モジュールはほぼ球状のＳｉ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有し、第３のセル群モジュールはほぼ球状のＧｅ単結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成した複数のソーラセルを有する。
【００２４】
１４）の欄の前記平面受光モジュールは、ｎ形ＧａＰ半導体基板上に形成したＧａＡｓＰ半導体層内に形成した平面状の共通のｐｎ接合を有する。
１５）２種類の平面受光モジュールを有し、これら２種類の平面受光モジュールの間に、１又は複数のセル群モジュールが組み込まれる。
１６）前記複数種類の太陽電池モジュールが円筒状に形成された複数のセル群モジュールで構成され、これらセル群モジュールが同心円状に積層された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施する為の最良の形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２６】
最初に、本発明の積層型太陽電池を構成する要素セルとして機能する４種類のほぼ球状のソーラセルについて説明し、次に球状のソーラセルを組み込んだセル群モジュールについて説明し、次に平面受光モジュールについて説明し、その後、複数のセル群モジュールと１つの平面受光モジュールを組み込んで構成した太陽電池について説明する。その後更に、複数の円筒状のセル群モジュールを同心状に積層した円筒形の太陽電池について説明する。
【００２７】
球状のソーラセルは、本願の発明者が既に日本特許第3262174 号において提案したものと同様のものである。このソーラセル（球面受光型セル）を製作する場合、球状の半導体結晶を製作し、その半導体結晶の表層部にほぼ球面状のｐｎ接合を形成し、半導体結晶の中心を挟んで対向する表面位置に正負の電極を設け、それら正負の電極をｐｎ接合の両極に接続する。
【００２８】
このソーラセルは、太陽光の入射方向にする指向性が殆どないため太陽直射光の入射角度が変化しても優れた受光能力を示し、周囲の反射光に対しても優れた受光能力を示す。入射光がソーラセル内に閉じ込められやすく、球面状のｐｎ接合によって有効に光電変換されるという特長を有する。
【００２９】
この球状のソーラセルを製造する場合に、半導体材料のロスを少なくする為に、ソーラセルの大きさに近い球状の半導体結晶を用いることが望ましい。その球状の半導体結晶の製造法としては、例えば、本発明者が、既に日本特許第3231244 号において提案した方法を適用することができる。即ち、溶融状態の半導体の液滴を落下管の上部から自由落下させ、落下途中で球状化した液滴を過冷却し、外部から刺激を与えて凝固させ球状又は粒状の単結晶を作る。
【００３０】
蒸気圧が高い元素を含む化合物半導体を採用する場合は、例えば本願の発明者が日本特許第3287579 号において提案した方法を適用できる。この方法において、化合物半導体の原料とそれを構成する元素の中で蒸気圧が高い元素を雰囲気ガスと共に密閉したアンプル中に納め、これを落下管の上部から落下させ溶融状態の半導体原料を自由落下中に前記と同様に凝固させることにより、球状又は粒状の単結晶を作る。但し、これらの方法によらずに、大きな単結晶からソーラセルの体積に近い立方体を切り出し、その立方体を機械的化学的手段によって真球状に加工することにより球状の単結晶を作ることもできる。
【００３１】
これらの球状の単結晶を用いて球状又はほぼ球状のソーラセルを作り、多数のソーラセルを用いて、太陽光に対する特有の感度波長帯域を有する太陽電池モジュール（セル群モジュール）を製作する。本願のスペクトル分割型太陽電池（積層型太陽電池）は、異なる感度波長帯域を有する２種類以上の太陽電池モジュールを組み合わせて複合化したものであり、必要に応じて平面形ｐｎ接合受光モジュール（平面受光モジュール）も組み合わせて複合化することもある。
【００３２】
最初に、本発明の積層型太陽電池に組み込まれる複数種類のソーラセル（要素ソーラセル）の構造と製法について説明する。ここに述べるソーラセルは上記の公知技術又はその他の公知技術により製造できるものであるから簡単に説明する。図１（ａ）〜（ｇ）は、太陽光スペクトルのうちの中間波長域（約５００〜１１００ｎｍ）の感度波長帯域を持つ太陽電池モジュールに組み込むＳｉソーラセルであって、ほぼ球状のシリコン（Ｓｉ）単結晶１１を主体として製作されるほぼ球状のＳｉソーラセル１０を製造する場合の製造工程を示す。Ｓｉはエネルギーバンドギャップが1.12ｅＶの間接遷移形の半導体である。
【００３３】
図１（ａ）に示す粒状のｐ形シリコン単結晶１１を製作する場合、不活性ガスを流した落下管の上部から一定量のＳｉの液滴を自由落下させ、落下中に表面張力によって球状化し、落下途中で過冷却状態から、液滴の一点に接触などの物理的な刺激を加えて急速凝固させて、直径約1.２mmのｐ形シリコン単結晶１１を得る。ｐ形シリコン単結晶１１の突起部分は、凝固の最終段階に形成されるものである。
【００３４】
この突起部分を図１（ｂ）に示すように平面的にカットして基準面１２とする。基準面１２は直径約０．３ｍｍ程度の平坦面である。基準面１２は、以降の工程における不純物拡散、電極形成、出力特性測定、配線などの工程で位置決め用に利用される。次に図１（ｃ）に示すように、全表面にシリコン酸化膜１３が形成される。次に図１（ｄ）に示すように、基準面１２とその外周近傍にシリコン酸化膜１３を拡散マスクとして残し、それ以外のシリコン酸化膜１３を除去する。
【００３５】
次に図１（ｅ）に示すように、図１（ｄ）のシリコン単結晶１１を加熱してｎ形不純物としてリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）を拡散することによりｎ形拡散層１４を形成し、ｐ形Ｓｉ単結晶１１とｎ形拡散層１４との間にほぼ球面状のｐｎ接合１５を形成する。このｎ形不純物の拡散の際に薄いＳｉ酸化膜１６も形成される。基準面１２とその近傍にはｐ形Ｓｉ単結晶１１の表面が拡散層１４で覆われずに残っている。
【００３６】
次に図１（ｆ）に示すように、エッチングしてＳｉ酸化膜１３，１６を一旦除去し、再度、全面に薄いＳｉ酸化膜からなる反射防止膜１７を形成する。次に図１（ｇ）に示すように、基準面１２を目印にして基準面１２からｐ形Ｓｉ単結晶１１に臨む表面の中心部と、ｎ形拡散層１４の表面の中心部とに銀を含むペーストをドット状に塗布して焼成すると、銀が薄いＳｉ酸化膜１７（反射防止膜）を貫通してｐ形Ｓｉ単結晶１１、ｎ形拡散層１４の表面に夫々オーミック接触した正電極１８と負電極１９が得られる。これらの電極１８，１９はＳｉ単結晶１１の中心を挟んで対向する位置にあるため、光入力および光起電力の分布の対称性が維持され、電流分布の偏りが少なく、ｐｎ接合１５が効率よく機能する。
【００３７】
図２は、太陽光スペクトルのうちの長波長域（約８００〜１６００ｎｍ）の感度波長帯域を持つ太陽電池モジュールに組み込むＧｅソーラセルであって、ほぼ球状のゲルマニウム（Ｇｅ）単結晶を主体として製作されたＧｅソーラセル２０の断面図である。ゲルマニウムは、エネルギーバンドギャップが0.66ｅＶの間接遷移形の半導体であり、このＧｅソーラセル２０は前記のＳｉソーラセル１０と同様の工程をへて製造することができる。
【００３８】
図２には、直径約１．２ｍｍのp 形ゲルマニウム単結晶２１、基準面２２、ｎ形不純物（リンまたは砒素）を熱拡散して形成したｎ形拡散層２４、ｐｎ接合２５、 反射防止膜２６、インジウムを少量含む錫により形成され且つｐ形Ｇｅ単結晶２１にオーミック接触する正電極２７、アンチモンを少量含む錫により形成されｎ形拡散層２４にオーミック接触する負電極２８が図示されている。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｇ）は、太陽光スペクトルのうちの短波長域（約３００〜６００ｎｍ）の感度波長帯域を持つ太陽電池モジュールに組み込むＧａＰソーラセルであって、球状のガリウムリン（ＧａＰ）単結晶を主体として製作されるほぼ球状のＧａＰソーラセル３０を製造する場合の製造工程を示す。ガリウムリン（ＧａＰ）は、エネルギーバンドギャップが約2.25ｅＶの間接遷移形半導体である。  このＧａＰソーラセル３０は、太陽光スペクトルのうちの短波長側の感度波長帯域を持つ。このソーラセル３０を製作する場合、最初に、ｎ形ＧａＰ単結晶インゴットから一辺が約１．６ｍｍの立方体を切り出し、これを機械的化学的研磨法で加工して、図３（ａ）に示すような直径約１．２ｍｍの球状のｎ形ＧａＰ単結晶３１を製作する。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すように、球状のｎ形ＧａＰ単結晶３１の下端部をカットして基準面３２を形成する。次に図３（ｃ）に示すように、ＧａＰ単結晶３１の全表面にシリコン窒化膜３３（Ｓｉ3 N4）を形成する。  次に図３（ｄ）に示すように、基準面３２とその外周近傍のシリコン窒化膜３３を拡散マスクとして残し、それ以外のシリコン窒化膜３３を除去する。
【００４１】
次に、図３（ｅ）に示すように、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ形不純物を拡散してｐ形ＧａＰからなる拡散層３４と、この拡散層３４とｎ形ＧａＰ単結晶３１の境界であるほぼ球面状のｐｎ接合３５を形成する。拡散層３４とｐｎ接合３５を形成した後、拡散マスクとして利用したシリコン窒化膜３３を完全に除去する。
【００４２】
次に、図３（ｆ）に示すように、全表面に薄いシリコン酸化膜からなる反射防止膜３６を形成する。次に、図３（ｇ）に示すように、基準面３２を目印にしてｐ形拡散層３４の表面の中心と基準面３２からｎ形ＧａＰ単結晶３１に臨む表面の中心部に、金を主体にそれぞれ亜鉛、ゲルマニウムをドーパントとして含有するペーストをドット状に塗布し、高温で短時間加熱処理すると、金などの金属が薄いシリコン酸化膜を貫通し、ｐ形ＧａＰ層３４とｎ形ＧａＰ単結晶３１に夫々オーミック接触した正電極３７と負電極３８が形成される。
【００４３】
図４（ａ）〜（ｄ）は、太陽光スペクトルのうちの短波長域（約５００〜８５０ｎｍ）の感度波長帯域を持つ太陽電池モジュールに組み込むＧａＡｓソーラセルであって、ほぼ球状のガリウム砒素（ＧａＡｓ）単結晶を主体として製作されるほぼ球状のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル４０を製造する製造工程を示す。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）は、エネルギーバンドギャップが1.43ｅＶの直接遷移形半導体であり、上記のＳｉとＧａＰとの間のエネルギーバンドギャップを有する。
【００４４】
最初に、図４（ａ）に示すように、直径が約１．２ｍｍのほぼ球状のｎ形ＧａＡｓ単結晶４１を製作する。このＧａＡｓ単結晶４１は前記のＧａＰ単結晶３１のように機械的化学的技法を用いて球形に形成することができる。しかし、原材料のロスを少なく、かつ、良好な単結晶を得るため本願の発明者が日本特許第３２８７５７９号において提案した方法で製作することができる。この方法においては、ｎ形ＧａＡｓ原材料と少量のＡｓを石英アンプルに真空封入し、内部のＧａＡｓ原材料を外部から加熱溶融した状態で自由落下させながら冷却し凝固させて作る。
【００４５】
自由落下中の微小重力状態でＧａＡｓ融液が表面張力により球状化し過冷却状態において物理的な刺激（トリガー）を付加することで急速に凝固させ、図４（ａ）に示すほぼ球状のＧａＡｓ単結晶４１を製作する。
【００４６】
次に図４（ｂ）に示すように、ｎ形ＧａＡｓ単結晶４１の表面にｐ形Ｇａ0.2 Ａｌ0.8 Ａｓ層４９（３元混晶半導体）を液相エピタキシャル法で薄膜成長させる。この場合、Ｇａ融液にＧａＡｓソースとドーパントである亜鉛を少量添加したＧａ融液溜め中に高温でｎ形ＧａＡｓ単結晶４１を浸漬し短時間保持した後、冷却して表面にｐ形Ｇａ0.2 Ａｌ0.8 Ａｓ層４９をエピタキシャル成長させる。Ｇａ0.2 Ａｌ0.8 Ａｓの結晶成長時に亜鉛がｎ形ＧａＡｓ単結晶４１側に拡散して、ｐ形ＧａＡｓ層４４が形成され、このＧａＡｓ層４４の表面にｐｎ接合４５が形成される。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示すように、表面にシリコン酸化膜からなる反射防止膜４６を形成した後、ｎ形ＧａＡｓ単結晶４１の表面の突起部を水平にカットし、直径約０．３ｍｍ程度の基準面４２を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、基準面４２を目印にしてｐ形ＧａＡｌＡｓ層４９に臨む表面の中心と、基準面４２側からｎ形ＧａＡｓ単結晶４１に臨む表面の中心部に、金を主体にそれぞれ亜鉛、ゲルマニウムをドーパントとして含有するペーストをドット状に塗布し、高温で短時間加熱処理する。この加熱処理により金などの金属が薄いシリコン酸化膜４６（反射防止膜）を貫通してｐ形ＧａＡｌＡｓ層４９と、ｎ形ＧａＡｓ単結晶４１に夫々オーミック接触した正電極４７と負電極４８が形成される。
【００４８】
なお、上記のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル４０の製作の際、ｐｎ接合４５をＧａＡｌＡｓ層４９内に形成したり、ＧａＡｌＡｓ層４９の組成比を変えてエネルギーバンドギャップを変えることにより感度波長帯域を短波長側へシフトすることが出来る。また、ＧａＡｌＡｓ層４９を設けずに、球状のｎ形ＧａＡｓ単結晶４１に不純物を拡散してホモ接合形のｐｎ接合を形成しても良い。
【００４９】
図５〜図７は、複数のＳｉソーラセル１０を複数行複数列に組み込んだＳｉセル群モジュール７０（Ｓｉ太陽電池モジュール）を示す。図５〜図７には、概念的に１００個のセルを組み込んだモジュールの例を図示しているが、実際のＳｉセル群モジュールでは、数１００又は数１０００のＳｉソーラセル１０を組み込むものとする。
【００５０】
図５〜図７に基づいてこのＳｉセル群モジュール７０の構造と製造方法について説明する。先ず最初に、１０個のソーラセル１０を１対のリード線（直径０．１ｍｍ程度の銅線に銀メッキしたもの）間に等ピッチで並列接続したＳｉソーラセルアレー７１を製作する。
【００５１】
正極リード線７３をソーラセル１０の正電極１８に、負極リード線７４をソーラセルの負電極１９にそれぞれハンダ付けし、そのソーラセルアレー７１を１０本製作する。５本のアレー７１を上層に等間隔に平行に配置し、５本のアレー７１を下層に等間隔に平行に配置し、上層のアレー７１の間に下層のアレー７１を位置させ、平面視において上下のソーラセル１０が重ならずに接近するように配置し、全体を透明な合成樹脂７５ａ（例えば、柔軟性のあるシリコーン樹脂）でモールドする。
【００５２】
尚、上下のソーラセル１０は、側面視においても重ならずに接近している。上層には５行１０列のソーラセル１０が平面的に配置され、下層にも５行１０列のソーラセル１０が平面的に配置される。多数のソーラセル１０を複数行複数列のマトリック状に組み込んだ実際のＳｉセル群モジュール７０は、薄い可撓性のあるパネル状構造体となる。但し、可撓性のないモジュールに構成してもよい。
【００５３】
前記の合成樹脂７５ａの下面には、透明ガラスシート７６（厚さ0.２mm程度）を接着する。この透明ガラスシート７６は、Ｓｉ太陽電池モジュール７０の機械的強度を保持しかつ他の太陽電池モジュールと接合する為の基準平面として利用する。樹脂モールド後の正極リード線７３および負極リード線７４の両端は、他のソーラセルアレーおよび他の太陽電池モジュールと電気的接続を行う為に透明合成樹脂７５ａの外部まで延ばしてある。１０本の正極リード線７３と１０本の負極リード線７４を用いて、１００個のＳｉソーラセル１０を直並列接続する直並列接続回路７５（図１６参照）が形成されるが、この直並列接続回路７５については、図１６に基づいて後述する。
【００５４】
前記Ｓｉセル群モジュール７０を製作するのと同様にして、Ｓｉソーラセル１０の代わりにＧｅソーラセル２０を組み込むことによりセル群モジュール８０（太陽電池モジュール）（図１７参照）を製作することができる。Ｓｉソーラセル１０の代わりにＧａＰソーラセル３０を組み込むことによりセル群モジュール９０（太陽電池モジュール）（図１３参照）を製作することができる。Ｓｉソーラセル１０の代わりにＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル４０を組み込むことによりセル群モジュール１００（太陽電池モジュール）（図１３、図１７参照）を製作することができる。
【００５５】
これらのモジュール８０，９０，１００における直並列接続回路についても、Ｓｉセル群モジュール７０の直並列接続回路７５と同様であり、これらについても後述する。なお、このような球状の複数のソーラセルを組み込んだ太陽電池モジュールについては、本願の発明者が国際公開公報ＷＯ２００４／００１８５８号などに既に開示してある。
【００５６】
次に、図８、図９は、本願の積層型太陽電池に組み込まれる太陽電池モジュールであって、太陽光における長波長域（約９００〜１７００ｎｍ）のスペクトルに感度波長帯域を有する太陽電池モジュール（要素モジュール）の一例であるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０を示す。
【００５７】
ｎ形ＩｎＰ基板６１の表面にｎ形Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層６２をエピタキシャル成長させ、そのｎ形層の上からｐ形不純物としての亜鉛を拡散してｐ形Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層６４を形成し、平面状の共通のｐｎ接合６５を形成する。この拡散に際し拡散マスクとしてＳｉ3 Ｎ4 を用い、ｎ形Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層６２の周縁を残して選択的に拡散しｐ形層６４を形成しても良い。
【００５８】
なお、図示していないが、ＩｎＧａＡｓ層６４の上にこれよりもエネルギーバンドギャップが大きいｎ形ＩｎＰをエピタキシャル成長させた後、その表面からｐ形不純物を拡散してＩｎＧａＡｓ層６４内にｐｎ接合を形成しても良い。ウィンドウ層としてのＩｎＰ層を設けることにより表面における再結合速度を減らして光電変換効率の改善を行うことができる。また、前記のＩｎとＧａの組成比は、例示にすぎず変更することができる。
【００５９】
次に、受光面となるｐ形ＩｎＧａＡｓ層６４の表面に図８に示すようにコールドミラー膜６６を形成する。コールドミラー膜６６は、波長が約１１００ｎｍ以下の光を反射し、それ以上の光を透過するように設定した誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜は、高屈折率の誘電体（ＴｉＯ2 やＴａ2 Ｏ5 など）の膜と低屈折率の誘電体（ＳｉＯ2 ）の膜を交互に積層したもので、それぞれの厚みと膜数は反射する波長及び反射率を考慮して設定される。
【００６０】
ｎ形ＩｎＰ基板６１の下面の全面に負電極６８（少量のゲルマニウム、ニッケルを含有する金）をオーミック接触するように設け、ｐ形ＩｎＧａＡｓ層６４の表面には、受光面積を多く為にストライプ状にした正電極６７（少量の亜鉛を含有する金）をオーミック接触するように設ける。この平面受光型モジュール６０は、公知のＩｎＧａＡＳ／ＩｎＰによる長波長フォトダイオードの製造技術などに基づいて製造可能である。次に、銅線に銀メッキしたリード線（直径０．１ｍｍ）からなる正極リード６７ａと負極リード６８ａを、それぞれ正電極６７と負電極６８にハンダ付けして接続する。
【００６１】
図１０、図１１は、本願の積層型太陽電池に組み込まれる太陽電池モジュールであって、太陽光のスペクトルのうちの短波長域（約３００〜６００ｎｍ）に感度波長帯域を有する太陽電池モジュール（要素モジュール）の一例であるＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール５０の平面図、断面図である。
【００６２】
ｎ形ＧａＰ基板５１上に、公知の気相エピタキシャル成長法を用いてｎ形ＧａＡｓ0.1 Ｐ0.9 層５２を形成する。この組成の場合、ＧａＡｓＰはエネルギーバンドギャップが約2.21ｅＶの間接型遷移半導体である。次にＧａＡｓＰ層５２の上からｐ形不純物である亜鉛を拡散してｐ形ＧａＡｓ0.1 Ｐ0.9 層５４を形成し、このＧａＡｓＰ層５４内にｐｎ接合５５を形成する。図示していないがｎ形ＧａＡｓＰ層５２の表面周縁に拡散マスクＳｉ3 Ｎ4 膜を設けて亜鉛拡散を行ない、プレーナ形ｐｎ接合を形成する。この方法は、公知の黄色の発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造法でも用いられている。
【００６３】
ｐ形ＧａＡｓＰ層５４とｎ形ＧａＰ基板５１の表面に夫々オーミック接触する正電極５７（少量の亜鉛を含有する金）と負電極５８（少量のゲルルマニウム、ニッケルを含有する金）を設ける。平面受光モジュール５０の受光面積を多くとるため、正電極５７と負電極５８は、図示のように細いストライプ状にして両側の位置を揃える。ストライプ状の電極５７で囲まれた受光窓の表面には透明な反射防止膜５６を設ける。
【００６４】
なお、前記のｐ形ＧａＡｓＰ層５４は、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール５０の受光表面となり、後述の太陽電池３００（図１７参照）の場合には、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール５０を透過した長い波長の光はこのモジュール５０の下方に配置される３層の太陽電池モジュールの方へ入射する。次に、銅線に銀メッキしたリード線（直径０．１ｍｍ）を用いて正電極５７と負電極５８の両端に正極リード線５７ａと負極リード線５８ａを夫々ハンダ付けして電気的に接続し、それらリード線５７ａ，５８ａをこの平面受光モジュール５０の外部へ導出する。
【００６５】
次に、第１例の積層型太陽電池２００について説明する。
図１２、図１３は、ＧａＰセル群モジュール９０と、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００と、Ｓｉセル群モジュール７０と、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０の４種類の４つの太陽電池モジュールで構成した積層型太陽電池２００の平面図と断面図である。
【００６６】
この積層型太陽電池２００においては、太陽光スペクトルに対して異なる感度波長帯域を持つ太陽電池モジュール９０，１００，７０，６０を、感度波長帯域における中心波長が短いモジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層してある。図１４からも分かるように、太陽電池モジュール９０，１００，７０，６０の感度波長帯域における中心波長は、モジュール９０の中心波長（約４５０ｎｍ）＜モジュール１００の中心波長（約７００ｎｍ）＜モジュール７０の中心波長（約８００ｎｍ）＜モジュール６０の中心波長（約１３００ｎｍ）、の関係になっている。
【００６７】
そのため、最下層に窒化アルミニウム基板２０１を配置し、その上に、透明合成樹脂２０２内に組み込んだＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０、Ｓｉセル群モジュール７０、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００、ＧａＰセル群モジュール９０の順に積層して透明な接着で接合し、太陽光を受光する受光面を形成する最上層に透明ガラスカバー２０３を重ねて透明な接着剤で接合してある。
【００６８】
モジュール６０の正負極リード線６７ａ，６８ａ、モジュール７０の正負極リード線７３，７４、モジュール１００の正負極リード線１０３，１０４、モジュール９０の正負極リード線９３，９４は、夫々モジュールの外部まで延び、それぞれのモジュール７０，１００，９０の直並列接続回路７５，１０５，９５（図１６参照）を構成している。
【００６９】
図１４は、太陽光スペクトル分析装置で得られた太陽光スペクトルと、積層型太陽電池２００の分光感度特性（実線）とこれを構成するソーラセル３０，４０，１０などの単独使用時の分光感度特性を概念的に示す図である。
図１４において、太陽光スペクトルと積層型太陽電池２００の分光感度特性のギャップ部分（図の斜線部分）は、この太陽電池２００では光電変換できないエネルギー未利用部分であり、太陽電池２００の分光感度特性の感度波長域を越える長波長のスペクトル部分は、この太陽電池２００を透過してしまうエネルギー未利用部分である。これらはいずれも光電変換出来ない損失エネルギーであるから最少化することが望ましい。
【００７０】
モジュール９０，１００，７０，６０の各々単独では、感度波長帯域が狭いだけでなく、受光した光のエネルギーがバンドギャプよりも大きすぎるエネルギー分は、出力として有効に利用できない。図１４は、エネルギーバンドギャップ（これは感度波長帯域に対応する）が異なる太陽電池モジュールを積層して組み合わせることにより利用可能な波長域（図の白地部分）が広くなり高い光電変換効率が得られることを示す。
【００７１】
図１５は、積層型太陽電池２００における入射光の光路と反射光の光路と、反射と吸収の態様を次の３通りについて説明する説明図である。この図から、球状またはほぼ球状のソーラセル３０，４０，１０を組み込んだ太陽電池２００の効果がわかる。
【００７２】
ケース１：透明カバーガラス２０３に垂直に入射した太陽光が光路上の各ソーラセル３０，４０，１０とモジュール６０を垂直に進行する場合。
屈折率の異なる各界面を反射する光と各ソーラセル以外の物質で吸収される光を除いて、直進する太陽光は、基本的にエネルギーバンドギャップを反映したソーラセルの特性に応じて吸収され光電変換に寄与する。
【００７３】
この太陽電池２００において、ソーラセル３０，４０，１０とモジュール６０を、太陽光の入射側からエネルギーバンドギャップの高い順に配置しているため、波長の短い光から長い光の順にソーラセル３０，４０，１０とモジュール６０により吸収される。入射側の上側のセルで吸収し切れなかった光は、その下側の次段のソーラセルに入射し、そこで吸収されなかった光はその下側の次段のソーラセルに入射し、最後のモジュール６０で吸収されない光は透過損となる。
【００７４】
このように上方のソーラセルは下方のソーラセルやモジュール６０に対してフィルターの役割を果たすため、過度な光エネルギーを受けて熱エネルギーに変換される割合が低減する。感度波長帯域が最も長いＩｎＧａＡＳ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０の上側表面に形成したコールドミラー６６は、Ｓｉソーラセル１０で光電変化できる最長波長の光よりも短い波長域の光を反射し、 それよりも長い波長域の光を透過するフィルターとして機能する。
【００７５】
こうして、ＩｎＧａＡＳ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０が過度に大きい光エネルギーを吸収するのを防止し、平面受光モジュール６０の温度上昇が抑制され、その耐久性が向上する。これと同様に、上方のソーラセルが、下方のソーラセルに対して過度なエネルギーをもつ光を吸収し、光電変換するため、ソーラセル１００，７０の温度上昇も抑制される。
【００７６】
ほぼ球状のソーラセルにおいては、そのソーラセルを光が透過する際に、光エネルギーの大きさに応じて入射点から進行方向にかけて光の吸収が起こるが、ソーラセルの中心に対して反対側にも同一のｐｎ接合があるため、感度波長帯域内の長い波長の光が吸収され、感度波長帯域が広くなるという特長がある。
【００７７】
ケース２：入射光がソーラセルの表面で反射される場合。
図１５に示すように、球状のソーラセル３０，４０，１０の表面で反射された光が他のソーラセルに入射してその光学的特性に応じて吸収、透過が起こる。光の反射は、ソーラセルだけでなくソーラセルの正負極リード線や透明ガラスシート９６，１０６，７６によっても生じる。
【００７８】
反射光は、モジュール９０，１００，７０，６０の内部で反射を繰り返し、光が全体に拡散する。このため直射光の届かないソーラセルの下側（受光側と反対側）にも光が入射し、ソーラセル全体の出力を増加させるという効果が得られる。この効果は、上部のソーラセル間を通過した光を下部のソーラセルや透明ガラスやＴｉＯ２などフィラーの配置の仕方如何で一層高めることができる。
【００７９】
ケース３：表面に傾斜状に入射した太陽光がソーラセル内部に捕捉され閉じ込められる場合。ソーラセル３０，４０，１０の屈折率が大きいため、入射した太陽光の角度によっては、ソーラセル内に全反射による光閉じ込め作用が生じ、ソーラセル内のｐｎ接合によって光電変換される成分が発生し、出力が高まるという効果も期待できる。
ケース４：透明カバーガラス２０３とモジュール６０のコールドミラー６６間で光が閉じ込められ、光の吸収性、光電変換の効率が向上する。
【００８０】
図１６は、前記の受光部表面積の等しいモジュール９０，１００，７０，６０を積層した前記の積層型太陽電池２００において、モジュール９０，１００，７０，６０を直列接続する直列接続回路２０５と、太陽電池２００の出力を最大化するように、各モジュール９０，１００，７０において複数のソーラセル３０，４０，１０を直並列接続する最適な直並列接続回路９５，１０５，７５の一例を示す。基本的に、直並列接続回路９５，１０５，７５は、モジュール９０，１００，７０の出力電流が、それぞれ、出力電流が最も小さいモジュール６０の出力電流と等しくなるように構成され、直並列接続回路９５，１０５，７５は前記正負極リード線９３，９５、１０３，１０４、７３，７４、６７ａ，６８ａを活用して構成される。
【００８１】
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュール６０の最大出力電流をＩとした場合に、ＧａＰセル群モジュール９０の全部のソーラセル３０を並列接続した場合の最大出力電流を２Ｉ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００の全部のソーラセル４０を並列接続した場合の最大出力電流を３Ｉ、Ｓｉセル群モジュール７０の全部のソーラセル１０を並列接続した場合の最大出力電流を４Ｉと仮定した場合を例に説明する。
【００８２】
図１６に示すように、モジュール９０では直並列接続回路９５の直列接続数を２に設定すれば出力電流がＩとなる。モジュール１００では直並列接続回路１０５の直列接続数を３に設定すれば出力電流がＩとなる。モジュール７０では直並列接続回路７５の直列接続数を４に設定すれば出力電流がＩとなる。こうして、モジュール９０，１００，７０の出力電流がそれぞれＩとなり、モジュール６０の出力電流Ｉと等しくなる。このように、モジュール９０，１００，７０，６０の出力電流が同じになるように構成すると、モジュール９０，１００，７０は最大の発電能力を発揮する。
【００８３】
更に、具体的に説明すると、１個のソーラセル３０，４０，１０の最大出力電流を夫々ｉ30、ｉ40、ｉ10とし、複数のソーラセル３０，４０，１０の並列接続数を夫々Ｎ30、Ｎ40、Ｎ10とし、モジュール６０の出力電流Ｉとする。
ｉ30×Ｎ30＝ｉ40×Ｎ40＝ｉ10×Ｎ10＝Ｉ  の式がほぼ成立するように並列接続数を設定すると、モジュール９０，１００，７０，６０の出力電流がほぼ同じ値になる。
【００８４】
尚、１個のソーラセル３０，４０，１０の最大出力電圧を夫々ｖ30、ｖ40、ｖ10とし、複数のソーラセル３０，４０，１０の直列接続数を夫々Ｍ30、Ｍ40、Ｍ10とし、モジュール６０の出力電圧をｖ60とすると、積層型太陽電池２００の出力電圧Ｖは、Ｖ＝（ｖ30×Ｍ30）＋（ｖ40×Ｍ40）＋（ｖ10×Ｍ10）＋ｖ60
となる。
【００８５】
このように積層型太陽電池２００を構成する複数のモジュール９０，１００，７０，６０においてソーラセルを直並列接続する並列数と直列数を調整することで、積層型太陽電池２００全体の出力（電力）を最大化することができる。
このような直並列接続回路９５，１０５，７５は、ソーラセルアレーの端子である正負極リード線を介して構成できるが、太陽光のスペクトルや入射光の変動に対応して出力が最大になるよう電子スイッチ回路により直並列接続回路９５，１０５，７５を切り替え、直列接続数と並列接続数を変えるように構成してもよい。
【００８６】
各モジュール９０，１００，７０において、複数のソーラセルを並列接続して構成されたソーラセルアレーをリード線を介して直列接続するため、複数のソーラセルに特性のばらつきが生じても、ばらつきに応じた電流分担がなされモジュールの出力低下が最小となる。尚、従来の積層型太陽電池では、平面受光モジュールだけを用いるため、本願の積層型太陽電池２００のように直並列接続による出力電流の整合を図ることが困難である。
【００８７】
以上説明した積層型太陽電池２００においては、セル群モジュール９０，１００，７０を上方から順に積層し、最下層に平面受光モジュール６０を配置し、感度波長帯域における中心波長が短いものほど太陽光の入射側に位置するように配置したので、短かい波長の透過性に乏しい光は上層において吸収させ、長い波長の透過性に優れる光は下層において吸収させることができるため、太陽電池２００の光電変換効率を高めることができる。
【００８８】
上側の３層にセル群モジュール９０，１００，７０を組み込み、最下層に平面受光モジュール６０を組み込んだため、平面受光モジュール６０で反射した反射光を上方のモジュールで光電変換する上で有利である。特に、モジュール６０には、モジュール９０，１００，７０で光電変換しやすい１１００ｎｍ以下の波長の光を反射するコールドミラー６６を設けたため、反射光を活用して光電変換効率を高める上で有利である。
【００８９】
セル群モジュール９０，１００，７０の各々は、その下側のモジュールに１００，７０，６０に対してフィルターとして機能するため、それら下側のモジュールが過熱しにくく、光電変換効率を高める有利である。図１４に示すように、モジュール９０，１００，７０，６０の感度波長帯域を適切に設定したため、太陽光スペクトルの広範囲の光を光電変換に供することが可能となり、この太陽電池２００の光電変換効率は５０％以上まで高め得る可能性がある。
【００９０】
しかも、図１６に示すように、モジュール９０，１００，７０の各々の出力電流を、モジュール６０の出力電流と等しくするような直並列接続回路９５，１０５，７５を設けるため、太陽電池２００の発電機能を十分に発揮させ、光電変換効率を高めることができる。
更に、モジュール９０，１００，７０に組み込むソーラセル３０，４０，１０には、夫々、反射防止膜３６，４６，１７が形成されるため、セル自身が斜め方向の入射光を反射拡散し、光の吸収効果が増し、また、太陽電池２００の内部での光の閉じ込め効果も増し、光電変換効率の向上に有効に作用する。
【００９１】
モジュール９０，１００，７０においては、ソーラセル３０，４０，１０を２層に配置し、平面視でも側面視でも、ソーラセル３０，４０，１０を密に配置しているため、ｐｎ接合の合計面積が大きくして、光電変換効率が改善される。
しかも、各ソーラセル３０，４０，１０において、正負の電極を結ぶ方向を水平方向に向けてあるため、上方から入射する光は各ソーラセルに入射した場合に、ｐｎ接合に少なくとも２回遭遇する機会があるから、光電変換効率が改善される。但し、下方からソーラセルに入射する反射光によっても光電変換効率が改善される。
【００９２】
さらに、各モジュール９０，１００，７０に組み込むソーラセル３０，４０，１０は、他の太陽電池モジュールの半導体の格子定数等の影響を受けずに、独立に製作することができるため、設計と製作の自由度に優れる。
【００９３】
次に、第２例の積層型太陽電池３００について説明する。但し、この太陽電池３００に採用したモジュールの種類は太陽電池２００のモジュールと一部異なっているが、太陽電池２００と同様の構造であるので簡単に説明する。
【００９４】
図１７、図１８は、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール５０と、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００と、Ｓｉセル群モジュール７０と、Ｇｅセル群モジュール８０の４種類の４つの太陽電池モジュールで構成した積層型太陽電池３００の断面図である。
【００９５】
この太陽電池３００においては、太陽光スペクトルに対して異なる感度波長帯域を持つ太陽電池モジュール５０，１００，７０，８０を、感度波長帯域における中心波長が短いモジュールほど太陽光の入射側に位置するように積層してある。図１９からも分かるように、太陽電池モジュール５０，１００，７０，８０の感度波長帯域における中心波長は、モジュール５０の中心波長（約４５０ｎｍ）＜モジュール１００の中心波長（約７００ｎｍ）＜モジュール７０の中心波長（約８００ｎｍ）＜モジュール８０の中心波長（約１２００ｎｍ）、の関係になっている。
【００９６】
そのため、最下層に窒化アルミニウム基板３０１を配置し、その上にＧｅセル群モジュール８０、Ｓｉセル群モジュール７０、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００、ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール５０の順に積層して透明な接着剤で接合し、太陽光を受光する受光面を形成する最上層に透明ガラスカバー３０４を重ねて透明な接着剤で接着してある。
【００９７】
モジュール８０の正負極リード線８３，８４、モジュール７０の正負極リード線７３，７４、モジュール１００の正負極リード線１０３，１０４、モジュール５０の正負極リード線５７ａ，５８ａは、夫々モジュールの外部まで延び、それぞれのモジュールの直並列回路（図示略）を構成している。
【００９８】
この太陽電池３００においては、最も入射側にあるＧａＡｓＰ/ ＧａＰ平面受光モジュール５０が短波長域の光を光電変換し、このモジュール５０を透過した光がその下のモジュール１００のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル４０で光電変換され、このモジュール１００を透過した光がその下のモジュール７０のＳｉソーラセル１０で光電変換され、このモジュール７０を透過した長い波長の光がＧｅソーラセル２０で光電変換される。
【００９９】
Ｇｅソーラセル２０の下には、アルミニウム反射膜３０２をコーティングした窒化アルミニウム基板３０１が透明接着剤を介して固着される。アルミニウム反射膜３０２は、上部のソーラセル間を通り抜けた光やモジュール内部で反射した光を再反射する作用を果たし太陽光の未利用分を少なくするものである。
【０１００】
各モジュール１００，７０，８０のソーラセル４０，１０，２０間では、図１５に基づいて説明したと同様に光の反射、散乱が生じ、ソーラセルの下側にも入射して光電変換に供される。図１６に基づいて説明したのと同様に、モジュール１００，７０，８０の出力電流をモジュール５０の出力電流と夫々等しくするために、それぞれのソーラセル４０，１０，２０の出力特性に応じて各モジュール１００，７０，８０の並列直列接続回路における最適な直列接続数と並列接続数が設定される。
【０１０１】
以上説明した積層型太陽電池３００においても、基本的に太陽電池２００と同様の作用効果が得られるが、太陽電池２００と異なる点について簡単に説明する。球状のソーラセルに構成するのが難しい半導体であって、太陽光スペクトルの短波長域に感度波長帯域を持つＧａＡｓＰ化合物半導体を主体とする平面受光モジュール５０を有効活用して、積層型太陽電池３００を構成することができる。  また、最上層の平面受光モジュール５０に形成する反射防止膜５６により、太陽電池３００の内部への光の閉じ込め作用を強化することできる。
【０１０２】
以上説明した実施例では、太陽スペクトルの短波長側の高エネルギー帯または長波長側の低エネルギー帯に対して平面受光モジュール６０，５０を利用した。  このような波長域で高い光電変換を実現する化合物半導体を利用した太陽電池モジュールでは、必ずしも球状のソーラセルを採用しなくともよく、製作上容易な平面受光モジュールを採用すれば、費用対効果の面で有利である。
【０１０３】
次に、別実施例に係る積層型太陽電池について説明する。
図２０、図２１に示すように、この積層型太陽電池４００は、円筒状の２種類の太陽電池モジュール４１０，４２０を同心円状に密着状に積層し、最外層に薄い透明ガラス又は合成樹脂製の透明円筒体４０１を被せ、最内層にも同様の薄い透明ガラス又は合成樹脂製の透明円筒体４０２を装着した構造のものである。
この太陽電池４００の中心部には流体通路４０３が形成され、この流体通路４０３に流通させる液体や気体に太陽電池４００から熱を与えて太陽電池４００を冷却するようになっている。
【０１０４】
内側の太陽電池モジュール４１０は、複数の前記のＧｅソーラセル２０を複数行複数列に整列させて円筒形に構成したＧｅセル群モジュールである。これは、前記のＧｅセル群モジュール８０を円筒形に構成したものと同様のものである。外側の太陽電池モジュール４２０は、複数の前記のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル４０を複数行複数列に整列させて円筒形に構成したＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュールである。これは、前記のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール１００を円筒形に構成したものと同様のものである。
【０１０５】
各モジュール４１０，４２０において、各ソーラセルアレーの正負極リード線４０４，４０５がモジュール４１０，４２０の両端部から外部へ突出しているが、各ソーラセルアレーは、ソーラセル２０，８０の正負の電極を結ぶ線が太陽光の入射方向と直交する方向に向くように配置することが望ましい。
【０１０６】
太陽電池モジュール４１０，４２０の各々において、正負極リード線４０４，４０５を介して複数のソーラセル２０，８０が直並列接続され、太陽電池モジュール４１０，４２０の出力電流が等しくなるように直並列接続回路が構成され、太陽電池モジュール４１０、４２０は直列接続されている。
太陽光は外部から入射する関係上、感度波長帯域の中心波長の長い方のＧｅセル群モジュール４１０が内側に配置され、感度波長帯域の中心波長の短い方のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール４２０が外側に配置されている。
【０１０７】
この積層型太陽電池４００は太陽電池モジュール４１０，４２０を積層した２層構造の太陽電池であるが、上方から矢印のように入射する太陽光にとっては、４層構造の太陽電池に相当し、太陽電池４００の左右の両側部については４層以上の太陽電池に相当するため、太陽光がソーラセルに遭遇する機会が多くなるため、光電変換効率が高くなる。
しかも、この積層型太陽電池４００では、外形が円筒形であるため、太陽光の入射方向に対する指向性がなく、種々の方向から入射する太陽光を吸収し易い。しかも、内部の流体に流通させる流体により冷却できるため、光電変換効率が高くなり、熱による劣化が抑制されて耐久性も改善される。
【０１０８】
尚、この実施例では、２層構造の太陽電池を例にして説明したが、３種類以上の円筒形の太陽電池モジュールを同心円状に積層した３層構造、４層構造、５層の積層型太陽電池も実現可能である。
【０１０９】
次に、上記の実施例を部分的に変更した変更形態について説明する。
１］積層型太陽電池に組み込む太陽電池モジュールの種類は、２種類でもよく、３種類でもよく、５種類以上でもよいが、少なくとも１種類の太陽電池モジュールは複数のソーラセルを有するセル群モジュールで構成するものとし、少なくとも１種類の太陽電池モジュールは平面受光モジュールで構成することが望ましい。そして、感度波長帯域の中心波長の短いものモジュールほど太陽光の入射側になるように配置する。
【０１１０】
例えば、１種類の平面受光モジュールと１種類のセル群モジュールとを設け、平面受光モジュールを入射側の上層に配置し、セル群モジュールを下層に配置する。その反対に、セル群モジュールを入射側の上層に配置し、平面受光モジュールを下層に配置する。
【０１１１】
例えば、１種類の平面受光モジュールと２種類のセル群モジュールとを設け、１つの平面受光モジュールを入射側の上層に配置し、１つのセル群モジュールを中段層に配置し、１つのセル群モジュールを下層に配置する。その反対に、１つのセル群モジュールを入射側の上層に配置し、１つのセル群モジュールを中段層に配置し、１つの平面受光モジュールを下層に配置する。
【０１１２】
例えば、２種類の平面受光モジュールと、２種類のセル群モジュールとを設け、２つのセル群モジュールを中段層に配置し、それらを上下からはさみ込むように上層と下層に夫々平面受光モジュールを配置する。
【０１１３】
２］最上層に配置する平面受光モジュール（太陽電池モジュール）を、窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶や炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶などの紫外線を吸収して発電する半導体を用いて構成する。その場合、高い光エネルギーの紫外線を有効活用して発電できるため、積層型太陽電池の光電変換効率を高めることができるだけでなく、下方の太陽電池モジュールが紫外線により劣化するのを効果的に抑制することができる。
【０１１４】
３］ソーラセルを前記半導体以外の光電変換が可能なシリコンなどのアモルファス半導体、III−Ｖ族系化合物半導体（例えば、ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＰなど）
、II−VI族系化合物半導体（例えば、ＺｎＯ，Ｃｄ−Ｔｅなど）、ＶＩ族元素（
Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅなど）を含むカルコゲナイト化合物半導体（例えば、ＣｕＩｎＧａＳｅ2 ）を材料にして製造してもよい。
【０１１５】
４］積層型太陽電池に組み込む複数の太陽電池モジュールを全てセル群モジュールで構成する。この場合、最下層の太陽電池モジュールの下部又は下面に光を反射する機能のある反射膜や反射部材を設けることが望ましい。
５］前記透明ガラスカバー７６や窒化アルミニウム基板２０１，３０１などのような硬い材料の代わりに柔軟性がある透明なシートを適用して、フレキシブル積層型太陽電池にする。
【０１１６】
６］前記モジュール７０，８０，９０，１００の透明な合成樹脂７５ａの代わりに、を透明な絶縁性ガラスを採用してもよい。
７］前記モジュール７０，８０，９０，１００内部の光透過部分に透明で屈折率がこれよりも大きいガラス、ＴｉＯ2 などの散乱材（フィラー）を混入し、光透過部分の光性能を高める。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は夫々球状のＳｉソーラセルを製造する複数工程におけるＳｉ単結晶等の断面図である。
【図２】球状のＧｅソーラセルの断面図である。
【図３】ＧａＰソーラセルを製造する複数工程におけるＧａＰ単結晶等の断面図である。
【図４】ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル製造する複数工程におけるＧａＡｓ単結晶等の断面図である。
【図５】Ｓｉセル群モジュールの平面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図５のVII −VII 線断面図である。
【図８】ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュールの平面図である。
【図９】図８のIX−IX線断面図である。
【図１０】ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュールの平面図である。
【図１１】図１０のXI−XI線断面図である。
【図１２】第１例の積層型太陽電池の平面図である。
【図１３】図１２の積層型太陽電池の断面図である。
【図１４】太陽光の相対エネルギー密度と第１例の太陽電池に組み込んだソーラセル等の相対分光感度の線図である。
【図１５】第１例の太陽電池における入射と反射と吸収等を説明する説明図である。
【図１６】第１例の太陽電池における直並列接続回路と直列接続回路の概略回路図である。
【図１７】第２例の太陽電池の断面図である。
【図１８】第２例の太陽電池の断面図である。
【図１９】太陽光の相対エネルギー密度と第２例の太陽電池に組み込んだソーラセル等の相対分光感度の線図である。
【図２０】別実施例に係る積層型太陽電池の斜視図である。
【図２１】図２０の太陽電池の断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０ Ｓｉソーラセル
２０ Ｇｅソーラセル
３０ ＧａＰソーラセル
４０ ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓソーラセル
５０ ＧａＡｓＰ／ＧａＰ平面受光モジュール
６０ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面受光モジュール
７０ Ｓｉセル群モジュール
８０ Ｇｅセル群モジュール
９０ ＧａＰセル群モジュール
１００ ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓセル群モジュール
２００，３００ 積層型太陽電池
６６ コールドミラー層
３０２ アルミニウム反射膜
６７ａ，６８ａ，７３，７４，１０３，１０４ リード線
７５，９５，１０５ 直並列接続回路
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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