化合物半導体太陽電池セル
【課題】大面積で作製した場合でも、優れた光電変換特性を有するセルを歩留まり良く製造することができる化合物半導体太陽電池セルを提供する。
【解決手段】格子定数差の大きいサブセルの間に中間第一層８３、中間第二層８２および中間第三層８１を含む中間層３５を設けて格子不整合を緩和した化合物半導体太陽電池セルであって、第２のサブセル３６に最も近い位置に配置されている中間第一層８３と中間第一層８３に隣接する中間第二層８２との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、中間第二層８２に隣接する中間第三層８１と中間第二層８２との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、かつ第１格子定数差比が０．７８％以下であって、複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなる化合物半導体太陽電池セルである。
【解決手段】格子定数差の大きいサブセルの間に中間第一層８３、中間第二層８２および中間第三層８１を含む中間層３５を設けて格子不整合を緩和した化合物半導体太陽電池セルであって、第２のサブセル３６に最も近い位置に配置されている中間第一層８３と中間第一層８３に隣接する中間第二層８２との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、中間第二層８２に隣接する中間第三層８１と中間第二層８２との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、かつ第１格子定数差比が０．７８％以下であって、複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなる化合物半導体太陽電池セルである。
【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セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルとも称される光電池は、過去数年間に利用できるようになった最も重要な新規エネルギ源の一つである。
【０００３】
従来の化合物半導体太陽電池セルを高効率化する方法としては、半導体基板上に半導体基板と同程度の格子定数を有する化合物半導体層を成長させて複数個のサブセルを形成することによって、結晶性に優れた化合物半導体太陽電池セルを製造する方法が用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、化合物半導体層を成長させるための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰなどと同程度の格子定数を有し、さらに好適なバンドギャップを有するサブセルを用いた化合物半導体太陽電池セルとしては、ＧａＡｓ基板を用いたＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池セルや、Ｇｅ基板を用いたＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池セルに限られていた。
【０００５】
これらの化合物半導体太陽電池セルをさらに高効率化する方法として、１ｅＶ程度のバンドギャップを有するサブセルをさらに追加することが考えられている。
【０００６】
しかしながら、ＧａＡｓ基板あるいはＧｅ基板と格子定数が同等で、バンドギャップが１ｅＶ程度の適当な半導体が存在しない。たとえば、１ｅＶ程度のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓ層はＧａＡｓ基板と格子定数差比が２．３％程度もある。
【０００７】
したがって、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＡｓ層を成長させた場合には、結晶性の悪いＧａＩｎＡｓ層しか得られず、ＧａＩｎＡｓ層上にＧａＩｎＰ層などの他の化合物半導体層を成長させた場合でも結晶性の悪い化合物半導体層しか得られないため、化合物半導体太陽電池セル全体の変換効率が低下するおそれがあった。
【０００８】
このような問題を解決するために、たとえば特許文献１には、ＧａＡｓ基板と格子整合したＧａＩｎＰサブセルおよびＧａＡｓサブセルと、ＧａＡｓと格子整合していないＧａＩｎＡｓサブセルと、ＧａＡｓサブセルとＧａＩｎＡｓサブセルとの間に、ＧａＡｓ基板に対する格子定数が一定の相対値で階段状に変化する計１０層からなるＧａＩｎＰ中間層を有する化合物半導体太陽電池セルが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１に記載の化合物半導体太陽電池セルを小面積で作製した場合には、優れた光電変換特性を示す化合物半導体太陽電池セルが得られる。
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の化合物半導体太陽電池セルを大面積で作製した場合には、化合物半導体太陽電池セルの作製途中で割れが発生し、優れた光電変換特性を示さなくなり、歩留まりが低下することが多かった。
【００１２】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、大面積で作製した場合でも、優れた光電変換特性を有するセルを歩留まり良く製造することができる化合物半導体太陽電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１のサブセルと、第１のサブセル上に設けられた第２のサブセルと、第２のサブセル上に設けられた第３のサブセルと、第１のサブセルと第２のサブセルとの間に設けられた中間層とを備え、第１のサブセルは、第１のバンドギャップを有する第１の化合物半導体を含み、第２のサブセルは、第２のバンドギャップを有する第２の化合物半導体を含み、第３のサブセルは、第３のバンドギャップを有する第３の化合物半導体を含み、中間層は、第４のバンドギャップを有する第４の化合物半導体を含む複数層を有し、複数層を構成するそれぞれの層は、第２のサブセル側から第１のサブセル側にかけて、格子定数が増加するように配置されており、複数層は、第２のサブセルに最も近い位置に配置されている中間第一層と、中間第一層に隣接する中間第二層と、中間第二層に隣接する中間第三層とを有しており、中間第二層と中間第一層との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、中間第三層と中間第二層との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、第１格子定数差比が０．７８％以下であって、複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第１のサブセルに近づくにつれて小さくなる化合物半導体太陽電池セルである。
【００１４】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第１の化合物半導体は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第２の化合物半導体は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大面積で作製した場合でも、優れた光電変換特性を有するセルを歩留まり良く製造することができる化合物半導体太陽電池セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図２】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図３】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図４】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図５】（ａ）は比較例１の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例１の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図６】（ａ）は比較例２の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例２の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図７】（ａ）は比較例３の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例３の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図８】（ａ）は比較例４の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例４の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図９】（ａ）は比較例５の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例５の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図１０】（ａ）は比較例６の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例６の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２０】
図１（ａ）に、本発明の化合物半導体太陽電池セルの一例である本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す。なお、図１（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図１（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、Ｓｉ支持基板３３（例えば厚さ３００μｍ）上に、支持基板３３側からＡｕ層（例えば厚さ３μｍ）とＡｇ層（例えば厚さ０．１μｍ）とがこの順序で積層された金属層１と、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層２（例えば厚さ０．５μｍ）とがこの順序で積層されている。
【００２２】
コンタクト層２上には、ｐ型ＧａＩｎＰからなるＢＳＦ層３（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるベース層４（例えば厚さ３．０μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＡｓからなるエミッタ層５（例えば厚さ０．１μｍ）およびｎ型ＧａＩｎＰからなる窓層６（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。なお、ベース層４とエミッタ層５との接合体から第１のサブセル３４が構成されている。
【００２３】
窓層６上には、ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７７（例えば厚さ１μｍ）、ｎ型Ｇａ0.23Ｉｎ0.77Ｐからなる中間第六層７８（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.26Ｉｎ0.74Ｐからなる中間第五層７９（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.30Ｉｎ0.70Ｐからなる中間第四層８０（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層８１（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層８２（例えば厚さ０．２５μｍ）およびｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層８３（例えば厚さ０．２５μｍ）がこの順序で積層されている。なお、中間第七層７７、中間第六層７８、中間第五層７９、中間第四層８０、中間第三層８１、中間第二層８２および中間第一層８３の積層体から中間層３５が構成されている。
【００２４】
中間第一層８３上には、ｎ型ＧａＡｓからなる中間バッファ層１６（例えば厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層１７、およびｐ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層１８がこの順に積層されている。なお、中間バッファ層１６は積層しなくてもよい。
【００２５】
トンネル層１８上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１９（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２０（例えば厚さ３．０μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２１（例えば厚さ０．１μｍ）、およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順に積層されている。ベース層２０とエミッタ層２１との接合体から第２のサブセル３６が構成されている。
【００２６】
窓層２２上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層２３およびｐ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層２４がこの順序で積層されている。
【００２７】
トンネル層２４上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２５（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるベース層２６（例えば厚さ１．０μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＰからなるエミッタ層２７（例えば厚さ０．１μｍ）、およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２８（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。ベース層２６とエミッタ２７層との接合体から第３のサブセル３７が構成されている。
【００２８】
窓層２８上には、ｎ型ＧａＡｓ層２９（例えば厚さ０．５μｍ）および金属層３０（例えば厚さ５．０μｍ）が形成されている。
【００２９】
なお、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいて、下部の第１のサブセル３４を構成する第１の化合物半導体（ＧａＩｎＡｓ）の第１のバンドギャップ、中間の第２のサブセル３６を構成する第２の化合物半導体（ＧａＡｓ）の第２のバンドギャップ、および上部の第３のサブセル３７を構成する第３の化合物半導体（ＧａＩｎＰ）の第３のバンドギャップの順にバンドギャップが大きくなっている。
【００３０】
ここで、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいて、（ｉ）下部の第１のサブセル３４を構成する第１の化合物半導体（ＧａＩｎＡｓ）は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｄ」はＧａの組成比を示し、「ｅ」はＩｎの組成比を示す。
【００３１】
また、（ｉｉ）中間の第２のサブセル３６を構成する第２の化合物半導体（ＧａＡｓ）は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｆ」はＧａの組成比を示し、「ｇ」はＩｎの組成比を示す。
【００３２】
さらに、（ｉｉｉ）上部の第３のサブセル３７を構成する第３の化合物半導体（ＧａＩｎＰ）は、１．８ｅＶ以上２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａhＩｎiＰ（０≦ｈ≦１、０≦ｉ≦１、ｈ＋ｉ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｈ」はＧａの組成比を示し、「ｉ」はＩｎの組成比を示す。
【００３３】
少なくとも上記の（ｉ）の条件を満たしていることによって、太陽光をより有効に光電変換できるため、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの理論光電変換効率を４５％以上とすることができる。また、上記の（ｉ）の条件に加えて、上記の（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の少なくとも１つ、好ましくは上記の（ｉｉ）および（ｉｉｉ）のすべての条件を満たしていることによって、太陽光をさらに有効に光電変換できるため、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの理論光電変換効率をさらに高くすることができる傾向が大きくなる。
【００３４】
以下、図２〜図４の断面構成図を参照して、図１に示す本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
【００３５】
まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる大面積の表面を有する成長基板３２をＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）装置内に設置し、ＭＯＶＰＥ法により、成長基板３２の表面上に、ｎ型ＧａＡｓ層４１、ｎ型ＧａＩｎＰ層４２およびｎ型ＧａＡｓ層２９をこの順序でエピタキシャル成長させる。
【００３６】
次に、ｎ型ＧａＡｓ層２９上に、窓層２８、エミッタ層２７、ベース層２６およびＢＳＦ層２５をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３７】
次に、ＢＳＦ層２５上に、トンネル層２４、トンネル層２３、窓層２２、エミッタ層２１、ベース層２０およびＢＳＦ層１９をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３８】
次に、ＢＳＦ層１９上に、トンネル層１８、トンネル層１７、および中間バッファ層１６をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３９】
次に、中間バッファ層１６上に、中間第一層８３、中間第二層８２、中間第三層８１、中間第四層８０、中間第五層７９、中間第六層７８および中間第七層７７をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、中間第七層７７上に、窓層６、エミッタ層５、ベース層４、ＢＳＦ層３およびコンタクト層２をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に、図３に示すように、コンタクト層２の表面上にコンタクト層２側からＡｇ層（例えば厚さ０．１μｍ）とＡｕ（例えば厚さ３μｍ）とをこの順序で積層することによって金属層１を形成し、その後、金属層１にＳｉ支持基板３３を貼り付ける。
【００４２】
次に、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３２とｎ型ＧａＡｓ層４１とをアルカリ水溶液でエッチングして除去した後に、ｎ型ＧａＩｎＰ層４２を酸水溶液でエッチングして除去する。
【００４３】
次に、ｎ型ＧａＡｓ層２９上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成した後、ｎ型ＧａＡｓ層２９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。その後、残されたｎ型ＧａＡｓ層２９上に、再度フォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、真空蒸着法により、例えばＡｇ層、Ｎｉ層およびＡｕＧｅ層がこの順序で積層された積層体からなる金属層３０を形成する。
【００４４】
その後、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸水溶液を用いて、メサエッチングを行なう。これにより、図１（ａ）に示す構成の本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルを製造することができる。
【００４５】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの中間層３５を構成するそれぞれの層は、第２のサブセル３６側から第１のサブセル３４側にかけて、格子定数が増加するように配置されている。
【００４６】
また、中間第二層８２と中間第一層８３との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が０．７８以下であって、中間第三層８１と中間第二層８２との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きくなっている。
【００４７】
さらに、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が、第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなっている。
【００４８】
本発明者は、中間層３５のエピタキシャル成長初期に形成される層については、隣接する層間の格子定数差比をより大きな値とし、エピタキシャル成長の進行につれて格子定数差比を小さくしていくことによって、格子定数差に起因して生じる応力を十分に緩和することができ、結晶内に蓄積される残留応力が少ない結晶成長が可能となることを見い出した。
【００４９】
そして、本発明者は、上記のように中間層３５を形成することによって、化合物半導体太陽電池セルをたとえば４ｃｍ2以上といった大面積の表面を有するように作製した場合でも、成長基板３２を除去したときの化合物半導体太陽電池セルの割れの発生を大幅に抑制することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００５０】
すなわち、本実施の形態によれば、化合物半導体太陽電池セルを大面積で作製した場合でも、成長基板を除去したときの化合物半導体太陽電池セルの割れの発生を抑制することができることから、優れた光電変換特性を示す化合物半導体太陽電池セルを歩留まり良く製造することができる。
【００５１】
なお、格子定数差比（％）は、中間層３５を構成する複数層のうち、隣接する中間第ｘ層の格子定数をａxとし、中間第（ｘ＋１）層の格子定数をａx+1としたとき、中間第（ｘ＋１）層と中間第ｘ層との格子定数差比△ｘ（％）は、下記の式（１）により算出することができる。
格子定数差比△ｘ（％）＝１００×（ａx+1−ａx）／ａx …（１）
【００５２】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、成長基板の格子定数に対する、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．５２（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．４２（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．３１（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２１（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．１０（％）
すなわち、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、第１格子定数差比と第２格子定数差比との関係は、△１＞△２であると言い換えることができる。
【００５３】
また、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなっている。すなわち、本実施の形態においては、△１＞△２＞△３＞△４＞△５＞△６の関係を満たしている。この場合には、結晶内に蓄積される残留応力による歪みエネルギをさらに小さくすることができ、良好な結晶性の第１のサブセル３４を形成することができるため、優れた光電変換特性を有する化合物半導体太陽電池セルを歩留まり良く製造することができる。
【００５４】
また、中間層３５を構成する第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。通常のエピタキシャル成長装置には、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰなどの材料が具備されていることから、材料を追加する必要がなく、製造コストを低減することができる傾向にある。また、他の化合物半導体と比較すると、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体は高温成長が可能であり、結晶性が高く、より高品質の良好な結晶を形成することができる傾向にある。また、高温成長が可能であるため、サブセルの成長温度に近い温度で成長することができることから、サブセルの成長時の成長温度を下げるのに必要な無駄な成長時間を短くすることができ、化合物半導体太陽電池セルの製造コストを低減することができる傾向にある。なお、上記の式において、「ａ」はＡｌの組成比を示し、「ｂ」はＧａの組成比を示し、「ｃ」はＩｎの組成比を示す。
【００５５】
第１格子定数差比（△１）は、０．２６％以上であることが好ましく、０．５２％以上であることがより好ましい。この場合には、格子定数差の緩和に必要な中間第二層８２を厚く形成する必要がないため、中間第二層８２のエピタキシャル成長時間を短くすることができる。そのため、この場合には、化合物半導体太陽電池セルの量産性を向上することができる。
【００５６】
中間第二層８２の厚さｔ２は、ｔ２＝１（ｎｍ）／△１以上であることが好ましい。中間第二層８２の厚さｔ２が１（ｎｍ）／△１以上である場合には、中間第二層８２と中間第一層８３との格子定数差に起因して発生する歪を十分に緩和することができる傾向にある。なお、上記の中間第二層８２の厚さｔ２の算出において、「△１」としては、「％」の単位の数値を用いるのではなく、「％」のない単位の数値を用いることとする（たとえば△１＝０．２６％の場合には、「ｔ２＝１（ｎｍ）／０．００２６」となる。）。
【００５７】
中間層３５の全体の厚さは、３μｍ以下であることが好ましい。中間層３５の全体の厚さが３μｍ以下である場合には、エピタキシャル成長による中間層３５の形成時間を短くして成長装置のスループットを向上することができるとともに、使用材料を低減することによる製造コストの低下によって、（発電量）／（価格）の値を従来の化合物半導体太陽電池セルよりも低減することができる傾向にある。
【００５８】
第１格子定数差比（△１）と、中間第二層８２の厚さｔ２との最も良好な組み合わせは、△１が０．５２％以上０．７８％以下であり、かつｔ２が２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。この場合には、特に優れた光電変換特性を有する大面積の化合物半導体太陽電池セルを特に歩留まり良く製造することができる傾向にある。
【００５９】
第２格子定数差比（△２）は、△１の１／３倍以上２／３倍以下であることが好ましい。この場合には、中間第二層８２の結晶のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれの格子定数がほぼ等しくなり、格子不整合が緩和されて、格子定数差に起因する歪エネルギの蓄積が少ない良好な結晶性の中間層３５が得られ、ひいては中間層３５上に形成される第１のサブセル３４の結晶性が向上し、化合物半導体太陽電池セルの特性および歩留まりが向上する傾向にある。
【００６０】
第２格子定数差比（△２）は、０．２６％以上０．５２％以下であることが好ましい。第２格子定数差比（△２）が０．２６％以上である場合には、格子不整合を緩和するために中間第三層８１を厚く形成する必要がないため、中間第三層８１のエピタキシャル成長時間を短くすることができる。そのため、この場合には、化合物半導体太陽電池セルの量産性を向上することができる。また、第２格子定数差比（△２）が０．５２％以下である場合には、中間第三層８１における転位の発生を抑えて、中間層３５の結晶性が向上し、ひいては中間層３５上に形成される第１のサブセル３４の結晶性が向上し、化合物半導体太陽電池セルの特性および歩留まりが向上する傾向にある。
【００６１】
中間第三層８１の厚さｔ３は、ｔ３＝１（ｎｍ）／△１以上であることが好ましい。中間第三層８１の厚さｔ３が１（ｎｍ）／△１以上である場合には、中間第三層８１と中間第二層８２との格子定数差に起因して発生する歪を十分に緩和することができる傾向にある。なお、上記の中間第三層８１の厚さｔ３の算出においても、「△１」としては、「％」の単位の数値を用いるのではなく、「％」のない単位の数値を用いることとする（たとえば△１＝０．２６％の場合には、「ｔ３＝１（ｎｍ）／０．００２６」となる。）。
【００６２】
第２格子定数差比（△２）と、中間第三層８１の厚さｔ３との最も良好な組み合わせは、△２が０．２６％以上０．５２％以下であり、かつｔ３が１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。この場合には、特に優れた光電変換特性を有する大面積の化合物半導体太陽電池セルを特に歩留まり良く製造することができる傾向にある。
【００６３】
一般に、禁制帯幅が異なる複数の半導体材料から成るｐｎ接合を、同一基板上に禁制帯幅が大きいものから順に光が入射する方向に縦積みした構造を有し、両端にだけ出力端子を設けることで、光電変換可能な波長範囲の拡大と高電圧化を図った太陽電池セルを「モノリシック２端子多接合型太陽電池セル」と呼び、その代表的なものが、本件のＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ三接合型太陽電池セルである。サブセルとは上記多接合型太陽電池セルを構成する禁制帯幅が異なる個々の太陽電池セル（ｐｎ接合を一つ有す）を指し、本件ではＧａＩｎＰセル、ＧａＡｓセル、Ｇｅセルに対応する。
【実施例】
【００６４】
＜実施例＞
実施例においては、図１（ａ）に示す断面構成および図１（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。
【００６５】
まず、図２に示すように、直径４インチの円形状の大面積の表面を有するｎ型ＧａＡｓからなる成長基板３２をＭＯＶＰＥ装置内に設置し、成長基板３２上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層４１、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエッチングストップ層４２およびｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２９をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６６】
次に、コンタクト層２９上に、ｎ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる窓層２８（厚さ０．１μｍ）、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエミッタ層２７（厚さ０．１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるベース層２６（厚さ１．０μｍ）、ｐ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49ＰからなるＢＳＦ層２５（厚さ０．１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。これにより、ベース層２６とエミッタ２７層との接合体からなる第３のサブセル３７が形成された。
【００６７】
次に、ＢＳＦ層２５上に、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層２４（厚さ０．０２μｍ）およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層２３（厚さ０．０２μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６８】
次に、トンネル層２３上に、ｎ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる窓層２２（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２１（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２０（厚さ３．０μｍ）、ｐ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49ＰからなるＢＳＦ層１９（厚さ０．１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。これにより、ベース層２０とエミッタ層２１との接合体からなる第２のサブセル３６が形成された。
【００６９】
次に、ＢＳＦ層１９上に、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層１８（厚さ０．０２μｍ）およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層１７（厚さ０．０２μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７０】
次に、トンネル層１７上にｎ型ＧａＡｓからなる中間バッファ層１６をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７１】
次に、中間バッファ層１６上に、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層８３（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層８２（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層８１（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.30Ｉｎ0.70Ｐからなる中間第四層８０（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.26Ｉｎ0.74Ｐからなる中間第五層７９（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.23Ｉｎ0.77Ｐからなる中間第六層７８（厚さ０．２５μｍ）およびｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７７（厚さ１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７２】
次に、中間第七層７７上に、ｎ型ＧａＩｎＰからなる窓層６（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＡｓからなるエミッタ層５（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるベース層４（厚さ３．０μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるＢＳＦ層３（厚さ１μｍ）およびｐ型ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層２（厚さ０．５μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７３】
なお、上記において、Ｇａ材料としてはＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、Ａｌ材料としてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、Ｉｎ材料としてはＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用いた。また、Ａｓ材料としてはＡｓＨ3（アルシン）を用い、Ｐ材料としてはＰＨ3（ホスフィン）を用いた。
【００７４】
その後、図３に示すように、コンタクト層２の表面にＡｇ層（厚さ３μｍ）とＡｕ層（厚さ０．１μｍ）との積層体からなる金属層１を形成した後に、金属層１にＳｉ支持基板（厚さ３００μｍ）３３を貼り付けた。
【００７５】
次に、図４に示すように、成長基板３２とバッファ層４１とをアルカリ水溶液でエッチングして除去した後に、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエッチングストップ層４２を酸水溶液でエッチングして除去して、コンタクト層２９の表面を露出させた。
【００７６】
次に、コンタクト層２９上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去した。そして残されたコンタクト層２９上に再度フォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、真空蒸着法により、Ａｇ層（厚さ５μｍ）、Ｎｉ層（厚さ０．１μｍ）およびＡｕＧｅ層（厚さ０．１μｍ）をこの順序で積層して金属層３０を形成した。
【００７７】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸水溶液を用いてメサエッチングを行なった。
【００７８】
上記のようにして、図１（ａ）に示す断面構成を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する実施例の化合物半導体太陽電池セルをウエハから切り出して作製した。図１（ｂ）に示すように、実施例の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．５２（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．４２（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．３１（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２１（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．１０（％）
また、実施例の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、実施例の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは９３％（１１２個／１２０個）であった。
【００７９】
なお、歩留まりの算出においては、短絡電流密度（Ｊsc）＞９．５ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧（Ｖoc）＞２．９Ｖ、かつフィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）＞０．８のすべての特性を示す化合物半導体太陽電池セルを良品として判断し、それ以外を不良品として判断した。すなわち、実施例においては、１２０個の化合物半導体太陽電池セルのうち、良品は１１２個であった。
【００８０】
＜比較例１＞
比較例１においては、図５（ａ）に示す断面構成および図５（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図５（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図５（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８１】
比較例１の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層１５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層１４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第三層１３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第四層１２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第五層１１（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第六層１０（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第七層９（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第八層８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.19Ｉｎ0.81Ｐからなる中間第九層７（厚さ０．２５μｍ）
図５（ｂ）に示すように、比較例１の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例１の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例１の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは９０％（１０８個／１２０個）であった。
【００８２】
＜比較例２＞
比較例２においては、図６（ａ）に示す断面構成および図６（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図６（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図６（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８３】
比較例２の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は比較例２と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層６０（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.49Ｉｎ0.51Ｐからなる中間第二層５９（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.45Ｉｎ0.55Ｐからなる中間第三層５８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第四層５７（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第五層５６（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第六層５５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第七層５４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第八層５３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第九層５２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第十層５１（厚さ０．２５μｍ）
図５（ｂ）に示すように、比較例２の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．２６（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第十層と中間第九層との格子定数差比△９＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例２の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例２の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは３３％（３９個／１２０個）であった。
【００８４】
＜比較例３＞
比較例３においては、図７（ａ）に示す断面構成および図７（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図７（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図７（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８５】
比較例３の化合物半導体太陽電池セルは、中間層３５を構成する中間第一層から中間第十層の厚さをそれぞれ１μｍとしたこと以外は比較例２と同様にして作製した。
【００８６】
図７（ｂ）に示すように、比較例３の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．２６（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第十層と中間第九層との格子定数差比△９＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例３の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例３の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８０％（９６個／１２０個）であった。
【００８７】
＜比較例４＞
比較例４においては、図８（ａ）に示す断面構成および図８（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図８（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図８（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８８】
比較例４の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層６９（厚さ１μｍ）
ｎ型Ｇａ0.45Ｉｎ0.55Ｐからなる中間第二層６８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第三層６７（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第四層６６（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第五層６５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第六層６４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第七層６３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第八層６２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第九層６１（厚さ０．２５μｍ）
図８（ｂ）に示すように、比較例４の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．５２（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例４の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例４の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８６％（１０３個／１２０個）であった。
【００８９】
＜比較例５＞
比較例５においては、図９（ａ）に示す断面構成および図９（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図９（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図９（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００９０】
比較例５の化合物半導体太陽電池セルは、図５に示すｎ型Ｇａ0.19Ｉｎ0.81Ｐからなる中間第九層７を積層しなかったこと以外は比較例１と同様にして作製した。
【００９１】
図９（ｂ）に示すように、比較例５の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例５の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例５の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８１％（９７個／１２０個）であった。
【００９２】
＜比較例６＞
比較例６においては、図１０（ａ）に示す断面構成および図１０（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図１０（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図１０（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００９３】
比較例６の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層７６（厚さ１μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第二層７５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層７４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第四層７３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第五層７２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第六層７１（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７０（厚さ０．２５μｍ）
図１０（ｂ）に示すように、比較例６の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝１．０４（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例６の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例６の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは１８％（２２個／１２０個）であった。
【００９４】
以下の表１に、実施例および比較例１〜比較例６の実験結果をまとめる。表１に示すように、第１格子定数差比（△１）が０．７８％以下であって、第２格子定数差比（△２）よりも大きく、中間層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第２のサブセルから第１のサブセルに近づくにつれて小さくなっている実施例の化合物半導体太陽電池セルは、中間層がそのように形成されていない比較例１〜比較例６の化合物半導体太陽電池セルよりも歩留まりが良好であることが確認された。
【００９５】
【表１】
【００９６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、化合物半導体太陽電池セルに利用することができ、特にメタモルフィック層を含む化合物半導体太陽電池セルに好適に利用することができる。メタモルフィック層を含む化合物半導体太陽電池セルは、反転型メタモルフィック太陽電池セルと呼ばれる太陽電池セルをも含む。
【符号の説明】
【００９８】
１ 金属層、２ コンタクト層、３ ＢＳＦ層、４ ベース層、５ エミッタ層、６ 窓層、７ 中間第九層、８ 中間第八層、９ 中間第七層、１０ 中間第六層、１１ 中間第五層、１２ 中間第四層、１３ 中間第三層、１４ 中間第二層、１５ 中間第一層、１６ 中間バッファ層、１７ トンネル層、１８ トンネル層、１９ ＢＳＦ層、２０ ベース層、２１ エミッタ層、２２ 窓層、２３ トンネル層、２４ トンネル層、２５ ＢＳＦ層、２６ ベース層、２７ エミッタ層、２８ 窓層、２９ ｎ型ＧａＡｓ層、３０ 金属層、３２ 成長基板、３３ 支持基板、３４ 第１のサブセル、３５ 中間層、３６ 第２のサブセル、３７ 第３のサブセル、４１ バッファ層、４２ エッチングストップ層、５１ 中間第十層、５２ 中間第九層、５３ 中間第八層、５４ 中間第七層、５５ 中間第六層、５６ 中間第五層、５７ 中間第四層、５８ 中間第三層、５９ 中間第二層、６０ 中間第一層、６１ 中間第九層、６２ 中間第八層、６３ 中間第七層、６４ 中間第六層、６５ 中間第五層、６６ 中間第四層、６７ 中間第三層、６８ 中間第二層、６９ 中間第一層、７０ 中間第七層、７１ 中間第六層、７２ 中間第五層、７３ 中間第四層、７４ 中間第三層、７５ 中間第二層、７６ 中間第一層、７７ 中間第七層、７８ 中間第六層、７９ 中間第五層、８０ 中間第四層、８１ 中間第三層、８２ 中間第二層、８３ 中間第一層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルとも称される光電池は、過去数年間に利用できるようになった最も重要な新規エネルギ源の一つである。
【０００３】
従来の化合物半導体太陽電池セルを高効率化する方法としては、半導体基板上に半導体基板と同程度の格子定数を有する化合物半導体層を成長させて複数個のサブセルを形成することによって、結晶性に優れた化合物半導体太陽電池セルを製造する方法が用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、化合物半導体層を成長させるための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰなどと同程度の格子定数を有し、さらに好適なバンドギャップを有するサブセルを用いた化合物半導体太陽電池セルとしては、ＧａＡｓ基板を用いたＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池セルや、Ｇｅ基板を用いたＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池セルに限られていた。
【０００５】
これらの化合物半導体太陽電池セルをさらに高効率化する方法として、１ｅＶ程度のバンドギャップを有するサブセルをさらに追加することが考えられている。
【０００６】
しかしながら、ＧａＡｓ基板あるいはＧｅ基板と格子定数が同等で、バンドギャップが１ｅＶ程度の適当な半導体が存在しない。たとえば、１ｅＶ程度のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓ層はＧａＡｓ基板と格子定数差比が２．３％程度もある。
【０００７】
したがって、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＡｓ層を成長させた場合には、結晶性の悪いＧａＩｎＡｓ層しか得られず、ＧａＩｎＡｓ層上にＧａＩｎＰ層などの他の化合物半導体層を成長させた場合でも結晶性の悪い化合物半導体層しか得られないため、化合物半導体太陽電池セル全体の変換効率が低下するおそれがあった。
【０００８】
このような問題を解決するために、たとえば特許文献１には、ＧａＡｓ基板と格子整合したＧａＩｎＰサブセルおよびＧａＡｓサブセルと、ＧａＡｓと格子整合していないＧａＩｎＡｓサブセルと、ＧａＡｓサブセルとＧａＩｎＡｓサブセルとの間に、ＧａＡｓ基板に対する格子定数が一定の相対値で階段状に変化する計１０層からなるＧａＩｎＰ中間層を有する化合物半導体太陽電池セルが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１に記載の化合物半導体太陽電池セルを小面積で作製した場合には、優れた光電変換特性を示す化合物半導体太陽電池セルが得られる。
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の化合物半導体太陽電池セルを大面積で作製した場合には、化合物半導体太陽電池セルの作製途中で割れが発生し、優れた光電変換特性を示さなくなり、歩留まりが低下することが多かった。
【００１２】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、大面積で作製した場合でも、優れた光電変換特性を有するセルを歩留まり良く製造することができる化合物半導体太陽電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１のサブセルと、第１のサブセル上に設けられた第２のサブセルと、第２のサブセル上に設けられた第３のサブセルと、第１のサブセルと第２のサブセルとの間に設けられた中間層とを備え、第１のサブセルは、第１のバンドギャップを有する第１の化合物半導体を含み、第２のサブセルは、第２のバンドギャップを有する第２の化合物半導体を含み、第３のサブセルは、第３のバンドギャップを有する第３の化合物半導体を含み、中間層は、第４のバンドギャップを有する第４の化合物半導体を含む複数層を有し、複数層を構成するそれぞれの層は、第２のサブセル側から第１のサブセル側にかけて、格子定数が増加するように配置されており、複数層は、第２のサブセルに最も近い位置に配置されている中間第一層と、中間第一層に隣接する中間第二層と、中間第二層に隣接する中間第三層とを有しており、中間第二層と中間第一層との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、中間第三層と中間第二層との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、第１格子定数差比が０．７８％以下であって、複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第１のサブセルに近づくにつれて小さくなる化合物半導体太陽電池セルである。
【００１４】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第１の化合物半導体は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の化合物半導体太陽電池セルにおいて、第２の化合物半導体は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大面積で作製した場合でも、優れた光電変換特性を有するセルを歩留まり良く製造することができる化合物半導体太陽電池セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図２】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図３】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図４】実施の形態および実施例の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な断面構成図である。
【図５】（ａ）は比較例１の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例１の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図６】（ａ）は比較例２の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例２の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図７】（ａ）は比較例３の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例３の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図８】（ａ）は比較例４の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例４の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図９】（ａ）は比較例５の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例５の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【図１０】（ａ）は比較例６の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す比較例６の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２０】
図１（ａ）に、本発明の化合物半導体太陽電池セルの一例である本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの模式的な断面構成図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの中間層を構成する各化合物半導体層の格子定数の変化を示す。なお、図１（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図１（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、Ｓｉ支持基板３３（例えば厚さ３００μｍ）上に、支持基板３３側からＡｕ層（例えば厚さ３μｍ）とＡｇ層（例えば厚さ０．１μｍ）とがこの順序で積層された金属層１と、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層２（例えば厚さ０．５μｍ）とがこの順序で積層されている。
【００２２】
コンタクト層２上には、ｐ型ＧａＩｎＰからなるＢＳＦ層３（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるベース層４（例えば厚さ３．０μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＡｓからなるエミッタ層５（例えば厚さ０．１μｍ）およびｎ型ＧａＩｎＰからなる窓層６（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。なお、ベース層４とエミッタ層５との接合体から第１のサブセル３４が構成されている。
【００２３】
窓層６上には、ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７７（例えば厚さ１μｍ）、ｎ型Ｇａ0.23Ｉｎ0.77Ｐからなる中間第六層７８（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.26Ｉｎ0.74Ｐからなる中間第五層７９（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.30Ｉｎ0.70Ｐからなる中間第四層８０（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層８１（例えば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層８２（例えば厚さ０．２５μｍ）およびｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層８３（例えば厚さ０．２５μｍ）がこの順序で積層されている。なお、中間第七層７７、中間第六層７８、中間第五層７９、中間第四層８０、中間第三層８１、中間第二層８２および中間第一層８３の積層体から中間層３５が構成されている。
【００２４】
中間第一層８３上には、ｎ型ＧａＡｓからなる中間バッファ層１６（例えば厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層１７、およびｐ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層１８がこの順に積層されている。なお、中間バッファ層１６は積層しなくてもよい。
【００２５】
トンネル層１８上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１９（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２０（例えば厚さ３．０μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２１（例えば厚さ０．１μｍ）、およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順に積層されている。ベース層２０とエミッタ層２１との接合体から第２のサブセル３６が構成されている。
【００２６】
窓層２２上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層２３およびｐ型ＡｌＧａＡｓからなるトンネル層２４がこの順序で積層されている。
【００２７】
トンネル層２４上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２５（例えば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるベース層２６（例えば厚さ１．０μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＰからなるエミッタ層２７（例えば厚さ０．１μｍ）、およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２８（例えば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。ベース層２６とエミッタ２７層との接合体から第３のサブセル３７が構成されている。
【００２８】
窓層２８上には、ｎ型ＧａＡｓ層２９（例えば厚さ０．５μｍ）および金属層３０（例えば厚さ５．０μｍ）が形成されている。
【００２９】
なお、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいて、下部の第１のサブセル３４を構成する第１の化合物半導体（ＧａＩｎＡｓ）の第１のバンドギャップ、中間の第２のサブセル３６を構成する第２の化合物半導体（ＧａＡｓ）の第２のバンドギャップ、および上部の第３のサブセル３７を構成する第３の化合物半導体（ＧａＩｎＰ）の第３のバンドギャップの順にバンドギャップが大きくなっている。
【００３０】
ここで、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいて、（ｉ）下部の第１のサブセル３４を構成する第１の化合物半導体（ＧａＩｎＡｓ）は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｄ」はＧａの組成比を示し、「ｅ」はＩｎの組成比を示す。
【００３１】
また、（ｉｉ）中間の第２のサブセル３６を構成する第２の化合物半導体（ＧａＡｓ）は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｆ」はＧａの組成比を示し、「ｇ」はＩｎの組成比を示す。
【００３２】
さらに、（ｉｉｉ）上部の第３のサブセル３７を構成する第３の化合物半導体（ＧａＩｎＰ）は、１．８ｅＶ以上２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａhＩｎiＰ（０≦ｈ≦１、０≦ｉ≦１、ｈ＋ｉ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。なお、上記の式中の「ｈ」はＧａの組成比を示し、「ｉ」はＩｎの組成比を示す。
【００３３】
少なくとも上記の（ｉ）の条件を満たしていることによって、太陽光をより有効に光電変換できるため、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの理論光電変換効率を４５％以上とすることができる。また、上記の（ｉ）の条件に加えて、上記の（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の少なくとも１つ、好ましくは上記の（ｉｉ）および（ｉｉｉ）のすべての条件を満たしていることによって、太陽光をさらに有効に光電変換できるため、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの理論光電変換効率をさらに高くすることができる傾向が大きくなる。
【００３４】
以下、図２〜図４の断面構成図を参照して、図１に示す本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
【００３５】
まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる大面積の表面を有する成長基板３２をＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）装置内に設置し、ＭＯＶＰＥ法により、成長基板３２の表面上に、ｎ型ＧａＡｓ層４１、ｎ型ＧａＩｎＰ層４２およびｎ型ＧａＡｓ層２９をこの順序でエピタキシャル成長させる。
【００３６】
次に、ｎ型ＧａＡｓ層２９上に、窓層２８、エミッタ層２７、ベース層２６およびＢＳＦ層２５をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３７】
次に、ＢＳＦ層２５上に、トンネル層２４、トンネル層２３、窓層２２、エミッタ層２１、ベース層２０およびＢＳＦ層１９をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３８】
次に、ＢＳＦ層１９上に、トンネル層１８、トンネル層１７、および中間バッファ層１６をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３９】
次に、中間バッファ層１６上に、中間第一層８３、中間第二層８２、中間第三層８１、中間第四層８０、中間第五層７９、中間第六層７８および中間第七層７７をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、中間第七層７７上に、窓層６、エミッタ層５、ベース層４、ＢＳＦ層３およびコンタクト層２をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に、図３に示すように、コンタクト層２の表面上にコンタクト層２側からＡｇ層（例えば厚さ０．１μｍ）とＡｕ（例えば厚さ３μｍ）とをこの順序で積層することによって金属層１を形成し、その後、金属層１にＳｉ支持基板３３を貼り付ける。
【００４２】
次に、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３２とｎ型ＧａＡｓ層４１とをアルカリ水溶液でエッチングして除去した後に、ｎ型ＧａＩｎＰ層４２を酸水溶液でエッチングして除去する。
【００４３】
次に、ｎ型ＧａＡｓ層２９上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成した後、ｎ型ＧａＡｓ層２９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。その後、残されたｎ型ＧａＡｓ層２９上に、再度フォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、真空蒸着法により、例えばＡｇ層、Ｎｉ層およびＡｕＧｅ層がこの順序で積層された積層体からなる金属層３０を形成する。
【００４４】
その後、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸水溶液を用いて、メサエッチングを行なう。これにより、図１（ａ）に示す構成の本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルを製造することができる。
【００４５】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルの中間層３５を構成するそれぞれの層は、第２のサブセル３６側から第１のサブセル３４側にかけて、格子定数が増加するように配置されている。
【００４６】
また、中間第二層８２と中間第一層８３との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が０．７８以下であって、中間第三層８１と中間第二層８２との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きくなっている。
【００４７】
さらに、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が、第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなっている。
【００４８】
本発明者は、中間層３５のエピタキシャル成長初期に形成される層については、隣接する層間の格子定数差比をより大きな値とし、エピタキシャル成長の進行につれて格子定数差比を小さくしていくことによって、格子定数差に起因して生じる応力を十分に緩和することができ、結晶内に蓄積される残留応力が少ない結晶成長が可能となることを見い出した。
【００４９】
そして、本発明者は、上記のように中間層３５を形成することによって、化合物半導体太陽電池セルをたとえば４ｃｍ2以上といった大面積の表面を有するように作製した場合でも、成長基板３２を除去したときの化合物半導体太陽電池セルの割れの発生を大幅に抑制することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００５０】
すなわち、本実施の形態によれば、化合物半導体太陽電池セルを大面積で作製した場合でも、成長基板を除去したときの化合物半導体太陽電池セルの割れの発生を抑制することができることから、優れた光電変換特性を示す化合物半導体太陽電池セルを歩留まり良く製造することができる。
【００５１】
なお、格子定数差比（％）は、中間層３５を構成する複数層のうち、隣接する中間第ｘ層の格子定数をａxとし、中間第（ｘ＋１）層の格子定数をａx+1としたとき、中間第（ｘ＋１）層と中間第ｘ層との格子定数差比△ｘ（％）は、下記の式（１）により算出することができる。
格子定数差比△ｘ（％）＝１００×（ａx+1−ａx）／ａx …（１）
【００５２】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、成長基板の格子定数に対する、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．５２（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．４２（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．３１（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２１（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．１０（％）
すなわち、本実施の形態の化合物半導体太陽電池セルにおいては、第１格子定数差比と第２格子定数差比との関係は、△１＞△２であると言い換えることができる。
【００５３】
また、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、第１のサブセル３４に近づくにつれて小さくなっている。すなわち、本実施の形態においては、△１＞△２＞△３＞△４＞△５＞△６の関係を満たしている。この場合には、結晶内に蓄積される残留応力による歪みエネルギをさらに小さくすることができ、良好な結晶性の第１のサブセル３４を形成することができるため、優れた光電変換特性を有する化合物半導体太陽電池セルを歩留まり良く製造することができる。
【００５４】
また、中間層３５を構成する第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体であることが好ましい。通常のエピタキシャル成長装置には、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰなどの材料が具備されていることから、材料を追加する必要がなく、製造コストを低減することができる傾向にある。また、他の化合物半導体と比較すると、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体は高温成長が可能であり、結晶性が高く、より高品質の良好な結晶を形成することができる傾向にある。また、高温成長が可能であるため、サブセルの成長温度に近い温度で成長することができることから、サブセルの成長時の成長温度を下げるのに必要な無駄な成長時間を短くすることができ、化合物半導体太陽電池セルの製造コストを低減することができる傾向にある。なお、上記の式において、「ａ」はＡｌの組成比を示し、「ｂ」はＧａの組成比を示し、「ｃ」はＩｎの組成比を示す。
【００５５】
第１格子定数差比（△１）は、０．２６％以上であることが好ましく、０．５２％以上であることがより好ましい。この場合には、格子定数差の緩和に必要な中間第二層８２を厚く形成する必要がないため、中間第二層８２のエピタキシャル成長時間を短くすることができる。そのため、この場合には、化合物半導体太陽電池セルの量産性を向上することができる。
【００５６】
中間第二層８２の厚さｔ２は、ｔ２＝１（ｎｍ）／△１以上であることが好ましい。中間第二層８２の厚さｔ２が１（ｎｍ）／△１以上である場合には、中間第二層８２と中間第一層８３との格子定数差に起因して発生する歪を十分に緩和することができる傾向にある。なお、上記の中間第二層８２の厚さｔ２の算出において、「△１」としては、「％」の単位の数値を用いるのではなく、「％」のない単位の数値を用いることとする（たとえば△１＝０．２６％の場合には、「ｔ２＝１（ｎｍ）／０．００２６」となる。）。
【００５７】
中間層３５の全体の厚さは、３μｍ以下であることが好ましい。中間層３５の全体の厚さが３μｍ以下である場合には、エピタキシャル成長による中間層３５の形成時間を短くして成長装置のスループットを向上することができるとともに、使用材料を低減することによる製造コストの低下によって、（発電量）／（価格）の値を従来の化合物半導体太陽電池セルよりも低減することができる傾向にある。
【００５８】
第１格子定数差比（△１）と、中間第二層８２の厚さｔ２との最も良好な組み合わせは、△１が０．５２％以上０．７８％以下であり、かつｔ２が２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。この場合には、特に優れた光電変換特性を有する大面積の化合物半導体太陽電池セルを特に歩留まり良く製造することができる傾向にある。
【００５９】
第２格子定数差比（△２）は、△１の１／３倍以上２／３倍以下であることが好ましい。この場合には、中間第二層８２の結晶のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれの格子定数がほぼ等しくなり、格子不整合が緩和されて、格子定数差に起因する歪エネルギの蓄積が少ない良好な結晶性の中間層３５が得られ、ひいては中間層３５上に形成される第１のサブセル３４の結晶性が向上し、化合物半導体太陽電池セルの特性および歩留まりが向上する傾向にある。
【００６０】
第２格子定数差比（△２）は、０．２６％以上０．５２％以下であることが好ましい。第２格子定数差比（△２）が０．２６％以上である場合には、格子不整合を緩和するために中間第三層８１を厚く形成する必要がないため、中間第三層８１のエピタキシャル成長時間を短くすることができる。そのため、この場合には、化合物半導体太陽電池セルの量産性を向上することができる。また、第２格子定数差比（△２）が０．５２％以下である場合には、中間第三層８１における転位の発生を抑えて、中間層３５の結晶性が向上し、ひいては中間層３５上に形成される第１のサブセル３４の結晶性が向上し、化合物半導体太陽電池セルの特性および歩留まりが向上する傾向にある。
【００６１】
中間第三層８１の厚さｔ３は、ｔ３＝１（ｎｍ）／△１以上であることが好ましい。中間第三層８１の厚さｔ３が１（ｎｍ）／△１以上である場合には、中間第三層８１と中間第二層８２との格子定数差に起因して発生する歪を十分に緩和することができる傾向にある。なお、上記の中間第三層８１の厚さｔ３の算出においても、「△１」としては、「％」の単位の数値を用いるのではなく、「％」のない単位の数値を用いることとする（たとえば△１＝０．２６％の場合には、「ｔ３＝１（ｎｍ）／０．００２６」となる。）。
【００６２】
第２格子定数差比（△２）と、中間第三層８１の厚さｔ３との最も良好な組み合わせは、△２が０．２６％以上０．５２％以下であり、かつｔ３が１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。この場合には、特に優れた光電変換特性を有する大面積の化合物半導体太陽電池セルを特に歩留まり良く製造することができる傾向にある。
【００６３】
一般に、禁制帯幅が異なる複数の半導体材料から成るｐｎ接合を、同一基板上に禁制帯幅が大きいものから順に光が入射する方向に縦積みした構造を有し、両端にだけ出力端子を設けることで、光電変換可能な波長範囲の拡大と高電圧化を図った太陽電池セルを「モノリシック２端子多接合型太陽電池セル」と呼び、その代表的なものが、本件のＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ三接合型太陽電池セルである。サブセルとは上記多接合型太陽電池セルを構成する禁制帯幅が異なる個々の太陽電池セル（ｐｎ接合を一つ有す）を指し、本件ではＧａＩｎＰセル、ＧａＡｓセル、Ｇｅセルに対応する。
【実施例】
【００６４】
＜実施例＞
実施例においては、図１（ａ）に示す断面構成および図１（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。
【００６５】
まず、図２に示すように、直径４インチの円形状の大面積の表面を有するｎ型ＧａＡｓからなる成長基板３２をＭＯＶＰＥ装置内に設置し、成長基板３２上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層４１、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエッチングストップ層４２およびｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２９をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６６】
次に、コンタクト層２９上に、ｎ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる窓層２８（厚さ０．１μｍ）、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエミッタ層２７（厚さ０．１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるベース層２６（厚さ１．０μｍ）、ｐ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49ＰからなるＢＳＦ層２５（厚さ０．１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。これにより、ベース層２６とエミッタ２７層との接合体からなる第３のサブセル３７が形成された。
【００６７】
次に、ＢＳＦ層２５上に、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層２４（厚さ０．０２μｍ）およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層２３（厚さ０．０２μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００６８】
次に、トンネル層２３上に、ｎ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる窓層２２（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層２１（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２０（厚さ３．０μｍ）、ｐ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49ＰからなるＢＳＦ層１９（厚さ０．１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。これにより、ベース層２０とエミッタ層２１との接合体からなる第２のサブセル３６が形成された。
【００６９】
次に、ＢＳＦ層１９上に、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層１８（厚さ０．０２μｍ）およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなるトンネル層１７（厚さ０．０２μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７０】
次に、トンネル層１７上にｎ型ＧａＡｓからなる中間バッファ層１６をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７１】
次に、中間バッファ層１６上に、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層８３（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層８２（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層８１（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.30Ｉｎ0.70Ｐからなる中間第四層８０（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.26Ｉｎ0.74Ｐからなる中間第五層７９（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｇａ0.23Ｉｎ0.77Ｐからなる中間第六層７８（厚さ０．２５μｍ）およびｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７７（厚さ１μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７２】
次に、中間第七層７７上に、ｎ型ＧａＩｎＰからなる窓層６（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＩｎＡｓからなるエミッタ層５（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＡｓからなるベース層４（厚さ３．０μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるＢＳＦ層３（厚さ１μｍ）およびｐ型ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層２（厚さ０．５μｍ）をこの順序でＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた。
【００７３】
なお、上記において、Ｇａ材料としてはＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、Ａｌ材料としてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、Ｉｎ材料としてはＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用いた。また、Ａｓ材料としてはＡｓＨ3（アルシン）を用い、Ｐ材料としてはＰＨ3（ホスフィン）を用いた。
【００７４】
その後、図３に示すように、コンタクト層２の表面にＡｇ層（厚さ３μｍ）とＡｕ層（厚さ０．１μｍ）との積層体からなる金属層１を形成した後に、金属層１にＳｉ支持基板（厚さ３００μｍ）３３を貼り付けた。
【００７５】
次に、図４に示すように、成長基板３２とバッファ層４１とをアルカリ水溶液でエッチングして除去した後に、ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなるエッチングストップ層４２を酸水溶液でエッチングして除去して、コンタクト層２９の表面を露出させた。
【００７６】
次に、コンタクト層２９上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２９の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去した。そして残されたコンタクト層２９上に再度フォトリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、真空蒸着法により、Ａｇ層（厚さ５μｍ）、Ｎｉ層（厚さ０．１μｍ）およびＡｕＧｅ層（厚さ０．１μｍ）をこの順序で積層して金属層３０を形成した。
【００７７】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸水溶液を用いてメサエッチングを行なった。
【００７８】
上記のようにして、図１（ａ）に示す断面構成を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する実施例の化合物半導体太陽電池セルをウエハから切り出して作製した。図１（ｂ）に示すように、実施例の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．５２（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．４２（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．３１（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２１（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．１０（％）
また、実施例の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、実施例の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは９３％（１１２個／１２０個）であった。
【００７９】
なお、歩留まりの算出においては、短絡電流密度（Ｊsc）＞９．５ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧（Ｖoc）＞２．９Ｖ、かつフィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）＞０．８のすべての特性を示す化合物半導体太陽電池セルを良品として判断し、それ以外を不良品として判断した。すなわち、実施例においては、１２０個の化合物半導体太陽電池セルのうち、良品は１１２個であった。
【００８０】
＜比較例１＞
比較例１においては、図５（ａ）に示す断面構成および図５（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図５（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図５（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８１】
比較例１の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層１５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第二層１４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第三層１３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第四層１２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第五層１１（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第六層１０（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第七層９（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第八層８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.19Ｉｎ0.81Ｐからなる中間第九層７（厚さ０．２５μｍ）
図５（ｂ）に示すように、比較例１の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例１の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例１の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは９０％（１０８個／１２０個）であった。
【００８２】
＜比較例２＞
比較例２においては、図６（ａ）に示す断面構成および図６（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図６（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図６（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８３】
比較例２の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は比較例２と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層６０（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.49Ｉｎ0.51Ｐからなる中間第二層５９（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.45Ｉｎ0.55Ｐからなる中間第三層５８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第四層５７（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第五層５６（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第六層５５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第七層５４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第八層５３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第九層５２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第十層５１（厚さ０．２５μｍ）
図５（ｂ）に示すように、比較例２の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．２６（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第十層と中間第九層との格子定数差比△９＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例２の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例２の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは３３％（３９個／１２０個）であった。
【００８４】
＜比較例３＞
比較例３においては、図７（ａ）に示す断面構成および図７（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図７（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図７（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８５】
比較例３の化合物半導体太陽電池セルは、中間層３５を構成する中間第一層から中間第十層の厚さをそれぞれ１μｍとしたこと以外は比較例２と同様にして作製した。
【００８６】
図７（ｂ）に示すように、比較例３の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．２６（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
中間第十層と中間第九層との格子定数差比△９＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例３の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例３の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８０％（９６個／１２０個）であった。
【００８７】
＜比較例４＞
比較例４においては、図８（ａ）に示す断面構成および図８（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図８（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図８（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００８８】
比較例４の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層６９（厚さ１μｍ）
ｎ型Ｇａ0.45Ｉｎ0.55Ｐからなる中間第二層６８（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.42Ｉｎ0.58Ｐからなる中間第三層６７（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第四層６６（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第五層６５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第六層６４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第七層６３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第八層６２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第九層６１（厚さ０．２５μｍ）
図８（ｂ）に示すように、比較例４の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．５２（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
中間第九層と中間第八層との格子定数差比△８＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例４の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例４の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８６％（１０３個／１２０個）であった。
【００８９】
＜比較例５＞
比較例５においては、図９（ａ）に示す断面構成および図９（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図９（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図９（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００９０】
比較例５の化合物半導体太陽電池セルは、図５に示すｎ型Ｇａ0.19Ｉｎ0.81Ｐからなる中間第九層７を積層しなかったこと以外は比較例１と同様にして作製した。
【００９１】
図９（ｂ）に示すように、比較例５の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝０．７８（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
中間第八層と中間第七層との格子定数差比△７＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例５の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例５の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは８１％（９７個／１２０個）であった。
【００９２】
＜比較例６＞
比較例６においては、図１０（ａ）に示す断面構成および図１０（ｂ）に示すように格子定数を階段状に増加させた中間層３５を有するとともに、金属層１乃至窓層２８がそれぞれ幅２ｃｍ×長さ２ｃｍの正方形状の大面積の表面を有する化合物半導体太陽電池セルを作製した。なお、図１０（ｂ）においては、中間層以外の層の格子定数の変化についてはその記載を省略している。また、図１０（ｂ）の横軸の右側に進むにつれて格子定数が大きくなることを示している。
【００９３】
比較例６の化合物半導体太陽電池セルは、第２のサブセル３６から第１のサブセル３４にかけて以下の層を配置することによって中間層３５を形成したこと以外は実施例と同様にして作製した。
ｎ型Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間第一層７６（厚さ１μｍ）
ｎ型Ｇａ0.39Ｉｎ0.61Ｐからなる中間第二層７５（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐからなる中間第三層７４（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ｐからなる中間第四層７３（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.29Ｉｎ0.71Ｐからなる中間第五層７２（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.25Ｉｎ0.75Ｐからなる中間第六層７１（厚さ０．２５μｍ）
ｎ型Ｇａ0.22Ｉｎ0.78Ｐからなる中間第七層７０（厚さ０．２５μｍ）
図１０（ｂ）に示すように、比較例６の化合物半導体太陽電池セルにおいては、中間層３５を構成する複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比は、以下のようになっている。
中間第二層と中間第一層との格子定数差比△１＝１．０４（％）
中間第三層と中間第二層との格子定数差比△２＝０．２６（％）
中間第四層と中間第三層との格子定数差比△３＝０．２６（％）
中間第五層と中間第四層との格子定数差比△４＝０．２６（％）
中間第六層と中間第五層との格子定数差比△５＝０．２６（％）
中間第七層と中間第六層との格子定数差比△６＝０．２６（％）
また、実施例と同一の基準で、比較例６の化合物半導体太陽電池セルを合計１２０個作製したときの歩留まりを求めた。その結果、比較例６の化合物半導体太陽電池セルの歩留まりは１８％（２２個／１２０個）であった。
【００９４】
以下の表１に、実施例および比較例１〜比較例６の実験結果をまとめる。表１に示すように、第１格子定数差比（△１）が０．７８％以下であって、第２格子定数差比（△２）よりも大きく、中間層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が第２のサブセルから第１のサブセルに近づくにつれて小さくなっている実施例の化合物半導体太陽電池セルは、中間層がそのように形成されていない比較例１〜比較例６の化合物半導体太陽電池セルよりも歩留まりが良好であることが確認された。
【００９５】
【表１】
【００９６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、化合物半導体太陽電池セルに利用することができ、特にメタモルフィック層を含む化合物半導体太陽電池セルに好適に利用することができる。メタモルフィック層を含む化合物半導体太陽電池セルは、反転型メタモルフィック太陽電池セルと呼ばれる太陽電池セルをも含む。
【符号の説明】
【００９８】
１ 金属層、２ コンタクト層、３ ＢＳＦ層、４ ベース層、５ エミッタ層、６ 窓層、７ 中間第九層、８ 中間第八層、９ 中間第七層、１０ 中間第六層、１１ 中間第五層、１２ 中間第四層、１３ 中間第三層、１４ 中間第二層、１５ 中間第一層、１６ 中間バッファ層、１７ トンネル層、１８ トンネル層、１９ ＢＳＦ層、２０ ベース層、２１ エミッタ層、２２ 窓層、２３ トンネル層、２４ トンネル層、２５ ＢＳＦ層、２６ ベース層、２７ エミッタ層、２８ 窓層、２９ ｎ型ＧａＡｓ層、３０ 金属層、３２ 成長基板、３３ 支持基板、３４ 第１のサブセル、３５ 中間層、３６ 第２のサブセル、３７ 第３のサブセル、４１ バッファ層、４２ エッチングストップ層、５１ 中間第十層、５２ 中間第九層、５３ 中間第八層、５４ 中間第七層、５５ 中間第六層、５６ 中間第五層、５７ 中間第四層、５８ 中間第三層、５９ 中間第二層、６０ 中間第一層、６１ 中間第九層、６２ 中間第八層、６３ 中間第七層、６４ 中間第六層、６５ 中間第五層、６６ 中間第四層、６７ 中間第三層、６８ 中間第二層、６９ 中間第一層、７０ 中間第七層、７１ 中間第六層、７２ 中間第五層、７３ 中間第四層、７４ 中間第三層、７５ 中間第二層、７６ 中間第一層、７７ 中間第七層、７８ 中間第六層、７９ 中間第五層、８０ 中間第四層、８１ 中間第三層、８２ 中間第二層、８３ 中間第一層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサブセルと、
前記第１のサブセル上に設けられた第２のサブセルと、
前記第２のサブセル上に設けられた第３のサブセルと、
前記第１のサブセルと前記第２のサブセルとの間に設けられた中間層と、を備え、
前記第１のサブセルは、第１のバンドギャップを有する第１の化合物半導体を含み、
前記第２のサブセルは、第２のバンドギャップを有する第２の化合物半導体を含み、
前記第３のサブセルは、第３のバンドギャップを有する第３の化合物半導体を含み、
前記中間層は、第４のバンドギャップを有する第４の化合物半導体を含む複数層を有し、
前記複数層を構成するそれぞれの層は、前記第２のサブセル側から前記第１のサブセル側にかけて、格子定数が増加するように配置されており、
前記複数層は、前記第２のサブセルに最も近い位置に配置されている中間第一層と、前記中間第一層に隣接する中間第二層と、前記中間第二層に隣接する中間第三層とを有しており、
前記中間第二層と前記中間第一層との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、前記中間第三層と前記中間第二層との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、
前記第１格子定数差比が０．７８％以下であって、
前記複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が、前記第１のサブセルに近づくにつれて小さくなる、化合物半導体太陽電池セル。
【請求項２】
前記第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池セル。
【請求項３】
前記第１の化合物半導体は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１または２に記載の化合物半導体太陽電池セル。
【請求項４】
前記第２の化合物半導体は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１から３のいずれかに記載の化合物半導体太陽電池セル。
【請求項１】
第１のサブセルと、
前記第１のサブセル上に設けられた第２のサブセルと、
前記第２のサブセル上に設けられた第３のサブセルと、
前記第１のサブセルと前記第２のサブセルとの間に設けられた中間層と、を備え、
前記第１のサブセルは、第１のバンドギャップを有する第１の化合物半導体を含み、
前記第２のサブセルは、第２のバンドギャップを有する第２の化合物半導体を含み、
前記第３のサブセルは、第３のバンドギャップを有する第３の化合物半導体を含み、
前記中間層は、第４のバンドギャップを有する第４の化合物半導体を含む複数層を有し、
前記複数層を構成するそれぞれの層は、前記第２のサブセル側から前記第１のサブセル側にかけて、格子定数が増加するように配置されており、
前記複数層は、前記第２のサブセルに最も近い位置に配置されている中間第一層と、前記中間第一層に隣接する中間第二層と、前記中間第二層に隣接する中間第三層とを有しており、
前記中間第二層と前記中間第一層との間の格子定数差の比である第１格子定数差比が、前記中間第三層と前記中間第二層との間の格子定数差の比である第２格子定数差比よりも大きく、
前記第１格子定数差比が０．７８％以下であって、
前記複数層の隣接する層間のそれぞれの格子定数差比が、前記第１のサブセルに近づくにつれて小さくなる、化合物半導体太陽電池セル。
【請求項２】
前記第４の化合物半導体は、ＡｌaＧａbＩｎcＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池セル。
【請求項３】
前記第１の化合物半導体は、０．８ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａdＩｎeＡｓ（０≦ｄ≦１、０＜ｅ≦１、ｄ＋ｅ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１または２に記載の化合物半導体太陽電池セル。
【請求項４】
前記第２の化合物半導体は、１．３ｅＶ以上１．５ｅＶ以下の範囲のバンドギャップを有するＧａfＩｎgＡｓ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、ｆ＋ｇ≠０）の式で表わされる化合物半導体を含む、請求項１から３のいずれかに記載の化合物半導体太陽電池セル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１５４１４（Ｐ２０１３−１１５４１４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３５１０（Ｐ２０１１−２６３５１０）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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