多接合型太陽電池の製造方法
【課題】４接合太陽電池を実現でき、デバイスを大面積化できる多接合型太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】第１の半導体からなる基板２上に核生成サイトを配設し、第１の原料ガスを供給し、核生成サイトに半導体３をワイヤー状に成長させる。第３〜４の原料ガスを供給し、半導体３上に半導体４を、半導体４上に半導体５をワイヤー状に成長させる。基板６上に核生成サイトを配設し、第１の原料ガスを供給して、核生成サイトに半導体２ａをワイヤー状に成長させ、第２〜４の原料ガスを供給して、半導体２ａ上に半導体３を、半導体３上に半導体４を、半導体４上に半導体５ワイヤー状に成長させる。前記半導体は基板２，６に近いほどバンドギャップが狭く、離れるほどバンドギャップが広い。核生成サイトはＡｕ等の触媒粒子からなる。半導体２，２ａはＧｅであり、半導体３はＩｎＧａＡｓであり、半導体４はＧａＡｓであり、半導体５はＡｌＧａＡｓである。
【解決手段】第１の半導体からなる基板２上に核生成サイトを配設し、第１の原料ガスを供給し、核生成サイトに半導体３をワイヤー状に成長させる。第３〜４の原料ガスを供給し、半導体３上に半導体４を、半導体４上に半導体５をワイヤー状に成長させる。基板６上に核生成サイトを配設し、第１の原料ガスを供給して、核生成サイトに半導体２ａをワイヤー状に成長させ、第２〜４の原料ガスを供給して、半導体２ａ上に半導体３を、半導体３上に半導体４を、半導体４上に半導体５ワイヤー状に成長させる。前記半導体は基板２，６に近いほどバンドギャップが狭く、離れるほどバンドギャップが広い。核生成サイトはＡｕ等の触媒粒子からなる。半導体２，２ａはＧｅであり、半導体３はＩｎＧａＡｓであり、半導体４はＧａＡｓであり、半導体５はＡｌＧａＡｓである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多接合型太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、単一のｐｎ接合からなる単接合型太陽電池が知られている。しかし、前記単接合型太陽電池の発電効率は、原料となる半導体材料の禁制帯幅Ｅｇにより決まる理論限界を有するため、どのような半導体材料を用いても地上における太陽光照射条件下では約３０％にとどまることが知られている。
【０００３】
そこで、前記単接合型太陽電池より高い発電効率を得るために、それぞれｐｎ接合を有する複数の太陽電池を積層することにより形成された多接合型太陽電池が提案されている。前記多接合型太陽電池の最も簡単なものとして、図３に示す２接合太陽電池１１が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
２接合太陽電池１１は、裏面電極１２上にボトムセル１３とトップセル１４とが、エピタキシャル成長によりこの順に積層され、トップセル１４上に表面電極１５が積層されている。２接合太陽電池１１では、ボトムセル１３はＧａＡｓのｐｎ接合からなり、トップセル１４はＩｎＧａＰのｐｎ接合からなっている。
【０００５】
前記多接合型太陽電池は、バンドギャップの異なる半導体同士を接合することにより太陽光スペクトルの利用領域を拡大することを基本原理とし、接合数を増やせば効率が上がることが知られている。例えば、４接合太陽電池がシミュレーションされており、高効率の太陽電池が期待されている。
【０００６】
一方、通常、バンドギャップの異なる半導体の組み合わせでは互いに格子定数が異なっているため、該格子定数の大きく異なるもの同士を接合しようとすると、界面に欠陥が発生し、効率を向上させることができないという問題がある。前記問題は、前記欠陥に存在する多数の未結合手が、太陽光によって励起された励起子の再結合を促すために電力として取り出すことができないことによる。
【０００７】
この結果、前記多接合型太陽電池を構成する半導体は、互いに異なるバンドギャップを有する一方、互いに類似する格子定数を有する材料の組み合わせ（いわゆる格子整合のとれた組み合わせ）に限られる。前記組み合わせに太陽光スペクトルとのマッチングを加味すると、前記半導体は、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとＧｅとの組み合わせ、或いはＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとＧｅとの組み合わせ等となり、３接合太陽電池を構成することが限界となっている。
【０００８】
唯一、ＧａＩｎＮＡｓは、Ｇｅ及びＧａＡｓと格子整合を維持しながら１ｅＶ程度のバンドギャップを有する材料として注目されており、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとＧａＩｎＮＡｓとＧｅとの組み合わせによる４接合太陽電池の研究が続けられている（例えば非特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓは、相分離や欠陥が発生するために、４接合太陽電池を実現するには結晶の成長が難しいという不都合がある。
【００１０】
また、３接合太陽電池の性能は４ｃｍ２以下のデバイスで評価されており、デバイスの面積が大きくなるほど効率が低下することが知られている（非特許文献２参照）。前記効率の低下は、２接合太陽電池あるいは３接合太陽電池であっても前記半導体の格子定数が互いに異なるために、接合界面付近で欠陥が発生することがあるためと考えられる。
【００１１】
従って、多接合型太陽電池には、前記デバイスの面積を大きくすることが難しいという不都合がある。
【特許文献１】特開平９−６４３８６号公報
【非特許文献１】J.F.Geisz, D.J.Friedman, C.Kramer, A.Kibbler, and S.R.Kurtz, "New Materials for Future Generations of III-V Solar Cells", NREL/CP-520-25631, National Renewable Energy Laboratory, December 1998.
【非特許文献２】Akira Ohmae, Yukiko Shimizu, and Yoshitaka Okada, "GaInNAs for Multi-Junction Tandem Solar Cells", Photovoltaic Energy Conversion, 2003. Proceedings of 3rd World conference on Volume 2, 12-16 May 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる不都合を解消して、４接合太陽電池を実現することができると共に、デバイスを大面積化することができる多接合型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するために、本発明の多接合型太陽電池の製造方法の第１の態様は、第１の単接合型太陽電池を形成する第１の半導体からなる基板上に核生成サイトを配設する工程と、第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の製造方法の第１の態様では、まず、前記基板上に前記核生成サイトを配設し、次いで第１の原料ガスを供給する。このようにすると、前記核生成サイトを核として、第１の半導体がワイヤー状に成長し、第１の半導体からなる第２の単接合型太陽電池が形成される。前記第１の原料ガスの供給と、第１の半導体の成長とは、例えば、有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＶＰＥ装置と略記することがある）を用いて行うことができる。
【００１５】
この結果、本発明の製造方法の第１の態様によれば、第１の半導体からなる前記基板上にワイヤー状の第２の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池と、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池とからなる多接合型太陽電池を形成することができる。
【００１６】
本発明の製造方法の第１の態様では、ワイヤー状の前記第２の半導体が所定長に成長したならば、さらに第２の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第３の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることが好ましい。
【００１７】
このようにすることにより、前記第１の原料ガスを供給して前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第２の単接合型太陽電池上に、前記第３の半導体からなる前記第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。また同様に、前記第３の単接合型太陽電池上に、前記第４の半導体からなる前記第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００１８】
この結果、本発明の製造方法の第１の態様によれば、第１の半導体からなる前記基板上に、ワイヤー状の第２の半導体乃至第４の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の単接合型太陽電池乃至前記第４の単接合型太陽電池が順次接合された４接合の多接合型太陽電池を形成することができる。
【００１９】
次に、本発明の多接合型太陽電池の製造方法の第２の態様は、基板上に核生成サイトを配設する工程と、第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第２の原料ガスを供給して、第１の単接合型太陽電池上に第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の製造方法の第２の態様では、まず、前記基板上に前記核生成サイトを配設し、次いで第１の原料ガスを供給する。前記基板は、一般に太陽電池の製造に使用できる材料であればどのような材料からなるものであってもよく、半導体であってもよく、半導体でなくてもよい。このようにすると、前記核生成サイトを核として第１の半導体がワイヤー状に成長し、第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池が形成される。前記第１の原料ガスの供給と、第１の半導体の成長とは、前記第１の態様の場合と同様に、前記ＭＯＶＰＥ装置を用いて行うことができる。
【００２１】
ワイヤー状の前記第１の半導体が所定長に成長したならば、次に、第２の原料ガスを供給する。このようにすることにより、前記第１の原料ガスを供給して前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第１の単接合型太陽電池上に、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００２２】
この結果、本発明の製造方法の第２の態様によれば、基板上にワイヤー状の第１の半導体と第２の半導体とをエピタキシャル成長させることができ、前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池と、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池とからなる多接合型太陽電池を形成することができる。
【００２３】
本発明の製造方法の第２の態様では、ワイヤー状の前記第２の半導体が所定長に成長したならば、さらに第３の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第４の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることが好ましい。
【００２４】
このようにすることにより、前記第２の原料ガスを供給して前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第２の単接合型太陽電池上に、前記第３の半導体からなる前記第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。また同様に、前記第３の単接合型太陽電池上に、前記第４の半導体からなる前記第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００２５】
この結果、本発明の製造方法の第２の態様によれば、基板上にワイヤー状の第１の半導体乃至第４の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の単接合型太陽電池乃至前記第４の単接合型太陽電池が順次接合された４接合の多接合型太陽電池を形成することができる。
【００２６】
また、前記のようにして４接合の多接合型太陽電池を形成するときには、それぞれ異なる半導体による多接合構造がワイヤー状の第１の半導体乃至第４の半導体により形成されることとなる。この結果、ワイヤー状の半導体同士の接合界面では、該接合界面が微小面積であることにより、格子定数の差に起因する歪みが緩和され、欠陥の発生を防止することができる。従って、格子定数の差に起因する材料選択の制限が緩和され、材料を組み合わせる際の選択肢を増加させることができる。
【００２７】
また、本発明の製造方法の前記各態様によれば、基板上にワイヤー状の半導体をエピタキシャル成長させるので、得られた多接合型太陽電池はそれ自体ワイヤー状になる。従って、接合界面は微小であって欠陥が発生することが無く、前記ワイヤー状の多接合型太陽電池を前記基板上に無数に形成することにより大面積のデバイスを得ることができる。
【００２８】
本発明の製造方法の前記各態様において、前記半導体は前記基板に近接するほどバンドギャップが狭く、該基板から離間するほどバンドギャップが広くなるように配設されていることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の製造方法の前記各態様において、前記核生成サイトは触媒粒子からなることが好ましい。前記核生成サイトが前記触媒粒子からなることにより、該触媒粒子を核として、前記半導体が容易にワイヤー状に成長することができる。前記触媒粒子としては、例えばＡｕからなる粒子を挙げることができる。
【００３０】
さらに、本発明の製造方法の前記各態様において、前記第１の半導体はＧｅであり、第２の半導体はＩｎＧａＡｓであり、第３の半導体はＧａＡｓであり、第４の半導体はＡｌＧａＡｓであることが好ましい。前記第１の半導体乃至第４の半導体を前記材料により構成することにより、各半導体の接合界面で欠陥を発生させることなく、各半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の製造方法の第１の態様により得られる多接合型太陽電池の構成を示す説明的断面図であり、図２は本実施形態の製造方法の第２の態様により得られる多接合型太陽電池の構成を示す説明的断面図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態の製造方法の第１の態様により得られる多接合型太陽電池１ａは、第１の半導体からなる基板２と、基板２上にワイヤ状に成長せしめられた第２の半導体３と、第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第３の半導体４と、第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第４の半導体５とからなる。多接合型太陽電池１ａにおいて、半導体１は第１の太陽電池を、半導体２は第２の太陽電池を、半導体３は第３の太陽電池を、半導体４は第４の太陽電池を形成しており、多接合型太陽電池１ａは４接合太陽電池を形成している。
【００３３】
多接合型太陽電池１ａにおいて、例えば、基板２を形成する第１の半導体はＧｅ（１１１）からなるものを、第２の半導体３はＩｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなるものを、第３の半導体４はＧａＡｓからなるものを、第４の半導体５はＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるものを、それぞれ用いることができる。基板２は例えば２インチのＧｅ（１１１）結晶であり、半導体３，４，５は例えばそれぞれ１μｍの長さを備えている。
【００３４】
図１に示す多接合型太陽電池１ａは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３５】
多接合型太陽電池１ａの製造では、第１工程として、Ｇｅ（１１１）からなる基板２上に、核生成サイトとなる触媒粒子を配設する。前記触媒粒子としては、例えば、平均粒子径２０ｎｍのＡｕ粒子を用いることができる。
【００３６】
前記Ａｕ粒子を基板２上に配設するには、まず、クロロホルムを溶媒としオクタデカンチオールを保護剤とする平均粒子径２０ｎｍのＡｕコロイドと、クロロホルムを溶媒としオレイン酸を保護剤とする平均粒子径１２ｎｍのＡｇコロイドとを準備する。そして、Ａｕ粒子数とＡｇ粒子数との比が１：２となるように両コロイドを混合し、混合コロイドを形成する。
【００３７】
次に、前記混合コロイドを、ＬＢ(Langmuir-Blodgett)膜製造装置のトラフ内の純水面上に滴下し、表面圧−占有面積（π−Ａ）曲線を測定しながら、面圧が１０ｍＮになるまで圧縮し、ＬＢ膜を作成する。
【００３８】
次に、前記ＬＢ膜を基板２上に転写する。基板２は、予め１０重量％−ＨＦ水溶液にて処理して、表面の自然酸化膜が除去されている。
【００３９】
次に、前記ＬＢ膜が転写された基板２を、１重量％−硝酸水溶液に浸漬し、Ａｇ粒子を溶解させて除去する。このようにすることにより、Ａｕ粒子同士の間の距離が保たれ、加熱してもＡｕ粒子同士が結合することが防止される。
【００４０】
次に、Ａｇ粒子が除去された基板２を、真空中で５４０℃に加熱して、残留する有機成分を除去した後、室温まで冷却する。この結果、基板２上に、平均粒子径２０ｎｍのＡｕ粒子が均一に配設される。
【００４１】
多接合型太陽電池１ａ製造の第２工程では、前記Ａｕ粒子が配設されたＧｅ（１１１）からなる基板２上に、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３を成長させる。
【００４２】
第２の半導体３を成長させるには、まず、前記Ａｕ粒子が配設された基板２を有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）の反応室内に装着し、ＭＯＶＰＥ装置内をＨ２ガスでパージする。
【００４３】
次に、Ｈ２ガス気流下に、基板２の温度が４８０℃になるまで昇温する。そして、基板２の温度が４８０℃に達したならば、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に第１の原料ガスを供給する。
【００４４】
前記第１の原料ガスは、トリメチルインジウム（以下ＴＭＩと略記する）、トリメチルガリウム（以下ＴＭＧと略記する）、ＡｓＨ３の混合ガスであり、例えばＴＭＩとＴＭＧとのモル比がＴＭＩ：ＴＭＧ＝１：２であり、ＴＭＩとＴＭＧとの合計とＡｓＨ３とのモル比が（ＴＭＩ＋ＴＭＧ）：ＡｓＨ３＝１：１５０となるように設定される。この結果、基板２上に配設された前記Ａｕ粒子が触媒として作用し核生成サイトとなって、該Ａｕ粒子が配設された位置に、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３がワイヤー状に成長する。
【００４５】
多接合型太陽電池１ａ製造の第３工程では、基板２上にワイヤー状に成長した第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に、ＧａＡｓからなる第３の半導体４を成長させる。
【００４６】
第３の半導体４を成長させるには、第２の半導体３が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に供給されるガスを第１の原料ガスから第２の原料ガスに切り替える。切替のための中断時間(interruptin time)は、例えば１０秒間に設定される。
【００４７】
前記第２の原料ガスは、ＴＭＧとＡｓＨ３との混合ガスであり、例えばＴＭＩとＡｓＨ３とのモル比がＴＭＧ：ＡｓＨ３＝１：９５となるように設定される。この結果、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に、ＧａＡｓからなる第３の半導体４がワイヤー状に成長する。
【００４８】
多接合型太陽電池１ａ製造の第４工程では、ワイヤー状に成長した第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる第４の半導体５を成長させる。
【００４９】
第４の半導体５を成長させるには、第３の半導体４が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に供給されるガスを第２の原料ガスから第３の原料ガスに切り替える。切替のための中断時間は、例えば１０秒間に設定される。
【００５０】
前記第３の原料ガスは、トリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡと略記する）、ＴＭＧ、ＡｓＨ３の混合ガスであり、例えばＴＭＡとＴＭＧとのモル比がＴＭＡ：ＴＭＧ＝３：７であり、ＴＭＡとＴＭＧとの合計とＡｓＨ３とのモル比が（ＴＭＡ＋ＴＭＧ）：ＡｓＨ３＝１：２００となるように設定される。この結果、ＧａＡｓからなる第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる第４の半導体５がワイヤー状に成長する。
【００５１】
次に、第４の半導体５が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、前記反応室に供給されるガスを第３の原料ガスから、２０ｖｏｌ％のＡｓＨ３が混合されたＨ２ガスに切り替え、第４の半導体５の成長を停止させる。そして、２０ｖｏｌ％のＡｓＨ３が混合されたＨ２ガス気流下に冷却した後、得られた多接合型太陽電池１ａを取り出す。
【００５２】
次に、表１に多接合型太陽電池１ａを形成している各半導体のバンドギャップと格子定数とを示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から、本実施形態の製造方法の第１の態様により得られた多接合型太陽電池１ａでは、Ｇｅ（１１１）からなる基板２自体を含め、基板２に近接するほどバンドギャップが狭く、基板２から離間するほどバンドギャップが広くなるように、各半導体１〜４が配設されていることが明らかである。
【００５５】
また、多接合型太陽電池１ａでは、半導体１，３，４の格子定数はいずれも約５．６５５Ａであり、格子整合が取れているが、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３のみは格子定数が５．７７８Ａとなっている。この結果、Ｇｅ（１１１）からなる基板２と第２の半導体３との接合界面、第２の半導体３と第３の半導体４との接合界面に約２．３％の格子の不整合が生じる。
【００５６】
そこで、次に、各半導体１，２，３，４の接合界面を高性能透過電子顕微鏡で観察し、該接合界面における欠陥の有無を調査した。
【００５７】
前記調査を行うに当たって、まず、プラズマ化学気相成長により基板２上に酸化ケイ素膜を堆積させ、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５を該酸化ケイ素膜に埋め込んで保護するようにした。次に、収束イオンビームを用いて基板２を切断し、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５をエタノール中で超音波分散させて懸濁液とし、該懸濁液を透過電子顕微鏡のグリッド上に滴下し、乾燥させたものを、高性能透過電子顕微鏡観察に供した。
【００５８】
前記高性能透過電子顕微鏡の観察によれば、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５の直径は、前記Ａｕ粒子の平均粒子径に等しい２０ｎｍのものが殆どであったが、直径５０ｎｍ程度のものも含まれていた。直径５０ｎｍのものは、成長時に前記Ａｕ粒子の凝集があったものと思われる。また、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５は、直径に関わらず、その異なる半導体の接合界面（ヘテロ接合界面）に欠陥は認められなかった。
【００５９】
従って、４接合太陽電池としての多接合型太陽電池１ａによれば、入射光によって生成したキャリアが前記ヘテロ接合界面で再結合することがなく、高効率を達成することができる。
【００６０】
ところで、基板２とワイヤー状の半導体３との間のヘテロ結合界面部は、ワイヤー状の半導体３，４，５同士のヘテロ結合界面部に比べて歪みの緩和の程度が小さい。このため、本実施形態の製造方法の第１の態様では、基板２とワイヤー状の半導体３との間のヘテロ結合界面部に欠陥が発生する場合があり得る。
【００６１】
そこで、図２に示すように、本実施形態の製造方法の第２の態様により得られる多接合型太陽電池１ｂは、半導体基板６と、基板６上にワイヤ状に成長せしめられた第１の半導体２ａと、第１の半導体２ａの基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第２の半導体３と、第２の半導体３の基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第３の半導体４と、第３の半導体４の基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第４の半導体５とからなる。多接合型太陽電池１ｂにおいて、半導体１は第１の太陽電池を、半導体２は第２の太陽電池を、半導体３は第３の太陽電池を、半導体４は第４の太陽電池を形成しており、多接合型太陽電池１ｂは４接合太陽電池を形成している。
【００６２】
多接合型太陽電池１ｂにおいて、基板６は半導体であり、例えば、Ｇｅ等からなるものを挙げることができる。この場合、第１の半導体２ａは基板６と同種の材料であるＧｅからなるものを用い、第１の半導体２ａをワイヤ状に成長せしめた後、第２の半導体３、第３の半導体４、第４の半導体５をワイヤ状に成長せしめることにより、基板６とワイヤー状の半導体２ａとの間のヘテロ結合界面部における欠陥発生を抑制することができる。
【００６３】
前記第２の半導体３はＩｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなるものを、第３の半導体４はＧａＡｓからなるものを、第４の半導体５はＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるものを、それぞれ用いることができる。基板６は例えば２インチであり、半導体２ａ，３，４，５は例えばそれぞれ１μｍの長さを備えている。
【００６４】
多接合型太陽電池１ｂは、前記多接合型太陽電池１ａの製造方法において、第１の原料ガスとしてトリメチルゲルマニウム（ＴＭＧｅ）を用いて、基板６上にＧｅからなる第１の半導体２ａを成長させた後、第２の原料ガス、第３の原料ガス、第４の原料ガスに順次切り替える以外は、前記多接合型太陽電池１ａと全く同一にして製造することができる。多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第２の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第１の原料ガスを用いることができ、多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第３の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第２の原料ガスを用いることができ、多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第４の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第３の原料ガスを用いることができる。
【００６５】
尚、本実施形態では、基板６としてＧｅ等からなる半導体を用いる場合について説明しているが、基板６は半導体に限らず、一般に太陽電池の製造に使用できる材料であればどのような材料からなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の製造方法により得られる多接合型太陽電池の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】本発明の製造方法により得られる多接合型太陽電池の他の構成例を示す説明的断面図。
【図３】従来の多接合型太陽電池の一構成例を示す説明的断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１ａ，１ｂ…多接合型太陽電池、 ２，６…基板、 ２，２ａ…第１の半導体、 ３…第２の半導体、 ４…第３の半導体、 ５…第４の半導体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多接合型太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、単一のｐｎ接合からなる単接合型太陽電池が知られている。しかし、前記単接合型太陽電池の発電効率は、原料となる半導体材料の禁制帯幅Ｅｇにより決まる理論限界を有するため、どのような半導体材料を用いても地上における太陽光照射条件下では約３０％にとどまることが知られている。
【０００３】
そこで、前記単接合型太陽電池より高い発電効率を得るために、それぞれｐｎ接合を有する複数の太陽電池を積層することにより形成された多接合型太陽電池が提案されている。前記多接合型太陽電池の最も簡単なものとして、図３に示す２接合太陽電池１１が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
２接合太陽電池１１は、裏面電極１２上にボトムセル１３とトップセル１４とが、エピタキシャル成長によりこの順に積層され、トップセル１４上に表面電極１５が積層されている。２接合太陽電池１１では、ボトムセル１３はＧａＡｓのｐｎ接合からなり、トップセル１４はＩｎＧａＰのｐｎ接合からなっている。
【０００５】
前記多接合型太陽電池は、バンドギャップの異なる半導体同士を接合することにより太陽光スペクトルの利用領域を拡大することを基本原理とし、接合数を増やせば効率が上がることが知られている。例えば、４接合太陽電池がシミュレーションされており、高効率の太陽電池が期待されている。
【０００６】
一方、通常、バンドギャップの異なる半導体の組み合わせでは互いに格子定数が異なっているため、該格子定数の大きく異なるもの同士を接合しようとすると、界面に欠陥が発生し、効率を向上させることができないという問題がある。前記問題は、前記欠陥に存在する多数の未結合手が、太陽光によって励起された励起子の再結合を促すために電力として取り出すことができないことによる。
【０００７】
この結果、前記多接合型太陽電池を構成する半導体は、互いに異なるバンドギャップを有する一方、互いに類似する格子定数を有する材料の組み合わせ（いわゆる格子整合のとれた組み合わせ）に限られる。前記組み合わせに太陽光スペクトルとのマッチングを加味すると、前記半導体は、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとＧｅとの組み合わせ、或いはＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとＧｅとの組み合わせ等となり、３接合太陽電池を構成することが限界となっている。
【０００８】
唯一、ＧａＩｎＮＡｓは、Ｇｅ及びＧａＡｓと格子整合を維持しながら１ｅＶ程度のバンドギャップを有する材料として注目されており、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとＧａＩｎＮＡｓとＧｅとの組み合わせによる４接合太陽電池の研究が続けられている（例えば非特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓは、相分離や欠陥が発生するために、４接合太陽電池を実現するには結晶の成長が難しいという不都合がある。
【００１０】
また、３接合太陽電池の性能は４ｃｍ２以下のデバイスで評価されており、デバイスの面積が大きくなるほど効率が低下することが知られている（非特許文献２参照）。前記効率の低下は、２接合太陽電池あるいは３接合太陽電池であっても前記半導体の格子定数が互いに異なるために、接合界面付近で欠陥が発生することがあるためと考えられる。
【００１１】
従って、多接合型太陽電池には、前記デバイスの面積を大きくすることが難しいという不都合がある。
【特許文献１】特開平９−６４３８６号公報
【非特許文献１】J.F.Geisz, D.J.Friedman, C.Kramer, A.Kibbler, and S.R.Kurtz, "New Materials for Future Generations of III-V Solar Cells", NREL/CP-520-25631, National Renewable Energy Laboratory, December 1998.
【非特許文献２】Akira Ohmae, Yukiko Shimizu, and Yoshitaka Okada, "GaInNAs for Multi-Junction Tandem Solar Cells", Photovoltaic Energy Conversion, 2003. Proceedings of 3rd World conference on Volume 2, 12-16 May 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる不都合を解消して、４接合太陽電池を実現することができると共に、デバイスを大面積化することができる多接合型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するために、本発明の多接合型太陽電池の製造方法の第１の態様は、第１の単接合型太陽電池を形成する第１の半導体からなる基板上に核生成サイトを配設する工程と、第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の製造方法の第１の態様では、まず、前記基板上に前記核生成サイトを配設し、次いで第１の原料ガスを供給する。このようにすると、前記核生成サイトを核として、第１の半導体がワイヤー状に成長し、第１の半導体からなる第２の単接合型太陽電池が形成される。前記第１の原料ガスの供給と、第１の半導体の成長とは、例えば、有機金属気相成長装置（以下、ＭＯＶＰＥ装置と略記することがある）を用いて行うことができる。
【００１５】
この結果、本発明の製造方法の第１の態様によれば、第１の半導体からなる前記基板上にワイヤー状の第２の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池と、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池とからなる多接合型太陽電池を形成することができる。
【００１６】
本発明の製造方法の第１の態様では、ワイヤー状の前記第２の半導体が所定長に成長したならば、さらに第２の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第３の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることが好ましい。
【００１７】
このようにすることにより、前記第１の原料ガスを供給して前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第２の単接合型太陽電池上に、前記第３の半導体からなる前記第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。また同様に、前記第３の単接合型太陽電池上に、前記第４の半導体からなる前記第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００１８】
この結果、本発明の製造方法の第１の態様によれば、第１の半導体からなる前記基板上に、ワイヤー状の第２の半導体乃至第４の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の単接合型太陽電池乃至前記第４の単接合型太陽電池が順次接合された４接合の多接合型太陽電池を形成することができる。
【００１９】
次に、本発明の多接合型太陽電池の製造方法の第２の態様は、基板上に核生成サイトを配設する工程と、第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第２の原料ガスを供給して、第１の単接合型太陽電池上に第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の製造方法の第２の態様では、まず、前記基板上に前記核生成サイトを配設し、次いで第１の原料ガスを供給する。前記基板は、一般に太陽電池の製造に使用できる材料であればどのような材料からなるものであってもよく、半導体であってもよく、半導体でなくてもよい。このようにすると、前記核生成サイトを核として第１の半導体がワイヤー状に成長し、第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池が形成される。前記第１の原料ガスの供給と、第１の半導体の成長とは、前記第１の態様の場合と同様に、前記ＭＯＶＰＥ装置を用いて行うことができる。
【００２１】
ワイヤー状の前記第１の半導体が所定長に成長したならば、次に、第２の原料ガスを供給する。このようにすることにより、前記第１の原料ガスを供給して前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第１の単接合型太陽電池上に、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００２２】
この結果、本発明の製造方法の第２の態様によれば、基板上にワイヤー状の第１の半導体と第２の半導体とをエピタキシャル成長させることができ、前記第１の半導体からなる前記第１の単接合型太陽電池と、前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池とからなる多接合型太陽電池を形成することができる。
【００２３】
本発明の製造方法の第２の態様では、ワイヤー状の前記第２の半導体が所定長に成長したならば、さらに第３の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、第４の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることが好ましい。
【００２４】
このようにすることにより、前記第２の原料ガスを供給して前記第２の半導体からなる前記第２の単接合型太陽電池を形成する工程と同様にして、第２の単接合型太陽電池上に、前記第３の半導体からなる前記第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。また同様に、前記第３の単接合型太陽電池上に、前記第４の半導体からなる前記第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させることができる。
【００２５】
この結果、本発明の製造方法の第２の態様によれば、基板上にワイヤー状の第１の半導体乃至第４の半導体をエピタキシャル成長させることができ、前記第１の単接合型太陽電池乃至前記第４の単接合型太陽電池が順次接合された４接合の多接合型太陽電池を形成することができる。
【００２６】
また、前記のようにして４接合の多接合型太陽電池を形成するときには、それぞれ異なる半導体による多接合構造がワイヤー状の第１の半導体乃至第４の半導体により形成されることとなる。この結果、ワイヤー状の半導体同士の接合界面では、該接合界面が微小面積であることにより、格子定数の差に起因する歪みが緩和され、欠陥の発生を防止することができる。従って、格子定数の差に起因する材料選択の制限が緩和され、材料を組み合わせる際の選択肢を増加させることができる。
【００２７】
また、本発明の製造方法の前記各態様によれば、基板上にワイヤー状の半導体をエピタキシャル成長させるので、得られた多接合型太陽電池はそれ自体ワイヤー状になる。従って、接合界面は微小であって欠陥が発生することが無く、前記ワイヤー状の多接合型太陽電池を前記基板上に無数に形成することにより大面積のデバイスを得ることができる。
【００２８】
本発明の製造方法の前記各態様において、前記半導体は前記基板に近接するほどバンドギャップが狭く、該基板から離間するほどバンドギャップが広くなるように配設されていることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の製造方法の前記各態様において、前記核生成サイトは触媒粒子からなることが好ましい。前記核生成サイトが前記触媒粒子からなることにより、該触媒粒子を核として、前記半導体が容易にワイヤー状に成長することができる。前記触媒粒子としては、例えばＡｕからなる粒子を挙げることができる。
【００３０】
さらに、本発明の製造方法の前記各態様において、前記第１の半導体はＧｅであり、第２の半導体はＩｎＧａＡｓであり、第３の半導体はＧａＡｓであり、第４の半導体はＡｌＧａＡｓであることが好ましい。前記第１の半導体乃至第４の半導体を前記材料により構成することにより、各半導体の接合界面で欠陥を発生させることなく、各半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の製造方法の第１の態様により得られる多接合型太陽電池の構成を示す説明的断面図であり、図２は本実施形態の製造方法の第２の態様により得られる多接合型太陽電池の構成を示す説明的断面図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態の製造方法の第１の態様により得られる多接合型太陽電池１ａは、第１の半導体からなる基板２と、基板２上にワイヤ状に成長せしめられた第２の半導体３と、第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第３の半導体４と、第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第４の半導体５とからなる。多接合型太陽電池１ａにおいて、半導体１は第１の太陽電池を、半導体２は第２の太陽電池を、半導体３は第３の太陽電池を、半導体４は第４の太陽電池を形成しており、多接合型太陽電池１ａは４接合太陽電池を形成している。
【００３３】
多接合型太陽電池１ａにおいて、例えば、基板２を形成する第１の半導体はＧｅ（１１１）からなるものを、第２の半導体３はＩｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなるものを、第３の半導体４はＧａＡｓからなるものを、第４の半導体５はＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるものを、それぞれ用いることができる。基板２は例えば２インチのＧｅ（１１１）結晶であり、半導体３，４，５は例えばそれぞれ１μｍの長さを備えている。
【００３４】
図１に示す多接合型太陽電池１ａは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３５】
多接合型太陽電池１ａの製造では、第１工程として、Ｇｅ（１１１）からなる基板２上に、核生成サイトとなる触媒粒子を配設する。前記触媒粒子としては、例えば、平均粒子径２０ｎｍのＡｕ粒子を用いることができる。
【００３６】
前記Ａｕ粒子を基板２上に配設するには、まず、クロロホルムを溶媒としオクタデカンチオールを保護剤とする平均粒子径２０ｎｍのＡｕコロイドと、クロロホルムを溶媒としオレイン酸を保護剤とする平均粒子径１２ｎｍのＡｇコロイドとを準備する。そして、Ａｕ粒子数とＡｇ粒子数との比が１：２となるように両コロイドを混合し、混合コロイドを形成する。
【００３７】
次に、前記混合コロイドを、ＬＢ(Langmuir-Blodgett)膜製造装置のトラフ内の純水面上に滴下し、表面圧−占有面積（π−Ａ）曲線を測定しながら、面圧が１０ｍＮになるまで圧縮し、ＬＢ膜を作成する。
【００３８】
次に、前記ＬＢ膜を基板２上に転写する。基板２は、予め１０重量％−ＨＦ水溶液にて処理して、表面の自然酸化膜が除去されている。
【００３９】
次に、前記ＬＢ膜が転写された基板２を、１重量％−硝酸水溶液に浸漬し、Ａｇ粒子を溶解させて除去する。このようにすることにより、Ａｕ粒子同士の間の距離が保たれ、加熱してもＡｕ粒子同士が結合することが防止される。
【００４０】
次に、Ａｇ粒子が除去された基板２を、真空中で５４０℃に加熱して、残留する有機成分を除去した後、室温まで冷却する。この結果、基板２上に、平均粒子径２０ｎｍのＡｕ粒子が均一に配設される。
【００４１】
多接合型太陽電池１ａ製造の第２工程では、前記Ａｕ粒子が配設されたＧｅ（１１１）からなる基板２上に、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３を成長させる。
【００４２】
第２の半導体３を成長させるには、まず、前記Ａｕ粒子が配設された基板２を有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）の反応室内に装着し、ＭＯＶＰＥ装置内をＨ２ガスでパージする。
【００４３】
次に、Ｈ２ガス気流下に、基板２の温度が４８０℃になるまで昇温する。そして、基板２の温度が４８０℃に達したならば、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に第１の原料ガスを供給する。
【００４４】
前記第１の原料ガスは、トリメチルインジウム（以下ＴＭＩと略記する）、トリメチルガリウム（以下ＴＭＧと略記する）、ＡｓＨ３の混合ガスであり、例えばＴＭＩとＴＭＧとのモル比がＴＭＩ：ＴＭＧ＝１：２であり、ＴＭＩとＴＭＧとの合計とＡｓＨ３とのモル比が（ＴＭＩ＋ＴＭＧ）：ＡｓＨ３＝１：１５０となるように設定される。この結果、基板２上に配設された前記Ａｕ粒子が触媒として作用し核生成サイトとなって、該Ａｕ粒子が配設された位置に、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３がワイヤー状に成長する。
【００４５】
多接合型太陽電池１ａ製造の第３工程では、基板２上にワイヤー状に成長した第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に、ＧａＡｓからなる第３の半導体４を成長させる。
【００４６】
第３の半導体４を成長させるには、第２の半導体３が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に供給されるガスを第１の原料ガスから第２の原料ガスに切り替える。切替のための中断時間(interruptin time)は、例えば１０秒間に設定される。
【００４７】
前記第２の原料ガスは、ＴＭＧとＡｓＨ３との混合ガスであり、例えばＴＭＩとＡｓＨ３とのモル比がＴＭＧ：ＡｓＨ３＝１：９５となるように設定される。この結果、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３の基板２から離間する側の端部に、ＧａＡｓからなる第３の半導体４がワイヤー状に成長する。
【００４８】
多接合型太陽電池１ａ製造の第４工程では、ワイヤー状に成長した第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる第４の半導体５を成長させる。
【００４９】
第４の半導体５を成長させるには、第３の半導体４が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、Ｈ２ガスをキャリアガスとして前記反応室に供給されるガスを第２の原料ガスから第３の原料ガスに切り替える。切替のための中断時間は、例えば１０秒間に設定される。
【００５０】
前記第３の原料ガスは、トリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡと略記する）、ＴＭＧ、ＡｓＨ３の混合ガスであり、例えばＴＭＡとＴＭＧとのモル比がＴＭＡ：ＴＭＧ＝３：７であり、ＴＭＡとＴＭＧとの合計とＡｓＨ３とのモル比が（ＴＭＡ＋ＴＭＧ）：ＡｓＨ３＝１：２００となるように設定される。この結果、ＧａＡｓからなる第３の半導体４の基板２から離間する側の端部に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる第４の半導体５がワイヤー状に成長する。
【００５１】
次に、第４の半導体５が所定の長さ、例えば１μｍの長さに成長したところで、前記反応室に供給されるガスを第３の原料ガスから、２０ｖｏｌ％のＡｓＨ３が混合されたＨ２ガスに切り替え、第４の半導体５の成長を停止させる。そして、２０ｖｏｌ％のＡｓＨ３が混合されたＨ２ガス気流下に冷却した後、得られた多接合型太陽電池１ａを取り出す。
【００５２】
次に、表１に多接合型太陽電池１ａを形成している各半導体のバンドギャップと格子定数とを示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から、本実施形態の製造方法の第１の態様により得られた多接合型太陽電池１ａでは、Ｇｅ（１１１）からなる基板２自体を含め、基板２に近接するほどバンドギャップが狭く、基板２から離間するほどバンドギャップが広くなるように、各半導体１〜４が配設されていることが明らかである。
【００５５】
また、多接合型太陽電池１ａでは、半導体１，３，４の格子定数はいずれも約５．６５５Ａであり、格子整合が取れているが、Ｉｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなる第２の半導体３のみは格子定数が５．７７８Ａとなっている。この結果、Ｇｅ（１１１）からなる基板２と第２の半導体３との接合界面、第２の半導体３と第３の半導体４との接合界面に約２．３％の格子の不整合が生じる。
【００５６】
そこで、次に、各半導体１，２，３，４の接合界面を高性能透過電子顕微鏡で観察し、該接合界面における欠陥の有無を調査した。
【００５７】
前記調査を行うに当たって、まず、プラズマ化学気相成長により基板２上に酸化ケイ素膜を堆積させ、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５を該酸化ケイ素膜に埋め込んで保護するようにした。次に、収束イオンビームを用いて基板２を切断し、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５をエタノール中で超音波分散させて懸濁液とし、該懸濁液を透過電子顕微鏡のグリッド上に滴下し、乾燥させたものを、高性能透過電子顕微鏡観察に供した。
【００５８】
前記高性能透過電子顕微鏡の観察によれば、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５の直径は、前記Ａｕ粒子の平均粒子径に等しい２０ｎｍのものが殆どであったが、直径５０ｎｍ程度のものも含まれていた。直径５０ｎｍのものは、成長時に前記Ａｕ粒子の凝集があったものと思われる。また、ワイヤー状に成長した半導体３，４，５は、直径に関わらず、その異なる半導体の接合界面（ヘテロ接合界面）に欠陥は認められなかった。
【００５９】
従って、４接合太陽電池としての多接合型太陽電池１ａによれば、入射光によって生成したキャリアが前記ヘテロ接合界面で再結合することがなく、高効率を達成することができる。
【００６０】
ところで、基板２とワイヤー状の半導体３との間のヘテロ結合界面部は、ワイヤー状の半導体３，４，５同士のヘテロ結合界面部に比べて歪みの緩和の程度が小さい。このため、本実施形態の製造方法の第１の態様では、基板２とワイヤー状の半導体３との間のヘテロ結合界面部に欠陥が発生する場合があり得る。
【００６１】
そこで、図２に示すように、本実施形態の製造方法の第２の態様により得られる多接合型太陽電池１ｂは、半導体基板６と、基板６上にワイヤ状に成長せしめられた第１の半導体２ａと、第１の半導体２ａの基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第２の半導体３と、第２の半導体３の基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第３の半導体４と、第３の半導体４の基板６から離間する側の端部に接続し、ワイヤ状に成長せしめられた第４の半導体５とからなる。多接合型太陽電池１ｂにおいて、半導体１は第１の太陽電池を、半導体２は第２の太陽電池を、半導体３は第３の太陽電池を、半導体４は第４の太陽電池を形成しており、多接合型太陽電池１ｂは４接合太陽電池を形成している。
【００６２】
多接合型太陽電池１ｂにおいて、基板６は半導体であり、例えば、Ｇｅ等からなるものを挙げることができる。この場合、第１の半導体２ａは基板６と同種の材料であるＧｅからなるものを用い、第１の半導体２ａをワイヤ状に成長せしめた後、第２の半導体３、第３の半導体４、第４の半導体５をワイヤ状に成長せしめることにより、基板６とワイヤー状の半導体２ａとの間のヘテロ結合界面部における欠陥発生を抑制することができる。
【００６３】
前記第２の半導体３はＩｎ０．３４Ｇａ０．６７Ａｓからなるものを、第３の半導体４はＧａＡｓからなるものを、第４の半導体５はＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるものを、それぞれ用いることができる。基板６は例えば２インチであり、半導体２ａ，３，４，５は例えばそれぞれ１μｍの長さを備えている。
【００６４】
多接合型太陽電池１ｂは、前記多接合型太陽電池１ａの製造方法において、第１の原料ガスとしてトリメチルゲルマニウム（ＴＭＧｅ）を用いて、基板６上にＧｅからなる第１の半導体２ａを成長させた後、第２の原料ガス、第３の原料ガス、第４の原料ガスに順次切り替える以外は、前記多接合型太陽電池１ａと全く同一にして製造することができる。多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第２の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第１の原料ガスを用いることができ、多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第３の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第２の原料ガスを用いることができ、多接合型太陽電池１ｂの製造における前記第４の原料ガスとしては、前記多接合型太陽電池１ａの製造における第３の原料ガスを用いることができる。
【００６５】
尚、本実施形態では、基板６としてＧｅ等からなる半導体を用いる場合について説明しているが、基板６は半導体に限らず、一般に太陽電池の製造に使用できる材料であればどのような材料からなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の製造方法により得られる多接合型太陽電池の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】本発明の製造方法により得られる多接合型太陽電池の他の構成例を示す説明的断面図。
【図３】従来の多接合型太陽電池の一構成例を示す説明的断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１ａ，１ｂ…多接合型太陽電池、 ２，６…基板、 ２，２ａ…第１の半導体、 ３…第２の半導体、 ４…第３の半導体、 ５…第４の半導体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の単接合型太陽電池を形成する第１の半導体からなる基板上に核生成サイトを配設する工程と、
第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の多接合型太陽電池の製造方法において、
さらに第２の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第３の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項３】
基板上に核生成サイトを配設する工程と、
第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第２の原料ガスを供給して、第１の単接合型太陽電池上に第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の多接合型太陽電池の製造方法において、
さらに第３の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第４の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記半導体は前記基板に近接するほどバンドギャップが狭く、該基板から離間するほどバンドギャップが広くなるように配設されていることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記核生成サイトは触媒粒子からなることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記触媒粒子はＡｕからなることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項８】
請求項２または請求項４乃至請求項７のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記第１の半導体はＧｅであり、第２の半導体はＩｎＧａＡｓであり、第３の半導体はＧａＡｓであり、第４の半導体はＡｌＧａＡｓであることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項１】
第１の単接合型太陽電池を形成する第１の半導体からなる基板上に核生成サイトを配設する工程と、
第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の多接合型太陽電池の製造方法において、
さらに第２の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第３の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項３】
基板上に核生成サイトを配設する工程と、
第１の原料ガスを供給して、該核生成サイトに第１の半導体からなる第１の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第２の原料ガスを供給して、第１の単接合型太陽電池上に第２の半導体からなる第２の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の多接合型太陽電池の製造方法において、
さらに第３の原料ガスを供給して、第２の単接合型太陽電池上に第３の半導体からなる第３の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程と、
第４の原料ガスを供給して、第３の単接合型太陽電池上に第４の半導体からなる第４の単接合型太陽電池をワイヤー状に成長させる工程とを備えることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記半導体は前記基板に近接するほどバンドギャップが狭く、該基板から離間するほどバンドギャップが広くなるように配設されていることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記核生成サイトは触媒粒子からなることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記触媒粒子はＡｕからなることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【請求項８】
請求項２または請求項４乃至請求項７のいずれか１項記載の多接合型太陽電池の製造方法において、前記第１の半導体はＧｅであり、第２の半導体はＩｎＧａＡｓであり、第３の半導体はＧａＡｓであり、第４の半導体はＡｌＧａＡｓであることを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２８１１８（Ｐ２００８−２８１１８Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９８５４５（Ｐ２００６−１９８５４５）
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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