積層型化合物半導体太陽電池
【課題】高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供する。
【解決手段】半導体基材と、半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、太陽電池層の格子定数と、半導体基材の格子定数とが異なっており、半導体基材と太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、バッファ層の格子定数が、半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値である積層型化合物半導体太陽電池である。
【解決手段】半導体基材と、半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、太陽電池層の格子定数と、半導体基材の格子定数とが異なっており、半導体基材と太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、バッファ層の格子定数が、半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値である積層型化合物半導体太陽電池である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部を構成する太陽電池層が少なくとも化合物半導体からなる積層型化合物半導体太陽電池に関するものであり、特に、高効率の積層型化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層型化合物半導体太陽電池を高効率化する（光電変換効率を高くする）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太陽電池層を形成することによって結晶性に優れた積層型化合物半導体太陽電池を得る方法が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、化合物半導体層を成長するための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰ等と同程度の格子定数を有し、さらには好適な禁制帯幅を有する太陽電池層を用いた積層型化合物半導体太陽電池としては、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池や、Ｇｅ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池等に限られていた。
【０００４】
また、これらの積層型化合物半導体太陽電池よりもさらに高効率化する方法として、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池に３つ目の太陽電池層として１ｅＶの禁制帯幅を有する太陽電池層を配置する方法もある。
【０００５】
しかしながら、ＧａＡｓと格子定数が同等で、禁制帯幅が１ｅＶ程度の適当な半導体が存在しない。ここで、ＧａＡｓと格子定数が約２．３％ずれているＩｎＧａＡｓは１ｅＶ程度の禁制帯幅を有しているが、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池の３つ目の太陽電池層としてＩｎＧａＡｓを用いた場合には、ＧａＡｓ基板上に格子不整合系半導体を成長した後に格子整合系半導体を成長させることになるため、格子整合系半導体の結晶性が悪くなって、積層型化合物半導体太陽電池全体の特性が悪化するおそれがある。
【０００６】
そこで、半導体基板上に半導体基板と格子定数が同等程度で、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させ、そこからバッファ層を介して半導体基板と格子定数が異なる太陽電池層を成長する方法が研究されている。
【０００７】
積層型化合物半導体太陽電池は、通常、成長基板となる半導体基板の反対側に受光面が位置するように化合物半導体層を成長させて形成される（すなわち、受光面が化合物半導体層の成長方向に位置するように形成される）。
【０００８】
しかしながら、受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させることによって、半導体基板と格子定数が同等程度の化合物半導体からなる太陽電池層においては良好な結晶性が得られ、さらに半導体基板と格子定数が異なる格子不整合系の化合物半導体からなる太陽電池層の特性も得られることから、高効率の積層型化合物半導体太陽電池が得られる。
【０００９】
たとえば、非特許文献１には、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓと格子整合したＩｎＧａＰ太陽電池層とＧａＡｓ太陽電池層の受光面をＧａＡｓ基板側にして成長し、その上にＩｎＧａＰバッファ層のＧａＡｓ基板に対する格子定数の相対値が階段状に変化するように成長させた後、ＩｎＧａＡｓ太陽電池層の受光面をＧａＡｓ基板側に成長させる方法が開示されている。
【非特許文献１】Mark Wanlass et al., “MONOLITHIC，ULTRA-THIN GaInP/GaAs/GaInAs TANDEM SOLAR CELLS”, 2006 IEEE, p.729-p.732
【非特許文献２】M.W.Wanlass et al., “LATTICE-MISMATCHED APROACHES FOR HIGH-PERFORMANCE, III-V PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERTERS”, 2005 IEEE, p.530-p.535
【非特許文献３】D.J.Friedman, “0.7-eV GaInAs JUNCTION FOR A GaInP/GaAs/GaInAs(1eV)/GaInAs(0.7eV) FOUR-JUNCTION SOLAR CELL”, 2006 IEEE, p.598-p.602
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１の方法においては、ＩｎＧａＰバッファ層の成長速度が遅く、Ｖ族元素／ＩＩＩ族元素の比率を高くすることからＶ族元素の原料ガスを多量に用いる必要があり、装置のランニングコストが上昇する等の問題があった。
【００１１】
また、図１５に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２２を積層する。そして、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２２上に、ｐ型Ｉｎ0.45Ｇａ0.55Ｐ層２３、ｐ型Ｉｎ0.42Ｇａ0.58Ｐ層２４、ｐ型Ｉｎ0.39Ｇａ0.61Ｐ層２５、ｐ型Ｉｎ0.36Ｇａ0.64Ｐ層２６、ｐ型Ｉｎ0.33Ｇａ0.67Ｐ層２７、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｐ層２８、ｐ型Ｉｎ0.27Ｇａ0.73Ｐ層２９およびｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐ層３０をこの順に積層することによってＩｎ組成を階段状に変化させたＩｎＧａＰバッファ層４１を形成し、その後、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ（Back Surface Field）層３１、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層３２、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層３３、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層３４およびｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層３５を成長させてｐ型ＧａＡｓ基板２１側と反対側に受光面が位置する積層型化合物半導体太陽電池を作製した。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層３２とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層３３とからＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０が形成されている。
【００１２】
そして、上記のようにして作製した積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性について評価した。その結果を図１６に示す。
【００１３】
しかしながら、図１６に示すように、上記のようにＩｎＧａＰバッファ層４１を用いた場合には、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができないという問題があった。
【００１４】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、半導体基材と、半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、太陽電池層の格子定数と、半導体基材の格子定数とが異なっており、半導体基材と太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、バッファ層の格子定数が、半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値である積層型化合物半導体太陽電池である。なお、本発明において、半導体基材とバッファ層との間および／またはバッファ層と太陽電池層との間には他の層が含まれていてもよい。また、本発明において、バッファ層および太陽電池層はそれぞれ単層であってもよく、複数層であってもよい。
【００１６】
ここで、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層の格子定数が、半導体基材側から太陽電池層側にかけて、半導体基材の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層の格子定数に近づくように変化していてもよい。なお、本発明において、バッファ層の格子定数が半導体基材の格子定数に近い値は、バッファ層の格子定数と半導体基材の格子定数との差の絶対値が、バッファ層の格子定数と太陽電池層の格子定数との差の絶対値よりも小さくなっていればよい。
【００１７】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、半導体基材が、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってもよい。
【００１８】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が、化合物半導体の成長方向と反対側に位置していてもよい。
【００１９】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層を複数含有し、太陽電池層のベース層の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層から積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層にかけて順に大きくなるように太陽電池層が配置されていてもよい。
【００２０】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層の禁制帯幅が、バッファ層よりも積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きくてもよい。
【００２１】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層が、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有していてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明は、半導体基材上に、半導体基材と異なる格子定数を有する太陽電池層を形成して積層型化合物半導体太陽電池を作製する場合に、半導体基材と太陽電池層との間に、Ｖ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を形成し、そのバッファ層の格子定数が半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値となるように形成されていることを特徴としている。
【００２５】
このような構成とすることにより、半導体基板と格子定数が大きく異なる格子不整合の化合物半導体からなる太陽電池層の特性が良好となり、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を実現することができるのである。
【００２６】
本発明の効果を確かめるために、図１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１２、ｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１４、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１５、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１６、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１７およびｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１８を成長させてｐ型ＧａＡｓ基板１１側と反対側に受光面が位置する積層型化合物半導体太陽電池を作製した。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１５とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１６とからＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０が形成された。
【００２７】
そして、上記のようにして作製した積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性について評価した。その結果を図２に示す。
【００２８】
本発明の効果を確かめるために作製された上記の積層型化合物半導体太陽電池は、図１５に示す積層型化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰバッファ層４１に代えて、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１２の格子定数とＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０の格子定数との間の格子定数を有するｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を形成した点で異なっているが、図２と図１６とを比較すればわかるように、その電流−電圧特性は、Ｖ族元素としてリンを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＧａＰバッファ層４１を用いた場合よりは、Ｖ族元素としてヒ素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を用いた場合の方が優れていた。
【００２９】
なお、上記においては、バッファ層として、単一組成のｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を用いた場合について説明したが、バッファ層は、バッファ層の格子定数が半導体基材側から太陽電池層側にかけて半導体基材の格子定数と同等程度の値から太陽電池の格子定数と同等程度の値に変化するようにバッファ層の組成を変更しながら形成されてもよい。このとき、バッファ層は、バッファ層の格子定数が半導体基材側から太陽電池層側にかけて、直線状または指数関数状（たとえば１／２乗等）等に連続的に変化するようにその組成を変更して形成されてもよく、たとえば階段状のように不連続的に変化するようにその組成を変更して形成されてもよく、またこれらの連続的な変化と不連続的な変化とが組み合わさって変化するようにその組成を変更して形成されてもよい。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図３に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板１０１上には、金属層１０２、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１０４、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６およびｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層１０４、ベース層１０５、エミッタ層１０６および窓層１０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００３１】
また、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１０８が積層されている。ここで、バッファ層１０８は、窓層１０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００３２】
また、バッファ層１０８上には、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００３３】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層１１４、ベース層１１５、エミッタ層１１６および窓層１１７の積層体からミドルセルが構成されている。
【００３４】
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００３５】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５がこの順に積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３とｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層１２２、ベース層１２３、エミッタ層１２４および窓層１２５の積層体からトップセルが構成されている。
【００３６】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層１２６上に電極層１２８が形成されている。
【００３７】
なお、図３に示す積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層４０ａ、４０ｂ、４０ｃのベース層１０５、１１５、１２３の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層４０ａから積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層４０ｃにかけて順に大きくなっている。すなわち、ベース層１０５、ベース層１１５およびベース層１２３の順に禁制帯幅が大きくなっている。
【００３８】
以下、図４〜図６の断面構成図を参照して、図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００３９】
まず、図４に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型ＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このｎ型ＧａＡｓ基板１３０上に、ｎ型ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層となるｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４２】
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４３】
次に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９上に、ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時にＩｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓと格子定数が同一になるようにＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４４】
次に、バッファ層１０８上に、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１０４およびｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４５】
ここで、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることができる。
【００４６】
その後、図５に示すように、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層１０２により支持基板１０１を貼り付ける。
【００４７】
次に、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングする。
【００４８】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１２６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。そして、残されたコンタクト層１２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
【００４９】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図３に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００５０】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においては、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層１０８の格子定数が、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９側からｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７側にかけて、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層１０５およびエミッタ層１０６を構成するＩｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図７に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板２０１上には、金属層２０２、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層２０４、ベース層２０５、エミッタ層２０６および窓層２０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００５２】
ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層２０８が積層されている。ここで、バッファ層２０８は、窓層２０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００５３】
また、バッファ層２０８上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１１およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００５４】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６がこの順序で積層されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層２１３、ベース層２１４、エミッタ層２１５および窓層２１６の積層体からミドルセルが構成されている。
【００５５】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１８、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１９およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００５６】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２とｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層２２１、ベース層２２２、エミッタ層２２３および窓層２２４の積層体からトップセルが構成されている。
【００５７】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５および反射防止膜２２６が形成され、コンタクト層２２５上に電極層２２７が形成されている。
【００５８】
以下、図８〜図１０の断面構成図を参照して、図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００５９】
まず、図８に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型Ｇｅ基板２２８をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、このｎ型Ｇｅ基板２２８上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１８およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４およびｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６２】
次に、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１１、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１０およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６３】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時に太陽電池層４０ａを構成するＩｎＧａＡｓと格子定数が同一になるようにｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層２０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６４】
次に、バッファ層２０８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２０４およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６５】
その後、図９に示すように、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層２０２により支持基板２０１を貼り付ける。
【００６６】
次に、図１０に示すように、ｎ型Ｇｅ基板２２８をフッ化水素水溶液にてエッチングする。そして、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２２５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。
【００６７】
次に、残されたコンタクト層２２５の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層２２７を形成する。
【００６８】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜２２６を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図７に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００６９】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においても、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層２０８の格子定数が、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９側からｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７側にかけて、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層２０５およびエミッタ層２０６を構成するＩｎＧａＡｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００７０】
＜実施の形態３＞
図１１に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板３０１上には、金属層３０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層３０４、ベース層３０５、エミッタ層３０６および窓層３０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００７１】
ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層３０８が積層されている。ここで、バッファ層３０８は、窓層３０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００７２】
また、バッファ層３０８上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１１およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００７３】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６がこの順序で積層されている。ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層３１３、ベース層３１４、エミッタ層３１５および窓層３１６の積層体からミドルセルが構成されている。
【００７４】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１８、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１９およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００７５】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２とｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層３２１、ベース層３２２、エミッタ層３２３および窓層３２４の積層体からトップセルが構成されている。
【００７６】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５および反射防止膜３２６が形成され、コンタクト層３２５上に電極層３２７が形成されている。
【００７７】
なお、図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層４０ａ、４０ｂ、４０ｃのベース層３０５、３１４、３２２の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層４０ａから積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層４０ｃにかけて順に大きくなっている。すなわち、ベース層３０５、ベース層３１４およびベース層３２２の順に禁制帯幅が大きくなっている。
【００７８】
以下、図１２〜図１４の断面構成図を参照して、図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００７９】
まず、図１２に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型ＧａＡｓ基板３２８をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、このｎ型ＧａＡｓ基板３２８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層３３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１８およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４およびｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８２】
次に、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１１、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１０およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８３】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時に太陽電池層４０ａを構成するＩｎＧａＡｓと格子定数が同一になるようにｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層３０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８４】
次に、バッファ層３０８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３０４およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８５】
その後、図１３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層３０２により支持基板３０１を貼り付ける。
【００８６】
次に、図１４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３２８をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層３３１を酸水溶液にてエッチングする。
【００８７】
そして、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層３２５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。
【００８８】
次に、残されたコンタクト層３２５の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層３２７を形成する。
【００８９】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜３２６を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１１に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００９０】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においても、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層３０８の格子定数が、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９側からｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７側にかけて、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層３０５およびエミッタ層３０６を構成するＩｎＧａＡｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００９１】
＜その他＞
本発明においては、半導体基材として、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。ここで、ＩＶ族半導体としてはたとえばＧｅ等を用いることができ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてはたとえばＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。
【００９２】
また、本発明においては、バッファ層の禁制帯幅を、バッファ層よりも積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きくすることもできる。
【００９３】
また、本発明においては、バッファ層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有していてもよい。
【００９４】
なお、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されていないものについては、その組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能であることを意味している。
【００９５】
今回開示された実施の形態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】
【００９６】
本発明によれば、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の製造途中のウエハの一例の模式的な断面構成図である。
【図２】図１に示すウエハから作製される積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図４】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図５】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図６】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図７】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図である。
【図８】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図９】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１０】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１１】本発明の積層型化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図である。
【図１２】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１３】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１４】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１５】従来の積層型化合物半導体太陽電池の製造途中のウエハの模式的な断面構成図である。
【図１６】図１５に示すウエハから作製される従来の積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１ ｐ型ＧａＡｓ基板、１２ ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１３ ｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層、１４，１０４，１１４，１２２，２０４，２１３，２２１，３０４，３１３，３２１ ＢＳＦ層、１５，１０５，１１５，１２３，２０５，２１４，２２２，３０５，３１４，３２２ ベース層、１６，１０６，１１６，１２４，２０６，２１５，２２３，３０６，３１５，３２３ エミッタ層、１７，１０７，１１７，１２５，２０７，２１６，２２４，３０７，３１６，３２４ 窓層、１８，１０３，１２６，２０３，２２５，３０３，３２５ コンタクト層、４０ ＩｎＧａＡｓ太陽電池層、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 太陽電池層、５０ａ，５０ｂ トンネル接合層、１０１，２０１，３０１ 支持基板、１０２，２０２，３０２ 金属層、１０８，２０８，３０８ バッファ層、１０９ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１１０ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１１ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１１２ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、１１３ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１１８ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１９ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１２０ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、１２１ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１２７，２２６，３２６ 反射防止膜、１２８，２２７，３２７ 電極層、１３０ ｎ型ＧａＡｓ基板、１３１，３３１ エッチングストップ層、２０９ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、２１０ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、２１１ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、２１２ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、２１７ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、２１８ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、２１９ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、２２０ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、２２８ ｎ型Ｇｅ基板、３０９ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、３１０ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、３１１ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、３１２ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、３１７ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、３１８ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、３１９ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、３２０ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、３２８ ｎ型ＧａＡｓ基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部を構成する太陽電池層が少なくとも化合物半導体からなる積層型化合物半導体太陽電池に関するものであり、特に、高効率の積層型化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層型化合物半導体太陽電池を高効率化する（光電変換効率を高くする）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太陽電池層を形成することによって結晶性に優れた積層型化合物半導体太陽電池を得る方法が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、化合物半導体層を成長するための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰ等と同程度の格子定数を有し、さらには好適な禁制帯幅を有する太陽電池層を用いた積層型化合物半導体太陽電池としては、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池や、Ｇｅ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池等に限られていた。
【０００４】
また、これらの積層型化合物半導体太陽電池よりもさらに高効率化する方法として、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池に３つ目の太陽電池層として１ｅＶの禁制帯幅を有する太陽電池層を配置する方法もある。
【０００５】
しかしながら、ＧａＡｓと格子定数が同等で、禁制帯幅が１ｅＶ程度の適当な半導体が存在しない。ここで、ＧａＡｓと格子定数が約２．３％ずれているＩｎＧａＡｓは１ｅＶ程度の禁制帯幅を有しているが、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池の３つ目の太陽電池層としてＩｎＧａＡｓを用いた場合には、ＧａＡｓ基板上に格子不整合系半導体を成長した後に格子整合系半導体を成長させることになるため、格子整合系半導体の結晶性が悪くなって、積層型化合物半導体太陽電池全体の特性が悪化するおそれがある。
【０００６】
そこで、半導体基板上に半導体基板と格子定数が同等程度で、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させ、そこからバッファ層を介して半導体基板と格子定数が異なる太陽電池層を成長する方法が研究されている。
【０００７】
積層型化合物半導体太陽電池は、通常、成長基板となる半導体基板の反対側に受光面が位置するように化合物半導体層を成長させて形成される（すなわち、受光面が化合物半導体層の成長方向に位置するように形成される）。
【０００８】
しかしながら、受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させることによって、半導体基板と格子定数が同等程度の化合物半導体からなる太陽電池層においては良好な結晶性が得られ、さらに半導体基板と格子定数が異なる格子不整合系の化合物半導体からなる太陽電池層の特性も得られることから、高効率の積層型化合物半導体太陽電池が得られる。
【０００９】
たとえば、非特許文献１には、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓと格子整合したＩｎＧａＰ太陽電池層とＧａＡｓ太陽電池層の受光面をＧａＡｓ基板側にして成長し、その上にＩｎＧａＰバッファ層のＧａＡｓ基板に対する格子定数の相対値が階段状に変化するように成長させた後、ＩｎＧａＡｓ太陽電池層の受光面をＧａＡｓ基板側に成長させる方法が開示されている。
【非特許文献１】Mark Wanlass et al., “MONOLITHIC，ULTRA-THIN GaInP/GaAs/GaInAs TANDEM SOLAR CELLS”, 2006 IEEE, p.729-p.732
【非特許文献２】M.W.Wanlass et al., “LATTICE-MISMATCHED APROACHES FOR HIGH-PERFORMANCE, III-V PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERTERS”, 2005 IEEE, p.530-p.535
【非特許文献３】D.J.Friedman, “0.7-eV GaInAs JUNCTION FOR A GaInP/GaAs/GaInAs(1eV)/GaInAs(0.7eV) FOUR-JUNCTION SOLAR CELL”, 2006 IEEE, p.598-p.602
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１の方法においては、ＩｎＧａＰバッファ層の成長速度が遅く、Ｖ族元素／ＩＩＩ族元素の比率を高くすることからＶ族元素の原料ガスを多量に用いる必要があり、装置のランニングコストが上昇する等の問題があった。
【００１１】
また、図１５に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２２を積層する。そして、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２２上に、ｐ型Ｉｎ0.45Ｇａ0.55Ｐ層２３、ｐ型Ｉｎ0.42Ｇａ0.58Ｐ層２４、ｐ型Ｉｎ0.39Ｇａ0.61Ｐ層２５、ｐ型Ｉｎ0.36Ｇａ0.64Ｐ層２６、ｐ型Ｉｎ0.33Ｇａ0.67Ｐ層２７、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｐ層２８、ｐ型Ｉｎ0.27Ｇａ0.73Ｐ層２９およびｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐ層３０をこの順に積層することによってＩｎ組成を階段状に変化させたＩｎＧａＰバッファ層４１を形成し、その後、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ（Back Surface Field）層３１、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層３２、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層３３、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層３４およびｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層３５を成長させてｐ型ＧａＡｓ基板２１側と反対側に受光面が位置する積層型化合物半導体太陽電池を作製した。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層３２とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層３３とからＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０が形成されている。
【００１２】
そして、上記のようにして作製した積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性について評価した。その結果を図１６に示す。
【００１３】
しかしながら、図１６に示すように、上記のようにＩｎＧａＰバッファ層４１を用いた場合には、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができないという問題があった。
【００１４】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、半導体基材と、半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、太陽電池層の格子定数と、半導体基材の格子定数とが異なっており、半導体基材と太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、バッファ層の格子定数が、半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値である積層型化合物半導体太陽電池である。なお、本発明において、半導体基材とバッファ層との間および／またはバッファ層と太陽電池層との間には他の層が含まれていてもよい。また、本発明において、バッファ層および太陽電池層はそれぞれ単層であってもよく、複数層であってもよい。
【００１６】
ここで、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層の格子定数が、半導体基材側から太陽電池層側にかけて、半導体基材の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層の格子定数に近づくように変化していてもよい。なお、本発明において、バッファ層の格子定数が半導体基材の格子定数に近い値は、バッファ層の格子定数と半導体基材の格子定数との差の絶対値が、バッファ層の格子定数と太陽電池層の格子定数との差の絶対値よりも小さくなっていればよい。
【００１７】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、半導体基材が、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってもよい。
【００１８】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が、化合物半導体の成長方向と反対側に位置していてもよい。
【００１９】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層を複数含有し、太陽電池層のベース層の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層から積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層にかけて順に大きくなるように太陽電池層が配置されていてもよい。
【００２０】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層の禁制帯幅が、バッファ層よりも積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きくてもよい。
【００２１】
また、本発明の積層型化合物半導体太陽電池においては、バッファ層が、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有していてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明は、半導体基材上に、半導体基材と異なる格子定数を有する太陽電池層を形成して積層型化合物半導体太陽電池を作製する場合に、半導体基材と太陽電池層との間に、Ｖ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を形成し、そのバッファ層の格子定数が半導体基材の格子定数と太陽電池層の格子定数との間の値となるように形成されていることを特徴としている。
【００２５】
このような構成とすることにより、半導体基板と格子定数が大きく異なる格子不整合の化合物半導体からなる太陽電池層の特性が良好となり、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を実現することができるのである。
【００２６】
本発明の効果を確かめるために、図１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１２、ｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１４、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１５、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１６、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１７およびｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１８を成長させてｐ型ＧａＡｓ基板１１側と反対側に受光面が位置する積層型化合物半導体太陽電池を作製した。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１５とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１６とからＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０が形成された。
【００２７】
そして、上記のようにして作製した積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性について評価した。その結果を図２に示す。
【００２８】
本発明の効果を確かめるために作製された上記の積層型化合物半導体太陽電池は、図１５に示す積層型化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰバッファ層４１に代えて、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１２の格子定数とＩｎＧａＡｓ太陽電池層４０の格子定数との間の格子定数を有するｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を形成した点で異なっているが、図２と図１６とを比較すればわかるように、その電流−電圧特性は、Ｖ族元素としてリンを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＧａＰバッファ層４１を用いた場合よりは、Ｖ族元素としてヒ素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を用いた場合の方が優れていた。
【００２９】
なお、上記においては、バッファ層として、単一組成のｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層１３を用いた場合について説明したが、バッファ層は、バッファ層の格子定数が半導体基材側から太陽電池層側にかけて半導体基材の格子定数と同等程度の値から太陽電池の格子定数と同等程度の値に変化するようにバッファ層の組成を変更しながら形成されてもよい。このとき、バッファ層は、バッファ層の格子定数が半導体基材側から太陽電池層側にかけて、直線状または指数関数状（たとえば１／２乗等）等に連続的に変化するようにその組成を変更して形成されてもよく、たとえば階段状のように不連続的に変化するようにその組成を変更して形成されてもよく、またこれらの連続的な変化と不連続的な変化とが組み合わさって変化するようにその組成を変更して形成されてもよい。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図３に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板１０１上には、金属層１０２、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１０４、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６およびｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５とｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層１０４、ベース層１０５、エミッタ層１０６および窓層１０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００３１】
また、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１０８が積層されている。ここで、バッファ層１０８は、窓層１０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００３２】
また、バッファ層１０８上には、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００３３】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層１１４、ベース層１１５、エミッタ層１１６および窓層１１７の積層体からミドルセルが構成されている。
【００３４】
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００３５】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５がこの順に積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３とｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層１２２、ベース層１２３、エミッタ層１２４および窓層１２５の積層体からトップセルが構成されている。
【００３６】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層１２６上に電極層１２８が形成されている。
【００３７】
なお、図３に示す積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層４０ａ、４０ｂ、４０ｃのベース層１０５、１１５、１２３の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層４０ａから積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層４０ｃにかけて順に大きくなっている。すなわち、ベース層１０５、ベース層１１５およびベース層１２３の順に禁制帯幅が大きくなっている。
【００３８】
以下、図４〜図６の断面構成図を参照して、図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００３９】
まず、図４に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型ＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このｎ型ＧａＡｓ基板１３０上に、ｎ型ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層となるｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４２】
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４３】
次に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９上に、ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時にＩｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓと格子定数が同一になるようにＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４４】
次に、バッファ層１０８上に、ｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７、ｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるエミッタ層１０６、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるベース層１０５、ｐ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76ＰからなるＢＳＦ層１０４およびｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００４５】
ここで、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることができる。
【００４６】
その後、図５に示すように、ｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるコンタクト層１０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層１０２により支持基板１０１を貼り付ける。
【００４７】
次に、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングする。
【００４８】
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１２６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。そして、残されたコンタクト層１２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
【００４９】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図３に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００５０】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においては、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層１０８の格子定数が、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９側からｎ型Ｉｎ0.24Ｇａ0.76Ｐからなる窓層１０７側にかけて、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層１０５およびエミッタ層１０６を構成するＩｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図７に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板２０１上には、金属層２０２、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層２０４、ベース層２０５、エミッタ層２０６および窓層２０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００５２】
ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層２０８が積層されている。ここで、バッファ層２０８は、窓層２０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００５３】
また、バッファ層２０８上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１１およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００５４】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６がこの順序で積層されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層２１３、ベース層２１４、エミッタ層２１５および窓層２１６の積層体からミドルセルが構成されている。
【００５５】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１８、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１９およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００５６】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２とｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層２２１、ベース層２２２、エミッタ層２２３および窓層２２４の積層体からトップセルが構成されている。
【００５７】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５および反射防止膜２２６が形成され、コンタクト層２２５上に電極層２２７が形成されている。
【００５８】
以下、図８〜図１０の断面構成図を参照して、図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００５９】
まず、図８に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型Ｇｅ基板２２８をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、このｎ型Ｇｅ基板２２８上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層２２４、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層２２３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層２２２およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層２２１上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２２０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１８およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２１７上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２１６、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１５、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１４およびｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６２】
次に、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２１３上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層２１２、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層２１１、ｎ+型ＩｎＧａＰ層２１０およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６３】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時に太陽電池層４０ａを構成するＩｎＧａＡｓと格子定数が同一になるようにｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層２０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６４】
次に、バッファ層２０８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２０５、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層２０４およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００６５】
その後、図９に示すように、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層２０２により支持基板２０１を貼り付ける。
【００６６】
次に、図１０に示すように、ｎ型Ｇｅ基板２２８をフッ化水素水溶液にてエッチングする。そして、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２２５上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２２５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。
【００６７】
次に、残されたコンタクト層２２５の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層２２７を形成する。
【００６８】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜２２６を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図７に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００６９】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においても、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層２０８の格子定数が、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９側からｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層２０７側にかけて、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層２０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層２０５およびエミッタ層２０６を構成するＩｎＧａＡｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００７０】
＜実施の形態３＞
図１１に、本発明の積層型化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図を示す。この積層型化合物半導体太陽電池において、支持基板３０１上には、金属層３０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６とから太陽電池層４０ａが形成されており、ＢＳＦ層３０４、ベース層３０５、エミッタ層３０６および窓層３０７の積層体からボトムセルが構成されている。
【００７１】
ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７上には、ｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層３０８が積層されている。ここで、バッファ層３０８は、窓層３０７から離れるにしたがってＩｎの組成が徐々に低下するように構成されており、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９との界面近傍においてはＩｎの組成はほぼゼロとなっている。
【００７２】
また、バッファ層３０８上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１１およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２がこの順に積層されてトンネル接合層５０ａを構成している。
【００７３】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２上には、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６がこの順序で積層されている。ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５とから太陽電池層４０ｂが形成されており、ＢＳＦ層３１３、ベース層３１４、エミッタ層３１５および窓層３１６の積層体からミドルセルが構成されている。
【００７４】
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１８、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１９およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０がこの順に積層されてトンネル接合層５０ｂを構成している。
【００７５】
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２とｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３とから太陽電池層４０ｃが形成されており、ＢＳＦ層３２１、ベース層３２２、エミッタ層３２３および窓層３２４の積層体からトップセルが構成されている。
【００７６】
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５および反射防止膜３２６が形成され、コンタクト層３２５上に電極層３２７が形成されている。
【００７７】
なお、図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池においては、太陽電池層４０ａ、４０ｂ、４０ｃのベース層３０５、３１４、３２２の禁制帯幅が、半導体基材側に位置する太陽電池層４０ａから積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層４０ｃにかけて順に大きくなっている。すなわち、ベース層３０５、ベース層３１４およびベース層３２２の順に禁制帯幅が大きくなっている。
【００７８】
以下、図１２〜図１４の断面構成図を参照して、図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００７９】
まず、図１２に示すように、たとえば直径５０ｍｍのｎ型ＧａＡｓ基板３２８をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、このｎ型ＧａＡｓ基板３２８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層３３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層３２４、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるベース層３２２およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８０】
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層３２１上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３２０、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１９、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１８およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８１】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３１７上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１６、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層３１５、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層３１４およびｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８２】
次に、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３１３上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層３１２、ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層３１１、ｎ+型ＩｎＧａＰ層３１０およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８３】
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長しながら徐々にＩｎの組成を増加させて、成長終了時に太陽電池層４０ａを構成するＩｎＧａＡｓと格子定数が同一になるようにｎ型ＡｌＩｎＧａＡｓからなるバッファ層３０８をＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８４】
次に、バッファ層３０８上に、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３０５、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３０４およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０３をこの順にＭＯＣＶＤ法により成長させる。
【００８５】
その後、図１３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層３０２により支持基板３０１を貼り付ける。
【００８６】
次に、図１４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３２８をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層３３１を酸水溶液にてエッチングする。
【００８７】
そして、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３２５上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層３２５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。
【００８８】
次に、残されたコンタクト層３２５の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層３２７を形成する。
【００８９】
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溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜３２６を形成する。これにより、積層型化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１１に示す構成の積層型化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００９０】
上述した積層型化合物半導体太陽電池においても、ＡｓをＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層３０８の格子定数が、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９側からｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３０７側にかけて、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層３０９の格子定数と同一またはそれに近い値から太陽電池層４０ａのベース層３０５およびエミッタ層３０６を構成するＩｎＧａＡｓの格子定数に近づくように形成されている。したがって、上述した積層型化合物半導体太陽電池は、非特許文献１に記載された従来の積層型化合物半導体太陽電池と比較して高効率になるものと考えられる。
【００９１】
＜その他＞
本発明においては、半導体基材として、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。ここで、ＩＶ族半導体としてはたとえばＧｅ等を用いることができ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてはたとえばＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。
【００９２】
また、本発明においては、バッファ層の禁制帯幅を、バッファ層よりも積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きくすることもできる。
【００９３】
また、本発明においては、バッファ層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有していてもよい。
【００９４】
なお、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されていないものについては、その組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能であることを意味している。
【００９５】
今回開示された実施の形態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】
【００９６】
本発明によれば、高効率の積層型化合物半導体太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の製造途中のウエハの一例の模式的な断面構成図である。
【図２】図１に示すウエハから作製される積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図４】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図５】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図６】図３に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図７】本発明の積層型化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図である。
【図８】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図９】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１０】図７に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１１】本発明の積層型化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図である。
【図１２】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１３】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１４】図１１に示す積層型化合物半導体太陽電池の製造方法の一例のさらに他の工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。
【図１５】従来の積層型化合物半導体太陽電池の製造途中のウエハの模式的な断面構成図である。
【図１６】図１５に示すウエハから作製される従来の積層型化合物半導体太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１ ｐ型ＧａＡｓ基板、１２ ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１３ ｐ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.24Ｉｎ0.76Ａｓバッファ層、１４，１０４，１１４，１２２，２０４，２１３，２２１，３０４，３１３，３２１ ＢＳＦ層、１５，１０５，１１５，１２３，２０５，２１４，２２２，３０５，３１４，３２２ ベース層、１６，１０６，１１６，１２４，２０６，２１５，２２３，３０６，３１５，３２３ エミッタ層、１７，１０７，１１７，１２５，２０７，２１６，２２４，３０７，３１６，３２４ 窓層、１８，１０３，１２６，２０３，２２５，３０３，３２５ コンタクト層、４０ ＩｎＧａＡｓ太陽電池層、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 太陽電池層、５０ａ，５０ｂ トンネル接合層、１０１，２０１，３０１ 支持基板、１０２，２０２，３０２ 金属層、１０８，２０８，３０８ バッファ層、１０９ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１１０ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１１ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１１２ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、１１３ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１１８ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１９ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１２０ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、１２１ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１２７，２２６，３２６ 反射防止膜、１２８，２２７，３２７ 電極層、１３０ ｎ型ＧａＡｓ基板、１３１，３３１ エッチングストップ層、２０９ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、２１０ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、２１１ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、２１２ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、２１７ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、２１８ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、２１９ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、２２０ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、２２８ ｎ型Ｇｅ基板、３０９ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、３１０ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、３１１ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、３１２ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、３１７ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、３１８ ｎ+型ＩｎＧａＰ層、３１９ ｐ+型ＡｌＧａＡｓ層、３２０ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、３２８ ｎ型ＧａＡｓ基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材と、
前記半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、
前記太陽電池層の格子定数と、前記半導体基材の格子定数とが異なっており、
前記半導体基材と前記太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、
前記バッファ層の格子定数が、前記半導体基材の格子定数と前記太陽電池層の格子定数との間の値である、積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記バッファ層の格子定数が、前記半導体基材側から前記太陽電池層側にかけて、前記半導体基材の格子定数と同一またはそれに近い値から前記太陽電池層の格子定数に近づくように変化していることを特徴とする、請求項１に記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記半導体基材が、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１または２に記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面が、前記化合物半導体の成長方向と反対側に位置することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記太陽電池層を複数含有し、
前記太陽電池層のベース層の禁制帯幅が、前記半導体基材側に位置する前記太陽電池層から前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する前記太陽電池層にかけて順に大きくなるように前記太陽電池層が配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記バッファ層の禁制帯幅が、前記バッファ層よりも前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する前記太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記バッファ層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項１】
半導体基材と、
前記半導体基材上に形成された化合物半導体からなる太陽電池層と、を含み、
前記太陽電池層の格子定数と、前記半導体基材の格子定数とが異なっており、
前記半導体基材と前記太陽電池層との間にＶ族元素としてヒ素を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層を有し、
前記バッファ層の格子定数が、前記半導体基材の格子定数と前記太陽電池層の格子定数との間の値である、積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記バッファ層の格子定数が、前記半導体基材側から前記太陽電池層側にかけて、前記半導体基材の格子定数と同一またはそれに近い値から前記太陽電池層の格子定数に近づくように変化していることを特徴とする、請求項１に記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記半導体基材が、ＩＶ族半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１または２に記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面が、前記化合物半導体の成長方向と反対側に位置することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記太陽電池層を複数含有し、
前記太陽電池層のベース層の禁制帯幅が、前記半導体基材側に位置する前記太陽電池層から前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する前記太陽電池層にかけて順に大きくなるように前記太陽電池層が配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記バッファ層の禁制帯幅が、前記バッファ層よりも前記積層型化合物半導体太陽電池の受光面側に位置する前記太陽電池層のベース層の禁制帯幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記バッファ層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＡｌＡｓ層からなる群から選択される少なくとも１種を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の積層型化合物半導体太陽電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１４１１３５（Ｐ２００９−１４１１３５Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１６０６７（Ｐ２００７−３１６０６７）
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８、１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「太陽光発電システム未来技術研究開発、超高効率多接合型太陽電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８、１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「太陽光発電システム未来技術研究開発、超高効率多接合型太陽電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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