CN105190911B - 化合物半导体光伏电池和其制造方法 - Google Patents
化合物半导体光伏电池和其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105190911B CN105190911B CN201480025224.6A CN201480025224A CN105190911B CN 105190911 B CN105190911 B CN 105190911B CN 201480025224 A CN201480025224 A CN 201480025224A CN 105190911 B CN105190911 B CN 105190911B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- inp
- units
- layer
- compound semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 274
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 273
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 35
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 270
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 169
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 117
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 216
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 188
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 85
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 85
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 70
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 42
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 795
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 421
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 46
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 28
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 21
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 20
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000761557 Lamina Species 0.000 description 8
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 8
- QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;hydrate Chemical compound O.OO QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 4
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005872 GeSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- MUJIDPITZJWBSW-UHFFFAOYSA-N palladium(2+) Chemical compound [Pd+2] MUJIDPITZJWBSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/043—Mechanically stacked PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0693—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells the devices including, apart from doping material or other impurities, only AIIIBV compounds, e.g. GaAs or InP solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
化合物半导体光伏电池包括：化合物半导体基底；一个或多个第一光电转换单元，其沉积在所述化合物半导体基底上；结合层，其沉积在所述一个或多个第一光电转换单元上；和一个或多个第二光电转换单元，其经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上。进一步地，第一和第二光电转换单元的带隙随着所述第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，以及当存在一个第二光电转换单元时，所述结合层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的带隙。
Description
技术领域
本发明涉及化合物半导体光伏电池和制造所述化合物半导体光伏电池的方法。
背景技术
化合物半导体根据材料组成而具有不同水平的带隙(能带间隙，band gap)能量和晶格常数。因此，制造了多结光伏电池，通过其将太阳光的波长范围在多个光伏电池之间分配，使得能量转换效率提高。
目前，多结光伏电池的典型实例为三结光伏电池(1.88eV/1.40eV/0.67eV)，其包括设置在具有与砷化镓(GaAs)的晶格常数基本上相同的晶格常数的锗(Ge)基底上的使用晶格匹配材料的Ge单元(cell)/Ga(In)As单元/GaInP单元。
由化合物半导体制成的光伏电池的效率为硅(Si)光伏电池的效率的约两倍高。然而，由化合物半导体制成的光伏电池具有高成本的基底或者小尺寸的基底，并且因此明显比硅光伏电池昂贵。因此，由化合物半导体制成的光伏电池被用于特殊用途，主要用于在例如空间卫星中的空间用途。
此外，近来，已经通过将由塑料制成的廉价的聚光透镜和由化合物半导体制成的小的光伏电池单元组合而形成聚光式光伏电池。因此，与在不使用聚光透镜的情况下形成的典型的平板光伏电池相比，昂贵的化合物半导体的使用量减少。这样的聚光式光伏电池能够以较低的成本制造并且除了如以上描述的特殊用途之外，作为用于一般用途的光伏电池也是实用的。
然而，光伏电池的发电成本仍然保持为高的，并且因此进一步降低成本势在必行。因此，正进行研究来提高能量转换效率和降低制造成本。
然而，从电流平衡的观点来看，使用Ge基底的现在主要使用的晶格匹配型三结光伏电池的带隙平衡不是最佳的。期望提高其构造中的底部单元的带隙。
作为用于获得较高效率的实例构造，存在其中单元的带隙被设定为1.9eV/1.42eV/1.0eV的三结光伏电池(例如，非专利文献1)。
作为具有1.9eV和1.42eV带隙的单元的材料，分别使用与GaAs基底晶格匹配的GaInP和GaAs。另一方面，作为具有1.0eV带隙的单元的材料，使用不与GaAs基底晶格匹配且引起约2％的晶格失配量的GaInAs单元。为了实现该结构，使晶体在与常见光伏电池的晶体生长方向相反的方向上生长。
具体而言，在GaAs基底上顺序生长GaInP单元和GaAs单元。接着，经由用于改变晶格常数差的晶格弛豫缓冲层生长GaInAs单元。然后，将表面粘附至支持基底。最后，通过除去GaAs基底，制得三结光伏电池。光在具有较大带隙的GaInP单元侧入射。
进一步地，存在机械堆叠型光伏电池，其中具有GaAs顶部单元的GaAs基底沉积在具有GaInAsP底部单元的InP基底上(例如，专利文献1)。所述单元在光接收区域中不是彼此直接地物理连接的，而是所述单元彼此机械地连接，使得所述单元经由间隙光学地连接。
进一步地，存在使用导电纳米粒子阵列的基于直接结合的光伏电池(参见，例如，非专利文献2)，其中基于范德瓦尔斯(Van-der-Waals，VDW)方法将其上形成有光伏电池的GaAs基底和InP基底经由钯(Pd)纳米粒子阵列连接，使得电流经由纳米粒子与半导体之间的欧姆接触流动。
进一步地，存在通过将其上形成有GaInP顶部单元的GaAs基底和其上形成有GaInAs底部单元的InP基底直接结合而形成的光伏电池(参见，例如，专利文献2)。
进一步地，存在通过将其上形成有GaAs单元的GaAs基底的表面和其上形成有GaInAs底部单元的InP基底的表面直接结合而形成的光伏电池(非专利文献3)。如下变为可能的：在GaAs基底上使用晶格匹配材料容易地形成处于短波长区域中的单元，且在InP基底上使用晶格匹配材料容易地形成处于长波长区域中的单元。
发明内容
技术问题
然而，非专利文献1中公开的三结光伏电池具有包括在GaAs单元和GaInAs单元之间的晶格弛豫缓冲层的结构，其中缺陷(位错)由于晶格弛豫而集中。这样的包括缺陷的层变成在吸收太阳光和从电极取得产生的载流子之前再结合的原因。结果，变得难以获得高的效率。
进一步地，缺陷可在操作期间增加，且从而使效率随时间而劣化。因此，难以制造具有高的可靠性的光伏电池。
进一步地，在专利文献1中公开的光伏电池中，在光接收区域中，从具有GaAs单元的GaAs基底透射的长波长光入射到形成于InP基底上的GaInAsP单元上。
在这样的结构中，在GaInAsP单元的光入射侧上形成具有比GaAs所具有的小的带隙的InP窗口层。因此，在光入射到所述GaInAsP单元上之前，所述光的一部分被InP窗口层吸收。这样的InP窗口层可变成效率劣化的原因。
进一步地，在非专利文献2公开的光伏电池中，透射通过GaInPAs单元(1.8eV)的长波长光入射到GaInPAs单元(1.15eV)上。然而，在所述GaInPAs单元(1.15eV)的光入射侧上，在所述GaInPAs单元(1.8eV)之下经由Pd层形成具有比GaInPAs单元的吸收层小的带隙的InP结合层。
由于这种结构，在光入射到GaInPAs单元(1.15eV)上之前，所述光的一部分被InP结合层吸收。所述InP结合层具有作为结合层的作用和作为窗口层的作用。然而，由于比GaInPAs单元的吸收层(1.8eV)小的带隙，这样的InP窗口层变成光伏电池的效率劣化的原因。
进一步地，在非专利文献3中公开的相关技术中，透射通过GaAs单元的长波长光入射到GaInPAs单元上。然而，在GaInAs单元的光入射侧上形成具有比GaAs小的带隙的InP结合层作为直接连接GaAs外延基底的结合层。由于所述InP结合层，在光入射到所述GaInAs单元上之前，所述光的一部分被所述InP结合层吸收。这样的InP结合层是光伏电池的效率劣化的原因。
进一步地，在非专利文献2中公开的相关技术中，透射通过GaInP单元的长波长光入射到GaInAs单元上。然而，在所述GaInAs单元的光入射侧上形成具有比GaInP小的带隙的InP结合层作为直接连接GaAs外延基底的结合层。由于所述InP结合层，在光入射到所述GaInAs单元上之前，所述光的一部分被所述InP结合层吸收。这样的InP窗口层是光伏电池的效率劣化的原因。
如以上描述的，在相关技术的化合物半导体光伏电池中，效率未得以充分地改善。
本发明是鉴于所述问题做出的，且可提供具有较高效率的化合物半导体光伏电池和所述化合物半导体光伏电池的制造方法。
解决问题的手段
根据实施方式，化合物半导体光伏电池包括化合物半导体基底；一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料形成且沉积在所述化合物半导体基底上；结合层，其由第二化合物半导体材料形成且沉积在所述一个或多个第一光电转换单元上；和一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料形成，经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上。
进一步地，所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧(后侧，内侧，back side)接近而降低，并且，当所述一个或多个第二光电转换单元的数量为一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述一个第二光电转换单元的带隙，且当所述一个或多个第二光电转换单元的数量大于一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的至少一个的带隙。
本发明的效果
根据本发明的实施方式，提供具有较高效率的化合物半导体光伏电池和所述化合物半导体光伏电池的制造方法可变为可能的。
附图说明
图1是根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的截面图；
图2A和2B说明根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的制造方法；
图3A和3B说明根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的制造方法；
图4是根据第一实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池101的截面图；
图5是根据第一实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池103的截面图；
图6是根据第二实施方式的化合物半导体光伏电池200的截面图；
图7是根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池200的截面图；
图8是根据第四实施方式的化合物半导体光伏电池200的截面图；
图9是根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池500的截面图；
图10A和10B说明根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池500的制造方法；
图11A和11B说明根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池500的制造方法；
图12是根据第五实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池501的截面图；
图13是根据第五实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池503的截面图；
图14是根据第六实施方式的化合物半导体光伏电池600的截面图；
图15是根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池700的截面图；和
图16是根据第八实施方式的化合物半导体光伏电池800的截面图；
具体实施方式
在下面，描述根据本发明实施方式的化合物半导体光伏电池和所述化合物半导体光伏电池的制造方法。
第一实施方式
图1是根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的截面图；
化合物半导体光伏电池100包括电极10、InP基底110、GaInPAs单元120、结合层130、结合层140、隧道结层150、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、接触层40A、和电极50。
根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100为其中GaInPAs单元120(1.0eV)、GaInAs单元160(1.40eV)和GaInP单元180(1.9eV)串联连接的三结光伏电池。
作为化合物半导体光伏电池100中包括的单元，存在基于磷化铟(InP)的光电转换单元和基于砷化镓(GaAs)的光电转换单元。所述基于InP的光电转换单元是指由基本上与InP晶格匹配且可在InP基底110上晶体生长(可为在InP基底110上生长的晶体)的材料体系形成的光电转换单元。这里，基本上与InP晶格匹配且可在InP基底110上晶体生长的材料称为“基于InP晶格匹配的材料”。进一步地，由“基于InP晶格匹配的材料”形成的单元称为“基于InP晶格匹配的材料单元”。
另一方面，基于GaAs的光电转换单元是指由基本上与GaAs或锗(Ge)(其具有基本上等于GaAs的晶格常数的晶格常数)晶格匹配且可在GaAs基底或Ge基底上晶体生长的材料体系形成的光电转换单元。这里，基本上与GaAs或Ge(其具有基本上等于GaAs的晶格常数的晶格常数)晶格匹配且可在GaAs基底或Ge基底上晶体生长的材料称为“基于GaAs晶格匹配的材料”。进一步地，由“基于GaAs晶格匹配的材料”形成的单元称为“基于GaAs晶格匹配的材料单元”。
在第二至第四实施方式中也类似地使用所述术语。
在化合物半导体光伏电池100中，GaInPAs单元120为基于InP的光电转换单元，且GaInAs单元160和GaInP单元180为基于GaAs的光电转换单元。
这里，InP基底110为化合物半导体基底或第一化合物半导体基底的实例。GaInPAs单元120为由第一化合物半导体材料制成的第一光电转换单元的实例。
结合层130为由第二化合物半导体材料制成的且沉积在GaInPAs单元120上的结合层的实例。GaInAs单元160和GaInP单元180为由第三化合物半导体材料制成的多个第二光电转换单元的实例。
在图1中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，在从GaInP单元180向GaInPAs单元120的方向)(在下文中的“光入射方向”)上入射。
电极10为设置在光入射方向上的背(较深)侧上的用作下电极的电极。作为电极10，可使用通过堆叠由例如Ti/Pt/Au制成的金属层而形成的电极。
作为InP基底110，可使用由例如p型单晶磷化铟制成的晶片。作为杂质，可使用例如Zn。
在InP基底110的表面上形成GaInPAs单元120。GaInPAs单元120包括p型InP层121、p型Ga(x)InP(y)As层122、n型Ga(x)InP(y)As层123、和n型[Al(x)Ga](y)InAs层124。
GaInPAs单元120包括与InP晶格匹配的GaInPAs的晶体层。InP层121、Ga(x)InP(y)As层122、Ga(x)InP(y)As层123、和[Al(x)Ga](y)InAs层124以此顺序沉积在InP基底110的表面上。
InP层121为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(Back Surface Field，BSF)层。在Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123之间形成GaInPAs单元120的pn结。[Al(x)Ga](y)InAs层124为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaInPAs单元120可视为具有如下的单元：形成pn结的Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123、在GaInPAs单元120的光入射侧上形成的[Al(x)Ga](y)InAs层124、和在光入射方向上的背侧上形成的InP层121。
InP层121作为所述BSF层使用，且因此InP层121具有大于p型Ga(x)InP(y)As层122和n型Ga(x)InP(y)As层123的带隙(1.0eV)的带隙。作为InP层121的杂质，可使用锌(Zn)。
通过使用例如Zn作为杂质，Ga(x)InP(y)As层122的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，Ga(x)InP(y)As层123的导电类型变为n型。
在Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123中，调节Ga的比率“x”和P的比率“y”使得所述层的带隙为1.0eV。
[Al(x)Ga](y)InAs层124作为窗口层使用。因此，[Al(x)Ga](y)InAs层124具有大于Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123的带隙(1.0eV)的带隙。在第一实施方式中，[Al(x)Ga](y)InAs层124的带隙被设定为例如1.5eV。
为了确保透射通过结合层130的光到达GaInPAs单元120的Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123，作为GaInPAs单元120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层124的带隙被设定为例如1.5eV。
在此情况下，类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，如果InP层用作窗口层124，则透射通过GaInAs单元160(1.40eV)的太阳光的一部分被吸收，因为InP的带隙为1.35eV。
在根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100中，为了防止这样的能量损失的发生，使用具有比GaInAs单元160的带隙大的带隙的[Al(x)Ga](y)InAs层124作为窗口层。
作为[Al(x)Ga](y)InAs层124的杂质，可使用例如Si。
AlGaInAs与InP晶格匹配，且因此适合于沉积Ga(x)InP(y)As层123。
通过制造化合物半导体光伏电池100的步骤中的清洁过程和表面活化过程将结合层130结合至结合层140。化合物半导体光伏电池100是通过结合两个层状体而制造的。
在所述两个层状体之一的最上表面上形成结合层130，且在另一层状体的最上表面上形成结合层140。然后，将结合层130和结合层140彼此结合以形成化合物半导体光伏电池100。
作为结合层130，使用n+型InP层。结合层130的杂质浓度设定为大于[Al(x)Ga](y)InAs层124的杂质浓度。通过如此做，结合层130的导电类型为n+型。
用作结合层130的InP层的带隙为1.35eV，其小于GaInAs单元160的带隙，使得透射通过GaInAs单元160的光的一部分被吸收。然而，这是优选的，因为在此情况下的吸收量小于在其中如在非专利文献3中描述的相关技术中使用GaAs单元的情况下的吸收量。
在本文中，对其中用作结合层130的InP层的带隙为1.35eV的情况进行了描述。然而，通过使用向其添加Ga的Ga(x)InP层作为结合层130和提高Ga的组成比，所述带隙可大于1.35eV。
在此情况下，优选的是待用作结合层130的材料具有大于或等于设置在结合层130的光入射侧(上游侧)上的GaInAs单元160的带隙(1.40eV)的带隙。
进一步地，在结合层130和GaInAs单元160之间形成结合层140和隧道结层150。结合层140和隧道结层150两者均包括GaAs以具有1.42eV的带隙。因此，透射通过GaInAs单元160的光未被吸收。
通过制造化合物半导体光伏电池100的步骤中的清洁过程和表面活化过程，将结合层140结合至设置在其InP基底110侧上的结合层130。作为结合层140，可使用例如n+型GaAs层。GaAs层的带隙为1.42eV，其大于GaInAs单元160的带隙。因此，GaAs层不吸收透射通过GaInAs单元160的光。结合层140的杂质浓度设定为类似于结合层130的杂质浓度。
在图1的化合物半导体光伏电池100中，在结合层130和结合层140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，结合层140是沉积在隧道结层150上的。
在结合层140和GaInAs单元160之间形成隧道结层150。在图1的化合物半导体光伏电池100中，在结合层130和结合层140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，隧道结层150是沉积在GaInAs单元160上的。
隧道结层150包括n+型GaAs层151和p+型GaAs层152。作为将导电类型设定为n型的杂质，可使用例如碲(Te)。作为将导电类型设定为p型的杂质，可使用例如碳(C)。n+型GaAs层151和p+型GaAs层152包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层150的GaAs层151和GaAs层152以比GaInAs单元160高的浓度掺杂。隧道结层150是为了使电流在GaInAs单元160的p型GaInAs层162和GaInPAs单元120的n型Ga(x)InP(y)As层123之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
在隧道结层150和隧道结层170之间形成GaInAs单元160。
GaInAs单元160包括p型Ga(x)InP层161、p型GaInAs层162、n型GaInAs层163、和n型[Al(x)Ga](y)InP层164。
Ga(x)InP层161、GaInAs层162、GaInAs层163、和[Al(x)Ga](y)InP层164以此顺序沉积在隧道结层150的表面上。在实际的制造过程中，GaInAs单元160以例如颠倒的状态沉积在隧道结层170上。
因此，在实际的制造过程中，例如，[Al(x)Ga](y)InP层164、GaInAs层163、GaInAs层162、和Ga(x)InP层161以此顺序沉积在隧道结层170上。
Ga(x)InP层161为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(BSF)层。GaInAs单元160的pn结包括在GaInAs层162和GaInAs层163中。[Al(x)Ga](y)InP层164为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaInAs单元160可视为具有如下的单元：形成pn结的GaInAs层162和GaInAs层163、在GaInPAs单元120的光入射侧上形成的[Al(x)Ga](y)InP层164、和在光入射方向上的背侧上形成的Ga(x)InP层161。
Ga(x)InP层161作为所述BSF层使用，且因此Ga(x)InP层161具有大于p型GaInAs层162和n型GaInAs层163的带隙(1.40eV)的带隙。作为Ga(x)InP层161的杂质，可使用例如Zn。
通过使用例如Zn作为杂质，GaInAs层162的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，GaInAs层163的导电类型变为n型。
GaInAs层162和GaInAs层163的带隙为1.40eV。
[Al(x)Ga](y)InP层164作为窗口层使用。因此，[Al(x)Ga](y)InP层164具有大于p型GaInAs层162和n型GaInAs层163的带隙(1.40eV)的带隙。
在第一实施方式中，[Al(x)Ga](y)InP层164具有大于p型GaInAs层162和n型GaInAs层163的带隙(1.40eV)的带隙。作为[Al(x)Ga](y)InP层164的杂质，可使用例如Si。
在GaInAs单元160和GaInP单元180之间形成隧道结层170。在图1的化合物半导体光伏电池100中，在结合层130和结合层140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，隧道结层170是沉积在GaInP单元180上的。
隧道结层170包括n型Ga(x)InP层171和p型Al(x)GaAs层172。作为将导电类型设定为n型的杂质，可使用例如碲(Te)。作为将导电类型设定为p型的杂质，可使用例如碳(C)。n型Ga(x)InP层171和p型Al(x)GaAs层172包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层170的n型Ga(x)InP层171和p型Al(x)GaAs层172以比GaInP单元180高的浓度掺杂。隧道结层170是为了使电流在GaInP单元180的p型Ga(x)InP层182和GaInAs单元160的n型GaInAs层163之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
在隧道结层170和接触层40A之间形成GaInP单元180。
GaInP单元180包括p型Al(x)InP层181、p型Ga(x)InP层182、n型Ga(x)InP层183、和n型Al(x)InP层184。
Al(x)InP层181、p型Ga(x)InP层182、n型Ga(x)InP层183、和n型Al(x)InP层184以此顺序沉积在隧道结层170的表面上。在实际的制造过程中，GaInP单元180以例如颠倒的状态沉积在GaAs基底(未示出)上的GaAs接触层40A上。
GaInP单元180包括与GaAs晶格匹配的GaInP的晶体层。在实际的制造过程中，例如，Al(x)InP层184、Ga(x)InP层183、Ga(x)InP层182、和Al(x)InP层181以此顺序沉积。
Al(x)InP层181为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(BSF)层。GaInP单元180的pn结包括在Ga(x)InP层182和Ga(x)InP层183中。Al(x)InP层184为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaInP单元180可视为具有如下的单元：形成pn结的Ga(x)InP层182和Ga(x)InP层183、在GaInP单元180的光入射侧上形成的Al(x)InP层184、和在光入射方向上的背侧上形成的Al(x)InP层181。
Al(x)InP层181作为所述BSF层使用，且因此Al(x)InP层181具有比p型Ga(x)InP层182和n型Ga(x)InP层183的带隙(1.9eV)大的带隙。作为Al(x)InP层181的杂质，可使用例如Zn。
通过使用例如Zn作为杂质，Ga(x)InP层182的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，Ga(x)InP层183的导电类型变为n型。
Ga(x)InP层182和Ga(x)InP层183的带隙为1.9eV。
Al(x)InP层184作为窗口层使用。因此，Al(x)InP层184具有比p型Ga(x)InP层182和n型Ga(x)InP层183的带隙(1.9eV)大的带隙。
在第一实施方式中，Al(x)InP层184具有比p型Ga(x)InP层182和n型Ga(x)InP层183的带隙(1.9eV)大的带隙。作为Al(x)InP层184的杂质，可使用例如Si。
接触层40A为沉积在GaInP单元180上以与电极50形成欧姆接触的层。作为接触层40A，使用例如砷化镓(GaAs)层。
电极50为由例如金属(例如Ti/Pt/Au)制成的薄膜，且在接触层40A上形成。
接着，参照图2A至3B描述制造根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的方法。
图2A至3B说明制造根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的方法。
如图2A中所示，通过使用GaAs基底20形成层状体100A，和通过使用InP基底110形成层状体100B。GaAs基底20为第二化合物半导体基底的实例。
这里，层状体100A中包括的GaInP单元180包括与GaAs晶格匹配的GaInP的晶体层，且形成于GaAs基底20上。进一步地，层状体100B中包括的GaInPAs单元120包括与InP晶格匹配的GaInPAs的晶体层，且形成于InP基底110上。
如以上描述的，层状体100A的晶格常数不同于层状体100B的晶格常数。根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100是通过将层状体100A直接结合至具有不同于层状体100A的晶格常数的晶格常数的层状体100B而制造的。
InP的晶格常数为约。因此，以使得在InP基底110上形成的GaInPAs单元120具有与InP的晶格常数(约)非常接近的晶格常数的方式调节GaInPAs单元120的组成。
进一步地，GaAs的晶格常数为约因此，以使得在GaAs基底20上形成的GaInAs单元160和GaInP单元180具有与InP的晶格常数(约)非常接近的晶格常数的方式调节GaInAs单元160和GaInP单元180的组成。
层状体100A是通过由金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在GaAs基底20上沉积如下而形成的：Ga(x)InP蚀刻停止(etching stop)层30、n+型GaAs接触层40、GaInP单元180、隧道结层170、GaInAs单元160、隧道结层150、和结合层140。
这里，GaInP单元180包括与GaAs晶格匹配的Al(x)InP层184、Ga(x)InP层183、Ga(x)InP层182、和Al(x)InP层181。Al(x)InP层181为BSF层，和Al(x)InP层184为窗口层。
隧道结层170包括Al(x)GaAs层172和Ga(x)InP层171。
GaInAs单元160包括[Al(x)Ga](y)InP层164、GaInAs层163、GaInAs层162、和Ga(x)InP层161。Ga(x)InP层161为BSF层，和[Al(x)Ga](y)InP层164为窗口层。
即，在GaInAs层162和GaInAs层163之间形成GaInAs单元160中用于光电转换的pn结，GaInAs层162和GaInAs层163具有1.5％的In比、0.1％的变形(应变)、和1.40eV的带隙。
进一步地，隧道结层150包括GaAs层151和GaAs层152。
在层状体100A的沉积(生长)中，其中存在GaAs基底20的下侧为光入射侧，使得当将层状体100A结合至层状体100B时，层状体100A被翻转而颠倒。在这点上，层状体100A在图1中是向下生长的，这与正常的生长方向相反。
具体而言，所述层从具有较宽带隙的单元(即，GaInP单元180)向具有较窄带隙的单元(即，GaInAs单元160)顺序生长。而最终，p侧变为下侧(在光入射方向上的背侧)。
层状体100B通过由MOCVD方法在InP基底110上生长(沉积)GaInPAs单元120和结合层130而形成。在图2A中的层状体100B中，与InP基底110侧相反的结合层130侧为光入射侧。
GaInPAs单元120从InP基底110侧起包括InP层121、Ga(x)InP(y)As层122、Ga(x)InP(y)As层123、和[Al(x)Ga](y)InAs层124。InP层121为BSF层，和[Al(x)Ga](y)InAs层124为窗口层。
通过如此做，使用MOCVD方法通过外延生长形成层状体100A和层状体100B。
接着，如图2B中所示，将通过外延生长形成的层状体100A和层状体100B彼此直接结合。
在层状体100A的结合层140的表面和层状体100B的结合层130的表面上进行清洁过程和表面活化过程使得结合层130直接结合至结合层140。作为表面活化过程，在真空中在150℃的温度进行氮(N2)等离子体过程以进行结合。
通过如此做，形成图2B的层状体100C。层状体100C通过将翻转而处于颠倒状态的层状体100A的结合层140结合至层状体100B的结合层130而形成。
层状体100C具有其中GaInPAs单元120、结合层130、结合层140、隧道结层150、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、GaAs接触层40、Ga(x)InP蚀刻停止层30、和GaAs基底20顺序沉积在InP基底110上的结构。
接着，从图2B的层状体100C选择性地蚀刻GaAs基底20和Ga(x)InP蚀刻停止层30以得到图3A中的层状体100D。
GaAs基底20和Ga(x)InP蚀刻停止层30的蚀刻如以下描述的进行。
GaAs基底20的蚀刻可通过，例如，使用硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物作为湿式蚀刻溶液而进行。硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物不溶解Ga(x)InP蚀刻停止层30的GaInP。因此，通过Ga(x)InP蚀刻停止层30使湿式蚀刻过程停止变为可能的。
除了以上方法外，GaAs基底20的蚀刻还可，例如，通过浮脱(剥离，lift-off)方法或通过智能切割(smart-cut)方法进行，在所述浮脱方法中，使用AlAs牺牲层选择性地蚀刻AlAs以分离基底和单元(参见非专利文献1)，所述智能切割方法在形成绝缘体上的硅(Silicon On Insulator，SOI)基底中频繁地使用(参见，例如，Applied Physics Letter92,103503(2008))。当使用任何以上方法时，GaAs基底20均可再使用。
Ga(x)InP蚀刻停止层30可通过使用，例如，盐酸(HCl)和水(H2O)的混合物蚀刻。
通过如此做，可从层状体100C蚀刻GaAs基底20和Ga(x)InP蚀刻停止层30(参见图2B)以形成层状体100D(参见图3A)。
接着，在GaAs接触层40上形成上电极50(参见图1)，和在InP基底110上形成下电极10。
接触层40A是通过从接触层40(参见图3A)除去除了设置在上电极50正下方(justunder)的部分以外的部分而形成的。
接触层40A可通过，例如，使用硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物作为湿式蚀刻溶液而形成。硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物不溶解Al(x)InP层184的AlInP。因此，通过GaInP单元180的Al(x)InP层184使湿式蚀刻过程停止变为可能的。
通过如此做，形成根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100。图3B中的化合物半导体光伏电池100与图1中的化合物半导体光伏电池100相同。
化合物半导体光伏电池100具有其中太阳光在带隙较宽的单元侧(即，GaInP单元180侧)入射的结构。优选在其中太阳光入射的Al(x)InP层184的表面上设置抗反射膜。在图3B中省略抗反射膜。
在根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100中，作为在InP基底110上形成的GaInPAs单元120的窗口层，形成具有1.5eV带隙的[Al(x)Ga](y)InAs层124，和作为在GaInPAs单元120上形成的结合层130，形成InP结合层。
进一步地，隧道结层150和结合层140的带隙被设定为大于GaInAs单元160的带隙。
为了确保透射通过结合层130的光到达GaInPAs单元120的Ga(x)InP(y)As层122和Ga(x)InP(y)As层123，作为GaInPAs单元120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层124的带隙被设定为1.5eV(其大于GaInAs单元160的带隙)。
这里，例如，如果类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，使用InP层作为窗口层124，则透射通过GaInAs单元160(1.40eV)的光的一部分被吸收，因为InP的带隙为1.35eV。
当透射通过GaInAs单元160(1.40eV)的太阳光的一部分如以上描述被吸收时，发生能量损失，其为化合物半导体光伏电池的效率降低的原因。
另一方面，在根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100中，为了防止能量损失的发生，设置在从光入射侧起最背(末端)侧的单元从常规的GaAs单元改变为第二光电转换单元中的GaInAs单元(在GaAs基底上生长的单元)。结果，减少太阳光在第一光电转换单元的最前侧入射之前太阳光的吸收量变为可能的。因此，根据第一实施方式，提供其中效率提升的化合物半导体光伏电池100和制造化合物半导体光伏电池100的方法变为可能的。
进一步地，使用具有比GaInAs单元160大的带隙的[Al(x)Ga](y)InAs层124作为窗口层。通过如此做，改善化合物半导体光伏电池100的效率。
进一步地，作为容许接近的晶格匹配的材料，例如，GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、和AlInPSb具有使得其带隙大于或等于GaInAs单元160的带隙(1.40eV)的组成且可在InP基底110上生长。
因此，可使用由例如GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、或Al(In)PSb形成的薄膜代替作为GaInPAs单元120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层124。
在此情况下，调节组成使得代替[Al(x)Ga](y)InAs层124使用的由例如GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、或Al(In)PSb形成的薄膜的带隙大于或等于GaInAs单元160的带隙(1.40eV)。
这里，使用表达方式“(Ga)”，因为各组成Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、和Al(Ga)PSb可包括Ga或可不包括Ga。即，“Al(Ga)InAs”表示AlGaInAs和AlInAs，“Al(Ga)AsSb”表示AlGaAsSb和AlAsSb，且“Al(Ga)PSb”表示AlGaPSb和AlPSb。
这里，使用表达方式“(In)”，因为组成Al(In)PSb可包括In或可不包括In。即，“Al(In)PSb”表示AlInPSb和AlPSb。
进一步地，“(Al)GaInP(As)”表示AlGaInP、GaInPAs、和GaInP。
在三结光伏电池例如根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100中，OYOBUTURI Vol.79,No.5,2010第436页描述了作为三个单元的带隙的组合，值“1.9eV/1.42eV/1.0eV”和“1.7eV/1.2eV/0.67eV”相对于相关技术中的三结光伏电池的值“1.88eV/1.4eV/0.67eV”是优选的。
然而，用单个晶格常数难以具有这样的如以上描述的组合带隙。
在这点上，根据第一实施方式，化合物半导体光伏电池100是通过使用直接结合方法结合两个具有不同晶格常数的单元(即，层状体100A和层状体100B，参见图2A)而形成的。通过如此做，变得较容易形成包括具有不同晶格常数的单元的化合物半导体光伏电池100。
在以上描述中，描述了其中在InP基底110和GaAs基底20上通过MOCVD方法形成单元的情况。然而，所述单元可通过分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)方法形成。
而且，在以上描述中，描述了其中通过使用分别使用InP基底110和GaAs基底20的层状体100A和层状体100B形成化合物半导体光伏电池100的情况。然而，可使用不同于InP基底110和GaAs基底20的组合的任何组合。
例如，可使用任何组合包括，例如，Ge基底和InP基底、GeSb基底和GaAs基底、GaSb基底和Ge基底、Si基底和Ge基底、以及Si基底和GaAs基底，以形成层状体100B和层状体100A。
进一步地，在以上描述中，描述了其中层状体100A和100B直接结合的情况。然而，层状体100A和100B可如图4中所示的机械地结合。
进一步地，在以上描述中，描述了其中GaInPAs单元120用作基于InP晶格匹配的材料单元的情况。然而，基于InP晶格匹配的材料单元不限于GaInPAs单元120。例如，可使用以GaIn(P)As表达的单元。
这里，使用表达方式“(P)”，因为组成GaIn(P)As可包括P或可不包括P。即，“GaIn(P)As”表示GaInPAs和GaInAs。因此，可使用GaInAs单元代替GaInPAs单元120。
进一步地，在以上描述中，描述了其中GaInP单元180用作基于GaAs晶格匹配的材料单元的情况。然而，基于GaAs晶格匹配的材料单元不限于GaInP单元180。可使用以(Al)GaInP(As)表达的单元。
这里，使用表达方式“(Al)”和“(As)”，因为组成(Al)GaInP(As)可包括Al或可不包括Al和可包括Al和可不包括As。即，“(Al)GaInP(As)”表示AlGaInP、GaInPAs、和GaInP。因此，AlGaInP单元或GaInPAs单元可代替GaInP单元180使用。
图4为根据第一实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池101的截面图。
在根据第一实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池101中，图1的结合层130和结合层140彼此机械地结合。
在图4的化合物半导体光伏电池101中，结合层130和结合层140经由固定部件102结合。作为固定部件102，可使用Pd纳米粒子阵列。
所述Pd纳米粒子阵列利用嵌段共聚物的分离排列使导电性纳米粒子在结界面上自排列。Pd、Au、Pt、Ag等的纳米排列可能的。旋涂嵌段共聚物的稀溶液，使所述嵌段共聚物自排列，并将所述嵌段共聚物暴露于包括金属离子例如Pd2+(钯离子)的水溶液，使得在所述嵌段共聚物中选择性地形成金属离子。然后，辐射Ar(氩)等离子体，使得嵌段共聚物模板被除去，且形成自排列的纳米粒子阵列。光透射通过没有纳米粒子的部分。通过使用钯纳米粒子阵列，已经透射通过GaInPAs单元160的光可被有效地引导至GaInPAs单元120。
用形成于结合层130或结合层140上的Pd纳米粒子阵列，结合层130和结合层140彼此结合以形成化合物半导体光伏电池101。
固定部件102为固定单元的实例。用固定部件102机械地结合两个层状体的方法称为“机械堆叠”。
固定部件102不限于Pd纳米粒子阵列。例如，固定部件102可为包括另外的金属(例如，Au)的纳米粒子阵列或可为另外的机械手段。
化合物半导体光伏电池101包括表面层130A和140A代替结合层130和140。表面层130A和140A类似于结合层130和140，但未彼此直接结合。因此，在图4中所述层称为“表面层130A和140A”。
如以上描述的，在化合物半导体光伏电池101中，结合层130和140用固定部件102结合。因此，不必包括在GaInAs单元160和结合层140之间的隧道结层150(参见图1)，使得GaInAs单元160直接结合至结合层140。
如以上描述的，包括GaInPAs单元120的层状体可通过机械堆叠结合至包括GaInAs单元160和GaInP单元180的层状体。
进一步地，根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100还可如图5中所示的改型。
图5为根据第一实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池103的截面图。
根据第一实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池103包括电极10、InP基底110、GaInPAs单元120、结合层130、隧道结层150A、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、接触层40A、和电极50。
在化合物半导体光伏电池103中，从化合物半导体光伏电池100除去结合层140和n+型GaAs层151，使得结合层130直接结合至p+型GaAs层152。图5中的隧道结层150A类似于图1中的p+型GaAs层152。在这样的化合物半导体光伏电池103中，在结合层130和隧道结层150A之间形成隧道结。
在具有多个单元的多结光伏电池的情况下，为了使可从所述多个单元取出的电流的值相等，可薄薄地形成所述多个单元的任意，使得具有可吸收波长的光可透射通过其且在光入射方向上的背侧中的单元可吸收光。
进一步地，在其中GaInAs单元160薄的情况下，未被GaInAs单元160吸收的透射光被隧道结层150以及结合层140和130所吸收，这影响效率。在这样的情况下，期望隧道结层150以及结合层140和130的总厚度尽可能多地减少。
因此，通过除去图1的结合层140和n+型GaAs层151使得如图5中所示的通过结合层130和隧道结层150A形成隧道结，提供具有比图1的化合物半导体光伏电池100的厚度小的厚度的化合物半导体光伏电池103变为可能的。
第二实施方式
在第一实施方式中，形成包括GaInP单元180、GaInAs单元160、和GaInPAs单元120的三结型化合物半导体光伏电池100。其三个光电转换单元的带隙的组合为1.9eV/1.40eV/1.0eV。
在第二实施方式中，通过向GaInP单元180、GaInAs单元160、和GaInPAs单元120添加GaInAs单元(0.75eV)，提供四结型化合物半导体光伏电池200。其四个光电转换单元的带隙的组合为1.9eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV。
图6为根据第二实施方式的化合物半导体光伏电池200的截面图。在下面，重复使用相同的标记符号以描述与在第一实施方式中的化合物半导体光伏电池100中的那些相同的构成元件，且可省略其重复描述。
化合物半导体光伏电池200包括电极10、InP基底110、GaInAs单元210、隧道结层220、GaInPAs单元120、结合层130、结合层140、隧道结层150、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、接触层40A、和电极50。
根据第二实施方式的化合物半导体光伏电池200为其中GaInAs单元210(0.75eV)、GaInPAs单元120(1.0eV)、GaInAs单元160(1.40eV)、GaInP单元180(1.9eV)串联连接的四结光伏电池。
这里，GaInAs单元210和GaInPAs单元120为由第一化合物半导体材料形成的多个第一光电转换单元的实例。
在图6中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，从GaInP单元180向GaInAs单元210的方向)上入射。
IEEE Document(Processing of the 28th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference(2009)pp.1090-1093)描述了四结光伏电池优选具有约1.9eV/1.4eV/1.0eV/0.7eV组合的带隙平衡。
在化合物半导体光伏电池200中，在根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的InP基底110和GaInPAs单元120之间形成GaInAs单元210和隧道结层220。
GaInAs单元210包括p型InP层211、p型Ga(x)InAs层212、n型Ga(x)InAs层213、和n型InP层214。InP层211为BSF层，和InP层214为窗口层。
这里，GaInAs单元210可视为不包括InP层211和InP层214而仅包括Ga(x)InAs层212和Ga(x)InAs层213的单元。在此情况下，设想在包括Ga(x)InAs层212和Ga(x)InAs层213的GaInAs单元210的光入射侧上形成InP层214，且在GaInAs单元210在光入射方向上的背侧上形成InP层211。
p型Ga(x)InAs层212和n型Ga(x)InAs层213的带隙为0.75eV。
在GaInPAs单元120和GaInAs单元210之间形成隧道结层220。隧道结层220包括n+型InP层221和p+型Al(x)InAs层222。
作为将InP层221的导电类型设定为n+型的杂质，可使用例如硅(Si)。作为将Al(x)InAs层222的导电类型设定为p+型的杂质，可使用例如碳(C)。n+型InP层221和p+型Al(x)InAs层222包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层220的n+型InP层221和p+型Al(x)InAs层222以比GaInPAs单元120高的浓度掺杂。隧道结层220是为了使电流在GaInPAs单元120的p型Ga(x)InP(y)As层122和GaInAs单元210的n型Ga(x)InAs层213之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
根据第二实施方式的化合物半导体光伏电池200通过作为GaInP单元180、GaInAs单元160、GaInPAs单元120、和GaInAs单元210的四个光电转换单元而具有带隙1.9eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV的组合。
因此，根据第二实施方式，提供具有比根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100高的能量转换效率的化合物半导体光伏电池200变为可能的。
进一步地，类似于第一实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层140和n+型GaAs层151以通过结合层130和p+型GaAs层152形成隧道结，可减少图6的化合物半导体光伏电池200的厚度。
第三实施方式
图7为根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300的截面图。
根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300以其中使用Ge基底代替化合物半导体光伏电池100中使用的GaAs基底(参见图1)作为用于形成第二光电转换单元的基底的组成形成。Ge的晶格常数比GaAs的晶格常数大约0.08％，使得如在第一实施方式中描述的具有1.5％的In组成的GaInAs单元160(1.40eV)可为晶格匹配的。因此，通过调节其它层例如GaInP单元180的组成，以晶格匹配条件形成所有层变为可能的。GaInP单元180的带隙降低至1.88eV。从晶格匹配的观点来看，隧道结层150和结合层140的组成为具有与GaInAs单元类似的组成的GaInAs。
进一步地，在根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300中，根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100中的结合层130和[Al(x)Ga](y)InAs层124(图1)分别由结合层330和Ga(x)InP层324替代。
根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300包括电极10、InP基底110、GaInPAs单元320、结合层330、结合层140、隧道结层150、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、接触层40A、和电极50。
GaInPAs单元320包括InP层121、Ga(x)InP(y)As层122、Ga(x)InP(y)As层123、和Ga(x)InP层324。即，在GaInPAs单元320中，第一实施方式中的GaInPAs单元120的[Al(x)Ga](y)InAs层124由Ga(x)InP层324替代。Ga(x)InP层324的带隙为1.40eV。窗口层324为具有7％Ga组成、具有0.5％拉伸应变、和具有1.40eV带隙的GaInP层。
进一步地，作为窗口层324，可使用例如GaPSb层、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(GA)Psb、或AlInPSb。所述材料也具有其中带隙大于或等于GaInAs单元160的带隙(1.40eV)的组成且可在InP基底110上生长。
因此，可使用由例如GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(GA)Psb、或AlInPSb形成的薄膜层代替作为GaInPAs单元320的窗口层的Ga(x)InP层324。
作为结合层330，使用具有7％Ga组成和具有0.5％拉伸应变的GaInP层。GaInP层的带隙为1.40eV。即，结合层330为通过向第一实施方式中的结合层130(Ga组成0％的InP)添加Ga而形成的层。
GaInAs单元160包括p型Ga(x)InP层161、p型Ga(x)InAs层162、n型Ga(x)InAs层163、和n型[Al(x)Ga](y)InP层164。
GaInAs单元160具有相对于GaAs基底20约0.1％的变形(应变)，但与Ge基底晶格匹配。
在根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300中，形成具有1.4eV带隙的Ga(x)InP层324作为在InP基底110上形成的GaInPAs单元320的窗口层，且形成具有1.40eV带隙的GaInP结合层作为其上形成的结合层330。
作为结合层330形成的GaInP结合层具有7％Ga组成和具有0.5％拉伸应变。GaInP结合层的带隙为1.40eV。结合层330的带隙(1.40eV)被设定为大于或等于作为在光入射侧上与结合层330相邻的光电转换单元的GaInAs单元160的带隙(1.40eV)。
即，用作结合层330的Ga(x)InP层具有上述带隙，使得透射通过GaInAs单元160(其为设置在光入射方向上的光入射侧(上游侧)上的相邻的光电转换单元)而未在其中被吸收的光被引导至设置在光入射方向上的其背侧上的GaInPAs单元320。
进一步地，隧道结层150和结合层140的带隙为1.40eV，其等于GaInAs单元160的带隙(1.40eV)。
在根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300中，作为GaInPAs单元320的窗口层的Ga(x)InP层324的带隙被设定为1.40eV，其等于GaInAs单元160的带隙，此外，结合层330的带隙如以上描述的设定。
在相关技术中，使用InP层(1.35eV)作为结合晶片的结合层。
这里，例如，类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，当使用InP层作为结合层330时，由于InP的带隙为1.35eV，透射通过GaInAs单元160(1.40eV)的太阳光的一部分被吸收。
当透射通过GaInAs单元160(1.40eV)的太阳光的一部分被InP层吸收时，发生能量损失，其为化合物半导体光伏电池的效率降低的原因。
另一方面，在根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300中，为了防止能量损失的发生，使用具有与GaInAs单元160的带隙相等的带隙的Ga(x)InP层作为结合层330。
通过如此做，根据第三实施方式，提供具有较高效率的化合物半导体光伏电池300和制造化合物半导体光伏电池300的方法变为可能的。
进一步地，类似于第一实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层140和n+型GaAs层151以通过结合层130和p+型GaAs层152形成隧道结，可减少图7的化合物半导体光伏电池300的厚度。
第四实施方式
图8为根据本发明第四实施方式的化合物半导体光伏电池400的截面图。
根据第四实施方式的化合物半导体光伏电池400为通过在根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300的InP基底110和GaInPAs单元320之间形成GaInAs单元210和隧道结层220而形成的四结光伏电池。
该关系与其中通过在根据第一实施方式的化合物半导体光伏电池100的InP基底110和GaInPAs单元120之间形成GaInAs单元210和隧道结层220而形成根据第二实施方式的四结型化合物半导体光伏电池200的关系类似。
在下面，重复使用相同的标记符号以描述与在第一至第三实施方式中的那些相同的构成元件，且可省略其重复描述。
根据第四实施方式的化合物半导体光伏电池400包括电极10、InP基底110、GaInAs单元210、隧道结层220、GaInPAs单元320、结合层330、结合层140、隧道结层150、GaInAs单元160、隧道结层170、GaInP单元180、接触层40A、和电极50。
作为其四个光电转换单元的GaInP单元180、GaInAs单元160、GaInPAs单元320、和GaInAs单元210的带隙的组合为1.88eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV。
根据第四实施方式的化合物半导体光伏电池400为其中GaInAs单元210(0.75eV)、GaInPAs单元320(1.0eV)、GaInAs单元160(1.40eV)、GaInP单元180(1.88eV)串联连接的四结光伏电池。
在图8中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，在从GaInP单元180向GaInPAs单元120的方向)上入射。
根据第四实施方式的化合物半导体光伏电池400通过作为GaInP单元180、GaInAs单元160、GaInPAs单元320、和GaInAs单元210的四个光电转换单元而具有带隙1.88eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV的组合。
因此，根据第四实施方式，提供具有比根据第三实施方式的化合物半导体光伏电池300高的能量转换效率的化合物半导体光伏电池400变为可能的。
进一步地，类似于第一实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层140和n+型GaAs层151以通过结合层130和p+型GaAs层152形成隧道结，可减少图8的化合物半导体光伏电池400的厚度。
第五实施方式
图9为根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100的截面图；
化合物半导体光伏电池1100包括电极1010、InP基底1110、GaInPAs单元1120、结合层1130、结合层1140、隧道结层1150、GaAs单元1160、隧道结层1170、GaInP单元1180、接触层1040A、和电极1050。
根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100为其中GaInPAs单元1120(1.0eV)、GaAs单元1160(1.40eV)、和GaInP单元1180(1.9eV)串联连接的三结光伏电池。
作为化合物半导体光伏电池1100中包括的单元，存在基于磷化铟(InP)的光电转换单元和基于砷化镓(GaAs)的光电转换单元。所述基于InP的光电转换单元是指由基本上与InP晶格匹配且可在InP基底1110上晶体生长的材料体系形成的光电转换单元。这里，基本上与InP晶格匹配且可在InP基底1110上晶体生长的材料称为“基于InP晶格匹配的材料”。进一步地，由“基于InP晶格匹配的材料”形成的单元称为“基于InP晶格匹配的材料单元”。
另一方面，基于GaAs的光电转换单元是指由基本上与GaAs或锗(Ge)(其具有基本上等于GaAs的晶格常数的晶格常数)晶格匹配且可在GaAs基底或Ge基底上晶体生长的材料体系形成的光电转换单元。这里，基本上与GaAs或Ge(其具有基本上等于GaAs的晶格常数的晶格常数)晶格匹配且可在GaAs基底或Ge基底上晶体生长的材料称为“基于GaAs晶格匹配的材料”。进一步地，由“基于GaAs晶格匹配的材料”形成的单元称为“基于GaAs晶格匹配的材料单元”。
在第六至第八实施方式中也类似地使用所述术语。
在化合物半导体光伏电池1100中，GaInPAs单元1120为基于InP的光电转换单元，且GaInAs单元1160和GaInP单元1180为基于GaAs的光电转换单元。
这里，InP基底1110为化合物半导体基底或第一化合物半导体基底的实例。GaInPAs单元1120为由第一化合物半导体材料制成的第一光电转换单元的实例。
结合层1130为由第二化合物半导体材料制成的且沉积在GaInPAs单元1120上的结合层的实例。GaInAs单元1160和GaInP单元1180为由第三化合物半导体材料制成的多个第二光电转换单元的实例。
在图9中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，在从GaInP单元1180向GaInPAs单元1120的方向)(在下文中的“光入射方向”)上入射。
电极1010为设置在光入射方向上的背(较深)侧上的用作下电极的电极。作为电极1010，可使用通过堆叠由例如Ti/Pt/Au制成的金属层而形成的电极。
作为InP基底1110，可使用由例如p型单晶磷化铟制成的晶片。作为杂质，可使用例如Zn。
在InP基底1110的表面上形成GaInPAs单元1120。GaInPAs单元1120包括p型InP层1121、p型Ga(x)InP(y)As层1122、n型Ga(x)InP(y)As层1123、和n型[Al(x)Ga](y)InAs层1124。
GaInPAs单元1120包括与InP晶格匹配的GaInPAs的晶体层。InP层11211、Ga(x)InP(y)As层1122、Ga(x)InP(y)As层1123、和[Al(x)Ga](y)InAs层1124以此顺序沉积在InP基底1110的表面上。
InP层1121为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(BSF)层。在Ga(x)InP(y)A层1122和Ga(x)InP(y)As层1123之间形成GaInPAs单元1120的pn结。[Al(x)Ga](y)InAs层1124为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaInPAs单元1120可视为具有如下的单元：形成pn结的Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123、在GaInPAs单元1120的光入射侧上形成的[Al(x)Ga](y)InAs层1124、和在光入射方向上的背侧上形成的InP层1121。
InP层1121作为所述BSF层使用，且因此InP层1121具有大于p型Ga(x)InP(y)As层1122和n型Ga(x)InP(y)As层1123的带隙(1.0eV)的带隙。作为InP层1121的杂质，可使用锌(Zn)。
通过使用例如Zn作为杂质，Ga(x)InP(y)As层1122的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，Ga(x)InP(y)As层1123的导电类型变为n型。
在Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123中，调节Ga的比率“x”和P的比率“y”使得所述层的带隙为1.0eV。
[Al(x)Ga](y)InAs层1124作为窗口层使用。因此，[Al(x)Ga](y)InAs层1124具有大于Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123的带隙(1.0eV)的带隙。
在第五实施方式中，[Al(x)Ga](y)InAs层1124的带隙被设定为例如1.5eV。[Al(x)Ga](y)InAs层1124的杂质，例如，可使用Si。
AlGaInAs与InP晶格匹配，且因此适合于沉积Ga(x)InP(y)As层1123。
通过制造化合物半导体光伏电池1100的步骤中的清洁过程和表面活化过程将结合层1130结合至结合层1140。化合物半导体光伏电池1100是通过结合两个层状体而制造的。
在所述两个层状体之一的最上表面上形成结合层1130，且在另一层状体的最上表面上形成结合层1140。然后，将结合层1130和结合层1140彼此结合以形成化合物半导体光伏电池1100。
作为结合层1130，使用n+型Ga(x)InP层。结合层1130的杂质浓度设定为大于[Al(x)Ga](y)InAs层1124的杂质浓度。通过如此做，结合层1130的导电类型为n+型。
用作结合层1130的Ga(x)InP层可为，例如，具有10％Ga组成(x＝0.1)、0.7％拉伸应变、和1.42eV带隙的GaInP层。
在本文中，对其中用作结合层1130的Ga(x)InP层的带隙为1.42eV的情况进行了描述。然而，通过提高Ga组成比率，可使所述带隙大于1.42eV。
用作结合层1130的Ga(x)InP层的带隙大于或等于设置在结合层1130在光入射方向上的光入射(上游)侧上的GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
即，结合层1130的带隙大于或等于设置在结合层1130在光入射方向上的光入射(上游)侧上的GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
进一步地，在结合层1130和GaAs单元1160之间形成结合层1140和隧道结层1150。结合层1140和隧道结层1150两者均包括GaAs以具有1.42eV的带隙。
因此，结合层1130的带隙大于或等于设置在结合层1130在光入射方向上的光入射(上游)侧上的光电转换单元(在此情况下为GaAs单元1160)的带隙以及在结合层1130和设置在结合层1130的光入射(上游)侧上的所述光电转换单元之间的层(即，结合层1140和隧道结层1150)的带隙两者，使得在此情况下结合层1130的带隙大于或等于1.42eV。
在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，将结合层1130的带隙如以上描述的进行设定的原因是为了防止未被GaAs单元1160、隧道结层1150、和结合层1140吸收而透射的光被结合层1130所吸收。
即，通过如此做，将太阳光有效地引导至设置在结合层1130在光入射方向上的背侧(下游)侧上的GaInPAs单元1120而不使太阳光被结合层1130所吸收变为可能的。
进一步地，为了确保透射通过结合层1130的光到达GaInPAs单元1120的Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123，作为GaInPAs单元1120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层1124的带隙被设定为例如1.5eV。
在此情况下，类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，如果例如，InP层用作结合层1130，则透射通过GaAs单元1160(1.42eV)的光的一部分被InP层吸收，因为InP的带隙为1.35eV。
在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，为了防止能量损失的发生，使用具有大于或等于GaAs单元1160、隧道结层1150、和结合层1140的带隙的带隙的Ga(x)InP层作为结合层1130。
通过制造化合物半导体光伏电池1100的步骤中的清洁过程和表面活化过程，将结合层1140结合至设置在其InP基底1110侧上的结合层1130。作为结合层1140，可使用例如n+型GaAs层。GaAs层的带隙为1.42eV，其与结合层1130的带隙相同。结合层1140的杂质浓度设定为类似于结合层1130的杂质浓度。
在图9的化合物半导体光伏电池1100中，在结合层1130和结合层1140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，结合层1140是沉积在隧道结层1150上的。
在结合层1140和GaAs单元1160之间形成隧道结层1150。在图9的化合物半导体光伏电池1100中，在结合层1130和结合层1140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，隧道结层1150是沉积在GaAs单元1160上的。
隧道结层150包括n+型GaAs层1151和p+型GaAs层1152。作为将导电类型设定为n型的杂质，可使用例如碲(Te)。作为将导电类型设定为p型的杂质，可使用例如碳(C)。n+型GaAs层1151和p+型GaAs层1152包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层1150的GaAs层1151和GaAs层1152以比GaAs单元1160高的浓度掺杂。隧道结层1150是为了使电流在GaAs单元1160的p型GaAs层1162和GaInPAs单元1120的n型Ga(x)InP(y)As层1123之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
在隧道结层1150和隧道结层1170之间形成GaAs单元1160。
GaAs单元1160包括p型Ga(x)InP层1161、p型GaAs层1162、n型GaAs层1163、和n型[Al(x)Ga](y)InP层1164。
Ga(x)InP层1161、GaAs层1162、GaAs层1163、和[Al(x)Ga](y)InP层1164以此顺序沉积在隧道结层1150的表面上。在实际的制造过程中，GaAs单元1160以例如颠倒的状态沉积在隧道结层1170上。
因此，在实际的制造过程中，例如，[Al(x)Ga](y)InP层1164、GaAs层1163、GaAs层1162、和Ga(x)InP层1161以此顺序沉积在隧道结层1170上。
Ga(x)InP层1161为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(BSF)层。GaAs单元1160的pn结包括在GaAs层1162和GaAs层1163中。[Al(x)Ga](y)InP层1164为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaAs单元1160可视为具有如下的单元：形成pn结的GaAs层1162和GaAs层1163、在GaInPAs单元1120的光入射侧上形成的[Al(x)Ga](y)InP层1164、和在光入射方向上的背侧上形成的Ga(x)InP层1161。
Ga(x)InP层1161作为所述BSF层使用，且因此Ga(x)InP层1161具有大于p型GaAs层1162和n型GaAs层1163的带隙(1.42eV)的带隙。作为Ga(x)InP层1161的杂质，可使用例如Zn。
通过使用例如Zn作为杂质，GaAs层162的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，GaAs层1163的导电类型变为n型。
GaAs层1162和GaAs层1163的带隙为1.42eV。
[Al(x)Ga](y)InP层1164作为窗口层使用。因此，[Al(x)Ga](y)InP层1164具有大于p型GaAs层1162和n型GaAs层1163的带隙(1.42eV)的带隙。
在第五实施方式中，[Al(x)Ga](y)InP层1164具有大于p型GaAs层1162和n型GaAs层1163的带隙(1.42eV)的带隙。作为[Al(x)Ga](y)InP层1164的杂质，可使用例如Si。
在GaAs单元1160和GaInP单元1180之间形成隧道结层1170。在图9的化合物半导体光伏电池1100中，在结合层1130和结合层1140之间的边界的上侧是通过以例如颠倒的状态顺序沉积各层而形成的。因此，隧道结层1170是沉积在GaInP单元1180上的。
隧道结层1170包括n型Ga(x)InP层1171和p型Al(x)GaAs层1172。作为将导电类型设定为n型的杂质，可使用例如碲(Te)。作为将导电类型设定为p型的杂质，可使用例如碳(C)。n型Ga(x)InP层1171和p型Al(x)GaAs层1172包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层1170的n型Ga(x)InP层1171和p型Al(x)GaAs层1172以比GaInP单元1180高的浓度掺杂。隧道结层1170是为了使电流在GaInP单元180的p型Ga(x)InP层1182和GaAs单元1160的n型GaAs层1163之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
在隧道结层1170和接触层1040A之间形成GaInP单元1180。
GaInP单元180包括p型Al(x)InP层1181、p型Ga(x)InP层1182、n型Ga(x)InP层1183、和n型Al(x)InP层1184。
Al(x)InP层1181、p型Ga(x)InP层1182、n型Ga(x)InP层1183、和n型Al(x)InP层1184以此顺序沉积在隧道结层1170的表面上。在实际的制造过程中，GaInP单元1180以例如颠倒的状态沉积在GaAs基底(未示出)上的GaAs接触层1040A上。
GaInP单元1180包括与GaAs晶格匹配的GaInP的晶体层。在实际的制造过程中，例如。Al(x)InP层1184、Ga(x)InP层1183、Ga(x)InP层1182、和Al(x)InP层1181以此顺序沉积。
Al(x)InP层1181为设置在光入射方向上的背侧上的背面电场(BSF)层。GaInP单元1180的pn结包括在Ga(x)InP层1182和Ga(x)InP层1183中。Al(x)InP层1184为设置在光入射方向上的前侧(光入射侧)上的窗口层。
这里，GaInP单元180可视为具有如下的单元：形成pn结的Ga(x)InP层1182和Ga(x)InP层1183、在GaInP单元1180的光入射侧上形成的Al(x)InP层1184、和在光入射方向上的背侧上形成的Al(x)InP层1181。
Al(x)InP层1181作为所述BSF层使用，且因此Al(x)InP层1181具有比p型Ga(x)InP层1182和n型Ga(x)InP层1183的带隙(1.9eV)大的带隙。作为Al(x)InP层1181的杂质，可使用例如Zn。
通过使用例如Zn作为杂质，Ga(x)InP层1182的导电类型变为p型。
通过使用例如Si作为杂质，Ga(x)InP层1183的导电类型变为n型。
Ga(x)InP层1182和Ga(x)InP层1183的带隙为1.9eV。
Al(x)InP层1184作为窗口层使用。因此，Al(x)InP层1184具有比p型Ga(x)InP层1182和n型Ga(x)InP层1183的带隙(1.9eV)大的带隙。
在第五实施方式中，Al(x)InP层1184具有比p型Ga(x)InP层1182和n型Ga(x)InP层1183的带隙(1.9eV)大的带隙。作为Al(x)InP层1184的杂质，可使用例如Si。
接触层1040A为沉积在GaInP单元1180上以与电极1050形成欧姆接触的层。作为接触层1040A，使用例如砷化镓(GaAs)层。
电极1050为由金属(例如Ti/Pt/Au)制成的薄膜，且在接触层1040A上形成。
接着，参照图10A至11B描述制造根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100的方法。
图10A至11B说明制造根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100的方法。
如图10A中所示，通过使用GaAs基底1020形成层状体1100A，和通过使用InP基底1110形成层状体1100B。GaAs基底1020为第二化合物半导体基底的实例。
这里，层状体1100A中包括的GaInP单元1180包括与GaAs晶格匹配且形成于GaAs基底1020上的GaInP的晶体层。进一步地，层状体1100B中包括的GaInPAs单元1120包括与InP晶格匹配且形成于InP基底1110上的GaInPAs的晶体层。
如以上描述的，层状体1100A的晶格常数不同于层状体1100B的晶格常数。根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池100是通过将层状体1100A直接结合至具有不同于层状体1100A的晶格常数的晶格常数的层状体1100B而制造的。
InP的晶格常数为约因此，以使得在InP基底1110上形成的GaInPAs单元1120具有与InP的晶格常数(约)非常接近的晶格常数的方式调节GaInPAs单元1120的组成。
进一步地，GaAs的晶格常数为约因此，以使得在GaAs基底1020上形成的GaAs单元1160和GaInP单元1180具有与InP的晶格常数(约)非常接近的晶格常数的方式调节GaAs单元1160和GaInP单元1180的组成。
层状体1100A是通过由金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在GaAs基底1020上沉积如下而形成的：Ga(x)InP蚀刻停止层1030、n+型GaAs接触层1040、GaInP单元1180、隧道结层1170、GaAs单元1160、隧道结层1150、和结合层1140。
这里，GaInP单元1180包括与GaAs晶格匹配的Al(x)InP层1184、Ga(x)InP层1183、Ga(x)InP层1182、和Al(x)InP层1181。Al(x)InP层1181为BSF层，和Al(x)InP层1184为窗口层。
隧道结层1170包括Al(x)GaAs层1172和Ga(x)InP层1171。
GaAs单元1160包括[Al(x)Ga](y)InP层1164、GaAs层1163、GaAs层1162、和Ga(x)InP层1161。Ga(x)InP层1161为BSF层，和[Al(x)Ga](y)InP层1164为窗口层。
进一步地，隧道结层1150包括GaAs层1151和GaAs层1152。
在层状体1100A的沉积(生长)中，其中存在GaAs基底1020的下侧为光入射侧，使得当将层状体1100A结合至层状体1100B时，层状体1100A被翻转而颠倒。在这点上，层状体1100A在图9中是向下生长的，这与正常的生长方向相反。
具体而言，所述层从具有较宽带隙的单元(即，GaInP单元1180)向具有较窄带隙的单元(即，GaAs单元1160)顺序生长。而最终，p侧变为下侧(在光入射方向上的背侧)。
层状体1100B通过由MOCVD方法在InP基底1110上生长(沉积)GaInPAs单元1120和结合层1130而形成。在图10A中的层状体1100B中，与InP基底1110侧相反的结合层1130侧为光入射侧。
GaInPAs单元1120从InP基底1110侧起包括InP层1121、Ga(x)InP(y)As层1122、Ga(x)InP(y)As层1123、和[Al(x)Ga](y)InAs层1124。InP层1121为BSF层，和[Al(x)Ga](y)InAs层1124为窗口层。
通过如此做，使用MOCVD方法通过外延生长形成层状体1100A和层状体1100B。
接着，如图10B中所示，将通过外延生长形成的层状体1100A和层状体1100B彼此直接结合。
在层状体1100A的结合层1140的表面和层状体1100B的结合层1130的表面上进行清洁过程和表面活化过程使得结合层1130直接结合至结合层1140。作为表面活化过程，在真空中在150℃的温度进行氮(N2)等离子体过程以进行结合。
通过如此做，形成图10B的层状体1100C。层状体1100C通过将翻转而处于颠倒状态的层状体1100A的结合层1140结合至层状体1100B的结合层1130而形成。
层状体1100C具有其中GaInPAs单元1120、结合层1130、结合层1140、隧道结层1150、GaAs单元1160、隧道结层1170、GaInP单元1180、GaAs接触层1040、Ga(x)InP蚀刻停止层1030、和GaAs基底1020顺序沉积在InP基底1110上的结构。
接着，从图10B的层状体1100C选择性地蚀刻GaAs基底1020和Ga(x)InP蚀刻停止层1030以得到图11A中的层状体100D。
GaAs基底1020和Ga(x)InP蚀刻停止层1030的蚀刻如以下描述的进行。
GaAs基底1020的蚀刻可通过，例如，使用硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物作为湿式蚀刻溶液而进行。硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物不溶解Ga(x)InP蚀刻停止层1030的GaInP。因此，通过Ga(x)InP蚀刻停止层1030使湿式蚀刻过程停止变为可能的。
Ga(x)InP蚀刻停止层1030可通过使用，例如，盐酸(HCl)和水(H2O)的混合物蚀刻。
通过如此做，可从层状体1100C蚀刻GaAs基底1020和Ga(x)InP蚀刻停止层1030(参见图10B)以形成层状体1100D(参见图11A)。
接着，在GaAs接触层1040上形成上电极1050(参见图9)，和在InP基底1110上形成下电极1010。
接触层40A是通过从接触层40(参见图11A)除去除了设置在上电极50正下方的部分以外的部分而形成的。
接触层1040A可通过，例如，使用硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物作为湿式蚀刻溶液而形成。硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、和水(H2O)的混合物不溶解Al(x)InP层1184的AlInP。因此，通过GaInP单元1180的Al(x)InP层1184使湿式蚀刻过程停止变为可能的。
通过如此做，形成根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100。图11B中的化合物半导体光伏电池1100与图9中的化合物半导体光伏电池1100相同。
化合物半导体光伏电池1100具有其中太阳光在带隙较宽的单元侧(即，GaInP单元1180侧)入射的结构。优选在其中太阳光入射的Al(x)InP层1184的表面上设置抗反射膜。在图11B中省略抗反射膜。
在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，作为在InP基底1110上形成的GaInPAs单元1120的窗口层，形成具有1.5eV带隙的[Al(x)Ga](y)InAs层1124，和作为在GaInPAs单元1120上形成的结合层1130，形成GaInP结合层。
用作结合层1130的GaInP结合层具有10％Ga组成、0.7％拉伸应变、和1.42eV带隙。结合层1130的带隙(1.42eV)被设定为大于或等于在光入射方向上在光入射侧上与结合层1130相邻的GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
即，用作结合层1130的Ga(x)InP层具有以上描述的带隙，以将光引导至在结合层1130在光入射方向上的背侧中的GaInPAs单元1120，所述光透射通过GaAs单元1160(其为在光入射方向上在光入射(上游)侧中与结合层1130相邻的光电转换单元)而未被GaAs单元1160吸收。
进一步地，由于类似的原因，隧道结层1150和结合层1140的带隙被设定为等于GaAs单元1160的带隙。
为了确保透射通过结合层1130的光到达GaInPAs单元1120的Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123，作为GaInPAs单元1120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层1124的带隙被设定为1.5eV(其大于GaAs单元1160的带隙)。
在相关技术中，使用InP层(1.35eV)作为将晶片彼此结合的结合层。
这里，例如，如果类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，使用InP层作为结合层1130，则透射通过GaAs单元1160(1.42eV)的光的一部分被吸收，因为InP的带隙为1.35eV。
当透射通过GaAs单元1160(1.42eV)的光的一部分如以上描述被吸收时，发生能量损失，其为化合物半导体光伏电池的效率降低的原因。
另一方面，在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，为了防止能量损失的发生，使用具有大于或等于GaAs单元1160、隧道结层1150、和结合层1140的带隙的带隙的Ga(x)InP层作为结合层1130。
因此，根据第五实施方式，提供其中效率提升的化合物半导体光伏电池1100和制造化合物半导体光伏电池1100的方法变为可能的。
进一步地，在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，除了如以上描述的设定结合层1130的带隙以外，还将作为GaInPAs单元1120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层1124的带隙设定为1.5eV(其大于GaAs单元1160的带隙)。
通过如此做，提供其中效率提升的化合物半导体光伏电池1100变为可能的。
进一步地，在以上描述中，描述了其中隧道结层1150和结合层1140的带隙与GaAs单元1160的带隙(1.42eV)相同的情况。然而，隧道结层1150和结合层1140的带隙可大于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
在这样的情况下，用作结合层1130的Ga(x)InP层的带隙大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
当隧道结层1150和结合层1140的带隙大于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)时，透射通过GaAs单元1160的光被引导至包括GaInP层的结合层1130，而不被隧道结层1150和结合层1140吸收。
因此，当包括GaInP层的结合层1130的带隙大于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)时，光不被包括GaInP层的结合层1130吸收，使得透射通过隧道结层1150和结合层1140的光可被有效地引导至GaInPAs单元1120。
进一步地，将具有拉伸应变的GaInP层(结合层1130)形成得比其中发生晶格弛豫的GaInP层薄。
除了具有拉伸应变的GaInP以外，作为具有大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)的带隙且能够在InP基底1110上生长的材料，还使用GaPSb。
因此，作为结合层1130，可使用GaPSb层代替以上描述的GaInP层。在此情况下，调节组成使得GaPSb层具有大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)的带隙
进一步地，例如，Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、和Al(In)Psb为这样的材料：其具有使得带隙大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)的组成且可在InP基底1110上生长。
因此，可使用由例如Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、或Al(In)PSb形成的薄膜代替作为GaInPAs单元1120的窗口层的[Al(x)Ga](y)InAs层1124。
在此情况下，调节组成使得代替[Al(x)Ga](y)InAs层1124使用的由例如Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb、或Al(In)PSb形成的薄膜的带隙大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)。
这里，使用表达方式“(Ga)”，因为各组成Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、和Al(Ga)PSb可包括Ga或可不包括Ga。即，“Al(Ga)InAs”表示AlGaInAs和AlInAs，“Al(Ga)AsSb”表示AlGaAsSb和AlAsSb，且“Al(Ga)PSb”表示AlGaPSb和AlPSb。
这里，使用表达方式“(In)”，因为组成Al(In)PSb可包括In或可不包括In。即，“Al(In)PSb”表示AlInPSb和AlPSb。
在三结光伏电池例如根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，OYOBUTURI Vol.79,No.5,2010第436页描述了作为三个单元的带隙的组合，值“1.9eV/1.42eV/1.0eV”和“1.7eV/1.2eV/0.67eV”相对于相关技术中的三结光伏电池的值“1.88eV/1.4eV/0.67eV”是优选的。
然而，用单个晶格常数难以具有这样的如以上描述的组合带隙。
在这点上，根据第五实施方式，化合物半导体光伏电池1100是通过使用直接结合方法结合两个具有不同晶格常数的单元(即，层状体1100A和层状体1100B，参见图10A)而形成的。通过如此做，变得较容易形成包括具有不同晶格常数的单元的化合物半导体光伏电池1100。
在以上描述中，描述了其中在InP基底1110和GaAs基底1020上通过MOCVD方法形成单元的情况。然而，所述单元可通过分子束外延(MBE)方法形成。
而且，在以上描述中，描述了其中通过使用分别使用InP基底1110和GaAs基底1020的层状体1100A和层状体1100B形成化合物半导体光伏电池1100的情况。然而，可使用不同于InP基底1110和GaAs基底1020的组合的任何组合。
例如，可使用任何组合包括，例如，Ge基底和InP基底、GeSb基底和GaAs基底、GaSb基底和Ge基底、Si基底和Ge基底、以及Si基底和GaAs基底，以形成层状体1100B和层状体1100A。
进一步地，在以上描述中，描述了其中层状体1100A和1100B直接结合的情况。然而，层状体1100A和1100B可如图12中所示的机械地结合。
进一步地，在以上描述中，描述了其中GaInPAs单元1120用作基于InP晶格匹配的材料单元的情况。然而，基于InP晶格匹配的材料单元不限于GaInPAs单元1120。例如，可使用以GaIn(P)As表达的单元。
这里，使用表达方式“(P)”，因为组成GaIn(P)As可包括P或可不包括P。即，“GaIn(P)As”表示GaInPAs和GaInAs。因此，可使用GaInAs单元代替GaInPAs单元1120。
进一步地，在以上描述中，描述了其中GaInP单元1180用作基于GaAs晶格匹配的材料单元的情况。然而，基于GaAs晶格匹配的材料单元不限于GaInP单元1180。可使用以(Al)GaInP(As)表达的单元。
这里，使用表达方式“(Al)”和“(As)”，因为组成(Al)GaInP(As)可包括Al或可不包括Al和可包括Al和可不包括As。即，“(Al)GaInP(As)”表示AlGaInP、GaInPAs、和GaInP。因此，AlGaInP单元或GaInPAs单元可代替GaInP单元1180使用。
图12为根据第五实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池1101的截面图。
在根据第五实施方式的第一改型实例的化合物半导体光伏电池1101中，图9的结合层1130和结合层1140彼此机械地结合。
在图12的化合物半导体光伏电池1101中，结合层1130和结合层1140经由固定部件1102结合。作为固定部件1102，可使用Pd纳米粒子阵列。
所述Pd纳米粒子阵列利用嵌段共聚物的分离排列使导电性纳米粒子在结界面上自排列。Pd、Au、Pt、Ag等的纳米排列可能的。旋涂嵌段共聚物的稀溶液，使所述嵌段共聚物自排列，并将所述嵌段共聚物暴露于包括金属离子例如Pd2+(钯离子)的水溶液，使得在所述嵌段共聚物中选择性地形成金属离子。然后，辐射Ar(氩)等离子体，使得嵌段共聚物模板被除去，且形成自排列的纳米粒子阵列。光透射通过没有纳米粒子的部分。通过使用钯纳米粒子阵列，已经透射通过GaAs单元1160的光可被有效地引导至GaInPAs单元1120。
用形成于结合层1130或结合层1140上的Pd纳米粒子阵列，结合层1130和结合层1140彼此结合以形成化合物半导体光伏电池1101。
固定部件1102为固定单元的实例。用固定部件1102机械地结合两个层状体的方法称为“机械堆叠”。
固定部件1102不限于Pd纳米粒子阵列。例如，固定部件102可为包括另外的金属(例如，Au)的纳米粒子阵列或可为另外的机械手段。
化合物半导体光伏电池1101包括表面层1130A和1140A代替结合层1130和1140。表面层1130A和1140A类似于结合层1130和1140，但未彼此直接结合。因此，在图12中所述层称为“表面层1130A和1140A”。
如以上描述的，在化合物半导体光伏电池1101中，结合层1130和1140用固定部件1102结合。因此，不必包括在GaAs单元1160和结合层1140之间的隧道结层1150(参见图9)，使得GaAs单元1160直接结合至结合层1140。
如以上描述的，包括GaInPAs单元1120的层状体可通过机械堆叠结合至包括GaAs单元1160和GaInP单元1180的层状体。
进一步地，根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100还可如图13中所示的改型。
图13为根据第五实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池1103的截面图。
根据第五实施方式的第二改型实例的化合物半导体光伏电池1103包括电极1010、InP基底1110、GaInPAs单元1120、结合层1130、隧道结层1150A、GaAs单元1160、隧道结层1170、GaInP单元1180、接触层1040A、和电极1050。
在化合物半导体光伏电池1103中，从化合物半导体光伏电池1100除去结合层1140和n+型GaAs层1151，使得结合层1130直接结合至p+型GaAs层1152。图13中的隧道结层1150A类似于图9中的p+型GaAs层1152。在这样的化合物半导体光伏电池1103中，在结合层1130和隧道结层1150A之间形成隧道结。
在图9的根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中，当隧道结层1150和结合层1140的带隙大于或等于GaAs单元1160的带隙(1.42eV)时，透射通过GaAs单元1160的光被引导至结合层1130，而不被隧道结层1150和结合层1140吸收。
然而，即使在其中光由于波长而可被GaAs单元1160吸收的情况下，如果设置在隧道结层1150的光入射侧上且用作吸收层的GaAs单元1160为薄的，使得入射光不能被充分地吸收，则透射通过GaAs单元1160的光被隧道结层1150和结合层1140吸收，从而影响效率。
进一步地，在具有多个单元的多结光伏电池的情况下，为了使可从所述多个单元取出的电流的值相等，可薄薄地形成所述多个单元的任意，使得具有可吸收波长的光可透射通过其且在光入射方向上的背侧中的单元可吸收光。进一步地，期望多结光伏电池的总厚度尽可能多地减少。
因此，通过除去图9的结合层1140和n+型GaAs层1151使得如图13中所示的通过结合层1130和隧道结层1150A形成隧道结，提供与图9的化合物半导体光伏电池1100相比具有较小厚度和能够较多地减少光吸收的化合物半导体光伏电池1103变为可能的。
第六实施方式
在第五实施方式中，形成包括GaInP单元1180、GaAs单元1160、和GaInPAs单元1120的三结型化合物半导体光伏电池1100。其三个光电转换单元的带隙的组合为1.9eV/1.42eV/1.0eV。
在第六实施方式中，通过向GaInP单元1180、GaAs单元1160、和GaInPAs单元1120添加GaInAs单元(0.75eV)，提供四结型化合物半导体光伏电池1200。其四个光电转换单元的带隙的组合为1.9eV/1.42eV/1.0eV/0.75eV。
图14为根据第六实施方式的化合物半导体光伏电池1200的截面图。在下面，重复使用相同的标记符号以描述与在第五实施方式中的化合物半导体光伏电池1100中的那些相同的构成元件，且可省略其重复描述。
化合物半导体光伏电池1200包括电极1010、InP基底1110、GaInAs单元1210、隧道结层1220、GaInPAs单元1120、结合层1130、结合层1140、隧道结层1150、GaAs单元1160、隧道结层1170、GaInP单元1180、接触层1040A、和电极1050。
根据第六实施方式的化合物半导体光伏电池1200为其中GaInAs单元1210(0.75eV)、GaInPAs单元1120(1.0eV)、GaAs单元1160(1.42eV)、GaInP单元1180(1.9eV)串联连接的四结光伏电池。
这里，GaInAs单元1210和GaInPAs单元1120为由第一化合物半导体材料形成的多个第一光电转换单元的实例。
在图14中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，从GaInP单元1180向GaInAs单元1210的方向)上入射。
IEEE Document(Processing of the 28th IEEE Photovoltaic SpecialistsConference(2009)pp.1090-1093)描述了四结光伏电池优选具有约1.9eV/1.4eV/1.0eV/0.7eV组合的带隙平衡。
在化合物半导体光伏电池1200中，在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100的InP基底1110和GaInPAs单元1120之间形成GaInAs单元1210和隧道结层1220。
GaInAs单元1210包括p型InP层1211、p型Ga(x)InAs层1212、n型Ga(x)InAs层1213、和n型InP层1214。InP层1211为BSF层，和InP层1214为窗口层。
这里，GaInAs单元1210可视为不包括InP层1211和InP层1214使得仅包括Ga(x)InAs层1212和Ga(x)InAs层1213的单元。在此情况下，设想在包括Ga(x)InAs层1212和Ga(x)InAs层1213的GaInAs单元1210的光入射侧上形成InP层1214，且在GaInAs单元1210在光入射方向上的背侧上形成InP层1211。
p型Ga(x)InAs层1212和n型Ga(x)InAs层1213的带隙为0.75eV。
在GaInPAs单元1120和GaInAs单元1210之间形成隧道结层1220。隧道结层1220包括n+型InP层1221和p+型Al(x)InAs层1222。
作为将InP层1221的导电类型设定为n+型的杂质，可使用例如硅(Si)。作为将Al(x)InAs层1222的导电类型设定为p+型的杂质，可使用例如碳(C)。n+型InP层1221和p+型Al(x)InAs层1222包括以高浓度掺杂的薄的pn结。
隧道结层1220的n+型InP层1221和p+型Al(x)InAs层1222以比GaInPAs单元1120高的浓度掺杂。隧道结层1220是为了使电流在GaInPAs单元1120的p型Ga(x)InP(y)As层1122和GaInAs单元1210的n型Ga(x)InAs层1213之间(通过隧道结)流动而形成的结层。
根据第六实施方式的化合物半导体光伏电池1200通过作为InP单元1180、GaAs单元1160、GaInPAs单元1120、和GaInAs单元1210的四个光电转换单元而具有带隙1.9eV/1.42eV/1.0eV/0.75eV的组合。
因此，根据第六实施方式，提供具有比根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100高的能量转换效率的化合物半导体光伏电池1200变为可能的。
进一步地，类似于第五实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层1140和n+型GaAs层1151以通过结合层1130和p+型GaAs层1152形成隧道结，可使图14的化合物半导体光伏电池1200的厚度减少和使光吸收与图14的化合物半导体光伏电池1200相比减少。
第七实施方式
图15为根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300的截面图。
在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300中，使用具有1.5％的In组成和0.1％的变形(应变)的GaInAs单元160(1.40eV)代替根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中的GaAs单元1160(1.42eV)。
进一步地，在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300中，根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100中的结合层1130和[Al(x)Ga](y)InAs层1124(图9)分别由结合层1330和a Ga(x)InP层1324替代。
根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300包括电极1010、InP基底1110、GaInPAs单元1320、结合层1330、结合层1140、隧道结层1150、GaInAs单元1360、隧道结层1170、GaInP单元1180、接触层1040A、和电极1050。
这里，GaInPAs单元1320为基于InP的光电转换单元，和GaInAs单元1360为基于GaAs的光电转换单元。
GaInPAs单元1320包括InP层1121、Ga(x)InP(y)As层1122、Ga(x)InP(y)As层1123、和Ga(x)InP层1324。即，在GaInPAs单元1320中，第五实施方式中的GaInPAs单元1120的[Al(x)Ga](y)InAs层1124由Ga(x)InP层1324替代。Ga(x)InP层1324的带隙为1.40eV。
作为结合层1330，使用具有7％Ga组成和具有0.5％拉伸应变的GaInP层。GaInP层的带隙为1.40eV。即，结合层1330为具有比第五实施方式中的结合层1130(具有10％Ga组成)少的Ga组成的层。
GaInAs单元1360包括p型Ga(x)InP层1161、p型Ga(x)InAs层1362、n型Ga(x)InAs层1363、和n型[Al(x)Ga](y)InP层1164。
在GaInAs单元1360中，GaAs单元1160(图9)的用于光电转换的pn结层由具有1.5％的In组成、0.1％的变形(应变)、和1.40eV的带隙的Ga(x)InAs层1362和Ga(x)InAs层1363替代。
当GaInAs单元1360具有相对于GaAs基底1020约0.1％的变形(应变)时，GaInAs单元1360可生长成具有作为吸收层的足够的厚度。
在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300中，形成具有1.4eV带隙的Ga(x)InP层1324作为在InP基底1110上形成的GaInPAs单元1320的窗口层，且形成具有1.40eV带隙的GaInP结合层作为其上形成的结合层1330。
作为结合层1330形成的GaInP结合层具有7％Ga组成和具有0.5％拉伸应变。GaInP结合层的带隙为1.40eV。结合层1330的带隙(1.40eV)被设定为大于或等于作为在光入射侧上与结合层1330相邻的光电转换单元的GaInAs单元1360的带隙(1.40eV)。
即，用作结合层1330的Ga(x)InP层具有上述带隙，使得透射通过GaInAs单元1360(其为设置在光入射方向上的光入射侧(上游侧)上的相邻的光电转换单元)而未在其中吸收的光被引导至设置在光入射方向上的其背侧上的GaInPAs单元1320。
进一步地，隧道结层1150和结合层1140的带隙为1.42eV，其大于GaInAs单元1360的带隙(1.40eV)。
进一步地，为了确保透射通过结合层1330的光到达GaInPAs单元1320的Ga(x)InP(y)As层1122和Ga(x)InP(y)As层1123，作为GaInPAs单元1320的窗口层的Ga(x)InP层1324的带隙被设定为1.40eV(其等于GaInAs单元1360的带隙)。
在相关技术中，使用InP层(1.35eV)作为结合晶片的结合层。
这里，例如，类似于相关技术中的化合物半导体光伏电池，当使用InP层作为结合层1330时，由于InP的带隙为1.35eV，透射通过GaInAs单元1360(1.40eV)的太阳光的一部分被吸收。
当透射通过GaInAs单元1360(1.40eV)的太阳光的一部分被InP层吸收时，发生能量损失，其为化合物半导体光伏电池的效率降低的原因。
另一方面，在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300中，为了防止能量损失的发生，使用具有与GaInAs单元1360的带隙相等的带隙的Ga(x)InP层作为结合层1330。
通过如此做，根据第七实施方式，提供具有较高效率的化合物半导体光伏电池1300和制造化合物半导体光伏电池1300的方法变为可能的。
进一步地，在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300，除了如以上描述的设定结合层1330的带隙以外，还将作为GaInPAs单元1320的窗口层的GaInAs层1324的带隙设定为1.40eV(其等于GaInAs单元1360的带隙)。
通过如此做，提供其中效率提升的化合物半导体光伏电池1300变为可能的。
进一步地，类似于第五实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层1140和n+型GaAs层1151以通过结合层1130和p+型GaAs层1152形成隧道结，可减少图15的化合物半导体光伏电池1300的厚度和光吸收。
进一步地，在第七实施方式中，描述了如下情况：作为在其中带隙较大的侧上的单元，基于GaAs晶格匹配的材料在GaAs基底1020上生长。然而，可使用锗(Ge)基底代替GaAs基底1020且基于Ge晶格匹配的材料可在Ge基底上生长。
在此情况下，虽然Ge的晶格常数略大于GaAs的晶格常数，例如，待在GaAs基底上形成的材料的组成可针对晶格匹配改变。尤其是，待与Ge晶格匹配的GaInAs的In组成为约1％。因此，与在GaAs基底上相比，第七实施方式中的具有1.5％的In组成的GaInAs单元1360可更容易地在Ge基底上生长。
第八实施方式
图16为根据本发明第八实施方式的化合物半导体光伏电池1400的截面图。
根据第八实施方式的化合物半导体光伏电池1400为通过在根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300的InP基底1110和GaInPAs单元1320之间形成GaInAs单元1210和隧道结层1220而形成的四结光伏电池。
该关系与其中通过在根据第五实施方式的化合物半导体光伏电池1100的InP基底1110和GaInPAs单元1120之间形成GaInAs单元1210和隧道结层1220而形成根据第六实施方式的四结型化合物半导体光伏电池1200的关系类似。
在下面，重复使用相同的标记符号以描述与在第五至第七实施方式中的那些相同的构成元件，且可省略其重复描述。
根据第八实施方式的化合物半导体光伏电池1400包括电极1010、InP基底1110、GaInAs单元1210、隧道结层1220、GaInPAs单元1320、结合层1330、结合层1140、隧道结层1150、GaInAs单元1360、隧道结层1170、GaInP单元1180、接触层1040A、和电极1050。
作为其四个光电转换单元的GaInP单元1180、GaInAs单元1160、GaInAs单元1360、和GaInAs单元1210的带隙的组合为1.9eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV。
根据第八实施方式的化合物半导体光伏电池1400为其中GaInAs单元1210(0.75eV)、1GaInPAs单元1320(1.0eV)、GaInAs单元1360(1.40eV)、和GaInP单元1180(1.9eV)串联连接的四结光伏电池。
在图16中，光在图中从上侧向下侧的方向(即，在从GaInP单元1180向GaInAs单元1210的方向)上入射。
根据第八实施方式的化合物半导体光伏电池1400通过作为GaInP单元1180、GaInAs单元1360、GaInPAs单元1320、和GaInAs单元1210的四个光电转换单元而具有带隙1.9eV/1.40eV/1.0eV/0.75eV的组合。
因此，根据第八实施方式，提供具有比根据第七实施方式的化合物半导体光伏电池1300高的能量转换效率的化合物半导体光伏电池1400变为可能的。
进一步地，类似于第五实施方式的第二改型实例的情况，通过除去结合层1140和n+型GaAs层1151以通过结合层1130和p+型GaAs层1152形成隧道结，可减少图16的化合物半导体光伏电池1400的厚度和可减少光吸收。
进一步地，在第八实施方式中，描述了如下情况：作为在其中带隙较大的侧上的单元，基于GaAs晶格匹配的材料在GaAs基底1020上生长。然而，可使用锗(Ge)基底代替GaAs基底1020且基于Ge晶格匹配的材料可在Ge基底上生长。
在此情况下，虽然Ge的晶格常数略大于GaAs的晶格常数，例如，待在GaAs基底上形成的材料的组成可针对晶格匹配改变。尤其是，待与Ge晶格匹配的GaInAs的In组成为约1％。因此，与在GaAs基底上相比，第七实施方式中的具有1.5％的In组成的GaInAs单元1360可更容易地在Ge基底上生长。
如以上描述的，对根据实施方式的化合物半导体光伏电池和制造化合物半导体光伏电池的方法进行了描述。然而，本发明不限于具体描述的实施方式，且可在不偏离本发明范围的情况下做出变化和改型。
本申请基于如下和要求如下的优先权权益：2013年3月14日提交的日本优先权专利申请No.2013-052519、2013年7月16日提交的日本优先权专利申请No.2013-147485、2013年12月27日提交的日本优先权专利申请No.2013-272522、和2014年1月10日提交的日本优先权专利申请No.2014-002832，其全部内容通过援引纳入本文。
标记符号的描述
100：化合物半导体光伏电池
10：电极
20：GaAs基底
30：InP蚀刻停止层
40：GaAs接触层
40A：接触层
50：电极
110：InP基底
120：GaInAs单元
130：结合层
140：结合层
150：隧道结层
160：GaInAs单元
170：隧道结层
180：GaInP单元
200：化合物半导体光伏电池
210：GaInAs单元
220：隧道结层
300：化合物半导体光伏电池
320：GaInPAs单元
330：结合层
400：化合物半导体光伏电池
1100：化合物半导体光伏电池
1010：电极
1020：GaAs基底
1030：InP蚀刻停止层
1040：GaAs接触层
1040A：接触层
1050：电极
1110：InP基底
1120：GaInAs单元
1130：结合层
1140：结合层
1150：隧道结层
1160：GaInAs单元
1170：隧道结层
1180：GaInP单元
1200：化合物半导体光伏电池
1210：GaInAs单元
1220：隧道结层
1300：化合物半导体光伏电池
1320：GaInPAs单元
1330：结合层
1400：化合物半导体光伏电池
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Proceedings of the 29st IEEE Photovoltaic SpecialistsConference(2010)pp.412-417.
非专利文献2：Applied Physics letters,101,191111(2012).
非专利文献3：Applied Physics letters,89,102106(2006).
专利文献
专利文献1：日本待审专利公开No.2002-289884.
专利文献：US专利申请公开No.2012/0138116.
Claims (19)
1.化合物半导体光伏电池，其包括：
InP基底；
一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料制成且堆叠在所述InP基底上；
结合层，其由第二化合物半导体材料制成且堆叠在所述一个或多个第一光电转换单元上；和
一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料制成，经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上，
其中所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，
其中，当所述一个或多个第二光电转换单元的数量为一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述一个第二光电转换单元的带隙，且当所述一个或多个第二光电转换单元的数量大于一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的至少一个的带隙，
其中所述一个或多个第一光电转换单元中设置在光入射方向上最前侧的第一光电转换单元是基于InP的光电转换单元，
其中所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元是基于GaAs的光电转换单元，
其中第一光电转换单元堆叠在InP基底上，第一光电转换单元与InP基底是晶格匹配的，和
其中堆叠在第一光电转换单元上的结合层是相对于InP基底和第一光电转换单元具有拉伸应变的GaInP层。
2.根据权利要求1的化合物半导体光伏电池，
其中所述结合层的带隙大于或等于在光入射方向上与所述结合层相邻的所述第二光电转换单元的带隙。
3.根据权利要求1的化合物半导体光伏电池，
其中所述结合层在所述一个或多个第二光电转换单元和所述一个或多个第一光电转换单元之间形成隧道结，所述一个或多个第二光电转换单元与所述结合层相邻且设置在所述结合层在光入射方向上的光入射侧上，所述一个或多个第一光电转换单元与所述结合层相邻且设置在所述结合层在光入射方向上的背侧上。
4.化合物半导体光伏电池，其包括：
InP基底；
一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料制成且堆叠在所述InP基底上；
表面层，其由第二化合物半导体材料制成且堆叠在所述一个或多个第一光电转换单元上；
一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料制成，设置在所述表面层和所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上，且与所述表面层隔开距离，和
固定单元，其将所述一个或多个第一光电转换单元和所述表面层的层状体固定至所述一个或多个第二光电转换单元，
其中所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，
其中，当所述一个或多个第二光电转换单元的数量为一个时，所述表面层的带隙大于或等于所述一个第二光电转换单元的带隙，且当所述一个或多个第二光电转换单元的数量大于一个时，所述表面层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的至少一个的带隙，
其中所述一个或多个第一光电转换单元中设置在光入射方向上最前侧的第一光电转换单元是基于InP的光电转换单元，
其中所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元是基于GaAs的光电转换单元，
其中第一光电转换单元堆叠在InP基底上，第一光电转换单元与InP基底是晶格匹配的，和
其中堆叠在第一光电转换单元上的表面层是相对于InP基底和第一光电转换单元具有拉伸应变的GaInP层。
5.根据权利要求4的化合物半导体光伏电池，
其中所述表面层的带隙大于或等于在光入射方向上与所述表面层相邻的所述第二光电转换单元的带隙。
6.根据权利要求1-4中任一项的化合物半导体光伏电池，
其中所述一个或多个第一光电转换单元包括设置在光入射方向上光入射侧上的窗口层，所述窗口层具有大于或等于所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元的带隙的带隙。
7.根据权利要求6的化合物半导体光伏电池，
其中所述窗口层是由GaInP、GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb和Al(In)PSb的任一种制成的。
8.根据权利要求1-4中任一项的化合物半导体光伏电池，
其中所述一个或多个第二光电转换单元包括相对于GaAs基底具有压缩应变的GaInAs单元。
9.根据权利要求1-4中任一项的化合物半导体光伏电池，
其中所述化合物半导体光伏电池是由基于所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的至少三个光电转换单元组成的多结单元，所述至少三个光电转换单元在层叠方向上光学地串联结合。
10.根据权利要求9的化合物半导体光伏电池，其包括：
包括(Al)GaInP(As)的基于GaAs或Ge晶格匹配的材料单元；和
包括GaIn(P)As的基于InP晶格匹配的材料单元。
11.化合物半导体光伏电池，其包括：
化合物半导体基底；
一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料制成且堆叠在所述化合物半导体基底上；
结合层，其由第二化合物半导体材料制成且堆叠在所述一个或多个第一光电转换单元上；和
一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料制成，经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上，
其中所述化合物半导体基底为InP基底，
其中所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，
其中所述一个或多个第二光电转换单元包括相对于GaAs基底具有压缩应变的GaInAs单元，
其中所述一个或多个第一光电转换单元中设置在光入射方向上最前侧的第一光电转换单元是基于InP基底晶格匹配的光电转换单元，
其中所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元是基于GaAs或Ge基底晶格匹配的光电转换单元，
其中第一光电转换单元堆叠在InP基底上，第一光电转换单元与InP基底是晶格匹配的，和
其中堆叠在第一光电转换单元上的结合层是相对于InP基底和第一光电转换单元具有拉伸应变的GaInP层。
12.根据权利要求11的化合物半导体光伏电池，
其中所述结合层在所述一个或多个第二光电转换单元和所述一个或多个第一光电转换单元之间形成隧道结，所述一个或多个第二光电转换单元与所述结合层相邻且设置在所述结合层在光入射方向上的光入射侧上，所述一个或多个第一光电转换单元与所述结合层相邻且设置在所述结合层在光入射方向上的背侧上。
13.化合物半导体光伏电池，其包括：
化合物半导体基底；
一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料制成且堆叠在所述化合物半导体基底上；
表面层，其由第二化合物半导体材料制成且堆叠在所述一个或多个第一光电转换单元上；
一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料制成，设置在所述表面层和所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上，且与所述表面层隔开距离，和
固定单元，其将所述一个或多个第一光电转换单元和所述表面层的层状体固定至所述一个或多个第二光电转换单元，
其中所述化合物半导体基底为InP基底，
其中所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，
其中所述一个或多个第二光电转换单元包括相对于GaAs基底具有压缩应变的GaInAs单元，
其中所述一个或多个第一光电转换单元中设置在光入射方向上最前侧的第一光电转换单元是基于InP基底晶格匹配的光电转换单元，
其中所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元是基于GaAs或Ge基底晶格匹配的光电转换单元，
其中第一光电转换单元堆叠在InP基底上，第一光电转换单元与InP基底是晶格匹配的，和
其中堆叠在第一光电转换单元上的表面层是相对于InP基底和第一光电转换单元具有拉伸应变的GaInP层。
14.根据权利要求11或13的化合物半导体光伏电池，
其中所述一个或多个第一光电转换单元包括设置在光入射方向上光入射侧上的窗口层，所述窗口层具有大于或等于所述一个或多个第二光电转换单元中设置在光入射方向上最背侧的第二光电转换单元的带隙的带隙。
15.根据权利要求14的化合物半导体光伏电池，
其中所述窗口层是由GaInP、GaPSb、Al(Ga)InAs、Al(Ga)AsSb、Al(Ga)PSb和Al(In)PSb的任一种制成的。
16.根据权利要求11-13中任一项的化合物半导体光伏电池，
其中所述化合物半导体光伏电池是包括基于所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的至少三个光电转换单元的多结单元，所述至少三个光电转换单元在层叠方向上光学地串联结合。
17.根据权利要求16的化合物半导体光伏电池，
其中所述多结单元包括所述第二光电转换单元的至少两个，
其中所述至少两个第二光电转换单元的一个为GaInAs单元，且所述至少两个第二光电转换单元的另一个为具有不同于所述GaInAs单元的晶格常数的晶格常数的单元。
18.根据权利要求16的化合物半导体光伏电池，
其中所述第二光电转换单元的数量为两个或更多个，且
其中所述两个或更多个第二光电转换单元的一个为相对于GaAs基底具有压缩应变的GaInAs单元，且所述两个或更多个第二光电转换单元的另一个为与所述GaAs基底晶格匹配的单元。
19.根据权利要求16的化合物半导体光伏电池，其包括：
包括(Al)GaInP(As)的基于GaAs或Ge晶格匹配的材料单元；和
包括GaIn(P)As的基于InP晶格匹配的材料单元。
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013-052519 | 2013-03-14 | ||
| JP2013052519 | 2013-03-14 | ||
| JP2013-147485 | 2013-07-16 | ||
| JP2013147485 | 2013-07-16 | ||
| JP2013272522A JP2015038952A (ja) | 2013-07-16 | 2013-12-27 | 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法 |
| JP2013-272522 | 2013-12-27 | ||
| JP2014002832A JP6446782B2 (ja) | 2013-03-14 | 2014-01-10 | 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法 |
| JP2014-002832 | 2014-01-10 | ||
| PCT/JP2014/057424 WO2014142340A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-03-12 | Compound semiconductor photovoltaic cell and manufacturing method of the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105190911A CN105190911A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105190911B true CN105190911B (zh) | 2018-04-20 |
Family
ID=54842943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480025224.6A Active CN105190911B (zh) | 2013-03-14 | 2014-03-12 | 化合物半导体光伏电池和其制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160005911A1 (zh) |
| EP (1) | EP2973745B1 (zh) |
| CN (1) | CN105190911B (zh) |
| TW (1) | TWI583012B (zh) |
| WO (1) | WO2014142340A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014123712A (ja) | 2012-11-26 | 2014-07-03 | Ricoh Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JP6248623B2 (ja) | 2013-02-18 | 2017-12-20 | 株式会社リコー | 反応材及びケミカルヒートポンプ |
| JP6550691B2 (ja) | 2013-07-30 | 2019-07-31 | 株式会社リコー | 化合物半導体太陽電池 |
| JP2016082041A (ja) * | 2014-10-15 | 2016-05-16 | 株式会社リコー | 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法 |
| JP2016105475A (ja) | 2014-11-25 | 2016-06-09 | 株式会社リコー | 集光型太陽電池 |
| KR101783971B1 (ko) * | 2016-11-22 | 2017-10-10 | 한국표준과학연구원 | 금속 디스크 어레이를 구비한 적층형 태양전지 |
| KR101957801B1 (ko) * | 2017-11-28 | 2019-07-04 | 한국표준과학연구원 | 플렉서블 이중접합 태양전지 |
| EP3799136B1 (de) * | 2019-09-27 | 2023-02-01 | AZUR SPACE Solar Power GmbH | Monolithische mehrfachsolarzelle mit genau vier teilzellen |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5769964A (en) * | 1996-08-29 | 1998-06-23 | The United States Of America As Reprresented By The United States Department Of Energy | Bulk single crystal ternary substrates for a thermophotovoltaic energy conversion system |
| CN101859813A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-10-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池的制作方法 |
| CN102484150A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-05-30 | 独立行政法人产业技术综合研究所 | 多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置及其制造方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4963949A (en) * | 1988-09-30 | 1990-10-16 | The United States Of America As Represented Of The United States Department Of Energy | Substrate structures for InP-based devices |
| US5019177A (en) * | 1989-11-03 | 1991-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Monolithic tandem solar cell |
| US5183779A (en) * | 1991-05-03 | 1993-02-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for doping GaAs with high vapor pressure elements |
| US8173891B2 (en) * | 2002-05-21 | 2012-05-08 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Monolithic, multi-bandgap, tandem, ultra-thin, strain-counterbalanced, photovoltaic energy converters with optimal subcell bandgaps |
| US11211510B2 (en) * | 2005-12-13 | 2021-12-28 | The Boeing Company | Multijunction solar cell with bonded transparent conductive interlayer |
| US9117966B2 (en) * | 2007-09-24 | 2015-08-25 | Solaero Technologies Corp. | Inverted metamorphic multijunction solar cell with two metamorphic layers and homojunction top cell |
| TWI349371B (en) * | 2007-02-13 | 2011-09-21 | Epistar Corp | An optoelectronical semiconductor device having a bonding structure |
| US20130139877A1 (en) * | 2007-09-24 | 2013-06-06 | Emcore Solar Power, Inc. | Inverted metamorphic multijunction solar cell with gradation in doping in the window layer |
| US20090188561A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Emcore Corporation | High concentration terrestrial solar array with III-V compound semiconductor cell |
| JP5158807B2 (ja) * | 2009-02-10 | 2013-03-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光電変換素子およびその製造方法 |
| US20120138130A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-06-07 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Tunnel diodes comprising stress-compensated compound semiconductor layers |
| US8993879B2 (en) * | 2010-06-14 | 2015-03-31 | The Boeing Company | Solar cell structure and composition and method for forming the same |
| US20120103419A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | The Regents Of The University Of California | Group-iii nitride solar cells grown on high quality group-iii nitride crystals mounted on foreign material |
| US11417788B2 (en) * | 2010-11-19 | 2022-08-16 | The Boeing Company | Type-II high bandgap tunnel junctions of InP lattice constant for multijunction solar cells |
| US8822817B2 (en) * | 2010-12-03 | 2014-09-02 | The Boeing Company | Direct wafer bonding |
| CN102184980B (zh) * | 2011-04-02 | 2013-10-30 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 基于晶片键合的三结太阳能电池及其制备方法 |
-
2014
- 2014-03-12 CN CN201480025224.6A patent/CN105190911B/zh active Active
- 2014-03-12 WO PCT/JP2014/057424 patent/WO2014142340A1/en active Application Filing
- 2014-03-12 EP EP14763163.4A patent/EP2973745B1/en active Active
- 2014-03-12 US US14/773,091 patent/US20160005911A1/en not_active Abandoned
- 2014-03-13 TW TW103109022A patent/TWI583012B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5769964A (en) * | 1996-08-29 | 1998-06-23 | The United States Of America As Reprresented By The United States Department Of Energy | Bulk single crystal ternary substrates for a thermophotovoltaic energy conversion system |
| CN102484150A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-05-30 | 独立行政法人产业技术综合研究所 | 多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置及其制造方法 |
| CN101859813A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-10-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2973745B1 (en) | 2021-04-28 |
| EP2973745A4 (en) | 2016-03-02 |
| US20160005911A1 (en) | 2016-01-07 |
| CN105190911A (zh) | 2015-12-23 |
| TWI583012B (zh) | 2017-05-11 |
| WO2014142340A1 (en) | 2014-09-18 |
| EP2973745A1 (en) | 2016-01-20 |
| TW201438264A (zh) | 2014-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105190911B (zh) | 化合物半导体光伏电池和其制造方法 | |
| Toprasertpong et al. | Absorption threshold extended to 1.15 eV using InGaAs/GaAsP quantum wells for over‐50%‐efficient lattice‐matched quad‐junction solar cells | |
| US9745668B2 (en) | Isoelectronic surfactant induced sublattice disordering in optoelectronic devices | |
| US10008627B2 (en) | Photovoltaic cell and photovoltaic cell manufacturing method | |
| US20140326301A1 (en) | Multijunction photovoltaic device having sige(sn) and (in)gaasnbi cells | |
| US10490684B2 (en) | Method for producing a compound photovoltaic cell | |
| US20090255575A1 (en) | Lightweight solar cell | |
| CN106663714B (zh) | 化合物-半导体光伏电池及化合物-半导体光伏电池的制造方法 | |
| CN104300015B (zh) | AlGaAs/GaInAs/Ge连续光谱太阳能电池 | |
| JP6446782B2 (ja) | 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法 | |
| CN104241452B (zh) | 柔性量子点太阳能电池及其制作方法 | |
| EP3010046B1 (en) | Compound-semiconductor photovoltaic cell and manufacturing method of compound-semiconductor photovoltaic cell | |
| US20100258181A1 (en) | High efficiency solar cell structures | |
| Sayed et al. | Tunable GaInP solar cell lattice matched to GaAs | |
| WO2011016537A1 (ja) | 光電変換装置 | |
| US20160013336A1 (en) | Compound-semiconductor photovoltaic cell and manufacturing method of compound-semiconductor photovoltaic cell | |
| JP2013172072A (ja) | ２接合太陽電池 | |
| Rakpaises et al. | Demonstration of photovoltaic effects in hybrid type-I InAs/GaAs quantum dots and type-II GaSb/GaAs quantum dots | |
| Wu et al. | A novel GaAsN/InGaAs strain-compensated multi-quantum wells solar cell | |
| Salama | Quantum Dot Solar cells | |
| Yamaguchi et al. | Super-high-efficiency III-V tandem and multi-junction cells | |
| Vadiee et al. | AlGaSb based solar cells grown on GaAs by Molecular Beam Epitaxy | |
| JP2015038952A (ja) | 化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法 | |
| Nath et al. | Performance augmentation of radiation-resilient III-nitride based multi-junction solar cells with varying composition and thickness of the cap layer | |
| Sodabanlu et al. | Lattice-matched 3-junction cell with 1.2-eV InGaAs/GaAsP superlattice middle cell for improved current matching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |