DE102004019088A1 - Verbindungshalbleiter-Solarbatterie und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats (1) werden durch epitaktisches Wachstum Schichten hergestellt, die eine obere Zelle (T) bilden sollen. Auf der oberen Zelle werden Schichten hergestellt, die eine untere Zelle (B) bilden sollen. Auf der Oberfläche dieser unteren Zelle wird eine Rückseitenelektrode (9) hergestellt, an der durch Wachs eine Glasplatte (13) zum Anhaften gebracht wird. Daraufhin wird das durch die Glasplatte gehaltene GaAs-Substrat in eine alkalische Lösung getaucht, wodurch es entfernt wird. Anschließend wird auf der oberen Zelle (T) eine Oberflächenelektrode hergestellt. Abschließend wird die Glasplatte von der Rückseitenelektrode getrennt. Auf diese Weise kann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie erhalten werden, bei der der Wirkungsgrad der Wandlung von Licht in elektrische Energie verbessert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie und ein Verfahren zu deren Herstellung, genauer gesagt, eine Verbund-Solarbatterie mit mehreren Übergängen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Nachfolgend werden durch I, III, V Gruppen des Periodensystems bezeichnet.
  • Als Solarbatterie mit dem höchsten Wirkungsgrad und der besten Eignung für Anwendungen im Weltraum ist eine III-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit mehreren Übergängen bekannt. Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer derartigen III-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit mehreren Übergängen beschrieben.
  • Als Erstes wird, wozu auf die 34 Bezug genommen wird, ein Ge-Substrat (oder ein GaAs-Substrat) 101 als Substrat verwendet. Auf eine Fläche des Substrats 101 wird Ge epitaktisch aufgewachsen, wobei als AsH3 oder PH3 zugesetzt wird, um für thermische Diffusion von As oder P zu sorgen, damit eine untere Zelle BB mit einem pn-Übergang aus Ge erzeugt wird.
  • Auf die untere Zelle BB wird GaAs epitaktisch aufgewachsen, wodurch eine mittlere Zelle MM mit einem pn-Übergang aus GaAs erzeugt wird. Auf die mittlere Zelle MM wird InGaP epitaktisch aufgewachsen, so dass eine obere Zelle Te gebildet wird, die einen pn-Übergang von InGaP enthält.
  • Auf diese Weise wird eine III-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie 110 mit drei Übergängen mit einem Zellenkörper CC erzeugt, bei dem drei pn-Übergänge von Ge/GaAs/InGaP in dieser Reihenfolge von der unteren Seite auf dem Ge-Substrat 101 in Reihe geschaltet sind.
  • Die Bandlücke des die obere Zelle TT bildenden InGaP beträgt ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,1 eV, diejenige des GaAs der mittleren Zelle ungefähr 1,3 bis ungefähr 1,6 eV und diejenige der Ge der oberen Zelle ungefähr 0,7 eV oder weniger.
  • Sonnenlicht tritt von der Seite der oberen Zelle TT aus In-GaP ein und läuft zur unteren Zelle BB aus Ge, während Licht vorgegebener Wellenlänge entsprechend der Bandlücke der oberen Zelle TT, der mittleren Zelle MM und der unteren Zelle BB jeweils absorbiert wird, um in elektrische Energie gewandelt zu werden.
  • Hierbei ist der Wert der Bandlücke (ungefähr 0,7 eV oder weniger) des Ge der unteren Zelle hinsichtlich der Funktion des Wandelns optischer Energie in elektrische Energie relativ klein. Daher wurde die Verwendung eines Materials mit einer Bandlücke von ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV als Material mit höherem Wandlungswirkungsgrad vorgeschlagen.
  • M. Tamura et al. schlagen in "Threading dislocations in InxGa1-xAs/GaAs heterostructures", J. Appl. Phys. 72(8), 15. Oktober 1992, S. 3398) (Literaturstelle 1) InGaAs als ein derartiges Material vor. Bei einer Solarbatterie 110 mit mehreren Übergängen unter Verwendung von InGaAs anstelle von Ge auf einem Ge(oder GaAs)-Substrat 101 wird eine untere Zelle NN mit einem pn-Übergang von InGaAs durch epitaktisches Wachstum hergestellt.
  • Auf der unteren Zelle NN werden die mittlere Zelle MM mit dem pn-Übergang von GaAs und die obere Zelle TT mit dem pn-Übergang von InGaP epitaktisch hergestellt.
  • J. F. Geisz et a1. schlagen in "Photocurrent of 1 eV GaInNAs lattice-matched to GaAs", J. Crystal Growth 195 (1998), S. 401) (Literaturstelle 2) zu InGaAs hin zusätzlich InGaAsN als Material zum Ersetzen von Ge vor.
  • Jedoch bestehen bei einer Solarbatterie 110 mit mehreren Übergängen mit einer unteren Zelle NN, die InGaAs oder InGaAsN anstelle von Ge verwendet, die folgenden Probleme.
  • Als Erstes ist bei einer Solarbatterie mit mehreren Übergängen unter Verwendung von InGaAs (0,9 bis 1,1 eV) für die untere Zelle NN die Gitterkonstante des Ge(oder GaAs)-Substrats 101 von der des InGaAs verschieden. Daher kommt es bei der epitaktischen Züchtung von InGaAs zu einer Versetzung, die aus dem Unterschied der Gitterkonstante zu der der Schicht darunter (GaAs-Substrat oder dergleichen) herrührt, was nachfolgend als "Fehlanpassungsversetzung" bezeichnet wird.
  • Bei einer Solarbatterie mit mehreren Übergängen unter Verwendung von InGaAsN für die untere Zelle wird der Anteil der M-Atome so gesteuert, dass die Gitterkonstante des InGaAsN zu derjenigen der darunterliegenden Schicht passt. Daher kann bei der epitaktischen Züchtung von InGaAsN eine Fehlanpassungsversetzung vermieden werden.
  • Es ist jedoch zu beachten, dass hinsichtlich zugesetzter N-Atome Löcher und dergleichen existieren. Im Ergebnis, kommt es bei der epitaktischen Züchtung von InGaAsN zu Defekten, die von N-Atomen herrühren.
  • Wie oben beschrieben, leitet die aus InGaAs oder InGaAsN hergestellte untere Zelle unter der Erzeugung von Fehlanpassungsversetzungen oder Defekten, weswegen sie keine zufriedenstellende Zellenqualität zeigt. Demgemäß kann nicht die gewünschte Elektrizitätsproduktivität erzielt werden.
  • Ferner haben Fehlanpassungsversetzungen oder Defekte in der unteren Zelle NN unerwünschten Einfluss auf das GaAs in der mittleren Zelle MM, die epitaktisch auf der unteren Zelle NN hergestellt wird, sowie auf das InGaP der oberen Zelle TT, die darauf hergestellt wird.
  • Demgemäß ist auch die Zellenqualität des GaAs und des InGaP beeinträchtigt, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Energiewandlung verhindert ist.
  • Wie oben beschrieben, tritt Sonnenlicht von oberen Zelle TT ein und läuft zur unteren Zelle BB, während Licht vorgegebener Wellenlänge absorbiert wird und in elektrische Energie gewandelt wird.
  • Dabei wird diejenige Komponente des Sonnenlichts, die nicht von der oberen Zelle TT bis zur unteren Zelle BB absorbiert wird, schließlich durch das Ge(oder GaAs)-Substrat 101 absorbiert, und demgemäß kann diese Komponente nicht effektiv zur Erzeugung von Energie beitragen.
  • Im Ergebnis ist eine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Energiewandlung verhindert.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, mit denen der Wirkungsgrad der Wandlung in elektrische Energie verbessert werden kann.
  • Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Solarbatterie durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich des Herstellverfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie ist ein erster Elektrodenabschnitt direkt auf derjenigen Seite eines Zellenkörpers ausgebildet, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandt ist. Daher wird, verschieden von der herkömmlichen Struktur, bei der ein vorgegebenes Substrat für epitaktisches Wachstum auf derjenigen Seite des Zellenkörpers angeordnet ist, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandt ist, diejenige Komponente des Sonnenlichts, die in den Zellenkörper eintritt, jedoch nicht durch diesen absorbiert wird, durch den ersten Elektrodenabschnitt reflektiert. Im Ergebnis verbessert sich der Effekt der Lichteingrenzung, wodurch der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden kann.
  • Durch die Struktur einer Solarbatterie gemäß einem der beigefügten Ansprüche 2 und 3 kann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit höherem Freiheitsgrad bei der Formgestaltung erzielt werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren wird die Schicht, die die erste Zelle bilden soll, die im fertiggestellten Zustand auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite liegt, als Erstes auf einem Halbleitersubstrat hergestellt, und erst später wird die Schicht hergestellt, die die zweite Zelle bilden soll und die auf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandten Seite liegt. Daher wird selbst dann, wenn ein Material mit relativ großer Bandlücke als zweiter Bandlücke für die Schicht verwendet wird, die die zweite Zelle bilden soll, die Qualität dieser Schicht nicht durch die Schicht, die die erste Zelle bilden soll, beeinträchtigt. Ferner wird, da der erste Elektrodenabschnitt direkt auf der Schicht hergestellt wird, die die zweite Zelle bilden soll, diejenige Komponente des Sonnenlichts, die nicht durch die Schichten absorbiert wird, die die erste und die zweite Zelle bilden sollen, durch diesen ersten Elektrodenabschnitt reflektiert. Dies verbessert den Effekt der Lichteingrenzung. Im Ergebnis kann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden.
  • Beim Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 14 werden Komponenten des Sonnenlichts mit vorgegebenen Wellenlängen durch die jeweiligen, die Zellen bildenden Schichten entsprechend jeweiligen Bandlücken absorbiert, und daher kann der Wandlungswirkungsgrad weiter verbessert werden. Durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 und 16 wird es möglich, ein Halbleitersubstrat wiederzuverwenden. Durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 17 wird ebenfalls der Vorteil erzielt, wie er für das Verfahren gemäß dem Anspruch 14 er läutert wurde. Beim Verfahren gemäß dem Anspruch 18 oder 19 wird insbesondere dann, wenn das Halbleitersubstrat abgetrennt wird, eine Wiederverwendung desselben möglich.
    •
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, besser ersichtlich werden.
  • 1 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 1 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 3 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 2 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 4 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 3 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 5 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 4 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 6 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 5 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen einer fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 8 ist ein Teilschnitt zum Veranschaulichen des Effekts einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 9 ist ein Teilschnitt zum Veranschaulichen einer Funktion einer zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, um den Effekt der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform zu demonstrieren.
  • 10 repräsentiert die Strom-Spannungs-Charakteristik einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform, die durch einen Solarsimulator erhalten wurde.
  • 11 ist eine Schnittdarstellung, die eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Schnittdarstellung einer zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, um den Effekt der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der zweiten Ausführungsform zu demonstrieren.
  • 13 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 14 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 13 dargestell ten Herstellschritt folgt.
  • 15 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 14 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 16 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 15 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 17 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 16 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 18 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 17 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 19 zeigt eine Strom-Spannungs-Charakteristik der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der dritten Ausführungsform, die durch einen Solarsimulator erhalten wurde.
  • 20 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 21 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 20 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 22 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 21 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 23 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 22 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 24 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 23 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 25 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 24 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 26 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 27 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 26 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 28 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 27 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 29 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 28 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 30 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen der fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
  • 31 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solar- batterie gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 32 ist eine Schnittdarstellung zum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 31 dargestellten Herstellschritt folgt.
  • 33 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen der fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 34 ist eine Schnittdarstellung, die eine herkömmliche Solarbatterie zeigt.
  • 35 ist eine Schnittdarstellung, die eine andere herkömmliche Solarbatterie zeigt.
  • Erste Ausführungsform
  • Nun wird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hierbei wird als Beispiel für den Zellenkörper einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit zwei Übergängen mit einer unteren und einer oberen Zelle beschrieben.
  • Als Erstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Als Substrat wird ein GaAs-Substrat (Si-dotiert mit 1 × 1018 cm–3, 50 mm Durchmesser) bereitgestellt. Dieses GaAs-Substrat wird in eine vertikale MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)-Vorrichtung eingesetzt.
  • Danach wird, wie es in der 1 dargestellt ist, eine n-InGaP-Schicht 3 mit einer Dicke von ungefähr 0,5 μm durch epitaktisches Wachstum auf einer Oberfläche des GaAs-Sub strats 1 hergestellt. Diese InGaP-Schicht 3 bildet eine Zwischenschicht zwischen einem Zellenkörper aus der InGaP-Schicht und dem GaAs-Substrat 1.
  • Danach werden auf der InGaP-Schicht 3 durch epitaktisches Wachstum Einkristallschichten hergestellt, die eine obere Zelle T bilden sollen. Genauer gesagt, werden eine n-GaAs-Schicht T1, eine n-AlInP-Schicht T2, eine n-InGaP-Schicht T3, eine p-InGaP-Schicht T4 und eine p-AlInP-Schicht T5 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Danach werden auf der AlInP-Schicht T5 eine p-Al GaAs-Schicht 5 und eine n-InGaP-Schicht durch epitaktisches Wachstum aufeinanderfolgend als Tunnelübergang hergestellt.
  • Danach werden auf der n-InGaP-Schicht 7 verschiedene Einkristallschichten durch epitaktisches Wachstum hergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen. Genauer gesagt, werden aufeinanderfolgend eine n-AlInP-Schicht B1, eine n-GaAs-Schicht B2, eine p-GaAs-Schicht B3, eine p-InGaP-Schicht B4 und eine p-GaAs-Schicht B5 hergestellt.
  • Hinsichtlich der Bedingungen für das epitaktische Wachstum wird die Temperatur auf ungefähr 700°C eingestellt. Als Materialien zum Züchten der GaAs-Schicht werden TMG (Trimethylgallium) und AsH3 (Arsin) verwendet.
  • Als Materialien zum Züchten der InGaP-Schicht werden TMI (Trimethylindium), TMG und PH3 (Phosphin) verwendet. Als Materialien zum Züchten der AlInP-Schicht werden TMA (Trimethylaluminium), TMI und PH3 verwendet.
  • Als Fremdstoff zum Herstellen der n-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schicht wird SiH4 (Monosilan) verwendet. Als Fremdstoff zum Herstellen der p-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schicht wird DEZn (Diethylzink) verwendet.
  • Ferner werden als Materialien zum Züchten der AlGaAs-Schicht TMI, TMG und AsH3 verwendet, und als Fremdstoff zum Herstellen der p-AlGaAs-Schicht wird CBr4 (Kohlenstofftetrabromid) verwendet.
  • Auf diese Weise wird der Zellenkörper C einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einer oberen Zelle T und einer unteren Zelle B hergestellt.
  • Danach wird auf eine Oberfläche des Zellenkörpers C (p-GaAs-Schicht der unteren Zelle) durch Dampfabscheidung ein Au-Zn-Film (nicht dargestellt) aufgebracht. Danach wird in einer Stickstoffatmosphäre für ungefähr eine Minute bei einer Temperatur von ungefähr 400°C eine Wärmebehandlung ausgeführt.
  • Danach wird ein Resist (nicht dargestellt) auf die Rückseite des GaAs-Substrats 1 aufgetragen und thermisch gehärtet. Dann wird auf dem Au-Zn-Film durch elektrolytisches Plattieren eine Au-Plattierungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt.
  • Auf diese Weise wird auf dem Zellenkörper C eine Rückseitenelektrode 9 aus einem Au-Plattierungsfilm hergestellt. Danach wird der auf der Rückseite des GaAs-Substrats 1 hergestellte Resist entfernt.
  • Anschließend wird ein Ätzschutz 11, z.B. ein Wachs, auf die Rückseitenelektrode 9 aufgetragen, und zur einfacheren Handhabung werden vorübergehend eine Glasplatte 13 und die Rückseitenelektrode 9 miteinander verklebt. Danach wird das durch das Glassubstrat 13 gehaltene GaAs-Substrat 1 in eine alkalische Lösung wie Ammoniakwasser getaucht, und das GaAs- Substrat 1 wird entfernt.
  • Hierbei wird das GaAs-Substrat 1 mit einer Dicke von ungefähr 350 μm vollständig abgeätzt und entfernt, da es für ungefähr 300 Minuten in die alkalische Lösung eingetaucht bleibt. Das Ätzen wird gestoppt, wenn die InGaP-Schicht 3 als Zwischenschicht freigelegt ist.
  • Dabei kann das durch das Glassubstrat 13 gehaltene GaAs-Substrat 1 in eine saure Lösung wie HCl eingetaucht werden, um die InGaP-Schicht 3 als Zwischenschicht zu ätzen, um das GaAs-Substrat 1 zu entfernen.
  • Danach wird, durch Ätzen mit einer sauren Lösung, die InGaP-Schicht 3 als freigelegte Zwischenschicht entfernt, und es wird die n-GaAs-Schicht T1 der oberen Zelle T freigelegt. Auf diese Weise wird die Fläche des Zellenkörpers C (genauer gesagt, die obere Zelle T) freigelegt, wie es in der 3 dargestellt ist.
  • Anschließend wird durch Photolithografie auf der freigelegten Fläche des Zellenkörpers C (obere Zelle) ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) zum Herstellen einer Oberflächenelektrode ausgebildet.
  • Danach wird der Zellenkörper C mit dem darauf ausgebildeten Resistmuster gemeinsam mit dem Glassubstrat 13 in eine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt. Durch ein Widerstandserwärmungsverfahren wird ein Au-Film (der 12 Gew.-% Ge enthält) mit einer Dicke von ungefähr 100 nm (nicht dargestellt) hergestellt, um das Resistmuster zu bedecken.
  • Anschließend werden durch ein EB(Elektronenstrahl)-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schicht mit einer Dicke von un gefähr 20 nm und eine Au-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 5.000 nm (beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
  • Danach werden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie auf dem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wird eine Oberflächenelektrode 15 hergestellt, wie es in der 4 dargestellt ist. Anschließend wird, unter Verwendung derselben als Maske, ein Ätzvorgang mit einer alkalischen Lösung ausgeführt, um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, wodurch die AlInP-Schicht freigelegt wird (siehe die 6).
  • Danach wird ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) für einen Mesa-Ätzvorgang so hergestellt, dass es die Oberflächenelektrode 15 bedeckt. Unter Verwendung des Resistmusters als Maske erfolgt ein Ätzvorgang mit einer alkalischen und einer sauren Lösung, so dass der plattierte, als Rückseitenelektrode 9 dienende Au-Film freigelegt wird.
  • Als Nächstes werden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren, ein TiO2-Film mit einer Dicke von ungefähr 55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dicke von ungefähr 100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilme auf der Oberfläche auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Anschließend wird durch Entfernen des Wachsens 11 unter Verwendung von z.B. Toluol das Glassubstrat 13 von der Rückseitenelektrode 9 abgetrennt, wie es in der 5 dargestellt ist.
  • Schließlich werden durch Zerschneiden des linienförmig geformten, plattierten Au-Films entlang den Linien 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterien mit einer Größe von z.B. 10 mm × 10 mm hergestellt.
  • Die 6 zeigt den Aufbau der auf diese Weise hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie im Schnitt. Wie es in der 6 dargestellt ist, ist im Vergleich zur Struktur einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einer unteren Zelle, die auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktisches Wachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35) bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direkt auf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C ausgebildet. Ferner ist auf der Oberseite der oberen Zelle T des Zellenkörpers C die Oberflächenelektrode 15 ausgebildet.
  • Der Zellenkörper C verfügt über die untere Zelle B mit einem pn-Übergang aus GaAs (III-V-Verbindung) und eine obere Zelle T mit einem pn-Übergang aus InGaP (III-III-V-Verbindung).
  • Die Dicke L1 des Zellenkörpers C beträgt ungefähr 4 μm, und die Dicke L2 der Rückseitenelektrode 9 beträgt ungefähr 30 μm. D.h., dass der Zellenkörper C und die Rückseitenelektrode 9 ausreichend dünn sind, um über Flexibilität zu verfügen, weswegen die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie 10 frei verbogen werden kann.
  • Bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie werden auf einem GaAs-Substrat 1 für epitaktisches Wachstum Schichten durch epitaktische Züchtung aufeinanderfolgend hergestellt, die die obere Zelle T bilden sollen, und darauf werden Schichten hergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen.
  • Danach wird das GaAs-Substrat 1 vom Zellenkörper C getrennt, die Rückseitenelektrode 9 wird direkt auf der unteren Zelle B hergestellt, und der Zellenkörper C wird durch diese Rückseitenelektrode 9 abgestützt. Da die Rückseitenelektrode 9 direkt auf der Oberfläche der unteren Zelle B hergestellt wird, kann der Effekt einer Lichteingrenzung, wenn Sonnenlicht eintritt, verbessert werden.
  • Genauer gesagt, werden, wie es in der 8 dargestellt ist, bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie Komponenten des Sonnenlichts, die beim Durchlaufen des Zellenkörpers C nicht durch diesen absorbiert wurden, schließlich durch die Rückseitenelektrode 9 reflektiert. Daher ist der Effekt der Lichteingrenzung im Zellenkörper C verbessert, und die Komponenten des Sonnenlichts, die durch die Rückseitenelektrode 9 reflektiert werden, tragen zur Energieerzeugung bei. Im Ergebnis kann der Wandlungswirkungsgrad der Solarbatterie verbessert werden.
  • Demgegenüber ist bei der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie seitens der unteren Zelle des Zellenkörpers CC das Substrat 101 für epitaktisches Wachstum positioniert, wie es in der 9 dargestellt ist. Daher werden Komponenten des Sonnenlichts, die beim Durchlaufen des Zellenkörpers CC nicht durch diesen absorbiert wurden, durch das Substrat 101 absorbiert, und daher tragen diese Komponenten zu keiner Energieerzeugung bei.
  • Die oben beschriebene Solarbatterie wurde unter Verwendung eines Solarsimulators bewertet. Nun wird das Ergebnis beschrieben. Ein Solarsimulator ist eine Lichtstrahlungsquelle, die zum Testen von Eigenschaften und der Zuverlässigkeit einer Solarbatterie im Labor verwendet wird, wobei die Strahlungsstärke, die Gleichmäßigkeit der Strahlung und der spektrale Verlauf für das Testobjekt eingestellt werden.
  • Als Erstes wurde als Strahlungslichtquelle Bezugs-Sonnenlicht für die Luftmasse (AM = Air Mass) 1,5 G verwendet, und es wurde die Strom-Spannungs-Charakteristik bei Bestrahlung gemessen. Auf Grundlage derselben wurden der Kurzschluss strom, die Leerlaufspannung, der Füllfaktor und der Wandlungswirkungsgrad berechnet.
  • Hierbei ist die Luftmasse das Verhältnis der Pfadlänge von direkt auf die Erde fallendem Sonnenlicht in Bezug zur Pfadlänge von Sonnenlicht, das unter Standardbedingungen (Standard-Atmosphärendruck von 1013 hPa) vertikal in die Atmosphäre eintritt.
  • Der Kurzschlussstrom betrifft den Strom, wie er zwischen zwei Ausgangsanschlüssen der Solarbatteriezelle (Modul) fließt, wenn diese kurzgeschlossen werden. Die Leerlaufspannung betrifft die Spannung zwischen diesen zwei Ausgangsanschlüssen, wenn diese offen sind.
  • Der Füllfaktor betrifft den Wert, der dadurch erhalten wird, dass die maximale Ausgangsleistung durch das Produkt aus der Leerlaufspannung und dem Kurzschlussstrom geteilt wird. Der Wandlungswirkungsgrad betrifft den Wert (Prozent), der durch Teilen der maximalen Ausgangsleistung durch das Produkt aus der Fläche der Solarbatteriezelle und der Strahlungsstärke erhalten wird.
  • Die 10 zeigt die gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik (I-V-Kurve). Hierbei betrugen der Kurzschlussstrom 10,1 mA, die Leerlaufspannung 2,39V, der Füllfaktor 0,85 und der Wandlungswirkungsgrad 20,5 %.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt es sich, dass im Vergleich mit einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit zwei Übergängen, genauer gesagt, jeweils einem pn-Übergang mit InGaP und GaAs, die auf einem GaAs-Substrat ausgebildet sind, die oben angegebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vergleichbare oder bessere Ergebnisse erzielte.
  • Zweite Ausführungsform
  • Bei der zweiten Ausführungsform wurde zum Klären des Effekts der Lichteingrenzung, wie er durch die Rückseitenelektrode erzielt wird, eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einer anderen Zellenkörperstruktur als beim obigen Beispiel als neues Beispiel bewertet. Dies wird nachfolgend beschrieben.
  • Als Erstes wird, wie es in der 11 dargestellt ist, bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Zellenkörper C direkt auf der Oberfläche der Rückseitenelektrode 9 hergestellt. Im Zellenkörper C wird eine p-InGaP-Schicht 21 auf der Rückseitenelektrode 9 hergestellt. Auf der InGaP-Schicht 21 wird eine p-GaAs-Schicht 22 hergestellt, auf der wiederum eine n-GaAs-Schicht 23 hergestellt wird, auf der eine n-InGaP-Schicht 24 hergestellt wird. An einer vorgegebenen Position auf der InGaP-Schicht 24 wird eine Oberflächenelektrode 15 hergestellt, wobei dazwischen ein Kontakt aus einer n-GaAs-Schicht eingefügt ist.
  • Die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie wird durch ein ähnliches Verfahren wie die oben beschriebene hergestellt. Genauer gesagt, werden als Erstes Schichten von der n-GaAs-Schicht 25 bis zur p-InGaP-Schicht 21 aufeinanderfolgend auf einem vorgegebenen Substrat (nicht dargestellt) hergestellt. Danach wird die Rückseitenelektrode 9 auf der Seite der unteren Zelle hergestellt, und das Substrat wird abgetrennt.
  • Demgegenüber wird bei der zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie auf der Oberfläche eines p-GaRs-Substrats 101 eine p-InGaP-Schicht 121 hergestellt, auf der eine p-GaAs-Schicht 122 hergestellt wird, auf der wiederum eine n-GaAs-Schicht 123 und dann eine n-InGaP-Schicht 124 hergestellt werden. An einer vorgegebenen Position auf der InGaP-Schicht 124 wird eine Oberflächenelektrode 115 hergestellt, wobei als Kontakt eine n-GaAs-Schicht 125 eingefügt wird.
  • Die zum Vergleich dienende Verbindungshalbleiter-Solarbatterie wird dadurch hergestellt, dass aufeinanderfolgend verschiedene Schichten durch epitaktisches Wachstum auf das p-GaAs-Substrat 101 aufgewachsen werden.
  • Die oben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie und die zum Vergleich dienende wurden unter Verwendung des oben beschriebenen Solarsimulators bewertet. Bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrugen der Kurzschlussstrom 19 mA, die Leerlaufspannung 1,03V, der Füllfaktor 0,84 und der Wandlungswirkungsgrad 16,4 %.
  • Demgegenüber betrugen bei der zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie der Kurzschlussstrom 15 mA, die Leerlaufspannung 1,03V, der Füllfaktor 0,84 und der Wandlungswirkungsgrad 13,0 %.
  • Wie es aus dem Vorstehenden erkennbar ist, ist bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Wandlungswirkungsgrad besonders im Vergleich zu dem bei der zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert, und so ergab es sich, dass der Effekt der Lichteingrenzung durch die Rückseitenelektrode 9 verbessert werden konnte.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nun wird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Hierbei wird als Beispiel eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit drei Übergängen mit einer unteren, einer mittleren und einer oberen Zelle als Zellenkörper der Solarbatterie beschrieben.
  • Als Erstes wird ein Herstellverfahren beschrieben. Als Substrat wird ein GaAs-Substrat (Si-dotiert mit 1 × 1018 cm–3, Durchmesser von 50 mm) bereitgestellt. Das GaAs-Substrat wird in eine vertikale MOCVD-Vorrichtung eingesetzt.
  • Dann wird, wie es in der 13 dargestellt ist, auf dem GaAs-Substrat 1 eine n-AlAs-Schicht 4, die eine Zwischenschicht bilden soll, mit einer Dicke von ungefähr 0,5 μm durch epitaktisches Wachstum hergestellt.
  • Auf der AlAs-Schicht 4 werden durch epitaktisches Wachstum Schichten hergestellt, die die obere Zelle T bilden sollen. Genauer gesagt, werden eine n-GaAs-Schicht T1, eine n-AlInP-Schicht T2, eine n-InGaP-Schicht T3, eine p-InGaP-Schicht T4 und eine p AlInP-Schicht T5 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Danach werden als Tunnelübergang eine AlInP-Schicht 5, eine p-AlGaAs-Schicht 5 und eine n-InGaP-Schicht 7 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Danach werden auf der n-InGaP-Schicht 7 durch epitaktisches Wachstum Schichten hergestellt, die die mittlere Zelle M bilden sollen. Genauer gesagt, werden eine n-AlInP-Schicht M1, eine n-GaAs-Schicht M2, eine p-GaAs-Schicht M3 und eine pInGaP-Schicht M4 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Danach werden auf der p-InGaP-Schicht M4 als Tunnelübergang durch epitaktisches Wachstum eine p-GaAs-Schicht 6 und eine nGaAs-Schicht 8 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Daraufhin werden auf der n-GaAs-Schicht 8 durch epitakti sches Wachstum Schichten hergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen. Genauer gesagt, werden eine n-InP-Schicht B6, eine n-InGaAs-Schicht B7, eine p-InGaAs-Schicht B8, eine p-InP-Schicht B9 und eine p-GaAs-Schicht B10 aufeinanderfolgend hergestellt.
  • Hinsichtlich der Bedingungen für das epitaktische Wachstum wird die Temperatur auf ungefähr 700°C eingestellt. Als Materialien zum Züchten der GaAs-Schicht werden TMG (Trimethylgallium) und AsH3 (Arsin) verwendet.
  • Als Materialien zum Züchten der InGaP-Schicht werden TMI (Trimethylindium), TMG und PH3 (Phosphin) verwendet. Als Materialien zum Züchten der AlInP-Schicht werden TMA (Trimethylaluminium), TMI und PH3 verwendet.
  • Als Fremdstoff zum Herstellen der n-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schicht wird SiH4 (Monosilan) verwendet. Als Fremdstoff zum Herstellen der p-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schicht wird DEZn (Diethylzink) verwendet.
  • Ferner werden als Materialien zum Züchten der AlGaAs-Schicht TMI, TMG und AsH3 verwendet, und als Fremdstoff zum Herstellen der p-AlGaAs-Schicht wird CBr4 (Kohlenstofftetrabromid) verwendet.
  • Der Zusammensetzungsanteil von In in InGaP beträgt 0,25, und auf der InGaP-Schicht wurde die Morphologie eines Querschraffierungsmusters erkannt, was das Vorliegen einer Fehlanpassungsversetzung anzeigt.
  • Auf diese Weise wurde der Zellenkörper C einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit drei Übergängen mit einer oberen Zelle T, einer mittleren Zelle M und einer unteren Zelle B hergestellt.
  • Auf der Oberfläche des Zellenkörpers C (p-GaAs-Schicht der unteren Zelle) wird ein Resistmuster (nicht dargestellt) zum Ausbilden der Rückseitenelektrode hergestellt. Durch Dampfabscheidung wird ein Au-Zn-Film (nicht dargestellt) zum Bedecken des Resistfilms hergestellt.
  • Danach werden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Au-Zn-Film durch ein Abhebeverfahren entfernt. Anschließend erfolgt in einer Stickstoffatmosphäre eine Wärmebehandlung für ungefähr 1 Minute bei einer Temperatur von ungefährt 400°C.
  • Dann wird, mit Ausnahme der Bereiche, in denen der Au-Zn-Film ausgebildet ist, ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) hergestellt. Ferner wird auf der Oberfläche des GaAs-Substrats 1 auf derjenigen Seite, auf der der Zellenkörper C nicht hergestellt ist, ein Resist (nicht dargestellt) aufgetragen.
  • Danach wird durch elektrolytisches Plattieren auf dem Au-Zn-Film ein Au-Plattierungsfilm (nicht dargestellt) mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt. Durch ein Abhebeverfahren werden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Au-Plattierungsfilm entfernt. Demgemäß wird auf dem Zellenkörper eine Rückseitenelektrode 9 aus dem Au-Plattierungsfilm ausgebildet, wie es in der 14 dargestellt ist.
  • Danach wird ein vorgegebenes Resistmuster 17 in einem Bereich, in dem die Rückseitenelektrode 9 ausgebildet ist, so hergestellt, dass es diese bedeckt und die Oberfläche des Zellenkörpers C im Bereich freilegt, in dem die Rückseitenelektrode nicht ausgebildet ist, wie es in der 15 dargestellt ist. Unter Verwendung dieses Resistmusters 17 als Maske wird ein Ätzvorgang mit einer alkalischen und einer sauren Lösung ausgeführt, so dass der Teil des freigelegten Zellenkörpers C entfernt wird und die AlAs-Schicht 3 als Zwischenschicht freigelegt wird. Danach wird das Resistmuster 17 entfernt.
  • Danach wird eine gitterförmige Harzplatte 19 mit chemischer Beständigkeit über ein eingefügtes Wachs 11 an die Seite der Rückseitenelektrode 9 angeklebt (siehe die 16). Während die Harzplatte 19 an der Rückseitenelektrode 9 anhaftet, werden der Zellenkörper C und die Rückseitenelektrode 9 in Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht, wodurch die AlAs-Schicht 4 entfernt wird, so dass der Zellenkörper C vom GaAs-Substrat 1 getrennt wird. Auf diese Weise wird das GaAs-Substrat 1 abgetrennt und die n-GaAs-Schicht der oberen Zelle T des Zellenkörpers C freigelegt.
  • Danach wird auf der freigelegten Oberfläche der GaAs-Schicht ein vorgegebenes Resistmuster zum Herstellen einer Oberflächenelektrode (nicht dargestellt) hergestellt. Anschließend wird der Zellenkörper C mit dem darauf hergestellten Resistmuster in eine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nicht dargestellt) gemeinsam mit der Harzplatte 19 eingesetzt.
  • Durch ein Widerstandserwärmungsverfahren wird ein Au-Film (der 12 Gew.-% Ge enthält) mit einer Dicke von ungefähr 100 nm so hergestellt, dass er das Harzmuster bedeckt. Anschließend werden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nm und eine Au-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 5.000 nm (beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
  • Danach werden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie auf dem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wird die Oberflächen elektrode 15 hergestellt, wie es in der 17 dargestellt ist.
  • Danach wird unter Verwendung der Oberflächenelektrode 15 als Maske ein Ätzvorgang mit alkalischer Lösung ausgeführt, um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, so dass die AlInP-Schicht freigelegt wird (siehe die 18).
  • Als Nächstes werden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren ein TiO2-Film mit einer Dicke von ungefähr 55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dicke von ungefähr 100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilme auf der Oberfläche auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Danach wird durch Entfernen des Wachses 11 unter Verwendung von z.B. Toluol die Harzplatte 19 von der Rückseitenelektrode 9 getrennt, wie es in der 18 dargestellt ist.
  • Anschließend werden durch Zerschneiden des freigelegten, linienförmigen Au-Plattierungsfilms 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterien mit einer Größe von z.B. 10 mm × 10 mm hergestellt.
  • Die 18 zeigt den Aufbau der auf diese Weise hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie im Schnitt. Wie es in der 18 dargestellt ist, ist, im Vergleich zur Struktur der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, bei der die untere Zelle auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktisches Wachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35), bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direkt auf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C hergestellt.
  • Ferner ist die Oberflächenelektrode 15 auf der Oberfläche der oberen Zelle T des Zellenkörpers C hergestellt. Die mittlere Zelle M ist zwischen der oberen Zelle T und der unteren Zelle B hergestellt.
  • Der Zellenkörper C verfügt über die untere Zelle mit einem pn-Übergang von InGaP (III-III-V-Verbindung), die mittlere Zelle M mit einem pn-Übergang von GaAs (III-V-Verbindung) und die obere Zelle T mit einem pn-Übergang von InGaP (III-III-V-Verbindung).
  • Die Dicke L1 des Zellenkörpers C beträgt ungefähr 6 μm, und die Dicke L2 der Rückseitenelektrode 9 beträgt ungefähr 30 μm. D.h., dass der Zellenkörper C und die Rückseitenelektrode 9 ausreichend dünn sind, um über Flexibilität zu verfügen, und demgemäß kann die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie 10, wie die oben beschriebene, frei verbogen werden.
  • Bei der oben beschriebenen Solarbatteriezelle werden auf dem GaAs-Substrat 1 für epitaktisches Wachstum aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die obere Zelle mit einer Bandlücke von ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,1 eV bilden sollen.
  • Dann werden auf der oberen Zelle T aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die mittlere Zelle M mit einer Bandlücke von ungefähr 1,3 bis ungefähr 1,6 eV bilden sollen. Ferner werden auf der mittleren Zelle M aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die untere Zelle B mit einer Bandlücke von ungefähr 0,9 bis 1,1 eV bilden sollen.
  • Auf diese Weise werden bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie als Erstes diejenigen Schichten hergestellt, die die obere Zelle T bilden sollen, und als Letztes diejenigen, die die untere Zelle B bilden sollen.
  • Daher hat selbst dann, wenn für die untere Zelle B ein Material mit größerer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV) als der bei einem herkömmlichen Material (ungefähr 0,7 eV) verwendet wird, die Qualität der unteren Zelle B keinen Einfluss auf die mittlere Zelle M und die obere Zelle T, und es kann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden. Dies wird nachfolgend detailliert beschrieben.
  • Beim herkömmlichen Herstellverfahren für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie werden auf einem Ge(oder GaAs)-Substrat für epitaktisches Wachstum als erste Schichten hergestellt, die die untere Zelle bilden sollen, und später werden Schichten hergestellt, die die obere Zelle bilden sollen.
  • Hierbei ergeben sich, wenn InGaP mit relativ großer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV) als Material für die untere Zelle aufgebracht wird, Fehlanpassungsversetzungen in der InGaP-Schicht, da die Gitterkonstante des Substrats aus Ge oder GaAs verschieden von der von InGaP ist.
  • Wenn InGaAsN als untere Zelle aufgebracht wird, werden in diesem Defekte aufgrund von N-Atomen erzeugt.
  • Derartige Defekte oder Fehlanpassungsversetzunge, wie sie in der unteren Zelle erzeugt werden, beeinflussen die GaAs-Schicht, die für die mittlere Zelle epitaktisch auf die untere Zelle aufgewachsen wird, und auch die InGaP-Schicht, die die obere Zelle bilden soll. Demgemäß ist die Qualität der mittleren und der oberen Zelle beeinträchtigt, was es erschwert, den Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie zu verbessern.
  • Demgegenüber werden bei der oben beschriebenen Verbindungs halbleiter-Solarbatterie Schichten, die die obere Zelle bilden sollen, und solche, die die mittlere Zelle bilden sollen, aufeinanderfolgend auf die Oberfläche des GaAs-Substrats 1 aufgewachsen, und als Letztes werden diejenigen Schichten hergestellt, die die untere Zelle bilden sollen.
  • Hierbei unterscheidet sich die Gitterkonstante des InGaAs, das die untere Zeile bilden soll, von der des GaAs der mittleren Zelle. Daher ist die Qualität der auf der mittleren Zelle hergestellten unteren Zelle vergleichbar mit der bei einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie.
  • Andererseits stimmen die Gitterkonstante des InGaP, das die obere Zelle bilden soll, und diejenige des GaAs, das die mittlere Zelle bilden soll, mit derjenigen des GaAs-Substrats für epitaktisches Wachstum überein. Daher werden in der InGaP-Schicht und der GaAs-Schicht, die aufeinanderfolgend epitaktisch auf das GaAs-Substrat 1 aufgewachsen werden, keine Versetzungen oder Defekte erzeugt.
  • Genauer gesagt, hat bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie selbst dann, wenn die Qualität der unteren Zelle B vergleichbar mit derjenigen der unteren Zelle einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie ist, eine Beeinträchtigung der Qualität der unteren Zelle keinen Einfluss auf die mittlere Zelle M oder die obere Zelle T, da diese früher hergestellt werden.
  • Im Ergebnis wird selbst dann, wenn für die untere Zelle B ein Material mit relativ hoher Bandlücke wie InGaAs verwendet wird, die Qualität der mittleren Zelle und der oberen Zelle nicht beeinträchtigt, und es kann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden.
  • Nachfolgend wird eine Auswertung der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie beschrieben, die durch einen Solarsimulator erfolgte. Die 19 zeigt die gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik (I-V-Kurve). Hierbei betrugen der Kurzschlussstrom 10,2 mA, die Leerlaufspannung 2,49 V, der Füllfaktor 0,85 und der Wandlungswirkungsgrad 21,6 %.
  • Aus diesen Ergebnissen ergibt es sich, dass die oben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie eine höhere Leerlaufspannung und einen höheren Wandlungswirkungsgrad als die herkömmliche Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit zwei Übergängen, nämlich jeweils einem in InGaAs und GaAs, die auf einem GaAs-Substrat ausgebildet sind.
  • Vierte Ausführungsform
  • Nun wird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Hierbei wird ein anderes Beispiel einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit drei Übergängen mit einer unteren, einer mittleren und einer oberen Zelle eines Zellenkörpers beschrieben.
  • Als Erstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden auf einem GaAs-Substrat 1 aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die obere Zelle bilden sollen, sowie solche, die die mittlere Zelle bilden sollen, wie es in der 20 dargestellt ist.
  • Auf der InGaP-Schicht M4 der mittleren Zelle M werden eine p-GaAs-Schicht 6 und eine n-GaAs-Schicht 8 aufeinanderfolgend als Tunnelübergang hergestellt. Danach werden auf der GaAs-Schicht 8 Schichten hergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen.
  • Genauer gesagt, werden ein ITO(Indiumzinnoxid)-Film 10, ein CdS Film B11 und CuInSe2-Film B12 aufeinanderfolgend hergestellt. Der ITO-Film 12 wird z.B. durch Sputtern hergestellt. Der CdS-Film B11 und der CuInSe2-Film B12 werden z.B. durch Dampfabscheidung hergestellt.
  • Auf diese Weise wird der Zellenkörper C einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vom Typ mit drei Übergangen, nämlich mit der oberen Zelle T, der mittleren Zelle M und der unteren Zelle B hergestellt.
  • Danach wird auf einer Fläche des Zellenkörpers C (p-CuInSe2-Film der unteren Zelle) ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) zum Herstellen einer Rückseitenelektrode hergestellt. Ein Mo-Film (nicht dargestellt) wird durch Dampfabscheidung so aufgebracht, dass er das Resistmuster bedeckt.
  • Danach werden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Mo-Film durch ein Abhebeverfahren entfernt. Anschließend wird bei einer Temperatur von ungefähr 400°C für 1 Minute eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt.
  • Danach wird außer im Bereich, in dem der Mo-Film ausgebildet ist, ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) hergestellt. Ferner wird ein Resist (nicht dargestellt) auf diejenige Seite des GaAs-Substrats 1 aufgetragen, auf der der Zellenkörper C nicht hergestellt ist.
  • Danach wird durch elektrolytisches Plattieren auf dem Mo-Film eine Au-Plattierungsschicht (nicht dargestellt) mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt. Danach werden das Resistmuster und der auf ihm vorhandene Au-Plattierungsfilm durch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wird auf dem Zellenkörper eine Rückseitenelektrode 9 durch Au-Plattierung hergestellt, wie es in der 21 dargestellt ist.
  • Anschließend wird ein vorgegebenes Resistmuster 17 im Bereich, in dem die Rückseitenelektrode 9 hergestellt ist, so hergestellt, dass es diese bedeckt und die Oberfläche des Zellenkörpers C im Bereich freilegt, in dem die Rückseitenelektrode 9 nicht ausgebildet ist, wie es in der 22 dargestellt ist.
  • Unter Verwendung dieses Resistmusters 17 als Maske wird ein vorgegebener Ätzvorgang so ausgeführt, dass der Teil des freilegten Zellenkörpers C freigelegt wird und die AlAs-Schicht 3 als Zwischenschicht freigelegt wird. Danach wird das Resistmuster 17 entfernt.
  • Danach wird, wie es in der 23 dargestellt ist, eine gitterförmige Harzplatte 19 mit chemischer Beständigkeit durch eingefügtes Wachs 11 an die Seite der Rückseitenelektrode 9 angeklebt. Während die Harzplatte 19 an der Rückseitenelektrode 9 anhaftet, werden der Zellenkörper C und die Rückseitenelektrode 9 in eine Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht, wodurch die AlAs-Schicht 3 entfernt wird, wodurch der Zellenkörper C vom GaAs-Substrat 1 getrennt wird. Auf diese Weise wird das GaAs-Substrat 1 abgetrennt und die n-GaAs-Schicht der oberen Zelle des Zellenkörpers C wird freigelegt.
  • Danach wird auf der freigelegten Fläche der GaAs-Schicht ein vorgegebenes Resistmuster zum Herstellen einer Oberflächenelektrode (nicht dargestellt) hergestellt. Anschließend wird der Zellenkörper C mit dem hergestellten Resistmuster gemeinsam mit der Harzplatte 19 in eine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt.
  • Durch ein Widerstandserwärmungsverfahren wird ein Au-Film (der 12 Gew.-% Ge enthält) mit einer Dicke von ungefähr 100 nm so hergestellt, dass er das Harzmuster bedeckt. Anschließend werden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nm und eine Au-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 5.000 nm (beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
  • Danach werden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie auf dem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wird die Oberflächenelektrode 15 hergestellt, wie es in der 24 dargestellt ist.
  • Danach wird unter Verwendung der Oberflächenelektrode 15 als Maske ein Ätzvorgang mit alkalischer Lösung ausgeführt, um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, so dass die AlInP-Schicht freigelegt wird (siehe die 25).
  • Als Nächstes werden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren ein TiO2-Film mit einer Dicke von ungefähr 55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dicke von ungefähr 100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilme auf der Oberfläche auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Danach wird durch Entfernen des Wachses 11 unter Verwendung von z.B. Toluol die Harzplatte 19 von der Rückseitenelektrode 9 getrennt, wie es in der 25 dargestellt ist.
  • Anschließend werden durch Zerschneiden des freigelegten, linienförmigen Au-Plattierungsfilms 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterien mit einer Größe von z.B. 10 mm × 10 mm hergestellt.
  • Die 25 zeigt den Aufbau der auf diese Weise hergestell ten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie im Schnitt. Wie es in der 25 dargestellt ist, ist, im Vergleich zur Struktur der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, bei der die untere Zelle auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktisches Wachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35), bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direkt auf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C hergestellt.
  • Ferner ist die Oberflächenelektrode 15 auf der Oberfläche der oberen Zelle T des Zellenkörpers C hergestellt. Die mittlere Zelle M ist zwischen der oberen Zelle T und der unteren Zelle B hergestellt. So ist eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit drei Übergängen geschaffen, die als Zellenkörper über die untere Zelle B, die mittlere M und die obere Zelle T verfügt.
  • Insbesondere verfügt die untere Zelle B über den CdS-Film B11 und den CuInSe2-Film B12, die durch Dampfabscheidung hergestellt wurden, was von der oberen Zelle T und der mittleren Zelle M verschieden ist, die durch epitaktische Züchtung hergestellt wurden.
  • Daher verfügt der Zellenkörper C über eine unter Zelle mit einem pn-Übergang von CuInSe2 (I-III-VI-Verbindung) und CdS (II-VI-Verbindung), eine mittlere Zelle M mit einem pn-Übergang von GaAs (III-V-Verbindung) und eine obere Zelle T mit einer pn-Übergang von InGaP (III-III-V-Verbindung).
  • Bei der oben beschriebenen Solarbatterie werden auf dem GaAs-Substrat 1 für epitaktisches Wachstum aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die obere Zelle mit einer Bandlücke von ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,1 eV bilden.
  • Auf dieser oberen Zelle T werden aufeinanderfolgend Schich ten hergestellt, die die mittlere Zelle M mit einer Bandlücke von ungefähr 1,3 bis ungefähr 1,6 eV bilden sollen. Ferner werden auf dieser mittleren Zelle M aufeinanderfolgend durch Sputtern und Dampfabscheidung, verschieden von epitaktischem Wachstum, Schichten hergestellt, die die untere Zelle B mit einer Bandlücke von ungefähr 0,9 bis 1,1 eV bilden sollen.
  • Auf diese Weise werden bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie als Erstes diejenigen Schichten hergestellt, die die obere Zelle bilden sollen, und als Letztes werden diejenigen Schichten hergestellt, die die untere Zelle bilden sollen. Daher hat selbst dann, wenn für die untere Zelle B ein Material mit größerer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV) als der eines herkömmlichen Materials (ungefähr 0,7 eV) verwendet wird, die Qualität dieser unteren Zelle B keinerlei Einfluss auf die mittlere Zelle M und die obere Zelle T, und es kann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden.
  • Ferner können, da die Qualität der unteren Zelle B keinerlei Einfluss auf die obere Zelle T und die mittlere Zelle M hat, die Schichten der unteren Zelle B durch ein anderes Verfahren als das einer epitaktischen Züchtung hergestellt werden.
  • Daher kann als Material der Schichten, die die untere Zelle mit relativ hoher Bandlücke (0,9 eV bis 1,1 eV) bilden sollen, ein anderes Material als ein einkristallines Material, wie ein polykristalliner CuInSe2-Film B12, verwendet werden, und demgemäß können die Materialien für die Schichten der unteren Zelle und die Herstellverfahren für diese aus mehr Möglichkeiten ausgewählt werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Nun wird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hierbei wird ein anderes Beispiel einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit zwei Übergängen beschrieben. Als Erstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden auf einem GaAs-Substrat 1 Schichten T1 bis T5 für eine obere Zelle T sowie Schichten B13, B2, B3, B14 für eine untere Zelle B aufeinanderfolgend hergestellt, wobei eine Zwischenschicht (n-AlAs-Schicht 21) eingefügt wird, um einen Zellenkörper C der genannten Solarbatterie mit der oberen Zelle T und der unteren Zelle B zu bilden, wie es in der 26 dargestellt ist.
  • Danach wird auf ähnliche Weise, wie es bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist, auf dem Zellenkörper C eine Rückseitenelektrode 9 aus einem Au-Plattierungsfilm hergestellt, wie es in der 27 dargestellt ist. Anschließend wird ein Filmmaterial 22 mit Erosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Wetterbeständigkeit, wie ein Kapton(registrierte Handelsmarke)Band an die Rückseitenelektrode 9 angeklebt, wie es in der 28 dargestellt ist. Zum Schutz wird ein Wachs 11 auf das Filmmaterial 22 aufgetragen.
  • Dann wird das GaAs-Substrat 1, auf dem der Zellenkörper C hergestellt ist, für ungefähr 5 Stunden z.B. in ein Lösungsgemisch von Fluorwasserstoffsäure und Wasser (HF:H2O = 1:10) eingetaucht, damit die Zwischenschicht (n-AlAs-Schicht 21) mit einer Dicke von ungefähr 5 bis 10 nm zwischen dem Zellenkörper C und dem GaAs-Substrat 1 abgeätzt wird und der Zellenkörper C vom GaAs-Substrat 1 (nicht dargestellt) getrennt wird, wie es in der 29 dargestellt ist. Die Oberfläche des abgetrennten GaAs-Substrats 1 ist nicht geätzt, sondern in spiegelglattem Zustand gehalten, und daher kann das Substrat erneut als ein solches für epitaktisches Wachstum verwendet werden.
  • Danach wird, auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, eine Oberflächenelektrode 15 auf der Oberfläche des Zellenkörpers C hergestellt. Auf diese Weise wird eine Solarbatterie mit zwei Übergängen hergestellt, wie sie in der 30 dargestellt ist.
  • Bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie ist die Rückseitenelektrode 9 auf einem vorgegebenen Filmelement 22 ausgebildet, und auf ihr ist direkt der Zellenkörper C ausgebildet. Die Oberflächenelektrode 15 ist auf dem Zellenkörper C hergestellt. Die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit dem Filmelement 22 und dem Zellenkörper C, die miteinander integriert sind, kann direkt als Solarbatterietafel verwendet werden.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde als Rückseitenelektrode 9 hauptsächlich eine solche in Form eines Au-Plattierungsfilms mit einer Dicke von ungefähr 30 μm beschrieben. Für die Dicke der Rückseitenelektrode 9 besteht jedoch keine Beschränkung hierauf, vorausgesetzt, dass sie ausreichend dick ist, um den Zellenkörper C abzustützen. Daher kann die Rückseitenelektrode 9 eine solche Dicke aufweisen, die ein Verbiegen ermöglicht. Alternativ kann sie eine Dicke aufweisen, die ein Verbiegen abhängig von ihrem Material ermöglicht. In diesem Fall kann die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit der auf dem Zellenkörper C hergestellten Rückseitenelektrode 9 frei verbogen werden, und es ist der Freiheitsgrad bei der Formgebung verbessert.
  • Sechste Ausführungsform
  • Nun wird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einem Zellenkörper mit einer Oberflächenelektrode einer Polarität, die auf einer Lichteintrittsseite ausgebildet ist, und einem transparenten, leitenden Film auf der Rückseite, der eine Rückseitenelektrode der anderen Polarität bilden soll, und mit einer anderen Zelle, die am transparenten, leitenden Film befestigt ist, beschrieben.
  • Bei dieser Verbindungshalbleiter-Solarbatterie wird der Zellenkörper, oder der oben genannte andere Zellenkörper, aus einem einkristallinen Dünnfilm, der epitaktisch gezüchtet wurde, hergestellt. Da das für das epitaktische Wachstum verwendete Substrat vollständig entfernt wird, kann die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie dünn gemacht werden, und ihr Wirkungsgrad kann verbessert werden. Ferner kann diese Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nur schwer zerstört werden.
  • Zwischen dem Zellenkörper aus dem epitaktisch gezüchteten Einkristall-Dünnfilm und dem anderen Zellenkörper, der diesen hält, ist der transparente, leitende Film ausgebildet, der die Rückseitenelektrode bildet. Daher kann der elektrische Widerstand gegen die Epitaxieschicht ausreichend gesenkt werden. Ferner kann, wenn das Haltematerial selbst leitend ist, der elektrische Widerstand zwischen ihm und der Epitaxieschicht weiter gesenkt werden.
  • Bevorzugte Materialien zum Herstellen des transparenten, leitenden Films verfügen über ein Transmissionsvermögen von mindestens 70 % für Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm oder länger sowie einen Widerstand von höchstens 1 Ω·cm, und zu derartigen Materialien gehören ITO, In2O3, SnO2, ZnO, CdO, TiO2, CdIn2O4, Cd2SnO4 und Zn2SnO4.
  • Wie bereits beschrieben, ist es zum Verbessern des Energieerzeugungswirkungsgrads einer Verbindungshalbleiter-Solar batterie wirkungsvoll, mehrere Solarbatterien (mehrere Übergänge) aus Materialien mit verschiedenen Absorptionswellenlängen übereinander anzuordnen. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass im Zellenkörper der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einem Material mit relativ hoher Bandlücke auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite vorhanden ist und eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einem Material mit relativ niedriger Bandlücke auf der Rückseite vorhanden ist, und dass derartige mehrere Zellen durch eine Tunnelübergangsschicht miteinander verbunden sind.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass bei einem anderen Zellenkörper, der über den transparenten, leitenden Film angebracht ist, eine pn-Übergangsschicht aus einem Material mit noch kleinerer Bandlücke als derjenigen der Zelle des Zellenkörpers vorhanden ist.
  • Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass im Zellenkörper eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einkristallinem (Al)InGa(As)P-Material (Bandlücke: 1,7 bis 2,1 eV) auf der Lichteintrittsseite vorhanden ist und eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einkristallinem (Al)(In)GaAs(P)-Material (Bandlücke: 1,3 bis 1,6 eV) auf der Rückseite vorhanden ist, und dass mehrere derartige Zellen durch einen Tunnelübergang verbunden sind. Ferner ist es bevorzugt, dass in einem anderen Zellenkörper eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einem einkristallinen InGaAs(P)-Material (Bandlücke: 0,7 bis 1,2 eV, bevorzugter 0,9 bis 1,1 eV) vorhanden ist.
  • Als oben genannter anderer Zellenkörper ist eine Zelle mit einem GaAs aus einer I-III-VI-Verbindung, z.B. einem CuInGaSeS-Material, bevorzugter. Die Bandlücke des Zellenkörpers beträgt bevorzugt 0,7 bis 1,2 eV, bevorzugter 0,9 bis 1,1 eV.
  • Alternativ ist es bevorzugt, dass im Zellenkörper eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einkristallinem (Al)InGa(As)P-Material (Bandlücke: 1,8 bis 2,1 eV) auf der Lichteintrittsseite vorhanden ist und eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einkristallinem (Al)(In)GaAs(P)-Material (Bandlücke: 1,4 bis 1,6 eV) auf der Rückseite vorhanden ist, und dass mehrere derartige Zellen durch einen Tunnelübergang verbunden sind.
  • Als anderer oben genannter Zellenkörper ist eine Si-Solarbatterie bevorzugt. Als Si-Solarbatterie ist eine solche aus einkristallinem Si bevorzugter, da die Solarbatterie selbst als Substrat dient und hohen Energiewandlungswirkungsgrad erzielt.
  • Beim Verfahren zum Herstellen einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit mehreren Übergängen werden, wenn Schichten, die die Zelle bilden sollen, epitaktisch gezüchtet werden, nachdem eine Zwischenschicht auf einem Halbleitersubstrat hergestellt wurde, die Schichten ausgehend von derjenigen gezüchtet, die auf der Lichteintrittsseite der Solarbatterie liegt, bis zur Schicht, die auf der Rückseite liegt, wobei die Richtung entgegengesetzt zu der beim herkömmlichen Herstellverfahren ist, so dass die Oberfläche der Zelle, die unten liegen soll, freiliegt.
  • Danach wird auf der Oberfläche der freigelegten Schicht, ein transparenter, leitender Film, der die Rückseitenelektrode der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie bilden soll, hergestellt, und am transparenten, leitenden Film wird ein anderer Zellenkörper mit bestimmter Festigkeit angebracht. Danach wird das Halbleitersubstrat für epitaktisches Wachstum entfernt.
  • Das Halbleitersubstrat wird in der mittleren Schicht zwischen ihm und dem Zellenkörper abgetrennt. So kann es entfernt werden, ohne dass der Zellenkörper und ein anderer Zellenkörper beschädigt werden. Wenn die Dicke des Verbindungshalbleiters 10 μm oder weniger ist, ist seine Elastizität verbessert und es ist schwieriger, ihn zu zerstören. Daher kann auf die oben beschriebene Weise eine schwer zerstörbare Verbindungshalbleiter-Solarbatterie hergestellt werden.
  • Ferner wird das Halbleitersubstrat nicht dünn ausgebildet, sondern es wird vollständig entfernt, so dass eine Zerstörung des Substrats durch eine Ungleichmäßigkeit der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verhindert werden kann. Ferner kann, da das überflüssige Substrat entfernt wird, das Gewicht der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gesenkt werden, und es kann der Energieerzeugungswirkungsgrad verbessert werden.
  • Wenn die mittlere Schicht, die nach dem Entfernen des Halbleitersubstrats verblieben ist, entfernt wird, wird die Oberfläche des Zellenkörpers freigelegt. Durch Herstellen einer vorgegebenen Oberflächenelektrode oder dergleichen auf der freigelegten Fläche kann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vom Typ mit mehreren Übergängen erhalten werden.
  • Hinsichtlich des Lösungsmittels, das dazu verwendet wird, das Halbleitersubstrat vom Zellenkörper abzutrennen, ist es bevorzugt, dass es ein solches ist, mit dem das Halbleitersubstrat schnell entfernt werden kann, wobei der Lösungsvorgang an der Zwischenschicht gestoppt wird und eine Auflösung des Zellenkörpers verhindert wird, weswegen ein Lösungsmittel bevorzugt ist, bei dem die Löslichkeit des Halbleitersubstrats höher als die der Zwischenschicht ist. Genauer gesagt, ist ein Lösungsmittel bevorzugt, bei dem die Löslichkeit des Halbleitersubstrats höchstens 5 % derjenigen der Zwischenschicht beträgt, wobei 3 % bevorzugter sind.
  • Wenn als Material des Halbleitersubstrats GaAs, Ge oder dergleichen verwendet wird, und wenn als Material der Zwischenschicht InGaP, AlInP, AlAs oder dergleichen verwendet wird, ist eine saure Lösung konzentrierter Chlorwasserstoffsäure bevorzugt.
  • Wenn der oben genannte andere Zellenkörper am transparenten, leitenden Film angebracht wird, sollte der elektrische Widerstand im Verbindungsabschnitt ausreichend gesenkt werden. Daher wird der transparente, leitende Film vorzugsweise auf einer Fläche der anderen Zelle hergestellt, und er wird dann unter Einfügung eines transparenten, leitenden Klebers an den transparenten, leitenden Film auf dem Bauteil geklebt.
  • Als transparenter, leitender Kleber sollte ein solcher mit einem Transmissionsvermögen von mindestens 70 % für Licht einer Wellenlänge von 850 nm oder länger und mit einem Widerstand von 1 Ω·cm oder weniger verwendet werden, und es ist ein Anstrich aus ITO, In2O3, SnO2, ZnO, CdO, TiO2, CdIn2O4, Cd2SnO4 oder Zn2SnO4 geeignet.
  • Nun wird das Verfahren zum Herstellen der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie genauer beschrieben. Als Erstes werden auf ähnliche Weise, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, auf der Oberfläche eines GaAs-Substrats 1 Schichten C11 bis C15, die eine obere Zelle C1 bilden sollen, die p-AlGaAs-Schicht 5 und die n-InGaP-Schicht 7, die den Tunnelübergang bilden sollen, sowie die Schichten C21 bis C24, die die untere Zelle C2 bilden sollen, aufeinanderfolgend hergestellt, wobei eine Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3) eingefügt wird, wie es in der 31 dargestellt ist. Auf der Schicht C24 werden eine p-GaAs-Schicht 21 und eine n-GaAs-Schicht 22, die den Tunnelübergang bilden sollen, hergestellt. Auf diese Weise wird ein Zellenkörper C mit der oberen Zelle C1 und der unteren Zelle C2 hergestellt. Auf der Oberfläche der n-GaAs-Schicht 22 wird durch Sputtern ein transparenter, leitender Film (ITO-Film 1) 33 (siehe die 33), der eine ohmsche n-Elektrode bilden soll, hergestellt.
  • Danach werden die Schichten C31 bis C34, die eine Zelle bilden sollen, aufeinanderfolgend auf einem InP-Substrat 30 hergestellt, und es wird ein anderer Zellenkörper Ca mit einer Zelle 3 hergestellt, wie es in der 32 dargestellt ist. Auf einer Oberfläche der n-InP-Schicht C34 der Zelle 3 wird durch Sputtern ein transparenter, leitender Film (ITO-Film 2) 31 (siehe die 33), der eine ohmsche Elektrode bilden soll, hergestellt.
  • Danach wird auf den transparenten, leitenden Film 33 (ITO-Film 1) und den transparenten, leitenden Film 31 (ITO-Film 2) ein flüssiger ITO-Anstrich aufgebracht, und die mit dem Anstrich versehenen Flächen werden aneinander zum Anhaften gebracht. Im Anhaftungszustand erfolgt ein Vorbrennen bei 200°C, und danach ist der ITO-Anstrich getrocknet, und er wird für 60 Minuten bei 400°C gesintert, wodurch eine ITO-Anstrich-Sinterschicht 32 (siehe die 33) gebildet wird. Die transparenten, leitenden Filme 31 und 33 sowie die ITO-Anstrich-Sinterschicht 32 bilden die Rückseitenelektrode 9.
  • Danach wird das GaAs-Substrat 1 in eine alkalische Lösung eingetaucht, um es zu ätzen, wodurch es entfernt wird. Das GaAs-Substrat 1 mit einer Dicke von 350 μm ist nach ungefähr 300 Minuten vollständig geätzt und entfernt. Das Ätzen stoppt an der Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3).
  • Danach wird die Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3) durch eine saure Lösung abgeätzt, wodurch sie entfernt wird und die n-GaAs-Schicht C11, die eine n-Deckschicht bildet, freigelegt ist. Danach wird, durch ähnliche Schritte, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben sind, auf der freigelegten Fläche der n-GaAs-Schicht C11 eine Oberflächenelektrode 15 hergestellt. Unter Verwendung derselben als Maske wird ein Ätzvorgang mit einer alkalischen Lösung ausgeführt, wodurch die freigelegte n-GaAs-Schicht C11 entfernt wird und die AlInP-Schicht C12 freigelegt wird.
  • Danach wird ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) für einen Mesa-Ätzvorgang so hergestellt, dass es die Oberflächenelektrode 15 bedeckt. Unter Verwendung dieses Resistmusters als Maske wird ein Ätzvorgang mit einer alkalischen und einer sauren Lösung ausgeführt, so dass Epitaxieschichten entfernt werden und der transparente, leitende Film 33 freigelegt wird. Durch Ätzen mit einer sauren Lösung wird der freigelegte ITO-Film entfernt, und ferner werden durch einen vorgegebenen Ätzvorgang die InGaAsP-Schichten C32 und C31 entfernt, und das InP-Substrat 30 wird freigelegt.
  • Dann wird auf der Rückseite des InP-Substrats 30 durch Dampfabscheidung ein Au-Zn-Film hergestellt, und durch Wärmebehandlung für 1 Minute bei 400°C in einer Stickstoffatmosphäre wird eine ohmsche Elektrode 34 ausgebildet. Ferner können ein TiO2-Film (mit einer Dicke von 55 nm) und ein MgF2-Film (mit einer Dicke von 100 nm) kontinuierlich als Antireflexionsfilm durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren auf der Oberfläche hergestellt werden.
  • Durch Spalten in Abschnitten des InP-Substrats 30, die durch den Mesa-Ätzvorgang freigelegt sind, werden z.B. 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterien mit einer Größe von 10 mm × 10 mm hergestellt.
  • Die 33 zeigt die Struktur der so hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie im Schnitt. Wie es aus der 33 erkennbar ist, ist ein Zellenkörper C auf der Lichteintrittsseite ausgebildet, und ein anderer Zellenkörper Ca ist auf der davon abgewandten Seite ausgebildet, wobei eine Rückseitenelektrode 9 aus einem transparenten, leitenden Material eingefügt ist.
  • Unter Verwendung von Referenzsonnenlicht mit der Luftmasse (AM) 1,5 G wurde die oben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie durch einen Solarsimulator bewertet, und es wurden die Strom-Spannungs-Charakteristik beim Bestrahlen, der Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung, der Füllfaktor und der Wandlungswirkungsgrad gemessen.
  • Bei den obigen Ausführungsformen kann die Rückseitenelektrode 9 z.B. durch Drucken oder Sprühen, statt durch das oben beschriebene Plattierungsverfahren, hergestellt werden.
  • Wenn angenommen wird, dass die Rückseitenelektrode die oben beschriebene Form aufweist, beträgt eine bevorzugte Dicke derselben ungefähr 2 bis ungefähr 500 μm.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterien wird schließlich das Substrat für epitaktisches Wachstum entfernt, weswegen die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Zellenkörper und der Wärmesenke verbessert wird. Im Ergebnis kann ein Temperaturanstieg des Zellenkörpers der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gering gehalten werden, Ferner kann das entfernte Substrat für epitaktisches Wachstum wiederverwendet werden, was eine Kostensenkung ermöglicht.

Claims (20)

  1. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit: – einem Zellenkörper (C) mit mindestens einer einkristallinen pn-Übergangsschicht, in die Sonnenlicht eintritt; – einem ersten Elektrodenabschnitt (9), der direkt auf einer Fläche auf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite des Zellenkörpers (C) abgewandten Seite hergestellt ist und eine vorgegebene Dicke zum Abstützen des Zellenkörpers aufweist; und – einem zweiten Elektrodenabschnitt (15), der auf einer Fläche auf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite des Zellenkörpers (C) hergestellt ist.
  2. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenkörper (C) und der erste Elektrodenabschnitt (9) flexibel sind.
  3. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenabschnitt (9) eine Dicke aufweist, die ein Verbiegen erlaubt.
  4. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C) über mehrere pn-Übergänge von Verbindungen mit verschiedenen Bandlücken verfügt; und – die mehreren pn-Übergangsschichten so angeordnet sind, dass die Bandlücke von der Seite des ersten Elektrodenabschnitts zur Sonnenlicht-Eintrittsseite hin größer wird.
  5. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu den mehreren pn-Übergangsschichten die Folgenden gehören: – eine erste pn-Übergangsschicht (B) einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, die auf dem ersten Elektrodenab schnitt ausgebildet ist; und – eine zweite pn-Übergangsschicht (T) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer als die erste Bandlücke ist, die auf der ersten pn-Übergangsschicht (B) ausgebildet ist.
  6. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren pn-Übergangsschichten die Folgenden aufweisen: – eine erste pn-Übergangsschicht (B) einer III-III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, die auf dem ersten Elektrodenabschnitt ausgebildet ist; – eine zweite pn-Übergangsschicht (M) einer III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer als die erste Bandlücke, die auf der ersten pn-Übergangsschicht (B) ausgebildet ist; und – eine dritte pn-Übergangsschicht (T) einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, die größer als die zweite Bandlücke ist, die auf der zweiten pn-Übergangsschicht (M) ausgebildet ist.
  7. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren pn-Übergangsschichten die Folgenden aufweisen: – eine erste pn-Übergangsschicht (B) einer I-III-VI-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, die auf dem ersten Elektrodenabschnitt ausgebildet ist; – eine zweite pn-Übergangsschicht (M) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer als die erste Bandlücke, die auf der ersten pn-Übergangsschicht (B) ausgebildet ist; und – eine dritte pn-Übergangsschicht (T) einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, die größer als die zweite Bandlücke ist, die auf der zweiten pn-Übergangsschicht (M) ausgebildet ist.
  8. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Elektrodenabschnitt (9) aus einem transparenten, leitenden Film (31, 32, 33) besteht; und – die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie ferner über einen anderen Zellenkörper (CA1) verfügt, der an derjenigen Seite des ersten Elektrodenabschnitts (9) zum Anhaften gebracht ist, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandt ist.
  9. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C) über pn-Übergangsschichten verfügt, die Bandlücken aufweisen, die von der Seite des ersten Elektrodenabschnitts (9) zur Seite eines zweiten Elektrodenabschnitts (15), auf der Sonnenlicht eintritt, größer sind; und – der andere Zellenkörper (CA) eine pn-Übergangsschicht mit einer Bandlücke aufweist, die noch kleiner als diejenige des Zellenkörpers (C) ist.
  10. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenkörper Folgendes aufweist: – eine pn-Übergangsschicht aus einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke; und – eine pn-Übergangsschicht aus einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer als die erste Bandlücke ist; und – der andere Zellenkörper (CA) eine pn-Übergangsschicht (C3) aus einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, die kleiner als die erste Bandlücke ist, aufweist.
  11. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergangsschicht (C3) des anderen Zellenkörpers (CA) eine pn-Übergangsschicht aus einer I-III-VI-Verbindung aufweist.
  12. Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C) eine pn-Übergangsschicht (C2) aus einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke aufweist, die auf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandten Seite angeordnet ist; und – eine pn-Übergangsschicht (C1) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer als die erste Bandlücke ist, auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite angeordnet ist; und – die andere Zelle (CA) aus einer Silicium-Solarbatteriezelle besteht.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, mit den folgenden Schritten: – Herstellen einer Schicht (T), die eine erste Zelle mit einer ersten Bandlücke bilden soll, auf einer Fläche eines Halbleitersubstrats (1) durch epitaktisches Wachstum; – Herstellen einer Schicht (B), die eine zweite Zelle mit einer zweiten Bandlücke, die kleiner als die erste Bandlücke ist, bilden soll, auf der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll; – Herstellen eines ersten Elektrodenabschnitts (9) mit vorgegebener Dicke zum Abstützen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, und der Schicht (B), die die zweite Zelle bilden soll, direkt auf der Letzteren; – Trennen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1); und – Herstellen eines zweiten Elektrodenabschnitts (15) auf einer Fläche der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, die durch Abtrennen des Halbleitersubstrats freigelegt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt des Herstellens der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, und dem Schritt des Herstellens der Schicht (B), die die zweite Zelle bilden soll, ein Schritt des Herstellens einer Schicht (M) ausgeführt wird, die eine dritte Zelle bilden soll, die eine dritte Bandlücke aufweist, die kleiner als die erste Bandlücke aber größer als die zweite Bandlücke ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: – Herstellen einer vorgegebenen Zwischenschicht (3) durch epitaktisches Wachstum zwischen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat (1); – wobei der Schritt des Abtrennens der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernens des Halbleitersubstrats (1) durch Ätzen und des weiteren Entfernens der Zwischenschicht (3) aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: – Herstellen einer vorgegebenen Zwischenschicht (3) durch epitaktisches Wachstum zwischen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat (1); – wobei der Schritt des Abtrennens der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernens der Zwischenschicht durch Ätzen zum Ablösen des Halbleitersubstrats (1) beinhaltet.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – im Schritt des Herstellens des ersten Elektrodenabschnitts (9) derselbe aus einem transparenten, leitenden Film (31, 32, 33) hergestellt wird; und – nach dem Schritt des Herstellens des ersten Elektrodenabschnitts (9) und vor dem Schritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) ein Schritt ausgeführt wird, bei dem am ersten Elektrodenabschnitt (9) eine Schicht (C3) zum Anhaften gebracht wird, die eine dritte Zelle mit einer Bandlücke, die kleiner als die zweite Bandlücke ist, bilden soll.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen der Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat (1) eine vorgegebene Zwischenschicht (31) hergestellt wird; und – der Schritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernens des Halbleitersubstrats (1) durch Ätzen und des weiteren Entfernens der Zwischenschicht (3) aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen der Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat (1) durch epitaktisches Wachstum eine vorgegebene Zwischenschicht (3) hergestellt wird; und – der Schritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernens der Zwischenschicht (3) durch Ätzen zum Entfernen des Halbleitersubstrats (1) aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, bei dem die Schicht (3), die die dritte Zelle bilden soll, am ersten Elektrodenabschnitt (9) zum Anhaften gebracht wird, den Schritt des Herstellens eines transparenten, leitenden Films (31) auf einer Fläche der dritten Zelle (CA) und des Verbindens derselben mit dem ersten Elektrodenabschnitt (9) durch einen transparenten, leitenden Kleber (32) beinhaltet.
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