JP2000252492A

JP2000252492A - 太陽電池、この製造方法、および積層型太陽電池

Info

Publication number: JP2000252492A
Application number: JP11048835A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 聡田中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大型化を図れるとともに下段セルへ光が入射
しやすい太陽電池、この製造方法、および積層型太陽電
池を提供すること。【解決手段】半導体基板４または当該半導体基板上に
形成されたエピタキシャル層の一の面に光の入射に応じ
て電流を生成する光電変換部６が設けられ、二つの電極
２６，３６を介して電流を取り出し可能な太陽電池２に
おいて、半導体基板またはエピタキシャル層の一の面
に、光電変換部６により生成された電流が通過可能な導
電領域３０が部分的に形成されており、導電領域３０に
は、一方の電極３６が接続されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換を行う太
陽電池およびこれを備えた積層型太陽電池に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体シリコンなどの単一材
料からなる太陽電池よりも光電変換効率を高めるべく、
バンドギャップを選択できるＧａＡｓなどのIII-V族化
合物半導体の太陽電池の開発が行われている。しかし、
このIII-V族化合物半導体の太陽電池は光電変換効率が
高いものの、代表的なIII-V族半導体基板であるＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ基板がＳｉ基板と比較して価格が高いという
デメリットがあり、このことがIII-V族化合物半導体の
太陽電池の普及を阻害している。

【０００３】かかるコスト高の問題を解決するため、大
面積の大型の太陽電池を大量に生産することが考えられ
る。しかし、従来から知られている薄膜積層法やメカニ
カルスタック法等によりIII-V族半導体を用いて太陽電
池を製造する場合、通常、導電性のＧａＡｓ、ＩｎＰ基
板が必要になるが、導電性の基板を得るには不純物を添
加しなければならない。ところが、この不純物が基板全
体の結晶性を劣化させるため、太陽電池の大型化（大面
積化）が図れないという問題があった。

【０００４】一方、このような導電性の基板を用いた太
陽電池と異なり、半絶縁性の基板を用いた太陽電池が知
られている。このタイプの太陽電池の一例が、26th IEE
E Photovoltaic Specialists Conference(1997，高本
他)のFigure.2に示されている。この太陽電池は、光電
変換部（ダイオード構造）と半絶縁性基板との間に厚い
導電層を設け、この導電層に取り付けた電極（Ａｕ）よ
り光電変換部で生成された電流を取り出せるように構成
されている。そして、導電層の結晶性はその下の半絶縁
性基板の結晶性に従うため良質となり、導電性基板を用
いるタイプの太陽電池よりも大型化を図ることができ、
ひいては大量生産による価格低下が期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この半絶縁
性基板を使用したタイプの太陽電池には、次のような問
題があった。すなわち、上述の導電層はキャリア密度が
高いため、電気エネルギへの変換ができないバンドギャ
ップよりも小さいエネルギの光も吸収してしまう。この
ため、例えばこのタイプの太陽電池をスタック型太陽電
池の上部セルとして使用した場合、下部の太陽電池への
光の入射が妨げられる。つまり、下部の太陽電池によれ
ば電気エネルギに変換できるエネルギ光を上部セルの導
電層が吸収してしまうため、太陽電池全体の変換効率が
低下してしまう。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、大型化を図れるとともに下段セルへ光が入射し
やすい太陽電池、この製造方法、および積層型太陽電池
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、半導体基板または当該半導体基板上に形
成されたエピタキシャル層の一の面に光の入射に応じて
電流を生成する光電変換部が設けられ、二つの電極を介
して電流を取り出し可能な太陽電池において、半導体基
板またはエピタキシャル層の一の面に、光電変換部によ
り生成された電流が通過可能な導電領域が部分的に形成
されており、導電領域には、一方の電極が接続されてい
ることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る太陽電池では、半導体基板ま
たは当該半導体基板上に形成されたエピタキシャル層の
一の面に、光電変換部によって生成された電流が通過可
能な導電領域が部分的に形成されている。すなわち、こ
の導電領域および導電領域に接続された電極を介して電
流の取り出しが行われる。導電領域の形成方法として
は、たとえば不純物を表面から拡散させる拡散法や高エ
ネルギのイオンを基板に注入するイオン注入法がある。
また、導電領域は半導体基板の表面全体でなく部分的に
形成されているため、たとえば本発明の太陽電池の下方
に他の太陽電池を配置した場合に、本発明の太陽電池に
入射した光のうち導電領域が形成されていない部分を通
過した光が下方の太陽電池に効率良く入射することがで
きる。さらに、本発明では、導電領域を介して電流の取
り出しを行うことができるため、不純物添加による結晶
性の劣化のために大型化の図れない導電性基板を使用す
る必要がない。このため、導電性基板を使用する従来の
ような太陽電池と比較して大型化を図ることができ、ひ
いては電気出力の向上を図ることができる。

【０００９】また、本発明の太陽電池において、光電変
換部は、ｐ型層およびｎ型層を有するｐｎ接合ダイオー
ドから成るように構成することができる。また、光電変
換部は、複数のｐｎ接合ダイオードと当該各ｐｎ接合ダ
イオードの間に設けられたトンネル接合ダイオードとか
ら成るように構成してもよい。

【００１０】さらに、半導体基板はＧａＡｓ、ＩｎＰ、
Ｓｉのうち何れかの材料で形成することが望ましい。

【００１１】また、上述の導電領域に接続される一方の
電極は、半導体基板またはエピタキシャル層の一の面側
に設けることができる。また、半導体基板の他の面に導
電領域が露出する露出部を形成し、一方の電極をこの露
出部に設けてもよい。

【００１２】また、本発明の積層型太陽電池は、上述の
太陽電池である第１の太陽電池と、当該第１の太陽電池
の下方に設けられた第２の太陽電池とを有し、入射光の
うち第１の太陽電池を透過した光が第２の太陽電池に入
射する。

【００１３】本発明に係る積層型太陽電池によれば、上
述のように第１の太陽電池の導電領域は半導体基板の表
面全体でなく部分的に形成されているため、第１の太陽
電池に入射した光のうち導電領域が形成されていない部
分を通過した光が第２の太陽電池に効率良く入射するこ
とができる。

【００１４】また、上記積層型太陽電池において、第２
の太陽電池の半導体基板またはエピタキシャル層に、第
１の太陽電池と同様に導電領域が部分的に形成されてい
ることが望ましい。このような構成を採用した場合、第
２の太陽電池においても導電領域を介して電流の取り出
しを行うことができるため、不純物添加による結晶性の
劣化のために大型化の図れない導電性基板を使用する必
要がない。このため、導電性基板を使用する場合と比較
して大型化を図ることができ、ひいては電気出力の向上
を図ることができる。

【００１５】さらに、上記積層型太陽電池において、第
１の太陽電池の半導体基板はＧａＡｓから形成され、第
２の太陽電池の半導体基板はＩｎＰから形成されている
ことが望ましい。

【００１６】この場合、たとえばＧａＡｓ基板上にＧａ
Ａｓを、ＩｎＰにはＧａ_0.25Ｉｎ_0. ₇₅Ａｓ_0.54Ｐ_0.46を
それぞれ光電変換部のｐｎ接合ダイオードの材料として
用いてタンデム型の太陽電池を作製すると、２つのダイ
オードで得られる変換効率が極めて高くなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る太陽電池、積層型太陽電池、および太陽電池の
製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する
記載は省略する。

【００１８】［第１実施形態］図１は本実施形態に係る
太陽電池２を示す斜視図であり、図２は図１に示す太陽
電池２のII-II方向の断面図で、図３は図１に示す太陽
電池２のIII-III方向の断面図である。太陽電池２は、
主に、半絶縁性のＧａＡｓ（００１）基板４と、２対の
ｐｎ接合ダイオード構造を含む光電変換部６と、から構
成されている。なお、本実施形態で使用する基板４は半
絶縁性の基板に限られず、絶縁性基板や導電性基板でも
よい。

【００１９】図２および図３に示すように、光電変換部
６は、表面最上層から順に、(1)Ｓｉドープのｎ型Ｇａ
ＩｎＰ層（厚さ０．０５μｍ、キャリア濃度２×１０¹⁸
個／ｃｍ³）８と、(2)Ｚｎドープのｐ型ＧａＩｎＰ層
（厚さ０．５５μｍ、キャリア濃度１．５×１０¹⁷個／
ｃｍ³）１０と、(3)Ｚｎドープのｐ型ＧａＩｎＰ層（厚
さ０．０１５μｍ、キャリア濃度１．５×１０¹⁹個／ｃ
ｍ³）１２と、(4)Ｓｉドープのｎ型ＧａＩｎＰ層（厚さ
０．０１５μｍ、キャリア濃度２×１０¹⁹個／ｃｍ³）
１４と、(5) Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ層（厚さ０．１
μｍ、キャリア濃度２×１０¹⁸個／ｃｍ³）１６と、(6)
Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓ層（厚さ３μｍ、キャリア
濃度２×１０¹⁷個／ｃｍ³）１８と、を備えている。

【００２０】なお、ｎ型ＧａＩｎＰ層８とｐ型ＧａＩｎ
Ｐ層１０の組合せ、および、ｎ型ＧａＡｓ層１６とｐ型
ＧａＡｓ層１８の組合せによって、それぞれｐｎ接合ダ
イオードが構成され、ｐ型ＧａＩｎＰ層１２とｎ型Ｇａ
ＩｎＰ層１４の組合せによってトンネル接合ダイオード
が構成されている。また、図示は省略するが、太陽電池
２の表裏面には、ＭｇＳ、ＺｎＳからなる反射防止膜が
形成されている。

【００２１】光電変換部６の上面には、図１において詳
細が明らかにされているが、５本のフィンガー２０およ
び各フィンガー２０に接続されたバズバー２２から成る
くし形電極２４と、当該くし形電極２４に取り付けられ
た上部電極パッド２６と、が設けられている。フィンガ
ー２０の幅Ｌ₁（図２参照）は約２０μｍで、各フィン
ガー２０の間隔は６５０μｍとされている。通常、金属
電極に入射した光は反射または散乱されるため光電変換
部６のｐｎ接合部分に到達しないが、本実施形態のよう
にくし形電極２４を用いれば、各フィンガー２０間に入
射した光が確実にｐｎ接合部に到達することができる。
なお、くし形電極２４および上部電極パッド２６の材料
としては、光電変換部６で発生した電流を損失無く外部
に取り出せるように、例えば金、銀、アルミニウム、ニ
ッケル、スズ、インジウムなどの抵抗率が低い金属及び
合金が好ましい。

【００２２】また、基板４の上面には、本実施形態の特
徴である導電領域３０が形成されている。導電領域３０
には不純物として亜鉛（Ｚｎ）が拡散されており、その
内部を光電変換部６で生成された電流が通過することが
できる。導電領域３０は、光電変換部６からの電流が流
入するための５つの電流流入領域３２と、各電流流入領
域３２からの電流が集められる電流収集領域３４と、か
ら構成されている。また、導電領域３０の上面には、電
流を取り出すための下部電極パッド（コンタクト電極）
３６が取り付けられている。なお、図２に示すように、
各電流流入領域３２の幅Ｌ₂は、くし形電極２４のフィ
ンガー２０の幅Ｌ₁よりも狭くされている。

【００２３】また、導電領域３０の抵抗率を低下させる
には、不純物の濃度を上げればよい。不純物を添加する
方法としては、不純物濃度が高いガスに基板４を曝すこ
とで当該不純物を基板表面から拡散させる拡散法や、高
エネルギのイオンを基板４に注入するイオン注入法があ
る。また、不純物としては、Ｚｎのほか種々のものを使
用することができる。

【００２４】次に、以上のような構成の太陽電池２に光
が入射したときの動作を説明する。まず、入射光のうち
各フィンガー２０の間を通過した光が光電変換部６に到
達すると、光電変換部６によって電流が生成される。そ
して、この電流は、各電流流入領域３２に入り込んで電
流収集領域３４を通過した後に、下部電極パッド３６よ
り取り出される。

【００２５】ここで、本実施形態の太陽電池２によれ
ば、導電領域３０は基板４の表面全体でなく部分的に形
成されているため、たとえば本実施形態の太陽電池２の
下方に他の太陽電池を配置した場合に、太陽電池２に入
射した光のうち導電領域３０が形成されていない部分を
通過した光が下方の太陽電池に効率良く入射することが
できる。なお、各電流流入領域３２の幅Ｌ₂は、くし形
電極２４のフィンガー２０の幅Ｌ₁よりも狭くされてい
るため、太陽電池２を通過する入射光量はフィンガー２
０の幅（面積）で決定され、電流流入領域３２の面積の
影響を受けない。

【００２６】さらに、本実施形態では、導電領域３０を
介して電流の取り出しを行うことができるため、不純物
添加による結晶性の劣化のために大型化（大面積化）の
図れない導電性基板を使用する必要がない。このため、
導電性基板を使用する従来のような太陽電池と比較して
大型化を図ることができ、ひいては電気出力の向上を図
ることができる。またさらに、26th IEEE Photovoltaic
Specialists Conference(1997，高本他)のFigure.2に
示された太陽電池のように、光電変換部（ダイオード構
造）と半絶縁性基板との間に厚い導電層を設ける必要が
なくなり、コスト低減を図ることができる。

【００２７】次に、図４を参照して、本実施形態の太陽
電池２の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、
太陽電池２の製造方法を示す工程図である。なお、図の
見易さを考慮し、電流流入領域３２等の数は図１のもの
と変えてある。

【００２８】まず、図４（ａ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤによって、ＧａＡｓ基板４上に厚さ１０μｍの窒
化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク層３８を形成す
る。このマスク層３８は、後の工程で不純物拡散用のマ
スクとなるものである。なお、マスク層３８の材料とし
ては、ＳｉＮのほかに、ＳｉＯ₂などの酸化物やＴｉＮ
などの窒化物を使用することができる。また、マスク層
３８の形成方法としては、このほか蒸着法、スパッタ
法、スピンオンガラス法などがある。

【００２９】なお、マスク層３８を形成する前に、位置
合わせ用のマークを付けてもよい。後述の工程で部分的
な導電領域を形成した後、基板表面を見ても導電領域が
形成された部分と形成されていない部分とが外観上見分
けが殆ど付かない。このため、基板４への光電変換部６
の積層が困難になるのを防止すべく、位置合わせマーク
が付けられる。具体的には、基板４の表面全体にフォト
レジストを塗布した後、位置合わせマークを付ける部分
のみフォトレジストを除去して窓を形成する。この窓
は、後の工程で光電変換部が積層される領域以外に形成
することが望ましい。そして、窓を形成した後、アンモ
ニア溶液で基板の窓から露出した部分を約０．１μｍの
深さまでエッチングし、このエッチングされた部分が位
置合わせマークとなる。なお、位置合わせマークの形成
には、このほかスパッタや反応性イオンエッチングなど
のドライエッチング、酸やアルカリなどによるウエット
エッチングを用いてもよい。

【００３０】次に、図４（ｂ）に示すように、マスク層
３８に開口窓４０を形成する。具体的には、開口窓４０
を形成する部分以外にフォトレジストを塗布した後、基
板４全体を濃度約５％のフッ酸に浸す。フッ酸はＳｉＮ
を溶解するがＧａＡｓを溶解しないため、フォトレジス
トが塗布されていない部分のＳｉＮのみが除去され、こ
れにより開口窓４０が形成される。

【００３１】次に、図４（ｃ）に示すように、電流流入
領域３２等からなる導電領域３０を形成する。導電領域
３０の形成のために、本実施形態では拡散法を用いる。
具体的には、高純度Ｚｎおよび高純度Ａｓを予め真空排
気され水素で置換された石英製アンプルに導入し、さら
に、開口窓４０が形成された基板を当該アンプルに入れ
て封入する。そして、このアンプル全体を加熱炉に入
れ、６００℃で６０分間加熱する。これにより、Ｚｎが
基板４の表面付近で拡散し、導電領域３０が形成され
る。なお、ＳＩＭＳにて測定したところ、基板表面から
深さ１５μｍのポイントでも１×１０¹⁸／ｃｍ³以上の
Ｚｎ濃度であることが分かった。

【００３２】なお、Ｚｎを拡散させる方法として、本実
施形態のように固体Ｚｎ，Ａｓを用いる代わりに、Ｚ
ｎ，Ａｓ原料ガスを用いてもよい。たとえば、Ｚｎの原
料ガスとしてトリメチル亜鉛、Ａｓの原料ガスとしてア
ルシン、ターシャリブチルアルシンがある。これらのガ
スを用いる場合は、通常ＭＯＣＶＤの成長炉で、水素ガ
スをキャリアガスとしてＺｎ原料ガスおよびＡｓ原料ガ
スを同時に流し、加熱された基板上に供給する。

【００３３】次に、図４（ｄ）に示すように、マスク層
３８をフッ酸により除去する。さらに、基板４の表面を
アンモニア溶液により表面から約０．５μｍだけエッチ
ングする。これにより、基板４の表面が平坦化し、後の
光電変換部を構成する各エピタキシャル層が良好な結晶
性、電気特性を有するものになる。

【００３４】次に、図４（ｅ）に示すように、基板４上
に光電変換部６を形成し、さらに、この光電変換部６上
にフィンガー２０などを有するくし形電極２４を形成す
る。本実施形態では、光電変換部６の各エピタキシャル
層８〜１８を成長させるに際しては、横型成長炉などを
使用することができ、III族元素の原材料およびV族元素
の原材料を、水素ガスをキャリアガスとして反応炉内に
導入する。ＧａＡｓ層１６，１８を形成するときは、V
族ガスの量とIII族ガスの量との比を１：１０とし、Ｇ
ａＩｎＰ層８〜１４を形成するときは、V族ガスの量とI
II族ガスの量との比を１：５０とする。また、ガスの総
流量を毎分約２０リットル、基板温度を約５５０℃、基
板の回転速度を毎分約１０回転、そして、反応炉内の圧
力を約７６Ｔｏｒｒとする。

【００３５】また、III族元素の原材料として、ガリウ
ムを含むトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、アルミを含む
トリメチルアルミ（ＴＭＡ）、インジウムを含むトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）等を用いることができ、V族
の元素の原材料として、ヒ素を含むターシャリーブチル
アルシン（ＴＢＡ）、リンを含むターシャリブチルフォ
スヒン（ＴＢＰ）等を用いることができる。また、ｎ型
の伝導特性を得るために、ドーパントガスとしてテトラ
エチルシラン（ＴＥＳｉ）、ｐ型の伝導特性を得るため
にジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いることができる。

【００３６】なお、電流の外部への取り出しを考慮し、
基板４に直接形成される最下層（ＧａＡｓ層）１８は、
導電領域３０と同じ導電型（ｐ型またはｎ型）にする必
要がある。本実施形態では、導電領域３０がｐ型である
ため、最下層であるＧａＡｓ層１８をｐ型にしてある。

【００３７】また、基板４および光電変換部６のエピタ
キシャル層の材料には、シリコン、ゲルマニウムの４族
の半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＩｎ
Ｐ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮ
Ｐ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＳ
ｂ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮＡｓＰなどの
III-V族化合物半導体、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、Ｃｄ
ＭｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、Ｚｎ
Ｓｅ、ＺｅＴｅなどのII-VI族化合物半導体、そして、
ＣｕＩｎＳｅ（ＣｌＳ）などの種々のものを用いること
ができる。なお、各エピタキシャル層を積層する場合、
バンドギャップの大きいものを上部にすることが望まし
い。これは、バンドギャップエネルギ以下のエネルギを
有する光を電気エネルギに変換することができないとい
う太陽電池の性質を考慮したものであり、これにより、
上部のセル（太陽電池）によって電気エネルギに変換で
きなかった所定波長の光を下部セルによって変換するこ
とができる。

【００３８】また、ｎ型ＧａＩｎＰ層８とｐ型ＧａＩｎ
Ｐ層１０の間やｎ型ＧａＡｓ層１６とｐ型ＧａＡｓ層１
８の間に低キャリア濃度層であるｉ層を挿入したｐｉｎ
ダイオード構造を形成してもよい。

【００３９】そして、各エピタキシャル層８〜１８の成
長が終了した後、エピタキシャル層８〜１８の周囲をウ
エットエッチングやドライエッチングなどによって除去
する。本実施形態では、クエン酸水溶液と過酸化水素水
を３：１の割合で混合した溶液によって各エピタキシャ
ル層８〜１８のエッチングを行う。これにより、図１に
示すような１ｃｍ角のメサ形状の光電変換部６が完成す
るとともに、導電領域３０の一部が露出する。そして、
光電変換部６の上部にくし形電極２４を蒸着法やメッキ
法などによって形成した後、くし形電極２４に金製の上
部電極パッド２６を蒸着し、導電領域３０の電流収集領
域３４に金製の下部電極パッド３６を蒸着する。さら
に、基板の表面および裏面にＭｇＦ₂、ＺｎＳから成る
反射防止膜を真空蒸着法によって成長させ、本実施形態
の太陽電池２が完成する。

【００４０】次に、図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照し
て、本実施形態の太陽電池の変形例を説明する。図５
（ａ）〜図５（ｃ）に示す各変形例が第１実施形態と異
なるのは、基板４に部分的に形成された導電領域３０の
形状にある。図５（ａ）では、平行に複数形成された電
流流入領域３２に、二つの略Ｕ字状の電流収集領域３４
が交わっている。図５（ｂ）では、平行に複数形成され
た電流流入領域３２に直交して複数の直線状の電流収集
領域３４が形成され、さらに、当該電流収集領域３４に
蒸着された下部電極パッド３６が設けられている。図５
（ｃ）では、電流流入領域３２が平行に複数形成され、
さらに、各電流流入領域３２に直交する複数の直線状の
下部電極パッド３６が設けられている。これらの導電領
域３０のよっても、第１実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。なお、導電領域３０の形状は本変形例に限
られるものではなく、種々変更することができる。

【００４１】［第２実施形態］次に、図４を参照して、
本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態が第１実
施形態と異なるのは、導電領域３０の形成方法である。
図４（ａ）〜図４（ｂ）の工程は第１実施形態と同様で
あるため、説明を省略する。

【００４２】本実施形態では、図４（ｃ）の工程におい
て、イオン注入法によって導電領域３０を形成する。具
体的には、イオン注入装置によって、４００ｋｅＶに加
速されたシリコンイオンを基板４の上方から注入する。
これにより、基板４の表面から約０．８μｍの深さまで
シリコンイオンを注入することができる。本実施形態で
は、０．８μｍの深さで１×１０¹⁷ｃｍ³以上のシリコ
ンイオンを注入することを目安にした。

【００４３】次に、イオン注入した基板４を熱処理し、
イオン注入により発生した欠陥の除去と注入した不純物
の活性化を行う。具体的には、まず、開口窓４０内の基
板４の表面が露出した部分を保護するため、ＳｉＮを約
０．５μｍ堆積する。次いで、基板４を加熱炉に入れ、
約９００℃で６０分間アニールする。これにより、基板
４の結晶性が良好になると共に、イオン注入した部分
（導電領域３０）が電気的に活性となる。

【００４４】本実施形態のようにイオン注入法を用いた
ときのメリットとして、次のことが挙げられる。すなわ
ち、第１実施形態の拡散法では、基板に拡散させる不純
物領域の深さや濃度は基板の材質と拡散させる不純物元
素の組合せで決まるため、使用できない不純物もある。
これに対し、イオン注入法では、殆どの元素を基板に注
入できる。また、イオン注入法では、不純物を注入する
深さおよび濃度は、それぞれイオンの加速エネルギおよ
びイオン電流量を調整することで容易に制御することが
できる。

【００４５】イオン注入を行った後、図４（ｄ）に示す
マスク層３８の除去および図４（ｅ）に示す光電変換部
６の形成という工程を経て、本実施形態の太陽電池が完
成する。

【００４６】［第３実施形態］次に、図６および図７を
用いて、本発明の第３実施形態について説明する。図６
は、本実施形態の太陽電池２を示す図であり、図７
（ａ）〜図７（ｂ）は、本実施形態の太陽電池２の製造
方法を示す工程図である。本実施形態が第１実施形態と
異なるのは、基板の材料および光電変換部６の構成であ
る。本実施形態では、ノンドープのＳｉ（００１）基板
４４を用いる。

【００４７】まず、図７（ａ）のように、導電領域３０
を形成するための開口窓４０をマスク層３８に形成する
方法を説明する。まず、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）によ
ってマスク層３８を形成する。具体的には、ＳｉＯ₂を
酸化炉にて水素雰囲気中約１０５０℃で成長させると、
マスク層３８の厚みは約１０μｍとなる。そして、マス
ク層３８を形成した後、エッチングによって開口窓４０
を形成する。次に、図７（ｂ）のように、この開口窓４
０から基板４の露出した部分にボロンを拡散させる。原
料としてはＢＣｌ₃を用い、横型の石英炉内でバブリン
グ法にて拡散を行う。

【００４８】ボロンを拡散させてｐ型の導電領域３０を
形成し、マスク層３８を除去した後に、図６に示すよう
に、基板４４上に、(1) Ｐドープのｎ型Ｓｉ層（厚さ
０．３μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁹個／ｃｍ³）４６
と、(2) Ｂドープのｐ型Ｓｉ層（厚さ３００μｍ、キャ
リア濃度２×１０¹⁸個／ｃｍ³）４８と、からなる一対
のダイオード構造をエピタキシャル成長によって形成す
る。エピタキシャル成長は減圧ＣＶＤにて行い、ｎ型半
導体用のドナーとしてＰＨ₃（フォスフィン）等が使用
でき、ｐ型半導体用のアクセプタとしてＢ₂Ｈ₆（ジボラ
ン）等を使用することができる。このような構成の太陽
電池によっても、第１実施形態と同様な効果を得ること
ができる。

【００４９】なお、シリコンから成る基板４４を使う場
合は、マスク層を用いずに導電領域３０を形成すること
ができる。具体的には、シリコン基板４４上に不純物原
子を多量に含むポリマーを塗布し、これを形成したい導
電領域の形状にパターン化する。すなわち、不純物を拡
散させたい部分のみがポリマーで覆われるようにする。
そして、かかる基板４４を加熱炉内でアニールすると、
ポリマー中からシリコン基板４４へ不純物が拡散し、導
電領域３０が形成される。なお。上記ポリマーとして
は、ＢＳＧ（ボロンシリカガラス）、ＰＳＧ（リンシリ
カガラス）などを使用することができる。

【００５０】次に、第３実施形態の変形例について説明
する。本変形例では、基板４４の材料をＦｅがドープさ
れたＩｎＰとする。なお、説明に際しては、図６および
図７を参照する。

【００５１】図７（ａ）のようなマスク層３８に開口窓
４０を形成した後、基板４４を高純度Ｚｎ、高純度Ｐが
導入された石英製アンプルに入れる。なお、アンプル
は、内部を真空排気して水素で置換された後に封止され
る。そして、このアンプルを加熱炉に入れ、５７０℃で
約４５分間加熱する。これにより、図７（ｂ）のよう
に、基板４４の上面の開口窓４０内から露出した部分に
導電領域３０を形成することができる。なお、基板４４
の表面から深さ１５μｍのポイントにおいて５×１０¹⁸
ｃｍ³以上のＺｎ濃度を得ることができる。

【００５２】なお、Ｚｎを拡散させる方法として、本実
施形態のように固体Ｚｎ，Ｐを用いる代わりに、Ｚｎ，
Ｐ原料ガスを用いてもよい。たとえば、Ｚｎの原料ガス
としてトリメチル亜鉛、Ｐの原料ガスとしてフォスフィ
ン、ターシャリブチルフォスフィンがある。これらのガ
スを用いる場合は、通常ＭＯＣＶＤの成長炉で、水素ガ
スをキャリアガスとしてＺｎ原料ガスおよびＰ原料ガス
を同時に流し、加熱された基板上に供給する。

【００５３】次に、マスク層３８をフッ酸により除去す
る。さらに、基板の表面をアンモニア溶液により表面か
ら約０．５μｍだけエッチングする。これにより、基板
４４の表面が平坦化し、後の光電変換部を構成する各エ
ピタキシャル層が良好な結晶性、電気特性を有するもの
になる。

【００５４】そして、図６に示すように、基板４４上に
光電変換部６を形成し、さらに、この光電変換部６上に
フィンガー２０などを有するくし形電極２４を形成す
る。なお、本実施形態では、光電変換部６は、(1) Ｓｉ
ドープのｎ型ＩｎＧａＡｓ層（厚さ０．４μｍ、キャリ
ア濃度１×１０¹⁸個／ｃｍ³）４６と、(2) Ｚｎドープ
のｐ型ＩｎＧａＡｓ層（厚さ３．０μｍ、キャリア濃度
４×１０¹⁷個／ｃｍ³）４８と、からなる一対のダイオ
ード構造を有している。

【００５５】本実施形態では、光電変換部６の各エピタ
キシャル層４６，４８を成長させるに際しては、横型成
長炉などを使用することができ、III族元素の原材料お
よびV族元素の原材料を、水素ガスをキャリアガスとし
て反応炉内に導入する。ＩｎＧａＡｓ層４６，４８を形
成するときは、V族ガスの量とIII族ガスの量との比を
１：１２とする。また、ガスの総流量を毎分約２０リッ
トル、基板温度を約５２０℃、基板の回転速度を毎分約
２０回転、そして、反応炉内の圧力を約１８０Ｔｏｒｒ
とする。

【００５６】また、III族元素の原材料として、ガリウ
ムを含むトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、インジウムを
含むトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を用いることが
でき、V族の元素の原材料として、ヒ素を含むターシャ
リーブチルアルシン（ＴＢＡ）等を用いることができ
る。また、ｎ型の伝導特性を得るために、ドーパントガ
スとしてテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）、ｐ型の伝導
特性を得るためにジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いるこ
とができる。

【００５７】［第４実施形態］次に、図８を参照して、
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態が
第１実施形態と異なるのは、ＧａＡｓ基板４上に厚さ約
０．５μｍのＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比０．３）からな
るストップ層５０をエピタキシャル成長させた後に、部
分的な導電領域３０を形成する点である。各エピタキシ
ャル層８〜１８を成長させた後、エッチングによってメ
サ型の光電変換部６を形成するが、第１実施形態で述べ
たクエン酸水溶液と過酸化水素水を３：１の割合で混合
した溶液は、ＧａＡｓを溶解するがＡｌＧａＡｓを殆ど
溶解しないため、ＡｌＧａＡｓからなるストップ層５０
の表面が露出した時点でエッチングが終了する。すなわ
ち、ＧａＡｓからなる基板４は損傷を受けない。そし
て、ストップ層５０に形成した導電領域３０に下部電極
パッド３６を取り付けることができる。本実施形態によ
れば、ストップ層５０によって、エッチング量の厳密な
制御が不要になり、作業時間の短縮化を図ることができ
る。

【００５８】なお、ストップ層５０には、ＡｌＧａＡｓ
のほか、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰなどのＰを含んだ材料
を用いることができる。この場合、リン酸を用いてエッ
チングを行うと、ＧａＡｓ層は溶解されるが、Ｐを含ん
だ材料は溶解されない。また、本実施形態のように、導
電領域３０は必ずしも基板４の上面に形成する必要はな
く、基板４上に形成されたエピタキシャル層に形成して
もよい。

【００５９】また、ＧａＡｓでなくＩｎＰからなる基板
４を用いる場合は、基板上に例えばＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
などのヒ素を含んだストップ層５０を形成することが望
ましい。そして、エッチング液として、ＩｎＰを溶解す
るがＩｎＧａＡｓを溶解しない塩酸を使うことで、Ｉｎ
ＧａＡｓの最上面が露出した時点でエッチングを終了さ
せることができる。

【００６０】［第５実施形態］次に、図９を参照して、
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態が
第４実施形態と異なるのは、ＧａＡｓからなる基板４の
底面から電流の取り出しを行う点である。本実施形態で
は、基板４上にＡｌＧａＡｓからなるストップ層５０を
エピタキシャル成長させた後、クエン酸水溶液と過酸化
水素水の混合溶液によって導電領域３０の下部が露出す
る露出部５２を形成する。そして、導電領域３０の露出
部５２から露出した部分に下部電極パッド３６を蒸着に
て取り付ける。本実施形態によれば、上記混合液によっ
てエッチングを行うに際して、ＡｌＧａＡｓからなるス
トップ層５０でエッチングが終了する。このため、エッ
チング液によって各エピタキシャル層８〜１８が損傷を
受けるのを防止することができる。

【００６１】［第６実施形態］次に、図１０および図１
１を用いて、本発明の第６実施形態を説明する。図１０
に示されているように、本実施形態の太陽電池は、Ｇａ
ＩｎＰ／ＧａＡｓからなる光電変換部５３が形成された
上部太陽電池（第１の太陽電池）５４と、ＩｎＧａＡｓ
からなる光電変換部５５が形成された下部太陽電池（第
２の太陽電池）５６と、を備えた積層型太陽電池７０で
ある。上部太陽電池５４はスタックホルダ５８によって
支持されており、上部太陽電池５４を透過した光が下部
太陽電池５６に入射できるように構成されている。な
お、上部太陽電池５４の基板６０はＧａＡｓからなり、
下部太陽電池５６の基板６２はＩｎＰからなる。

【００６２】図１１（ａ）は、上部太陽電池５４の上部
の電極６４を示す平面図である。上部の電極は、複数の
フィンガー２０と、このフィンガー２０を囲う正方形の
バズバー２２と、バズバー２２の対向する二辺上に蒸着
された上部電極パッド２６と、から成る。

【００６３】図１１（ｂ）は、基板６０に形成された導
電領域３０および当該導電領域３０に接続された下部電
極パッド３６を示す図である。なお、導電領域３０は、
複数の電流流入領域３２と、当該電流流入領域３２を囲
う正方形の電流収集領域３４と、から成る。また、二つ
の下部電極パッド３６は、長方形の一片が切りかかれた
形状を成しており、それぞれ接続部３６ａにて導電領域
３０に接続されている。電流流入領域３２および電流収
集領域３４は、それぞれフィンガー２０およびバズバー
２２の形状と等しくされており、電流流入領域３２の幅
はフィンガー２０の幅よりも狭くされている。これによ
り、光電変換部５３に入射した光のうち電気エネルギに
変換されなかった光を、導電領域３０に邪魔されること
なく下部太陽電池５６に入射させることができる。な
お、下部電極パッド３６の長手方向の長さが電流収集領
域３４の一片の長さと等しくされているため、下部電極
パッド３６が小さい場合と比較して、下部電極パッド３
６からの電流の取り出し作業が行いやすくなっている。

【００６４】図１１（ｃ）は、下部太陽電池５６の上部
の電極６６を示す平面図である。この電極６６は、複数
のフィンガー２０と、このフィンガー２０を囲う正方形
のバズバー２２と、バズバー２２の対向する二辺上に蒸
着された上部電極パッド２６と、から成る。また、二つ
の上部電極パッド２６は、略三角形状を成しており、そ
れぞれ接続部２６ａにてバズバー２２に接続されてい
る。また、複数のフィンガー２０およびバズバー２２の
形状は、上部太陽電池５４の電流流入領域３２および電
流収集領域３４の形状と等しくされている。これによ
り、上部太陽電池５４を透過した光が、電極６６に邪魔
されることなく光電変換部５５に効率良く入射する。な
お、本実施形態では、下部太陽電池５６の下部電極パッ
ド６８は、光電変換部５５の全面を覆っている。

【００６５】また、本実施形態において、基板６２とし
て、部分的な導電領域３０が形成されたものを使用して
もよい。この場合、基板上に成長させるエピタキシャル
層を良質なものにできる。

【００６６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、光電変換部の
ｐｎ接合ダイオードは一つまたは二つに限られず、三つ
以上にしてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽電池
では、半導体基板またはエピタキシャル層の一の面に、
光電変換部によって生成された電流が通過可能な導電領
域が部分的に形成されている。すなわち、この導電領域
および導電領域に接続された電極を介して電流の取り出
しが行われる。そして、導電領域は半導体基板の表面全
体でなく部分的に形成されているため、たとえば本発明
の太陽電池の下方に他の太陽電池を配置した場合に、本
発明の太陽電池に入射した光のうち導電領域が形成され
ていない部分を通過した光が下方の太陽電池に効率良く
入射することができる。さらに、本発明では、導電領域
を介して電流の取り出しを行うことができるため、不純
物添加による結晶性の劣化のために大型化の図れない導
電性基板を使用する必要がない。このため、導電性基板
を使用する従来のような太陽電池と比較して大型化を図
ることができ、ひいては電気出力の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の太陽電池を示す斜視図である。

【図２】図１に示す太陽電池のII-II方向の断面図であ
る。

【図３】図１に示す太陽電池のIII-III方向の断面図で
ある。

【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１実施形態の太
陽電池の製造方法を示す工程図である。

【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１実施形態の太
陽電池の導電領域の形状を変えた変形例である。

【図６】第３実施形態の太陽電池を示す図である。

【図７】図７（ａ）〜図７（ｂ）は、第３実施形態の太
陽電池の製造方法を示す工程図である。

【図８】第４実施形態の太陽電池を示す断面図である。

【図９】第５実施形態の太陽電池を示す断面図である。

【図１０】第６実施形態の積層型太陽電池を示す図であ
る。

【図１１】図１１（ａ）は上部太陽電池の上部の電極を
示す平面図であり、図１１（ｂ）は上部太陽電池の導電
領域を示す平面図であり、図１１（ｃ）は下部太陽電池
の上部の電極を示す平面図である。

【符号の説明】２…太陽電池、４，４４，６０，６２…基板（半導体基
板）、６，５３，５５…光電変換部、２０…フィンガ
ー、２２…バズバー、２４…くし形電極、２６…上部電
極パッド、３０…導電領域、３２…電流流入領域、３４
…電流収集領域、３６…下部電極パッド（一方の電
極）、３８…マスク層、４０…開口窓、５０…ストップ
層、５２…露出部、５４…上部太陽電池（第１の太陽電
池）、５６…下部太陽電池（第２の太陽電池）、５８…
スタックホルダ、７０…積層型太陽電池。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板または当該半導体基板上に形
成されたエピタキシャル層の一の面に光の入射に応じて
電流を生成する光電変換部が設けられ、二つの電極を介
して前記電流を取り出し可能な太陽電池において、前記半導体基板または前記エピタキシャル層の前記一の
面に、前記光電変換部により生成された前記電流が通過
可能な導電領域が部分的に形成されており、前記導電領域には、一方の前記電極が接続されているこ
とを特徴とする太陽電池。
【請求項２】前記光電変換部は、ｐ型層およびｎ型層
を有するｐｎ接合ダイオードから成ることを特徴とする
請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】前記光電変換部は、複数の前記ｐｎ接合
ダイオードと、当該各ｐｎ接合ダイオードの間に設けら
れたトンネル接合ダイオードと、から成ることを特徴と
する請求項２記載の太陽電池。
【請求項４】前記半導体基板は、ＧａＡｓで形成され
ていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れ
か一項記載の太陽電池。
【請求項５】前記半導体基板は、ＩｎＰで形成されて
いることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか
一項記載の太陽電池。
【請求項６】前記半導体基板は、Ｓｉで形成されてい
ることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一
項記載の太陽電池。
【請求項７】前記一方の電極は、前記半導体基板また
は前記エピタキシャル層の前記一の面側に設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜請求項６記載の太陽電
池。
【請求項８】前記半導体基板の他の面に前記導電領域
が露出する露出部が形成されており、前記一方の電極は、前記露出部に設けられていることを
特徴とする請求項１〜請求項６記載の太陽電池。
【請求項９】請求項１〜請求項８のうち何れか一項記
載の太陽電池である第１の太陽電池と、当該第１の太陽
電池の下方に設けられた第２の太陽電池とを有し、前記
入射光のうち前記第１の太陽電池を透過した光が前記第
２の太陽電池に入射することを特徴とする積層型太陽電
池。
【請求項１０】前記第２の太陽電池は、請求項１〜請
求項８のうち何れか一項記載の太陽電池であることを特
徴とする請求項９記載の積層型太陽電池。
【請求項１１】前記第１の太陽電池の前記半導体基板
はＧａＡｓから形成され、前記第２の太陽電池の前記半
導体基板はＩｎＰから形成されていることを特徴とする
請求項１０記載の積層型太陽電池。
【請求項１２】半導体基板または当該半導体基板上に
形成されたエピタキシャル層の一の面に光の入射に応じ
て電流を生成する光電変換部が設けられ、二つの電極を
介して前記電流を取り出し可能な太陽電池の製造方法に
おいて、前記半導体基板または前記エピタキシャル層の前記一の
面に、前記光電変換部により生成される前記電流が通過
可能な導電領域を部分的に形成する導電領域形成工程
と、前記導電領域形成工程の後に、前記半導体基板または前
記エピタキシャル層の前記一の面に前記光電変換部を形
成する光電変換部形成工程と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。