JP2002289884A

JP2002289884A - 太陽電池、太陽電池装置

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Publication number: JP2002289884A
Application number: JP2001090915A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamada; 隆史山田; Mitsuo Takahashi; 光男高橋; Naoyuki Yamabayashi; 直之山林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】積層型化合物半導体太陽電池の上部太陽電池
として特に好適であり、単体の太陽電池としての光電変
換効率を高く維持しつつ、下部太陽電池への光照射が低
下するのを防止できる化合物半導体太陽電池を提供す
る。【解決手段】化合物半導体太陽電池１は、太陽光Ｒが
入射される面に受光領域１５を有し、受光領域１５の内
部に金属配線９ａとパッド９ｂと備える表面電極９が形
成されている。また、当該太陽電池１には、太陽光Ｒが
出射される面に窓領域１０ｃが設けられている。受光領
域１５から入射した太陽光Ｒのうち、当該太陽電池１を
透過する光は、裏面電極１０に遮蔽されることなく、窓
領域１０ｃを通って当該太陽電池１の外部へと出射す
る。裏面電極１０による遮蔽がないため、より多くの光
量の光が、当該太陽電池１の下部に設けられる他の太陽
電池に供給され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池および太
陽電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体を用いた太陽電池の高効率
化するため、複数の太陽電池を積層する構成が提案され
ている。これらの構造には、モノリシック型タンデムセ
ルとメカニカルスタック型タンデムセルとがある。これ
らの構成の試作例が実際にいくつか報告されている。例
えば、モノリシック型タンデムセルでは、１枚の同一基
板上に複数の太陽電池構造をエピタキシャル成長によっ
て連続的に形成する(T.Takamoto,et.al.,Jpn.J.Appl.Ph
ys. vol.36(1997)pp.6215-6220)。しかし、モノリシッ
ク型タンデムセルでは良質なヘテロエピタキシャル界面
が要求され、高度な成長技術が必要である。一方、メカ
ニカルスタック型タンデムセルと呼ばれる積層型太陽電
池装置では、複数の太陽電池を機械的に接合することで
高効率を実現する方式である。この構成では、基本的に
２つ又はそれ以上の太陽電池を別基板上に別プロセスで
形成できるのでエピタキシャル成長への負荷を軽減でき
かつ特性の劣化も少なく、高効率が期待できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】化合物半導体を用いた
メカニカルスタック型タンデムセルの報告例は、まだあ
まり多くはないが、例えば、文献「H.Matsubara et a
l., Solar Energy Materials and Solar Cells 50 (199
8) pp.177-184.」に示されている。この文献において、
図１０に示すとおり、上部太陽電池７０(同文献ではＧ
ａＡｓ太陽電池)の基板裏面に形成された電極１００の
パターンは、下部太陽電池１１０(同文献ではＧａＩｎ
Ａｓ太陽電池)に太陽光を透過させるために、表面グリ
ッド電極９０と同じ電極パターンで形成されている。特
に、１ｃｍ角以上の大面積メカニカルスタック型化合物
太陽電池では、太陽光の吸収によって生成されたフォト
キャリアが、太陽電池の上下に設けられた電極に十分到
達し、大きい電流及び電圧が得られるように、太陽電池
の受光領域、及び基板裏面の電極において、電極配線密
度が均等となるように工夫されている。

【０００４】しかしながら、図１０に示した上部太陽電
池の電極構成では、上部太陽電池の表面グリッドパター
ンと基板裏面の同じ電極パターンとの位置ずれが生じる
と、本来透過すべき太陽光が裏面の電極により遮られる
ため、上部太陽電池の光透過率が減少してしまう。その
結果、下部太陽電池における発生電力が低下し、積層型
太陽電池装置としての変換効率が低下してしまうという
問題があった。そのため、上部太陽電池の表裏の電極を
形成する際、その位置ずれを最小にするために両面マス
クアライナー装置を用いてミクロン単位の位置合せを行
う必要がある。この位置合せのため、電極パターン作製
工程に時間がかかり、実用化への障害となっていた。特
に、１ｃｍ角以上の大面積太陽電池では、太陽電池の全
面にわたって表裏電極の位置合せを行うことは技術的に
非常に困難である。

【０００５】大面積超高効率太陽電池をより広く実用化
するためには、太陽電池の製造コストの低減、及び量産
化の容易なプロセスの開発が望まれている。

【０００６】そこで、本発明の目的は、積層型化合物半
導体太陽電池の上部太陽電池として特に好適であり、単
体の太陽電池としての光電変換効率を高く維持しつつ、
下部太陽電池への光照射が低下するのを防止できる太陽
電池を提供することである。また、本発明は、上記の化
合物半導体太陽電池を上部太陽電池として用い、変換効
率の高い太陽電池装置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】本発明の一側面は、太陽
電池に係わる。この太陽電池は、入射面と、出射面と、
基板と、複数の化合物半導体層と、第１の電極と、第２
の電極とを備える。入射面は、所定の軸に沿って入射す
る光を受ける。出射面からは、入射光の一部が出射す
る。基板は、入射面と出射面との間に配置されている。
複数の化合物半導体層は、入射面と出射面との間に配置
されており、入射された光から電力を発生するように設
けられている。第１の電極は、入射面に設けられてい
る。第２の電極は、出射面に設けられている。複数の化
合物半導体層は、基板の主面上に配置されている。入射
面は、その中に第１の電極が配置されている第１の領域
と、この第１の領域と異なる第２の領域とを有する。出
射面は、その中に第２の電極が配置されている第３の領
域と、この第３の領域と異なる第４の領域とを有する。
第１および第４の領域は、光の通過経路と交差してい
る。

【０００８】この太陽電池に入射される光は、当該太陽
電池により電力に変換される有効光成分と、当該太陽電
池を透過する透過光成分が含まれる。入射面の第１の領
域に第１の電極を配置すると共に、出射面の第４の領域
に第２の電極を配置したので、透過光成分は、第２の電
極によって遮られることなく出射面から出射する。

【０００９】本発明に係わる太陽電池では、第４の領域
の面積は、第１の領域の面積より大きいようにしてもよ
い。この形態によれば、入射光による第１の電極の陰
は、第２の電極と重なることがない。

【００１０】本発明に係わる太陽電池では、基板は、出
射面から入射面へ向けて設けられた凹部を有するように
してもよい。凹部では基板の厚さが薄いので、基板自体
により光の吸収が小さくなる。また、本発明に係わる太
陽電池では、基板は、複数の化合物半導体層に到達する
ように出射面から入射面へ向けて設けられた凹部を有す
るようにしてもよい。凹部では、基板自体による光の吸
収がなくなる。

【００１１】本発明に係わる太陽電池は、基板と複数の
化合物半導体層との間に設けられたエッチングストップ
層を更に備えるようにしてもよい。エッチングストップ
層によれば、所定のエッチング手法において基板に対し
てエッチング選択比を取ることができる。

【００１２】本発明に係わる太陽電池では、複数の化合
物半導体層は、ＧａＡｓ半導体を含むエミッタ層および
ベース層を有するようにしてもよい。また、本発明に係
わる太陽電池では、複数の化合物半導体層は、ＧａＩｎ
Ｐ／ＧａＡｓタンデム型構造を構成するように設けられ
ているようにしてもよい。

【００１３】本発明の別の側面は太陽電池装置に係わ
る。太陽電池装置は、第１の太陽電池と、第２の太陽電
池と、積層手段とを備える。第１の太陽電池には、既に
説明された又はこれから説明される太陽電池を適用でき
る。第２の太陽電池は、第１の太陽電池とは異なる波長
領域に主要な感度を有する。積層手段は、第１の太陽電
池と第２の太陽電池とを所定の軸に沿って積層するよう
に働く。積層手段としては、第１の太陽電池を第２の太
陽電池から離間するように支持する部材があるが、これ
に限定されるものではない。積層手段は、さらに、第２
の太陽電池の入射面が第１の太陽電池の出射面と対面す
るように第１および第２の太陽電池を支持するようにし
てもよく、また、第１の太陽電池の第４の領域が第２の
太陽電池の受光領域に位置合わせされるように第１およ
び第２の太陽電池を支持するようにしてもよい。

【００１４】第２の太陽電池は、ＩｎＰ基板と、該Ｉｎ
Ｐ基板上にＧａＩｎＡｓ半導体を含む複数の化合物半導
体層とを有するようにしてもよい。また、第２の太陽電
池は、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ
半導体を含む複数の化合物半導体層とを有するようにし
てもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による化合物半導体
太陽電池の好適な実施形態について説明する。なお、以
下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用い
ることとし、重複する説明は省略する。また、図面にお
いては、ＧａＡｓ基板上に成長される各エピタキシャル
層の層厚の比率など、寸法比率は説明のものとは必ずし
も一致していない。また、以下の説明においては、説明
の便宜上、メカニカルスタック型タンデムセルを単に積
層型太陽電池装置と称す。

【００１６】(第１の実施形態)図１(ａ)は、第１の実施
形態による化合物半導体太陽電池の上面平面図である。
図１(ｂ)は、図１(ａ)のＩ−Ｉ線に沿った断面図であ
る。図１(ｃ)は、第１の実施形態による化合物半導体太
陽電池の裏面平面図である。

【００１７】図１(ｂ)に示すとおり、第１の実施形態の
化合物半導体太陽電池１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２と、基
板２の第１の面２ａ上に形成されて積層半導体部とを備
える。積層半導体部は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、
ｎ型ＧａＩｎＰ裏面電界層(Back Surface Field：ＢＳ
Ｆ層)４と、ｎ型ＧａＡｓベース層５と、ｐ型ＧａＡｓ
エミッタ層６と、ｐ型ＧａＩｎＰ窓層７と、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト膜８０とを有する。表１は、基板２、各層
３〜７、及びコンタクト膜８０の伝導型、キャリア濃
度、及び厚さを例示的に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】化合物半導体太陽電池１に対して、太陽光
Ｒは、ＧａＡｓ基板２の主面２ａ上に設けられた積層半
導体部側の面から入射される。この太陽光Ｒが入射され
る面には、図１(ａ)に示すとおり、八角形といった所定
の形状の受光領域１５が設けられている。受光領域１５
の八角形の８つの辺のうち１辺おきに配置される４つの
辺は、他の４つの辺に比べ長い。この長い４つの辺(長
辺)のうち向かい合う２つの辺どうしは互いに略平行で
あり、その間隔(Ｌ₉) は受光領域１５の大きさを規定し
ており、例えば５０ｍｍである。また、受光領域１５に
照射される光が有効光として太陽電池による光電変換に
寄与する。

【００２０】受光領域１５の内部において、表面電極９
が設けられている。表面電極９は、図１(ａ)に示す通
り、八角形といった所定の形状を有する。表面電極９は
金属配線９ａを有する。例えば、金属配線９ａはグリッ
ド状に張り巡らされている。さらに、表面電極９はパッ
ド９ｂを有している。このパッド９ｂを介して太陽電池
１は外部回路と接続される。表面電極９の形状は、窓層
７へより多くの光量の光が照射されるとともに、光の照
射により発生されるフォトキャリアが効率よく捕集でき
るように設けられている。図１(ａ)に表された表面電極
９の形状は、好適な例である。

【００２１】ｎ型ＧａＡｓ基板２の裏面２ｂには、裏面
電極１０が設けられている。裏面電極１０は、図１(ｃ)
に示す通り、図１(ａ)に示した受光領域１５と相似形な
窓領域１０ｃを囲むよう設けられている。この窓領域１
０ｃの対向する２つ辺の距離Ｌ₁₀は、５２ｍｍとなって
いる。表面電極９における２つの辺の距離Ｌ₉(５０ｍ
ｍ)よりも２ｍｍ長く、このため、表面電極９と裏面電
極１０との位置合せに数マイクロメートル程度の高度な
精度は要求されず、電極形成が容易になされる。なお、
表面電極９は金(Ａｕ)／亜鉛(Ｚｎ)／Ａｕといった多層
金属膜とＡｕ膜とからなり、裏面電極１０はＡｕ／ゲル
マニウム(Ｇｅ)／ニッケル(Ｎｉ)といった多層金属膜と
Ａｕ膜とからなる。これらの金属膜を用い、また、所定
の熱処理を行うことにより、表面電極９と裏面電極１０
とはオーミック電極となる。

【００２２】また、窓層７上のコンタクト膜８０及び表
面電極９が設けられていない間の領域には反射防止膜１
１が設けられ、基板２の裏面２ｂ上の窓領域１０ｃには
反射防止膜１２が設けられている。反射防止膜１１，１
２はいずれも、硫化亜鉛(ＺｎＳ)層と弗化マグネシウム
(ＭｇＦ₂)層との積層構造からなる。反射防止膜１１
は、太陽光のスペクトル成分３５０ｎｍから１０００ｎ
ｍまでの光が効率よく窓層７へと到達できるように設け
られている。また、反射防止膜１２は、化合物半導体太
陽電池１を透過する９００ｎｍから１７００ｎｍまでの
スペクトル範囲の光が効率良くＧａＡｓ基板２から放出
されるよう設けられている。

【００２３】次に、化合物半導体太陽電池１、及びこの
化合物半導体太陽電池１を用いた積層型太陽電池装置の
動作について説明する。先ず、表面電極９が形成されて
いる面側から太陽光Ｒが受光領域１５に照射される。照
射された太陽光Ｒ(有効光)のうち反射防止膜１１に照射
された光は、反射防止膜１１と窓層７とを透過し、エミ
ッタ層６、さらにベース層５へと到達する。エミッタ層
６及びベース層５へと到達した太陽光のうち、ＧａＡｓ
の光吸収端よりも波長の短いスペクトル範囲の光はエミ
ッタ層６とベース層５とに吸収され、電子・正孔対が生
成される。生成された電子・正孔対は、ベース層５(ｐ
型)とエミッタ層６(ｎ型)との界面に形成される内部電
界によって分離される。すなわち、この電界により、電
子はベース層５へとドリフトしていき、正孔はエミッタ
層６へとドリフトして行く。この後、電子はベース層５
からＢＳＦ層４、バッファ層３、及びＧａＡｓ基板２を
経て裏面電極１０へと至る。一方、正孔はエミッタ層６
から窓層７を経て表面電極９へと至る。表面電極９と裏
面電極１０とに外部回路が接続されていれば、互いに逆
の方向へとドリフトした電子と正孔とにより生じる起電
力によって、外部回路に対して電力が供給される。すな
わち、化合物半導体太陽電池１は、太陽光から電力を発
生させるように機能する。

【００２４】一方、ベース層５とエミッタ層６とに到達
した光のうち、ＧａＡｓの光吸収端の波長よりも長波長
の光は、これら２つの層６，５を透過し、ＢＳＦ層４、
バッファ層３、さらにＧａＡｓ基板２へと至る。その
後、ＧａＡｓ基板２へと到達した光は、ＧａＡｓ基板２
の内部及び反射防止膜１２を透過し、化合物半導体太陽
電池１の外部へと放射される。当該太陽電池１のＧａＡ
ｓ基板２の裏面２ｂと対面するように第２の太陽電池を
配置すれば、反射防止膜１２を透過した光が第２の太陽
電池に到達する。化合物半導体太陽電池１を透過した光
に対して感度を有する第２の太陽電池を用いれば、この
透過光が第２の太陽電池により吸収され、この吸収によ
り発生した電子・正孔対により起電力が発生する。すな
わち、化合物半導体太陽電池１を第１の太陽電池(トッ
プセル)とし、例えば、ＧａＩｎＡｓ或いはＧａＩｎＡ
ｓＰから成る太陽電池を第２の太陽電池として、積層型
太陽電池装置を構成すれば、太陽光が有するスペクトル
のほぼすべての波長領域の光を発電に利用可能となる。
その結果、積層型太陽電池装置としての変換効率の高い
太陽電池が得られる。

【００２５】上述の通り、化合物半導体太陽電池１にお
いては、表面電極９は、受光領域１５内に設けられ、そ
の内部にグリッド状の金属配線９ａとパッド９ｂとを備
えて構成される。裏面電極１０は、表面電極９の受光領
域１５よりも大きな窓領域１０ｃを取り囲むように形成
される。したがって、有効光のうち、ＧａＡｓの吸収端
波長よりも波長の長い領域光は、裏面電極１０に遮られ
ることなくＧａＡｓ基板２の裏面２ｂを透過する。その
ため、化合物半導体太陽電池１と直列して設けられる第
２の太陽電池に対してより多くの光量の光を提供でき
る。しかも、化合物半導体太陽電池１においては、裏面
電極による光の遮蔽を防ぐために裏面電極を表面電極９
と同一形状に重ねて形成する必要がないので、裏面電極
１０は容易に形成される。また、化合物半導体太陽電池
１においては、受光領域１５の長辺の間隔は１ｃｍ〜１
０ｃｍ程度でよく、そのため、本実施の形態によれば、
大面積太陽電池が実現できる。

【００２６】続いて、第１の実施形態による化合物半導
体太陽電池１の製造方法について説明する。

【００２７】図２(ａ)〜(ｃ)は、第１の実施形態による
化合物半導体太陽電池の製造方法の工程の断面を示す模
式図である。第１の実施形態の製造方法は、例えば、結
晶成長工程と、電極形成工程と、反射防止膜形成工程と
に分けられ、これらの工程が順次実施される。

【００２８】(結晶成長工程)先ず、結晶成長工程におい
て、有機金属気相成長(Metal Organic Vapor PhaseEpit
axy：ＭＯＶＰＥ)装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板２上
に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、ｎ型ＧａＩｎＰ裏面
電界(Back Surface Field：ＢＳＦ)層４と、ｎ型ＧａＡ
ｓベース層５と、ｐ型ＧａＡｓエミッタ層６と、ｐ型Ｇ
ａＩｎＰ窓層７と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８とを順
次エピタキシャル成長する(図１(ａ))。上記の各半導体
層を成長するのに用いるｎ型ＧａＡｓ基板２は、直径が
３インチであり、厚さは６００μｍ程度である。

【００２９】上記の各半導体層３〜８のエピタキシャル
成長は、安全性の向上を狙って、すべての原料を有機金
属原料とした全有機金属原料ＭＯＶＰＥ法により行っ
た。原料として、トリエチルガリウム(Triethyl Galliu
m：ＴＥＧａ)、トリメチルインジウム(Trimethyl Indiu
m：ＴＭＩｎ)、ターシャリーブチルアルシン(Tertiaryb
utylarsine：ＴＢＡｓ)、及びターシャリーブチルホス
フィン(Tertiarybutylphosphine：ＴＢＰ)を用いた。ま
た、ドーパント不純物の原料としては、ｎ型半導体に対
してはテトラエチルシラン(Tetraethylsilane：ＴｅＥ
Ｓｉ)が使用でき、ｐ型半導体に対してはジエチル亜鉛
(Diethyl Zinc：ＤＥＺｎ)が使用できる。上記のガスを
適宜所定の流量で供給することにより、表１に示す通り
の厚さ及びキャリア濃度が実現される。各層３〜８の成
長温度は適宜設定されて良いが、結晶性を考慮すれば、
いずれの層についても５５０℃〜７００℃が好ましい。

【００３０】また、ＢＳＦ層４を構成するＩｎ_xＧａ_1-x
Ｐの組成比ｘは、エピタキシャル成長時のＴＥＧａとＴ
ＭＩｎとの流量の比により制御される。具体的には、Ｇ
ａＡｓ基板２に対して格子整合するように選択され、好
ましくは０．４９である。ここで、格子整合とは、格子
定数の差が概ね−０．１〜＋０．１％の場合を意味す
る。

【００３１】(電極形成工程)次に、電極形成工程につい
て説明する。先ず、結晶成長工程で得られた各層３〜８
を有するＧａＡｓ基板２のコンタクト層８の上にネガレ
ジストを塗布する。続いて、表面電極９のパターンを有
するフォトマスクを用いてレジスト膜に同パターンを転
写し、表面電極９のパターンと同一形状の開口部を有す
るレジストマスクを形成する。そして、真空蒸着により
金(Ａｕ)、亜鉛(Ｚｎ)、及びＡｕを順次堆積する。その
後、レジストマスクを剥離することにより、レジストマ
スク上に堆積された上記金属膜が除去される。これによ
り、表面電極９のパターンと同一形状の金属膜パターン
が形成される。

【００３２】続いて、この金属膜パターンが形成された
ＧａＡｓ基板２の面上にポジレジスト膜を塗布する。そ
して、通常のフォトリソグラフィにより、この金属膜パ
ターンが露出されるようにポジレジスト膜を除去する。
その後、非シアン系の電解金メッキ液を用いて５〜１５
μｍの厚さの金を堆積する。これにより、表面電極９が
形成される。

【００３３】次に、裏面電極１０の形成手順について説
明する。先ず、表面電極９が形成された面を所定の接着
剤を用いてガラス板に貼り付ける。そして、ＧａＡｓ基
板２の裏面の全面を一様に研磨し、ＧａＡｓ基板２の厚
さを３００μｍ程度とする。これは、反射防止膜１１、
窓層７、エミッタ層６、ベース層５、ＢＳＦ層４、及び
バッファ層３を順次透過した光がＧａＡｓ基板２及び反
射防止膜１２を透過して外部へと放出される際、ＧａＡ
ｓ基板２での光吸収を低減するためである。

【００３４】研磨終了後、研磨された面上にネガレジス
ト膜を塗布し、所定のフォトリソグラフィにより上述の
部分１０ｃのパターンを有するレジストマスクが形成さ
れる。次に、レジストマスクが形成されたＧａＡｓ基板
２を真空蒸着装置に載置し、ＧａＡｓ基板２の裏面にＡ
ｕ、ゲルマニウム(Ｇｅ)、及びニッケル(Ｎｉ)といった
金属から成る金属膜が蒸着される。その後、レジストマ
スクを剥離することにより、レジストマスク上に蒸着さ
れた金属膜が除去される。これにより、部分１０ｃの領
域(以下、窓領域)に研磨されたＧａＡｓ基板２が露出
し、この窓領域を取り囲む裏面電極１０が形成される。

【００３５】この後、窒素(Ｎ₂)ガス雰囲気下で３７０
℃で３分間熱処理を行うことにより、表面電極９とコン
タクト層８との間にオーミック接触が実現され、裏面電
極１０とＧａＡｓ基板２と間でオーミック接触が実現さ
れる。

【００３６】(反射防止膜形成工程)続けて、反射防止膜
が形成される。先ず、表面電極９が形成された面上にネ
ガレジスト膜を塗布し、表面電極９のパターンと同一形
状であり表面電極９を保護するレジストマスクを形成す
る。また、同様に、裏面電極１０が形成された面上にも
ネガレジスト膜を塗布し、裏面電極１０のパターンと同
一形状であり裏面電極１０を保護するレジストマスクを
形成する。この後、アンモニア(ＮＨ₄)と過酸化水素水
(Ｈ₂Ｏ₂)との混合水溶液を用いた選択エッチングにより
表面電極９側の面に露出しているコンタクト層８をエッ
チングし、窓層７を露出させる。

【００３７】そして、電子ビーム蒸着法により、レジス
トマスクが形成された両方の面にＺｎＳとＭｇＦ₂とを
順次蒸着する。蒸着終了後、表面電極９及び裏面電極１
０の上に残るレジストマスクを剥離することにより、表
面電極９及び裏面電極１０の上に蒸着されたＺｎＳとＭ
ｇＦ₂とを取り除く。以上の手順により、反射防止膜１
１，１２が形成される。以上で３つの工程が終了し、こ
れにより、第１の実施形態の化合物半導体太陽電池が得
られる。

【００３８】(第２の実施形態)次に、本発明に係る化合
物半導体太陽電池の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態においては、下記の点を除いて、第１の
実施形態の化合物半導体太陽電池１と同様の構成を有し
ている。(１)窓領域１０ｃにおけるＧａＡｓ基板２の厚
さが薄い、(２)バッファ層３のキャリア濃度が５×１０
¹⁸ｃｍ^-3と高い、(３)バッファ層３の膜厚が５μｍ程度
と第１の実施形態の場合に比べ厚い。以下では、相違点
を主要に説明する。

【００３９】図３は、第２の実施形態による太陽電池の
断面図である。同図に示す通り、化合物半導体太陽電池
２０では、窓領域２ｃとその外周に設けられた周囲領域
２ｄとを有する。ＧａＡｓ基板２の窓領域２ｃの厚さ
は、周囲領域２ｄよりも小さい。窓領域２ｃにおけるＧ
ａＡｓ基板２の具体的な厚さは１００〜３００μｍであ
るが、機械的強度を考慮して適宜決定されて良い。窓領
域１０ｃの厚さを薄くすれば、エミッタ層６及びベース
層５を透過する光のうちＧａＡｓ基板２に吸収されてし
まう光の量が低減され得る。そのため、化合物半導体太
陽電池２０を積層型太陽電池装置の第１の太陽電池とし
て用いれば、第２の太陽電池に対して照射される光量の
低減がより防止され得る。その結果、第２の太陽電池に
おける発電量を増加できる。

【００４０】また、このような構成は以下のように作製
される。すなわち、先ず、第１の実施形態の化合物半導
体太陽電池１を製造する手順に従って裏面電極１０まで
形成する。ただし、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３の成長時
にはＴｅＥＳｉの供給量を所定の流量に増加させるとと
もに、成長時間を長くすることにより、同バッファ層３
のキャリア濃度を５×１０¹⁸ｃｍ^-3程度とし、膜厚を５
μｍ程度とする。これにより、窓領域におけるＧａＡｓ
基板２が後述のように減厚されても、直列抵抗Ｒｓが低
下するのを防ぐことができる。

【００４１】その後、表面電極９と裏面電極１０とを保
護するようレジスト膜で被覆し、ＧａＡｓ基板２の裏面
の窓領域を硫酸系エッチング液でエッチングする。この
とき、エッチング量は予備実験等を行って予め求めてお
いたエッチング速度に基づいて決定されて良い。これに
より、窓領域におけるＧａＡｓ基板２が減厚される。そ
の後、窓領域に反射防止膜１２を電子ビーム蒸着法によ
り堆積し、レジスト膜を剥離することにより、化合物半
導体太陽電池２０が得られる。

【００４２】(第３の実施形態)次に、本発明に係る化合
物半導体太陽電池の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態においては、窓領域におけるＧａＡｓ基
板２が除去されており、この除去のためにエッチングス
トップ層としてのＧａＩｎＰ層がｎ型ＧａＡｓバッファ
層３とＧａＡｓ基板２との間に設けられている。これら
の相違点以外は、製造方法を含め、第２の実施形態の化
合物半導体太陽電池２０と略同様である。以下では、相
違点を主要に説明する。

【００４３】図４は、第３の実施形態による化合物半導
体太陽電池の断面図である。同図に示す通り、化合物半
導体太陽電池３０は、窓領域１０ｃにおいてＧａＡｓ基
板２が除去されている。また、この除去の後露出したＧ
ａＩｎＰ層１３上に反射防止膜１２が設けられている。
このようにすれば、エミッタ層６及びベース層５を透過
する光は、ＧａＡｓ基板２に吸収されることはない。し
かも、ＧａＩｎＰ層１３は層５，６を透過する透過光を
実質的に吸収しないので、この透過光はＧａＩｎＰ層１
３も透過できる。そのため、化合物半導体太陽電池３０
を積層型太陽電池装置の第１の太陽電池として使用すれ
ば、第２の太陽電池へと照射される長波長光の低減が一
段と抑止され得る。

【００４４】また、このような構成は、以下のようにし
て作製される。すなわち、結晶成長工程において、先
ず、ＧａＡｓ基板２上にエッチングストップ層としての
ＧａＩｎＰ層１３が形成される。このときの成長条件
は、ＢＳＦ層４の成長時の条件と同一でよい。また、Ｇ
ａＩｎＰ層１３の膜厚は、０．１μｍ程度であってよ
い。続けて、ＧａＩｎＰ層１３の上に、第１の実施形態
における結晶成長工程と同様にして各半導体層３〜８が
順次成長される。その後、第２の実施形態による化合物
半導体太陽電池２０の製造手順と同様にして、窓領域に
おけるＧａＡｓ基板２がエッチングされる。このとき使
用する硫酸系エッチング液は、いわゆるエッチング選択
性を有している。すなわち、ＧａＩｎＰに対するエッチ
ング速度は、ＧａＡｓに対するエッチング速度よりも十
分に小さい。そのため、窓領域においてＧａＡｓ基板２
がエッチングされてＧａＩｎＰ層１３が露出した後に
は、エッチングの進行が非常に遅くなる。これにより、
エッチングが実質上停止される。このようにして、窓領
域におけるＧａＡｓ基板２が除去され、第３の実施形態
による化合物半導体太陽電池３０が製造される。

【００４５】以下に、実施例を用いて本発明の化合物半
導体太陽電池を更に詳しく説明する。

【００４６】(実施例１)実施例１として、第１の実施形
態の化合物半導体太陽電池１の構成を有する太陽電池に
ついて説明する。実施例１の太陽電池は、ＧａＡｓ化合
物半導体を用いて構成される(以下、ＧａＡｓセル)。す
なわち、ＧａＡｓセルは、キャリア濃度が２．５×１０
¹⁷ｃｍ^-3程度のｎ型ＧａＡｓ基板２上に、ＭＯＶＰＥ法
によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型ＧａＩｎＰ
−ＢＳＦ層４、ｎ型ＧａＡｓベース層５、ｐ型ＧａＡｓ
エミッタ層６、ｐ型ＧａＩｎＰ窓層７及びｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層８を順次１回のエピタキシャル成長によっ
て形成した。ＧａＡｓセルの表面の受光領域１５の大き
さは略１ｃｍ×１ｃｍから略１０ｃｍ×１０ｃｍまでで
ある。図１(ａ)には受光領域１５が略５ｃｍ×５ｃｍの
場合を示してある。表面電極９の形状は図１(ａ)に示し
たように距離Ｌ₉が５ｃｍの八角形逆格子型のグリッド
電極形状であり、１本のグリッドの線幅は約２０μｍで
ある。また、基板裏面の電極形状は図１(ｃ)に示す通り
である。光を透過するために、表面電極９のパターンよ
り２ｍｍ程度大きい最大幅が５２ｍｍの八角形の窓領域
を形成した。表裏の電極パターンのマージンが２ｍｍ程
度あるので、表裏の電極パターンの位置合せはこれまで
のミクロン単位での位置合せに比べて格段に容易であ
り、かつ透過光量も殆ど電極により遮断されることがな
く安定して所望の太陽光量を透過させることができた。
なお、第１の太陽電池の表面には３５０ｎｍから１００
０ｎｍまでのスペクトルの太陽光の反射を防ぐために、
硫化亜鉛(ＺｎＳ)と弗化マグネシウム(ＭｇＦ₂)との多
層構造の反射防止膜１１を電子ビーム蒸着法により形成
した。また、ＧａＡｓ基板２は、この基板２での太陽光
の吸収を低減するために３２５μｍまで研磨により薄く
し、基板２の裏面に図１(ｃ)に示すｎ型のオーミック電
極を形成後、窓領域に第２の太陽電池の光吸収帯である
９００ｎｍから１７００ｎｍまでの範囲の光反射を低減
するためにＺｎＳ／ＭｇＦ₂からなる２層構造の反射防
止膜１２を電子ビーム蒸着法により形成した。

【００４７】実施例１のＧａＡｓセルの特性評価結果を
表２に示す。比較のために、基板側の電極抵抗が最も小
さくなる構造として６００μｍの厚さのＧａＡｓ基板上
に形成した同一構造のＧａＡｓ太陽電池でかつ基板裏面
全面にｎ型オーミック電極を形成した太陽電池の特性も
示した。なお、太陽電池特性の評価はＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ²の条件にて行った。実施例１のＧａＡｓ
セルと、厚膜基板でかつ基板裏面に全面オーミック電極
を形成したＧａＡｓ太陽電池とについて、素子抵抗(Ｒ
ｓ)及び変換効率を比較した。その結果、表２に示す通
り、開放端電圧Ｖ _O、短絡電流密度Ｊ_sc、フィルファク
タＦＦ、変換効率η、及び直列抵抗Ｒｓといった特性
は、いずれの太陽電池に対しても略同一の値であること
が分かった。本実施例のように、裏面電極１０がグリッ
ド状でなく、窓領域１０ｃの周囲に設けられた場合で
も、特性の悪化は認められない。

【００４８】

【表２】

【００４９】次に、本発明者らは、第１の太陽電池の構
造と積層型太陽電池装置との変換効率の関係を調べるた
めに、第１の太陽電池のＧａＡｓ基板厚さ及びキャリア
濃度と積層型太陽電池装置(メカニカルスタック型積層
太陽電池)の変換効率の関係について検討を行った。そ
の結果を以下に説明する。

【００５０】太陽電池に太陽光(ＡＭ１．５、１００ｍ
Ｗ／ｃｍ²)を照射して、光エネルギーを電気エネルギー
に変換するためには、太陽電池内で発生したフォトキャ
リアをできるだけ多く電極まで到達させることが求めら
れる。電極まで到達するフォトキャリアが減少すればそ
れだけ太陽電池の電流及び電圧が減少するので、変換効
率が低下することになる。フォトキャリアが減少するメ
カニズムは半導体結晶内或いは結晶界面に存在する非発
光センターでのフォトキャリアの非発光再結合とフォト
キャリアが電極まで走行する間の素子抵抗との２つの原
因が考えられる。前者は、半導体結晶の結晶性に起因し
ている。後者の原因としては、第１の太陽電池の基板裏
面構造に窓領域を設けることによる素子の直列抵抗の増
大が考えられる。以下に直列抵抗に関する検討結果につ
いて説明する。

【００５１】図５は、受光領域１５が略５ｃｍ×５ｃｍ
のＧａＡｓセルの直列抵抗Ｒｓと変換効率の関係をプロ
ットしたグラフである。直列抵抗Ｒｓが０．１Ωでは２
５％程度の変換効率が得られているが、Ｒｓが０．１５
Ωでは変換効率は２０％、Ｒｓが０．３２Ωでは１４．
６％まで変換効率が低下することが分かる。

【００５２】実施例１の受光領域１５が略５ｃｍ×５ｃ
ｍのＧａＡｓセルにおいて、直列抵抗Ｒｓを０．１５Ω
以下とするための、基板の厚さとキャリア濃度の関係と
を計算機シュミレーションにより求めた。すなわち、基
板の厚さと基板のキャリア濃度とをどのような値とすれ
ば、Ｒｓ＝０．１５Ωが実現するかを求め、その際の第
２の太陽電池としてのＧａＩｎＡｓセルの変換効率をシ
ミュレーションにより求めた。その結果を表３に示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】ＧａＡｓセルの基板厚及びキャリア濃度を
変化させると、ＧａＡｓセルのＲｓが変化するだけでな
く、太陽光のＧａＡｓセル基板による光吸収量及び光透
過量が変化する。故に、この変化にしたがって第２の太
陽電池の変換効率も変化することになる。表３は、Ｇａ
ＡｓセルとＧａＩｎＡｓ第２の太陽電池とを積層してＧ
ａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ積層型太陽電池装置を作製した場
合の総合変換効率の数値実験を示している。なお、総合
変換効率の計算に際して、ＧａＡｓセルの変換効率とし
ては、Ｒｓ＝０．１５Ωのときの変換効率である２０％
を用いた。計算結果から、Ｒｓ＝０．１５Ωを満たす基
板厚とキャリア濃度との様々な組み合わせに対して、２
５．１％以上の総合変換効率が得られることが分かる。

【００５５】図６は、ＧａＡｓセルが形成されたＧａＡ
ｓ基板のキャリア濃度及び同基板の厚さの関係と、それ
に対応するＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ積層型太陽電池装置
の総合変換効率とを示す図である。同図において、曲線
Ａ上の各点は、表３に示す結果をプロットしたものであ
る。ＧａＡｓ基板のキャリア濃度と厚さとを、これらの
点を繋ぐ曲線Ａ上の点で表される値となるよう選択すれ
ば、表３から分かるように、２５．１％以上の総合変換
効率が得られることになる。さらに、この曲線Ａよりも
上の点、例えばキャリア濃度を５×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、
厚さを１００μｍを示す点を選択すれば、厚さの増加に
よりＧａＡｓセルの直列抵抗Ｒｓは低下するため、図５
の結果から分かるように、ＧａＡｓセルの変換効率は増
加する。したがって、図６における曲線Ａよりも上の領
域では、積層型太陽電池装置の総合変換効率は、さらに
増加され得る。

【００５６】一方、第１の太陽電池のＧａＡｓ基板の厚
さを厚くしていくと、第１の太陽電池を透過する光量が
減少するので、第２の太陽電池の変換効率は減少してし
まう虞がある。すなわち、キャリア濃度一定の下でＧａ
Ａｓ基板の厚さを増加させていくと、ＧａＡｓ／ＧａＩ
ｎＡｓ積層型太陽電池装置の総合変換効率は、始めは増
加していくものの所定の厚さで極大となり減少に転じる
可能性がある。本発明者らは、総合変換効率が減少し始
めて２５％となる条件について検討を行った。その結
果、図６に示す曲線Ｂで表される条件のときに総合変換
効率が２５％となることが分かった。また、図６中の斜
線部Ｐで示される範囲におけるキャリア濃度と膜厚とを
選択すれば、総合変換効率２５％以上が得られることが
分かった。さらに、閉曲線Ｑで示される範囲のキャリア
濃度と膜厚とを選択すれば、２９％以上といったより高
い総合変換効率が得られることが分かった。なお、閉曲
線Ｑ内の点Ｑ₁〜Ｑ₄は、実際に作製したＧａＡｓ／Ｇａ
ＩｎＡｓ積層型太陽電池装置におけるＧａＡｓセルのキ
ャリア濃度と膜厚とを示す点である。これらの点Ｑ₁〜
Ｑ₄で示されるキャリア濃度と膜厚とをそれぞれ有する
ＧａＡｓ基板２を用いてＧａＡｓセルを作製し、さらに
ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ積層型太陽電池装置を作製した
ところ、その総合変換効率はいずれも２９％を超えた値
となった。

【００５７】以上の検討の結果、受光領域１５の大きさ
が５ｃｍ角のＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ積層型太陽電池装
置において、第１の太陽電池のＧａＡｓ基板厚さとキャ
リア濃度とを図６に斜線部Ｐで示した範囲とすれば、２
５％以上といった高い変換効率が得られることが分かっ
た。

【００５８】続いて、実際に積層型太陽電池装置を作製
した結果について説明する。この積層型太陽電池装置に
おいては、第１の太陽電池(以下、トップセル)として実
施例１の化合物半導体太陽電池１を用いた。また、第２
の太陽電池(以下、ボトムセル)としては、以下の構成の
太陽電池を用いた。

【００５９】図７は、積層型太陽電池装置の作製に用い
たＧａＩｎＡｓＰボトムセルの断面図である。同図にお
いて、ボトムセル４０は、ｐ⁺型ＩｎＰ基板２２と、基
板２２の主面２２ａ上に設けられた積層半導体部とを備
える。積層半導体部は、ｐ⁺型ＩｎＰ−ＢＳＦ層２４
と、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰベース層２５と、ｎ⁺型ＧａＩ
ｎＡｓＰエミッタ層２６と、ｎ型ＩｎＰ窓層２７とを有
する。また、窓層２７の上にはｎ⁺型ＧａＩｎＡｓコン
タクト膜２８が設けられ、コンタクト膜２８の上には、
Ａｕ、Ｇｅ、及びＮｉといった金属から成る電極２９が
設けられている。この電極２９のパターンは図１(ａ)に
示す表面電極９の平面パターンと同一形状を有してい
る。また、窓層２７上のコンタクト膜２８と電極２９と
が設けられていない部分には、反射防止膜２１１が形成
されている。ｐ⁺型ＩｎＰ基板２２の裏面２２ｂには、
Ａｕ及びＺｎといった金属から成る電極２１０が設けら
れている。この電極２１０は、ボトムセル４０の下方に
は他の太陽電池が配置されないため、ｐ⁺型ＩｎＰ基板
２２の裏面の全面に設けられて良い。また、ベース層２
５とエミッタ層２６とを構成するＧａＩｎＡｓＰの組成
は、ＩｎＰ基板２２と格子整合するよう調整されてい
る。格子整合とは、上述のように格子定数の差が概ね−
０．１〜＋０．１％の場合を意味する。

【００６０】上述の通りの構成を有するＧａＩｎＡｓＰ
ボトムセル４０を上記実施の形態の化合物半導体太陽電
池１と組み合わせて積層型太陽電池装置を作製した。

【００６１】図８は、積層型太陽電池装置の一構成例を
示す模式図である。図示の通り、積層型太陽電池装置４
１は、ＧａＩｎＡｓＰボトムセル４０と、化合物半導体
太陽電池１とを有する。ＧａＩｎＡｓＰボトムセル４０
は、図７の半導体層２４〜２７と反射防止膜２１１とが
外周部において除去されており、ＧａＡｓ基板２２の主
面２２ａ上に基板露出部２２ｃが設けられている。この
基板露出部２２ｃ上には、積層用部材４２が、その下端
部４２ａが当該露出部２２ｃと接するよう固定されてい
る。積層用部材４２の上端部４２ｂには、この上部４２
ｂと化合物半導体太陽電池１の裏面電極１０とが接する
ように化合物半導体太陽電池１が固定されている。ま
た、化合物半導体太陽電池１とＧａＩｎＡｓＰボトムセ
ル４０とは、図示しない電線により接続されている。ま
た、この電線の接続を変更することにより、化合物半導
体太陽電池１とＧａＩｎＡｓＰボトムセル４０との特性
が個別に測定され得る。

【００６２】積層型太陽電池装置４１においては、図８
に示す通り、化合物半導体太陽電池１は、受光領域１５
以外の部分の窓層７、エミッタ層６、ベース層５、ＢＳ
Ｆ層４、及びバッファ層３は除去されている。光電変換
に寄与するのは、受光領域１５に入射する有効光のみで
あるので、この除去が変換効率等の特性に与える影響は
ない。また、化合物半導体太陽電池１とボトムセル４０
とは、化合物半導体太陽電池１を透過した光がボトムセ
ル４０の表面電極に遮られないように、互いの表面電極
が重なり合うよう配置されている。

【００６３】表４は、実施の形態１の化合物半導体太陽
電池１と上記ボトムセル４０と単体での電流−電圧特性
の結果と、これらを積層した後の電流−電圧特性の結果
とを示す。この測定は実施の形態１と同様に行った。

【００６４】

【表４】

【００６５】表４より、化合物半導体太陽電池１におい
ては、２５．０％(ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²)と
極めて高い変換効率が得られることが分かった。また、
ボトムセル４０は、単体としての変換効率が１９．３％
であり、化合物半導体太陽電池１と積層した場合でも
６．１％という高い変換効率を示した。この６．１％と
いう変換効率は、第１の太陽電池である化合物半導体太
陽電池１に入射した光(ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ²)に対して計算した値である。そのため、単体で測定
した場合に比べて、化合物半導体太陽電池１による吸収
の分だけ実際にボトムセル４０に照射される光量は少な
い。本発明者らの知見によれば、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ
系のボトムセルを用いた場合には、化合物半導体太陽電
池１と積層した後の変換効率は約５％である。これに比
べ、ボトムセル４０を用いた場合は、変換効率は約１％
高いという結果が得られた。

【００６６】上述の通り、実施の形態１に示されるよう
に設けられた裏面電極１０を備える化合物半導体太陽電
池１においては、当該太陽電池１を透過する光を遮蔽す
ることがなく、その結果、第２の太陽電池に対して十分
な光量の光を提供できる。また、裏面電極１０は、窓領
域を取り囲むように設けられているにもかかわらず、直
列抵抗Ｒｓの増加は抑えられ、Ｒｓ増加に起因する変換
効率の低下はひく抑えることができることが示された。
特に、基板のキャリア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下で且
つ基板の厚さを１００μｍ以上として化合物半導体太陽
電池１を作製し、第２の太陽電池としてＧａＡｓ／Ｇａ
ＩｎＡｓ系太陽電池を用いて、両太陽電池を積層すれば
変換効率２５％以上という超高効率太陽電池装置が提供
される。以上のことから、実施例１の化合物半導体太陽
電池１が奏する優れた効果が理解される。

【００６７】(実施例２)実施例２として、第２の実施形
態の化合物半導体太陽電池２０の構成を有するＧａＡｓ
太陽電池について説明する。

【００６８】実施例１においては、ＧａＡｓ基板全体の
厚さを研磨により減厚するため、太陽電池の受光領域１
５が大きくなるほど、基板が薄くなるほど素子の機械的
強度が低下し、割れや欠け等が生じ取り扱いが困難とな
る虞があった。そのため、通常のプロセス加工や取り扱
いが容易な基板厚さとして３００μｍ以上の基板厚さが
選択される。実施例２のＧａＡｓ太陽電池では、光が透
過する窓領域の基板厚さのみを薄くするので、この機械
的強度を低下させずに光透過量が増加される。結果とし
て高い変換効率を有するメカニカルスタック型積層太陽
電池を実現できる。

【００６９】製造工程は、実施例１と同様に第１の太陽
電池においてｎ型ＧａＡｓ基板２上にｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層３(キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ５μ
ｍ)、ｎ型ＧａＩｎＰ−ＢＳＦ層４、ｎ型ＧａＡｓベー
ス層５、ｐ型ＧａＡｓエミッタ層６、ｐ型ＧａＩｎＰ窓
層７及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を順次１回のエピ
タキシャル成長によって形成した後、グリッド状の表面
電極９及び基板裏面に窓領域を設けた裏面電極１０を形
成し、表面電極９を保護しながら、ＧａＡｓ基板２裏面
の窓領域のみを硫酸系エッチング液(Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ
₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝３：１：１高速エッチャント)を用いて１
００μｍ程度までエッチングにより薄くした。このと
き、基板裏面に電極を形成する前に研磨により３５０μ
ｍ程度まで薄くしておいても良い。

【００７０】(実施例３)実施例３として、第３の実施形
態の化合物半導体太陽電池３０の構成を有する太陽電池
について説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板上に先ずエッチン
グストップ層としてｎ型ＧａＩｎＰ層１３を０．１μ
ｍ、次に高濃度にｎ型不純物(Ｓｉ)を添加した厚さ５μ
ｍ以上のｎ型ＧａＡｓバッファ層３(キャリア濃度５×
１０¹⁸ｃｍ^- ³、厚さ５μｍ)、ｎ型ＧａＩｎＰ−ＢＳＦ
層４、ｎ型ＧａＡｓベース層５、ｐ型ＧａＡｓエミッタ
層６、ｐ型ＧａＩｎＰ窓層７及びｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層８を順次１回のエピタキシャル成長によって形成し
た後、グリッド状の表面電極９及び基板裏面に窓領域を
設けた裏面電極１０を形成し、表面電極９を保護しなが
ら、硫酸系エッチング液(Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝
３：１：１高速エッチャント)を用いてＧａＡｓ基板裏
面の窓領域のみをすべてエッチングにより除去する。エ
ッチングの際、ＧａＡｓとＧａＩｎＰとのエッチング速
度の差を利用してエッチングはＧａＩｎＰ層１３で自動
的にエッチングがストップする。このとき、基板裏面に
裏面電極１０を形成する前に研磨により３５０μｍ程度
に薄くしておいても良い。窓領域の基板部分をすべて除
去したことによる素子抵抗の増加を抑制するために、ｎ
型ＧａＡｓバッファ層３のキャリア濃度と厚さとを上記
したように高濃度かつ５μｍ以上の厚さにした。

【００７１】以上、幾つかの実施形態と実施例とを用い
て本発明に係る化合物半導体太陽電池及び化合物半導体
太陽電池装置について説明したが、本発明は上記実施形
態に限られることなく、種々に変形可能である。

【００７２】例えば、上記実施形態及び実施例において
は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成されるＧａＡｓ太陽電池
について説明したが、他の基板を用いた他の材料系の太
陽電池であってもよい。

【００７３】また、第１の太陽電池はＧａＡｓ太陽電池
に代えて、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の太陽電池であっ
てもよい。また、第１の太陽電池は、トンネル接合を介
して第１の太陽電池と第２の太陽電池とが積層されるモ
ノリシック型タンデムセルであってもよい。特に、モノ
リシック型タンデムセルとしては、図９及び表５に示す
ように、ＧａＡｓ基板上に形成されるＧａＩｎＰ／Ｇａ
Ａｓタンデムセルが好ましい。このモノリシック型タン
デムセル５０では、図９中の層５４〜５８からＧａＡｓ
セルが構成され、層６１〜６６からＧａＩｎＰセルが構
成される。そして、これら２つのセルがトンネル接合
(層５９，６０)を介して積層される。また、このモノリ
シック型タンデムセル５０は、上述の化合物半導体太陽
電池１と同様な電極と反射防止膜とを有している。この
ようなタンデムセル５０から第１の太陽電池を構成し、
例えばＧａＩｎＡｓＰ太陽電池から第２の太陽電池を構
成すれば、いわゆる３接合積層型太陽電池装置が構成さ
れる。この構成によれば、第１の太陽電池の表面側から
入射する太陽光のスペクトルのうち、３５０ｎｍから６
８０ｎｍまでの範囲の光がＧａＩｎＰセルに吸収され
る。そして、ＧａＩｎＰセルを透過する６８０ｎｍ以上
の波長の光のうち、６８０ｎｍから９００ｎｍまでの範
囲の光がＧａＡｓセルに吸収される。さらに、ＧａＡｓ
セル、ＧａＡｓ基板５３、及び反射防止膜５２を透過し
てＧａＩｎＡｓＰセルに至る９００ｎｍ以上の波長の光
がＧａＩｎＡｓＰセルに吸収される。すなわち、吸収端
波長が異なる半導体材料から各々成る３つのセル又は太
陽電池によって太陽光が効率良く吸収されるため、変換
効率の更に高い積層型太陽電池装置が実現される。

【００７４】

【表５】

【００７５】また、積層型太陽電池装置の第２の太陽電
池としては、ＧａＩｎＡｓ系太陽電池及びＧａＩｎＡｓ
Ｐ系太陽電池のほか、ＧａＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎ
Ｓｎ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＮ、ＧａＩｎＡｓＰ
Ｎ、ＢＧａＩｎＡｓ、或いはＢＧａＩｎＡｓＰといった
半導体材料を主要部として構成される太陽電池であって
よい。

【００７６】第２又は第３の実施形態において、窓領域
のＧａＡｓ基板２をエッチングにより減厚又は除去する
に先立って、ＧａＡｓ基板２の裏面を研磨により厚さが
３５０μｍ程度となるよう減厚しておいてもよい。この
ようにすれば、エッチング時間を短縮できる。

【００７７】また、上記の実施形態及び実施例において
は、表面電極９は八角形状に形成されていたが、これに
限ることなく、正方形及び長方形といった多角形や、円
形であっても構わない。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る太陽
電池においては、受光領域から太陽電池の内部へと入射
する光のうち、当該太陽電池を構成する半導体の吸収端
波長よりも波長の長い光が裏面電極に遮蔽されることな
く当該太陽電池及び基板を透過し得る。よって、この透
過光に対して感度を有する太陽電池を第２の太陽電池と
して用い、当該太陽電池の裏面と対面するよう配置すれ
ば、この第２の太陽電池に十分な光量の光を提供でき
る。また、このように構成された太陽電池装置は、高い
変換効率を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は、第１の実施形態による化合物半導
体太陽電池の上面平面図である。図１(ｂ)は、図１(ａ)
のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図１(ｃ)は、第１の
実施形態による化合物半導体太陽電池の裏面平面図であ
る。

【図２】図２(ａ)〜(ｃ)は、第１の実施形態による化合
物半導体太陽電池の製造方法の工程の断面を示す模式図
である。

【図３】図３は、第２の実施形態による太陽電池の断面
図である。

【図４】図４は、第３の実施形態による太陽電池の断面
図である。

【図５】図５は、受光領域１５略５ｃｍ×５ｃｍのＧａ
Ａｓセルの直列抵抗Ｒｓと変換効率との関係を示すグラ
フである。

【図６】図６は、受光領域１５略５ｃｍ×５ｃｍのＧａ
ＡｓセルにおけるＧａＡｓ基板のキャリア濃度と厚さと
の関係と、ＧａＡｓセルの変換効率との関係を示すグラ
フである。

【図７】図７は、積層型太陽電池装置の作製に用いたＧ
ａＩｎＡｓＰボトムセルの断面図である。

【図８】図８は、積層型太陽電池装置の一構成例を示す
模式図である。

【図９】図９は、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓモノリシック型
タンデムセルの構成の一例を示す断面図である。

【図１０】図１０は、従来のメカニカルスタック型タン
デムセルの構成の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…化合物半導体太陽電池、２…基板、３…バッファ
層、５…ベース層、６…エミッタ層、７…窓層、８…コ
ンタクト層、９ａ…金属配線、９ｂ…パッド、９…表面
電極、１０ｃ…窓領域、１０…裏面電極、１１…反射防
止膜、１２…反射防止膜、１５…受光領域、２０…化合
物半導体太陽電池、２２…基板、１１，１２…反射防止
膜、２４…ＢＳＦ層、２５…ベース層、２６…エミッタ
層、２７…窓層、２８…コンタクト膜、３０…化合物半
導体太陽電池、４０…ボトムセル、８０…コンタクト
膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山林直之神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 5F051 AA08 CB08 CB21 DA03 DA15 FA12 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の軸に沿って入射する光を受ける入
射面と、該入射光の一部が出射する出射面と、前記入射面と出射面との間に配置された基板と、前記入射面と出射面との間に配置され入射された光から
電力を発生させるための複数の化合物半導体層と、前記入射面に設けられた第１の電極と、前記出射面に設けられた第２の電極とを備え、前記複数の化合物半導体層は前記基板の主面上に配置さ
れ、前記入射面は、その中に前記第１の電極が配置されてい
る第１の領域と、該第１の領域と異なる第２の領域とを
有し、前記出射面は、その中に前記第２の電極が配置されてい
る第３の領域と、該第３の領域と異なる第４の領域とを
有し、前記第１および第４の領域は、該光の通過経路と交差す
る、太陽電池。
【請求項２】前記第４の領域の面積は、前記第１の領
域の面積よりの大きい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】前記基板は、前記出射面から前記入射面
へ向けて設けられた凹部を有する、請求項１または請求
項２に記載の太陽電池。
【請求項４】前記基板は、前記複数の化合物半導体層
に到達するように前記出射面から前記入射面へ向けて設
けられた凹部を有する、請求項１または請求項２に記載
の太陽電池。
【請求項５】前記基板と前記複数の化合物半導体層と
の間に設けられたエッチングストップ層を更に備える、
請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】前記複数の化合物半導体層は、ＧａＡｓ
半導体を含むエミッタ層およびベース層を有する、請求
項１〜５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項７】前記複数の化合物半導体層は、ＧａＩｎ
Ｐ／ＧａＡｓタンデム型構造を構成するように設けられ
ている、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項８】請求項１に記載された第１の太陽電池
と、前記第１の太陽電池とは異なる波長領域に主要な感度を
有する第２の太陽電池と、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池とを所定の軸
に沿って積層するための手段とを備える太陽電池装置。
【請求項９】前記第２の太陽電池は、ＩｎＰ基板と、
該ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓ半導体を含む複数の化合
物半導体層とを有する、請求項８に記載の太陽電池装
置。
【請求項１０】前記第２の太陽電池は、ＩｎＰ基板
と、該ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ半導体を含む複数
の化合物半導体層とを有する、請求項８に記載の太陽電
池装置。