JP2003218374A - Ｉｉｉ−ｖ族太陽電池 - Google Patents

Ｉｉｉ−ｖ族太陽電池

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JP2003218374A
JP2003218374A JP2002014486A JP2002014486A JP2003218374A JP 2003218374 A JP2003218374 A JP 2003218374A JP 2002014486 A JP2002014486 A JP 2002014486A JP 2002014486 A JP2002014486 A JP 2002014486A JP 2003218374 A JP2003218374 A JP 2003218374A
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junction
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layer
base layer
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Tatsuya Takamoto
達也 高本
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐放射線性が優れるＧａＡｓを主成分とする
ＩＩＩ−Ｖ族太陽電池を提供する。耐放射線性が優れる
ＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族多接合型太陽電池を提供する。 【解決手段】 本発明のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池は、ｎ型
エミッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族
太陽電池であって、ｐ型ベース層を構成する材料の光学
バンドギャップがｐｎ接合に近づくにつれて小さくなる
ことを特徴とする。本発明のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池は、
光学バンドギャップが異なる複数の太陽電池を積層した
多接合型太陽電池であって、ＧａＡｓを主成分とするｎ
型エミッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ
族太陽電池が積層され、ｐ型ベース層の光学バンドギャ
ップがｐｎ接合に近づくにつれて小さくなることを特徴
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、人工衛星などの電
源として用いられる高効率の宇宙用太陽電池に関する。
特に、宇宙空間における放射線照射に対して耐久性を有
する高効率の太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓを代表とするＩＩＩ−Ｖ族太陽
電池は、Ｓｉ太陽電池と比べて、光吸収係数が大きいた
め、太陽電池活性層を薄くでき、少数キャリアの拡散長
が短くても、太陽電池活性層が薄いため少数キャリアが
失われることが少なく、高い特性が得られる。したがっ
て、宇宙放射線照射による拡散長の低下が特性に影響し
にくい。また、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエピタキシャル成長
技術を駆使して製造される多接合型太陽電池は、幅広い
エネルギー域の波長を有する太陽光のエネルギー変換に
有効であり、３０％近い変換効率を有する高効率のＩＩ
Ｉ−Ｖ族太陽電池が実現されている。このため、最近で
は、耐放射線性およびを高い変換効率を有するＩＩＩ−
Ｖ族多接合型太陽電池は、宇宙用太陽電池の主流をなし
つつある。
【０００３】ＩＩＩ−Ｖ族多接合型太陽電池において
も、更なる耐放射線性の向上は重要な課題である。耐放
射線性を向上させる方法としては、多接合を形成するそ
れぞれのサブセルの耐放射線性のバランスを考慮し、発
生する電流を調節する方法がある。また、サブセルにお
ける少数キャリアの拡散長の低下を抑制する方法もあ
る。
【０００４】従来より代表的なＩＩＩ−Ｖ族多接合型太
陽電池の材料構成は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅであ
るが、ＩｎＧａＰトップセルはＧａＡｓミドルセルに比
べ耐放射線性に優れていることから、３接合型太陽電池
において耐放射線性を向上させる方法として、ＩｎＧａ
Ｐトップセルを薄くし、トップセルで発生する電流を減
少させるような工夫がなされている。この場合、初期効
率は低下するが、耐放射線性は向上する。また、ＧａＡ
ｓミドルセルの耐放射線性を向上させるために、ベース
層の不純物濃度に勾配を形成し、キャリア濃度の変化に
よる内蔵電界を形成する方法がとられている。この場
合、ベース層に形成された内蔵電界により少数キャリア
の拡散長（実効値）が増加することとなるが、不純物濃
度増加による少数キャリア拡散長（真性値）が低下する
問題があり、また、キャリア濃度の変化による電位差が
最大で２０ｍＶ程度と低く、十分な内蔵電界が形成され
にくいという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、たとえばＩ
ｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧｅなどのＩＩＩ−Ｖ族多接合型
太陽電池におけるＧａＡｓミドルセルのような、ＧａＡ
ｓ系太陽電池について、また、ベース層の少数キャリア
寿命が太陽電池の特性に大きく影響するｎｐ接合構造の
太陽電池について、ｐ型ベース層内の少数キャリア拡散
長の低下を抑制し、耐放射線性を向上させることによ
り、耐放射線性に優れる宇宙用太陽電池を提供しようと
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＩＩＩ−Ｖ族太
陽電池は、ｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層とからな
るＩＩＩ−Ｖ族太陽電池であって、ｐ型ベース層を構成
する材料の光学バンドギャップがｐｎ接合に近づくにつ
れて小さくなることを特徴とする。
【０００７】ｐ型ベース層を構成する材料の光学バンド
ギャップの変化量は２０ｍｅＶ以上が好ましく、光学バ
ンドギャップの変化する領域は厚さ方向に０．３μｍ以
上が好ましい。
【０００８】ｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層は、光
学バンドギャップが０．９〜１．４ｅＶであるＧａＡｓ
を含む３元材料または４元材料からなることが好まし
い。
【０００９】３元材料は、光学バンドギャップが０．９
〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡｓが好ましい。
【００１０】ＩｎxＧａ1-xＡｓからなるｐ型ベース層に
おいて、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料がＩｎx0
Ｇａ1-x0Ａｓであり、ｐｎ接合と反対面の材料がＩｎx1
Ｇａ 1-x1Ａｓであるとき、０＜ｘ≦０．３であって、ｘ
０−ｘ１≧０．０１５が好ましい。
【００１１】４元材料は、光学バンドギャップが０．９
〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡｓＰが好ましい。
【００１２】ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yからなるｐ型ベー
ス層において、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料が
Ｉｎx0Ｇａ1-x0Ａｓy0Ｐ1-y0であり、ｐｎ接合と反対面
の材料がＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓy1Ｐ1-y1であるとき、０＜
ｘ≦０．３であって、ｘ０−ｘ１≧０．０１５またはｙ
１−ｙ０≧０．０２が好ましい。
【００１３】本発明のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池は、光学バ
ンドギャップが異なる複数の太陽電池を積層した多接合
型太陽電池であって、ＧａＡｓを主成分とするｎ型エミ
ッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族太陽
電池が積層され、ｐ型ベース層の光学バンドギャップが
ｐｎ接合に近づくにつれて小さくなることを特徴とす
る。
【００１４】このような多接合型太陽電池としては、２
接合型のものが好ましい。一方、多接合型太陽電池が３
接合型または４接合型の太陽電池である場合には、受光
面側から第２段目の太陽電池が、ＧａＡｓを主成分とす
るｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ
−Ｖ族太陽電池であって、ｐ型ベース層の光学バンドギ
ャップがｐｎ接合に近づくにつれて小さくなるものが好
ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、たとえばＩｎＧａＰ／
ＧａＡｓ／ＧｅなどのＩＩＩ−Ｖ族多接合型太陽電池に
おけるＧａＡｓミドルセルのようなＧａＡｓ系太陽電池
であって、ベース層の少数キャリア拡散長が太陽電池の
特性に大きく影響するｎｐ接合構造の太陽電池におい
て、ｎ型エミッタ層およびｐ型べース層にＩｎを加えて
ＩｎＧａＡｓ３元材料とし、裏面電界層よりｐｎ接合に
向かってべース層内のＩｎ組成比を増加させる構成とす
ることにより、ｐ型ベース層を構成する材料の光学バン
ドギャップがｐｎ接合に近づくにつれて小さくなること
を特徴とする。
【００１６】ｐ型ベース層内においてｐｎ接合に向かっ
て光学バンドギャップが減少している様子を図１に示
す。ｐ型べース層裏面のバンドギャップとｐｎ接合付近
のバンドギャップの差ΔＥは、２０ｍＶ以上が好まし
く、１００ｍＶ以上がより好ましい。バンドギャップの
差ΔＥを１００ｍＶ以上とすることにより、従来の不純
物濃度に勾配を持たせた方法よりも５倍以上の電位差を
有する内蔵電界が形成され、高不純物濃度層を形成しな
いため少数キャリア拡散長の低下が抑制され、効果的に
少数キャリアの拡散長低下が抑制できる。この結果、耐
放射線性に優れた太陽電池を製造することができる。図
１において、光学バンドギャップの変化する領域ｄは、
太陽光の９０％以上を吸収できる点で、厚さ方向に０．
３μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。
【００１７】本発明に対し従来技術として、組成勾配層
により少数キャリアの拡散長を増加させる方法がある。
この技術は、たとえば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ
接合型太陽電池において、受光面側のＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層のＡｌ組成比を接合から受光面に向かって増加さ
せ、バンドギャップが表面に近づくにつれて大きくなる
ようにすることにより、エミッタ層内に内蔵電界を形成
し、かつ、窓層の効果を持たせる方法である。この場
合、エミッタ層内の少数キャリアの拡散長が増加し、表
面再結合速度が減少するため、太陽電池の特性は向上す
る。この方法は、高効率の太陽電池を製造するために、
エミッタ層に組成勾配層を形成する方法であり、したが
って、耐放射線性向上のためにベース層に組成勾配層を
形成する本発明の方法とは作用および効果が異なる。ベ
ース層の裏面側でバンドギャップが増加する本発明で
は、長波長光の透過による損失が生じるため、放射線を
照射する前の太陽電池の初期特性は低下する。
【００１８】ｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層は、光
学バンドギャップが０．９〜１．４ｅＶであるＧａＡｓ
を含む３元材料または４元材料からなるものが好まし
い。光学バンドギャップは１．０〜１．２ｅＶがより好
ましい。光学バンドギャップが０．９ｅＶより小さい
と、ｐｎ接合で形成される内臓電位が低下し、太陽電池
の電圧が低下することとなり、光学バンドギャップが
１．４ｅＶより大きいと、吸収する光量が減少し、太陽
電池の電流が低下することとなる。
【００１９】ＧａＡｓを含む３元材料としては、光学バ
ンドギャップが０．９〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡｓ
が好ましい。従来のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅセルか
ら本発明のＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅセルにする
ことにより初期効率が増加する。従来のＩｎＧａＰ／Ｇ
ａＡｓ／Ｇｅセルのバンドギャップは、１．８２ｅＶ−
１．４２ｅＶ−０．６７ｅＶであり、この場合の変換効
率は３２％と計算されるのに対して、本発明のＩｎＧａ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅセルでは、ＧａＡｓ（１．４２
ｅＶ）をＩｎＧａＡｓ（平均１．２ｅＶ）に変更し、Ｉ
ｎＧａＰトップセルをＩｎＧａＡｓに格子整合させるこ
とにより、１．７ｅＶ−１．２ｅＶ−０．６７ｅＶの最
適な組み合わせが実現でき、計算される変換効率は３６
％と向上する。
【００２０】ＩｎxＧａ1-xＡｓからなるｐ型ベース層に
おいて、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料がＩｎx0
Ｇａ1-x0Ａｓであり、ｐｎ接合と反対面の材料がＩｎx1
Ｇａ 1-x1Ａｓであるとき、ｘは、０＜ｘ≦０．３が好ま
しく、０．０１≦ｘ≦０．２がより好ましい。ｘが０．
３より大きいと、光学バンドギャップが０．９ｅＶより
小さくなり、太陽電池の電圧が低下することとなる。
【００２１】ｘ０−ｘ１≧０．０１５が好ましく、ｘ０
−ｘ１≧０．０７がより好ましい。ｘ０−ｘ１が０．０
１５未満になると、電位差が２０ｍＶ未満となり、小数
キャリアの拡散長低下を抑制する効果がなくなる。
【００２２】ＧａＡｓからなる４元材料としては、高品
質材料が得られ易く、組成制御が容易である点で、光学
バンドギャップが０．９〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡ
ｓＰが好ましい。
【００２３】ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yからなるｐ型ベー
ス層において、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料が
Ｉｎx0Ｇａ1-x0Ａｓy0Ｐ1-y0であり、ｐｎ接合と反対面
の材料がＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓy1Ｐ1-y1であるとき、ｘ
は、０＜ｘ≦０．３が好ましく、０．０１≦ｘ≦０．２
がより好ましい。ｘが０．３より大きいと、光学バンド
ギャップが０．９ｅＶより小さくなり、太陽電池の電圧
が低下することとなる。
【００２４】ｘ０−ｘ１は、０．０１５以上が好まし
く、０．０７以上がより好ましい。ｘが０．０１５未満
であると、電位差が２０ｍＶ未満となり、小数キャリア
の拡散長低下を抑制する効果がなくなる。
【００２５】ｙ１−ｙ０は、０．０２以上が好ましく、
０．１以上がより好ましい。ｙ１−ｙ０が０．０２未満
であると、電位差が２０ｍＶ未満となり、少数キャリア
の拡散長低下を抑制する効果がなくなる。
【００２６】本発明のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池は、光学バ
ンドギャップが異なる複数の太陽電池を積層した多接合
型太陽電池であって、ＧａＡｓを主成分とするｎ型エミ
ッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族太陽
電池が積層され、ｐ型ベース層の光学バンドギャップが
ｐｎ接合に近づくにつれて小さくなることを特徴とす
る。
【００２７】ＧａＡｓを主成分とするｎ型エミッタ層お
よびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族太陽電池であ
って、ｐ型ベース層の光学バンドギャップがｐｎ接合に
近づくにつれて小さい太陽電池を積層することにより、
耐放射線性においても優れる多接合型太陽電池を提供す
ることができる。
【００２８】多接合型太陽電池が２接合型の場合は、受
光面側から第１段目または第２段目のいずれがＧａＡｓ
を主成分とする太陽電池であってもよい。
【００２９】一方、多接合型太陽電池が３接合型または
４接合型である場合には、受光面側から第２段目の太陽
電池が、ＧａＡｓを主成分とするｎ型エミッタ層および
ｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族太陽電池であっ
て、ｐ型ベース層の光学バンドギャップがｐｎ接合に近
づくにつれて小さくなるものであることが好ましい。多
接合型太陽電池において、受光面側から第２段目の太陽
電池を選択し、かかる太陽電池のｐ型ベース層に本発明
の組成勾配を形成することにより、変換効率（初期効
率）および放射線耐性の向上した太陽電池を得ることが
できる。また、より高効率の太陽電池が得られる点で、
３接合型または４接合型の太陽電池が好ましい。
【００３０】
【実施例】実施例１ 実施例１において製造したＩｎＧａＡｓ太陽電池のエピ
タキシャル成長層の構造および各層の厚さを図３に示
す。また、太陽電池の製造プロセスを図４に示す。
【００３１】まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）
を用い、ｐ型ＧａＡｓ基板上に層構造を形成した。すな
わち、１００ｍｍ径のＧａＡｓ基板（１×１０19ｃｍ-3
のＺｎでドープ、ｐ型、）を縦型減圧ＭＯＣＶＤ装置に
投入し、基板上に図３のような層構造を順次成長させ
た。成長温度は７００℃とし、ＧａＡｓ層の成長では、
原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ
3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層の成長では、Ｔ
ＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ
3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎＰ層の成長
では、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよ
びＰＨ3を原料に用いた。また、ＩｎＧａＡｓ層の成長
には、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いた。本発明
のＩｎＧａＡｓのベース層の成長では、ＴＭＩ蒸気＋Ｈ
2キャリアガスの流量をマスフローによって直線的に変
化させた。ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓおよびＡｌＩｎＰ層
の全ての成長において、ｎ型層形成のための不純物にＳ
ｉＨ4（モノシラン）を用い、ｐ型層形成のための不純
物にＤＥＺｎ（ディエチルジンク）を用いた。
【００３２】太陽電池構造のエピタキシャル層を成長さ
せた基板の表面に、フォトリソグラフィ法によって、電
極パターンの窓明けをしたレジストを形成した。続い
て、真空蒸着装置に基板を導入し、レジストを形成した
基板上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（厚さ１０
０ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（厚さ
２０ｎｍ）、Ａｕ層（厚さ５μｍ）を連続してＥＢ蒸着
法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパ
ターンの表面電極を形成した。
【００３３】つぎに、表面電極をマスクとして、電極が
形成されていない部分のＧａＡｓキャップ層をアルカリ
水溶液によりエッチングした。
【００３４】続いて、フォトリソグラフイ法により、メ
サエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成
し、窓開けされた部分のＧａＡｓ層（ＩｎＧａＡｓ層）
をアルカリ水溶液でエッチングし、ＩｎＧａＰおよびＡ
ｌＩｎＰ層を酸で順次エッチングし、基板表面を露出さ
せた。
【００３５】つぎに、ＥＢ真空蒸着法により基板の裏面
に裏面電極として、Ａｕ層（厚さ１００ｎｍ）およびＡ
ｇ層（厚さ５μｍ）を連続して形成した。
【００３６】裏面電極の形成後、ＥＢ真空蒸着法により
基板表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（厚さ５０ｎ
ｍ）、Ａｌ2Ｏ3膜（厚さ８５ｎｍ）を連続して形成し
た。
【００３７】続いて、表面電極のシンタリング、裏面電
極および反射防止膜のアニールを兼ねて、Ｎ2中にて３
８０℃の熱処理を行った。
【００３８】最後に、メサエッチングされたラインの中
にダイシングラインが入るようにして、セルを切断し
た。セルは２０ｍｍ×２０ｍｍサイズであり、１００ｍ
ｍ径のウェハより１２枚得られた。
【００３９】セルの特性評価として、まずＡＭＯ基準太
陽光を照射するソーラーシミュレーターにより、光照射
時の電流電圧特性を測定し、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡
電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率
（Ｅｆｆ）を測定した。その後、耐放射線性評価のため
に、ダイナミトロン法により静止軌道で１年分に相当す
る電子線（放射線）１×１０15ｃｍ-2をセルに照射し、
照射後の特性をＡＭＯ基準太陽光を照射して評価した。
セルの特性を表１に示す。表中の保存率とは、各特性に
ついて電子線照射後の値を電子線照射前の値で除した比
率である。
【００４０】
【表１】
【００４１】比較例１ エミッタ層を０．１μｍのｎ−ＧａＡｓ層とし、またベ
ース層を３μｍのｐ−ＧａＡｓ層とした以外は、実施例
１と同様にして従来型のＧａＡｓ太陽電池を製造した。
この太陽電池のエピタキシャル成長層の構造および各層
の厚さを図２に示す。また、セルの特性を表１に示す。
【００４２】表１の結果から明らかなとおり、本発明に
係るＩｎＧａＡｓセルの電子線（放射線）照射による保
存率は、従来型のＧａＡｓセルの保存率より大きく向上
していた。
【００４３】実施例２ 実施例２において製造したＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／
Ｇｅの３接合太陽電池のエピタキシャル成長層の構造お
よび各層の厚さを図６に示す。
【００４４】まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）
を用い、ｐ型Ｇｅ基板上に層構造を形成した。すなわ
ち、１００ｍｍ径のＧｅ基板（１×１０18ｃｍ-3のＧａ
でドープ、ｐ型、）を縦型減圧ＭＯＣＶＤ装置に投入
し、基板上に図６のような層構造を順次成長させた。Ｇ
ｅ基板上に成長する第１層のＧａＡｓ層の成長温度は６
００℃とし、それ以外のセルの成長温度は７００℃とし
た。Ｇｅ基板内のｐｎ接合の形成は、セル層を成長して
いる際に、ＧａＡｓ第１層のＡｓがＧｅ基板中に拡散
し、ｎ型層を形成することで自動的に形成される。Ｇａ
Ａｓ層の成長では、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いた。ＩｎＧａＰ層
の成長では、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ
およびＰＨ3（ホスフィン）を原料に用いた。ＡｌＩｎ
Ｐ層の成長では、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、
ＴＭＩおよびＰＨ3を原料に用いた。ＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＰおよびＡｌＩｎＰ層のすべての成長において、ｎ型
層形成のための不純物にＳｉＨ４（モノシラン）を用
い、ｐ型層形成のための不純物にＤＥＺｎ（ディエチル
ジンク）を用いた。トンネル接合を形成するｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層の成長は、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＡｓＨ3を用いて
６００℃の低温で行ない、ＣＢｒ4をドーピング剤とし
た。また、ＩｎＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＩ、ＴＭＧ
およびＡｓＨ3を用いた。本発明のＩｎＧａＡｓセルの
ベース層の成長では、ＴＭＩ蒸気＋Ｈ2キャリアガスの
流量をマスフローによって直線的に変化させた。
【００４５】太陽電池構造のエピタキシャル層を成長さ
せた基板の表面に、フォトリソグラフィ法によって、電
極パターンの窓明けをしたレジストを形成した。続い
て、真空蒸着装置に基板を導入し、レジストを形成した
基板上に、Ｇｅを１２％含むＡｕからなる層（厚さ１０
０ｎｍ）を抵抗加熱法により形成した後、Ｎｉ層（厚さ
２０ｎｍ）、Ａｕ層（厚さ５μｍ）を連続してＥＢ蒸着
法により形成した。その後、リフトオフ法にて所望のパ
ターンの表面電極を形成した。
【００４６】つぎに、表面電極をマスクとして、電極が
形成されていない部分のＧａＡｓキャップ層をアルカリ
水溶液によりエッチングした。
【００４７】続いて、フォトリソグラフイ法により、メ
サエッチングパターンの窓明けをしたレジストを形成
し、窓開けされた部分のＧａＡｓ層（ＩｎＧａＡｓ層）
およびＡｌＧａＡｓ層をアルカリ水溶液でエッチング
し、ＩｎＧａＰおよびＡｌＩｎＰ層を酸で順次エッチン
グし、基板表面を露出させた。その後、メサ部のＧｅ基
板をアルカリ水溶液により５μｍ程度にエッチングし
た。
【００４８】つぎに、ＥＢ真空蒸着法により基板の裏面
に裏面電極として、Ａｕ層（厚さ１００ｎｍ）およびＡ
ｇ層（厚さ５μｍ）を連続して形成した。
【００４９】裏面電極の形成後、ＥＢ真空蒸着法により
基板表面に反射防止膜として、ＴｉＯ2膜（厚さ５０ｎ
ｍ）、Ａｌ2Ｏ3膜（厚さ８５ｎｍ）を連続して形成し
た。
【００５０】続いて、表面電極のシンタリング、裏面電
極および反射防止膜のアニールを兼ねて、Ｎ2中にて３
８０℃の熱処理を行った。
【００５１】最後に、メサエッチングされたラインの中
にダイシングラインが入るようにして、セルを切断し
た。セルは２０ｍｍ×２０ｍｍサイズであり、１００ｍ
ｍ径のウェハより１２枚得られた。
【００５２】セルの特性評価として、まずＡＭＯ基準太
陽光を照射するソーラーシミュレーターにより、光照射
時の電流電圧特性を測定し、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡
電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率
（Ｅｆｆ）を測定した。その後、耐放射線性評価のため
に、ダイナミトロン法により静止軌道で１年分に相当す
る電子線（放射線）１×１０15ｃｍ-2をセルに照射し、
照射後の特性をＡＭＯ基準太陽光を照射して評価した。
セルの特性を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】比較例２ 受光面側から第２段目の太陽電池のベース層を３μｍの
ｐ−ＧａＡｓ層とした以外は、実施例２と同様にして従
来型のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅの３接合太陽電池を
製造した。この太陽電池のエピタキシャル成長層の構造
および各層の厚さを図５に示す。また、セルの特性を表
２に示す。
【００５５】本発明によるＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／
Ｇｅセルの放射線照射による特性保存率は、従来型のＧ
ａＡｓセルに比べて大きく向上していた。本発明のセル
の電子線照射前の初期特性が従来のセルより高いのは、
バンドギャップの組合せが適正化され、理論効率が増加
したためである。
【００５６】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、耐放射線性が優れるＧ
ａＡｓを主成分とする太陽電池を提供することができ
る。本発明に係る２接合セルの例を図７に示す。また、
本発明に係る４接合セルの例を図８に示す。ＩＩＩ−Ｖ
族多接合セルにおいて、ＧａＡｓ系セルの耐放射線性の
向上が課題になっており、本発明によれば、耐放射線性
が優れるＩＩＩ−Ｖ族ＧａＡｓ系多接合セル（２接合セ
ル（図７）、３接合セル（図６）、４接合セル（図８）
など）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ｐ型ベース層内においてｐｎ接合に向かって
光学バンドギャップが小さくなっている様子を示す概念
図である。
【図２】 従来型のＧａＡｓ太陽電池におけるエピタキ
シャル成長層の構造を示す断面図である。
【図３】 本発明のＩｎＧａＡｓ太陽電池におけるエピ
タキシャル成長層の構造を示す断面図である。
【図４】 太陽電池の製造プロセスを示す工程図であ
る。
【図５】 従来型のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅの３接
合型太陽電池におけるエピタキシャル成長層の構造を示
す断面図である。
【図６】 本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ｅの３接合型太陽電池におけるエピタキシャル成長層の
構造を示す断面図である。
【図７】 本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓの２
接合型太陽電池におけるエピタキシャル成長層の構造を
示す断面図である。
【図８】 本発明に係るＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＮ／Ｇｅの４接合型太陽電池におけるエピタ
キシャル成長層の構造を示す断面図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層とか
    らなるＩＩＩ−Ｖ族太陽電池において、前記ｐ型ベース
    層を構成する材料の光学バンドギャップがｐｎ接合に近
    づくにつれて小さくなることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族
    太陽電池。
  2. 【請求項２】 前記ｐ型ベース層を構成する材料の光学
    バンドギャップの変化量は２０ｍｅＶ以上であり、前記
    光学バンドギャップの変化する領域は厚さ方向に０．３
    μｍ以上である請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  3. 【請求項３】 前記ｎ型エミッタ層および前記ｐ型ベー
    ス層は、光学バンドギャップが０．９〜１．４ｅＶであ
    るＧａＡｓを含む３元材料または４元材料からなる請求
    項１記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  4. 【請求項４】 前記３元材料は、光学バンドギャップが
    ０．９〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡｓである請求項３
    記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  5. 【請求項５】 ＩｎxＧａ1-xＡｓからなるｐ型ベース層
    において、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料がＩｎ
    x0Ｇａ1-x0Ａｓであり、ｐｎ接合と反対面の材料がＩｎ
    x1Ｇａ1-x1Ａｓであるとき、０＜ｘ≦０．３であって、
    ｘ０−ｘ１≧０．０１５である請求項４記載のＩＩＩ−
    Ｖ族太陽電池。
  6. 【請求項６】 前記４元材料は、光学バンドギャップが
    ０．９〜１．４ｅＶであるＩｎＧａＡｓＰである請求項
    ３記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  7. 【請求項７】 ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yからなるｐ型ベ
    ース層において、ｎ型エミッタ層に接合する部分の材料
    がＩｎx0Ｇａ1-x0Ａｓy0Ｐ1-y0であり、ｐｎ接合と反対
    面の材料がＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓy1Ｐ1-y1であるとき、０
    ＜ｘ≦０．３であって、ｘ０−ｘ１≧０．０１５または
    ｙ１−ｙ０≧０．０２である請求項６記載のＩＩＩ−Ｖ
    族太陽電池。
  8. 【請求項８】 光学バンドギャップが異なる複数の太陽
    電池を積層した多接合型太陽電池であって、ＧａＡｓを
    主成分とするｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層とから
    なるＩＩＩ−Ｖ族太陽電池が積層され、前記ｐ型ベース
    層の光学バンドギャップがｐｎ接合に近づくにつれて小
    さくなることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  9. 【請求項９】 前記多接合型太陽電池は、２接合型太陽
    電池である請求項８記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
  10. 【請求項１０】 前記多接合型太陽電池が３接合型また
    は４接合型太陽電池である場合において、受光面側から
    第２段目の太陽電池が、ＧａＡｓを主成分とするｎ型エ
    ミッタ層およびｐ型ベース層とからなるＩＩＩ−Ｖ族太
    陽電池であり、前記ｐ型ベース層の光学バンドギャップ
    がｐｎ接合に近づくにつれて小さくなることを特徴とす
    る請求項８記載のＩＩＩ−Ｖ族太陽電池。
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