JP2008235878A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】異種基板上にIII族窒化物半導体からなるバッファー層と、pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)を具備する太陽電池であって、バッファー層とpn接合を有するIII族窒化物半導体層からなる群より選ばれた少なくとも一種がスパッタ法によって形成された化合物半導体層を有することを特徴とする太陽電池である。
【選択図】図1
Description
特に、各国ベースで補助金制度がスタートして以来、太陽光発電市場が急激に拡大し、半導体産業によるシリコン需要の増大と相まって太陽光発電市場向けのシリコン原料の供給に対する不安が問題となってきた。
即ち、現在主力商品である多結晶シリコン型太陽電池の需要急拡大に伴い、結晶シリコン原料の生産計画が思うように進まず、将来的な供給不安がクローズアップされてきた。これを契機に、シリコン基板の薄膜化の需要が高まってきた。
薄膜型太陽電池には、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等を用いた太陽光発電システムが知られ、開発面ではCu、In、SeをベースとしたCIS系薄膜やGaを含むCIGS系薄膜の化合物半導体薄膜等を用いた太陽光発電システムが注目されている。
さらには、研究段階として、太陽光発電素子基板のフレキシブル化が可能な、Ru系色素を含む色素増感型素子や有機薄膜素子を用いた光発電システムも知られている。
このような化合物半導体を用いた太陽電池の一例としては、MOCVD法を用いて多接合型太陽電池に必要な半導体多層構造を堆積し太陽電池を製造する方法(例えば特許文献1)や、同じくMOCVD法を用いて下部セルにGeを、上部セルにGaAs層を積層した3端子型の多接合型太陽電池(例えば特許文献2)、さらにInGaP/InGaAs/Ge型多接合太陽電池セルに集光装置を備えた集光型太陽光発電装置(例えば特許文献3)等が提案されている。
これまでの化合物半導体を用いた太陽光発電システムは、太陽電池素子薄膜の成長方法が煩雑かつコストアップとなり、素子基板の大型化に対する提案は全くなく、電力コストの点で他のエネルギー源に比べてはるかに巨額となり、また先行する多結晶シリコン系太陽電池の製造コストに近づけるのは至極困難な問題となっている。
(1)基板上にIII族窒化物半導体からなるバッファー層と、pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)とを具備する太陽電池であって、バッファー層とpn接合を有するIII族窒化物半導体層とからなる群より選ばれた少なくとも一種がスパッタ法によって形成された化合物半導体層を有することを特徴とする太陽電池。
(2)pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)を、電池素子内で複数含むことを特徴とする前項1に記載の太陽電池。
(3)バッファー層上に形成されたpn接合を有するIII族窒化物半導体層が、InxGa(1−x)N(0≦x<1)からなる層であることを特徴とする前項1又は2に記載の太陽電池。
(5)n型電極及びp型電極が、pn接合を有するIII族窒化物半導体層の少なくとも一部又は全部の表面上に形成されたことを特徴とする前項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池。
(6)バッファー層が、AlN又はGaNであることを特徴とする前項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池。
(8)バッファー層上のIII族窒化物半導体層に含まれるpn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)の少なくとも1種をスパッタ法で形成することを特徴とする前項7に記載の太陽電池の製造方法。
(9)スパッタ法が、プラズマ、ラジカル、原子のうちのいずれかの状態で供給した窒素と、III族元素とを反応させることにより成膜させることを特徴とする前項7又は8に記載の太陽電池の製造方法。
(10)ドーパント元素のみを供給するプロセスと、III族元素を含む化合物と窒素原料とを同時に供給するプロセスとを交互に繰り返すことからなる第一の工程を含む前項7〜9のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
(12)熱処理温度が、300℃から1200℃の範囲である前項11に記載の太陽電池の製造方法。
(13)水素ガスまたは水素原子を含む化合物のガスを含まない雰囲気中で熱処理を行う前項11または12に記載の太陽電池の製造方法。
(14)ドーパント元素が、Si、GeおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも一種である前項10〜13のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
(15)ドーパント元素が、MgおよびZnからなる群から選ばれた少なくとも一種である前項10〜13のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
さらに、本製造方法は、スパッタ法と他の方法(例えばMOCVD法、MBE法、CBE法、MLE法等)との容易に組み合わせることにより、さらに太陽電池の工程を格別スピードアップできる利点が期待できる。
さらに本発明においては、バッファー層を形成した後のIII族窒化物半導体からなる下地層や、pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)のいずれの層もスパッタ法によって形成された発明を含む。
さらに本発明においては、pn接合を有するIII族窒化物半導体層を含み、当該接合層は太陽光の入射方向に対して限定されないが、好ましくは入射方向からn層/p層の順で形成された半導体多層膜を少なくとも含むものがよく、また同一基板上で前記pn接合の半導体層を複数含んだタンデム構造の多接合型太陽電池構造を形成してもよい。
バッファー層は、特に限定されないが好ましくはGaN又はAlNから選ばれる。バッファー層の膜厚は、通常1〜1000nmの範囲、好ましくは3〜400nm、さらに好ましくは5〜200nmの範囲がよい。
バッファー層を形成した後、バッファー層とpn接合層の間に下地層を形成することができる。下地層はIII族窒化物半導体、好ましくはInxGa(1−x)N(0≦x<1)からなる層であって、さらに好ましくはGaN層が使用される。
また、このような優れた下地層を形成できるので、その上部に形成するpn接合を有する太陽電池特性にも優れたものを作ることができる。また、下地層を形成しない場合でもその上部に形成する、pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)の特性も優れたものを作ることができる。
基板に前処理を行なった後、基板上に、スパッタ法によって、図1に示すバッファー層を成膜する。
また、一般的に、スパッタ法は基板の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板を用いた場合でも、基板11にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
また、本発明において、バッファー層は結晶性についても特に制限なく使用することができ、多結晶(例えば柱状結晶)であっても単結晶であってもよく、好ましくは単結晶がよい。
また、下地層にドーパントをドープして導電性とすることにより、pn接合素子の上下に電極を形成することができる。
下地層の厚みは、特に限定されないが、通常0.01〜30μmの範囲、好ましくは0.05〜20μm、さらに好ましくは0.1〜10μmの範囲がよい。
この際、複数のpn接合からなるIII族窒化物半導体層は、トンネル接合又はオーミック電極で接続された構造をとってもよい。
以下、当該構造を含む太陽電池について説明する。なお、以下の図1、図3、図4において、太陽光の入射方向は、各図中に示す方向に特に限定されるものではなく、各図中に示す方向の反対方向であってもよい。
図1は、GaNからなるpn接合を有する太陽電池素子の縦方向断面図の一例を表す。ここで、pn接合を有するp型/n型のGaN層(50、51)は、石英基板1上のAlNバッファー層2、アンドープGaN下地層3を介して積層され、pn接合を有する半導体層上には集電電極としてオーミック電極60のITO(インジウムスズ酸化物)が積層されている。電極表面は、必要に応じて保護膜61で被覆されている。保護膜61は、オーミック電極を保護できるものなら何でも良い。太陽光の入射する側の表面には、公知な反射防止膜(例えばMgF2/ZnS2膜など)が使用される。
さらに本発明においては、pn接合を有する化合物半導体層を基板上に複数形成したものであってもよく、その場合接合層間はトンネルピーク電流密度の高いトンネル接合層で形成される。図4は、pn接合を有する化合物半導体層を基板上に2接合を具備する太陽電池素子の縦方向断面図の一例を表す。
III−V族化合物半導体層においてV族分子が表面から蒸発する温度は、約400℃程度以上で行うのが一般的であることから、InxGa(1−x)N(0≦x<1)からなるトンネル接合層は、約400℃〜約800℃の比較的高い熱処理温度で短い熱処理時間(数秒程度)で熱処理を行うことにより、50mA/cm2以上のトンネルピーク電流密度を得ることができる。しかし、約300℃〜400℃の比較的低い熱処理温度では、数10分以上の熱処理を行うこともできる。トンネル接合層においても光吸収されて光吸収損失が生じるので、トンネル接合層の厚さは十分なトンネル接合特性が得られる薄い薄膜がよく、好ましくは10nm以下とするのがよい。
図1及び図3のAlNバッファー層は、石英基板上にスパッタ法で形成された一例を示しており、この場合、AlNバッファー層以外の半導体層は基本的にはMOCVD法によりエピタキシャル成長されて作製される。
本発明におけるn型半導体は、n型ドーパント元素として太陽電池の効果を有する元素であれば特に限定されないが、好ましくはSi、GeおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも一種を含むものがよい。またp型半導体は、p型ドーパント元素として太陽電池の効果を有する元素であれば特に限定されないが、好ましくは、MgおよびZnからなる群から選ばれた少なくとも一種を含むものがよい。
次に、本発明の太陽電池素子を構成するIII族窒化物半導体の積層構造物は、例えば、以下の方法で形成することができる。
本発明において前述したように、基板上にスパッタ法でAlN層を形成した後、スパッタ法又はMOCVD法または他の方法で下地層を形成したのち、上部にpn接合を有するIII族窒化物半導体層を形成する。
本発明において、スパッタ法を使用してpn接合を有するIII族窒化物半導体層のドーピング層を形成する場合、ドーパント原子の層とアンドープのIII族窒化物半導体の層とを交互に積層し、ドーピングすることができる。
MOCVDなどの化学気相成膜法の場合は、ガスを混合することでドーピングが可能であるが、前述の場合このような方法をとる必要はなく、MOCVDなどの生産性や再現性の問題を改善することができる。
スパッタ法による物理的な結晶成膜法では、プラズマ化、ラジカル化または原子化した窒素を供給する。ドーパント原子と窒素との反応を防ぐためには、ドーパント原子を供給するプロセスでは窒素をチャンバ内に供給しないことが望ましい。
層を成すドーパントは、p型のドーパントでも良いし、n型のドーパントでも良い。III族窒化物半導体に対するドーパントとしては、p型ドーパントであればMgやZn、n型ドーパントとしてはSi、GeおよびSn等が知られている。中でも、n型ドーパントしてSi、p型ドーパントとしてMgが、ドーピング効率、活性化率共に高く、結晶性の低下も少ないので、最も好適である。
層を成すIII族窒化物半導体結晶としては、InxGa(1−x)N(0≦x<1)構造が適している。
上記の島状ドーパント層の各島状塊の間隔は、幅2nmから100nmの範囲であることが望ましい。これよりも間隔が小さいと、III族化合物半導体結晶がその隙間を基点としてエピタキシャル成長することが難しくなり、これよりも大きいと、ドーパントが充分行き渡らず、素子とした場合に駆動電圧の上昇を招く。更に望ましくは、幅10nmから50nmの範囲である。
島状を成すドーパント層の個々の島状塊の直径(円相当直径)は、0.5nmから100nmの間の値であることが望ましい。これよりも小さいと、ドーパントが充分行き渡らず、素子とした場合に駆動電圧の上昇を招き、これよりも大きいとIII族化合物半導体結晶の結晶性が低下する。更に望ましくは、1nmから10nmである。
ドーパント層を、上記のような島状の塊として形成するためには、成膜の条件を工夫すると良い。ドーパント層はIII族窒化物半導体層とは格子整合していないので、マイグレーションを活発に起こす条件とすることで、島状の結晶塊を形成することができる。
一例を挙げると、基板温度を600℃以上、成膜時のチャンバ圧力を0.3Pa以下、成膜速度を0.5nm/sec以下とすることができる。ドーパントのみからなる層の膜厚は、0.1nmから10nmであることが望ましい。これよりも薄いと、ドーパントが充分にいきわたらない可能性があり、これよりも厚いと、III族窒化物半導体結晶が横方向成長しても埋め込むことが困難になる。更に望ましくは0.5nmから5nm程度である。
また、両層の厚みの比(III族窒化物半導体層/ドーパント層)は、10から1000であることが望ましい。これ以下だと、ドーパントが多くドープされすぎてIII族窒化物化合物半応対結晶の結晶性の低下を生じる。これ以上だと、ドーパントが充分に行きわたらず、積層構造体の抵抗率の上昇を招き、駆動電圧の上昇を招く。
第一の工程で形成されたIII族窒化物半導体層とドーパント層との繰り返し回数は、1回から200回の間であることが望ましい。200回以上の繰り返しを行ったとしても素子の機能には大きな違いが生じず、かえって結晶性の低下を招くのみである。
窒素原料をプラズマやラジカルとして供給する手法としては、スパッタ、PLD、PEDおよびCVDなどが知られている。中でも、スパッタ法が最も簡便で量産にも適しているため、好適な手法である。DCスパッタではターゲット表面のチャージアップを招き、成膜速度が安定しない可能性が高いので、パルスDCにするか、RFスパッタ法とすることが望ましい。
炉内の圧力は0.3Pa以上であることが望ましい。これ以下の圧力では、窒素の存在量が少なく、スパッタされた金属が窒化物とならずに付着する。圧力の上限は特に定めるものではないが、プラズマを発生させることができる程度の低圧が必要なことは言うまでもない。窒素とアルゴンの流量に対する窒素流量の比は、体積%で窒素が20%以上100%以下であることが望ましい。20%以下の流量比ではスパッタ金属が金属のまま付着する。特に望ましくは50%以上90%以下である。90%以上の流量比ではアルゴンの量が少なく、スパッタ速度が低下する傾向にある。
成膜速度は、0.01nm/秒から10nm/秒とすることが望ましい。これ以上の速度では膜が結晶体とならずに非晶質となる。これ以下の成膜速度では、膜は層とならずに島状に成長してしまい、基板の表面を覆うことができない。
炉内圧力や基板温度に関しても、III族窒化物半導体と同じ条件で実施することが同じ理由で望ましい。成膜速度はIII族窒化物半導体に比較して遅く成膜することが薄い膜厚を適正に制御しやすいので、0.001nm/秒から1nm/秒とすることが望ましい。
熱処理の温度としては、300℃以上が望ましい。上限は特に設けないが、マトリクス結晶が分解してしまう温度を超えない必要があることは言うまでもない。多くのIII族窒化物半導体結晶は、1200℃くらいの温度で分解する。
熱処理時間は特に制限されないが、一般に30秒〜1時間が好ましい。30秒以下では効果が十分でなく、1時間以上では効果に変化がなく、いたずらに時間を要するのみである。
熱処理後の積層構造体は、熱処理時間および温度によって、ドーパント層の痕跡としてドーパントの塊を内包する場合もあるし、ドーパントの塊は拡散して消失するものの、ドーパント濃度は高濃度の層と低濃度の層との繰り返しとなって残存する場合もあるし、ドーパントが拡散して完全に均一なドーピング層となる場合もある。
従って、熱処理後の積層構造体は、コンタクト層として機能する。当然ながら、p型ドーパント層を用いた場合にはpコンタクト層、n型ドーパント層を用いた場合にはnコンタクト層として用いることが可能である。
コンタクト層には、電流を流通させるための電極を形成する。電極材料としては、一般に知られたものをなんら問題なく用いることが可能である。例えば、n電極材料としてはAl、Ti、Cr、などであり、p電極材料としてはNi、Au、Ptなどである。また、ITO、ZnO、AZO、IZOなどの導電性の酸化物を用いることも可能である。
(実施例1)
本実施例では、太陽電池素子を構成するIII族窒化物半導体積層構造体の製造方法について説明する。
本実施例で作製した積層構造体の断面図を図1に示す。市販の石英ガラス基板(1)上に、厚さ30nmのAlNバッファー層(2)、厚さ0.1μmのアンドープGaN層(3)、島状の結晶塊からなるSiを含むドーパント層(厚さ2nm)とアンドープのGaN層(厚さ100nm)とを40回交互に積層して熱処理して形成した約0.5μmのn型GaN層(50)、同様に形成した厚さ約0.5μmの、Mgをドープしたp型GaN層(51)を積層した構造物を作製した。なおn型及びp型ドーピング層の作成方法は後述する。n型GaN層(50)のキャリヤー濃度は約2×1018atoms/cm3、p型GaN層のキャリヤー濃度は約2×1018atoms/cm3であった。スパッタ成膜は、全てRFマグネトロンスパッタを用いて行った。
作製した前記積層物に、公知のフォトリソグラフィー技術によってp型GaN層(51)の表面上に、ITOからなるオーミック電極層60を形成し、さらにその上に表面側から順にチタン、アルミニウムおよび金を積層して裏面電極を形成した。更に、別途前記ITOの代りに結晶性IZOをオーミック電極に用いた。結晶性IZOは、全駆体のアモルファスIZOのエッチング性を利用し、優れた加工性を有した。
更にその後、積層物を裏面電極側から公知なエッチング法(ドライエッチングなど)を行い、n型GaN層(50)のn側電極を形成する部分を露出させ、露出した部分にNi、Al、TiおよびAuの4層よりなるn側電極を作製した。これらの作業により、太陽電池素子を作製した。
AlNバッファー層(2)を成膜するプロセスにおいては、アルゴンと窒素の混合ガスをチャンバ内に導入して、電場をかけてプラズマ化した窒素を窒素源として利用した。一方でプラズマ化したアルゴンによってAlのターゲットを叩いて金属原子を叩き出し、窒素と反応させて基板上に成膜させた。
n型ドープ層を形成する層は、アンドープGaN層とSiの層を交互に積層するプロセスにおいては、アンドープGaNは上記アンドープGaN下地層(3)と同一手順で成膜し、Si層の成膜時には、チャンバ内に導入するガスをアルゴンのみとして、Si製のターゲットから叩き出した原子をそのまま基板へ積層した。
なお、アニール前と後で、n型GaN層(50)を断面方向から透過式電子顕微鏡で観察した。アニール前の積層構造体には、2nmのSi層と100nmのアンドープのGaN層とを40回交互に積層した構造が見られた。Si層は所々で途切れて完全な層を成してはおらず、島状であった。各島状塊の円相当直径は1nm程度であり、各島状塊の間隔は約50nm程度であった。従って、ドーパント層の総面積の比率は、全体の領域に対して0.02程度であった。アニール後のn型GaN層(50)には、明らかな層構造は見られず、ドーパント層を構成するSi原子が拡散して、GaN層に均一にドープされたものと思われた。
このようにして作製した太陽電池素子基板を便宜上1cm角の正方形基板に切断し、当該電極に金線でリードフレームへ結線して電池素子とした。
このように作製した太陽電池素子の電極構造の平面図の一例を図2に示す。
さらに図1の積層構造体の別な方法として説明する。石英基板(1)上に、RFマグネトロンスパッタを用いて厚さ30nmのAlNバッファー層(2)を形成し、スパッタ機から取り出しアニール炉内で熱処理温度は1100℃、窒素下で10分間保持して熱処理した。ついでMOCVD炉に導入し、実施例1と同様な積層物になるようにMgをドープしたp型GaN層(51)までの積層構造物を作製した。MOCVD法は、形成時の温度、圧力、使用ガス、などは一般的な公知な方法で行った。n型GaN層(50)のキャリヤー濃度は約2×1018atoms/cm3、p型GaN層(51)のキャリヤー濃度は約2×1018atoms/cm3であった。
作製した前記積層物は、実施例1に記載の方法で太陽電池素子を作製した。このようにして作製した太陽電池素子基板を1cm角の正方形基板に切断し、当該電極に金線でリードフレームへ結線して電池素子とした。
本実施例で作製した積層構造体の断面図を図3に示す。石英基板(1)上に、RFマグネトロンスパッタを用いて厚さ30nmのAlNバッファー層(2)を形成し、スパッタ機から取り出しアニール炉内で熱処理温度は1100℃、窒素下で10分間保持して熱処理した。ついで当該基板をMOCVD炉に導入し公知なMOCVD法による手法(温度、圧力、使用ガスなど)で厚さ6μmのアンドープGaN層(3)、厚さ0.1nmのn型InX1Ga1−X1N層(X1=0.09)(70)、厚さ0.2μmのMgをドープしたp型InX1Ga1−X1N層(X1=0.09)(71)を積層した構造物を作製した。n型InX1Ga1−X1N層(70)のキャリヤー濃度は約3×1018atoms/cm3、p型InX1Ga1−X1N層(71)のキャリヤー濃度は約3×1018atoms/cm3であった。用いたスパッタ機や当該積層物は、実施例1に記載の方法で太陽電池素子を作製した。
このようにして作製した太陽電池素子基板を1cm角の正方形基板に切断し、当該電極に金線でリードフレームへ結線して電池素子とした。
本例においては、まず、サファイアからなる基板のc面上に、バッファー層としてRFスパッタ法を用いてAlNからなる単結晶の層を形成し、下地層として、MOCVD法を用いて、GaN(III族窒化物化合物半導体)からなる層を以下の方法で形成した後、各層を積層した。
まず、表面を鏡面研磨した直径2インチの(0001)c面サファイアからなる基板を、チャンバ中へ導入した。この際、高周波式のスパッタ装置を用い、ターゲットとしては、金属Alからなるものを用いた。
そして、チャンバ内で基板を500℃まで加熱し、窒素ガスを導入した後、基板側に高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことによって基板表面を洗浄した。
そして、予め測定した成膜速度に従い、規定した時間の処理により、40nmのAlN(バッファー層)を成膜後、プラズマ動作を停止し、基板温度を低下させた。
そして、基板上に形成したバッファー層のX線ロッキングカーブ(XRC)を、X線測定装置(スペクトリス社製、型番:X‘pert Pro MRD)を用いて測定した結果、バッファー層のXRC半値幅は0.1°と優れた特性を示しており、バッファー層が良好に配向していることが確認できた。この測定は、CuKα線X線発生源を光源として用いて行なった。
まず、当該基板を反応炉(MOCVD装置)内に導入した。次いで、反応炉内に窒素ガスを流通させた後、ヒータを作動させて、基板温度を室温から500℃に昇温した。そして、基板の温度を500℃に保ったまま、NH3ガスおよび窒素ガスを流通させて、気相成長反応炉内の圧力を95kPaとした。続いて、基板温度を1000℃まで昇温させ、基板の表面をサーマルクリーニング(thermal cleaning)した。なお、サーマルクリーニングの終了後も、気相成長反応炉内への窒素ガスの供給を継続させた。
以上の工程により、基板上に成膜された単結晶組織のAlNからなるバッファー層の上に、アンドープで8μmの膜厚のGaNからなる下地層を成膜した。
その後は、実施例1の記載の方法と同様に実施して、例えば島状の結晶塊からなるSiを含むドーパント層(厚さ2nm)とアンドープのGaN層(厚さ100nm)とを40回交互に積層して熱処理して形成した約0.5μmのn型GaN層(50)、同様に形成した厚さ約0.5μmの、Mgをドープしたp型GaN層(51)を積層した構造物を作製し、太陽電池素子を作製した。なお、実施例1に記載のITOからなるオーミック電極層をIZO(ビックスバイト結晶)の電極層に変更した。
本例においては、実施例3に記載のn型InX1Ga1−X1N層(X1=0.09)とp型InX1Ga1−X1N層(X1=0.09)におけるX1をそれぞれ0.06にした以外は、同じ操作を行い、太陽電池素子を作製した。
実施例1〜5に記載の方法で作製した太陽電池素子基板を1cm角の正方形基板に切断し、当該電極に金線でリードフレームへ結線して電池素子とした。リードフレームに結線された1cm2の電池素子を試料ステージに固定し、リードフレームの正極と負極にプローブを接触させ、電流及び電圧測定用の回路を形成した。スペクトル分布AM1.5、エネルギー密度100mW/cm2の1SUN擬似太陽光(ソーラーシミュレーター:山下電装製)を照射し、雰囲気温度と太陽電池の温度を25±1℃のもとで出力特性を測定した。その結果を表1にまとめた。
Claims (15)
- 基板上にIII族窒化物半導体からなるバッファー層と、pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)とを具備する太陽電池であって、
バッファー層とpn接合を有するIII族窒化物半導体層とからなる群より選ばれた少なくとも一種がスパッタ法によって形成された化合物半導体層を有することを特徴とする太陽電池。 - pn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)を、電池素子内で複数含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。
- バッファー層上に形成されたpn接合を有するIII族窒化物半導体層が、InxGa(1−x)N(0≦x<1)からなる層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池。
- 基板が、石英、ガラス、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン及び酸化チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の材料の基板であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池。
- n型電極及びp型電極が、pn接合を有するIII族窒化物半導体層の少なくとも一部又は全部の表面上に形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池。
- バッファー層が、AlN又はGaNであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 基板上に、III族窒化物半導体からなるバッファー層をスパッタ法で形成し、当該バッファー層上にIII族窒化物半導体層及び電極を形成する太陽電池の製造方法であって、
前記バッファー層上のIII族窒化物半導体層をスパッタ法、MOCVD法、MBE法、CBE法、MLE法からなる群から選ばれた少なくとも1種の方法で形成し、次いで電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - バッファー層上のIII族窒化物半導体層に含まれるpn接合を有するIII族窒化物半導体層(p型層/n型層)の少なくとも1種をスパッタ法で形成することを特徴とする請求項7に記載の太陽電池の製造方法。
- スパッタ法が、プラズマ、ラジカル、原子のうちのいずれかの状態で供給した窒素と、III族元素とを反応させることにより成膜させることを特徴とする請求項7又は8に記載の太陽電池の製造方法。
- ドーパント元素のみを供給するプロセスと、III族元素を含む化合物と窒素原料とを同時に供給するプロセスとを交互に繰り返すことからなる第一の工程を含む請求項7〜9のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
- 第一の工程による成長後、熱処理を行う第二の工程をさらに有する請求項10に記載の太陽電池の製造方法。
- 熱処理温度が、300℃から1200℃の範囲である請求項11に記載の太陽電池の製造方法。
- 水素ガスまたは水素原子を含む化合物のガスを含まない雰囲気中で熱処理を行う請求項11または12に記載の太陽電池の製造方法。
- ドーパント元素が、Si、GeおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項10〜13のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
- ドーパント元素が、MgおよびZnからなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項10〜13のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
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