JP2011181818A - タンデム型太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 整合層を形成する材料が有する導電性によらず、第１及び第２太陽電池により電力を取り出すことができるタンデム型太陽電池を提供する。
【解決手段】この発明によれば、半導体基板に形成された第１太陽電池と、第１太陽電池に隣接して形成され、前記半導体基板の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成された第２太陽電池と、第１太陽電池と第２太陽電池との間に形成され、前記半導体基板を形成する材料の結晶格子と第２太陽電池を形成する半導体材料の結晶格子とを整合するための整合層と、第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成され、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に直列接続する接続部材と、を備えるタンデム型太陽電池が提供される。
【選択図】図１

Description

この発明は、タンデム型太陽電池に関するものである。
太陽光を効率よく光電変換する太陽電池として、バンドギャップ（禁制帯幅）が異なる複数の太陽電池を積層したタンデム型太陽電池（積層型太陽電池）が知られている。このタンデム型太陽電池は、複数の太陽電池がそれぞれ、そのバンドギャップに対応する波長範囲の光を光電変換し、連続的スペクトルを示す光（例えば、太陽光）を効率よく光電変換するので、高い変換効率を示す太陽電池として期待されている。例えば、燐化インジウム（ＩｎＰ）基板上に、砒化インジウム化ガリウム（ＧａＩｎＡｓＰ）からなる太陽電池と、燐化インジウム（ＩｎＰ）からなる太陽電池とを有する単結晶モノシリック型タンデム型太陽電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板又はゲルマニウム（Ｇｅ）基板上に、砒化窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮＡｓ）より構成される太陽電池と、砒化ガリウム（ＧｅＡｓ）より構成される太陽電池と積層されたタンデム型太陽電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。さらに、ボトムセルをシリコン（Ｓｉ）で構成し、ミドルセルをシリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）で構成し、トップセルをミドルセルと異なるバンドギャップエネルギーのシリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）で構成するタンデム型太陽電池が知られている（例えば、特許文献３参照）。
これらのタンデム型太陽電池は、太陽電池を構成する結晶を積層する場合、太陽電池と太陽電池との間で結晶の格子を整合させる必要がある。例えば、シリコン基板を用いてタンデム型太陽電池を構成する場合に、整合層を設け、窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などの材料からなる層を整合層として用いたり、エピタキシャル技術によりＩｎＧａＮ結晶を形成してタンデム型太陽電池を構成する場合に単結晶ＧａＮやゲルマニウム（Ｇｅ）基板を用いたりしている。
特開平５−１１４７４７号公報 特開１１−２１４７２６号公報 特開２００４−１１１６８７号公報
しかし、タンデム型太陽電池の整合層として窒化チタン（ＴｉＮ）からなる層を用いると、窒化チタン（ＴｉＮ）は導電性が高いものの、透明性が低いので、整合層の材料には望ましくない。また、窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）の材料からなる層を整合層として用いると、これらの層は、透明性は高いものの、導電性が低いため、太陽電池を直列接続する整合層の材料として望ましくない。このように、整合層を設けたとしても、透明性が高くかつ導電性が高い材料で整合層を形成する必要があり、その材料選択が難しい。このため、整合層を形成する材料が有する導電性によらず、第１及び第２太陽電池により光電変換された電力を取り出すことができるタンデム型太陽電池が望まれている。
また、タンデム型太陽電池に単結晶ＧａＮやゲルマニウム（Ｇｅ）基板を用いると、基板が高価であるため、タンデム型太陽電池が高価なものとなる。このため、安価な基板（例えば、シリコン基板）にも適用できる構造を備えるタンデム型太陽電池が望まれている。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、整合層を形成する材料が有する導電性によらず、第１及び第２太陽電池により光電変換された電力を取り出すことができるタンデム型太陽電池を提供するものである。また、安価な基板にも適用できる構造を備えるタンデム型太陽電池を提供するものである。
この発明によれば、半導体基板に形成された第１太陽電池と、第１太陽電池に隣接して形成され、前記半導体基板の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成された第２太陽電池と、第１太陽電池と第２太陽電池との間に形成され、前記半導体基板を形成する材料の結晶格子と第２太陽電池を形成する半導体材料の結晶格子とを整合するための整合層と、第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成され、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に直列接続する接続部材と、を備えるタンデム型太陽電池が提供される。
この発明によれば、第１太陽電池と第１太陽電池に隣接して形成された第２太陽電池と整合層を介して形成され、第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成された接続部材が、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に直列接続するので、この発明のタンデム型太陽電池は、整合層を形成する材料が有する導電性特性によらず、第１及び第２太陽電池により光電変換された電力を取り出すことができる。例えば、整合層を形成する材料の導電性が低いものであったとしても、タンデム型太陽電池から電力を取り出すことができる。
この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の構成を示す模式図である。 この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法を説明するための工程図である。 この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法を説明するための工程図である。 この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法を説明するための工程図である。 この発明の実施形態に係る実施例の構成を示す模式図である。 この発明の実施形態に係る実施例の構成を示す模式図である。
この発明のタンデム型太陽電池は、半導体基板に形成された第１太陽電池と、第１太陽電池に隣接して形成され、前記半導体基板の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成された第２太陽電池と、第１太陽電池と第２太陽電池との間に形成され、前記半導体基板を形成する材料の結晶格子と第２太陽電池を形成する半導体材料の結晶格子とを整合するための整合層と、第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成され、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に直列接続する接続部材と、を備えることを特徴とする。
ここで、接続部材は、第１太陽電池における第２太陽電池側の面と反対側の面から第１太陽電池及び前記整合層を貫通し、第２太陽電池における前記整合層側の面まで達するように形成される。例えば、接続部材は、第１太陽電池における第２太陽電池側の面に、第１太陽電池及び前記整合層を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔を覆うように形成された電極であってもよい。前記貫通孔は、第１太陽電池と、第１太陽電池と第２太陽電池との間に形成された整合層とを貫通する孔であり、第２太陽電池をも貫通する貫通孔は含まない。例えば、第１及び第２太陽電池並びに整合層が積層されて形成されている場合、第１太陽電池及び整合層のみを貫通し、貫通孔の底部が第２太陽電池の整合層側の面である貫通孔や、第１太陽電池及び整合層を貫通し、貫通孔の底部が第２太陽電池の整合層側の面に凹部（第２太陽電池を貫通しない孔）を形成する貫通孔が含まれる。
この発明のタンデム型太陽電池は、前記構成に加え、第１太陽電池は、半導体基板の第２太陽電池側の面に形成され、第１導電型の不純物が拡散された第１導電型領域と、半導体基板の第２太陽電池側の面と反対側の面に第１導電型領域と接して形成され、第１導電型と異なる導電型の不純物が拡散された第２導電型領域とで構成され、第２太陽電池は、前記整合層を介して、第１太陽電池を形成する半導体基板と隣接して形成され、第２導電型領域と同じ導電型の不純物が拡散された半導体層と、前記半導体層と接して形成され、第１導電型領域と同じ導電性同じ導電型の不純物が拡散された第２半導体層とで構成され、接続部材が、第１導電型領域と第２太陽電池の前記半導体層とを電気的に接続してもよい。
このような構成によれば、接続部材が第１太陽電池の第１導電型領域と第２太陽電池の前記半導体層とを電気的に接続するので、第１太陽電池を形成する半導体基板上に前記整合層が存在しても、このタンデム型太陽電池は、第１及び第２太陽電池により光電変換された電力を取り出すことができる。
ここで、第１の導電型とは、Ｎ型又はＰ型の導電型をいい，第１導電型と異なる導電型とは、第１の導電型と逆の導電型をいう。例えば、第１の導電型がＮ型の導電型の場合、第１導電型と異なる導電型はＰ型の導電型となり、第１の導電型がＰ型の導電型の場合、第１導電型と異なる導電型はＮ型の導電型となる。
また、第１及び第２太陽電池は、半導体に第１導電型の不純物が拡散された領域（又は層）と、半導体に第１導電型と異なる導電型の不純物が拡散された領域（又は層）とで構成され、いわゆるＰＮ接合で構成される。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、接続部材が、第１太陽電池及び前記整合層の厚みよりもその深さが大きい貫通孔を覆う電極であってもよい。この実施形態によれば、貫通孔の深さが第１太陽電池及び前記整合層の厚みよりも大きいので、貫通孔は、第１太陽電池及び前記整合層を貫通するとともに、第２太陽電池の内側に達する孔となる。このため、接続部材が貫通孔を覆うと、接続部材が接触する第２太陽電池の領域が増し、第１太陽電池と第２太陽電池とをより確実に電気的に接続できる。従って、第１太陽電池を形成する半導体基板上に前記整合層が存在しても、このタンデム型太陽電池は、第１及び第２太陽電池により光電変換された電力をより確実に取り出すことができる。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、さらに、第１太陽電池に設けられた第１電極と、第２太陽電池に設けられた第２電極と、備えてもよい。この構成によれば、例えば、第１電極及び第２電極から第１太陽電池と第２太陽電池とが直列接続された電力を取り出すことができ、また、第３電極を利用すれば、第１電極及び第３電極から、第１太陽電池の電力を取り出すとともに、第２電極及び第３電極から、第２太陽電池の電力を取り出すことができる。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、上記形態に加え、接続部材が第２電極の下方に配置されて形成されてもよい。例えば、接続部材が第1太陽電池における第２太陽電池側と反対の面に形成され、第２電極が第２太陽電池における第１太陽電池側と反対の面に形成され、接続部材と第２電極とが対向する位置に配置されてもよい。このような構成にして、第２太陽電池側から第１太陽電池側へ光（例えば、太陽光）が入射するように使用すれば、第２太陽電池側から入射した光が第２電極により遮られたとしても、貫通孔にある接続部材近傍は光電変換にあまり寄与しないので、第１太陽電池が光電変換する領域をできるだけ広くすることができ、タンデム型太陽電池の光電変換効率を上げることができる。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、上記形態に加え、第1電極が第２電極と対向しない位置に配置されてもよい。この構成によれば、タンデム型太陽電池に入射する光が第２電極に遮られることなく、第1電極に到達することができるので、タンデム型太陽電池の光電変換効率を上げることができる。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、第1電極が第１太陽電池における第２太陽電池側の面と反対側の面に設けられてもよい。この構成にし、第２太陽電池側から第１太陽電池側へ光（例えば、太陽光）が入射するように使用すれば、第２太陽電池側から入射した光が第１電極により遮られることなく、第１太陽電池で光電変換され電力をもれなく取り出すことができる。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、前記半導体基板がシリコンで形成された基板であり、第２太陽電池が窒化物半導体で形成されてもよい。例えば、第２太陽電池が窒化ガリウムと窒化インジウムとが混じりあった結晶で形成されてもよいし、第２太陽電池が窒化インジウムを４０％〜６０％の比率で含む材料により形成されてもよい。例えば、前記窒化物半導体の結晶は、約１．７５ｅＶのバンドギャップを有してもよい。
また、前記半導体基板がその導電型がＰ型又はＮ型のシリコン基板であってもよい。前記半導体基板は単結晶、多結晶のいずれの結晶であってもよい。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記シリコン基板及び前記窒化物半導体の構成に加え、前記整合層が、窒化アルミニウム又は炭化珪素の少なくとも１つを含む材料で形成されてもよい。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、接続部材が、チタン、アルミニウム又はタングステンの少なくとも１つを含む材料で形成されてもよい。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、前記発明の構成に加え、第２太陽電池に設けられた第２電極を備え、第２電極が、金、ニッケル又は白金の少なくとも１つを含む材料で形成されてもよい。
また、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池は、第１太陽電池の第１及び第２導電型領域の構成に加え、第１導電型の不純物が拡散された半導体基板を用いることにより第１導電型領域が形成されてもよい。例えば、半導体基板がＰ型又はＮ型のシリコン基板であり、このシリコン基板を用いることにより第１導電型領域が形成されてもよい。また、第２太陽電池側の面と反対側の面に、この半導体基板の導電性と異なる導電型の不純物が拡散されたウエル領域が第２導電型領域として形成され、このウエル領域以外の半導体基板内の領域が第１導電型領域とされてもよい。
以下、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池について、図１〜図４に基づいて具体的に説明する。
（実施形態）
図１に、実施形態に係るタンデム型太陽電池の構成を示す。図１は、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の構成を示す模式図（断面図）である。図１は、タンデム型太陽電池の使用状態において、図１の上方から太陽の光が太陽電池に入射し、図１の下方に向かって太陽の光が太陽電池を透過するように記載している。
図１に示されるように、実施形態に係るタンデム型太陽電池は、半導体基板１０に形成された第１太陽電池１と、半導体基板１０上に形成された整合層２と、第１太陽電池１に隣接して形成され、半導体基板１０の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成された第２太陽電池３とを備えている。
（第１太陽電池の構成）
第１太陽電池１は、Ｐ型不純物が拡散された半導体基板１０により形成されている。
半導体基板１０は、単結晶シリコン基板で形成されている。半導体基板に拡散された不純物には、Ｐ型不純物であるボロン（Ｂ）が用いられ、その拡散濃度は、2×1015cm-3となるように形成されている。Ｐ型不純物には、ボロンのほか、アルミニウム、ガリウム、インジウムを用いることができる。これらの不純物を、3×1014〜3×1015cm-3程度の濃度で基板に拡散して、半導体基板１０を形成するとよい。
半導体基板１０は、Ｐ型、Ｎ型、いずれの導電型の不純物が拡散されて形成されてもよいが、後述する整合層２が、窒化物半導体で形成され、この窒化物半導体にシリコン原子が拡散されてＮ型窒化物半導体になる傾向があることを考慮すると、半導体基板１０は、Ｐ型不純物が拡散された半導体基板であるほうがよい。また、半導体基板１０は、単結晶、多結晶、いずれの結晶であってもよい。
半導体基板１０には、この実施形態に係るタンデム型太陽電池の使用状態において、第２太陽電池３側（図１の上方）から光が入射することになる。このため、半導体基板１０における第２太陽電池３側の面は、鏡面でもよいし、テクスチャー構造にして、反射防止構造としてもよい。このテクスチャー構造は、アルカリ性及び酸性の薬液によるエッチングや反応性イオンエッチング(RIE)法などの方法で異方性エッチングを行って形成すればよい。
また、半導体基板１０の第２太陽電池３側の面は、後述する整合層２を形成する際に整合層２の結晶性を向上させるため、ストライプ状の溝を形成してもよい。
また、第１太陽電池１は、図１に示されるように、半導体基板１０の第２太陽電池３側の面に形成され、かつＰ型の不純物が拡散されたＰ型領域１０１と、第２太陽電池３側の面と反対側の面にＰ型領域１０１と接して形成され、Ｐ型領域１０１と異なる導電型の不純物が拡散されたＮ型不純物領域１２とで構成されている。Ｎ型不純物領域１２は、第２太陽電池３側の面と反対側の面における一部の領域に形成されている。
また、第１太陽電池１は、第２太陽電池３側の面と反対側の面の、Ｎ型不純物領域１１が形成された領域と異なる領域（他の部分の領域）に、Ｐ型領域１０１と接して形成され、かつＰ型領域１０１よりもＰ型の不純物濃度が高いＰ型不純物領域１１が形成され、さらにＮ型不純物領域１２の表面に第１電極７が形成されている。この第１電極７は、第１太陽電池が光電変換した電力を取り出すために設けられている。
Ｐ型領域１０１は、半導体基板１０により構成され、この実施形態では、Ｐ型不純物が拡散された半導体基板１０を用いることにより、Ｐ型領域１０１が構成されている。このＰ型領域１０１は、上記半導体基板１０の場合と同様に、Ｐ型不純物として、ボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウムを用いればよく、また、これらの不純物を1×1014〜1×1015cm-3程度の濃度で基板に拡散して、Ｐ型領域１０１を形成すればよい。このＰ型領域１０１は、半導体基板１０の第２太陽電池２側の面に形成され、後述する整合層２に接するように配置される。なお、このＰ型領域１０１は、半導体基板にいわゆるＰ型のウエル領域を形成して構成してもよい。
Ｎ型不純物領域１２は、Ｐ型領域１０１と接し、ＰＮ結合を形成している。Ｎ型不純物領域１２に拡散されているＮ型不純物は、リン（Ｐ）が用いられ、半導体基板１０に対して、1×1019cm-3の濃度でＮ型不純物が拡散されて形成されている。Ｎ型不純物には、リン、ヒ素、アンチモン等を用いてもよいし、また、Ｎ型不純物の拡散濃度は、Ｐ型領域１０１に拡散された不純物濃度よりも高い濃度であるとともに、金属（第１電極７）とのオーミック性抵抗接触が可能となる濃度である1×1019〜1×1020cm-3程度の濃度としてもよい。Ｎ型不純物領域１２は、シリコン基板の第２太陽電池３側の面と反対側の面に、所定の領域の開口を有するマスク（例えばシリコン酸化膜）を形成し、気相拡散法、固相拡散法、イオン注入法等により形成する。
また、Ｎ型不純物領域１２は、第２太陽電池３側の面と反対側の面に0.5〜2μｍ程度の深さで形成されている。この深さは、0.5〜2μｍの範囲内であればよい。Ｎ型不純物領域１２の平面形状（光が入射する太陽電池２側から見たときの平面）は、特に限定されないが、例えば、ストライプ状、蛇行状、格子状などの形状で形成するとよい。タンデム型太陽電池の使用状態において、光が入射しない領域（太陽電池２側から光が入射するときに、光を反射等して太陽電池２に光が入射しない領域。例えば、後述する第２電極。以下、非受光面という。）に対するＮ型不純物領域１２の非受光面占有面積率は5〜20%とすればよい。なお、この実施形態では、Ｎ型不純物領域１２を１箇所形成しているが複数の個所に形成してもよく、例えば、Ｎ型不純物領域１２を点状（円状の領域）にして複数の位置に形成してもよい。この場合、直径を10〜100μmとし、その間隔を30〜300μmとするとよい。
Ｐ型不純物領域１１は、Ｎ型不純物領域１２が形成された面と同じ半導体基板の面に、Ｎ型不純物領域１２と分離された領域に形成されている。Ｐ型不純物領域１１に拡散されているＰ型不純物は、ボロン（Ｂ）が用いられ、半導体基板１０に対して、Ｐ型領域１０１に拡散された不純物濃度よりも高い濃度である1×1019cm-3の濃度でＰ型不純物が拡散されて形成されている。Ｐ型不純物には、ボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウム等を用いてもよいし、また、Ｐ型不純物の拡散濃度は、Ｐ型領域１０１に拡散された不純物濃度よりも高い濃度であるとともに、金属（例えば、第３電極６。以下、接続部材６ともいう）とのオーミック性抵抗接触が可能となる濃度である1×1019〜1×1020cm-3程度の濃度としてもよい。Ｐ型不純物領域１１は、Ｎ型不純物領域１２と同様に、シリコン基板の第２太陽電池３側の面と反対側の面に所定の領域の開口を有するマスク（例えばシリコン酸化膜）を形成し、気相拡散法、固相拡散法、イオン注入法等により形成すればよい。
なお、後述するように貫通孔５及び第３電極６がＰ型不純物領域１１に形成され、光は貫通孔５及び第３電極６で反射されるので、Ｐ型不純物領域１１での光電変換量（発電量）は少ない。このため、Ｎ型不純物領域１２と半導体基板１０でＰＮ接合を形成するとよい。
第１電極７は、Ｎ型不純物領域１２に接して形成されるとともに、Ｎ型不純物領域１２と電気的に接続され、第１太陽電池１が光電変換した電力を取り出すための端子となっている。つまり、このタンデム型太陽電池の出力端子の１つとなっている。この実施形態では、チタン及び銅が積層された膜（Ｃｕ／Ｔｉ）で形成され、Ｎ型不純物領域１２の領域内にこれと接するように形成されている。第１電極７は、端子（電極）として機能すればよいので、導電性を有しているものであればよく、例えば、チタン、アルミニウムの材料を用いて第１電極７を形成してもよい。また、第１電極７の材料に、タングステン、金、ニッケル、白金、銀等の金属を用いてもよい。第１電極７は、蒸着法、スパッタリング法、電界又は無電界メッキ法等で形成すればよく、また、後述する第３電極６と同時形成をすることも可能である。
（整合層）
整合層２は、半導体基板１０を形成する材料の結晶格子と第２太陽電池３を形成する材料の結晶格子とを整合するため層であり、第１太陽電池１の半導体基板１０（Ｐ型領域１０１）に形成され、第２太陽電池３を形成する材料（例えば、窒化物半導体）の結晶をエピタキシャル成長させるために形成する層である。この実施形態では、窒化物アルミニウム(GaN)の材料で形成され、半導体基板１０上に5μmの厚さで形成されている。
整合層２の材料は、タンデム型太陽電池に入射する入射光を第1太陽電池１に透過させる材料であればよいが、第２太陽電池３を形成する材料（半導体層３１及び第２半導体層３２の材料）が有するバンドギャップよりも大きい材料である必要があり、また格子の整合が可能な材料である必要がある。このため、例えば、半導体基板１０がシリコンであり、第２太陽電池３が窒化物半導体（例えば、この明細書の実施例に示す窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶。バンドギャップ１．７５ｅＶ）の場合、接合層２には、炭化珪素（ＳｉＣ）,窒化アルミニウム（ＡｌＮ）,窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶（ＡｌＧａＮ）などの材料を用いるとよい。これらの材料はワイドギャップ半導体といわれ、このようなワイドギャップ半導体が接合層２の材料に適している。整合層２の膜厚は特に限定されないが、例えば、このような材料を0.2〜1μmの厚さで形成するとよい。この整合層２は、スパッタリング法、有機金属気相成長(MOCVD)法、分子線エピタキシー(MBE)法などの方法を用いて形成することができる。
なお、整合層２は、ここに記載した整合層２の材料（窒化アルミニウム，炭化珪素など）の一つを含めばよく、例えば、これらの材料から複数の材料を選んで整合層２を形成してもよい。
（第２太陽電池の構成）
第２太陽電池３は、図１に示されるように、第１太陽電池１を形成する半導体基板１０上に整合層２を介して形成され、Ｎ型不純物領域１２と同じ導電型のＮ型の不純物が拡散された半導体層３１と、半導体層３１上に形成され、Ｐ型領域１０１と同じ導電型のＰ型の不純物が拡散された第２半導体層３２とで構成されている。また、第２太陽電池３は、第１太陽電池１を形成する半導体基板１０の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成されている。さらに第２太陽電池３は、第２太陽電池の電力を取り出すために設けられた第２電極が、第２半導体層３２上に形成されている。
半導体層３１は、整合層２上に窒化物半導体の材料で形成されている。この窒化物半導体は、窒化ガリウム及び窒化インジウムであり、これらが混じりあった結晶（混晶）で形成されている。この実施形態では、シリコン（Ｓｉ）を3×1018cm-3の濃度で拡散した窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(Ｎ型ＩｎＧａＮ)で形成され、その層厚が1μmとなるように形成されている。
半導体層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）, 窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム並びに窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶（ＡｌＩｎＧａＮ）を用いることができる。タンデム型太陽電池は、第１太陽電池１と第２太陽電池３とが入射する光を光電変換するように設計するものであるから、第２太陽電池３の半導体層３１の材料は、第１太陽電池１の材料を考慮して選定することになる。この実施形態に係るタンデム型太陽電池では、第１太陽電池１がシリコン基板１０で形成され、このシリコン基板１０（単結晶又は多結晶）シリコンのバンドギャップは1.12eVであるから、半導体層３１の材料である窒化物半導体は、理論的には1.75eVのバンドギャップであることが望ましくなる。このバンドギャップを実現する窒化物半導体は、窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶（ＩｎＧａＮ）であり、その組成は、ＩｎＮとＧａＮとの組成が0.4:0.6〜0.6:0.4の範囲である。このため、この組成で半導体層３１を形成すると、タンデム型太陽電池の光電変換の効率の観点から望ましい。
半導体層３１は、後述する第３電極６により第１太陽電池１と第２太陽電池３とを電気的に接続されたタンデム型太陽電池として機能させるため、シリコン基板１０の導電型と異なる導電型（つままり、Ｐ型不純物領域１１と異なる導電型）の不純物が拡散され形成される必要がある。このため、この実施形態では、半導体層３１はＮ型の不純物であるシリコンが拡散されて形成されている。シリコン（Ｓｉ）のほか、Ｎ型の不純物には、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物を用いてもよい。このような不純物を窒化物半導体に5×1017〜１×1019cm-3の濃度で拡散して半導体層３１を形成すればよく、また、半導体層３１は、0.1〜0.8μmの厚さで形成するとよい。
第２半導体層３２は、半導体層３１上に形成され、半導体層３１とＰＮ接合させるためにＰ型の不純物が拡散されて形成されている。この実施形態では、第２半導体層３２は、Ｐ型の窒化物半導体で形成され、具体的には、マグネシウム(Mg)が3×1018cm-3の濃度で拡散された窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶（Ｐ型ＩｎＧａＮ）で形成されて、その膜厚が1μmとなるように形成されている。
第２半導体層３２の材料は、半導体層３１の材料と同じ窒化物半導体であり、拡散される不純物は、半導体層３１と異なるＰ型の不純物である。窒化物半導体は、半導体層３１と同様の材料を選定すればよいが、不純物は、Ｐ型の不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）等を用いる。マグネシウム（Ｍｇ）のほか、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）などの不純物を用いてもよい。このような不純物を5×1017〜1×1019cm-3の濃度で拡散して、第２半導体層３２を形成すればよく、第２半導体層３２の厚さが、0.1〜0.8μmとなるように形成するとよい。
なお、タンデム型太陽電池により多くの光が入射するようにするため、第２半導体層３２上に窒化シリコン(SiN)や酸化シリコン(SiO2)及び酸化チタン(TiO2)などの膜を形成して、この膜を反射防止膜としてもよい。
第２電極８は、第２半導体層３２上に形成されるとともに、第２半導体層３２と電気的に接続され、第２太陽電池１が光電変換した電力を取り出すための端子となっている。つまり、このタンデム型太陽電池の出力端子の１つとなっている。この実施形態では、金（Ａｕ）からなる膜（Ｃｕ／Ｔｉ）で形成され、後述する貫通孔５及び第３電極６の上方に相当する位置に配置されている。第２電極８は、導電性を有する材料で形成されるとよいが、第２半導体層３２がＰ型の導電型の不純物が拡散されている場合、金、ニッケル、白金等の材料を用いて第２電極８を形成するとよい。これらの材料（金など）を用いると、第２電極８と第２半導体層３２との接触抵抗が低くなるので、第２電極８の電極材料として適している。これらの材料をその層厚が0.5〜1μmとなるように形成するとよい。また、タンデム型太陽電池により多くの光が入射するようにするため、第２電極８を二酸化スズ（ＳｎＯ2）,酸化インジウムチタン（ＩＴＯ）等の透明電極で形成して、第２太陽電池３に入射する入射光をできるだけ透過させるとよい。第２電極８は、蒸着法、スパッタリング法、電界又は無電界メッキ法等で形成すればよい。なお、メッキ法による場合、後述する第３電極６と同時形成をすることも可能である。
（貫通孔及び第３電極の構成）
また、図１に示されるように、実施形態に係るタンデム型太陽電池は、第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成された第３電極６（接続部材６）を備えている。また、第３電極６（接続部材６）は第１太陽電池１と第２太陽電池３とを電気的に接続している。具体的には、第１太陽電池１における第２太陽電池３側の面と反対側の面に、第１太陽電池１及び整合層２を貫通する貫通孔５が形成され、貫通孔５を覆うように第３電極６が形成されている。貫通孔５は、第１太陽電池１を形成する半導体基板１０と整合層２とを貫通し、貫通孔５の底部（図１では上辺）に半導体層３１が露出するように形成されている。そして、第３電極６は、この貫通孔の表面及び底部（半導体層３１）並びに貫通孔周辺の半導体基板１０を覆うように形成されている。
貫通孔５は、半導体基板１０におけるＮ型不純物領域１１の領域内に配置され、このＮ型不純物領域１１を貫通するとともに、半導体基板１０を貫通している。貫通孔５の形状は、Ｎ型不純物領域１１より狭い面積となる形状（Ｎ型不純物領域１１の領域内に配置できる形状）であれば特に限定されず、例えば、散点状、ストライプ状、蛇行状、格子状などの形状で配置してもよい。
なお、第２電極８が不透明な膜で形成された場合に、第２電極８側の面から光が入射しても第２電極８下方まで光が届きにくく、また、貫通孔５は光電変換に寄与しにくいので、貫通孔５を第２電極８の下方に配置して形成してもよい。
貫通孔５は、半導体基板１０の第２太陽電池３と反対の面に所定領域の口を有するマスク（例えばポジ型フォトレジストシ）を形成し、ウェットエッチング法、反応性イオンエッチング（RIE）法、レーザー等の方法を用いて形成する。
貫通孔５の深さは、貫通孔５の底部（図１では上辺）に半導体層３１が露出するような深さであればよいが、例えば、第１太陽電池１及び整合層２の厚みよりもその深さが深くなってもよい。つまり、第１太陽電池１（Ｎ型不純物領域１１）と第２太陽電池３（半導体層３１）とを電気的に接続されればよい。
第３電極６は、貫通孔５を覆うように形成され、Ｎ型不純物領域１１と半導体層３１とを電気的に接続している。この実施形態では、第1電極７と同じ材料であるチタン及び銅が積層された膜（Ｃｕ／Ｔｉ）で形成されている。半導体層３１がＮ型の不純物が拡散されて形成されている場合、第３電極６の材料にチタン、アルミニウム又はタングステン等の材料を用いるとよい。これらの材料（チタン等）を用いると、半導体層３１と第３電極との接触抵抗が低くなるので、第３電極６の材料としてこれらの材料が適している。第３電極６は、0.5〜1μmの厚さで形成するとよく、例えば、蒸着法、スパッタリング法、電界又は無電界メッキ法等の方法を用いて形成できる。
なお、貫通孔５に金属材料を充填して形成してもよく、貫通孔表面を覆うとともに、貫通孔内部を埋める電極（いわゆるプラグ構造）であってもよい。
（製造方法）
次に、第１の実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法について図２〜図４を用いて説明する。図２〜４に、実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法を説明するための工程図を示す。図２〜４は、この発明の実施形態に係るタンデム型太陽電池の構成を示す模式図（断面図）である。図２〜４は、図１と同様に、タンデム型太陽電池の使用状態において、図１の上方から太陽の光が太陽電池に入射するように表示している。
実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法は、ボロン(B)が2×1015cm-3で拡散された単結晶シリコン基板１０に、シリコン基板１０の濃度よりも高い2×1019 cm-3の濃度でボロン(B)が拡散されたp型不純物領域１１と、2×1019 cm-3の濃度でリン(P)が拡散されたn型不純物領域１２とを形成する工程（Ａ）と、p型不純物領域１１とn型不純物領域１２とが形成されたシリコン基板１０の面と逆の面に、整合層２を形成し、整合層２上にシリコン（Ｓｉ）が3×1018cm-3の濃度で拡散された窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(n型ＩｎＧａＮ）（n型窒化物半導体３１）と、マグネシウム(Mg) が3×1018cm-3の濃度で拡散された窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(p型ＩｎＧａＮ) （ｐ型窒化物半導体３１）とを形成する工程（Ｂ）と、p型不純物領域１１とn型不純物領域１２とが形成されたシリコン基板１０の面の、p型不純物領域１１が形成された領域内に、貫通孔５及び第３電極６を形成する工程（Ｃ）と、を備える。
以下、これらの工程について説明する。
＜工程（Ａ）＞
まず、図２（１）に示されるように、シリコン基板１０の一方の面（図の下方の面）の一部分に、p型不純物領域１１を形成する。材料となるＰ型のシリコン基板１０を用意し、このシリコン基板１０の一方の面に、気相化学成長(CVD)法により不純物をドープしていないシリコン酸化膜(SiO2)を形成する。次に、周知のフォトリソ法を用いて、このシリコン酸化膜上に所定領域を開口するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして上記シリコン酸化膜の一部をエッチングして開口部を形成する。この開口部は、p型不純物領域１１を形成する位置に対応する位置に設ける（開口部は複数設けてもよい）。次に、フォトレジスト膜を酸素プラズマにより除去する。そして、上記開口部が設けられたシリコン酸化膜上にボロンドープ酸化膜(BSG)を気相化学成長(CVD)法で堆積し、900℃の熱処理にて90分間の固相拡散を行うことにより、シリコン基板１０の一方の面にp型不純物領域１１を形成する。そして、シリコン酸化膜をエッチングにより除去する。
次いで、図２（２）に示されるように、シリコン基板１０の一方の面（図の下方の面）の他の部分に、n型不純物領域１２を形成する。気相化学成長(CVD)法により不純物をドープしていないシリコン酸化膜(SiO2)を形成し、周知のフォトリソ法を用いて、このシリコン酸化膜(SiO2)上に、所定領域を開口するフォトレジスト膜を形成する。次に、開口部が形成された上記フォトレジスト膜をマスクとして、5%に希釈したフッ酸(HF)溶液中で上記フォトレジスト膜が形成されたシリコン基板１０をエッチングする。これにより、上記シリコン酸化膜の一部に開口を形成する。この開口部は、n型不純物領域１２を形成する位置に対応する位置に設ける（開口部は複数設けてもよい）。次に、フォトレジスト膜を酸素プラズマにより除去し、開口部が形成されたシリコン酸化膜をマスクとして、オキシ塩化リン（POCl3）を900℃,15分間気相拡散することにより、シリコン基板１０の一方の面にn型不純物領域１２を形成する。そして、シリコン酸化膜をエッチングにより除去する。
＜工程（Ｂ）＞
次いで、図２（３）に示されるように、一方の面にp型不純物領域１１及びn型不純物領域１２が形成されたシリコン基板１０の他方の面に整合層２を形成する。有機金属気相体積(MOCVD)法を用いて、トリメチルアルミニウム(TMAl)及びアンモニア(NH3)の混合雰囲気中で、シリコン基板１０の温度を700℃にし、p型不純物領域１１及びn型不純物領域１２が形成されたシリコン基板１０の他方の面に膜厚5μmの窒化アルミニウム(AlN)堆積する。これにより、シリコン基板１０の他方の面に整合層２が形成される。
次いで、図３（４）に示されるように、シリコン基板１０の他方の面にn型窒化物半導体３１（半導体層３１）及びp型窒化物半導体３２（第２半導体層３２）を形成する。有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いて、トリメチルインジウム(TMIn)、トリメチルガリウム(TMGa)、アンモニア(NH3)及びシラン(SiH4)の混合雰囲気中で、シリコン基板１０の温度を1000℃にし、シリコン基板１０に形成された整合層２上に、膜厚1μmのn型窒化物半導体３１を堆積する。堆積するn型窒化物半導体が窒化インジウム(InN)と窒化ガリウム(GaN)との混合比が0.5:0.5になるようにエピタキシャル成長させ、シラン(SiH4)の量は3×1018cm-3になるように形成する。
続いて、有機金属気相体積(MOCVD)法を用いて、トリメチルインジウム(TMIn)、トリメチルガリウム(TMGa)、アンモニア(NH3)及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)の混合雰囲気中でシリコン基板１０の温度を1000℃にし、シリコン基板１０に形成されたn型窒化物半導体３１上に、膜厚1μmのp型窒化物半導体３２を堆積する。堆積するp型窒化物半導体３２が窒化インジウム(InN)と窒化ガリウム(GaN)との混合比が0.5:0.5になるようにエピタキシャル成長させる。この混合比付近において、この明細書の実施例のタンデム型太陽電池における最適なバンドギャップ1.57Evの第２太陽電池が得られる。p型窒化物半導体３２の堆積において、マグネシウムの量は3×1018cm-3になるように形成する。次いで、窒素(N2)中で700℃,1時間の熱処理を行い、窒化物半導体３２をp型化する。
なお、この実施形態に係るタンデム型太陽電池の製造方法では、有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いているが、単結晶エピタキシャル成長が可能な方法であれば他の方法を用いてもよい。例えば、分子線エピタキシー(MBE)法などを用いてもよい。ここで説明したガスおよび温度等は例示であり、他のガスおよび温度等でn型窒化物半導体３１及びp型窒化物半導体３２を形成してもよい。
＜工程（Ｃ）＞
次いで、図３（５）に示されるように、シリコン基板１０の一方の面（p型不純物領域１１及びn型不純物領域１２が形成された面）に貫通孔を形成する。まず、周知のフォトリソ法を用いて、シリコン基板１０の一方の面におけるp型不純物領域１１が形成された領域内に所定領域を開口するフォトレジスト膜を形成する。この開口部は、貫通孔５を形成する位置に対応する位置に設ける（開口部を複数の位置に設けてもよい）。そして、反応性イオンエッチング(RIE)法に用いて、フォトレジスト膜をマスクとして、シリコン基板１０及び格子整合層２の開口部に対応する部分をエッチングする。これにより、シリコン基板１０及び格子整合層２を貫通する貫通孔を形成する。次に、フォトレジスト膜を酸素プラズマにより除去する。
次いで、図３（６）に示されるように、第１電極７及び第３電極６を形成する。シリコン基板１０の貫通孔が形成された一方の面に、チタン(Ti)を全面にわたってスパッタリング法にて50nm形成する。次に、周知のフォトリソ法を用いて、貫通孔６が形成された領域内及びn型不純物領域１２が形成された領域内に開口部がそれぞれ開口するフォトレジスト膜を形成する。この開口部は、貫通孔５を覆う第３電極６及びｎ型不純物領域１２上に形成する第１電極７に対応する位置に設ける。次に、電界メッキにて、シリコン基板１０の貫通孔が形成された一方の面に銅(Cu)を10μm形成し、その後、アセトンに浸漬してフォトレジストを除去するとともに、第１電極７及び第３電極６を形成する位置（貫通孔６が形成された領域内及びn型不純物領域１２が形成された領域内の所定領域である上記開口部。）以外の位置にある銅(Cu)をリフトオフ除去する。そして、残るチタン(Ti)をフッ酸(HF)と過酸化水素水(H2O2)で除去する。
次いで、図４（７）に示されるように、n型窒化物半導体３１及びp型窒化物半導体３２が形成されたシリコン基板の他方の面に、第２電極８を形成する。周知のフォトリソ法を用いて、p型窒化物半導体３２上に所定領域を開口するフォトレジスト膜を形成する。この開口部は、第２電極８を形成する位置に設ける。次に、電界メッキ法を用いて、金(Au)を10μmの層厚に形成し、上記フォトレジストを除去するとともに、第２電極８を形成する位置以外の位置にある金(Au)をリフトオフ除去する。これにより、第２電極８が形成され、以上の工程により、実施形態に係るタンデム型太陽電池が完成する。
（第１太陽電池及び第２太陽電池の変形例）
上記で説明した実施形態に係るタンデム型太陽電池は、第１太陽電池１の半導体基板１０の導電型をＮ型に、Ｐ型不純物領域１１（第1導電型領域１１）をＮ型に、Ｎ型不純物領域１２（第２導電型領域１２）の導電型をＰ型に、それぞれ変更してもよい。また、第２太陽電池３のｎ型窒化物半導体３１（半導体層３１）の導電型をＰ型に、ｐ型窒化物半導体３２（第２半導体層３２）の導電型をＮ型に、それぞれそれぞれ変更してもよい。以下、導電型を変更した第１太陽電池及び第２太陽電池の変形例について、説明する。
第１太陽電池１をＮ型不純物が拡散された半導体基板１０により形成する場合、リン、ヒ素、アンチモン等のＮ型不純物を半導体基板に拡散した基板を用いる。これらの不純物の拡散濃度は、3×1014〜3×1015cm-3程度の濃度にするとよい。
また、Ｎ型半導体基板１０を用いる場合、第1導電型領域１１に、1×1019〜1×1020cm-3程度の濃度でＮ型不純物を拡散して第1導電型領域１１を形成し、第２導電型領域１２に、1×1019〜1×1020cm-3程度の濃度でＰ型不純物を拡散して第２導電型領域１２を形成するとよい。第1導電型領域１１及び第２導電型領域１２は、その形状、深さ、配置は、上記実施形態で説明したＰ型のＰ型不純物領域１１（第１導電型領域１１）及びＮ型のＮ型不純物領域１２（第２導電型領域１２）と同様にすればよい。なお、第１導電型領域１１をＰ型の導電型とした場合、この領域の非受光面に対する占有面積率は5〜20%としてもよいし、第２導電型領域１２をＮ型の導電型とした場合、この領域の非受光面に対する占有面積率は60〜93％としてもよい。また、隣接する第１導電型領域１１と第２導電型領域１２との間隔は3〜300μｍとしてもよい。
また、第２太陽電池３の半導体層３１は、タンデム型太陽電池を構成するために、第１太陽電池１の第１導電型領域１１の導電型と異なる導電型にする必要がある。このため、Ｎ型半導体基板１０を用い、第１導電型領域１１をＮ型の導電型とした場合、第２太陽電池３は、Ｐ型の導電型の不純物が拡散された半導体層３１及びＮ型の導電型の不純物が拡散された第２半導体層３２を採用するとよい。
さらに、半導体層３１がＰ型の導電型の不純物が拡散されて形成されている場合、第３電極６は、第３電極６と窒化物半導体３１との接触抵抗が低くなる材料である金、ニッケル、白金等の材料で形成されるとよい。また、第２半導体層３２がＮ型の導電型の不純物が拡散されて形成されている場合、第２電極８は、第２電極８と第２半導体層３２との接触抵抗が低くなる材料であるチタン、アルミニウム又はタングステン等の材料で形成されるとよい。
（実施例１）
次に、この実施形態に係る実施例について説明する。図５〜６は、この発明の実施形態に係る実施例の構成を示す模式図である。図５は、断面図を示し、図６は、タンデム型太陽電池の使用状態において、光が出射する側、つまり、第１太陽電池側からタンデム型太陽電を見たときの平面図を示している。なお、図５は、図６におけるＡ−Ａ線断面図である。
実施例に係るタンデム型太陽電池は、実施形態と同じ構造で形成されているが、形状が相違している。図５に示されるように、第１電極７を２つ設けた。また、図６に示されるように、この第１電極７は、２列ライン状に形成し、貫通孔５及び第３電極６並びにＮ型不純物領域をドットの列に形成した。
半導体基板１０は、p型不純物のボロン（B）を2×1015cm-3の濃度で拡散された単結晶シリコン基板１０を用いた。この半導体基板１０（シリコン基板１０）は、1cm角の正方形であり、厚さが200μmであり、抵抗率が2.5Ω・cmであった。
また、整合層２は、シリコン基板１０の第２太陽電池側である面に窒化アルミニウム(AlN)からなる整合層２を形成した。そして、この整合層２の上にn型窒化物半導体であるシリコン(Si)を不純物とした窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(InGaN)３と、p型窒化物半導体であるマグネシウム(Mg)を不純物とした窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(InGaN)４とを形成した。
また、シリコン基板１０の第２太陽電池３側と反対の面（表層部）に、シリコン基板１０の有する濃度よりも高い1×1019cm-3の濃度でボロン(B)が拡散された複数のＰ型不純物領域１１と、1×1019cm-3の濃度で不純物としてリン（P）が拡散された複数のＮ型不純物領域１２とを形成した。
貫通孔５は、Ｎ型不純物領域１１と接触するようにシリコン基板１０に形成し、シリコン基板１０とn型窒化物半導体３１（半導体層３１）とを電気的に接合するチタン及び銅からなる積層膜(Cu/Ti)を第３電極として形成した。
また、第１電極７は、チタン及び銅からなる積層膜(Cu/Ti)で形成した。さらに、第２電極８は、p型窒化物半導体３２（第２半導体層３２）と接するように、金(Au)からなる導電膜を形成した。
貫通孔５の形状は、直径60μmであり、p型不純物領域１１側から整合層２及びシリコン基板１０を貫通し、n型窒化物半導体３１がある深さまでの形状とした。貫通孔５の深さは205.5μmとした。
第３電極６と第１電極７は共に、チタン（Ｔｉ）50nmの膜上に銅（Ｃｕ）10μmの膜を積層して形成した。また第２電極８は金(Au)10μmの膜で形成した。
また、整合層２は窒化物アルミニウム(GaN)で形成し、シリコン基板１０上に5μmの厚さで形成した。n型窒化物半導体３１は、シリコン（Ｓｉ）を3×1018cm-3の濃度で拡散した窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(n型InGaN)で形成し、1μm厚みで形成した。
また、p型窒化物半導体３２は、マグネシウム(Mg)を3×1018cm-3の濃度で拡散した窒化ガリウム及び窒化インジウムの混晶(p型InGaN) で形成し、1μm厚みで形成した。
図６に示されるように、１つのp型不純物領域１１の形状は、深さ0.5μｍ、直径80μｍのドット状とし、66個からなるドットの列１１１がシリコン基板１０の辺のうち二辺と平行となるようにして複数列配置した。また、１つのn型不純物領域１２の形状は、深さ0.5μｍ、幅1200μｍのライン状とし、p型不純物領域１１の複数のドット列の間に配置した。隣接するp型不純物領域１１とn型不純物領域１２との間隔Ｌは90μｍとした。
また、貫通孔５および第３電極６は、p型不純物領域１１内に形成し、深さ205.5μｍ、直径60μｍのドット状形状とした。また、p型不純物領域１１と同様に66個からなるドットの列で、シリコン基板１０の辺のうち二辺と平行となるようにして複数列配置した。
また、第１電極７は、幅80μmで2列、n型不純物領域１２と平行に形成し、第２電極８は、幅80μmで、p型不純物領域１１の下方に配置した。そして、p型不純物領域１１のドットの列１１Aと平行に配置し、p型窒化物半導体３２に接する形で形成した。
完成した実施例１のタンデム型太陽電池における発電特性を評価した。AM-1.5, 100W/cm2の25℃における擬似太陽光照射条件にて行ったところ、短絡電流=22mA/cm2, 開放電圧=1.73V, 曲線因子83.4%及び発電効率=31.7％が得られた。
この明細書で説明した実施形態および実施例はこの発明の具体的な一例に過ぎず、この発明はこれらよって限定されるものではない。この発明は請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についてもこの発明の技術的範囲に含まれる。
１ 第1太陽電池
１０ シリコン基板 （半導体基板）
１０１ Ｐ型領域 （第１導電型領域）
１１ Ｐ型不純物領域 （第１不純物領域）
１１１ Ｐ型不純物領域のドット列
１２ Ｎ型不純物領域（第２導電型領域）
２ 整合層
３ 第２太陽電池
３１ ｎ型窒化物半導体 （半導体層）
３２ ｐ型窒化物半導体（第２半導体層）
５ 貫通孔
６ 第３電極 （接続部材）
７ 第１電極
８ 第２電極 （電極）

Claims (10)

  1. 半導体基板に形成された第１太陽電池と、
    第１太陽電池に隣接して形成され、前記半導体基板の材料よりもバンドギャップが大きい半導体材料により形成された第２太陽電池と、
    第１太陽電池と第２太陽電池との間に形成され、前記半導体基板を形成する材料の結晶格子と第２太陽電池を形成する半導体材料の結晶格子とを整合するための整合層と、
    第１太陽電池から前記整合層を貫通して第２太陽電池に達するように形成され、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に直列接続する接続部材と、
    を備えることを特徴とするタンデム型太陽電池。
  2. 第１太陽電池は、半導体基板の第２太陽電池側の面に形成され、第１導電型の不純物が拡散された第１導電型領域と、半導体基板の第２太陽電池側の面と反対側の面に第１導電型領域と接して形成され、第１導電型と異なる導電型の不純物が拡散された第２導電型領域とで構成され、
    第２太陽電池は、前記整合層を介して、第１太陽電池を形成する半導体基板と隣接して形成され、第２導電型領域と同じ導電型の不純物が拡散された半導体層と、前記半導体層と接して形成され、第１導電型領域と同じ導電性同じ導電型の不純物が拡散された第２半導体層とで構成され、
    接続部材は、第１導電型領域と第２太陽電池の前記半導体層とを電気的に接続する請求項１に記載のタンデム型太陽電池。
  3. 接続部材は、第１太陽電池及び前記整合層の厚みよりもその深さが大きい貫通孔を覆う電極である請求項１又は２に記載のタンデム型太陽電池。
  4. 前記半導体基板がシリコンで形成された基板であり、第２太陽電池が窒化物半導体で形成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のタンデム型太陽電池。
  5. 第２太陽電池が窒化ガリウムと窒化インジウムとが混じりあった結晶で形成された請求項４に記載のタンデム型太陽電池。
  6. 第２太陽電池が、窒化インジウムを４０％〜６０％の比率で含む材料により形成された請求項５に記載のタンデム型太陽電池。
  7. 前記整合層が、窒化アルミニウム又は炭化珪素の少なくとも１つを含む材料で形成された請求項４〜６のいずれか１項に記載のタンデム型太陽電池。
  8. 接続部材が、チタン、アルミニウム又はタングステンの少なくとも１つを含む材料で形成された請求項１〜７記載のいずれか１項に記載のタンデム型太陽電池。
  9. さらに、第２太陽電池に設けられた電極を備え、
    前記電極が、金、ニッケル又は白金の少なくとも１つを含む材料で形成された請求項１〜８記載のいずれか１項に記載のタンデム型太陽電池。
  10. 第１導電型の不純物が拡散された半導体基板を用いることにより第１導電型領域が形成された請求項２に記載のタンデム型太陽電池。
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