JP2012190990A

JP2012190990A - タンデム太陽電池セル

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Publication number: JP2012190990A
Application number: JP2011052918A
Authority: JP
Inventors: Naoteru Shigekawa; 直輝重川; Noriyuki Watanabe; 則之渡邉; Haruki Yokoyama; 春喜横山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP5221695B2

Abstract

【課題】より容易に製造できる状態で、２つの太陽電池サブセルの間の良好な電気伝導性が得られて効率よく発電ができるようにする。
【解決手段】ｐ型のシリコン基板１０１およびｎ型シリコン受光層１０２を備える第１太陽電池サブセル１１０と、ｎ型の窒化物半導体からなる半導体基板１０３の上には、ｎ型窒化物受光層１０４およびｐ型窒化物受光層１０５を備える第３太陽電池サブセル１２０と、ｎ型の窒化物半導体からなる接合層１０６とを備える。ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、同じバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、シリコンと半導体基板１０３との間のバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、シリコンと接合層１０６との間のバンドギャップエネルギーとされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの太陽電池サブセルを接合したタンデム太陽電池セルに関するものである。

従来、太陽電池の材料には、シリコン，非結晶シリコン，多結晶シリコン，およびゲルマニウムなどのＩＶ族半導体、または、ＧａＡｓおよびＩｎＧａＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられてきた。ここで、半導体のバンドギャップエネルギーは単一であるため、１種類の半導体から構成した太陽電池では、幅広いエネルギースペクトルを持つ太陽光を効率的に電力変換することが容易ではない。このため、太陽光を効率的に電力変換するために、バンドギャップエネルギーの異なる材料を積層したタンデム型の太陽電池セルが開発されている。

例えば、シリコンと窒化物半導体とを用いたタンデム太陽電池セルが開発されている（非特許文献１参照）。図４に示すように、まず、ｎ型のシリコン（１１１）からなる基板４０１、および基板４０１の上に形成されたｐ型のシリコンからなるｐ型シリコン受光層４０２を備える第１太陽電池サブセル４１０を備える。また、ＡｌＮからなるバッファ層４０３、ｎ型にドーピングされたＧａＮからなるｎ型窒化物受光層４０４、およびｐ型にドーピングされたＧａＮからなるｐ型窒化物受光層４０５からなる第２太陽電池サブセル４２０を備える。

第１太陽電池サブセル４１０のｐ型シリコン受光層４０２の上に、バッファ層４０３，ｎ型窒化物受光層４０４，およびｐ型窒化物受光層４０５が、これらの順に積層している。また、基板４０１の側には、ＴｉＰｂＡｇからなるカソード電極４０６が形成され、ｐ型窒化物受光層４０５の側には、ＮｉＡｕからなるアノード電極４０７が形成されている。アノード電極４０７は、例えば、平面視櫛形に形成されている。

ｐ型シリコン受光層４０２，バッファ層４０３，およびｎ型窒化物受光層４０４は、第１太陽電池サブセル４１０と第２太陽電池サブセル４２０とを接続するトンネル接合を構成している。バッファ層４０３，ｐ型窒化物受光層４０５，およびｎ型窒化物受光層４０４の各層は、例えば、ＲＦ−ＭＢＥ法などの窒化物半導体結晶成長法により、ｐ型シリコン受光層４０２の上に順次積層されて形成されている。また、ｐ型シリコン受光層４０２は、バッファ層４０３の成長時に、アルミニウムがｎ型シリコン基板４０１中に拡散することを用いて形成されている。

上述したタンデム太陽電池セルの動作について以下に説明する。まず、アノード電極４０７の側から太陽光を入射させる。ｎ型窒化物受光層４０４およびｐ型窒化物受光層４０５のバンドギャップエネルギーと比較して短波長の成分は、第２太陽電池サブセル４２０で吸収され、電子・正孔対を生成して発電に寄与する。これに対し、上記バンドギャップエネルギーと比較して長波長の成分は、第２太陽電池サブセル４２０では吸収されない。

ここで、バッファ層４０３の構成材料（ＡｌＮ）は、第２太陽電池サブセル４２０の上述した構成材料と比較してバンドギャップエネルギーが大きい。このため、第２太陽電池サブセル４２０で吸収されない光は、すべてバッファ層４０３を透過し、第１太陽電池サブセル４１０に到達する。第１太陽電池サブセル４１０においては、これを構成している材料であるシリコンのバンドギャップエネルギーと比較して短波長の成分が吸収され、電子・正孔対を生成し発電に寄与する。

上述したように、第１太陽電池サブセル４１０および第２太陽電池サブセル４２０は、バッファ層４０３を介したトンネル接合によって電気的に導通し、タンデム太陽電池セルとして動作する。

上述したタンデム太陽電池セルは、太陽電池サブセルとなるｐｎ接合を形成したシリコン基板上への、窒化物半導体の結晶成長により形成されている。窒化物半導体は、一般に（１１１）なる面方位のシリコン基板上に良好な結晶成長が可能であり、他の面方位のシリコン基板、特に、最も一般的な面方位である（１００）シリコン基板上の結晶成長は困難である。

加えて、シリコン基板上にガリウムを含む窒化物半導体を結晶成長する場合、ガリウムの原料ガスとシリコンとの反応によりメルトバックエッチングが起こり、シリコン基板が異常エッチングされ良好な窒化物半導体層の成長が不可能である（非特許文献２参照）。このため、シリコン基板の上に窒化物半導体を成長させる場合、バッファ層としてガリウムを含まない窒化物半導体であるＡｌＮを用いることが必要不可欠となっている。ＡｌＮのバンドギャップエネルギーは、６ｅＶ程度と大きく、第１太陽電池サブセル４１０と第２太陽電池サブセル４２０とのトンネル接合において、電子および正孔に対するバリア障壁として作用する。

このように、上述したタンデム太陽電池セルでは、２つの太陽電池サブセルを接続するトンネル接合において、良好な電気伝導性が実現されていないという問題がある。

更に、シリコン中の少数キャリアの拡散長には、「ｐ型シリコン中の少数電子の拡散長＞＞ｎ型シリコン中の少数正孔の拡散長」という大小関係がある。従って、シリコンの太陽電池としては、ｐ型のシリコン基板上にｎ型シリコンの受光層を形成したｎ−ｏｎ−ｐ構造が、ｎ型シリコン基板上にｐ型の受光層を形成したｐ−ｏｎ−ｎ構造と比較して高い発電効率が得られる。

ところが、上述した形態のタンデム太陽電池セルにおいては、ＡｌＮからなるバッファ層の成長時にシリコン基板中に拡散するアルミニウムは、ｐ型不純物として作用するので、第１太陽電池サブセル４１０の構造はｐ−ｏｎ−ｎ構造とせざるを得ない。ここで、上述したように、ＡｌＮからなるバッファ層を用いる構成に、ｎ−ｏｎ−ｐ構造を対応させようとすると、ｎ型シリコン受光層上にＡｌＮバッファ層を成長する際に、アクセプタとしてのアルミニウムがｎ型シリコン受光層中に拡散し、ｎ型シリコン受光層の電気特性を劣化させてしまう。

L. A. Reichertz et al. , "Demonstration of a III.Nitride/Silicon Tandem Solar Cell", Applied Physics Express 2, 122202, 2009. A. Dadgar et al. , "Metalorganic chemical vapor phase epitaxy of gallium-nitride on silicon",phys. stat. sol. (c) 0, No.6, pp.1583-1606, 2003. L. Hsu and W. Walukiewicz, "Modeling of InGaN/Si tandem solar cells", Journal Of Applied Physics, vol.104, 024507, 2008. R.E. Jones'r et al. , "HIGH EFFICIENCY InAIN-BASED SOLAR CELLS", Proc. 33rd PVSC , A1-7, 2008. O. Ambacher et al, . "Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N- and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures", Journal Of Applied Physics, vpl.85, no.6 pp.3222-3233, 1999.

以上に説明したように、シリコンおよび窒化物半導体を用いた従来のタンデム太陽電池セルにおいては、２つの太陽電池サブセルの間の電気伝導性が阻害され、効率よく発電することができないという問題があった。また、従来では、シリコンの（１１１）面を用いることに制限され、例えば、より一般的である（１００）面を用いるなど、任意の面方位のシリコン基板を用いることができないなど、製造上の様々な制限があり、容易に製造できないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より容易に製造できる状態で、２つの太陽電池サブセルの間の良好な電気伝導性が得られて効率よく発電ができるようにすることを目的とする。

本発明に係るタンデム太陽電池セルは、ｐ型のシリコン基板、およびシリコン基板の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン受光層を備える第１太陽電池サブセルと、ｎ型の窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成された、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える第２太陽電池サブセルと、ｐ型窒化物受光層の上に形成されたｎ型の窒化物半導体からなる接合層とを備え、ｎ型シリコン受光層および接合層が接合されて第１太陽電池サブセルおよび第２太陽電池サブセルが一体とされ、ｎ型シリコン受光層の上に，接合層，ｐ型窒化物受光層，ｎ型窒化物受光層，および半導体基板が、これらの順に積層され、ｐ型窒化物受光層およびｎ型窒化物受光層は、同じバンドギャップとされ、ｐ型窒化物受光層およびｎ型窒化物受光層は、シリコンと半導体基板との間のバンドギャップとされ、加えて、ｐ型窒化物受光層およびｎ型窒化物受光層は、シリコンと接合層との間のバンドギャップとされている。

上記タンデム太陽電池セルにおいて、ｐ形窒化物受光層と接合層とは、自発分極が異なるようにしてもよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、より容易に製造できる状態で、２つの太陽電池サブセルの間の良好な電気伝導性が得られて効率よく発電ができるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるタンデム太陽電池セルの構成を示す構成図である。図２は、ｎ型のＧａＮ層とｎ型のシリコン層とのメカニカルスタック接合の典型的な電流・電圧特性を示す特性図である。図３は、本発明の実施の形態２におけるタンデム太陽電池セルの構成を示す構成図である。図４は、タンデム太陽電池セルの構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるタンデム太陽電池セルの構成を示す構成図である。図１では、断面を模式的に示している。このタンデム太陽電池セルは、まず、ｐ型のシリコン基板１０１、およびシリコン基板１０１の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン受光層１０２から構成された第１太陽電池サブセル１１０を備える。

また、本実施の形態におけるタンデム太陽電池セルは、ｎ型の窒化物半導体からなる半導体基板１０３の上に結晶成長することで形成されたｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層１０４およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層１０５から構成された第３太陽電池サブセル１２０と、ｐ型窒化物受光層１０５の上に形成されたｎ型の窒化物半導体からなる接合層１０６とを備える。

また、ｎ型シリコン受光層１０２および接合層１０６で接合されて第１太陽電池サブセル１１０および第２太陽電池サブセル１２０が一体とされ、ｎ型シリコン受光層１０２の上に，接合層１０６，ｐ型窒化物受光層１０５，ｎ型窒化物受光層１０４，および半導体基板１０３が、これらの順に積層されたものとされている。ｐ型窒化物受光層１０５と接合層１０６とによりトンネル接合が形成されている。また、ｎ型シリコン受光層１０２と接合層１０６との界面は、異種材料間接着面となる。

加えて、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、同じバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、シリコンと半導体基板１０３との間のバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４は、シリコンと接合層１０６との間のバンドギャップエネルギーとされている。

なお、シリコン基板１０１の側には、アノード電極１０７が形成され、半導体基板１０３の側には、カソード電極１０８が形成されている。カソード電極１０８は、例えば、平面視櫛形に形成されている。

例えば、ｐ型窒化物受光層１０５およびｎ型窒化物受光層１０４をＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎ（０＜ｘ＜０．７５）から構成し、接合層１０６をＩｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ（ｙ＜ｘ）から構成することで、上述したバンドギャップエネルギーの関係が得られる（非特許文献３参照）。

次に、製造方法について簡単に説明する。まず、シリコン基板１０１を用意し、用意したシリコン基板１０１にｎ型不純物をイオン注入によって導入し、活性化アニールを行うことによってｎ型シリコン受光層１０２を形成する。また、シリコン基板１０１の裏面に、アノード電極１０７を形成する。これらのことにより、第１太陽電池サブセル１１０が作製できる。

一方、第２太陽電池サブセル１２０については、まず、例えばｎ型の導電性を有し、主表面が（０００１）のＧａＮからなる半導体基板１０３を用意する。次に、半導体基板１０３の上に、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりｎ型のＩｎＧａＮをエピタキシャル成長することでｎ型窒化物受光層１０４を形成し、続いて、ｐ型のＩｎＧａＮをエピタキシャル成長することでｐ型窒化物受光層１０５を形成し、続いて、これらの材料より大きいバンドギャップエネルギーを有するｎ型の窒化物半導体をエピタキシャル成長することで接合層１０６を形成する。

また、半導体基板１０３の裏面に、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなり櫛形の形状を有するカソード電極１０８を形成する。ここで、カソード電極１０８を形成するときの熱処理において、ｐ型のＩｎＧａＮからなるｐ型窒化物受光層１０５中でアクセプタを不活性化している水素を、接合層１０６を介しての拡散によって外部へ放出させることができる。これにより、ｐ型窒化物受光層１０５におけるアクセプタの活性化率を向上させることができる。

上述したように、第１太陽電池サブセル１１０および第２太陽電池サブセル１２０を作製したら、接合層１０６とｎ型シリコン受光層１０２とを、例えばウェハボンディングによりメカニカルスタック接合させることで、異種材料界面を介して電気的に接続する。これにより、本実施の形態におけるタンデム太陽電池セルが作製される。

ここで、前述したように接合層１０６は、ｎ型窒化物受光層１０４およびｐ型窒化物受光層１０５と比較して、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体から構成する。このような材料は、例えば、ＧａＮ〜ＩｎＧａＮがある。特に、接合層１０６をＧａＮから構成すれば、ＧａＮの伝導帯端とシリコンの伝導帯端はほぼ一致するので（非特許文献３参照）、接合層１０６とｎ型シリコン受光層１０２との接合において、電子の流れを阻害するバリア障壁は著しく低い状態となる。

上述した異種材料界面の状態を、実験的に確認した結果について図２を用いて説明する。図２は、ｎ型のＧａＮ層とｎ型のシリコン層とのメカニカルスタック接合の典型的な電流・電圧特性を示している。図２に示すように、ｎ型のＧａＮ層とｎ型のシリコン層との間の異種材料接着面を介し、オーミック性を示す良好な電流・電圧特性が実現されていることがわかる。

次に、動作について説明する。まず、半導体基板１０３のカソード電極１０８形成面（裏面）から太陽光を入射する。半導体基板１０３は、可視光を透過する材料から形成されているので、入射された太陽光は、半導体基板１０３を透過し、ｎ型ＩｎＧａＮからなるｎ型窒化物受光層１０４およびｐ型ＩｎＧａＮからなるｐ型窒化物受光層１０５へと到達する。太陽光の中で、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーと比較して短波長の成分は、第２太陽電池サブセル１２０で吸収され発電に寄与する。

一方、ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギーと比較して長波長の成分は、第２太陽電池サブセル１２０を透過する。また、接合層１０６は、ＩｎＧａＮと比較してバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体（例えばＧａＮ）から形成しているので、第２太陽電池サブセル１２０を透過した光はすべて接合層１０６を透過し、第１太陽電池サブセル１１０に到達する。第２太陽電池サブセル１２０は、バンドギャップエネルギーがシリコンより大きいＩｎＧａＮから構成されているので、第２太陽電池サブセル１２０を透過した光にはシリコンのバンドギャップエネルギーと比較して波長の短い成分が含まれる。このような太陽光の成分は、第１太陽電池サブセル１１０において吸収され発電に寄与する。

上述した本実施の形態のおけるタンデム太陽電池セルでは、第１太陽電池サブセル１１０および第２太陽電池サブセル１２０が、ｎ−ｏｎ−ｐ構造となっているので、ｐ−ｏｎ−ｎ構造と比較して、より高効率の太陽電池セルが実現されている。

更に、図２を用いて説明したように、本実施の形態によれば、異種材料接着面を介したｎ型シリコン受光層１０２と接合層１０６との間の接合が良好な電気特性を示す。また、ｐ型窒化物受光層１０５および接合層１０６からなるトンネル接合において、従来構造のようなキャリア輸送特性を阻害するバリア障壁が存在しない状態としている。このように、本実施の形態のタンデム太陽電池セルによれば、従来構造と比較して良好な特性が実現される。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２におけるタンデム太陽電池セルの構成を示す構成図である。図３では、断面を模式的に示している。このタンデム太陽電池セルは、まず、ｐ型のシリコン基板３０１、およびシリコン基板３０１の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン受光層３０２から構成された第１太陽電池サブセル３１０を備える。

また、本実施の形態におけるタンデム太陽電池セルは、ｎ型の窒化物半導体からなる半導体基板３０３の上に結晶成長することで形成されたｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層３０４およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層３０５から構成された第３太陽電池サブセル３２０と、ｐ型窒化物受光層３０５の上に形成されたｎ型の窒化物半導体からなる接合層３０６とを備える。

また、ｎ型シリコン受光層３０２および接合層３０６で接合されて第１太陽電池サブセル３１０および第２太陽電池サブセル３２０が一体とされ、ｎ型シリコン受光層３０２の上に，接合層３０６，ｐ型窒化物受光層３０５，ｎ型窒化物受光層３０４，および半導体基板３０３が、これらの順に積層されたものとされている。ｐ型窒化物受光層３０５と接合層３０６とによりトンネル接合が形成されている。また、ｎ型シリコン受光層３０２と接合層３０６との界面は、異種材料間接着面となる。

また、ｐ型窒化物受光層３０５およびｎ型窒化物受光層３０４は、同じバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層３０５およびｎ型窒化物受光層３０４は、シリコンと半導体基板３０３との間のバンドギャップエネルギーとされ、ｐ型窒化物受光層３０５およびｎ型窒化物受光層３０４は、シリコンと接合層３０６との間のバンドギャップエネルギーとされている。

また、シリコン基板３０１の側には、アノード電極３０７が形成され、半導体基板３０３の側には、カソード電極３０８が形成されている。カソード電極３０８は、例えば、平面視櫛形に形成されている。

上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、ｐ形窒化物受光層３０５と接合層３０６とが、自発分極が異なるようにしている。例えば、ｐ型窒化物受光層３０５およびｎ型窒化物受光層３０４をＩｎ_xＡｌ_(1-x)Ｎ（０．３２＜ｘ＜０．７７）から構成し、接合層３０６をＩｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ（ｙ＜ｘ）から構成すればよい。この構成とすることで、上述したバンドギャップエネルギーの関係が得られ（非特許文献４参照）、加えて、ｐ形窒化物受光層３０５と接合層３０６との自発分極が、異なる状態となる。

窒化物半導体は、結晶成長方向に自発分極を有するが、上述した構成としたｐ形窒化物受光層３０５の自発分極の値と、接合層３０６の自発分極の値とは異なるものとなり、ｐ形窒化物受光層３０５と接合層３０６との界面において、自発分極の値が変化する。このように、自発分極の値が変化する面には、面状に２つの層間の自発分極差に起因する電荷が生じる面（分極電荷面）が形成されるようになる。

上述した材料の組み合わせでは、ｐ型窒化物受光層３０５および接合層３０６の自発分極はともに負の値となり、かつ、ｐ型窒化物受光層３０５の自発分極の絶対値は、接合層３０６の自発分極の絶対値と比較して大きい。これらの条件が成り立つ場合は、以下に具体的に示すように、分極電荷面の電荷は負電荷となる（非特許文献５参照）。言い換えると、ｐ型窒化物受光層３０５および接合層３０６の界面に、アクセプタがドーピングされている状態と同一の効果をもたらす。

例えば、接合層３０６をＧａＮから構成し、ｐ型窒化物受光層３０５をＩｎ組成０．５のＩｎＡｌＮ（Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｎ）から構成する場合、接合層３０６中の自発分極は、ＧａＮの自発分極である−０．０２９Ｃ／ｍ²となる。また、ｐ型窒化物受光層３０５中の自発分極は、ＩｎＮの自発分極（−０．０３２Ｃ／ｍ²）とＡｌＮの自発分極（−０．０８１Ｃ／ｍ²）の中間値である−０．０５６５Ｃ／ｍ²となる（非特許文献５，TABLEIII参照）。

第２太陽電池サブセル３２０の作製で、例えば、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長を行えば、エピタキシャル結晶表面がＩＩＩ族原子面により覆われるような成長モードによって第２太陽電池サブセル３２０の各層が結晶成長するようになる。このＩＩＩ族極性の成長モードにおいては、負の値の自発分極は、自発分極の向きが結晶成長の向きと逆になる。図３においては、負の値の自発分極の向きは、紙面の下側から上側の方向の向きとなる（非特許文献５、FIG.7. a),b),c)参照）。

接合層３０６の自発分極の絶対値と比較してｐ型窒化物受光層３０５の自発分極の絶対値が大きいので、これら自発分極差によって界面に形成される分極電荷面の電荷は負電荷となり、面状にアクセプタがドーピングされている状況と電気的に等価となる。接合層３０６をＧａＮから構成し、ｐ型窒化物受光層３０５をＩｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｎから構成する場合においては、自発分極差により１．７Ｅ１３ｃｍ^-2程度の面密度のアクセプタと等価の分極電荷面が、界面に発生する。分極電荷面は、ｐ型窒化物受光層３０５中の空乏層厚を短縮し、トンネル接合の輸送特性を改善する作用を有する。この結果、第１太陽電池サブセル３１０と第２太陽電池サブセル３２０との電気導通がより改善されるようになる。

以上に説明したように、本発明によれば、第１太陽電池サブセルと第２太陽電池サブセルとの間に電子および正孔に対するバリア障壁が形成されることが無い。また、第１太陽電池サブセルにおいては、より高い発電効率が得られるｎ−ｏｎ−ｐ構造とすることができる。また、第１太陽電池サブセルにおいては、シリコン基板の結晶方位に制限はなく、例えば、最も一般的に用いられている面方位が（１００）のシリコン結晶基板を用いることができる。また、自発分極の状態を制御することで、２つの太陽電池サブセルの間の電気導通をより改善することができる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、窒化物半導体からなる第２太陽電池サブセルをシングルセルとした場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、ｎ型ＧａＮ基板の上にバンドギャップの異なる窒化物半導体からなる複数のサブセルを連続的に結晶成長し、これらと、シリコンからなる第１太陽電池サブセルとを異種材料界面を介して接続してもよい。

また、第２太陽電池サブセルにおいては、受光層を多重量子井戸構造としてもよいことは言うまでもない。例えば、ｐ型半導体受光層とｎ型半導体受光層との間に、これらを構成する材料の組成を制御することで形成した量子井戸層と障壁層とを積層したＭＱＷ（Multi Quantum Well）を配置すればよい。

また、パッシベーション膜、ＢＳＦ（Back Surface Field）層、ダブルヘテロ構造トンネル接合など、公知の発電効率を高めるための様々な変更を施してもよい。例えば、第１太陽電池サブセルのｎ型シリコン受光層の上に、高濃度に不純物を導入したＢＳＦ層を形成してもよい。この場合、ＢＳＦ層と第２太陽電池セルの接合層とが接する構造となるが、前述した実施の形態と同様である。

１０１…シリコン基板、１０２…ｎ型シリコン受光層、１０３…半導体基板、１０４…ｎ型窒化物受光層、１０５…ｐ型窒化物受光層、１０６…接合層、１０７…アノード電極、１０８…カソード電極、１１０…第１太陽電池サブセル、１２０…第３太陽電池サブセル。

Claims

ｐ型のシリコン基板、および前記シリコン基板の上に形成されたｎ型のシリコンからなるｎ型シリコン受光層を備える第１太陽電池サブセルと、
ｎ型の窒化物半導体からなる半導体基板の上に結晶成長することで形成された、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物受光層およびｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物受光層を備える第２太陽電池サブセルと、
前記ｐ型窒化物受光層の上に形成されたｎ型の窒化物半導体からなる接合層と
を備え、
前記ｎ型シリコン受光層および前記接合層が接合されて前記第１太陽電池サブセルおよび前記第２太陽電池サブセルが一体とされ、前記ｎ型シリコン受光層の上に，前記接合層，ｐ型窒化物受光層，ｎ型窒化物受光層，および前記半導体基板が、これらの順に積層され、
前記ｐ型窒化物受光層および前記ｎ型窒化物受光層は、同じバンドギャップとされ、
前記ｐ型窒化物受光層および前記ｎ型窒化物受光層は、シリコンと前記半導体基板との間のバンドギャップとされ、
加えて、
前記ｐ型窒化物受光層および前記ｎ型窒化物受光層は、シリコンと前記接合層との間のバンドギャップとされている
ことを特徴とするタンデム太陽電池セル。
請求項１記載のタンデム太陽電池セルにおいて、
前記ｐ形窒化物受光層と前記接合層とは、自発分極が異なることを特徴とするタンデム太陽電池セル。