JP2012256711A

JP2012256711A - 集光型太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2012256711A
Application number: JP2011128793A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Komori; 知行小森
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発電素子のｎ側コンタクト層にＧａＡｓを用いた場合、ｎ型ＧａＡｓとＺｎＯ透明電極および表面電極とＺｎＯ透明電極間の界面抵抗が大きくなることから、直列抵抗が高くなり変換効率が低下する。
【解決手段】グリッド電極はＺｎ層とＺｎＯ透明導電層を順次積層することで、前記Ｚｎ層は少なくともＺｎＯ透明導電層とｎ型ＧａＡｓ層およびＺｎＯからなる透明導電層とｎ型バス電極に挟まれた構造であり、前記Ｚｎ層が厚み１〜５ｎｍであることを特徴とする集光型発電素子。
【選択図】図１

Description

本発明は高変換効率を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体層を有する集光型太陽電池およびその製造方法に関するものである。

太陽電池は、ｐ型とｎ型の化合物半導体を接合した構造の光電変換部をもち、光エネルギーを電気に変換するデバイスである。一般に太陽電池には、光電変換部で発生した出力を取り出すための表面電極が光電変換部の表面に、裏面電極が裏面にそれぞれ形成される。

その一例として、表面電極はＩＩＩ−Ｖ族半導体により構成された光電変換部の受光面側に形成されたグリッド電極に、ｎ型バス電極を介して接続されたｎ型バス電極溶接部１１１が光電変換部の側面に絶縁層を介して裏面まで延伸形成されることで、接続箇所の信頼性が高く、かつ配線との接続が容易な発電素子が提案されている（例えば特許文献１）。

図１３において、前記特許文献１に記載された発電素子を示している。図１３に示すように、特許文献１の発電素子はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる光電変換部３１２と絶縁層３１３と絶縁層を介して延伸形成されたストレスレリーフ構造を有する表面電極３０７と裏面電極３０８からなる。その結果接続箇所の信頼性の高く、配線との接続が容易な発電素子を実現している。

特許文献１に示すような発電素子において、グリッド電極に金属膜を用いると入射光を遮光してしまい、受光面の実行面積が小さくなり変換効率が低下する。

この問題を解決するために、グリッド電極に透明導電層を用いた発電素子が提案されている（例えば、特許文献２と３）。

特許文献２と３の発電素子では、受光面に透明導電層を用いることにより受光面を１００％利用できる。

特開平３−２５０６７３号公報特開２００３−１１５５９９号公報特開平０６−３３８６２３号公報

Ｓ．Ｔ.Ｔａｎｅｔａｌ．，ＩＥＥＥＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴ．ＤＥＶＩＣＥＳ,５７,１２９−１３３ (Ｊａｎｕａｒｙ，２０１０)

しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成された光電変換部のｎ側コンタクト層にｎ型ＧａＡｓを用いた場合、グリッド電極にＺｎＯからなる透明導電層（以下ＺｎＯ透明導電層）を用いるとｎ型ＧａＡｓとＺｎＯ透明導電層およびｎ型バス電極とＺｎＯ透明導電層間の界面抵抗が大きくなることから、直列抵抗が高くなり変換効率の低下を招くという課題がある（非特許文献１）。

特に集光型太陽電池においては、直列抵抗が大きくなることにより集光時の変換効率の低下が大きくなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＺｎＯ透明導電層を用いても高い変換効率を有する集光型太陽電池を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の集光型太陽電池は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる、ｎ側窓層、ｎ型エミッタ層、ｐ型ベース層、ｐ側窓層を積層したｐｎ接合部を少なくとも１つ備え、ｎ側窓層上にはｎ側コンタクト層としてｎ型ＧａＡｓ層、ｐ側窓層上にはｐ側コンタクト層を形成した光電変換部と表面電極、および裏面電極を具備し、表面電極はグリッド電極、ｎ型バス電極およびｎ型バス電極接続部により構成され、前記ｎ型バス電極接続部は前記光電変換部の側面に絶縁層を介して裏面まで延伸形成されたストレートレリーフ構造を有し、前記グリッド電極はｎ型ＧａＡｓ層上に積層され、裏面電極はｐ側コンタクト層上と裏面電極が積層され、前記グリッド電極はＺｎ層とＺｎＯ透明導電層を順次積層することで、前記Ｚｎ層は少なくともＺｎＯ透明導電層とｎ型ＧａＡｓ層およびＺｎＯからなる透明導電層とｎ型バス電極に挟まれた構造であり、前記Ｚｎ層が厚み１〜５ｎｍであることを特徴としている。

本発明の集光型太陽電池によれば、Ｚｎ層は少なくともＺｎＯ透明導電層とｎ型ＧａＡｓ層およびＺｎＯ透明導電層とｎ型バス電極間に挟まれ、Ｚｎ層が１〜５ｎｍと極薄であるために透過率を損なうことなく優れたオーミックコンタクトを有し、かつストレートレリーフ構造を用いて同一平面内に表面電極と裏面電極を備えることで接続箇所の高い信頼性と配線との接続の簡便性を有する集光型太陽電池を実現できる。

本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の構成概略図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図本発明の透明電極を用いた集光型太陽電池の作製図比較例１の集光型太陽電池の構成外略図特許文献１の代表図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る集光型太陽電池について説明する。ここでは、集光型太陽電池の発電素子として、単接合型の発電素子を例に挙げる。

図１は、実施の形態における太陽電池の断面構成図を、図２は発電素子の断面構成図、図３は光電変換部の断面構成図を示している。

図１は、本実施の形態の太陽電池を示す。集光レンズ１０１と発電素子１０２、反射防止膜１０３、放熱板１０４、絶縁層１０５、スペーサ１０６、配線部１０７を具備する。放熱板１０４の表面上には絶縁層１０５、配線部１０７、発電素子１０２が順次積層され、さらに集光レンズ１０１と放熱板１０４の間にはスペーサ１０６を具備する。発電素子１０２と配線部１０７は電気的に直列に接続されている。

図２に本実施の形態の発電素子１０２を示す。発電素子１０２は表面電極１１７、光電変換部１１２、絶縁層１１３、裏面電極１１８を具備する。このとき表面電極１１７は、ＺｎＯ透明導電層１０８とＺｎ層１０９を積層したグリッド電極１１６、ｎ型バス電極１１０、ｎ型バス電極溶接部１１１１１０で構成され、裏面電極１１８は、裏面電極１１４、ｐ型バス電極溶接部１１５で構成される。このとき、表面電極１１７、光電変換部１１２、裏面電極１１８、配線部１０７は、電気的に直列に接続されている。また、表面電極１１７と裏面電極１１８は同一平面内に具備する。

図３は光電変換部１１２を示す。光電変換部１１２は、ｎ型コンタクト層として形成したｎ型ＧａＡｓ層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、ｐ側コンタクト層１２４を積層している。積層方向はＺ方向である。Ｚ方向に沿ってｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３の順で積層されたｐｎ接合を少なくとも１つ以上有している。

集光レンズ１０１に照射された光は、発電素子１０２のＺｎＯ透明導電層１０８、Ｚｎ層１０９、ｎ型ＧａＡｓ層１１９、ｎ側窓層１２０をこの順で透過し、ｎ型エミッタ層１２１およびｐ型ベース層１２２において光電変換される。光電変換により生成されたキャリアは、ｎ型ＧａＡｓ層１１９と表面電極１１７およびｐ側コンタクト層１２４と裏面電極１１８により配線部１０７へ電流として取り出される。

本実施の形態では、Ｚ方向に沿ってＺｎＯ透明導電層１０８とｎ型ＧａＡｓ層１１９およびＺｎＯ透明導電層１０８とｎ型バス電極１１０の間にＺｎ層１０９が挟まれていることが好ましい。Ｚｎ層１０９の厚みは１〜５ｎｍが好ましい。ｎ型ＧａＡｓ、Ｚｎ層１０９とＺｎＯ透明導電層１０８およびｎ型バス電極１１０、Ｚｎ層１０９とＺｎＯ透明導電層１０８はこの順で電気的に直列に接続されている。そこで、透過率の低減なしにＺｎＯ透明導電層１０８とｎ型ＧａＡｓ層１１９およびＺｎＯ透明導電層１０８とｎ型バス電極１１０間のオーミックコンタクトを同時に実現することで、変換効率に優れた集光型太陽電池を実現できる。

本実施の形態の集光レンズ１０１の表側の面には、光が照射され、ｎ側窓層１２０に光が集束する。集光レンズ１０１は、およそ２ｍｍ〜１０ｍｍの直径、１ｍｍ〜５ミｍｍの厚み、およそ１．１〜２．０の屈折率を有し、材料は高い透過率を有するガラス材料や樹脂材料が好ましい。また、集光レンズ１０１の形状は、複数の集光レンズをアレイ状に並べたものか、複数の集光レンズが形成された集光レンズシートが好ましい。

本実施の形態のｎ型ＧａＡｓ層１１９は、ノンドープＧａＡｓがキャリアを供給する層となるためのドーパントを有している。ドーパントはＳｉやＴｅが好ましい。

本実施の形態のｎ側窓層１２０は、ＧａＡｓと近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりもバンドギャップが大きなｎ型半導体であり、材料はｎ型インジウムガリウムリン（以下、ＩｎＧａＰ）、ｎ型インジウムアルミリン（以下、ＩｎＡｌＰ）、ｎ型インジウムアルミガリウムリン（以下、ＩｎＡｌＧａＰ）が好ましい。

本実施の形態のｎ型エミッタ層１２１は、ｐ型ベース層１１６とｐｎ接合を形成するＩＩＩ−Ｖ族の化合物であり、材料はｎ型のインジウムガリウムヒ素（以下、ＩｎＧａＡｓ）、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型ＩｎＧａＰが好ましい。

本実施の形態のｐ型ベース層１２２は、ｎ型エミッタ層１２１とｐｎ接合を形成するＩＩＩ−Ｖ族の化合物であり、材料はｐ型ＩｎＧａＡｓ、ｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＩｎＧａＰが好ましい。

本実施の形態のｐ側窓層１２３は、ＧａＡｓと近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりもバンドギャップが大きなｐ型半導体であり、材料はｐ型ＩｎＧａＰ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＰ、ｐ型ＩｎＡｌＰが好ましい。

本実施の形態のｐ側コンタクト層１２２は、ｐ側窓層１２３との界面及び裏面電極１１４との界面において、オーミック接続できる材料であり、材料はｐ型ＧａＡｓが好ましい。

本実施の形態の絶縁膜１１２は、電気的に絶縁することが可能な薄膜であり、材料は、ノンドープのＩｎＧａＰ、二酸化シリコン、窒化シリコンが好ましい。

本実施の形態の反射防止膜１０３は、入射光の反射を抑制できる薄膜であり、材料は酸化チタンやフッ化マグネシウムが好ましい。

本実施の形態の放熱板１０４は、発電素子１０２を放熱できる基板であり、材料はアルミ板や銅板が好ましい。

本実施の形態の絶縁層１０５は、電気的に絶縁することが可能な薄膜であり、材料はエポキシ樹脂が好ましい。

本実施の形態のスペーサ１０６は、発電素子１０２と集光レンズ１０１の間隔を一定に保持できる機械的強度を有し、さらに集光レンズ１０１と放熱板１０４の接着層としての役割を併せ持っていることが好ましい。スペーサ１０６の材料例は、ガラスやエポキシ樹脂が好ましい。

以下、図４〜図１１を参照しながら本実施形態の太陽電池を製造する方法を説明する。

まず、図４に示すように、ＧａＡｓ基板２０１として、ノンドープＧａＡｓ基板を用意する。ＧａＡｓ基板２０１の表面に、犠性層２０２、ｎ型ＧａＡｓ層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、ｐ側コンタクト層１２４を順次、分子線エピタキシー法または有機金属化学気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ）のような一般的な半導体成長法により成長させる。犠性層２０２は、ＧａＡｓと近い格子定数を有する。犠性層２０２は、ＧａＡｓに対して選択エッチングされるための層である。犠性層２０２の材料例は、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）やＩｎＧａＰである。

次に、図５に示すように、ｐ側コンタクト層１２４上に第一のマスク２０３を形成する。第一のマスク２０３を用いて、ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、ｎ型ＧａＡｓ層１１９を順次エッチングする。

第一のマスク２０３は、フォトリソグラフィにより作製する。具体的には、ｐ側コンタクト層１２４上にレジストを塗布と熱硬化を行い、露光用のマスクにより必要箇所を遮光した後、一定時間露光を行い、続いて現像を行うことで必要箇所にレジスト膜を形成することができる。

ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、ｎ型ＧａＡｓ層１１９のエッチング方法は、ｐ型ベース層１２２をｐ型ＧａＡｓ、ｎ型エミッタ層１２１をｎ型ＧａＡｓとした場合、ドライエッチングの例はＢＣｌ₃とＳＦ₆の混合ガスを用いたプラズマエッチング、ウェットエッチッグの例は燐酸と過酸化水素水の混合溶液である。

図６に示すように、第一のマスク２０３を除去し、ｎ型バス電極１１０と裏面電極１１４および絶縁膜１１２を形成する。

第一のマスク２０３を除去する手法の例は、剥離液に一定時間含浸させることである。

ｎ型バス電極１１０と裏面電極１１４の形成方法は、金属膜を均一に形成できる方法であれば特に限定されず、ｎ型バス電極１１０と裏面電極１１４を形成する手法の例は、スパッタ法や電子ビーム蒸着法である。

絶縁膜１１２の形成方法は、絶縁物の薄膜を光電変換部１１２の側面と上面、犠性層２０２上に均一に形成できる方法であれば特に限定されない。絶縁膜１１２を形成する手法の例は化学気相成長法である。

ｎ型バス電極１１０と裏面電極１１４上の絶縁膜１１２の除去方法は、フォトリソグラフィによりｎ型バス電極１１０と裏面電極１１４上に開口部を設けたレジスト膜作製し、ドライエッチングにより絶縁膜を除去した。マスクの除去方法は剥離液に一定時間含浸させた。

次に、図７に示すように、第二のマスク２０４を形成し、ｎ型バス電極溶接部１１１１１０とｐ型バス電極溶接部１１５を形成する。

第二のマスク２０４は、フォトリソグラフィにより作製することができる。

ｎ型バス電極溶接部１１１とｐ型バス電極溶接部１１５の形成方法は、金属膜を均一に形成できる方法であれば特に限定されない。ｎ型バス電極溶接部１１１とｐ型バス電極溶接部１１５の形成方法の例はスパッタ法や電子ビーム蒸着法である。

図８に示すように、発電素子１０２の裏面電極１１４側を支持基体２０５に固定する。ＧａＡｓ基板２０１および犠性層２０２をエッチングにより除去する。

支持基板２０５は、ＧａＡｓ基板２０１と同程度の大きさであり、かつ平行な面を持つ基板であれば、特に限定されない。支持基板２０５の例は、シリコン基板やガラス基板である。必要に応じて、支持基板２０５と発電素子１０２の間にはワックスや粘着シーが挟まれ得る。

ＧａＡｓ基板２０１および犠性層２０２の除去方法の例は、ドライエッチングやウェットエッチングである。このとき、ＧａＡｓ基板２０１を犠性層２０２との選択比の高いエッチング方法で、かつ犠性層２０２を発電素子１０２との選択性が高いエッチング方法で順次除去することにより、発電素子１０２にダメージを与えることなく、ＧａＡｓ基板２０１と犠性層２０２を除去できる。

エッチング方法の例は、犠性層２０２をＡｌＡｓとした場合には、ＧａＡｓ基板２０１はクエン酸と過酸化水素水の混合溶液で、ＡｌＡｓからなる犠性層２０２をフッ化水素酸である。

図９に示すように、ｎ型バス電極１１０とｎ型ＧａＡｓ層１１９上にＺｎ層１０９とＺｎＯ透明導電層１０８を順次形成する。

Ｚｎ層１０９の形成方法はＺｎの薄膜を少なくともｎ型ＧａＡｓ層１１９とｎ型バス電極１１０上に均一に形成できる方法であれば特に限定されない。Ｚｎ層１０９の形成方法の例は、スパッタ法やパルスレーザ堆積法（以下、ＰＬＤ）である。

ＺｎＯ透明導電層１０８の形成方法は、均一に形成でき、電気伝導性と高い透過率を実現できる方法であれば特に限定されない。ＺｎＯ透明導電層１０８の形成方法の例は、ＰＬＤである。

次に、図１０に示すように、支持基板２０５を除去する。このようにして、発電素子１０２が得られた。

支持基板２０５の除去方法は、固定方法に応じた洗浄方法を適宜選択できる。支持基板２０５の除去方法の例は、ワックスを用いた場合、アセトンとイソプロピルアルコールによる洗浄である。

次に、図１１に示すように、発電素子１０２のＺｎＯ透明導電層１０８上に反射防止膜１０３を形成した。

反射防止膜１０３の形成方法は、ＺｎＯ透明導電層１０５上に均一に形成できる方法であれば特に限定されない。反射防止膜１０３の形成方法の例は電子ビーム蒸着法である。

次に、放熱板１０４上に絶縁層１０５を形成後、配線部１０７用のマスクを形成する。

絶縁層１０５は、絶縁層が平坦に形成できる方法であれば、特に限定されない。絶縁層１０５の形成方法の例は、エポキシ樹脂を用いる場合、塗布法である。

配線部１０７用のマスクは、フォトリソグラフィにより作製することができる。

次に、配線部１０７を形成後、配線部１０７用のマスクを除去する。配線部１０７は、金属層を平坦に形成できる方法を適宜選択できる。配線部１０７の形成方法の例は、スパッタ蒸着法、電子ビーム蒸着法である。配線線部のマスクの除去方法は、剥離液に一定時間含浸させることである。

必要に応じて配線部１０７と発電素子１０２の間に銀ペースト挟むことで、配線部１０７と発電素子を電気的に接続し、同時に発電素子１０２を固定し得る。

次に、絶縁層１０５上にスペーサ１０６を配置し、集光レンズ１０１と発電素子１０２を備えた放熱板１０４と組合せることにより、本実施の形態の太陽電池を実現することができる。

スペーサ１０６は、集光レンズ１０１と発電素子１０２の間隔が一定にできる方法を適宜選択できる。スペーサ１０６の形成方法の例は、エポキシ樹脂を用いる場合には、絶縁層１０５上に塗布後、集光レンズ１０１と絶縁層１０５の間隔が一定になるように集光レンズ１０１を貼り付けることである。

以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能であるのは勿論である。

（実施例１）
実施例１では、図１に示される発電素子１０２を、図４〜図１１に示される方法によって作成した。

表１は、実施例１で用いた発電素子の半導体層の組成および膜厚みを示す表である。

また、本実施例１におけるＺｎ層１０９の厚みは１ｎｍとした。

集光レンズ１０１は、４ｍｍ四方であり、厚みは２ｍｍとした。集光レンズ１０１は、４００μｍ四方の焦点スポットを有していた。

実施例１による太陽電池は、以下のように作製された。

まず、図４に示されるように、ノンドープのＧａＡｓ基板２０１（４インチウエハー、厚み４５０μｍ）上に、表１に示す層、犠性層２０２、ｎ型ＧａＡｓ層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、ｐ側コンタクト層１２４を、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次成長させた。

次に、図５に示されるように、ｐ側コンタクト層１２２上に、フォトリソグラフィにより一辺５００μｍ四方を有する正方形のレジスト膜を形成した。このレジスト膜を第一マスク２０３として用いて、ＢＣｌ₃とＳＦ₆の混合ガスを用いたＩＣＰプラズマエッチングにより、ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、ｎ型ＧａＡｓ層１１９を除去した。このようにして、５００μｍ四方のパターンを形成した。

次に図６に示されるように、エッチング後、剥離液を用いて第一のマスク２０３を除去した。除去後、犠性層２０２とｐ側コンタクト層１２２上にフォトリソグラフィにより必要箇所にレジスト膜を形成した。ｎ型バス電極１１０（外径：６００μｍ四方、内径：５５０μｍ四方）と裏面電極１１４（２００μｍ四方）は、電子ビーム蒸着法を用いて、厚みを５０ｎｍとしたチタン膜と、厚みを２５０ｎｍとした金膜を順次積層して形成した。

次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚みを３００ｎｍとしてＳｉＮ膜の絶縁層１１３を形成した。続いて、フォトリソグラフィによりｎ型バス電極１１０と裏面電極１０３に開口部を有するレジスト膜を絶縁層１１３上に積層し、ドライエッチングにより開口部のＳｉＮ層を除去した。さらにＳｉＮ層を除去後、剥離液を用いてレジスト膜を除去した。

次に、図７に示されるように、絶縁層１１３上に、第二のマスク２０４をフォトリソグラフィにより形成した。第二のマスク２０４形成後、電子ビーム蒸着法を用いて、厚みを５０ｎｍとしたチタン膜と、厚みを２５０ｎｍとした金膜を順次積層して、ｎ型バス電極溶接部１１１とｐ型バス電極溶接部１１５を形成した。

次に、図８に示されるように、ｎ型バス電極溶接部１１１とｐ型バス電極溶接部１１５を形成後、第二のマスク２０４を剥離液を用いて除去した。除去後、発電素子１０２の裏面電極１１８が形成されている面に、固定用のワックスをスピンコーターにより塗布し、乾燥後、ガラス製の支持基板２０５に固定した。

発電素子１０２を固定後、ＧａＡｓ基板２０１を、クエン酸と過酸化水素水を混合した溶液を用いて除去した。続いて、ＡｌＡｓからなる犠性層２０２を、バファードフッ酸を用いて除去した。

次に、図９に示されるように、ＧａＡｓ基板２０１および犠性層２０２を除去後、ＰＬＤにより、厚みを１ｎｍとしたＺｎ層１０９をｎ型バス電極１１０とｎ型ＧａＡｓ層１１９上に積層した。

次に、ＺｎＯ透明導電層１０８は、ＰＬＤにおいてＧａを２ｗｔ％ドープしたターゲットを使用して、連続してつながった厚さ３００ｎｍのＺｎＯ膜をＺｎ層１０９と絶縁層１１３上に積層することで形成した。

次に、電子ビーム蒸着法を用いて、ＭｇＦ₂をＺｎＯ透明電極１０７層上に積層し、反射防止膜１０３の厚さを１４０ｎｍとして形成した。

反射防止膜１０３を形成後、イソプロピルアルコールを用いてワックスを溶かし、発電素子１０２を取り外した。このようにして、発電素子１０２を得た。

次に、塗布により、エポキシ樹脂を厚さを１００μｍとしてアルミ板（４ｍｍ四方）上に形成し、絶縁層１０５を形成した。続いてフォトリソグラフィにより必要箇所にレジスト膜を積層し、配線部１０７のマスクを形成した。スパッタ法により厚さを４０μｍとした銅膜を積層後、マスクを剥離液に含浸させることで除去し、配線部１０７を形成した。

図１１に示されるように、集光レンズ１０１の焦点位置の中心が、発電素子１０２の中心と一致するよう、得られた発電素子１０２を銀ペーストを用いて、絶縁層１０５上に形成された配線部１０７上に固定した。このとき、表面電極接続部１０１とｐ型バス電極溶接部１１５をそれぞれ配線部１０７と電気的に接続した。

次に、発電素子１０２を固定した放熱板１０４上に、エポキシ樹脂のスペーサ１０６を塗布し、集光レンズ１０１と発電素子１０２の間を１ｍｍに固定した。このようにして、実施例１による太陽電池を得た。

上記のように作製した実施例1の太陽電池に、ソーラシュミレータ（ＡＭ１．５Ｇ）を用いて変換効率を求め、変換効率２２．３％が得られた。

（実施例２）
Ｚｎ層の厚みを５ｎｍとした以外は実施例１と同様に発電素子を作製した。
実施例１と同様の太陽電池に、ソーラシュミレータ（ＡＭ１．５Ｇ）を用いて変換効率を求め、Ｚｎ層の厚みが５ｎｍでは変換効率２２．８％が得られた。

（比較例１）
図１２に示すように、Ｚｎ層１０９を形成しなかった以外は、実施例１と同様の実験を行った。

比較例１の太陽電池にソーラシュミレータ（ＡＭ１．５Ｇ）を用いて変換効率を求め、変換効率は１９．１％が得られた。

比較例１の太陽電池は従来の太陽電池と同じ構造である。従って、Ｚｎ層を用いた実施例１の太陽電池は、従来の太陽電池に対して、１６％以上高い変換効率が得られることが分かった。

（比較例２）
Ｚｎ層１０９の厚みを１０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の実験を行った。

比較例２の太陽電池にソーラシュミレータ（ＡＭ１．５Ｇ）を用いて変換効率を求め、変換効率１８．９％が得られた。

比較例２の太陽電池は、実施例１の太陽電池のＺｎ層１０９の厚み違いである。Ｚｎ層１０９が５ｎｍより厚くなると、透過率が低下し、変換効率が減少することが確認できた。

以上、これらの結果から、本発明の実施の形態の太陽電池において、厚み１〜５ｎｍを有するＺｎ層１０９をＺｎＯ透明導電層１０８とｎ型ＧａＡｓ層１１９およびＺｎＯ透明電極１０７とｎ型バス電極１１０間に挟むことで、高い変換効率を実現できることが確認できた。

本発明にかかる太陽電池は、高い変換効率を有する太陽電池を実現できるため、家庭用や業務用の太陽光発電に用いる太陽電池として有用である。また、本発明にかかる太陽電池は、大規模な太陽光発電プラントの太陽電池としても有用である。

１０１集光レンズ
１０２発電素子
１０３反射防止膜
１０４放熱板
１０５絶縁層
１０６スペーサ
１０７配線部
１０８ＺｎＯ透明導電層
１０９Ｚｎ層
１１０ｎ型バス電極
１１１ｎ型バス電極溶接部
１１２光電変換部
１１３絶縁層
１１４ｐ型バス電極
１１５ｐ型バス電極溶接部
１１６グリッド電極
１１７表面電極
１１８裏面電極
１１９ｎ型ＧａＡｓ層
１２０ｎ側窓層
１２１ｎ型エミッタ層
１２２ｐ型ベース層
１２３ｐ側窓層
１２４ｐ側コンタクト層
２０１ＧａＡｓ基板
２０２犠性層
２０３第一のマスク
２０４第二のマスク
２０５支持基板

Claims

ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる、ｎ側窓層、ｎ型エミッタ層、ｐ型ベース層、ｐ側窓層を積層したｐｎ接合部を少なくとも１つ備えた光電変換部と、前記光電変換部のｎ側窓層側に形成したｎ型ＧａＡｓ層および表面電極と、前記光電変換部のｐ側窓層側に形成したｐ側コンタクト層および裏面電極からなる集光型発電素子において、Ｚｎ層は少なくともＺｎＯ透明導電層とｎ型ＧａＡｓ層およびＺｎＯ透明導電層と表面電極に挟まれた構造であり、前記表面電極から電流を取り出す表面電極配線部が前記光電変換部の側面に絶縁層を介して形成されることで同一平面内にｎ型と裏面電極が備えられ、前記Ｚｎ層が厚み１〜５ｎｍであることを特徴とする集光型発電素子。
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層が、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰのいずれかで、ｎ側窓層およびｐ型窓層およびｎ側コンタクト層およびｐ側コンタクト層が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＡｌＧａＰのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の集光型発電素子。
前記請求項１または２記載の集光型発電素子の製造方法であって、前記表面電極とｎ型ＧａＡｓ層上に厚さ１〜５ｎｍであるＺｎ層およびＺｎＯ透明導電層を順次積層する工程と、前記光電変換部の側面に絶縁層を積層し、その上に表面電極配線部を形成することで同一平面内にｎ型と裏面電極を形成することを特徴とする集光型太陽電池の製造方法。
前記請求項１または２記載の集光型発電素子の製造方法であって、前記ｎ型ＧａＡｓのドーパントが、ＳｉもしくはＴｅのいずれかで、ｎ型エミッタ層およびｐ型ベース層が、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰのいずれかで、ｎ側窓層およびｐ型窓層およびｎ側コンタクト層およびｐ側コンタクト層が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＡｌＧａＰのいずれかで、前記犠牲層がＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＰのいずれかであることを特徴とする集光型発電素子の製造方法。