JP2014123712A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
低コストで化合物半導体製の太陽電池を製造することのできる太陽電池の製造方法を提供すること。
【解決手段】
太陽電池の製造方法は、第１シリコン基板に、格子緩和を行う第１バッファ層を積層する工程と、前記第１バッファ層に、ｐｎ接合を有する化合物半導体で形成され、シリコンより格子定数の大きい第１光電変換セルを積層する工程と、前記第１光電変換セルに、支持基板を接続する工程と、前記第１光電変換セルから前記第１バッファ層及び前記第１シリコン基板を取り除く工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
化合物半導体は材料組成によりバンドギャップエネルギーや格子定数が異なるので、複数の太陽電池で太陽光の波長範囲を分担してエネルギー変換効率を高くする多接合型太陽電池が作製されている。
現在ではガリウムヒ素（ＧａＡｓ）とほぼ同じ格子定数であるゲルマニウム（Ｇｅ）基板上に、格子整合材料を用いたＧｅセル／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓセル／ＧａＩｎＰセルを含む３接合太陽電池（１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶ）が一般的である。
シリコン（Ｓｉ）系の太陽電池に比べて、化合物半導体製の太陽電池の効率は２倍程度と高いが、化合物半導体製の太陽電池は、基板が高価、又は、基板サイズが小さい等の理由からシリコン系の太陽電池に比べると桁違いに高価である。このため、化合物半導体製の太陽電池は、主に宇宙用等の特殊用途で用いられている。
また、最近では、安価なプラスチック製の集光レンズと小さな化合物半導体製の太陽電池のセルとを組み合わせた集光型の太陽電池にすることで、集光レンズを用いない通常の平板型の太陽電池に比べて、高価な化合物半導体の使用量を減らすことが行われている。このような集光型の太陽電池では、低コスト化を図ることができ、上述のような特殊用途ではなく、一般用途の太陽電池として実用化されている。
しかしながら、太陽電池は依然として発電コストが高く、より一層の低コスト化が重要であり、エネルギー変換効率の向上や製造コストの削減が検討されている。
低コスト化の例として、価格が一桁程度安く大面積可能なＳｉ基板上に化合物半導体で太陽電池を作製することが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、Ｓｉ基板と化合物半導体製の太陽電池とは格子定数が異なり、格子緩和による転位が発生する。このため、Ｓｉ基板と太陽電池層との間に、格子定数を緩和させるためにバッファ層を設けて、バッファ層内で可能な限り格子定数の差を緩和させ、化合物半導体での転位が少なくなるようにしている。
また、Ｓｉ基板とＧａＡｓ基板上にそれぞれ太陽電池層を形成し、直接接合法で張り合わせてＧａＡｓ基板を除去し、Ｓｉ基板上に２接合の太陽電池を形成する方法が提案されている（例えば、非特許文献２、３参照）。
また、Ｈ＋イオンなどを半導体基板の内部に打ち込み、その部分を起点として基板から薄い層を剥がすスマートカット法を用いた太陽電池の製造方法が提案されている。イオンの打ち込みを行った後に、Ｓｉ基板と、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、又はＩｎＰ基板とをＳｉＯ２を介して接合する。そして、加熱によりＧｅ基板、ＧａＡｓ基板、又はＩｎＰ基板を剥がし、Ｓｉ基板上に設けられたＧｅ層、ＧａＡｓ層、ＩｎＰ層で構成されるテンプレート基板上に、化合物半導体製の太陽電池を形成している（例えば、非特許文献４、５、６参照）。
しかしながら、上述の化合物半導体製の太陽電池の製造方法は、高価なＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板等を用いるため、化合物半導体製の太陽電池を低コストで製造できないという課題があった。
以上のように、従来の製造方法では、化合物半導体製の太陽電池を低コストで製造できないという課題があった。
そこで、本発明は、低コストで化合物半導体製の太陽電池を製造することのできる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の一観点の太陽電池の製造方法は、第１シリコン基板に、格子緩和を行う第１バッファ層を積層する工程と、前記第１バッファ層に、ｐｎ接合を有する化合物半導体で形成され、シリコンより格子定数の大きい第１光電変換セルを積層する工程と、前記第１光電変換セルに、支持基板を接続する工程と、前記第１光電変換セルから前記第１バッファ層及び前記第１シリコン基板を取り除く工程とを含む。
低コストで化合物半導体製の太陽電池を製造することのできる太陽電池の製造方法を提供できる。
実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態１の変形例においてリフトオフ法でＳｉ基板１０とバッファ層１１を除去する場合の積層体１００Ｅを示す図である。 実施の形態１の変形例におけるスマートカット法を説明するための図である。 実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態２の変形例による太陽電池の断面構造を示す図である。 実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態４の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態４の太陽電池の製造方法を示す図である。 実施の形態４の太陽電池の製造方法を示す図である。
以下、本発明の太陽電池の製造方法を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態１＞
図１乃至図３は、実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０の上に、バッファ層１１、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、及びコンタクト層１４を順次形成する。ここで、図１（Ａ）に示す積層体１００は、図中における下側から太陽光が入射することを想定して作製される。
Ｓｉ基板１０は、例えば、ノンドープのシリコン単結晶製の基板であればよい。Ｓｉ基板１０は、例えば、８インチ、１２インチ等のサイズのシリコンウェハを用いることができる。なお、Ｓｉ基板１０は、上述のようなものに限らず、どのようなものを用いてもよい。
バッファ層１１は、Ｓｉ基板１０の一方の面に、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層と、ゲルマニウム（Ｇｅ）層との２層を積層することによって形成される。ＳｉＧｅ層とＧｅ層は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成すればよい。
ＳｉＧｅ層は、Ｓｉ結晶とＧｅ結晶との格子定数の差によって生じる欠陥を含むため、格子定数の差が緩和された層になる。ＳｉＧｅ層をＳｉ基板１０の上に積層するのは、後に形成する化合物半導体層の格子定数と、Ｓｉ基板１０の格子定数との差を緩和させるためである。また、Ｇｅ層をＳｉＧｅ層の上に積層するのは、Ｇｅ層が後に形成する化合物半導体層の格子定数に近い格子定数を有するからである。
このようにＳｉＧｅ層で格子定数の差が緩和されるため、ＳｉＧｅ層の上に形成されるＧｅ層は、歪が殆どない状態で成長される。以上のような理由により、Ｓｉ基板１０の表面側にはＳｉＧｅ層を形成するとともに、バッファ層１１の表面側にＧｅ層を形成する。
なお、バッファ層１１は、ＳｉＧｅ層とＧｅ層の２層構造として形成するのではなく、シリコンとゲルマニウムの比率を連続的に変化させることによって形成してもよい。例えば、最初はＳｉ基板１０の一方の面にシリコンの比率が高いＳｉＧｅ層を形成し、徐々にＧｅの比率を高くして行き、表面側でＧｅ層が得られるようにしてバッファ層１１を形成してもよい。
コンタクト層１２は、主に、後に形成されるメタル層１７（図３参照）とオーミック接続するためにバッファ層１１に積層される層であり、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用いる。コンタクト層１２としてＧａＡｓ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によってバッファ層１１の上に形成することができる。
コンタクト層１２として用いるＧａＡｓ層は、バッファ層１１の最上層に位置するＧｅ層と非常に近い格子定数を有する。このため、バッファ層１１の上に、コンタクト層１２として用いるＧａＡｓ層を結晶成長させることができる。なお、コンタクト層１２としてＧｅに格子整合する組成のＧａＩｎＡｓ層を結晶成長させてもよい。
ＧａＩｎＰセル２０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・リン（Ｐ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層２１とｐ層２２と含む。ＧａＩｎＰセル２０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層２１とｐ層２２とをコンタクト層１２に順次積層することによって形成される。
ｎ層２１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層２２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。
実施の形態１では、ＧａＩｎＰセル２０のバンドギャップが１．９ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの組成を調整する。また、ＧａＩｎＰセル２０は、コンタクト層１２として用いるＧａＡｓ層の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、コンタクト層１２の上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの組成が調整されている。
なお、ｎ層２１とコンタクト層１２との間（ＧａＩｎＰセル２０への入射側）に、ＧａＩｎＰセル２０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層２２の上（Ｐ層２２とトンネル接合層１３との間）に、ＧａＩｎＰセル２０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
トンネル接合層１３は、ＧａＩｎＰセル２０とＧａＡｓセル３０との間に設けられ、ＧａＩｎＰセル２０のｎ層２１とｐ層２２、及び、ＧａＡｓセル３０のｎ層３１とｐ層３２よりも高濃度にドーピングされたｎ層及びｐ層を含む。トンネル接合層１３は、ＧａＩｎＰセル２０のｐ層２２と、ＧａＡｓセル３０のｎ層３１との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層１３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＩｎＰセル２０の表面にＡｌＧａＡｓ層（ｐ層）とＧａＩｎＰ層（ｎ層）とをこの順に積層することによって形成される。トンネル接合層１３のｐ層とｎ層は、ＧａＩｎＰセル２０よりもバンドギャップが大きい材料で形成されていることが望ましい。これは、ＧａＩｎＰセル２０を透過した光がトンネル接合層１３で吸収されないようにするためである。
なお、トンネル接合層１３は、ＧａＡｓ層の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、ＧａＩｎＰセル２０の上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐの組成が調整されている。
ＧａＡｓセル３０は、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層３１とｐ層３２を含む。ＧａＡｓセル３０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層３１とｐ層３２とをトンネル接合層１３に順次積層することによって形成される。
ｎ層３１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層３２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。
なお、ＧａＡｓセル３０の格子定数は約５．６５Åであるため、トンネル接合層１３の上に結晶成長することができる。
なお、ｎ層３１とトンネル接合層１３との間（ＧａＡｓセル３０への入射側）に、ＧａＡｓセル３０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層３２の上（Ｐ層３２とコンタクト層１４との間）に、ＧａＡｓセル３０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
コンタクト層１４は、主に、後に形成する電極（メタル層１５Ａ）とオーミック接続するためにＧａＡｓセル３０に積層される層であり、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用いる。コンタクト層１４としてのＧａＡｓ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＡｓセル３０の上に形成することができる。
なお、コンタクト層１４はＧａＡｓ層で構成されるため、格子定数は約５．６５Åであり、ＧａＡｓセル３０の上に結晶成長することができる。
以上のように、図１（Ａ）に示す積層体１００は、Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１の上に、光入射側となるコンタクト層１２から、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、及びコンタクト層１４までを順次積層することによって形成される。
このため、バンドギャップの大きいＧａＩｎＰセル２０（１．９ｅＶ）がＧａＡｓセル３０（１．４ｅＶ）よりも光入射側に作製される。これは、光入射側のＧａＩｎＰセル２０で短波長光を吸収し、ＧａＩｎＰセル２０を透過した比較的波長の長い光をＧａＡｓセル３０で吸収するためである。
次に、図１（Ｂ）に示すように、支持基板８０を用意し、コンタクト層１４の上にメタル層１５Ａを形成するとともに、支持基板８０の上にメタル層１５Ｂを形成する。メタル層１５Ａ、１５Ｂは、例えば、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等の金属製の薄膜であり、蒸着法又はスパッタ法等によって形成することができる。また、支持基板８０は、例えば、プラスチック製のフィルムであればよい。
なお、図１（Ａ）に示す積層体１００のコンタクト層１４の上にメタル層１５Ａを形成したものを積層体１００Ａとする。
次に、図２（Ａ）に示すように、積層体１００Ａを天地逆にして、接合層１６を用いて、積層体１００Ａのメタル層１５Ａと、支持基板８０の表面に形成されたメタル層１５Ｂとを接合する。
接合層１６は、例えば、銀（Ａｇ）ナノ粒子をエポキシ樹脂に含有させた導電性エポキシ剤等の接合剤をメタル層１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布したものである。接合層１６は、例えば、接合剤をスクリーン印刷等によってメタル層１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布することによって形成される。
このような接合層１６を用いて、メタル層１５Ａと１５Ｂを貼り合わせることにより、図２（Ａ）に示す積層体１００Ｂを得る。このとき、接合層１６を加熱することにより、接合層１６でメタル層１５Ａと１５Ｂを融着すればよい。積層体１００Ｂは、積層体１００Ａ、接合層１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０を含む。
なお、メタル層１５Ａ、接合層１６、及びメタル層１５Ｂは、太陽電池の下部電極（裏面電極）として用いられる。
次に、図２（Ａ）に示す積層体１００ＢのＳｉ基板１０及びバッファ層１１をエッチングすることにより、積層体１００ＢからＳｉ基板１０を取り除くと、図２（Ｂ）に示す積層体１００Ｃを得る。積層体１００Ｃは、図２（Ａ）に示す積層体１００ＢからＳｉ基板１０及びバッファ層１１を除去したものである。
Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１のエッチングは、例えば、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いたウェットエッチング処理で行えばよい。このエッチング溶液は、フッ酸、硝酸、及び酢酸の混合液であればよい。エッチング溶液の組成は、バッファ層１１に含まれるＳｉとＧｅの組成比等に応じて適宜決定すればよい。
なお、このようなエッチング溶液は、コンタクト層１２（ＧａＡｓ層）、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３（ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ）、ＧａＡｓセル３０、コンタクト層１４、メタル層１５Ａ、接合層１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０を溶解しない。このため、Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１のウェットエッチングは、積層体１００Ｂをエッチング溶液に含浸させることによって行えばよい。
なお、エッチングは、例えば、Ｓｉ基板１０、バッファ層１１、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、コンタクト層１４、メタル層１５Ａ、接合層１６、メタル層１５Ａ、及び支持基板８０の側壁と、支持基板８０の表面（図２（Ａ）の下面）とを保護材等で保護して行えばよい。なお、保護材等を用いる必要がない場合には、上述のエッチング処理のために保護材で保護を行う必要はない。
また、ここでは、Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１の両方をエッチングで除去する形態について説明するが、バッファ層１１だけを選択的にエッチングする溶液を用いてバッファ層１１を除去することにより、Ｓｉ基板１０を積層体１００Ｂから取り外してもよい。このようなエッチング溶液としては、例えば、フッ硝酸溶液（フッ酸と硝酸の混合液）を用いればよい。なお、フッ硝酸溶液に水を加えて希釈してもよい。
最後に、図２（Ｂ）に示す積層体１００Ｃのコンタクト層１２の上面にメタル層１７を形成する。メタル層１７は、コンタクト層１２の上面のうちの一部に形成する。これは、メタル層１７は、太陽電池の上部電極となるものであるからである。
メタル層１７は、例えば、リフトオフ法によって形成することができる。メタル層１７は、図２（Ｂ）に示すコンタクト層１２の上面に、図３に示すメタル層１７を形成する領域以外の領域にレジストを形成し、レジストの上からＡｕ又はＡｇ等の金属を蒸着した後に、レジストを除去することによって形成される。
なお、図３に示すコンタクト層１２Ｃは、図２（Ｂ）に示すコンタクト層１２の上面にメタル層１７（図３参照）を形成した後に、メタル層１７をマスクとして用いてコンタクト層１２（図２（Ｂ）参照）のうちメタル層１７の直下に位置する部分以外を除去することによって形成される。
コンタクト層１２Ｃの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、ＧａＩｎＰセル２０のＧａＩｎＰを溶解しないため、ＧａＩｎＰセル２０でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
以上により、図３に示す積層体１００Ｄを作製することができる。積層体１００Ｄは、ＧａＩｎＰセル２０（１．９ｅＶ）とＧａＡｓセル３０（１．４ｅＶ）の２つの光電変換セルを含む太陽電池である。すなわち、積層体１００Ｄは、化合物半導体製の太陽電池である。
積層体１００Ｄにおいて、バッファ層１１は、第１バッファ層の一例であり、ＧａＩｎＰセル２０及びＧａＡｓセル３０は、第１光電変換セルの一例である。また、図２（Ａ）に示す積層体１００Ｂは、第１積層体の一例であり、Ｓｉ基板１０は、第１シリコン基板の一例である。この第１光電変換セルは、２つの光電変換セルが積層方向に直列接続される多接合セルである。多接合セルは、３つ以上の光電変換セルが積層方向に直列接続されていてもよい。
以上、実施の形態１の太陽電池の製造方法によれば、Ｓｉ基板１０の上にバッファ層１１を形成し、バッファ層１１の上にコンタクト層１２、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、及びコンタクト層１４を形成することにより、積層体１００Ｂ（図２（Ａ）参照）を作製する。
そして、積層体１００ＢからＳｉ基板１０及びバッファ層１１を除去した後に、コンタクト層１２の上にメタル層１７を形成し、コンタクト層１２からコンタクト１２Ｃを形成する。
すなわち、実施の形態１の太陽電池の製造方法では、安価なＳｉ基板１０の上に、シリコンと化合物半導体層との格子定数の差を緩和するバッファ層１１を形成することにより、Ｓｉ基板１０の上にＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、及びコンタクト層１４を形成することを可能にしている。
そして、製造工程において、積層体１００Ｂ（図２（Ａ）参照）からバッファ層１１とＳｉ基板１０をウェットエッチングにより除去している。
このため、化合物半導体製の太陽電池（積層体１００Ｄ）を低コストで製造することができる。
また、図３に示す太陽電池（積層体１００Ｄ）のＧａＩｎＰセル２０の上面のうちの光入射面（コンタクト層１２Ｃ及びメタル層１７で覆われていない部分）には、反射防止膜を形成してもよい。
なお、以上では、バッファ層１１としてＳｉＧｅ層とＧｅ層との２層構造の層、又は、ＳｉＧｅ層内において、Ｓｉ基板１０の表面から離れるに従ってＧｅの比率が高くなって行く層を用いる形態について説明した。
しかしながら、バッファ層１１は、Ｓｉ基板１０の上にＧｅ層をＣＶＤ法等で直接積層し、熱サイクル（ＴＣＡ）を行ってＧｅ層に欠陥を生じさせることにより、Ｇｅ層にＳｉとＧｅの格子定数の差を緩和する構造を形成し、その後Ｇｅ層の表面の平坦化処理を行うことによって形成してもよい。このようなバッファ層１１は、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いたウェットエッチング処理で行えばよい。
また、これとは別な手法として、Ｓｉ基板１０の上にＧａＡｓ層を成長した後に、ＴＣＡを行い、その後、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ、または、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＰＡｓ等の歪超格子層を成長したものをバッファ層１１として用いてもよい。
このような歪超格子層によるバッファ層１１は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液を用いてエッチングを行うことになるため、バッファ層１１とコンタクト層１２との境界にＧａＩｎＰ層をエッチングストップ層として形成すればよい。
ＧａＩｎＰ層は、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液に溶解しないため、歪超格子層のエッチングをＧａＩｎＰ層で停止させることができる。そして、ＧａＩｎＰ層は、塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液でエッチングすればよい。コンタクト層１２（ＧａＡｓ）は、塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液には溶解しないため、エッチングストップ層としてのＧａＩｎＰ層を選択的に除去することができる。
また、バッファ層１１は、上述のような組成のもの以外であってもよい。バッファ層１１は、Ｓｉ基板１０と、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、及びコンタクト層１４との格子の不整合にともなう格子緩和を生じるバッファ層であれば他のものであってもよい。バッファ層１１内で転位を発生させることで、バッファ層１１の上に化合物半導体製の太陽電池を転位の少ない高品質の状態で形成することができる。
また、支持基板８０は、プラスチック製のフィルムの代わりに、ガラス基板やＳｉ基板を用いてもよい。
また、以上ではＧａＩｎＰセル２０（１．９ｅＶ）／ＧａＡｓセル３０（１．４ｅＶ）を含む２接合型の太陽電池について説明したが、これらに加えてバンドギャップが１．０ｅＶのセルを加えた３接合にすれば、さらに量子効率を向上させることができて好ましい。
バンドギャップが１．０ｅＶのセルとしては、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）セル、又は、ＧａＰＡｓ／ＧａＩｎＡｓ超格子セル等が考えられる。
また、実施の形態１では、ＧａＡｓ格子整合系の材料を用いる場合について説明したが、Ｇｅ格子整合系の材料を用いてもよい。この場合は、Ｇｅ格子整合系の材料の格子定数がＧａＡｓ格子整合系の材料の格子定数よりもわずかに大きくなるので、適宜、Ｇｅ格子整合系の材料の組成を調整すればよい。なお、ＧａＡｓセル３０の代わりに、Ｉｎ組成が１％程度のＧａＩｎＡｓで作製したセルを用いることができる。バッファ層１１の最表面はＧｅであり、より容易に作製できる。
また、実施の形態１の太陽電池の製造方法で製造する太陽電池は、上述のような２接合型や３接合型の太陽電池に限られるものではない。例えば、（Ａｌ）ＧａＩｎＰセル、ＧａＡｓセル、ＧａＩｎＡｓセル、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）セル、ＧａＩｎＰＡｓセル、ＩｎＰセル、ＡｌＩｎＡｓセル等の組成の単層のセルを用いた太陽電池を製造してもよい。また、４接合以上の太陽電池を製造してもよい。
以上、実施の形態１によれば、化合物半導体基板を使わずにＳｉ基板１０を用いて化合物半導体製の太陽電池を形成することができ、低コストで高効率の太陽電池を作製することができる。
また、格子緩和を行うバッファ層１１は製造段階で除去するので、欠陥を多く含むバッファ層１１は最終製品としての太陽電池（積層体１００Ｄ）に含まれず、高効率で高信頼性を有する太陽電池を製造することができる。
ここで、非特許文献１に記載の太陽電池は、動作中に欠陥が増殖し効率が経時劣化する可能性があるため信頼性が低下するという問題がある。
これに対して、実施の形態１の製造方法によって製造される太陽電池は、格子定数の差を緩和するバッファ層１１が最終製品としての太陽電池に残らないので、信頼性の高い太陽電池を製造することができる。
また、Ｓｉ基板１０を除去し、太陽電池（積層体１００Ｄ）をプラスチックフィルム製の支持基板８０に貼り合わせているので、フレキシブルで軽量な太陽電池を製造することができる。
なお、（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、Ａｌを含む組成とＡｌを含まない組成との両方を包含するため、（Ａｌ）と表記したものである。すなわち、（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとを含む表記である。
また、同様に、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）は、ＧａＩｎＮＡｓＳｂとＧａＩｎＮＡｓとを含む表記である。Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓは、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓとを含む表記である。また、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）は、ＡｌＧａＩｎＰと、ＧａＩｎＰＡｓと、ＧａＩｎＰとを含む表記である。また、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、ＧａＩｎＰＡｓとＧａＩｎＡｓとを含む表記である。
なお、Ｓｉ基板１０とバッファ層１１の除去は、以上で説明したウェットエッチングの他に、例えば、ＡｌＡｓ犠牲層を用いてＡｌＡｓを選択的にエッチングして基板とセル部分を分離するリフトオフ法や、スマートカット法で行ってもよい。
リフトオフ法は、例えば、Proceedings of the 29st IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2010) pp.412-417.）に記載されている。スマートカット法は、ＳＯＩ基板の作製でよく用いられている方法であり、例えば、Applied Physics Letter 92, 103503(2008)に記載されている。
図４は、実施の形態１の変形例においてリフトオフ法でＳｉ基板１０とバッファ層１１を除去する場合の積層体１００Ｅを示す図である。
図４に示すように、リフトオフ法を行う場合の積層体１００Ｅでは、バッファ層１１とコンタクト層１２の間に、例えばＡｌＡｓ層で構成される犠牲層１１０を形成しておく。ＡｌＡｓ層は他の材料に比べてエッチング速度が極めて速いので、例えば硫酸系の薬液に浸すことにより、犠牲層１１０は側面から選択的にエッチングされ、バッファ層１１とコンタクト層１２との間が分離される。これにより、Ｓｉ基板１０とバッファ層１１を除去することができる。
図５は、実施の形態１の変形例におけるスマートカット法を説明するための図である。
図５（Ａ）に示すように、スマートカット法を行う場合の積層体１００Ｆは、図２（Ａ）に示す積層体１００ＢのＳｉ基板１０の代わりに、Ｓｉ基板１１１を含む。スマートカット法では、接合層１６(図１（Ｂ）参照)を用いてメタル層１５Ａと１５Ｂとを接合する前に、イオン注入機を用いて、3.5E16〜1E17 ions/cm2程度の水素イオン（Ｈ＋）をＳｉ基板１１１に注入する。接合層１６を用いてメタル層１５Ａと１５Ｂとを接合した後に、400〜600℃程度で熱処理を行うことにより、図５（Ｂ）に示すように水素イオン注入部１１１Ａで剥離が生じ、Ｓｉ基板１１１が薄いＳｉ層１１１ＢとＳｉ基板１１１Ｃとに分離される。
その後、例えば、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いたウェットエッチング処理でＳｉ層１１１Ｂとバッファ層１２を除去する。
この場合、Ｓｉ基板１１１Ｃを再利用することが可能となる。この方法は、後述する実施の形態２〜４においても同様に行うことができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態２の太陽電池の製造方法は、シリコン半導体製の光電変換セルが形成されたＳｉ基板を支持基板として用いるものである。ここでは、シリコン半導体製の光電変換セルのバンドギャップが１．１ｅＶであり、化合物半導体製の光電変換セルのバンドギャップが１．７ｅＶである場合について説明する。なお、化合物半導体製の光電変換セルとしては、ＧａＩｎＰＡｓセルを用いる。
図６及び図７は、実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す図である。図６及び図７において、実施の形態１で説明した構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
まず、図６（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０の上に、バッファ層１１、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０、トンネル接合層２１３、及び接合層２１４Ａを順次形成する。ここで、図６（Ａ）に示す積層体２００は、図中における下側から太陽光が入射することを想定して作製される。
ＧａＩｎＰＡｓセル２２０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・リン（Ｐ）・Ａｓ（ヒ素）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層２２１とｐ層２２２と含む。ＧａＩｎＰＡｓセル２２０は、バッファ層１１の最上層のＧｅ層、及びコンタクト層１２（ＧａＡｓ層）と格子定数がほぼ等しい。
ＧａＩｎＰＡｓセル２２０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層２２１とｐ層２２２とをコンタクト層１２に順次積層することによって形成される。
ｎ層２２１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層２２２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態２では、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０のバンドギャップが１．７ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓの組成を調整する。
また、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０は、コンタクト層１２として用いるＧａＡｓ層の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、コンタクト層１２の上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓの組成が調整されている。ＧａＩｎＰＡｓセル２２０として用いるＧａＩｎＰＡｓの格子定数は、ＧａＡｓの格子定数と略同じ値である。
なお、ｎ層２２１とコンタクト層１２との間（ＧａＩｎＰＡｓセル２２０への入射側）に、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層２２２の上（Ｐ層２２とトンネル接合層２１３との間）に、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
トンネル接合層２１３は、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０と接合層２１４Ａとの間に設けられ、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０のｎ層２２１とｐ層２２２、及び、後述するシリコンセル２３０のｎ−Ｓｉ層２３２及びｐ−Ｓｉ基板２３１よりも高濃度にドーピングされたｎ層及びｐ層を含む。トンネル接合層２１３は、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０のｐ層２２２と、シリコンセル２３０のｎ−Ｓｉ層２３２との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層２１３は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層（ｐ層）とＧａＩｎＰ層（ｎ層）、又は、ＧａＡｓ層によるｐ層とｎ層を含む。トンネル接合層２１３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０の表面にｐ層とｎ層をこの順に積層することによって形成される。
なお、トンネル接合層２１３は、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０の上に結晶成長できるように組成が調整されている。
接合層２１４Ａは、主に、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０と、シリコンセル２３０との間の抵抗を軽減するためにトンネル接合層２１３に積層される層であり、例えば、ｎ型のガリウムヒ素（ｎ−ＧａＡｓ）層を用いる。接合層２１４Ａとしてのｎ−ＧａＡｓ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によってトンネル接合層２１３の上に形成することができる。なお、ｎ型にするためのドーパントとしては、シリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、又はテルル（Ｔｅ）等を用いることができる。
なお、接合層２１４Ａは、トンネル接合層２１３の格子定数とＧａＩｎＰＡｓセル２２０の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、トンネル接合層２１３の上に結晶成長できるように組成が調整されている。
以上のように、図６（Ａ）に示す積層体２００は、Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１の上に、光入射側となるコンタクト層１２から、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０、トンネル接合層２１３、及び接合層２１４Ａまでを順次積層することによって形成される。
また、図６（Ａ）に示すように、積層体２００とは別に、シリコンセル２３０の上面に接合層２１４Ｂを形成する。ここで、シリコンセル２３０は、ｐ型のＳｉ基板（ｐ−Ｓｉ基板）２３１とｎ型シリコン（ｎ−Ｓｉ）層２３２とを含む。
ｎ−Ｓｉ層２３２は、ｐ−Ｓｉ基板２３１の一方の面（図中の上面）側からリン（Ｐ）等の不純物を混入しながら結晶成長することによって形成される。シリコンセル２３０は、シリコン半導体製の光電変換セルである。
なお、ｎ−Ｓｉ層２３２は、ｐ−Ｓｉ基板２３１の一方の面（図中の上面）側からリン（Ｐ）等の不純物を注入することによって形成してもよい。
接合層２１４Ｂは、主に、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０と、シリコンセル２３０との間の抵抗を軽減するためにシリコンセル２３０に積層される層であり、例えば、ｎ型のシリコン層（ｎ−Ｓｉ層）を用いる。接合層２１４Ｂとしてのｎ−Ｓｉ層は、例えば、ｎ−Ｓｉ層２３２の上面側からリン（Ｐ）等の不純物を混入しながら結晶成長することによって形成することができる。なお、接合層２１４Ｂとしてのｎ−Ｓｉ層は、ｎ−Ｓｉ層２３２と同一のｎ−Ｓｉ層でも構わないが、ｎ−Ｓｉ層２３２よりも高濃度であることが好ましい。
次に、図６（Ｂ）に示すように、積層体２００を図６（Ａ）に示す状態とは天地逆にした状態で、積層体２００の接合層２１４Ａと、シリコンセル２３０の上面の接合層２１４Ｂとを接合する。
この接合処理は、積層体２００の接合層２１４Ａと、シリコンセル２３０の上面の接合層２１４Ｂとの表面に清浄化処理と表面活性化処理を行い、接合層２１４Ａ及び２１４Ｂ同士を直接接合する。なお、表面活性化処理は、窒素（Ｎ２）プラズマ処理で行い、接合処理は、例えば、真空中で接合層２１４Ａ及び２１４Ｂを１５０℃に加熱した状態で行えばよい。
ここで、積層体２００とシリコンセル２３０を図６（Ｂ）に示すように積層した積層体を積層体２００Ａとする。
次に、図６（Ｂ）に示す積層体２００ＡのＳｉ基板１０及びバッファ層１１をエッチングすることにより、積層体２００ＡからＳｉ基板１０及びバッファ層１１を取り除くと、図７（Ａ）に示す積層体２００Ｂを得る。積層体２００Ｂは、図６（Ｂ）に示す積層体２００ＡからＳｉ基板１０及びバッファ層１１を除去したものである。
Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１のエッチングは、実施の形態１と同様に、例えば、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いたウェットエッチング処理で行えばよい。
なお、このようなエッチング溶液は、コンタクト層１２（ＧａＡｓ層）、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０、トンネル接合層２１３（ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ、又は、ＧａＡｓ）、接合層２１４Ａ（ＧａＡｓ層）、及び接合層２１４Ｂ（ＧａＡｓ層）を溶解しない。しかしながら、このようなエッチング溶液はシリコンセル２３０を融解する。
このため、エッチングの際には、Ｓｉ基板１０、バッファ層１１、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０、トンネル接合層２１３、接合層２１４Ａ、接合層２１４Ｂ、及びシリコンセル２３０の側面と、シリコンセル２３０の表面（図６（Ｂ）における下面）とを保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体２００Ａを含浸させることによって行えばよい。なお、保護材等を用いる必要がない場合には、上述のエッチング処理のために保護材で保護を行う必要はない。
また、ここでは、Ｓｉ基板１０及びバッファ層１１の両方をエッチングで除去する形態について説明するが、バッファ層１１だけを選択的にエッチングする溶液を用いてバッファ層１１を除去することにより、Ｓｉ基板１０を積層体２００Ｂから取り外してもよい。このようなエッチング溶液としては、例えば、フッ硝酸溶液（フッ酸と硝酸の混合液）を用いればよい。なお、フッ硝酸溶液に水を加えて希釈してもよい。
最後に、図７（Ａ）に示す積層体２００Ｂのコンタクト層１２の上面に図７（Ｂ）に示すようにメタル層１７を形成するとともに、ｐ−Ｓｉ基板２３１の下面にメタル層２３３を形成する。メタル層２３３は、メタル層１７と同様に、ｐ−Ｓｉ基板２３１の下面にＡｕ又はＡｇ等の金属を蒸着することによって形成することができる。メタル層２３３は、実施の形態２の太陽電池（積層体２００Ｃ）の下部電極である。
また、図７（Ｂ）に示すコンタクト層１２Ｃは、実施の形態１のコンタクト層１２Ｃと同様であり、図７（Ａ）に示すコンタクト層１２の上面にメタル層１７（図７（Ｂ）参照）を形成した後に、メタル層１７をマスクとして用いてコンタクト層１２（図７（Ａ）参照）のうちメタル層１７の直下に位置する部分以外を除去することによって形成される。
コンタクト層１２Ｃの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０のＧａＩｎＰを溶解しないため、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
以上により、図７（Ｂ）に示す積層体２００Ｃを作製することができる。積層体２００Ｃは、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０（１．７ｅＶ）とシリコンセル２３０（１．１ｅＶ）の２つの光電変換セルを含む太陽電池である。すなわち、積層体２００Ｃは、化合物半導体製の光電変換セルと、シリコン半導体製の光電変換セルとを含む２接合太陽電池である。
積層体２００Ｃにおいて、バッファ層１１は、第１バッファ層の一例であり、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０は、第１光電変換セルの一例である。また、図６（Ｂ）に示す積層体２００Ａは、第１積層体の一例であり、Ｓｉ基板１０は、第１シリコン基板の一例である。また、シリコンセル２３０は、シリコン半導体製の光電変換セルの一例である。
以上のように、実施の形態２の太陽電池の製造方法によれば、バンドギャップの大きいＧａＩｎＰＡｓセル２２０（１．７ｅＶ）がシリコンセル２３０（１．１ｅＶ）よりも光入射側に作製される。これは、光入射側のＧａＩｎＰＡｓセル２２０で短波長光を吸収し、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０を透過した比較的波長の長い光をシリコンセル２３０で吸収するためである。
１．７ｅＶ／１．１ｅＶを含む２接合太陽電池のエネルギー変換効率は、１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶを含む３接合太陽電池と同程度と見積られている（例えば、２０１０年秋季応用物理学会 講演予稿集 15p-NC-4参照）。
２接合太陽電池は、接合界面でのキャリアや光のロス対策や電流整合の容易さを考えると、３接合太陽電池よりも実用的である。
以上、実施の形態２の太陽電池の製造方法によれば、安価なＳｉ基板１０の上にバッファ層１１を形成し、バッファ層１１の上にコンタクト層１２、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０、トンネル接合層２１３、及び接合層２１４Ａを形成することにより、積層体２００（図６（Ａ）参照）を作製する。
また、積層体２００の接合層２１４Ａと、シリコンセル２３０の上面に形成された接合層２１４Ｂとを接合することにより、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０とシリコンセル２３０を含む積層体２００Ａ（図６（Ｂ）参照）を作製する。
そして、積層体２００ＡからＳｉ基板１０及びバッファ層１１を除去して得る積層体２００Ｂ（図７（Ａ）参照）のコンタクト層１２の上にメタル層１７を形成する。また、さらに、コンタクト層１２からコンタクト１２Ｃを形成することにより、実施の形態２の太陽電池（積層体２００Ｃ（図７（Ｂ）参照）を作製する。
すなわち、実施の形態２によれば、化合物半導体基板を使わずに化合物半導体製の光電変換セルを含む太陽電池を製造することができる。このため、実施の形態２の太陽電池の製造方法では、低コストで高効率な太陽電池を作製することができる。
また、Ｓｉ基板１０と化合物半導体製の太陽電池との格子定数の不整合を吸収するために格子緩和を実現するバッファ層１１は除去してあり、最終製品としての太陽電池（積層体２００Ｃ）には含まれないので、高い信頼性を有する太陽電池（積層体２００Ｃ）を提供することができる。
実施の形態２の製造方法によって製造される太陽電池は、格子定数の差を緩和するバッファ層１１が最終製品としての太陽電池に残らないので、非特許文献１に記載の太陽電池よりも、信頼性の高い太陽電池を製造することができる。
また、実施の形態２の太陽電池の製造方法によれば、２接合で高効率を得ることができる太陽電池（積層体２００Ｃ）を容易に製造することができる。
なお、図７（Ｂ）に示す太陽電池（積層体２００Ｃ）のＧａＩｎＰＡｓセル２２０の上面のうちの光入射面（コンタクト層１２Ｃ及びメタル層１７で覆われていない部分）には、反射防止膜を形成してもよい。
また、実施の形態２の太陽電池は、図８に示すように変形することができる。
図８は、実施の形態２の変形例による太陽電池の断面構造を示す図である。
図８に示す太陽電池２００Ｄは、図７（Ｂ）に示すトンネル接合層２１３を含まず、接合層２１４Ａと２１４Ｂとの間は、固定部材２８０によって機械的に接合されている。固定部材２８０としては、例えば、パラジウムナノパーティクルアレイ（Pd Nanoparticle Array）を用いることができる。
パラジウムナノパーティクルアレイは、ブロック共重合体の相分離配列を利用して導電性ナノ粒子を接合界面に自己配列させるものである。Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ等のナノ配列が可能である。ブロック共重合体の希釈液をスピンコートし、ブロック共重合体を自己配列させ、Ｐｄ２＋（パラジウムイオン）のようなメタルイオンを含んだ水溶液にさらすことで、ブロック共重合体にメタルイオンが選択的に形成される。そして、Ａｒ（アルゴン）プラズマを照射することで、ブロック共重合体テンプレートが除去され、自己配列したナノパーティクルアレイが形成される。ナノパーティクルのない部分を光が透過する。パラジウムナノパーティクルアレイを用いることにより、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０を透過した光を効率的にＳｉセル２３０に誘導することができる。
接合層２１４Ａ又は２１４Ｂにパラジウムナノパーティクルアレイを形成した状態で、接合層２１４Ａと２１４Ｂを接合することにより、化合物半導体太陽電池を作製することができる。
固定部材２８０は、固定部の一例である。このように、固定部材２８０を用いて、２つの積層体を機械的に重ね合わせる接合方法をメカニカルスタックという。
なお、固定部材２８０は、パラジウムナノパーティクルアレイに限らず、他の金属（例えば、Ａｕ（金））を含むナノパーティクルアレイであってもよく、その他の機械的な手段であってもよい。
このように、実施の形態２の変形例による太陽電池では、接合層２１４Ａと２１４Ｂとの間を固定部材２８０によって接合しているので、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０と接合層２１４Ａの間にトンネル接合層２１３（図７（Ｂ）参照）は不要になり、接合層２１４Ａの上にＧａＩｎＰＡｓセル２２０を直接接合している。
以上のように、Ｓｉセル２３０を含む積層体と、ＧａＩｎＰＡｓセル２２０を含む積層体とは、メカニカルスタックによって接合してもよい。
＜実施の形態３＞
実施の形態３の太陽電池の製造方法は、４つの化合物半導体製の光電変換セルを含む４接合太陽電池を製造する方法である。実施の形態３の太陽電池は、４つのうちの２つの光電変換セルと、他の２つの光電変換セルとが互いに異なる格子定数を有する。このため、２つのＳｉ基板にそれぞれ２つの光電変換セルを作製した後に、接合することによって４接合太陽電池を製造する。
図９乃至図１３は、実施の形態３の太陽電池の製造方法を示す図である。図９乃至図１３において、実施の形態１で説明した構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
まず、図９（Ａ）に示す積層体３００Ａと３００Ｂを作製する。
積層体３００Ａは、Ｓｉ基板１０Ａの上に、バッファ層３１１Ａ、コンタクト層３１２Ａ、ＧａＩｎＡｓセル３４０、トンネル接合層３１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０、及び接合層３１４Ａを順次形成することによって作製される。
また、積層体３００Ｂは、Ｓｉ基板１０Ｂの上に、バッファ層１１Ｂ、コンタクト層１２Ｂ、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、トンネル接合層３１３Ｂ、及び接合層３１４Ｂを順次形成することによって作製される。
ここで、図９に示す積層体３００Ａは、図中における上側から太陽光が入射することを想定して作製され、積層体３００Ｂは、図中における下側から太陽光が入射することを想定して作製される。
まず、積層体３００Ａについて説明する。積層体３００Ａに含まれるＳｉ基板１０Ａは、実施の形態１のＳｉ基板１０と同様である。
バッファ層３１１Ａは、Ｓｉ基板１０Ａの上にＧｅ層をＣＶＤ法等で直接積層し、熱サイクル（ＴＣＡ）を行ってＧｅ層に欠陥を生じさせることにより、Ｇｅ層にＳｉとＧｅの格子定数の差を緩和する構造を形成する。その後、Ｇｅ層の表面の平坦化処理を行う。
そして、平坦化処理を行ったＧｅ層の上に、ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法等で形成し、さらにＧａＡｓ層の上に、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層をＭＯＣＶＤ法等で形成することにより、さらなる格子緩和を実現する。
具体的には、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層としては、ＧａＡｓと格子定数がほぼ等しいＡｌＡｓから、ＩｎＰの格子定数を少し超える組成のＡｌＩｎＡｓまで、層内におけるＩｎの組成比を徐々に（傾斜的に）増加させる。そして、ＡｌＩｎＡｓ組成傾斜層の最上層の少し手前でＩｎの組成比を少し戻すことにより、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層の格子定数をＩｎＰの格子定数と同程度の格子定数に戻す。そして、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層の最上層部には、ＩｎＰの格子定数（約５．８７Å）と同程度の格子定数が得られるＩｎの組成比に固定した層を形成する。
すなわち、バッファ層３１１Ａとして、Ｓｉ基板１０Ａの上に、Ｇｅ層、ＧａＡｓ層、及びＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層を含む層を形成する。
また、コンタクト層３１２Ａは、バッファ層３１１Ａの上に、ＧａＩｎＡｓ層をＭＯＣＶＤ法等で積層することによって形成される。なお、コンタクト層３１２Ａとして形成されるＧａＩｎＡｓ層は、ＩｎＰの格子定数に非常に近い格子定数を有し、バッファ層３１１Ａの上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓの組成が調整されている。
ＧａＩｎＡｓセル３４０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・ヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層３４１とｐ層３４２と含む。ＧａＩｎＡｓセル３４０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ層３４２とｎ層３４１とをコンタクト層３１２Ａに順次積層することによって形成される。
ｎ層３４１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層３４２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態３では、ＧａＩｎＡｓセル３４０のバンドギャップが０．７ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓの組成を調整する。
なお、ＧａＩｎＡｓセル３４０は、ＩｎＰの格子定数に非常に近い格子定数を有し、コンタクト層３１２Ａの上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓの組成が調整されている。
なお、ｎ層３４１とトンネル接合層３１３Ａとの間（ＧａＩｎＡｓセル３４０への入射側）に、ＧａＩｎＡｓセル３４０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層３４２の下（Ｐ層３４２とコンタクト層３１２Ａとの間）に、ＧａＩｎＡｓセル３４０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
トンネル接合層３１３Ａは、ＧａＩｎＡｓセル３４０とＧａＩｎＰＡｓセル３５０との間に設けられ、ＧａＩｎＡｓセル３４０のｎ層３４１とｐ層３４２、及び、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０のｎ層３５１とｐ層３５２よりも高濃度にドーピングされたｎ層及びｐ層を含む。トンネル接合層３１３Ａは、ＧａＩｎＡｓセル３４０のｎ層３４１と、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０のｐ層３５２との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層３１３Ａは、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＩｎＡｓセル３４０の表面にＡｌＧａＩｎＡｓ層のｎ層とｐ層をこの順に積層することによって形成される。
なお、トンネル接合層３１３Ａは、ＩｎＰの格子定数に非常に近い格子定数を有し、ＧａＩｎＡｓセル３４０の上に結晶成長できるように、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓの組成が調整されている。
ＧａＩｎＰＡｓセル３５０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・リン（Ｐ）・ヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層３５１とｐ層３５２を含む。ＧａＩｎＰＡｓセル３５０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ層３５２とｎ層３５１とをトンネル接合層３１３Ａに順次積層することによって形成される。
ｎ層３５１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層３５２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態３では、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０のバンドギャップが１．０ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓの組成を調整する。
なお、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０は、ＩｎＰの格子定数に非常に近い格子定数を有し、トンネル接合層３１３Ａの上に結晶成長できるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓの組成が調整されている。
なお、ｎ層３５１と接合層３１４Ａとの間（ＧａＩｎＰＡｓセル３５０への入射側）に、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層３５２の下（Ｐ層３５２とトンネル接合層３１３Ａとの間）に、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
接合層３１４Ａは、主に、接合層３１４Ｂと接合されることによって積層体３００Ａと３００Ｂを接続するとともに、積層体３００ＡのＧａＩｎＰＡｓセル３５０と、積層体３００ＢのＧａＡｓセル３０との間の抵抗を軽減するためにＧａＩｎＰＡｓセル３５０に積層される層である。
接合層３１４Ａとしては、例えば、高濃度にドーピングした薄いｎ−ＩｎＰ層を用いる。接合層３１４Ａとしてのｎ−ＩｎＰ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＩｎＰＡｓセル３５０の上に形成することができる。
なお、接合層３１４Ａは、ＩｎＰの格子定数に非常に近い格子定数を有し、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０の上に結晶成長できるように組成が調整されている。
以上のように、図９（Ａ）に示す積層体３００Ａは、Ｓｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａの上に、光入射方向に対する奥側となるコンタクト層３１２Ａから、ＧａＩｎＡｓセル３４０、トンネル接合層３１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０、及び接合層３１４Ａまでを順次積層することによって形成される。
このため、バンドギャップの大きいＧａＩｎＰＡｓセル３５０（１．０ｅＶ）がＧａＩｎＡｓセル３４０（０．７ｅＶ）よりも光入射側に作製される。
なお、実施の形態３では、Ｓｉ基板１０Ａとバッファ層３１１Ａは、それぞれ、第１シリコン基板と第１バッファ層の一例である。ＧａＩｎＡｓセル３４０とＧａＩｎＰＡｓセル３５０は、第１光電変換セルの一例であり、また、ＩｎＰ格子整合系の材料で形成されるセルの一例である。また、接合層３１４Ａは、第１接合層の一例である。
次に、積層体３００Ｂについて説明する。積層体３００Ｂのうち、Ｓｉ基板１０Ｂ、バッファ層１１Ｂ、コンタクト層１２Ｂ、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、及びＧａＡｓセル３０は、それぞれ、実施の形態１のＳｉ基板１０、バッファ層１１、コンタクト層１２、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、及びＧａＡｓセル３０と同様である。
積層体３００Ｂでは、ＧａＡｓセル３０にトンネル接合層３１３Ｂと接合層３１４Ｂが積層されている。
トンネル接合層３１３Ｂは、ＧａＡｓセル３０と接合層３１４Ｂとの間に設けられ、ＧａＡｓセル３０のｎ層３１とｐ層３２よりも高濃度にドーピングされたｎ層及びｐ層を含む。トンネル接合層３１３Ｂは、ＧａＡｓセル３０のｐ層３２と、接合層３１４Ｂとの間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層３１３Ｂは、例えば、ＧａＡｓ層によるｐ層とｎ層を含む。トンネル接合層３１３Ｂは、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓセル３０の表面にｐ層とｎ層をこの順に積層することによって形成される。
なお、トンネル接合層３１３Ｂは、ＧａＡｓ層の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、ＧａＡｓセル３０の上に結晶成長できるように組成が調整されている。
接合層３１４Ｂは、主に、接合層３１４Ａと接合されることによって積層体３００Ａと３００Ｂを接続するとともに、積層体３００ＢのＧａＡｓセル３０及びトンネル接合層３１３Ｂと、積層体３００ＡのＧａＩｎＰＡｓセル３５０との間の抵抗を軽減するためにトンネル接合層３１３Ｂに積層される層である。
接合層３１４Ｂとしては、例えば、ｎ型のガリウムヒ素（ｎ−ＧａＡｓ）層を用いる。接合層３１４ＢとしてのＧａＡｓ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によってトンネル接合層３１３Ｂの上に形成することができる。
なお、接合層３１４Ｂとしては、ＧａＡｓ層の格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有し、トンネル接合層３１３Ｂの上に結晶成長できるように組成が調整されている。
また、ＧａＩｎＰセル２０のｎ層２１とコンタクト層１２Ｂとの間（ＧａＩｎＰセル２０への入射側）に、ＧａＩｎＰセル２０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層２２の上（Ｐ層２２とトンネル接合層１３との間）に、ＧａＩｎＰセル２０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
また、ＧａＡｓセル３０のｎ層３１とトンネル接合層１３との間（ＧａＡｓセル３０への入射側）に、ＧａＡｓセル３０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層３２の上（Ｐ層３２とトンネル接合層３１３Ｂとの間）に、ＧａＡｓセル３０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
ここで、実施の形態３では、Ｓｉ基板１０Ｂとバッファ層１１Ｂは、それぞれ、第２シリコン基板と第２バッファ層の一例である。ＧａＩｎＰセル２０とＧａＡｓセル３０は、第２光電変換セルの一例であり、また、ＧａＡｓ格子整合系の材料で形成されるセルの一例である。また、接合層３１４Ｂは、第２接合層の一例である。
次に、積層体３００Ａを天地逆にして、図１０に示すように、接合層３１４Ａと３１４Ｂを接合することにより、積層体３００Ａと３００Ｂとを直接接合する。図１０に示すように積層体３００Ａと３００Ｂを接続して得る積層体を積層体３００Ｃと称す。積層体３００Ｃは、第２積層体の一例である。
この接合処理は、積層体３００Ａの接合層３１４Ａと、積層体３００Ｂの接合層３１４Ｂとの表面に清浄化処理と表面活性化処理を行い、接合層３１４Ａ及び３１４Ｂ同士を直接接合する。なお、表面活性化処理は、窒素（Ｎ２）プラズマ処理で行い、接合処理は、例えば、真空中で接合層３１４Ａ及び３１４Ｂを１５０℃に加熱した状態で行えばよい。
次に、図１０に示す積層体３００ＣのＳｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａをエッチングすることにより、積層体３００ＣからＳｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａを取り除くと、図１１（Ａ）に示す積層体３００Ｄを得る。積層体３００Ｄは、図１０に示す積層体３００ＣからＳｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａを除去したものである。
Ｓｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａのエッチングは、例えば、Ｓｉ基板１０Ａとバッファ層３１１Ａの中のＧｅ層を、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）と酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）の混合液（ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ混合液）でエッチングする。また、バッファ層３１１Ａの中のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＡｓ組成傾斜層を硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合液）でエッチングすればよい。
このとき、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、コンタクト層３１２ＡのＧａＩｎＡｓを溶解するため、バッファ層３１１Ａとコンタクト層３１２Ａとの間にＧａＩｎＰ層のようなエッチングストップ層を設けることによってウェットエッチング処理をストップさせることができる。
なお、このようなエッチングの際には、積層体３００ＣのＳｉ基板１０Ａの表面（図１０における上面）以外を保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体３００Ｃを含浸させることによって行えばよい。
すなわち、Ｓｉ基板１０Ａ、バッファ層３１１Ａ、コンタクト層３１２Ａ、ＧａＩｎＡｓセル３４０、トンネル接合層３１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０、接合層３１４Ａ、接合層３１４Ｂ、トンネル接合層３１３Ｂ、ＧａＡｓセル３０、トンネル接合層１３、ＧａＩｎＰセル２０、コンタクト層１２Ｂ、バッファ層１１Ｂ、及びＳｉ基板１０Ｂの側面と、Ｓｉ基板１０Ｂの表面（図１０における下面）とを保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体３００Ｃを含浸させることによって行えばよい。なお、保護材等を用いる必要がない場合には、上述のエッチング処理のために保護材で保護を行う必要はない。
また、ここでは、Ｓｉ基板１０Ａ及びバッファ層３１１Ａの両方をエッチングで除去する形態について説明するが、バッファ層３１１Ａだけを選択的にエッチングする溶液を用いてバッファ層３１１Ａを除去することにより、Ｓｉ基板１０Ａを積層体３００Ｃから取り外してもよい。このようなエッチング溶液としては、例えば、フッ硝酸溶液（フッ酸と硝酸の混合液）を用いればよい。なお、フッ硝酸溶液に水を加えて希釈してもよい。
次に、図１１（Ｂ）に示すように、支持基板８０を用意し、積層体３００Ｄ（図１１（Ａ）参照）のコンタクト層３１２Ａの上にメタル層３１５Ａを形成するとともに、支持基板８０の上にメタル層１５Ｂを形成する。
メタル層３１５Ａ、１５Ｂは、例えば、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等の金属製の薄膜であり、蒸着法又はスパッタ法等によって形成することができる。また、支持基板８０は、例えば、プラスチック製のフィルムであればよい。
なお、図１１（Ｂ）に示すように積層体３００Ｄ（図１１（Ａ）参照）のコンタクト層３１２Ａの上にメタル層３１５Ａを形成した積層体を積層体３００Ｅと称す。積層体３００Ｅは、第３積層体の一例である。
次に、図１２（Ａ）に示すように、積層体３００Ｅ（図１１（Ｂ）参照）を天地逆にして、接合層３１６を用いて、積層体３００Ｅのメタル層３１５Ａと、支持基板８０の表面に形成されたメタル層１５Ｂとを接合する。
接合層３１６は、実施の形態１の接合層１６と同様であり、例えば、銀（Ａｇ）ナノ粒子をエポキシ樹脂に含有させた導電性エポキシ剤等の接合剤をメタル層３１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布したものである。接合層３１６は、例えば、接合剤をスクリーン印刷等によってメタル層３１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布することによって形成される。
このような接合層３１６を用いて、メタル層３１５Ａと１５Ｂを貼り合わせることにより、図１２（Ａ）に示す積層体３００Ｆを得る。このとき、接合層３１６を加熱することにより、接合層３１６でメタル層３１５Ａと１５Ｂを融着すればよい。積層体３００Ｆは、積層体３００Ｅ（図１１（Ｂ）参照）、接合層３１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０を含む。
なお、メタル層３１５Ａ、接合層３１６、及びメタル層１５Ｂは、太陽電池の下部電極（裏面電極）として用いられる。
次に、図１２（Ａ）に示す積層体３００ＦのＳｉ基板１０Ｂ及びバッファ層１１Ｂをエッチングすることにより、積層体３００ＦからＳｉ基板１０Ｂ及びバッファ層１１Ｂを取り除くと、図１２（Ｂ）に示す積層体３００Ｇを得る。積層体３００Ｇは、図１２（Ａ）に示す積層体３００ＦからＳｉ基板１０Ｂ及びバッファ層１１Ｂを除去したものである。
バッファ層１１Ｂのエッチングは、実施の形態１におけるバッファ層１１のエッチングと同様に、例えば、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いたウェットエッチング処理で行えばよい。
なお、このようなエッチングに際しては、積層体３００ＦのＳｉ基板１０Ｂの表面（図１２（Ａ）における上面）以外を保護材等で保護した状態で、積層体３００Ｆをエッチング溶液に含浸させることによって行えばよい。
すなわち、Ｓｉ基板１０Ｂ、バッファ層１１Ｂ、コンタクト層１２Ｂ、ＧａＩｎＰセル２０、トンネル接合層１３、ＧａＡｓセル３０、トンネル接合層３１３Ｂ、接合層３１４Ｂ、接合層３１４Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０、トンネル接合層３１３Ａ、ＧａＩｎＡｓセル３４０、コンタクト層３１２Ａ、メタル層３１５Ａ接合層３１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０の側面と、支持基板８０の表面（図１０における下面）とを保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体３００Ｆを含浸させることによって行えばよい。なお、保護材等を用いる必要がない場合には、上述のエッチング処理のために保護材で保護を行う必要はない。
また、ここでは、Ｓｉ基板１０Ｂ及びバッファ層１１Ｂの両方をエッチングで除去する形態について説明するが、バッファ層１１Ｂだけを選択的にエッチングする溶液を用いてバッファ層１１Ｂを除去することにより、Ｓｉ基板１０Ｂを積層体３００Ｆから取り外してもよい。このようなエッチング溶液としては、例えば、フッ硝酸溶液（フッ酸と硝酸の混合液）を用いればよい。なお、フッ硝酸溶液に水を加えて希釈してもよい。
最後に、図１３に示すように、積層体３００Ｇ（図１２（Ｂ）参照）のコンタクト層１２Ｂの上面にメタル層１７を形成する。メタル層１７は、コンタクト層１２Ｂ（図１２（Ｂ）参照）の上面のうちの一部に形成する。これは、メタル層１７は、太陽電池の上部電極となるものであるからである。
メタル層１７は、例えば、リフトオフ法によって形成することができる。メタル層１７は、図１２（Ｂ）に示すコンタクト層１２Ｂの上面に、図１３に示すメタル層１７を形成する領域以外の領域にレジストを形成し、レジストの上からＡｕ又はＡｇ等の金属を蒸着した後に、レジストを除去することによって形成される。
なお、図１３に示すコンタクト層１２Ｃは、図１２（Ｂ）に示すコンタクト層１２Ｂの上面にメタル層１７（図１３参照）を形成した後に、メタル層１７をマスクとして用いてコンタクト層１２Ｂ（図１２（Ｂ）参照）のうちメタル層１７の直下に位置する部分以外を除去することによって形成される。
コンタクト層１２Ｃの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。
以上により、図１３に示す積層体３００Ｈを作製することができる。積層体３００Ｈは、光入射方向からＧａＩｎＰセル２０（１．９ｅＶ）、ＧａＡｓセル３０（１．４ｅＶ）、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０（１．０ｅＶ）、ＧａＩｎＡｓセル３４０（０．７ｅＶ）の４つの光電変換セルを含む太陽電池である。すなわち、積層体３００Ｈは、化合物半導体製の太陽電池である。
ここで、文献(Proceedings of the 28st IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2009) pp.1090-1093.)には、４接合太陽電池においては、およそ１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７ｅＶのバンドギャップのバランスが好ましいことが記載されている。
また、３接合太陽電池においては、文献（応用物理79巻5号、2010、P.436)には、１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶの組み合わせや、１．７ｅＶ／１．２ｅＶ／０．６７ｅＶの組み合わせが、当該文献における現状の３接合セル（１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶ）より好ましいことが記載されている。
ところで、上述のようなバンドギャップの組み合わせを１つの基板で実現することは困難である。これは、上述の４接合太陽電池や３接合太陽電池は、格子定数の異なる光電変換セルを含むからである。
これに対して、実施の形態３の太陽電池の製造方法では、格子定数の異なる光電変換セル（３４０及び２５０と、２０及び３０）を別々のＳｉ基板１０Ａ、１０Ｂ上に形成する。また、別々のＳｉ基板１０Ａ、１０Ｂに形成した格子定数が互いに異なる光電変換セル（３４０及び２５０と、２０及び３０）を直接接合法により接合することによって太陽電池を製造する。
このため、実施の形態３によれば、格子定数の異なる光電変換セルを含む太陽電池を容易に製造することができる。
なお、実施の形態３では、１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７ｅＶのバンドギャップの組み合わせを有する太陽電池（積層体３００Ｈ）を製造する形態について説明した。
しかしながら、バンドギャップの組み合わせはこれに限られるものではなく、各光電変換セルの材料の組成を変えることにより、バンドギャップのバランスを変更することができる。従って、各光電変換セルの材料の組成を変えることにより、バンドギャップのバランスを最適化することができる。
例えば、文献(Progress in Photovoltaics 10, 2002, pp.323-329.)には、４接合太陽電池においては、２．１ｅＶ／１．５ｅＶ／１．１ｅＶ／０．８ｅＶの組み合わせが好ましいことが記載されている。
実施の形態３の太陽電池（積層体３００Ｈ）において、ＧａＩｎＰセル２０にＡｌを加えたＡｌＧａＩｎＰセルを形成することにより、バンドギャップを２．１ｅＶに調整することが可能である。
また、ＧａＡｓセル３０にＩｎとＰを加えてＧａＩｎＰＡｓセルを形成することにより、バンドギャップを１．５ｅＶに調整することが可能である。
また、ＧａＩｎＰＡｓセル３５０の組成を調整することにより、バンドギャップを１．１ｅＶに調整することが可能である。
また、ＧａＩｎＡｓセル３４０にＰを加えてＧａＩｎＰＡｓセルを形成することにより、バンドギャップを０．８ｅＶに調整することが可能である。
実施の形態の１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７ｅＶの組み合わせを有する４接合太陽電池（積層体３００Ｈ）のエネルギー変換効率は、１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶの組み合わせを有する３接合太陽電池より高い。
このため、実施の形態３によれば、化合物半導体基板を使わずに、低コストで高効率の化合物半導体太陽電池を作製することができる。
また、実施の形態３では、ＧａＡｓ格子整合系の材料とＩｎＰ格子整合系の材料とを貼り合わせる場合について説明したが、ＧａＡｓ格子整合系の材料の代わりにＧｅ格子整合系の材料を用いてもよい。この場合は、Ｇｅ格子整合系の材料の格子定数がＧａＡｓ格子整合系の材料の格子定数よりもわずかに大きくなるので、適宜、Ｇｅ格子整合系の材料の組成を調整すればよい。なお、ＧａＡｓセル３０の代わりに、Ｉｎ組成が１％程度のＧａＩｎＡｓで作製したセルを用いることができる。バッファ層１１の最表面はＧｅであり、より容易に作製できる。
また、Ｓｉ基板１０と化合物半導体製の光電変換セル（２０、３０、３４０、３５０）との格子定数の不整合を解消するための格子緩和を実現するバッファ層１１Ｂ、３１１Ａは、多数の欠陥（格子欠陥）を含むため、最終製品に含まれると再結合中心になり得るものであり、効率低下の原因になりかねない。
しかしながら、バッファ層１１Ｂ、３１１Ａは、実施の形態３の太陽電池の製造方法の途中の工程で除去されており、最終製品（積層体３００Ｈ）には含まれない。
このため、実施の形態３の太陽電池の製造方法では、高い信頼性を有する太陽電池（積層体３００Ｈ）を製造することができる。
実施の形態３の製造方法によって製造される太陽電池は、格子定数の差を緩和するバッファ層１１Ｂ、３１１Ａが最終製品としての太陽電池に残らないので、非特許文献１に記載の太陽電池よりも、信頼性の高い太陽電池を製造することができる。
また、実施の形態３によれば、Ｓｉ基板１０Ａ、１０Ｂを除去してプラスチックフィルム製の支持基板８０に化合物半導体製の光電変換セル（２０、３０、３４０、３５０）を貼り合わせているので、フレキシブルで軽量な太陽電池を製造することができる。
なお、以上では、ＩｎＰ格子整合系の材料で形成されるセルの一例として、ＧａＩｎＡｓセル３４０とＧａＩｎＰＡｓセル３５０を形成する形態について説明した。すなわち、ＩｎＰ格子整合系の材料は、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓと表すことができる。
また、以上では、ＧａＡｓ格子整合系の材料で形成されるセルの一例として、ＧａＩｎＰセル２０とＧａＡｓセル３０を形成する形態について説明した。ＧａＩｎＰセル２０の代わりに、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）で表される材料で形成されるセルを用いてもよい。
なお、図１３に示す太陽電池（積層体１００Ｄ）のＧａＩｎＰセル２０の上面のうちの光入射面（コンタクト層３１２Ａ及びメタル層１７で覆われていない部分）には、反射防止膜を形成してもよい。
また、実施の形態２の変形例（図８参照）と同様に、接合層３１４Ａと３１４Ｂとを固定部材で接合してもよい。この場合、トンネル接合層３１３Ｂは不要になる。
＜実施の形態４＞
実施の形態４の太陽電池の製造方法は、ＡｌＩｎＡｓセル（１．９ｅＶ）／ＧａＩｎＰＡｓセル（１．３ｅＶ）／ＧａＩｎＡｓセル（０．９ｅＶ）の３つの光電変換セルを含む３接合太陽電池の製造方法である。
図１４乃至図１６は、実施の形態４の太陽電池の製造方法を示す図である。
まず、図１４（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０の上に、バッファ層４１１、コンタクト層４１２、ＡｌＩｎＡｓセル４２０、トンネル接合層４１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、トンネル接合層４１３Ｂ、ＧａＩｎＡｓセル４４０、及びコンタクト層４１４を順次積層する。
ここで、図１４（Ａ）に示す積層体４００は、図中における下側から太陽光が入射することを想定して作製される。
Ｓｉ基板１０は、実施の形態１のＳｉ基板１０と同様である。
バッファ層４１１は、Ｓｉ基板１０の上にＧｅ層をＣＶＤ法等で直接積層し、熱サイクル（ＴＣＡ）を行ってＧｅ層に欠陥を生じさせることにより、Ｇｅ層にＳｉとＧｅの格子定数の差を緩和する構造を形成する。その後、Ｇｅ層の表面の平坦化処理を行う。
そして、平坦化処理を行ったＧｅ層の上に、ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法等で形成し、さらにＧａＡｓ層の上に、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層をＭＯＣＶＤ法等で形成することにより、さらなる格子緩和を実現する。
具体的には、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層としては、ＧａＡｓと格子定数がほぼ等しいＡｌＡｓ（格子定数：約５．６５Å）から、格子定数が５．８Åを少し超える組成のＡｌＩｎＡｓまで、層内におけるＩｎの組成比を徐々に（傾斜的に）増加させる。そして、ＡｌＩｎＡｓ組成傾斜層の最上層の少し手前でＩｎの組成比を少し戻すことにより、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層の格子定数を５．８Åに戻す。そして、ＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層の最上層部には、５．８Åの格子定数が得られるＩｎの組成比に固定した層を形成する。
すなわち、バッファ層４１１として、Ｓｉ基板１０の上に、Ｇｅ層、ＧａＡｓ層、及びＡｌＩｎＡｓ製の組成傾斜層を含む層を形成する。
また、コンタクト層４１２は、主に、後に形成するメタル層１７（図１６参照）とオーミック接続するためにバッファ層４１１に積層される層であり、バッファ層４１１の上に、ＧａＩｎＡｓ層をＭＯＣＶＤ法等で積層することによって形成される。
ＡｌＩｎＡｓセル４２０は、アルミニウム（Ａｌ）・インジウム（Ｉｎ）・ヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層４２１とｐ層４２２と含む。ＡｌＩｎＡｓセル４２０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層４２１とｐ層４２２とをコンタクト層４１２の上に順次積層することによって形成される。
ｎ層４２１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層４２２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態４では、ＡｌＩｎＡｓセル４２０のバンドギャップが１．９ｅＶになるように、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｓの組成を調整する。
なお、ＡｌＩｎＡｓセル４２０の格子定数は約５．８Åに調整されており、バッファ層４１１の上に結晶成長できるものである。
また、ＡｌＩｎＡｓセル４２０のｎ層４２１とコンタクト層４１２との間（ＡｌＩｎＡｓセル４２０への入射側）に、ＡｌＩｎＡｓセル４２０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層４２２の上（Ｐ層４２２とトンネル接合層４１３Ａとの間に、ＡｌＩｎＡｓセル４２０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
トンネル接合層４１３Ａは、ＡｌＩｎＡｓセル４２０とＧａＩｎＰＡｓセル４３０との間に設けられ、ＡｌＩｎＡｓセル４２０のｎ層４２１とｐ層４２２、及び、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のｎ層４３１とｐ層４３２よりも高濃度にドーピングされたＡｌＩｎＡｓのｐ層及びｎ層を含む。トンネル接合層４１３Ａは、ＡｌＩｎＡｓセル４２０のｐ層４２２と、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のｎ層４３１との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層４１３Ａは、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＩｎＡｓセル４２０の表面にｐ層のＡｌＩｎＡｓ層とｎ型のＡｌＩｎＡｓ層とをこの順に積層することによって形成される。トンネル接合層４１３Ａのｐ層とｎ層は、ＡｌＩｎＡｓセル４２０よりもバンドギャップが大きい材料で形成されていることが望ましい。これは、ＡｌＩｎＡｓセル４２０を透過した光がトンネル接合層４１３Ａで吸収されないようにするためである。
なお、トンネル接合層４１３Ａは、格子定数が約５．８Åになるように組成が調整されており、ＡｌＩｎＡｓセル４２０の上に結晶成長できるものである。
ＧａＩｎＰＡｓセル４３０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・リン（Ｐ）・ヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層４３１とｐ層４３２を含む。ＧａＩｎＰＡｓセル４３０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層４３１とｐ層４３２とをトンネル接合層４１３Ａの上に順次積層することによって形成される。
ｎ層４３１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層４３２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態４では、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のバンドギャップが１．３ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓの組成を調整する。
なお、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０は、格子定数が約５．８Åになるように組成が調整されており、トンネル接合層４１３Ａの上に結晶成長できるものである。
また、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のｎ層４３１とトンネル接合層４１３Ａとの間（ＧａＩｎＰＡｓセル４３０への入射側）に、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層４３２の上（Ｐ層４３２とトンネル接合層４１３Ｂとの間）に、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
トンネル接合層４１３Ｂは、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０とＧａＩｎＡｓセル４４０との間に設けられ、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のｎ層４３１とｐ層４３２、及び、ＧａＩｎＡｓセル４４０のｎ層４４１とｐ層４４２よりも高濃度にドーピングされたｎ層及びｐ層を含む。トンネル接合層４１３Ｂは、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０のｐ層４３２と、ＧａＩｎＡｓセル４４０のｎ層４４１との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
トンネル接合層４１３Ｂは、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０の表面にｐ型のＡｌＧａＩｎＡｓ層とｎ型のＡｌＧａＩｎＡｓ層をこの順に積層することによって形成される。トンネル接合層４１３Ｂのｐ層とｎ層は、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０よりもバンドギャップが大きい材料で形成されていることが望ましい。これは、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０を透過した光がトンネル接合層４１３Ｂで吸収されないようにするためである。
なお、トンネル接合層４１３Ｂは、格子定数が約５．８Åになるように組成が調整されており、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０の上に結晶成長できるものである。
ＧａＩｎＡｓセル４４０は、ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）・ヒ素（Ａｓ）を原料として含む化合物半導体製の光電変換セルであり、ｎ層４４１とｐ層４４２を含む。ＧａＩｎＡｓセル４４０は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ層４４１とｐ層４４２とをトンネル接合層４１３Ｂの上に順次積層することによって形成される。
ｎ層４４１のドーパントとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）又はセレン（Ｓｅ）等を用いることができる。また、ｐ層４４２のドーパントとしては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。実施の形態４では、ＧａＩｎＡｓセル４４０のバンドギャップが０．９ｅＶになるように、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓの組成を調整する。
なお、ＧａＩｎＡｓセル４４０は、格子定数が約５．８Åになるように組成が調整されており、トンネル接合層４１３Ｂの上に結晶成長できるものである。
また、ＧａＩｎＡｓセル４４０のｎ層４４１とトンネル接合層４１３Ｂとの間（ＧａＩｎＡｓセル４４０への入射側）に、ＧａＩｎＡｓセル４４０よりもワイドギャップのウィンドウ層を形成してもよい。また、ｐ層４４２の上（Ｐ層４４２とコンタクト層４１４との間）に、ＧａＩｎＡｓセル４４０よりもワイドギャップのＢＳＦ(Back Surface Field)層を形成してもよい。
コンタクト層４１４は、主に、後に形成する電極（メタル層４１５Ａ）とオーミック接続するためにＧａＩｎＡｓセル４４０に積層される層であり、例えば、ガリウムインジウムヒ素（ＧａＩｎＡｓ）層を用いる。コンタクト層４１４としてのＧａＩｎＡｓ層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＩｎＡｓセル４４０の上に形成することができる。
なお、コンタクト層４１４は、格子定数が約５．８Åになるように組成が調整されており、トンネル接合層４１３Ｂの上に結晶成長できるものである。
以上のように、図１４（Ａ）に示す積層体４００は、Ｓｉ基板１０及びバッファ層４１１の上に、光入射側となるコンタクト層４１２から、ＡｌＩｎＡｓセル４２０、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、ＧａＩｎＡｓセル４４０、及びコンタクト層４１４までを順次積層することによって形成される。
このため、バンドギャップの最も大きいＡｌＩｎＡｓセル４２０（１．９ｅＶ）がＧａＩｎＰＡｓセル４３０（１．３ｅＶ）及びＧａＩｎＡｓセル４４０（０．９ｅＶ）よりも光入射側に作製される。
また、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０（１．３ｅＶ）がＧａＩｎＡｓセル４４０（０．９ｅＶ）よりも光入射側に作製される。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、支持基板８０を用意し、コンタクト層４１４の上にメタル層４１５Ａを形成するとともに、支持基板８０の上にメタル層１５Ｂを形成する。メタル層４１５Ａ、１５Ｂは、例えば、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等の金属製の薄膜であり、蒸着法又はスパッタ法等によって形成することができる。また、支持基板８０は、例えば、プラスチック製のフィルムであればよい。
なお、図８（Ａ）に示す積層体４００のコンタクト層４１４の上にメタル層４１５Ａを形成したものを積層体４００Ａとする。
次に、図１５（Ａ）に示すように、積層体４００Ａを天地逆にして、接合層１６を用いて、積層体４００Ａのメタル層４１５Ａと、支持基板８０の表面に形成されたメタル層１５Ｂとを接合する。
接合層１６は、例えば、銀（Ａｇ）ナノ粒子をエポキシ樹脂に含有させた導電性エポキシ剤等の接合剤をメタル層４１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布したものである。接合層１６は、例えば、接合剤をスクリーン印刷等によってメタル層４１５Ａ又は１５Ｂの表面に塗布することによって形成される。
このような接合層１６を用いて、メタル層４１５Ａと１５Ｂを貼り合わせることにより、図１５（Ａ）に示す積層体４００Ｂを得る。このとき、接合層１６を加熱することにより、接合層１６でメタル層４１５Ａと１５Ｂを融着すればよい。積層体４００Ｂは、積層体４００Ａ、接合層１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０を含む。
なお、メタル層４１５Ａ、接合層１６、及びメタル層１５Ｂは、太陽電池の下部電極（裏面電極）として用いられる。
次に、図１５（Ａ）に示す積層体４００ＢのＳｉ基板１０及びバッファ層４１１をエッチングすることにより、積層体４００ＢからＳｉ基板１０及びバッファ層４１１を取り除くと、図１５（Ｂ）に示す積層体４００Ｃを得る。積層体４００Ｃは、図１５（Ａ）に示す積層体４００ＢからＳｉ基板１０及びバッファ層４１１を除去したものである。
Ｓｉ基板１０及びバッファ層４１１のエッチングは、例えば、Ｓｉ基板１０とバッファ層４１１の中のＧｅ層を、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）と酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）の混合液（ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ混合液）でエッチングする。また、バッファ層４１１の中のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＡｓ組成傾斜層を硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合液）でエッチングすればよい。
このとき、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、コンタクト層４１２のＧａＩｎＡｓを溶解するため、バッファ層４１１Ａコンタクト層４１２Ａとの間にＧａＩｎＰ層のようなエッチングストップ層を設けることによってウェットエッチング処理をストップさせることができる。
なお、このようなエッチングの際には、積層体４００ＢのＳｉ基板１０の上面（図１５（Ａ）における上面）以外を保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体４００Ｂを含浸させることによって行えばよい。
すなわち、Ｓｉ基板１０、バッファ層４１１、コンタクト層４１２、ＡｌＩｎＡｓセル４２０、トンネル接合層４１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、トンネル接合層４１３Ｂ、ＧａＩｎＡｓセル４４０、コンタクト層４１４、メタル層４１５Ａ、接合層１６、メタル層１５Ｂ、及び支持基板８０の側面と、支持基板８０の表面（図１５（Ａ）における下面）とを保護材等で保護してから、エッチング溶液に積層体４００Ｂを含浸させることによって行えばよい。なお、保護材等を用いる必要がない場合には、上述のエッチング処理のために保護材で保護を行う必要はない。
また、ここでは、Ｓｉ基板１０及びバッファ層４１１の両方をエッチングで除去する形態について説明するが、バッファ層４１１だけを選択的にエッチングする溶液を用いてバッファ層４１１を除去することにより、Ｓｉ基板１０を積層体４００Ｂから取り外してもよい。このようなエッチング溶液としては、例えば、フッ硝酸溶液（フッ酸と硝酸の混合液）を用いればよい。なお、フッ硝酸溶液に水を加えて希釈してもよい。
最後に、図１５（Ｂ）に示す積層体４００Ｃのコンタクト層４１２の上面にメタル層１７を形成する。メタル層１７は、コンタクト層４１２の上面のうちの一部に形成する。これは、メタル層１７は、太陽電池の上部電極となるものであるからである。
メタル層１７は、例えば、リフトオフ法によって形成することができる。メタル層１７は、図１５（Ｂ）に示すコンタクト層４１２の上面に、図１６に示すメタル層１７を形成する領域以外の領域にレジストを形成し、レジストの上からＡｕ又はＡｇ等の金属を蒸着した後に、レジストを除去することによって形成される。
なお、図１６に示すコンタクト層４１２Ｃは、図１５（Ｂ）に示すコンタクト層４１２の上面にメタル層１７（図１６参照）を形成した後に、メタル層１７をマスクとして用いてコンタクト層４１２（図１５（Ｂ）参照）のうちメタル層１７の直下に位置する部分以外を除去することによって形成される。
コンタクト層４１２Ｃの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。なお、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液によるウェットエッチング溶液をストップさせるために、ＡｌＩｎＡｓセル４２０とコンタクト層４１２Ｃとの間に、ＧａＩｎＰ層を設けてもよい。
以上により、図１６に示す積層体４００Ｄを作製することができる。積層体４００Ｄは、ＡｌＩｎＡｓセル４２０（１．９ｅＶ）、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０（１．３ｅＶ）、ＧａＩｎＡｓセル４４０（０．９ｅＶ）の３つの光電変換セルを含む太陽電池である。すなわち、積層体４００Ｄは、化合物半導体製の太陽電池である。
積層体４００Ｄにおいて、バッファ層４１１は、第１バッファ層の一例であり、ＡｌＩｎＡｓセル４２０、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、ＧａＩｎＡｓセル４４０は、第１光電変換セルの一例である。また、図１５（Ａ）に示す積層体４００Ｂは、第１積層体の一例であり、Ｓｉ基板１０は、第１シリコン基板の一例である。
以上、実施の形態４の太陽電池の製造方法によれば、Ｓｉ基板１０の上にバッファ層４１１を形成し、バッファ層４１１の上にＡｌＩｎＡｓセル４２０、トンネル接合層４１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、トンネル接合層４１３Ｂ、ＧａＩｎＡｓセル４４０、及びコンタクト層４１４を形成することにより、積層体４００Ｂ（図１５（Ａ）参照）を作製する。
そして、積層体４００ＢからＳｉ基板１０及びバッファ層４１１を除去した後に、コンタクト層４１２の上にメタル層１７を形成し、コンタクト層４１２からコンタクト４１２Ｃを形成する。
すなわち、実施の形態４の太陽電池の製造方法では、安価なＳｉ基板１０の上に、シリコンと化合物半導体層との格子定数の差を緩和するバッファ層４１１を形成することにより、Ｓｉ基板１０の上にＡｌＩｎＡｓセル４２０、トンネル接合層４１３Ａ、ＧａＩｎＰＡｓセル４３０、トンネル接合層４１３Ｂ、ＧａＩｎＡｓセル４４０、及びコンタクト層１４を形成することを可能にしている。
そして、製造工程においてＳｉ基板１０及びバッファ層４１１をウェットエッチングで除去することにより、積層体４００Ｂ（図１５（Ａ）参照）からＳｉ基板１０及びバッファ層４１１を除去している。
このため、化合物半導体製の太陽電池（積層体４００Ｄ）を低コストで製造することができる。
ここで、文献(Progress in Photovoltaics 10, 2002, pp.323-329.)には、３接合太陽電池では１．９ｅＶ／１．３ｅＶ／０．９ｅＶのバンドギャップの組み合わせが好ましいことが記載されている。
しかしながら、このような３接合太陽電池に含まれる化合物半導体製の光電変換セルは、シリコンとは異なる格子定数を有するため、シリコン基板の上に形成することは困難である。
これに対して実施の形態４の太陽電池の製造方法では、Ｓｉ基板１０上に、Ｓｉと化合物半導体との格子定数の差を吸収するバッファ層１１を設け、バッファ層１１の上に３つの光電変換セル（４２０、４３０、４４０）を結晶成長する。
このため、実施の形態４によれば、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板のように化合物半導体と同じ格子定数を有する基板の上に化合物半導体製の光電変換セルを形成する必要はない。
実施の形態４では、化合物半導体に合わせた所定の格子定数を、Ｓｉ基板１０の上に形成するバッファ層１１で実現する。そして、バッファ層１１の上に３つの光電変換セル（４２０、４３０、４４０）を結晶成長するので、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板のように高価な基板を用いることなく、化合物半導体製の光電変換セルを含む太陽電池を低コストで製造することができる。
化合物半導体に合わせた所定の格子定数を有するバッファ層１１をＳｉ基板１０の上に形成した構造は、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板のように高価な基板の擬似基板として捉えることができる。
実施の形態４による、１．９ｅＶ／１．３ｅＶ／０．９ｅＶのバンドギャップの組み合わせを有する３接合太陽電池のエネルギー変換効率は、１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６６ｅＶのバンドギャップの組み合わせを有する標準的な３接合太陽電池より高い。
従って、実施の形態４によれば、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板のような化合物半導体基板を用いずに、低コストで高効率な化合物半導体製の太陽電池を作製できる。
また、Ｓｉ基板１０と化合物半導体製の光電変換セル（４２０、４３０、４４０）との格子定数の不整合を解消するための格子緩和を実現するバッファ層１１は、多数の欠陥（格子欠陥）を含むため、最終製品に含まれると再結合中心になり得るものであり、効率低下の原因になりかねない。
しかしながら、バッファ層１１は、実施の形態４の太陽電池の製造方法の途中の工程で除去されており、最終製品（積層体４００Ｄ）には含まれない。
このため、実施の形態４の太陽電池の製造方法では、高い信頼性を有する太陽電池（積層体４００Ｄ）を製造することができる。
実施の形態４の製造方法によって製造される太陽電池は、格子定数の差を緩和するバッファ層１１が最終製品としての太陽電池に残らないので、非特許文献１に記載の太陽電池よりも、信頼性の高い太陽電池を製造することができる。
また、実施の形態４によれば、Ｓｉ基板１０を除去してプラスチックフィルム製の支持基板８０に化合物半導体製の光電変換セル（４２０、４３０、４４０）を貼り合わせているので、フレキシブルで軽量な太陽電池を製造することができる。
また、図１６に示す太陽電池（積層体４００Ｄ）のＡｌＩｎＡｓセル４２０の上面のうちの光入射面（コンタクト層４１２Ｃ及びメタル層１７で覆われていない部分）には、反射防止膜を形成してもよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態の太陽電池の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 積層体
１０ Ｓｉ基板
１１ バッファ層
１２、１４ コンタクト層
１３ トンネル接合層
１５Ａ、１５Ｂ メタル層
２０ ＧａＩｎＰセル
３０ ＧａＡｓセル
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ 積層体
２２０ ＧａＩｎＰＡｓセル
２１３ トンネル接合層
２１４Ａ 接合層
２３０ シリコンセル
２３１ ｐ−Ｓｉ基板
２３２ ｎ−Ｓｉ層
２３３ メタル層
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ、３００Ｅ、３００Ｆ、３００Ｇ、３００Ｈ 積層体
１０Ａ、１０Ｂ Ｓｉ基板
３１１Ａ、１１Ｂ バッファ層
３１２Ａ、１２Ｂ コンタクト層
３４０ ＧａＩｎＡｓセル
３１３Ａ、３１３Ｂ トンネル接合層
３５０ ＧａＩｎＰＡｓセル
３１４Ａ、３１４Ｂ 接合層
４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄ 積層体
４１１ バッファ層
４１２ コンタクト層
４１３Ａ トンネル接合層
４１３Ｂ トンネル接合層
４１４ コンタクト層
４２０ ＡｌＩｎＡｓセル
４３０ ＧａＩｎＰＡｓセル
４４０ ＧａＩｎＡｓセル
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Claims (21)

  1. 第１シリコン基板に、格子緩和を行う第１バッファ層を積層する工程と、
    前記第１バッファ層に、ｐｎ接合を有する化合物半導体で形成され、シリコンより格子定数の大きい第１光電変換セルを積層する工程と、
    前記第１光電変換セルに、支持基板を接続する工程と、
    前記第１光電変換セルから前記第１バッファ層及び前記第１シリコン基板を取り除く工程と
    を含む、太陽電池の製造方法。
  2. 前記第１光電変換セルは、少なくとも２つの光電変換セルが積層され、積層方向に直列接続される多接合セルである、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記少なくとも２つの光電変換セルは、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層で形成される光電変換セルと、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層で形成される光電変換セルとを含む、請求項２記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記第１光電変換セルは、ＧａＡｓの格子定数とＩｎＰの格子定数との間の格子定数を有する材料で形成される、請求項１又は２記載の太陽電池の製造方法。
  5. 第２シリコン基板に、格子定数を緩和する第２バッファ層を積層する工程と、
    前記第２バッファ層に、ｐｎ接合を有する化合物半導体で形成され、シリコンより格子定数が大きく、前記第１光電変換セルとは格子定数の異なる第２光電変換セルを積層する工程と、
    前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルを接合することにより、前記第１シリコン基板、前記第１バッファ層、前記第１光電変換セル、前記第２光電変換セル、前記第２バッファ層、及び前記第２シリコン基板を含む第２積層体を形成する工程と、
    前記第２バッファ層及び前記第２シリコン基板を取り除く工程と
    をさらに含み、
    前記第１光電変換セルから前記第１バッファ層及び前記第１シリコン基板を取り除く工程は、前記第２積層体に含まれる前記第１バッファ層及び前記第１シリコン基板を取り除く工程であり、
    前記第１光電変換セルに前記支持基板を接続する工程は、前記第２積層体から前記第１シリコン基板及び前記第１バッファ層を取り外した第３積層体に含まれる前記第１光電変換セルに、前記支持基板を接続する工程であり、
    前記第２バッファ層及び前記第２シリコン基板を取り除く工程は、前記支持基板が接続された第３積層体から、前記第２バッファ層及び前記第２シリコン基板を取り除く工程である、請求項１乃至４のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１光電変換セルを形成した後に、前記第１光電変換セルに第１接合層を積層する工程と、
    前記第２光電変換セルに第２接合層を積層する工程と
    をさらに含み、
    前記第２積層体を形成する工程では、前記第１接合層と前記第２接合層を接合することにより、前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルを接合する、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記第１光電変換セルを形成した後に、前記第１光電変換セルに第１接合層を積層する工程と、
    前記第２光電変換セルに第２接合層を積層する工程と
    をさらに含み、
    前記第２積層体を形成する工程では、前記第１接合層と前記第２接合層を金属を介して機械的に接合することにより、前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルを接合する、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記第１光電変換セル及び前記第２光電変換セルのうちの一方は、ＧａＡｓ格子整合系の材料、又は、Ｇｅ格子整合系の材料で形成されるセルであり、前記第１光電変換セル及び前記第２光電変換セルのうちの他方は、ＩｎＰ格子整合系の材料で形成されるセルである、請求項５乃至７のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  9. 前記第２光電変換セルは、少なくとも２つの光電変換セルが積層され、積層方向に直列接続される多接合セルである、請求項８記載の太陽電池の製造方法。
  10. 前記ＧａＡｓ格子整合系の材料は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）を含み、前記ＩｎＰ格子整合系の材料は、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓを含む、請求項８又は９記載の太陽電池の製造方法。
  11. 前記第１バッファ層の一部は、Ｇｅ層又はＳｉＧｅ層である、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記第２バッファ層の一部は、Ｇｅ層又はＳｉＧｅ層である、請求項５乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  13. 請求項１１記載の前記第１バッファ層、又は、請求項１２記載の前記第２バッファ層を除去する工程は、フッ酸、硝酸、又は酢酸を含むエッチング溶液を用いてエッチングする工程である、太陽電池の製造方法。
  14. 前記第１バッファ層は、ＧａＡｓを含む歪超格子層である、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  15. 前記第２バッファ層は、ＧａＡｓを含む歪超格子層である、請求項５乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  16. 請求項１４記載の前記第１バッファ層、又は、請求項１５記載の前記第２バッファ層を除去する工程は、硫酸又は過酸化水素水を含むエッチング溶液を用いてエッチングする工程である、太陽電池の製造方法。
  17. 前記第１のバッファ層及び前記第１のシリコン基板を取り除く工程、又は、前記第２のバッファ層及び前記第２のシリコン基板を取り除く工程は、バッファ層と光電変換セルとの間に設けた犠牲層を選択的にエッチングする工程である、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記第１のバッファ層及び前記第１のシリコン基板を取り除く工程、又は、前記第２のバッファ層及び前記第２のシリコン基板を取り除く工程は、水素イオンをＳｉ基板に注入し、高温にして剥がす工程を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  19. 支持基板は、プラスチック製のフィルムである、請求項１乃至１８のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記支持基板は、シリコン基板であり、前記シリコン基板は、シリコン半導体製の光電変換セルを含む、請求項１乃至１９のいずれか一項記載の太陽電池の製造方法。
  21. 前記第１光電変換セルは、１．５〜１．８ｅＶのバンドギャップエネルギーを持つ材料で形成される、請求項２０記載の太陽電池の製造方法。
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