JP5158291B2 - 太陽電池を用いて電力を発生させる方法 - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池に関する。
図７は、特許文献１に開示された太陽電池を示す。当該従来の太陽電池は、太陽電池素子１１およびレンズＬを具備する。太陽電池素子１１は、複数の光電変換層１３から構成され、光電変換層１３は、ｐ型ＧａＡｓバッファ層１３ａ、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層１３ｂ、ｐ型ＧａＡｓベース層１３ｃ、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層１３ｄ、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅ、および反射防止層１５を具備する。これらの層１３ａ〜１５は、半導体基板１２上にこの順で積層されている。太陽電池素子１１は、更に、光電変換層１３を分離する分離溝１６、光電変換層１３の受光面の周囲にコンタクト層１４、コンタクト層１４の外周部に再結合防止層１７、受光面電極１８、裏面電極１９を備える。
太陽光はレンズＬおよび反射防止膜１５を通過し、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅに照射される。この太陽光の照射が、電力を生じさせる。
特開２００８−１２４３８１号公報
Ｊｅｎｎｙ Ｎｅｌｓｏｎ著、Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂ Ｃｏ Ｉｎｃ．
従来の太陽電池は、おおよそ２０％の変換効率を有する。
本発明の目的は、より高い変換効率を有する太陽電池を提供することである。
本発明は太陽電池を用いて電力を発生させる方法であって、以下の工程（ａ）、と工程（ｂ）を具備する。
工程（ａ）は、集光レンズおよび太陽電池素子を具備する太陽電池を用意する。ここで、太陽電池素子は、ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型窓層、ｎ側電極、およびｐ側電極を具備し、Ｚ方向はｐ型ＧａＡｓ層の法線方向であり、Ｘ方向はＺ方向に直交する方向である。
ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、およびｐ型窓層はＺ方向に沿って積層されており、ｐ型ＧａＡｓ層は、Ｚ方向に沿って、ｎ型ＧａＡｓ層およびｐ型窓層の間に挟まれており、ｐ側電極は、ｐ型ＧａＡｓ層に電気的に接続されており、ｎ側電極は、ｎ型ＧａＡｓ層に電気的に接続されている。
ｎ型ＧａＡｓ層は、中央部、第１の周辺部、および第２の周辺部に分割されており、中央部は、Ｘ方向に沿って、第１の周辺部および第２の周辺部の間に挟まれている。
第１の周辺部および第２の周辺部は層の形状を有しており、以下の不等式のセット（Ｉ）が充足され、
ｄ２＜ｄ１、ｄ３＜ｄ１、１ナノメートル≦ｄ２≦４ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ３≦４ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、および１００ナノメートル≦ｗ３ ・・・ （Ｉ）
ｄ１はＺ方向に沿った中央部の厚みを表し、ｄ２はＺ方向に沿った第１の周辺部の厚みを表し、ｄ３はＺ方向に沿った第２の周辺部の厚みを表し、ｗ２はＸ方向に沿った第１の周辺部の幅を表し、ｗ３はＸ方向に沿った第２の周辺部の幅を表す。
工程（ｂ）は、以下の不等式（ＩＩ）を充足するように集光レンズを介してｐ型窓層の表面に含まれる領域Ｓに光を照射して、ｎ側電極およびｐ側電極の間に電位差を生じさせる。
ｗ４≦ｗ１・・・（ＩＩ）
ここで、ｗ１は、Ｘ方向に沿った、中央部の幅を表し、ｗ４は、Ｚ方向を含む断面視において、領域ＳのＸ方向に沿った幅を表し、Ｚ方向から見たときに、中央部（１０４）は領域Ｓに重なる。
本発明の太陽電池は、より高い変換効率を有する。
図１Ａは、実施の形態１による太陽電池の断面図である。 図１Ｂは、実施の形態１による太陽電池素子の断面図である。 図２は、実施の形態１における太陽電池素子の断面拡大図である。 図３Ａは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｂは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｃは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｄは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｅは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｆは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図３Ｇは、実施の形態１による太陽電池素子の製造工程を示す図である。 図４は、実施の形態１による太陽電池素子の断面図である。 図５は、比較例１による太陽電池素子の断面図である。 図６Ａは、比較例４による太陽電池素子の断面図である。 図６Ｂは、比較例５による太陽電池素子の断面図である。 図７は、従来の太陽電池の断面図である。
図面を参照しながら、以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
（工程（ａ））
工程（ａ）では、太陽電池を用意する。
図１Ａは、実施の形態１による太陽電池の断面図を示す。図１Ａに示されるように、太陽電池は、集光レンズ１０１および太陽電池素子１０２を具備する。
図１Ｂに示されるように、太陽電池素子１０２は、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｐ型窓層１０５、ｎ側電極１１０、およびｐ側電極１０９を具備する。ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、およびｐ型窓層１０５は積層されている。Ｚ方向は積層方向である。Ｚ方向に沿って、ｐ型ＧａＡｓ層１０３は、ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｐ型窓層１０５の間に挟まれている。
ｐ側電極１０９は、ｐ型ＧａＡｓ層１０３に電気的に接続されている。ｎ側電極１１０は、ｎ型ＧａＡｓ層１０４に電気的に接続されている。
Ｚ方向に沿って、ｎ型バリア層１０６およびｎ型コンタクト層１０８が、ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｎ側電極１１０の間に挟まれていることが好ましい。Ｚ方向に沿って、ｎ型バリア層１０６は、ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｎ型コンタクト層１０８の間に挟まれる。Ｚ方向に沿って、ｎ型コンタクト層１０８は、ｎ型バリア層１０６およびｎ側電極１１０の間に挟まれる。
Ｚ方向に沿って、ｐ型コンタクト層１０７がｐ型窓層１０５およびｐ側電極１０９の間に挟まれていることが好ましい。ｐ側電極１０９、ｐ型コンタクト層１０７、ｐ型窓層１０５、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｎ型バリア層１０６、ｎ型コンタクト層１０８、およびｎ側電極１１０は、この順で電気的に直列に接続される。
図１Ｂに示されるように、ｎ型ＧａＡｓ層１０４は、中央部１０４ａ、第１の周辺部１０４ｂ、および第２の周辺部１０４ｃに分割されている。中央部１０４ａは、Ｘ方向に沿って、第１の周辺部１０４ｂおよび第２の周辺部１０４ｃの間に挟まれる。Ｘ方向は、Ｚ方向に直交する。
図２に示されるように、中央部１０４ａの厚みｄ１は、第１の周辺部１０４ｂの厚みｄ２および第２の周辺部１０４ｃの厚みｄ３よりも大きい。厚みｄ１が厚みｄ２および厚みｄ３と同じである場合、より高い変換効率が達成されない（後述される比較例１、３を参照）。
実施の形態１では、厚みｄ２は１ナノメートル以上４ナノメートル以下である。厚みｄ２が１ナノメートル未満である場合、より高い変換効率が達成されない（後述される比較例１０を参照）。厚みｄ２が４ナノメートルを超えると、より高い変換効率が達成されない（後述される比較例７〜９を参照）。同様に、厚みｄ３も１ナノメートル以上４ナノメートル以下である。
第１の周辺部１０４ｂは層の形状を有している。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、第１の周辺部１０４ｂはテーパーの形状を有していてはならない。なぜなら、より高い変換効率が達成されないからである（後述される比較例４〜５を参照）。同様に、第２の周辺部１０４ｂも、層の形状を有している。
図２に示されるように、中央部１０４ａは幅ｗ１を有する。第１の周辺部１０４ｂは幅ｗ２を有する。第２の周辺部１０４ｃは幅ｗ３を有する。
ｗ２の値は、０．１マイクロメートル以上である。ｗ２の値が０．１マイクロメートルより小さい場合、変換効率が低下する。同様な理由により、ｗ３の値は、０．１マイクロメートル以上である。後述される実施例４〜５および比較例１０を参照せよ。
従って、実施の形態１では、以下の不等式（Ｉ）が充足されることが必要である。
ｄ２＜ｄ１、ｄ３＜ｄ１、１ナノメートル≦ｄ２≦４ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ３≦４ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、および１００ナノメートル≦ｗ３ ・・・ （Ｉ）
上述の通り、値ｄ１はＺ方向に沿った中央部１０４ａの厚みを表す。値ｄ２はＺ方向に沿った第１の周辺部１０４ｂの厚みを表す。値ｄ３はＺ方向に沿った第２の周辺部１０４ｃの厚みを表す。値ｗ２はＸ方向に沿った第１の周辺部１０４ｂの幅を表す。値ｗ３はＸ方向に沿った第２の周辺部１０４ｃの幅を表す。
集光レンズ１０１の表側の面には、光が照射される。このことについては、後に記述する工程（ｂ）において詳細に説明する。太陽光が好ましい。
集光レンズ１０１の裏面は、太陽電池素子１０２に接することが好ましい。集光レンズ１０１により、ｐ型窓層１０５に光が集束する。
集光レンズ１０１は、およそ２ミリメートル〜１０ミリメートルの直径、１ミリメートル〜５ミリメートルの厚み、およそ１．１〜２．０の屈折率を有することが好ましい。
集光レンズ１０１の材料は特に限定されない。集光レンズ１０１の材料の例は、ガラスまたは樹脂である。
ｐ型窓層１０５は、ＧａＡｓと近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりも大きいバンドギャップを有するｐ型化合物半導体からなる。ｐ型窓層１０５の材料の例は、ｐ型ＩｎＧａＰまたはｐ型ＡｌＧａＡｓである。
ｎ型バリア層１０６は、ＧａＡｓと近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりも大きいバンドギャップを有するｎ型化合物半導体からなる。ｎ型バリア層１０６の材料の例は、ｎ型ＩｎＧａＰまたはｎ型ＡｌＧａＡｓである。
ｐ型コンタクト層１０７の材料は、ｐ型窓層１０５との界面およびｐ側電極１０９との界面においてオーミック接合が形成される限り、限定されない。ｐ型コンタクト層１０７の材料の例は、ｐ型ＧａＡｓである。
ｎ型コンタクト層１０８の材料は、ｎ型バリア層１０６との界面およびｎ側電極１１０との界面においてオーミック接合が形成される限り、限定されない。ｎ型コンタクト層１０８の材料の例は、ｎ型ＧａＡｓである。
図１に示されるように、層１０３〜１０８の側面は絶縁膜１１１によって被覆されることが好ましい。絶縁膜１１１の材料の例は、ノンドープのＩｎＧａＰ、二酸化シリコン、または窒化シリコンである。
絶縁膜１１１が用いられる場合、図４に示されるように、絶縁膜１１１が金属膜１１８によって被覆され得る。金属膜１１８は、太陽電池素子１０２の放熱特性を向上させる。
金属膜１１８がｐ側電極１０９に電気的に接続され、かつ一面（図４では下面）に金属膜１１８およびｎ側電極１１０が露出することが好ましい。
（太陽電池素子１０２を製造する方法）
以下、図３Ａ〜図３Ｇを参照しながら太陽電池素子１０２を製造する方法を説明する。
まず、図３Ａに示されるように、ＧａＡｓ基板１１３の表面に、犠牲層１１４、ｐ型コンタクト層１０７、ｐ型窓層１０５、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｎ型バリア層１０６、およびｎ型コンタクト層１０８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法」という）のような一般的な半導体成長方法により成長させる。犠牲層１１４は、ＧａＡｓと近い格子定数を有する。犠牲層１１４は、かつＧａＡｓに対して選択的にエッチングされるための層である。犠牲層１１４の材料の例は、ＡｌＡｓまたはＩｎＧａＰである。
次に、図３Ｂに示されるように、ｎ型コンタクト層１０８上に第一のマスク１１５を形成する。第一のマスク１１５を用いて、ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バリア層１０６、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｐ型窓層１０５、およびｐ型コンタクト層１０７を、ドライエッチングによりエッチングする。第一のマスク１１５は、図２における（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３）と同じ幅を有する。ドライエッチングにおいては、ＢＣｌ３およびＳＦ６の混合ガスが用いられ得る。
図３Ｃに示されるように、ｎ型コンタクト層１０８上に第二のマスク１１６を形成する。第二のマスク１１６は、第一のマスク１１５よりも小さい幅を有する。第二のマスク１１６のこの幅は、図２に示すｗ１の幅と同一である。第二のマスク１１６を用いて、ｎ型コンタクト層１０８およびｎ型バリア層１０６をエッチングする。さらにｎ型ＧａＡｓ層１０４の周囲の上部をエッチングする。ｎ型ＧａＡｓ層１０４のエッチング深さは、図２に示されるｄ１〜ｄ３の厚みと同じである。
図３Ｄに示されるように、第二のマスク１１６を除去する。ｎ側電極１１０および絶縁膜１１１を形成する。ｎ側電極１１０を形成する手法の例は、スパッタ法または電子ビーム蒸着法である。絶縁膜１１１を形成する手法の例は、化学気相成長法である。
図３Ｅに示されるように、ｎ側電極１１０に下地基板１１７を固定する。ＧａＡｓ基板１１３および犠牲層１１４をエッチングにより除去する。下地基板１１７の例は、シリコン基板またはガラス基板である。必要に応じて、ｎ側電極１１０および下地基板１１７の間にはワックスまたは粘着シートが挟まれ得る。
図３Ｆに示されるように、ｐ型コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を形成する。さらにｐ型コンタクト層１０７のｐ側電極１０９に接していない部分をエッチングにより除去する。ｐ側電極１０９を形成する手法の例は、スパッタ法または電子ビーム蒸着法である。
最後に、図３Ｇに示されるように、下地基板１１７を除去する。このようにして、太陽電池素子１０２が得られる。得られた太陽電池素子１０２は、図１Ａに示されるように、集光レンズ１０１に取り付けられる。このようにして、太陽電池が得られる。
（工程（ｂ））
工程（ｂ）においては、集光レンズ１０１を介してｐ型窓層１０５に光を照射して、ｎ側電極１１０およびｐ側電極１０９の間に電位差を発生させる。図２に示されるように、ｐ型窓層１０５の領域Ｓに光が照射される。
本発明者らは、工程（ｂ）では、以下の不等式（ＩＩ）が充足されることが必要であることを見出している。
ｗ４≦ｗ１・・・（ＩＩ）
上述したように、ｗ１の値は、Ｘ方向に沿った中央部１０４ａの幅を表す。
ｗ４の値は、領域ＳのＸ方向に沿った幅を表す。
Ｚ方向に沿って見たときに、中央部１０４ａは領域Ｓに重なる。
不等式（ＩＩ）が充足されない場合、より高い変換効率が達成されない（比較例４を参照）。
図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ層１０４が、ｐ型窓層１０５と同一の幅を有する場合、幅ｗ１は幅ｗ４と等しいか、それよりも大きいことが好ましい。すなわち、等式（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３）＝（ｗ４＋ｗ５＋ｗ６）が充足される場合、幅ｗ５は幅ｗ２と等しいか、それよりも大きく、かつ幅ｗ６は幅ｗ３と等しいか、それよりも大きい。ｗ５およびｗ６は、いずれも、光が照射されない部分に対応する。
（実施例）
以下の実施例により、本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１では、図２に示される太陽電池素子１０２を、図３Ａ〜図３Ｇに示される方法によって作成した。
表１は、実施例１による太陽電池素子１０２における各層の組成および膜厚を示す。
Figure 0005158291
実施例１における、値ｄ１〜値ｄ３および幅ｗ１〜幅ｗ３は以下の通りである。
ｄ１：２．５マイクロメートル
ｄ２：４ナノメートル
ｄ３：４ナノメートル
ｗ１：９０マイクロメートル
ｗ２：５マイクロメートル
ｗ３：５マイクロメートル
実施例１における集光レンズ１０１は４ミリメートル四方であり、３ｍｍの厚みを有していた。集光レンズ１０１は、８０マイクロメートル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３Ａに示されるように、ノンドープのＧａＡｓ基板上１１３上に、表１に示す層１０４〜１１４を、ＭＯＣＶＤ法により成長させた。
次に、図３Ｂに示されるように、ｎ型コンタクト層１０８上に、フォトリソグラフィにより１００μｍ四方を有する正方形のレジスト膜１１５を形成した。このレジスト膜１１５を第一のマスクとして用いて、ＢＣｌ３およびＳＦ６の混合ガスを用いたＩＣＰプラズマエッチングにより、ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バリア層１０６、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｐ型窓層１０５、およびｐ型コンタクト層１０７を除去した。このようにして、１００μｍ四方のパターンを形成した。
エッチング後、剥離液を用いて第一のマスクを除去した。除去後、ｎ型コンタクト層１０８上に一辺９０μｍの正方形のレジスト膜１１６を形成した。レジスト膜１１６の中心は、レジスト膜１１５の中心と一致した。
このレジスト膜１１６を第二のマスクとして用いて、ｎ型コンタクト層１０８およびｎ型バリア層１０６をエッチングした。さらに、図３Ｃに示されるように、わずかにｎ型ＧａＡｓ層１０４の周囲部分が残るように、ほとんど全てのｎ型ＧａＡｓ層１０４の周囲部分をエッチングした。ｎ型コンタクト層１０８およびｎ型ＧａＡｓ層１０４のエッチングには、リン酸および過酸化水素の混合液を用いた。ｎ型バリア層１０６のエッチングには、塩酸を用いた。
エッチング後、ｎ型ＧａＡｓ層１０４の残っている周辺部分の厚みを透過型電子顕微鏡により測定した。厚みは４ｎｍであった。
剥離液を用いて第二のマスクを除去した。除去後、図３Ｄに示されるように、電子ビーム蒸着装置を用いて、５０ナノメートルの厚みを有するチタン膜および２５０ナノメートルの厚みを有する金膜をｎ型コンタクト層１０８上に積層し、ｎ側電極１１０を形成した。
次に、図３Ｄに示されるように、４００ナノメートルの厚みを有するＳｉＮからなる絶縁膜１１１を、プラズマ化学気相成長装置を用いて形成した。
次に、ｎ側電極１１０が形成された面に、ワックスをスピンコーターにより塗布した。ワックスが乾燥された後、図３Ｅに示されるように、ｎ側電極１１０をガラス製の下地基板１１７に固定した。
固定後、クエン酸および過酸化水素の混合液を用いて、ＧａＡｓ基板１１３を除去した。続いて、バッファードフッ酸を用いて犠牲層１１４を除去して、ｐ型コンタクト層１０７を露出させた。このようにして、図３Ｅに示される構造を得た。
図３Ｆに示されるように、電子ビーム蒸着装置を用いて、５０ナノメートルの厚みを有するチタン膜、１５０ナノメートルの厚みを有する白金膜、および２５０ｎｍの厚みを有する金膜をｐ型コンタクト層１０７上に順次成膜し、ｐ側電極１０９を形成した。
ｐ側電極１０９を形成後、イソプロパノールを用いてワックスを溶かし、下地基板１１７を除去した。このようにして、図３Ｇに示される太陽電池素子１０２を得た。
集光レンズ１０１の焦点位置の中心が、太陽電池素子１０２の中心と一致するように、得られた太陽電池素子１０２を集光レンズ１０１に貼り付けた。このようにして、実施例１による太陽電池を得た。
実施例１による太陽電池に、ｗ４＝９０マイクロメートルおよびｗ５＝ｗ６＝５マイクロメートルの条件下で太陽光を照射した。実施例１による太陽電池の電圧−電流特性を測定し、変換効率を算出した。
変換効率は、以下の等式（Ｉ）に従って算出した。
変換効率＝太陽電池からの最大出力値／太陽光のエネルギー・・・（等式Ｉ）
上記等式において記述された最大出力値は、非特許文献１の図１．８に「パワー密度」として示されるように、以下の等式（ＩＩ）で定義される出力値の最大値である。
出力値＝太陽電池から得られる電流密度・太陽電池から得られるバイアス電力・・・（等式ＩＩ）
詳しくは、非特許文献１に開示された１１頁〜１３頁を参照せよ。
表２は、後述される実施例２〜９および比較例１〜１５のデータと共に、これらを示す。
Figure 0005158291
（実施例２）
ｄ２＝２ナノメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例３）
ｄ２＝１ナノメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例４）
ｗ１＝９９．８マイクロメートルおよびｗ２＝ｗ３＝０．１マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例５）
ｗ１＝９９マイクロメートルおよびｗ２＝ｗ３＝０．５マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例６）
ｗ４＝８６マイクロメートルおよびｗ５＝ｗ６＝７マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例７）
ｗ１＝８０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝１０マイクロメートル、ｗ４＝８０マイクロメートル、およびｗ５＝ｗ６＝１０マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（実施例８）
ｗ１＝８０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝１０マイクロメートル、ｗ４＝７６マイクロメートル、およびｗ５＝ｗ６＝１２マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１）
ｄ２＝ｄ３＝２．５マイクロメートル、およびｗ４＝１００マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例２）
ｄ２＝ｄ３＝２．５マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例３）
ｗ４＝１００マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例４）
ドライエッチングであるＩＣＰプラズマエッチングに代えて、ｐ型ＧａＡｓ層１０３をウェットエッチング技術により形成して、図６Ａに示される太陽電池を得たこと以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例５）
ｐ型ＧａＡｓ層１０３およびｎ型ＧａＡｓ層１０４をウェットエッチング技術により形成して、図６Ｂに示される太陽電池を得たこと以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例６）
ｄ２＝ｄ３＝０．１マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例７）
ｄ２＝ｄ３＝０．０１マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例８）
ｄ２＝ｄ３＝０．００５マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例９）
ｄ２＝ｄ３＝０マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１０）
ｗ１＝９９．９マイクロメートルおよびｗ２＝ｗ３＝０．０５マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１１）
ｗ４＝９８マイクロメートルおよびｗ５＝ｗ６＝１マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１２）
ｗ４＝９４マイクロメートルおよびｗ５＝ｗ６＝３マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１３）
ｗ１＝８０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝１０マイクロメートル、ｗ４＝８８マイクロメートルおよびｗ５＝ｗ６＝６マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
（比較例１４）
ｗ１＝８０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝１０マイクロメートル、ｗ４＝８４マイクロメートル、およびｗ５＝ｗ６＝８マイクロメートルであること以外は、実施例１と同様の実験を行った。
表２から明らかなように、以下の不等式のセット：ｄ２＜ｄ１、ｄ３＜ｄ１、１ナノメートル≦ｄ２≦４ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ３≦４ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、１００ナノメートル≦ｗ３、およびｗ４≦ｗ１が充足されるときに、２４％以上の高い変換効率が達成される。
実施例１〜８および比較例１〜２は、以下の不等式のセット：ｄ２＜ｄ１およびｄ３＜ｄ１が充足されることが必要であることを示す。
実施例１〜３および比較例６〜９は、以下の不等式のセット：１ナノメートル≦ｄ２≦４ナノメートルおよび１ナノメートル≦ｄ３≦４ナノメートルが充足されることが必要であることを示す。
実施例４〜５および比較例１０は、以下の不等式のセット：１００ナノメートル≦ｗ２および１００ナノメートル≦ｗ３が充足されることが必要であることを示す。
実施例１、６〜８および比較例１１〜１４は、以下の不等式：ｗ４≦ｗ１が充足されることが必要であることを示す。
本発明は、より高い変換効率を有する太陽電池を提供する。
１０１ レンズ
１０２ 太陽電池素子
１０３ ｐ型ＧａＡｓ層
１０４ ｎ型ＧａＡｓ層
１０４ａ 中央部
１０４ｂ 第１の周辺部
１０４ｃ 第２の周辺部
１０５ ｐ型窓層
１０６ ｎ型バリア層
１０７ ｐ型コンタクト層
１０８ ｎ型コンタクト層
１０９ ｐ側電極
１１０ ｎ側電極
１１１ 絶縁膜
１１２ 太陽光
１１３ 基板
１１４ 犠牲層
１１５ 第一のマスク
１１６ 第二のマスク
１１７ 下地基板
１１８ 金属膜

Claims (6)

  1. 太陽電池を用いて電力を発生させる方法であって、
    集光レンズおよび太陽電池素子を具備する前記太陽電池を用意する工程（ａ）と、
    前記太陽電池素子は、ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型窓層、ｎ側電極、およびｐ側電極を具備し、
    Ｚ方向は前記ｐ型ＧａＡｓ層の法線方向であり、
    Ｘ方向は前記Ｚ方向に直交する方向であり、
    前記ｎ型ＧａＡｓ層、前記ｐ型ＧａＡｓ層、および前記ｐ型窓層はＺ方向に沿って積層されており、
    前記ｐ型ＧａＡｓ層は、前記Ｚ方向に沿って、前記ｎ型ＧａＡｓ層および前記ｐ型窓層の間に挟まれており、
    前記ｐ側電極は、前記ｐ型ＧａＡｓ層に電気的に接続されており、
    前記ｎ側電極は、前記ｎ型ＧａＡｓ層に電気的に接続されており、
    前記ｎ型ＧａＡｓ層は、中央部、第１の周辺部、および第２の周辺部に分割されており、
    前記中央部は、前記Ｘ方向に沿って、前記第１の周辺部および前記第２の周辺部の間に挟まれており、
    前記第１の周辺部および前記第２の周辺部は層の形状を有しており、
    以下の不等式のセット（Ｉ）が充足され、
    ｄ２＜ｄ１、ｄ３＜ｄ１、１ナノメートル≦ｄ２≦４ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ３≦４ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、および１００ナノメートル≦ｗ３ ・・・ （Ｉ）
    ｄ１は前記Ｚ方向に沿った前記中央部の厚みを表し、
    ｄ２は前記Ｚ方向に沿った前記第１の周辺部の厚みを表し、
    ｄ３は前記Ｚ方向に沿った前記第２の周辺部の厚みを表し、
    ｗ２は前記Ｘ方向に沿った前記第１の周辺部の幅を表し、
    ｗ３は前記Ｘ方向に沿った前記第２の周辺部の幅を表し、
    以下の不等式（ＩＩ）を充足するように前記集光レンズを介して前記ｐ型窓層の表面に含まれる領域Ｓに光を照射して、前記ｎ側電極および前記ｐ側電極の間に電位差を生じさせる工程（ｂ）とを包含し、
    ｗ４≦ｗ１・・・（ＩＩ）
    ｗ１は、前記Ｘ方向に沿った、前記中央部の幅を表し、
    ｗ４は、前記Ｚ方向を含む断面視において、前記領域Ｓの前記Ｘ方向に沿った幅を表し、
    前記Ｚ方向から見たときに、前記中央部は前記領域Ｓに重なる、
    電力を発生させる方法。
  2. 前記ｎ型ＧａＡｓ層の幅は、前記ｐ型窓層の幅と等しい、請求項１に記載の方法。
  3. 前記太陽電池素子は、前記ｎ側電極および前記中央部の間に挟まれているｎ型バリア層をさらに備えている、請求項１に記載の方法。
  4. 前記太陽電池素子は、前記ｎ側電極および前記中央部の間に挟まれているｎ型コンタクト層をさらに備えている、請求項１に記載の方法。
  5. 前記太陽電池素子は、前記ｐ側電極および前記ｐ型ＧａＡｓ層の間に挟まれているｐ型コンタクト層をさらに備えている、請求項１に記載の方法。
  6. 前記ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、およびｐ型窓層の側面は、絶縁層によって被覆されている、請求項１に記載の方法。
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