JP5980826B2 - 化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法 - Google Patents

化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
従来、化合物半導体太陽電池を高効率化する（光電変換効率を高くする）方法として、半導体基板上に半導体基板と同程度の格子定数を有する化合物半導体層を成長させて複数個の化合物半導体光電変換セルを形成することによって結晶性に優れた化合物半導体太陽電池を得る方法が用いられていた。
しかしながら、化合物半導体層を成長するための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰ等と同程度の格子定数を有し、さらには好適な禁制帯幅を有する化合物半導体光電変換セルを用いた化合物半導体太陽電池としては、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池や、Ｇｅ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池等に限られていた。
また、これらの化合物半導体太陽電池よりもさらに高効率化する方法として、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池に３つ目の化合物半導体光電変換セルとして１ｅＶの禁制帯幅を有する化合物半導体光電変換セルを配置する方法もある。
しかしながら、ＧａＡｓと格子定数が同等で、禁制帯幅が１ｅＶ程度の適当な化合物半導体が存在しない。ここで、ＧａＡｓと格子定数が約２．３％ずれているＩｎＧａＡｓは１ｅＶ程度の禁制帯幅を有しているが、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池の３つ目の化合物半導体光電変換セルとしてＩｎＧａＡｓを用いた場合には、ＧａＡｓ基板上に格子不整合系半導体を成長した後に格子整合系半導体を成長させることになるため、格子整合系半導体の結晶性が悪くなって、化合物半導体太陽電池全体の特性が悪化するおそれがある。
そこで、半導体基板上に半導体基板と格子定数が同等程度で、化合物半導体太陽電池の受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させ、そこからバッファ層を介して半導体基板と格子定数が異なる化合物半導体層を成長する方法が研究されている（たとえば、非特許文献１参照）。
すなわち、通常、化合物半導体太陽電池は、成長基板となる半導体基板の反対側に受光面が位置するように化合物半導体層を成長させて形成される（すなわち、受光面が化合物半導体層の成長方向に位置するように形成される）が、受光面が半導体基板側となるように化合物半導体層を成長させることによって、半導体基板と格子定数が同等程度の化合物半導体層からなる化合物半導体光電変換セルにおいては良好な結晶性が得られ、さらに半導体基板と格子定数が異なる格子不整合系の化合物半導体層からなる化合物半導体光電変換セルの特性も得られることから、高効率の化合物半導体太陽電池が得られる。
J.F.Geisz et al., "Inverted GaInP/GaAs/InGaAs triple-junction solar cells with low-stress metamorphic bottom junctions",33th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2008
しかしながら、上記の非特許文献１に記載の方法により作製された化合物半導体太陽電池よりもさらに特性に優れた化合物半導体太陽電池を作製することが要望されている。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、特性に優れた化合物半導体太陽電池およびその化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明は、支持基板と、ＩｎＧａＡｓからなる第１の化合物半導体光電変換セルと、ＧａＡｓからなる第２の化合物半導体光電変換セルと、第１の化合物半導体光電変換セルと第２の化合物半導体光電変換セルとの間に設置されたＩｎＧａＰからなる化合物半導体バッファ層とを備え、化合物半導体バッファ層は、第２の化合物半導体光電変換セル側から第１の化合物半導体光電変換セル側にかけて格子定数が大きくなるように変化しており、第１の化合物半導体光電変換セルの格子定数が化合物半導体バッファ層のうち第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層の格子定数よりも小さく、第１の化合物半導体光電変換セルの格子定数と化合物半導体バッファ層のうち第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層の格子定数との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下である化合物半導体太陽電池である。ここで、第１の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体がＩｎＧａＡｓである場合のＩｎ（インジウム）とＧａ（ガリウム）とＡｓ（ヒ素）との組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能である。また、第２の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体がＧａＡｓである場合のＧａとＡｓとの組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能である。また、第２の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体がＩｎＧａＡｓである場合のＩｎとＧａとＡｓとの組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能である。
ここで、本発明の化合物半導体太陽電池において、第１の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体層のうちベース層と、化合物半導体バッファ層を構成する化合物半導体層のうち第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下であることが好ましい。
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第１の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギが１．０ｅＶ以上１．１ｅＶ以下であることが好ましい。
また、本発明の化合物半導体太陽電池は、第２の化合物半導体光電変換セル上に設置されたＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＰからなる第３の化合物半導体光電変換セルをさらに備えていることが好ましい。第３の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体がＩｎＧａＰである場合のＩｎとＧａとＰ（リン）との組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能である。また、第３の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体がＡｌＩｎＧａＰである場合のＡｌとＩｎとＧａとＰとの組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能である。
また、本発明は、上記のいずれかの化合物半導体太陽電池を製造する方法であって、半導体基板上に第２の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、第２の化合物半導体光電変換セル上に化合物半導体バッファ層を形成する工程と、化合物半導体バッファ層上に第１の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、半導体基板を除去する工程とを含む化合物半導体太陽電池の製造方法である。
また、本発明は、上記の化合物半導体太陽電池を製造する方法であって、半導体基板上に第３の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、第３の化合物半導体光電変換セル上に第２の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、第２の化合物半導体光電変換セル上に化合物半導体バッファ層を形成する工程と、化合物半導体バッファ層上に第１の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、半導体基板を除去する工程とを含む化合物半導体太陽電池の製造方法である。
本発明によれば、特性に優れた化合物半導体太陽電池およびその化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することができる。
本発明の化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。 図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図１に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程のさらに他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図である。 図５に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図５に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図５に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程のさらに他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 本発明の化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図である。 図９に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図９に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図９に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程のさらに他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 本発明の化合物半導体太陽電池のさらに他の一例の模式的な断面構成図である。 図１３に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図１３に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 図１３に示す化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程のさらに他の一部を図解する模式的な断面構成図である。 実施例で作製したＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルの模式的な断面図である。 実施例で作製したＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのボトムセルのベース層のバンドギャップＥｇと開放電圧Ｖocとの関係を示す図である。 実施例で作製したＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのボトムセルの電圧と電流密度との関係（電流−電圧特性）を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の化合物半導体太陽電池の一例の模式的な断面構成図を示す。この化合物半導体太陽電池において、支持基板１０１（たとえば厚さ４００μｍ）上には、金属層１０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５（たとえば厚さ０．４μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４（たとえば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１（たとえば厚さ０．１μｍ）、がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２との接合体からボトムセル４０ａが構成されている。なお、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１の格子定数およびｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２の格子定数はそれぞれ、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３の格子定数と同等程度とされる。
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１上には、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０（たとえば厚さ１μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３（たとえば厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２（たとえば厚さ０．２５μｍ）およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１（たとえば厚さ０．２５μｍ）がこの順序で積層されている。ここで、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１からバッファ層４１が構成されている。
また、バッファ層４１上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３からトンネル接合層５０ａが構成されている。
また、トンネル接合層５０ａ上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４（たとえば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７（たとえば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６との接合体からミドルセル４０ｂが構成されている。
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１からトンネル接合層５０ｂが構成されている。
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３（たとえば厚さ０．６５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４（たとえば厚さ０．０５μｍ）およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３とｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４との接合体からトップセル４０ｃが構成されている。
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６（たとえば厚さ０．４μｍ）および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層１２６上に電極層１２８が形成されている。
なお、図１に示す化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層、ミドルセル４０ｂを構成する化合物半導体層およびトップセル４０ｃを構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
また、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のバンドギャップエネルギは０．９ｅＶ以上１．１ｅＶ以下であることが好ましい。この場合には、上記のトップセル４０ｃ、ミドルセル４０ｂおよびボトムセル４０ａからなる３接合構造の化合物半導体太陽電池の理論効率が４５％以上となる傾向にある。
以下、図２〜図４の断面構成図を参照して、図１に示す構成の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図２に示すように、たとえば直径５０ｍｍのＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このＧａＡｓ基板１３０上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層となるｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０上に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層３１、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４およびｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
ここで、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることができる。
その後、図３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層１０２により支持基板１０１を貼り付ける。
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングする。
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１２６の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層１２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１に示す構成の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
ここで、図１に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとの間にバッファ層４１が設置された構成となっている。そして、ボトムセル４０ａとバッファ層４１とは隣り合う位置に配置されて互いに接しており、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下であることを特徴としている。
これは、本発明者が鋭意検討した結果、互いに隣り合うボトムセル４０ａとバッファ層４１とにおいて、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下の範囲内に収まるようにした場合には後述するように化合物半導体太陽電池の特性を向上することができることを見い出したことによるものである。
なお、格子定数差比（％）は、下記の式（１）により算出することができる。
格子定数差比（％）＝（１００×（ａ１−ａ２））／（ａ１） …（１）
上記の式（１）において、ａ１は、バッファ層を構成する化合物半導体層のうちボトムセルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層（本実施の形態ではｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０）の格子定数を示す。
また、上記の式（１）において、ａ２は、ボトムセルを構成する化合物半導体層のうちベース層となる化合物半導体層（本実施の形態ではｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３）の格子定数を示す。
なお、本実施の形態において格子定数差比は、ボトムセル４０ａを構成するｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３の組成を調整することにより上記の範囲内に収まるように調整しているが、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちベース層とバッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されている化合物半導体層の少なくとも一方の組成を調整することにより上記の格子定数差比を０．１５％以上０．７４％以下の範囲内に収めることができる。
また、上記の格子定数差比は０．３％以上０．５％以下の範囲内にあることが好ましい。上記の格子定数差比が０．３％以上０．５％以下の範囲内にある場合には、化合物半導体太陽電池の特性がさらに向上する傾向にある。
また、エミッタ層３２および窓層３１の厚さはそれぞれ、ベース層３３およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の厚さに対して非常に薄いため、エミッタ層３２および窓層３１の存在の有無は上記の格子定数差比にほとんど影響を与えないものと考えられる。
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されておらず、その組成について特に言及されていないものについては、その組成比は特に限定されず、適宜設定することが可能であることを意味している。
また、本明細書において、化合物の化学式において化合物を構成する元素の組成比が記載されている場合でも、本発明はその組成比の構成に限定されるものではない。
＜実施の形態２＞
図５に、本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図を示す。図５に示す構成の化合物半導体太陽電池においては、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２４とｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層３２３との接合体からトップセル４０ｃが構成されている点に特徴がある。
図５に示す構成の化合物半導体太陽電池において、支持基板１０１上には、金属層１０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２との接合体からボトムセル４０ａが構成されている。
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１上には、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１がこの順序で積層されている。ここで、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１からバッファ層４１が構成されている。
また、バッファ層４１上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３からトンネル接合層５０ａが構成されている。
また、トンネル接合層５０ａ上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５とｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６との接合体からミドルセル４０ｂが構成されている。
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１からトンネル接合層５０ｂが構成されている。
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層３２３（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２４（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層３２３とｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２４との接合体からトップセル４０ｃが構成されている。
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層１２６上に電極層１２８が形成されている。
なお、図５に示す化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層、ミドルセル４０ｂを構成する化合物半導体層およびトップセル４０ｃを構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
以下、図６〜図８の断面構成図を参照して、図５に示す構成の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図６に示すように、たとえば直径５０ｍｍのＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このＧａＡｓ基板１３０上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なエッチングストップ層となるｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層３２４、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層３２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０上に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層３１、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４およびｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
その後、図７に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層１０２により支持基板１０１を貼り付ける。
次に、図８に示すように、ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングする。
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１２６の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層１２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図５に示す構成の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
ここで、図５に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとの間にバッファ層４１が設置された構成となっている。そして、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとは隣り合う位置に配置されて互いに接しており、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下であること、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることを特徴としている。
したがって、図５に示す構成の化合物半導体太陽電池においても、互いに隣り合うボトムセル４０ａとバッファ層４１とにおいて、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることから、後述するように化合物半導体太陽電池の特性を向上することができる。
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態３＞
図９に、本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図を示す。図９に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ｐ型Ｇｅ基板上に化合物半導体層を成長させることによって形成されている点に特徴がある。
図９に示す構成の化合物半導体太陽電池において、支持基板２０１（たとえば厚さ４００μｍ）上には、金属層２０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３（たとえば厚さ０．４μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２との接合体からボトムセル４０ａが構成されている。
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１上には、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１がこの順序で積層されている。ここで、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１からバッファ層４１が構成されている。
また、バッファ層４１上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３からトンネル接合層５０ａが構成されている。
また、トンネル接合層５０ａ上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４（たとえば厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６（たとえば厚さ０．１μｍ）およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７（たとえば厚さ０．１μｍ）がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６との接合体からミドルセル４０ｂが構成されている。
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９（たとえば厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０（たとえば厚さ０．０２μｍ）およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１からトンネル接合層５０ｂが構成されている。
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２（たとえば厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層２２３（たとえば厚さ０．６５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層２２４（たとえば厚さ０．０５μｍ）およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５（たとえば厚さ０．０５μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層２２３とｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層２２４との接合体からトップセル４０ｃが構成されている。
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層２２６上に電極層１２８が形成されている。
なお、図９に示す化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層、ミドルセル４０ｂを構成する化合物半導体層およびトップセル４０ｃを構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
以下、図１０〜図１２の断面構成図を参照して、図９に示す構成の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図１０に示すように、たとえば直径５０ｍｍのＧｅ基板２３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このＧｅ基板２３０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層２２４、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層２２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５、およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０上に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層３１、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４およびｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
その後、図１１に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層２０２により支持基板２０１を貼り付ける。
次に、図１２に示すように、Ｇｅ基板２３０をフッ化水素水溶液にてエッチングする。
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２２６の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層２２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図９に示す構成の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
ここで、図９に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとの間にバッファ層４１が設置された構成となっている。そして、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとは隣り合う位置に配置されて互いに接しており、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下であること、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることを特徴としている。
したがって、図９に示す構成の化合物半導体太陽電池においても、互いに隣り合うボトムセル４０ａとバッファ層４１とにおいて、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることから、後述するように化合物半導体太陽電池の特性を向上することができる。
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１および実施の形態２と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態４＞
図１３に、本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図を示す。図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ｐ型Ｇｅ基板上に化合物半導体層を成長させることによって形成されており、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層４２２とｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層４２３との接合体からトップセル４０ｃが構成されている点に特徴がある。
図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池において、支持基板２０１上には、金属層２０２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２およびｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２との接合体からボトムセル４０ａが構成されている。
また、ｎ型ＩｎＧａＰからなる窓層３１上には、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１がこの順序で積層されている。ここで、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２およびｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１からバッファ層４１が構成されている。
また、バッファ層４１上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３からトンネル接合層５０ａが構成されている。
また、トンネル接合層５０ａ上には、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６およびｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７がこの順序で積層されている。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５とｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６との接合体からミドルセル４０ｂが構成されている。
また、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７上には、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１がこの順に積層されている。ここで、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０およびｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１からトンネル接合層５０ｂが構成されている。
また、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１上には、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層４２３（たとえば厚さ３μｍ）、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層４２２（たとえば厚さ０．０５μｍ）およびｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５（たとえば厚さ０．１μｍ）がこの順に積層されている。ここで、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層４２３とｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層４２２との接合体からトップセル４０ｃが構成されている。
また、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６および反射防止膜１２７が形成され、コンタクト層２２６上に電極層１２８が形成されている。
なお、図１３に示す化合物半導体太陽電池においては、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層、ミドルセル４０ｂを構成する化合物半導体層およびトップセル４０ｃを構成する化合物半導体層の順にバンドギャップが大きくなっている。
以下、図１４〜図１６の断面構成図を参照して、図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図１４に示すように、たとえば直径５０ｍｍのＧｅ基板２３０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置し、このＧｅ基板２３０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰからなるエミッタ層４２２、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰからなるベース層４２３およびｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層２１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層２１５、およびｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１およびｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０上に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層３１、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４およびｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
その後、図１５に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２０３の表面上にたとえばＡｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層２０２により支持基板２０１を貼り付ける。
次に、図１６に示すように、Ｇｅ基板２３０をフッ化水素水溶液にてエッチングする。
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層２２６の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層２２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(たとえば厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(たとえば厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(たとえば厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成する。
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
ここで、図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池は、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとの間にバッファ層４１が設置された構成となっている。そして、ボトムセル４０ａとミドルセル４０ｂとは隣り合う位置に配置されて互いに接しており、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下であること、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることを特徴としている。
したがって、図１３に示す構成の化合物半導体太陽電池においても、互いに隣り合うボトムセル４０ａとバッファ層４１とにおいて、ボトムセル４０ａを構成する化合物半導体層のうちｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３と、バッファ層４１を構成する化合物半導体層のうちボトムセル４０ａ最も近い位置に配置されているｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下、好ましくは０．３％以上０．５％以下であることから、後述するように化合物半導体太陽電池の特性を向上することができる。
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１〜３と同様であるため、その説明については省略する。
＜化合物半導体太陽電池の作製＞
まず、図２に示すように、直径５０ｍｍのＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、このＧａＡｓ基板１３０上に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１、厚さ０．４μｍのｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６、厚さ０．０５μｍのｎ型ＡｌＩｎＰからなる窓層１２５、厚さ０．０５μｍのｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエミッタ層１２４、厚さ０．６５μｍのｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるベース層１２３および厚さ０．４μｍのｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
次に、厚さ０．０５μｍのｐ型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１２２上に、厚さ０．０５μｍのｐ+型ＡｌＩｎＰ層１２１、厚さ０．０２μｍのｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０、厚さ０．０２μｍのｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１９および厚さ０．０５μｍのｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１８上に、厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなる窓層１１７、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＡｓからなるエミッタ層１１６、厚さ３μｍのｐ型ＧａＡｓからなるベース層１１５、および厚さ０．１μｍのｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
次に、ｐ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52ＰからなるＢＳＦ層１１４上に、厚さ０．０５μｍのｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、厚さ０．０２μｍのｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、厚さ０．０２μｍのｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１および厚さ０．０５μｍのｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
次に、ｎ+型ＡｌＩｎＰ層１１０上に、厚さ０．２５μｍのｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層２１、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層２２、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層２３、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層２４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層２５、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層２６、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層２７、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層２８、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層２９および厚さ１μｍのｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層３１、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエミッタ層３２、厚さ３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるベース層３３、厚さ０．１μｍのｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３４および厚さ０．４μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。
その後、図３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面上にたとえばＡｕ(厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(厚さ３μｍ)の積層体からなる金属層１０２により支持基板１０１を貼り付けた。
次に、図４に示すように、ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングした。
次に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１２６上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、コンタクト層１２６の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたコンタクト層１２６の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、たとえばＡｕＧｅ（１２％）(厚さ０．１μｍ)／Ｎｉ(厚さ０．０２μｍ)／Ａｕ(厚さ０．１μｍ)／Ａｇ(厚さ５μｍ)の積層体からなる電極層１２８を形成した。
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、ＴｉＯ2膜（厚さ５５ｎｍ）およびＡｌ2Ｏ3膜（厚さ８５ｎｍ）の積層体を形成して反射防止膜１２７を形成した。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する図１に示す構成の化合物半導体太陽電池を得た。
ここで、上記の化合物半導体太陽電池としては、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の７種類を作製した。そして、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４およびＮｏ．６〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池については、バッファ層４１の製造時の最上層となるｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の組成を一定にした状態でボトムセル４０ａのベース層３３の組成をそれぞれ変えて作製するとともに、窓層３１およびエミッタ層３２についてもそれぞれベース層３３の格子定数と同等程度となるように組成を変えて作製した。
また、Ｎｏ．５の化合物半導体太陽電池については、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４およびＮｏ．６〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池とは、バッファ層４１を構成する各ｐ型ＩｎＧａＰ層の組成を変えるとともに、ボトムセル４０ａのベース層３３の組成も変えて作製した。
＜サンプルの作製＞
次に、ボトムセル４０ａの評価を行なうために、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池のそれぞれから、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２、ｐ+型ＡｌＩｎＰ層１１３、ＢＳＦ層１１４、ミドルセル４０ｂ、窓層１１７、トンネル接合層５０ｂ、ＢＳＦ層１２２、トップセル４０ｃ、窓層１２５、コンタクト層１２６、反射防止膜１２７および電極層１２８を除去し、その後、露出したｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層１１１の表面に電極５２８を形成した。これにより、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池のそれぞれから、図１７の模式的断面図に示す構成のＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルをそれぞれ作製した。
なお、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池からのＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルの作製においては、化合物半導体太陽電池のＮｏ．とサンプルのＮｏ．とが対応していることは言うまでもない。
＜評価＞
上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池のそれぞれの作製の途中において最表面に露出したｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面状態を目視で観察した。また、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのそれぞれについて電流−電圧特性を測定し、その電流−電圧特性から開放電圧を測定した。その結果を表１、図１８および図１９に示す。
表１において、表面状態の評価ＡおよびＢはそれぞれ以下の表面状態を表わしている。Ａ…ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面状態が良好。
Ｂ…ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面状態が不良。
また、図１８および図１９において、円で囲まれた数値は、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのそれぞれのサンプルのＮｏ．を示している。
また、図１８は、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのそれぞれのボトムセル４０ａのベース層３３のＥｇ（バンドギャップエネルギ；単位ｅＶ）とボトムセル４０ａのＶoc（開放電圧；単位Ｖ）との関係を示しており、横軸がＥｇを示し、縦軸がＶocを示している。
また、図１８中の傾きを有する直線Ｖoc＝Ｅｇ−０．４は、ボトムセル４０ａのベース層３３の結晶性が一番良い状態と仮定したときのＥｇとＶocとの関係を示しており、図１８中の黒丸の位置がこの直線に近い程、ボトムセル４０ａの特性が優れていることを示している。
また、図１８に示されるＧａＡｓからの格子定数不整合率は、ＧａＡｓとボトムセル４０ａのベース層３３との間の格子定数の不整合の度合いを示している。
また、図１９は、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７のサンプルのそれぞれの電圧（単位Ｖ）と電流密度（単位Ａ／ｃｍ2）との関係（電流−電圧特性）を示しており、横軸が電圧を示し、縦軸が電流密度を示している。
Figure 0005980826
＜結果＞
表１、図１８および図１９に示すように、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池は、Ｎｏ．２の化合物半導体太陽電池と比較して、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５の表面状態に優れていた。
また、表１、図１８および図１９に示すように、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７のサンプルは、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２のサンプルと比較して、ボトムセル４０ａの開放電圧などの特性に優れることが確認された。
これは、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池およびＮｏ．３〜Ｎｏ．７のサンプルにおいてはそれぞれ、バッファ層４１のｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の格子定数ａ１と、ボトムセル４０ａのベース層３３の格子定数ａ２との格子定数差比（１００×（ａ１−ａ２）／（ａ１））が０．１５％以上０．７４％以下の範囲内にあるためと考えられる。
また、上記の格子定数差比が０．３％以上０．５％以下であるＮｏ．３〜Ｎｏ．５のサンプルにおいては、さらに特性が優れる傾向が見られた。
なお、本実施例においては、バッファ層４１のｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の格子定数ａ１と、ボトムセル４０ａのベース層３３の格子定数ａ２とはそれぞれ、上記のＮｏ．１〜Ｎｏ．７の化合物半導体太陽電池の金属層１０２による支持基板１０１の貼り付け前の状態のものをそれぞれＸ線回折装置に設置し、受光面とは反対側（ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５側）からＸ線を照射することによって、Ｘ線回折法により求めた。
また、本実施例においては、ボトムセル４０ａの特性の評価を行なっているが、ボトムセル４０ａ上にバッファ層４１を介してミドルセル４０ｂおよびトップセル４０ｃなどの化合物半導体光電変換セルを設置してたとえば２接合または３接合などの多接合型の化合物半導体太陽電池を作製した場合にも、ボトムセル４０ａの優れた特性に起因して上記の多接合型の化合物半導体太陽電池の特性も向上することが考えられる。
また、本実施例においては、主に、ボトムセル４０ａのベース層３３の組成を変えることによって上記の格子定数差比を変更しているが、バッファ層４１のｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の組成を変えることによって上記の格子定数差比を変更してもよく、ボトムセル４０ａのベース層３３の組成およびバッファ層４１のｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０の組成をそれぞれ変えることによっても上記の格子定数差比を変更してもよい。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法に利用できる可能性がある。
２１ ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、２２ ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層、２３ ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層、２４ ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層、２５ ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層、２６ ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層、２７ ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層、２８ ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層、２９ ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層、３０ ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層、３１ 窓層、３２ エミッタ層、３３ ベース層、３４ ＢＳＦ層、３５ コンタクト層、４０ａ ボトムセル、４０ｂ ミドルセル、４０ｃ トップセル、４１ バッファ層、５０ａ，５０ｂ トンネル接合層、１０１ 支持基板、１０２ 金属層、１１０ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１１ ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１１２ ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、１１３ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１１４ ＢＳＦ層、１１５ ベース層、１１６ エミッタ層、１１７ 窓層、１１８ ｎ+型ＡｌＩｎＰ層、１１９ ｎ++型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、１２０ ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、１２１ ｐ+型ＡｌＩｎＰ層、１２２ ＢＳＦ層、１２３ ベース層、１２４ エミッタ層、１２５ 窓層、１２６ コンタクト層、１２７ 反射防止膜、１２８ 電極層、１３０ ＧａＡｓ基板、１３１ エッチングストップ層、２０１ 支持基板、２０２ 金属層、２０３ コンタクト層、２２３ ベース層、２２４ エミッタ層、２２６ コンタクト層、２３０ Ｇｅ基板、３２３ ベース層、３２４ エミッタ層、４２２ エミッタ層、４２３ ベース層、５２８ 電極。

Claims (6)

  1. 支持基板と、
    ＩｎＧａＡｓからなる第１の化合物半導体光電変換セルと、
    ＧａＡｓからなる第２の化合物半導体光電変換セルと、
    前記第１の化合物半導体光電変換セルと前記第２の化合物半導体光電変換セルとの間に設置されたＩｎＧａＰからなる化合物半導体バッファ層と、を備え、
    前記化合物半導体バッファ層は、前記第２の化合物半導体光電変換セル側から前記第１の化合物半導体光電変換セル側にかけて格子定数が大きくなるように変化しており、
    前記第１の化合物半導体光電変換セルの格子定数が前記化合物半導体バッファ層のうち前記第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層の格子定数よりも小さく、
    前記第１の化合物半導体光電変換セルの格子定数と前記化合物半導体バッファ層のうち前記第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層の格子定数との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下である、化合物半導体太陽電池。
  2. 前記第１の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体層のうちベース層と、前記化合物半導体バッファ層を構成する化合物半導体層のうち前記第１の化合物半導体光電変換セルに最も近い位置に設置されている化合物半導体層との格子定数差比が０．１５％以上０．７４％以下である、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池。
  3. 前記第１の化合物半導体光電変換セルを構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギが１．０ｅＶ以上１．１ｅＶ以下である、請求項１または請求項２に記載の化合物半導体太陽電池。
  4. 前記第２の化合物半導体光電変換セル上に設置されたＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＰからなる第３の化合物半導体光電変換セルをさらに備えた、請求項１から３のいずれか１項に記載の化合物半導体太陽電池。
  5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の化合物半導体太陽電池を製造する方法であって、
    半導体基板上に前記第２の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、
    前記第２の化合物半導体光電変換セル上に前記化合物半導体バッファ層を形成する工程と、
    前記化合物半導体バッファ層上に前記第１の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、
    前記半導体基板を除去する工程と、
    を含む、化合物半導体太陽電池の製造方法。
  6. 請求項４に記載の化合物半導体太陽電池を製造する方法であって、
    半導体基板上に前記第３の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、
    前記第３の化合物半導体光電変換セル上に前記第２の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、
    前記第２の化合物半導体光電変換セル上に前記化合物半導体バッファ層を形成する工程と、
    前記化合物半導体バッファ層上に前記第１の化合物半導体光電変換セルを形成する工程と、
    前記半導体基板を除去する工程と、
    を含む、化合物半導体太陽電池の製造方法。
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