JP6423020B2 - 多接合型太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念による多接合型太陽電池に関する。

多接合型太陽電池は（英：ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、刊行誌「Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｍａｔｃｈｅｄ ｔｒｉｐｌｅ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｒｅａｃｈｉｎｇ ４１．１％ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｓｕｎｌｉｇｈｔ」、Ｇｕｔｅｒら著、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９４，２２３５０４（２００９）から公知である。開示された構造は、高い効率を有するメタモルフィックＧａ_０．３５Ｉｎ_０．６５Ｐ／Ｇａ_０．８３Ｉｎ_０．１７Ａｓ／Ｇｅ３接合型太陽電池である。ここで、Ｇｅ基板及び／又はＧｅサブセルとＧａ_０．８３Ｉｎ_０．１７Ａｓサブセルの間で、Ｇａ_ＹＩｎ_１−ＹＡｓからのメタモルフィックバッファが使用される。ここでは、メタモルフィックバッファは、段階的に上昇するインジウム含分を有する、厚さ２００ｎｍの７層のＧａＩｎＡｓ層から成り、ここで、同時に格子定数も上昇する。ここで、バッファの最終層、いわゆる余剰層（英：ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）では、その上にあるＧａ_０．８３Ｉｎ_０．１７Ａｓサブセルよりも大きなインジウム含分（２０％）及び／又は格子定数が使用される。これは、下にあるメタモルフィックバッファ層を所望の格子定数に緩和させる応力を作るために必要である。

さらに、刊行誌「Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ２．０５ ｅＶ ＡｌＧａＩｎＰ ｔｏｐ ｓｕｂ−ｃｅｌｌ ｆｏｒ ５ ａｎｄ ６Ｊ−ＩＭＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｃｏｒｎｆｉｅｌｄら著、２７８８〜２７９１ページ、Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＰＶＳＣ）、２０１２ ３８ｔｈ ＩＥＥＥ、ＩＳＢＮ：９７８−１−４６７３−００６４−３から、最大６つのサブセルを有する逆積み多接合型太陽電池のメタモルフィック（英：ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ，ＩＭＭ）バッファの形成が公知である。さらに、ＥＰ２２５１９１２Ａ１から、様々な応力をかけられた層、及び複数の太陽電池、及びメタモルフィックバッファを有するトンネルダイオード構造が公知である。

ＥＰ２６５０９３０Ａ１から、上側のＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ２接合型太陽電池を下側のメタモルフィックＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ２接合型太陽電池に接合させた（英：ｂｏｎｄｅｄ）ものから成る４接合型太陽電池が公知である。

完璧を期するため、ここでメタモルフィック多接合型太陽電池という用語が、太陽電池積層体の２つのサブセル（英：ｓｕｂ−ｃｅｌｌ）の間に少なくとも１つのメタモルフィックバッファ層を有する多接合型太陽電池と理解されることに言及しておく。さらに、ＩＩＩ〜Ｖ族の多接合型太陽電池のエピタキシの際に、いわゆるメタモルフィックバッファを使用すると、このバッファ上に、基板の格子定数よりも大きな格子定数を有する原料から、高品質で半導体層を堆積可能であることに言及しておきたい。つまり、メタモルフィックバッファによって、エピタキシの過程で、本来の基板の格子定数よりも大きな格子定数を有する、いわゆる仮想基板が形成される。その後、仮想基板と同一の格子定数を有する半導体層を高品質で堆積させることができる。メタモルフィックバッファを使用することで、多接合型太陽電池において様々なサブセル原料を選定する際に、より大きな選択の余地が可能となる。これによって、殊に、多接合型太陽電池のより高い効率を約束する原料組み合わせが実現される。

メタモルフィックバッファを使用する際の問題は、内在する残留応力である。使用する基板の可撓性によっては、残留応力により、半導体ウェハ（英：ｗａｆｅｒ）の不所望な湾曲がもたらされる。殊に、１９０μｍ未満の厚さを有する通常のＧｅ基板上での製造の場合、例えば、著しい湾曲作用が生じる。

半導体ウェハの湾曲によって、とりわけ既にエピタキシの間に、温度の影響を原因として不均質な層特性がもたらされる。さらに、そのような半導体ウェハの加工は困難となり、収率が減少し、それによって製造コストが著しく上昇する。さらに、湾曲によって、通常２０ｃｍ^２超の面積を有する宇宙飛行用太陽電池において、不所望な製造物特性がもたらされる。

こうした背景から、本発明の課題は、従来技術をさらに発展させる装置を記載することにある。

本課題は、特許請求項１の特徴を有する多接合型太陽電池によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。

本発明の対象によると、ＩｎＧａＡｓ化合物からの第一サブセルを有する多接合型太陽電池を備えた多接合型太陽電池が提供され、ここで第一サブセルは第一格子定数を有し、かつ第二サブセルは第二格子定数を有し、ここで第一格子定数は第二格子定数より少なくとも０．００８Å大きく、かつさらにメタモルフィックバッファが備えられており、ここでバッファは第一サブセルと第二サブセルの間に形成されており、かつメタモルフィックバッファは連続する少なくとも３つの層を有し、かつ連続する際の格子定数は、第一サブセル方向で、層ごとに上昇し、かつここでバッファ層の格子定数は第二格子定数より大きく、かつここでメタモルフィックバッファ層は第三格子定数を有し、かつ第三格子定数は第一格子定数より大きく、かつメタモルフィックバッファと第一サブセルの間に、メタモルフィックバッファの残留応力を相殺するためのＮ個の相殺層が形成されており、かつそれぞれの相殺層の格子定数は、第一格子定数より△Ａ_Ｎの値が０．０００８Å超小さく、かつ相殺層は１％超のインジウム含分を有し、かつＮ個の相殺層の厚さは、以下の式が成り立つように選択されている：

引張応力によって半導体基板及び／又は半導体ウェハの凸型湾曲がもたらされること、及びそれと同様に圧縮応力によって半導体基板及び／又は半導体ウェハの凹型湾曲がもたらされること、及び多接合型太陽電池が好ましくはＩＩＩ〜Ｖ族の半導体原料から成ることに言及しておきたい。ここで、引張応力という用語は引っ張る応力と、圧縮応力という用語は押し込む応力と理解される。さらに、Ｎという数がゼロを除いた自然数の群を含むこと、すなわち、少なくとも１つの相殺層が形成されているということに言及しておきたい。

１つの相殺層又は複数の相殺層を形成する利点とは、それによって、殊にメタモルフィックバッファにより引き起こされる半導体ウェハの湾曲が著しく低減されることである。相殺層を導入することで、多接合型太陽電池を製造する際の収率が上昇すること、及び製造コストが削減されることが調査によって示された。さらに、相殺層を、メタモルフィックバッファの最終層の後、かつ好適には後続のサブセル堆積前に形成することが有利である。すなわち、相殺層を、いわゆるバッファ「余剰」層の後に形成することが有利である。その際、例えば少ない原料消費の観点から有利な実施形態は、相殺層を、メタモルフィックバッファの最終層と材料接続で結合することにある。さらに、上記式によると、応力反発の尺度としての相殺の大きさは、第一格子定数に対する相殺層格子定数の差に相殺層厚をかけたものに直接依存することに言及しておきたい。ウェハ湾曲の意味ある低減を達成するために、相殺応力における一定の基準が必要であることが出願人の調査によって示された。少なくとも２０％の応力低減を達成することが所望されている。

完璧を期するため、サブセルの格子定数が、サブセルの最も厚い層の格子定数と同義であることに言及しておく。典型的には、サブセルの最も厚い層はサブセルの吸収体層のうちの１つである。通常はｐ極の上にｎ極を有する産業用多接合型太陽電池において、最も厚い層とは、典型的に、それぞれのサブセルのｐｎ接合のｐ型ドーピングをしたベース層である。

さらに、応力相殺層を組み込むことで、メタモルフィックバッファによって形成されるいわゆる仮想基板の格子定数が、応力相殺層の堆積後に、十分に固定（ｅｉｎｇｅｆｒｏｒｅｎ）されているという利点がある。応力相殺層がない場合、後に堆積させる層、殊にサブセルの比較的厚い吸収体層を組み合わせる際に、想定外のずれ及び／又は製造不安定性によって、さらなる圧縮応力、及びそれによるメタモルフィックバッファ層のさらなる緩和がもたらされ得る。これは、仮想基板の格子定数の不所望な増加を意味するだろう。しかしながら、応力相殺層を組み込むことで、メタモルフィックバッファの残留応力が大きく低減され、その結果、メタモルフィックバッファの想定外のさらなる緩和の可能性が著しく減少する。したがって、応力相殺層を組み込むことで、メタモルフィックバッファ上に堆積させる層を組み合わせる際の製造不安定性に対して、堆積プロセスのより大きなプロセスウィンドウ及び／又は許容度も可能となる。

さらなる形態において、Ｎ個の相殺層の厚さは、全体で、つまり合計で１５０ｎｍ超である。１５０ｎｍを上回る合計厚さによって、メタモルフィックバッファの応力が明らかに相殺されることが調査によって示された。その都度Ｎ個である相殺層の格子定数は、第一格子定数より△Ａ_Ｎの値が少なくとも０．００２Å超小さい場合に有利である。△Ａ_Ｎが０．００２Å未満である場合、可能な限り高い相殺を実現するためには、太陽電池製造の経済性に著しく不利な影響があるほど大きな相殺層の合計厚さが必要であることが調査によって示された。

代替的な一実施形態において、△Ａ_Ｎの値は０．００２Å未満であり、ここで応力相殺層は、同時に、半導体反射鏡又はブラッグ反射鏡の層として形成されている。すなわち、ここで応力相殺層は２つの機能を有する。

他の一実施形態において、Ｎ個の相殺層の厚さは、以下の式が成り立つように選択されている：

殊に格子定数の差が増加すると、それにより、１μｍ未満の層厚で、主としてバッファにより生じる引張応力の少なくとも２０％を相殺できる。

他のさらなる形態において、Ｎ個の相殺層の厚さは、以下の式が成り立つように選択されている：

前記値を上回ると、相殺層における亀裂形成の可能性が大きく上昇することが調査によって示された。

実施におけるさらなる特徴は、相殺層がそれぞれ引張応力を有すること、及び相殺層の面内格子定数（英：ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）が面外格子定数（英：ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）より大きいことである。ここで面内格子定数とは、相殺層の主伸長面方向における格子定数を意味している。すなわち、個々の相殺層は、それぞれ異方性の格子定数を有する。代替的な一実施形態において、相殺層は、それぞれ、ＧａＡｓ、及び／又はＧａＩｎＡｓ、及び／又はＡｌＧａＩｎＡｓ、及び／又はＧａＩｎＰ、及び／又はＡｌＧａＩｎＰ、及び／又はＧａＡｓＰ、及び／又はＧａＩｎＡｓＰからの化合物を有する。

さらなる形態において、相殺層のインジウム含分は、第一サブセルのインジウム含分より０．２％又は０．５％少ない。インジウム含分の高さは、格子定数に重大な影響を及ぼすことは自明である。さらに、一部の相殺層、又は全ての相殺層をＺｎでドーピングすることが有利である。亜鉛ドーピングが１０^１４ｃｍ^−３超である場合、特に有利である。

他のさらなる形態において、一部の相殺層、又は全ての相殺層は、半導体反射鏡の一部として形成されている。層の２つの機能性によって多接合型太陽電池の合計厚さが減少することは有利である。好ましい一実施形態において、第二サブセルはゲルマニウムを有する。さらに第三サブセルが備えられており、ここで第三サブセルはＧａＩｎＰからの化合物を有する。さらに、第三サブセルと第一サブセルの間に第四サブセルを形成することが有利であり、ここで第四サブセルはＧａＡｓ、又はＩｎＧａＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＡｓの化合物を含む。

サブセルを順積み配置及び逆積み配置のどちらでも形成できることが調査によって示された。その際、順積み配置では、エピタキシャル製造プロセスの間に最後に堆積させたサブセルが、多接合型太陽電池の最上部のサブセルであると理解される。ここで最上部のサブセルとは、太陽に最も近く配置されており、かつ全サブセルのうち最も大きなバンドギャップを有するサブセルと理解される。逆積み配置では、エピタキシャル製造プロセスの間に最初に堆積させたサブセルが、多接合型太陽電池の最上部のサブセルであると理解される。すなわち、順積み配置の場合、より大きな格子定数を有する第一サブセルは、より小さな格子定数を有する第二サブセルのバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。逆積み配置の場合、より大きな格子定数を有する第一サブセルは、より小さな格子定数を有する第二サブセルのバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有する。

他の一実施形態において、４つのサブセルを配置する際に、それぞれ２つのサブセル対が形成されており、ここで２つのサブセル対の間に、直接半導体接合による、材料接続された化合物が存在する。その際に格子応力の相殺を行うことが特に有利である。というのも、接合プロセスは、つなぎ合わせるウェハ及び／又は半導体ウェハの湾曲に対して僅かな許容度しか示さないからである。一実施形態において、多接合型太陽電池がＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ４接合型太陽電池であって、直接半導体接合でつなぎ合わされた２つの２接合型太陽電池から成り、そのうち１つが順積みのメタモルフィックＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ２接合型太陽電池であることが特に有利である。

他の一実施形態において、第二又は第三メタモルフィックバッファが形成されており、ここで、個々のバッファと共に、さらなる、つまり第二又は第三相殺層がそれぞれ形成されており、かつそれぞれの相殺層が、メタモルフィックバッファと、それより大きな格子定数を有する隣接したサブセルの間に形成されている。さらに、相殺層がトンネルダイオードのｐｎ接合の一部ではないことに言及しておく。

本発明は、下記で符号と関連付けることでより詳細に説明される。その際、同種の部分には同一の記号を付す。図示した実施形態は、かなり概略化されている。つまり、間隔、及び横方向と縦方向の広がりは縮尺通りではなく、他に記載がない限り、互いに導き出される幾何学的関係を有することはない。：

１ａ：本発明による多接合型太陽電池の第一実施形態の断面、１ｂ：格子定数の変化（図１ａに示した太陽電池構造の一連の層に対応）、１ｃ：面内格子定数の変化（図１ａに示した太陽電池構造の一連の層に対応）、１ｄ：面外格子定数の変化（図１ａに示した太陽電池構造の一連の層に対応）。 ３接合型太陽電池としての、本発明による第二実施形態の断面。 ４接合型太陽電池としての、本発明による第三実施形態の断面。

図１ａの図面は、本発明による第一実施形態である、第一サブセルＳＣ１を有する多接合型太陽電池ＭＳの断面を示す。第一サブセルＳＣ１は、唯一の相殺層ＫＯＭ１の上に載っている。しかしながら、代替的な一実施形態（図示せず）では、唯一の相殺層ではなく、Ｎ個という多数の各相殺層が形成されている。さらに、相殺層ＫＯＭ１は、メタモルフィックバッファＭＰ１の上に載っており、ここでバッファＭＰ１は第二サブセルＳＣ２の上に載っている。バッファは連続する層（図示せず）を有する。

図１ｂの図面には、格子定数Ａの変化（図１ａに示される太陽電池構造の一連の層に対応）が記載されている。下記では、図１ａの図面との差違についてのみ説明する。ここで、格子定数Ａとは、常にいわゆる自然格子定数（ｎａｔｕｅｒｌｉｃｈｅ Ｇｉｔｔｅｒｋｏｎｓｔａｎｔｅ）と理解されることに言及しておく。第二サブセルＳＣ２は第二格子定数ＡＳＣ２を有する。第二サブセルＳＣ２の上に、格子定数ＭＰＡ１を有する第一層、及び格子定数ＭＰＡ２を有する第二層、及び格子定数ＭＰＡ３を有する第三層、及び格子定数ＭＰＡ４を有する第四層という層の連続体が配置されている。格子定数ＭＰＡ１、ＭＰＡ２、ＭＰＡ３、及びＭＰＡ４は、連続する層において、層ごとに上昇することが示され、ここで、層連続体である全格子定数ＭＰＡ１、ＭＰＡ２、ＭＰＡ３、及びＭＰＡ４は、第二格子定数ＡＳＣ２より大きい。さらに、第四格子定数ＭＰＡ４は第一格子定数ＡＳＣ１より大きい。これによって、第四層は「余剰」層とも称される。相殺層ＫＯＭ１は、第一格子定数ＡＳＣ１よりも小さな格子定数Ａ１を有する。「余剰」層には圧縮応力がかけられているため、半導体ウェハに応力がかかることは自明である。

相殺層ＫＯＭ１を導入し、第一格子定数ＡＳＣ１と比べて小さな格子定数Ａ１を形成することで初めて、平衡、つまり格子応力の低減が達成される。その際、相殺層ＫＯＭ１の厚さＫＯＭＤ_１が大きいほど、また第一格子定数ＡＳＣ１と比べた相殺層ＫＯＭ１の格子定数Ａ１の差が大きいほど、低減の度合いが増大する。格子応力の変化は、下記で面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）格子定数ＡＬの変化及び面外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）格子定数ＡＶの変化を用いて示される。

図１ｃの図面は、図１ａに示した太陽電池構造の一連の層について、面内格子定数ＡＬの変化を示す。さらに、図１ｄの図面には、図１ａに示した太陽電池構造の一連の層について、面外格子定数ＡＶの変化が示される。下記では、先の図の説明に対する差違のみを挙げる。面内格子定数ＡＬの変化及び面外格子定数ＡＶの変化から、太陽電池構造についての格子応力の変化がより正確に読み取れることが分かる。第二サブセルＳＣ２は第二面内格子定数ＡＳＣ２Ｌを有する。第二サブセルＳＣ２の上に、面内格子定数ＭＰＡ１Ｌを有する第一層、及び面内格子定数ＭＰＡ２Ｌを有する第二層、及び面内格子定数ＭＰＡ３Ｌを有する第三層、及び面内格子定数ＭＰＡ４Ｌを有する第四層という層の連続体が形成されており、ここで第三層の面内格子定数ＭＰＡ３Ｌは、第四面内格子定数ＭＰＡ４Ｌと同一の大きさである。面内格子定数ＭＰＡ１Ｌ、ＭＰＡ２Ｌ、及びＭＰＡ３Ｌは、連続する層において、層ごとに上昇することが示され、ここで、層連続体である全面内格子定数ＭＰＡ１Ｌ、ＭＰＡ２Ｌ、及びＭＰＡ３Ｌ、及び／又はＭＰＡ４Ｌは、第二面内格子定数ＡＳＣ２Ｌより大きい。続いて、相殺層ＫＯＭ１は面内格子定数Ａ１Ｌを有し、かつ第一サブセルＳＣ１は第一面内格子定数ＳＣ１Ｌを有し、ここで面内格子定数Ａ１Ｌ、及び第一面内格子定数ＳＣ１Ｌ、及び面内格子定数ＭＰＡ３Ｌ、及び面内格子定数ＭＰＡ４Ｌは、第三層及び第四層と一致する。

第二サブセルＳＣ２は、第二面外格子定数ＡＳＣ２Ｖを有する。第二サブセルＳＣ２の上に、面外格子定数ＭＰＡ１Ｖを有する第一層、及び面外格子定数ＭＰＡ２Ｖを有する第二層、及び面外格子定数ＭＰＡ３Ｖを有する第三層、及び面外格子定数ＭＰＡ４Ｖを有する第四層という層の連続体が配置されている。面外格子定数ＭＰＡ１Ｖ、ＭＰＡ２Ｖ、ＭＰＡ３Ｖ、及びＭＰＡ４Ｖは、連続する層において、層ごとに上昇することが示され、ここで層連続体である全格子定数ＭＰＡ１Ｖ、ＭＰＡ２Ｖ、ＭＰＡ３Ｖ、及びＭＰＡ４Ｖは、第二面外格子定数ＡＳＣ２Ｖより大きい。さらに、第一サブセルＳＣ１は第一面外格子定数ＡＳＣ１Ｖを有し、ここで第一面外格子定数ＡＳＣ１Ｖは第二面外格子定数ＡＳＣ２Ｖより大きい。さらに、第四面外格子定数ＭＰＡ４Ｖは第一面外格子定数ＡＳＣ１Ｖより大きい。しかしながら、相殺層ＫＯＭ１は、第一面外格子定数ＡＳＣ１Ｖよりも小さな面外格子定数Ａ１Ｖを有する。面外格子定数ＡＶの変化を格子定数Ａの変化と比較すると、これは、面外格子定数における差違が存在している場合は、自然格子定数Ａの変化の場合よりも実質的に大きいことを意味する。メタモルフィックバッファの残留応力は、本発明により、１つ又は複数の応力相殺層によって、少なくとも部分的に相殺されることに言及しておきたい。このために、応力相殺層は、第一サブセルＳＣ１の格子定数よりも小さな格子定数を有する。さらに、応力相殺層は、引張応力及び／又は引っ張る応力を有する。

図２の図面は、本発明による第二実施形態である、３接合型太陽電池の形式における断面を示しており、ここで光入射Ｌは、反射防止層ＡＲを通して行われる。下記では、先の図の図面に対する差違についてのみ説明する。第二サブセルＳＣ２は、好適には、金属層Ｍ２と下面側で材料接続により結合されている。第二サブセルＳＣ２と下部トンネルダイオードＵＴの間には、まだ様々な核形成層及び／又は簡易バッファ層が形成されている。上部トンネルダイオードＯＴは、第三サブセルＳＣ３と第一サブセルＳＣ１の間に形成されている。ここでは、第三サブセルＳＣ３の上に、反射防止層ＡＲ、及び接触仲介層Ｋ１、及び第一金属層Ｍ１が配置されている。下部トンネルダイオードＵＴがメタモルフィックバッファＭＰ１の下にあり、これは、ｐ極の上にｎ極を有する太陽電池積層体が形成されるという関連において、メタモルフィックバッファＭＰ１及び応力相殺層ＫＯＭ１がｐ型ドーピングされていることを意味する。３接合型太陽電池を、順積みのメタモルフィックＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ３接合型太陽電池として実施することが好ましい。一実施形態（図示せず）において、３接合型太陽電池は半導体反射鏡を含む。好適には、半導体反射鏡が第一サブセルＳＣ１と第二サブセルＳＣ２の間に形成されている。

図３の図面は、本発明による第三実施形態である、４接合型太陽電池の形式における断面を示す。下記では、先の図の図面に対する差違についてのみ説明する。好適には、４接合型太陽電池は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅからの一連の化合物を含み、ここでＡｌＧａＩｎＰからの化合物が、入射光Ｌ側の最上部サブセルとして配置されている。第一サブセルＳＣ１と相殺層ＫＯＭ１の間に半導体反射鏡ＨＳＰが形成されている。さらに、第一サブセルＳＣ１と第四サブセルＳＣ４の間に中部トンネルダイオードＭＴが形成されている。さらに、第一サブセルＳＣ１と第三サブセルＳＣ３の間に第四サブセルＳＣ４が形成されている。

Claims (16)

1. ＩｎＧａＡｓからの化合物から成る第一サブセル（ＳＣ１）を有し、ここで第一サブセル（ＳＣ１）が第一格子定数（ＡＳＣ１）を有し、かつ
   第二格子定数（ＡＳＣ２）を有する第二サブセル（ＳＣ２）を有し、ここで第一格子定数（ＡＳＣ１）が、第二格子定数（ＡＳＣ２）より少なくとも０．００８Å大きく、かつ
   メタモルフィックバッファ（ＭＰ１）を有し、ここでメタモルフィックバッファ（ＭＰ１）が、第一サブセル（ＳＣ１）と第二サブセル（ＳＣ２）の間に形成されており、かつメタモルフィックバッファ（ＭＰ１）が連続する少なくとも３つの層を有し、かつ連続する際の格子定数が、第一サブセル（ＳＣ１）方向で、層ごとに上昇し、かつメタモルフィックバッファ（ＭＰ１）の格子定数が第二格子定数（ＡＳＣ２）より大きく、かつここでメタモルフィックバッファ（ＭＰ１）が第四格子定数（ＭＰＡ４）を有し、かつ第四格子定数（ＭＰＡ４）が第一格子定数（ＡＳＣ１）より大きい
   多接合型太陽電池（ＭＳ）において、
   メタモルフィックバッファ（ＭＰ１）と第一サブセル（ＳＣ１）の間に、Ｎ個の相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）が、メタモルフィックバッファ（ＭＰ１）の残留応力を相殺するために形成されており、かつそれぞれの相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の格子定数（Ａ１、Ａ２、．．．ＡＮ）は、第一格子定数（ＡＳＣ１）より△Ａ_Ｎの値が０．０００８Å超小さく、かつ相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）が１％超のインジウム含分を有し、かつＮ個の相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の厚さ（ＫＯＭＤ_１、ＫＯＭＤ_２、．．．ＫＯＭＤ_Ｎ）が、下記式：
   

   

   が成り立ち、かつ下記式：
   

   

   が成り立つように選択されていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
2. 請求項１に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、Ｎ個の相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の厚さ（ＫＯＭＤ_１、ＫＯＭＤ_２、．．．ＫＯＭＤ_Ｎ）が、合計１５０ｎｍ超であることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、その都度Ｎ個の相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の格子定数（Ａ_１、Ａ_２、．．．Ａ_Ｎ）は、第一格子定数（ＡＳＣ１）より少なくとも△Ａ_Ｎの値が０．００２Å超小さいことを特徴とする前記多接合型太陽電池。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、Ｎ個の相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の厚さ（ＫＯＭＤ_１、ＫＯＭＤ_２、．．．ＫＯＭＤ_Ｎ）が、下記式：
   

   

   が成り立つように選択されていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）が、それぞれ引張応力を有することを特徴とする前記多接合型太陽電池。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）が、それぞれ、ＧａＡｓ、及び／又はＧａＩｎＡｓ、及び／又はＡｌＧａＩｎＡｓ、及び／又はＧａＩｎＰ、及び／又はＡｌＧａＩｎＰ及び／又はＧａＡｓＰ、及び／又はＧａＩｎＡｓＰからの化合物を有することを特徴とする前記多接合型太陽電池。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）のインジウム含分が、第一サブセル（ＳＣ１）のインジウム含分より、少なくとも０．２％又は少なくとも０．５％少ないことを特徴とする前記多接合型太陽電池。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の一部又は全てが、Ｚｎでドーピングされていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層（ＫＯＭ１、ＫＯＭ２、．．．ＫＯＭＮ）の一部が、半導体反射鏡の一部として形成されていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、第二サブセル（ＳＣ２）がゲルマニウムを含有すること、及び第三サブセル（ＳＣ３）が備えられていること、及び第三サブセル（ＳＣ３）がＧａＩｎＰからの化合物を有することを特徴とする前記多接合型太陽電池。
11. 請求項１０に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、第三サブセル（ＳＣ３）と第一サブセル（ＳＣ１）の間に第四サブセル（ＳＣ４）が形成されていること、及び第四サブセル（ＳＣ４）が、ＧａＡｓ、又はＩｎＧａＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＡｓの化合物を含むことを特徴とする前記多接合型太陽電池。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、サブセル（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４）が、順積み配置又は逆積み配置で形成されていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
13. 請求項１１に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、４つのサブセル（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４）を有する太陽電池積層体の場合、それぞれ２つのサブセル対（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４）が形成されていること、及び２つのサブセル対（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４）が、直接半導体接合でつなぎ合わせられていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
14. 請求項１から１３までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、第二のメタモルフィックバッファが形成されていること、及び第二のメタモルフィックバッファと共に第二の個数の相殺層が形成されていることを特徴とする前記多接合型太陽電池。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、相殺層が、トンネルダイオードのｐｎ接合の一部でないことを特徴とする前記多接合型太陽電池。
16. 請求項１から１５までのいずれか一項に記載の多接合型太陽電池（ＭＳ）において、Ｎという数がゼロを除く自然数の群を含むことを特徴とする前記多接合型太陽電池。

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