JP6536220B2 - 化合物半導体太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化合物半導体太陽電池及びその製造方法に関する。

従来、バンドギャップの異なる複数の光電変換セルを接合することで、太陽光の波長吸収領域を分散させてエネルギー変換効率を向上させた多接合型の化合物半導体太陽電池が知られている。

多接合型の化合物半導体太陽電池としては、高濃度にドーピングされたトンネル接合層によって３つの光電変換セル（ＧａＩｎＰセル、ＧａＡｓセル及びＧａＩｎＰＡｓセル）が接合された３接合型太陽電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池では、ＧａＩｎＰセルとＧａＡｓセルとをトンネル接合するために、ＧａＩｎＰセルに含まれるｐ型のＡｌＩｎＰ層上に、高濃度にドーピングされたｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層が直接積層されている。

しかしながら、Ａｌを含有するＡｌ含有層上に、Ａｌを含有し、Ａｌ含有層よりも高濃度にドーピングされた高ドープ層が直接積層されている場合、Ａｌ含有層と高ドープ層との接合界面に酸素が取り込まれやすい。そして、接合界面に酸素が混入すると、化合物半導体太陽電池の結晶品質が低下し、化合物半導体太陽電池の変換効率が低下する。

そこで、上記課題に鑑み、Ａｌ含有層と高ドープ層とを含む場合であっても、高い変換効率を得ることができる化合物半導体太陽電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、化合物半導体太陽電池は、
化合物半導体材料で作製される２つ以上の光電変換セルが積層された化合物半導体太陽電池であって、
Ａｌを含有するＡｌ含有層を含む第１光電変換セルと、
前記Ａｌ含有層に積層される挿入層と、
Ａｌを含有し、前記Ａｌ含有層よりも高濃度にドーピングされ、前記挿入層に積層される高ドープ層と、
前記高ドープ層に積層される第２光電変換セルと
を含み、
前記挿入層は、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比が前記Ａｌ含有層のＡｌ成分の組成比よりも小さい化合物半導体層である。

本実施形態によれば、Ａｌ含有層と高ドープ層とを含む場合であっても、高い変換効率を得ることができる化合物半導体太陽電池を提供することができる。

第１実施形態の化合物半導体太陽電池の概略断面図である。 第１実施形態の化合物半導体太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。 第１実施形態の化合物半導体太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。 第１実施形態の化合物半導体太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。 第２実施形態の化合物半導体太陽電池の概略断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
（化合物半導体太陽電池の構成）
第１実施形態の化合物半導体太陽電池について説明する。図１は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池の概略断面図である。なお、図１において、光の入射方向は、図中の上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１９０からＧａＩｎＡｓＰセル１２０に向かう方向）である。

図１に示すように、化合物半導体太陽電池１００は、第１電極１０、ＩｎＰ基板１１０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、接合層１３０、接合層１４０、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、挿入層１８０、ＧａＩｎＰセル１９０、コンタクト層２０及び第２電極３０を含む。

化合物半導体太陽電池１００は、化合物半導体材料で作製されるバンドギャップの異なる３つの光電変換セル（ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１９０）を光学的及び電気的に直列接続した３接合型太陽電池である。ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１９０のバンドギャップは、各々、１．００ｅＶ、１．４２ｅＶ及び１．９０ｅＶである。

化合物半導体太陽電池１００に含まれる光電変換セルについては、ＩｎＰ（インジウムリン）系の光電変換セルと、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）系の光電変換セルとがある。

ＩｎＰ系の光電変換セルとは、ＩｎＰにほぼ格子整合し、ＩｎＰ基板１１０の上に結晶成長可能な材料系で形成される光電変換セルのことである。以下、ＩｎＰにほぼ格子整合し、ＩｎＰ基板１１０の上に結晶成長可能な材料をＩｎＰ格子整合系材料と称し、ＩｎＰ格子整合系材料で構成されるセルをＩｎＰ格子整合系材料セルと称す。

ＧａＡｓ系の光電変換セルとは、ＧａＡｓ又はＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板又はＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成される光電変換セルのことである。以下、ＧａＡｓ又はＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板又はＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるセルをＧａＡｓ格子整合系材料セルと称す。

第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００では、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０は、ＩｎＰ系の光電変換セルであり、ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１９０は、ＧａＡｓ系の光電変換セルである。

第１電極１０は、光の入射方向において奥側（図１中の下側）に位置する下部電極になる電極である。第１電極１０としては、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕ等の複数の金属膜を積層した電極を用いることができる。

ＩｎＰ基板１１０は、例えばドーパントとしてＺｎ（亜鉛）が添加されたｐ型の単結晶インジウムリンのウエハである。なお、ドーパントとしては、Ｚｎに限定されず、他のｐ型のドーパントを用いることもできる。

ＧａＩｎＡｓＰセル１２０は、ＩｎＰ基板１１０上に形成された光電変換セルである。具体的には、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０は、ＩｎＰ基板１１０上に、ｐ型のＩｎＰ層１２１、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２、ｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３及びｎ型のＩｎＰ層１２４がこの順に積層された光電変換セルである。

ＩｎＰ層１２１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｐｎ接合は、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２とｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３とによって構築される。ＩｎＰ層１２４は、光の入射方向において手前側（図１中の上側）に配設される窓層である。

ＩｎＰ層１２１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２及びｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３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。ＩｎＰ層１２１のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＩｎＡｓＰ層１２２は、バンドギャップが１．００ｅＶになるように、ＧａとＩＮの比率及びＡｓとＰの比率が調整されている。ＧａＩｎＡｓＰ層１２２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＩｎＡｓＰ層１２３は、バンドギャップが１．００ｅＶになるように、ＧａとＩＮの比率及びＡｓとＰの比率が調整されている。ＧａＩｎＡｓＰ層１２３のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅ（セレン）を用いることができる。

ＩｎＰ層１２４は、窓層として用いられるため、ＧａＩｎＡｓＰ層１２２及びＧａＩｎＡｓＰ層１２３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。第１実施形態では、ＩｎＰ層１２４のバンドギャップは、一例として１．３５ｅＶに設定される。ＩｎＰ層１２４のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

接合層１３０は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０上に形成される。接合層１３０は、化合物半導体太陽電池１００を作製する過程で、表面清浄化処理と表面活性化処理によって接合層１４０と接合される。接合層１３０としては、例えばｎ型のＩｎＰ層が用いられる。接合層１３０のドーパント濃度は、ＩｎＰ層１２４のドーパント濃度よりも高く設定される。接合層１３０のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。接合層１３０として用いるＩｎＰ層のバンドギャップは、１．３５ｅＶである。

接合層１４０は、化合物半導体太陽電池１００を作製する過程で、表面清浄化処理と表面活性化処理によって、ＩｎＰ基板１１０側の接合層１３０と接合される。接合層１４０としては、例えばｎ型のＧａＡｓ層を用いることができる。接合層１４０のドーパント濃度は、接合層１３０のドーパント濃度と同等に設定される。ＧａＡｓ層のバンドギャップは、１．４２ｅＶである。接合層１４０のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

ところで、図１に示す化合物半導体太陽電池１００の接合層１３０と接合層１４０との境界よりも上側は、例えば、天地を逆にした状態で順次積層することによって作製されるため、接合層１４０は、トンネル接合層１５０上に積層される。

トンネル接合層１５０は、接合層１４０とＧａＡｓセル１６０との間に形成される。図１に示す化合物半導体太陽電池１００の接合層１３０と接合層１４０との境界よりも上側は、例えば、天地を逆にした状態で順次積層することによって作製されるため、トンネル接合層１５０は、ＧａＡｓセル１６０上に積層される。

トンネル接合層１５０は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０とＧａＡｓセル１６０との間にトンネル接合を形成する層である。具体的には、トンネル接合層１５０は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｎ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２３とＧａＡｓセル１６０のｐ型のＧａＡｓ層１６２との間を、トンネル効果を利用して電流が流れるようにするために形成される層である。

トンネル接合層１５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１５２とを含み、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１及びｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１５２は、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。

ＧａＡｓ層１５１は、ＧａＡｓセル１６０よりも高濃度にドーピングされている。ＧａＡｓ層１５１のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＴｅ（テルル）を用いることができる。

ＡｌＧａＡｓ層１５２は、ＧａＡｓセル１６０よりも高濃度にドーピングされている。ＡｌＧａＡｓ層１５２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＣ（炭素）を用いることができる。

ＧａＡｓセル１６０は、トンネル接合層１５０とトンネル接合層１７０との間に形成される第２光電変換セルの一例である。具体的には、ＧａＡｓセル１６０は、トンネル接合層１５０上に、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａＡｓ層１６２、ｎ型のＧａＡｓ層１６３及びｎ型のＧａＩｎＰ層１６４がこの順に積層された光電変換セルである。

なお、ＧａＡｓセル１６０は、実際の製造工程では、例えば天地を逆にした状態で、トンネル接合層１７０上に積層される。このため、実際の製造工程では、トンネル接合層１７０上に、ＧａＩｎＰ層１６４、ＧａＡｓ層１６３、ＧａＡｓ層１６２及びＧａＩｎＰ層１６１の順に積層される。

ＧａＩｎＰ層１６１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ層である。ＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合は、ＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３によって構築される。ＧａＩｎＰ層１６４は、光の入射方向において手前側に配設される窓層である。

ＧａＩｎＰ層１６１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２及びｎ型のＧａＡｓ層１６３のバンドギャップ以上のバンドギャップを有していればよい。ＧａＩｎＰ層１６１のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＡｓ層１６２は、バンドギャップが１．４２ｅＶである。ＧａＡｓ層１６２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＡｓ層１６３は、バンドギャップが１．４２ｅＶである。ＧａＡｓ層１６３のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

ＧａＩｎＰ層１６４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２及びｎ型のＧａＡｓ層１６３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。ＧａＩｎＰ層１６４のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０と挿入層１８０との間に形成される高ドープ層の一例である。図１に示す化合物半導体太陽電池１００の接合層１３０と接合層１４０との境界よりも上側は、例えば天地を逆にした状態で順次積層することによって作製されるため、トンネル接合層１７０は、挿入層１８０上に積層される。

トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１９０との間にトンネル接合を形成する層である。具体的には、トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０のｎ型のＧａＡｓ層１６３とＧａＩｎＰセル１９０のｐ型のＧａＩｎＰ層１９２との間を、トンネル効果を利用して電流が流れるようにするために形成される接合層である。

トンネル接合層１７０は、ｎ＋型のＧａＩｎＰ層１７１とｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２とを含み、ＧａＩｎＰ層１７１及びＡｌＧａＡｓ層１７２は、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。

ＧａＩｎＰ層１７１は、ＧａＩｎＰセル１９０よりも高濃度にドーピングされている。ＧａＩｎＰ層１７１のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＴｅを用いることができる。

ＡｌＧａＡｓ層１７２は、ＧａＩｎＰセル１９０よりも高濃度にドーピングされており、そのドーパント濃度は、例えば１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。ＡｌＧａＡｓ層１７２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＣを用いることができる。

挿入層１８０は、トンネル接合層１７０のＡｌＧａＡｓ層１７２とＧａＩｎＰセル１９０のＡｌＧａＩｎＰ層１９１との間に形成される。図１に示す化合物半導体太陽電池１００の接合層１３０と接合層１４０との境界よりも上側は、例えば天地を逆にした状態で順次積層することによって作製されるため、挿入層１８０は、ＧａＩｎＰセル１９０上に積層される。

挿入層１８０は、Ａｌ（アルミニウム）を含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１よりも小さい化合物半導体層であり、例えば（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（０≦ｂ＜１、０＜ｙ＜１）層である。具体的には、Ａｌを含有していないｐ型のＧａＩｎＰ層、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１よりも小さいｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層を用いることができる。なお、以下の説明では、（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（０≦ｂ＜１、０＜ｙ＜１）層を省略して（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と記載する場合がある。また、ＡｌＧａＩｎＰは、（Ａｌ_ａＧａ_１−ａ）_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０＜ａ＜１、０＜ｘ＜１）を省略した記載である。

挿入層１８０として、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１よりも小さい化合物半導体層を用いることで、トンネル接合層１７０とＧａＩｎＰセル１９０との界面に酸素が取り込まれることを抑制することができる。その理由については後述する。
また、挿入層１８０のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

より具体的には、挿入層１８０を組成式により（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰと表記し、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１を組成式により（Ａｌ_ａＧａ_１−ａ）_ｘＩｎ_１−ｘＰと表記した場合、ａ＝０．３５０、ｘ＝０．５２０、ｂ＝０、ｙ＝０．５１６となるようにした。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１として（Ａｌ_0.350Ｇａ_0.650）_0.520Ｉｎ_0.480Ｐを用い、挿入層１８０としてＧａ_0.516Ｉｎ_0.484Ｐを用いた。

このとき、挿入層１８０のバンドギャップはｐ型のＧａＩｎＰ層１９２とｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップと等しい１．９０ｅＶであり、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１のバンドギャップは２．１１２ｅＶである。

ＧａＩｎＰセル１９０は、挿入層１８０とコンタクト層２０との間に形成される第１光電変換セルの一例である。具体的には、ＧａＩｎＰセル１９０は、挿入層１８０上に、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層１９１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１９３及びｎ型のＡｌＩｎＰ層１９４がこの順に積層された光電変換セルである。

なお、ＧａＩｎＰセル１９０は、実際の製造工程では、例えば天地を逆にした状態で、図示しないＧａＡｓ基板の上のコンタクト層２０上に積層される。このため、実際の製造工程では、コンタクト層２０上に、ＡｌＩｎＰ層１９４、ＧａＩｎＰ層１９３、ＧａＩｎＰ層１９２及びＡｌＧａＩｎＰ層１９１の順に積層される。

ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ層である。ＧａＩｎＰセル１９０のｐｎ接合は、ＧａＩｎＰ層１９２とＧａＩｎＰ層１９３によって構築される。ＡｌＩｎＰ層１９４は、光の入射方向において手前側に配設される窓層である。

ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップ以上のバンドギャップを有していればよい。ＡｌＧａＩｎＰ層１９１のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。なお、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、Ａｌ含有層の一例である。

ＧａＩｎＰ層１９２は、バンドギャップが１．９０ｅＶである。ＧａＩｎＰ層１９２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＩｎＰ層１９３は、バンドギャップが１．９０ｅＶである。ＧａＩｎＰ層１９３のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

ＡｌＩｎＰ層１９４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３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。ＡｌＩｎＰ層１９４のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

コンタクト層２０は、ＧａＩｎＰセル１９０に積層される層であり、第２電極３０との間にオーミック接合を形成する。コンタクト層２０は、例えばドーパントとしてＳｅが高濃度に添加されたｎ＋型のＧａＡｓ層である。ドーパントが高濃度に添加されることによりコンタクト層２０と第２電極３０との間のコンタクト抵抗を低減することができる。なお、コンタクト層２０のドーパントとしては、Ｓｅに限定されず、他のｎ型のドーパントを用いることもできる。

第２電極３０は、光の入射方向において手前側に位置する上部電極になる電極である。第２電極３０としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の複数の金属膜を積層した電極を用いることができる。第２電極３０は、コンタクト層２０の上に形成されている。

（化合物半導体太陽電池の製造方法）
第１実施形態の化合物半導体太陽電池の製造方法について説明する。図２から図４は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。

まず、図２（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板４０を用いて積層体１００Ａを作製すると共に、図２（Ｂ）に示すように、ＩｎＰ基板１１０を用いて積層体１００Ｂを作製する。

具体的には、積層体１００Ａは、ＧａＡｓ基板４０上に、エピタキシャル成長で、ＧａＡｓバッファ層４１、ＧａＩｎＰエッチングストップ層５０、コンタクト層２０、ＧａＩｎＰセル１９０、挿入層１８０、トンネル接合層１７０、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１５０及び接合層１４０を積層することによって作製される。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。

ＧａＩｎＰセル１９０は、ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ層１９１、ＧａＩｎＰ層１９２、ＧａＩｎＰ層１９３及びＡｌＩｎＰ層１９４を含む。ＡｌＧａＩｎＰ層１９１はＢＳＦ層であり、ＡｌＩｎＰ層１９４は窓層である。

挿入層１８０は、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１よりも小さい化合物半導体層であり、例えばＡｌを含有していないｐ型のＧａＩｎＰ層、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１よりも小さいｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。挿入層１８０は、例えばＡｌの原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いて形成される場合、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１を形成するときよりもＴＭＡの流量を小さくする、又は、ゼロにすることにより形成される。

トンネル接合層１７０は、ＧａＩｎＰ層１７１及びＡｌＧａＡｓ層１７２を含む。トンネル接合層１７０は、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１を形成するときの第１の温度よりも低い温度である第２の温度で成長させる。これにより、１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の高いドーパント濃度のトンネル接合層１７０を形成することができる。

ところで、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１（Ａｌ含有層の一例）を形成した後、ＡｌＧａＡｓ層１７２（高ドープ層の一例）を成長させる場合、ＡｌＧａＡｓ層１７２を形成する前にＶ族ガスの切り替えが行われる。このＶ族ガスの切り替えの際、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１とその上部に積層されるＡｌＧａＡｓ層１７２との界面に酸素が混入しやすい。

これは、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１を成長させるときの第１の温度よりも低い第２の温度でＡｌＧａＡｓ層１７２を成長させるため、Ｖ族ガスの切り替えの際、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１に含まれるＡｌに起因して酸素が混入するためと考えられる。

そして、ＡｌＧａＡｓ層１７２とＡｌＧａＩｎＰ層１９１との接合界面に酸素が混入すると、酸素に起因する不純物準位が形成され、不純物準位を介したキャリア再結合の割合が増加する。また、酸素に起因したヒロック（格子欠陥）の発生や積層した化合物半導体層の最表面が荒れたりすることもある。この表面荒れは、デバイス製造工程での異常や直接接合方式で作製する場合には接合強度不足を引き起こす。

このため、化合物半導体太陽電池の変換効率が低下し、また、化合物半導体太陽電池を生産するときの歩留まりが低下する。また、生産コストが上昇する。

しかしながら、化合物半導体太陽電池１００は、酸素が混入しやすいＡｌＧａＡｓ層１７２とＡｌＧａＩｎＰ層１９１との間に、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＡｓ層１７２のＡｌ成分の組成比よりも小さい挿入層１８０を有する。このため、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、ＡｌＧａＡｓ層１７２上に直接積層されるのではなく、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＡｓ層１７２のＡｌ成分の組成比よりも小さい挿入層１８０上に積層されることになる。

これにより、ＡｌＧａＡｓ層１７２とＡｌＧａＩｎＰ層１９１との接合界面に酸素が取り込まれることを抑制することができる。結果として、化合物半導体太陽電池の結晶品質が向上し、変換効率の高い化合物半導体太陽電池を提供することができる。

ＧａＡｓセル１６０は、ＧａＩｎＰ層１６１、ＧａＡｓ層１６２、ＧａＡｓ層１６３及びＧａＩｎＰ層１６４を含む。ＧａＩｎＰ層１６１はＢＳＦ層であり、ＧａＩｎＰ層１６４は窓層である。

トンネル接合層１５０は、ＧａＡｓ層１５１とＡｌＧａＡｓ層１５２とを含む。

積層体１００Ａの積層（成長）時は、ＧａＡｓ基板４０がある下側が光の入射方向における入射側となり、後に積層体１００Ｂと接合する際に、積層体１００Ａを天地逆にするので、図１に示す上下関係とは逆方向から成長する。すなわち、ワイドバンドギャップのセル（ＧａＩｎＰセル１９０）からナローバンドギャップセル（ＧａＡｓセル１６０）へと順次成長する。また、最終的にｐ側が下部（光の入射方向における奥側）となる。

積層体１００Ｂは、ＩｎＰ基板１１０上に、エピタキシャル成長で、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０及び接合層１３０を積層することによって作製される。エピタキシャル成長させる方法としては、例えばＭＯＣＶＤ法を用いることができる。積層体１００Ｂは、ＩｎＰ基板１１０とは反対側の接合層１３０側が光の入射方向における入射側となる。

ＧａＩｎＡｓＰセル１２０は、ＩｎＰ基板１１０側からＩｎＰ層１２１、ＧａＩｎＡｓＰ層１２２、ＧａＩｎＡｓＰ層１２３及びＩｎＰ層１２４を含む。ＩｎＰ層１２１はＢＳＦ層であり、ＩｎＰ層１２４は窓層である。

次に、図３に示すように、エピタキシャル成長によって作製した積層体１００Ａ及び積層体１００Ｂを直接的に接合することにより、積層体１００Ｃを作製する。

具体的には、積層体１００Ａの接合層１４０及び積層体１００Ｂの接合層１３０に表面清浄化処理及び表面活性化処理を行い、接合層１３０及び１４０を直接的に接合する。表面清浄化処理には有機溶剤を用いることができる。表面活性化処理としては、Ａｒイオンビーム又はＡｒ原子を常温高真空下で衝突させる方法を用いることができる。

積層体１００Ｃは、積層体１００Ｂの接合層１３０の上に、積層体１００Ａを天地逆にして積層体１００Ｂが下側にある状態で、接合層１３０と接合層１４０を接合して作製したものである。

すなわち、積層体１００Ｃは、ＩｎＰ基板１１０の上に、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、接合層１３０、接合層１４０、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、挿入層１８０、ＧａＩｎＰセル１９０、コンタクト層２０、ＧａＩｎＰエッチングストップ層５０、ＧａＡｓバッファ層４１及びＧａＡｓ基板４０をこの順に積層した構成を有する。

次に、図４に示すように、積層体１００ＣからＧａＡｓ基板４０、ＧａＡｓバッファ層４１及びＧａＩｎＰエッチングストップ層５０を、各々、ウェットエッチングで除去することにより、積層体１００Ｄを作製する。

具体的には、例えば水（Ｈ_２Ｏ）と過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）と硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）の混合溶液をウェットエッチング溶液として用いることにより、ＧａＡｓ基板４０とＧａＡｓバッファ層４１のエッチングを行うことができる。このとき、水と過酸化水素水と硫酸の混合溶液は、ＧａＩｎＰエッチングストップ層５０のＧａＩｎＰ層を溶解しないため、ＧａＩｎＰエッチングストップ層５０でウェットエッチングをストップさせることができる。

続いて、例えば塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ_２Ｏ）の混合溶液をウェットエッチング溶液として用いることにより、ＧａＩｎＰエッチングストップ層５０のエッチングを行うことができる。このとき、塩酸と水の混合溶液は、コンタクト層２０のＧａＡｓ層を溶解しないため、コンタクト層２０のみのエッチングを行うことができる。

次に、図１に示すように、第１電極１０及び第２電極３０を形成する。

具体的には、フォトリソグラフィ工程によりコンタクト層２０上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、レジストパターンを形成する。続いて、真空蒸着法等の方法を用いて、電極材料を蒸着し、金属膜を成膜する。レジストパターン上の金属膜をリフトオフすることで、コンタクト層２０上に第２電極３０を形成する。金属膜としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。

続いて、第２電極３０をマスクとして、ウェットエッチングを用いて、第２電極３０と重ならないコンタクト層２０の一部を除去し、コンタクト層２０を形成する。ウェットエッチングに用いるエッチング溶液としては、例えば硫酸、過酸化水素水、水の混合溶液等が挙げられる。このとき、ＧａＩｎＰセル１９０に含まれるＡｌＩｎＰを溶解しないため、ｎ型のＡｌＩｎＰ層１９４の手前で、エッチング処理をストップさせ、コンタクト層２０のみをエッチングすることができる。

続いて、ＩｎＰ基板１１０の裏面を研磨した後に、電極材料を蒸着し、金属膜を成膜した後、アニール処理を行うことによって第１電極１０を形成する。金属膜としては、例えばＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕを用いることができる。

以上の工程により、図１に示す化合物半導体太陽電池１００が完成する。

なお、化合物半導体太陽電池１００には、光がワイドバンドギャップのセル側（ＧａＩｎＰセル１９０側）から入射する構造となる。そこで、光が入射するＡｌＩｎＰ層の表面に、反射防止膜を設けることが好ましい。これにより、ＡｌＩｎＰ層の表面における光の反射損失（反射ロス）を低減することができる。

以上に説明したように、第１実施形態に係る化合物半導体太陽電池１００は、Ａｌ含有層の一例であるＡｌＧａＩｎＰ層１９１と高ドープ層の一例であるｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層１７２との間に形成された挿入層１８０を有する。また、挿入層１８０は、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比がＡｌＧａＩｎＰ層１９１のＡｌ成分の組成比よりも小さい化合物半導体層である。このため、変換効率の高い化合物半導体太陽電池を提供することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態の化合物半導体太陽電池について説明する。図５は、第２実施形態の化合物半導体太陽電池の概略断面図である。なお、図５において、光の入射方向は、図中の上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１９０からＧａＩｎＡｓセル２１０に向かう方向）である。

第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００のＩｎＰ基板１１０とＧａＩｎＡｓＰセル１２０との間に、ＧａＩｎＡｓセル２１０とトンネル接合層２２０を挿入することにより、４接合型太陽電池にしたものである。なお、その他の構成については、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の構成を有するため、以下では、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と異なる点を中心に説明する。

図５に示すように、化合物半導体太陽電池２００は、第１電極１０、ＩｎＰ基板１１０、ＧａＩｎＡｓセル２１０、トンネル接合層２２０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、接合層１３０、接合層１４０、トンネル接合層１５０、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、挿入層１８０、ＧａＩｎＰセル１９０、コンタクト層２０及び第２電極３０を含む。

化合物半導体太陽電池２００は、化合物半導体材料で作製されるバンドギャップの異なる４つの光電変換セル（ＧａＩｎＡｓセル２１０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１９０）を光学的及び電気的に直列接続した４接合型太陽電池である。ＧａＩｎＡｓセル２１０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１９０のバンドギャップは、各々、０．７５ｅＶ、１．００ｅＶ、１．４２ｅＶ及び１．９０ｅＶである。

ＧａＩｎＡｓセル２１０は、ＩｎＰ基板１１０上に形成される。具体的には、ＧａＩｎＡｓセル２１０は、ＩｎＰ基板１１０上に、ｐ型のＩｎＰ層２１１、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３及びｎ型のＩｎＰ層２１４がこの順に積層された光電変換セルである。

ＩｎＰ層２１１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ層である。ＧａＩｎＡｓセル２１０のｐｎ接合は、ＧａＩｎＡｓ層２１２とＧａＩｎＡｓ層２１３によって構築される。ＩｎＰ層２１４は、光の入射方向において手前側に配設される窓層である。

ＩｎＰ層２１１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層２１２及びｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３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。ＩｎＰ層２１１のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＩｎＡｓ層２１２は、バンドギャップが０．７５ｅＶになるように、ＧａとＩｎの比率及びＡｓとＰの比率が調整されている。ＧａＩｎＡｓ層２１２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＺｎを用いることができる。

ＧａＩｎＡｓ層２１３は、バンドギャップが０．７５ｅＶになるように、ＧａとＩｎの比率及びＡｓとＰの比率が調整されている。ＧａＩｎＡｓ層２１３のドーパントとしては、Ｓｅを用いることができる。

ＩｎＰ層２１４は、窓層として用いられるため、ＧａＩｎＡｓ層２１２及びＧａＩｎＡｓ層２１３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。ＩｎＰ層２１４のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＳｅを用いることができる。

トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＡｓセル２１０とＧａＩｎＡｓＰセル１２０との間に形成される。

トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＡｓセル２１０とＧａＩｎＡｓＰセル１２０との間にトンネル接合を形成する層である。具体的には、トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０のｐ型のＧａＩｎＡｓＰ層１２２とＧａＩｎＡｓセル２１０のｎ型のＧａＩｎＡｓ層２１３との間を、トンネル効果を利用して電流が流れるようにするために形成される接合層である。トンネル接合層２２０は、ｎ＋型のＡｌＧａＩｎＡｓ層２２１とｐ＋型のＧａＩｎＡｓＰ層２２２とを有する。ＡｌＧａＩｎＡｓ層２２１とＧａＩｎＡｓＰ層２２２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。

ＡｌＧａＩｎＡｓ層２２１は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０よりも高濃度にドーピングされている。ＡｌＧａＩｎＡｓ層２２１のドーパントとしては、ｎ型のドーパントであればよく、例えばＴｅを用いることができる。

ＧａＩｎＡｓＰ層２２２は、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０よりも高濃度にドーピングされている。ＧａＩｎＡｓＰ層２２２のドーパントとしては、ｐ型のドーパントであればよく、例えばＣを用いることができる。

以上に説明したように、第２実施形態では、ＧａＩｎＡｓセル２１０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１９０を光学的及び電気的に直列接続した４接合型太陽電池である。このため、３接合型太陽電池と比べて、バンドギャップバランスに優れ、太陽光のエネルギー変換効率を特に高めることができる。

なお、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第３実施形態］
第３実施形態の化合物半導体太陽電池３００について説明する。

第３実施形態の化合物半導体太陽電池３００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００（図１参照）において、挿入層１８０として、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップよりも大きい（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層を用いている。なお、その他の構成については、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の構成を有するため、以下では、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．５１８となるようにしたものである。このときの挿入層１８０のバンドギャップは、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップ（１．９０ｅＶ）よりも大きい１．９８６ｅＶである。

このため、挿入層１８０のＡｌ成分の組成比を低減した状態において、光の入射方向において手前側に配設されるＧａＩｎＰセル１９０で吸収されなかった光が挿入層１８０によって吸収されることを抑制することができる。すなわち、挿入層１８０による太陽光の吸収損失（吸収ロス）を低減することができる。

以上に説明したように、第３実施形態では、前述した第１実施形態による効果に加えて、挿入層１８０による太陽光の吸収損失を低減することができる。

なお、第３実施形態の化合物半導体太陽電池３００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第４実施形態］
第４実施形態の化合物半導体太陽電池４００について説明する。

第４実施形態の化合物半導体太陽電池４００は、第２実施形態の化合物半導体太陽電池１００（図５参照）において、挿入層１８０として、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップよりも大きい（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層を用いている。なお、その他の構成については、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００と同様の構成を有するため、以下では、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．５１８となるようにしたものである。このときの挿入層１８０のバンドギャップは、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２及びｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップ（１．９０ｅＶ）よりも大きい１．９８６ｅＶである。

このため、挿入層１８０のＡｌ成分の組成比を低減した状態において、光の入射方向において手前側に配設されるＧａＩｎＰセル１９０で吸収されなかった光が挿入層１８０によって吸収されることを抑制することができる。すなわち、挿入層１８０による太陽光の吸収損失を低減することができる。

以上に説明したように、第４実施形態では、前述した第２実施形態による効果に加えて、挿入層１８０による太陽光の吸収損失を低減することができる。

なお、第４実施形態の化合物半導体太陽電池４００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第５実施形態］
第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００について説明する。

第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００（図１参照）において、挿入層１８０として、引っ張り歪を有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層を用いている。本実施形態では、積層体１００Ａの各層がＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するよう構成されているため、引っ張り歪を有するとは、ＧａＡｓ基板の格子定数よりも格子定数が小さいということである。なお、その他の構成については、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の構成を有するため、以下では、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．６５０となるようにしたものであり、引っ張り歪は−０．９７４％である。

また、挿入層１８０のバンドギャップは、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２とｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップ（１．９０ｅＶ）よりも大きい２．２０６ｅＶである。このため、挿入層１８０のＡｌ成分の組成比を低減した状態において、光の入射方向において挿入層１８０よりも手前側に配設されるＧａＩｎＰセル１９０で吸収されなかった光が挿入層１８０によって吸収されることを抑制することができる。結果として、光の入射方向において挿入層１８０よりも奥側に配設されるセル（ＧａＡｓセル１６０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０）に入射する光の量を増加させることができる。

以上に説明したように、第５実施形態では、前述した第１実施形態による効果に加えて、挿入層１８０による太陽光の吸収損失を大幅に低減することができる。

なお、第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第６実施形態］
第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００について説明する。

第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００は、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００（図５参照）において、挿入層１８０として、引っ張り歪を有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層を用いている。本実施形態においても、第５実施形態と同様、引っ張り歪を有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰの格子定数は、ＧａＡｓ基板の格子定数よりも小さい。なお、その他の構成については、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００と同様の構成を有するため、以下では、第２実施形態の化合物半導体太陽電池２００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．６５０となるようにしたものであり、引っ張り歪は−０．９７４％である。

また、挿入層１８０のバンドギャップは、ｐ型のＧａＩｎＰ層１９２とｎ型のＧａＩｎＰ層１９３のバンドギャップ（１．９０ｅＶ）よりも大きい２．２０６ｅＶである。このため、挿入層１８０のＡｌ成分の組成比を低減した状態において、光の入射方向において挿入層１８０よりも手前側に配設されるＧａＩｎＰセル１９０で吸収されなかった光が挿入層１８０によって吸収されることを抑制することができる。結果として、光の入射方向において挿入層１８０よりも奥側に配設されるセル（ＧａＡｓセル１６０、ＧａＩｎＡｓＰセル１２０、ＧａＩｎＡｓセル２１０）に入射する光の量を増加させることができる。

以上に説明したように、第６実施形態では、前述した第２実施形態による効果に加えて、挿入層１８０による太陽光の吸収損失を大幅に低減することができる。

なお、第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第７実施形態］
第７実施形態の化合物半導体太陽電池７００について説明する。

第７実施形態の化合物半導体太陽電池７００は、第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００（図１参照）において、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層１９１として圧縮歪を有するＡｌＧａＩｎＰ層を用いている。本実施形態では、積層体１００Ａの各層がＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するよう構成されているため、圧縮歪を有するとは、ＧａＡｓ基板の格子定数よりも格子定数が大きいということである。なお、その他の構成については、第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００と同様の構成を有するため、以下では、第５実施形態の化合物半導体太陽電池５００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．６５０となるようにしたものであり、引っ張り歪は−０．６％である。

ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、組成式（Ａｌ_ａＧａ_１−ａ）_ｘＩｎ_１−ｘＰにおいて、ａ＝０．３５０、ｘ＝０．５０６となるようにしたものであり、圧縮歪は＋０．１％である。

また、挿入層１８０とＡｌＧａＩｎＰ層１９１の膜厚については、臨界膜厚を超えない範囲で挿入層１８０をＡｌＧａＩｎＰ層１９１の１／６の膜厚にしても歪を補償した。これは（歪量）＝（歪％）×（膜厚）の関係に基づく。ＡｌＧａＩｎＰ層１９１の歪量と挿入層１８０の歪量を合算して０になるように補償することで積層体中への歪の導入に伴う結晶品質の悪化を防ぐことができる。本実施形態では、挿入層１８０の膜厚を１０ｎｍ、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１の膜厚を６０ｎｍとした。

以上に説明したように、第７実施形態では、前述した第５実施形態による効果に加えて、歪の導入に伴う結晶品質の悪化を防ぐことができる。

なお、第７実施形態の化合物半導体太陽電池７００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

［第８実施形態］
第８実施形態に係る化合物半導体太陽電池８００について説明する。

第８実施形態の化合物半導体太陽電池８００は、第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００（図１参照）において、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層１９１として圧縮歪を有するＡｌＧａＩｎＰ層を用いている。本実施形態においても、第５実施形態と同様、圧縮歪を有するＡｌＧａＩｎＰの格子定数は、ＧａＡｓ基板の格子定数よりも大きい。なお、その他の構成については、第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００と同様の構成を有するため、以下では、第６実施形態の化合物半導体太陽電池６００と異なる点を中心に説明する。

挿入層１８０としての（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層は、組成式（Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂ）_ｙＩｎ_１−ｙＰにおいて、ｂ＝０．１５０、ｙ＝０．６５０となるようにしたものであり、引っ張り歪は−０．６％である。

ＡｌＧａＩｎＰ層１９１は、組成式（Ａｌ_ａＧａ_１−ａ）_ｘＩｎ_１−ｘＰにおいて、ａ＝０．３５０、ｘ＝０．５０６となるようにしたものであり、圧縮歪は＋０．１％である。

また、挿入層１８０とＡｌＧａＩｎＰ層１９１の膜厚については、臨界膜厚を超えない範囲で挿入層１８０をＡｌＧａＩｎＰ層１９１の１／６の膜厚にしても歪を補償した。これは（歪量）＝（歪％）×（膜厚）の関係に基づく。ＡｌＧａＩｎＰ層１９１の歪量と挿入層１８０の歪量を合算して０になるように補償することで積層体中への歪の導入に伴う結晶品質の悪化を防ぐことができる。本実施形態では、挿入層１８０の膜厚を１０ｎｍ、ＡｌＧａＩｎＰ層１９１の膜厚を６０ｎｍとした。

以上に説明したように、第８実施形態では、前述した第６実施形態による効果に加えて、歪の導入に伴う結晶品質の悪化を防ぐことができる。

なお、第８実施形態の化合物半導体太陽電池８００は、第１実施形態の化合物半導体太陽電池１００と同様の方法により製造される。

以上、化合物半導体太陽電池及びその製造方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

前述の実施形態では、化合物半導体太陽電池が、３つの光電変換セルが積層された３接合型太陽電池及び４つの光電変換セルが積層された４接合型太陽電池である場合について説明したが、本発明はこの点において限定されない。本発明の化合物半導体太陽電池としては、２つ以上の光電変換セルが積層された多接合型太陽電池であればよく、例えば２接合型太陽電池、５接合型太陽電池であってもよい。

前述の実施形態では、化合物半導体太陽電池が、エピタキシャル成長によって作製した２つの積層体１００Ａ、１００Ｂを直接的に接合することにより作製される、所謂、逆積み型の太陽電池である場合について説明したが、本発明はこの点において限定されない。本発明の化合物半導体太陽電池は、エピタキシャル成長によって１つの基板上に２つ以上の光電変換セルを順に積層する、所謂、順積み型の太陽電池であってもよい。

１００ 化合物半導体太陽電池
１６０ ＧａＡｓセル
１７０ トンネル接合層
１７２ ｐ＋型のＡｌＧａＡｓ層
１８０ 挿入層
１９０ ＧａＩｎＰセル
１９１ ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層

特開２０１５−０４６５７２号公報

Claims (10)

1. 化合物半導体材料で作製される２つ以上の光電変換セルが積層された化合物半導体太陽電池であって、
   Ａｌを含有するＡｌ含有層を含む第１光電変換セルと、
   前記Ａｌ含有層に積層される挿入層と、
   Ａｌを含有し、前記Ａｌ含有層よりも高濃度にドーピングされ、前記挿入層に積層される高ドープ層と、
   前記高ドープ層に積層される第２光電変換セルと
   を含み、
   前記挿入層は、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比が前記Ａｌ含有層のＡｌ成分の組成比よりも小さい化合物半導体層である、
   化合物半導体太陽電池。
2. 前記挿入層は、光の入射方向における入射側に設けられた前記光電変換セルのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、
   請求項１に記載の化合物半導体太陽電池。
3. 前記挿入層は、引っ張り歪を有する、
   請求項１又は２に記載の化合物半導体太陽電池。
4. 前記Ａｌ含有層は、圧縮歪を有する、
   請求項３に記載の化合物半導体太陽電池。
5. 前記第１光電変換セルは、前記第２光電変換セルよりもバンドギャップが大きい、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の化合物半導体太陽電池。
6. 前記高ドープ層は、前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルとの間にトンネル接合を形成する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の化合物半導体太陽電池。
7. 前記高ドープ層は、ドーパント濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の化合物半導体太陽電池。
8. 前記第１光電変換セル及び前記第２光電変換セルは、ＧａＡｓ格子整合系の光電変換セルである、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の化合物半導体太陽電池。
9. 前記Ａｌ含有層及び前記挿入層は、ＡｌＧａＩｎＰ層である、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の化合物半導体太陽電池。
10. 化合物半導体材料で作製される２つ以上の光電変換セルが積層された化合物半導体太陽電池の製造方法であって、
    化合物半導体基板上に、Ａｌを含有するＡｌ含有層を含む第１光電変換セルを積層する工程と、
    前記Ａｌ含有層上に、化合物半導体材料を用いて第１の温度で挿入層を積層する工程と、
    前記挿入層上に、化合物半導体材料を用いて前記第１の温度よりも低い第２の温度で高ドープ層を積層する工程と、
    前記高ドープ層上に、第２光電変換セルを積層する工程と
    を含み、
    前記挿入層は、Ａｌを含有していない、又は、Ａｌ成分の組成比が前記Ａｌ含有層のＡｌ成分の組成比よりも小さい、
    化合物半導体太陽電池の製造方法。

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