JP6616632B2

JP6616632B2 - 薄膜化合物太陽電池、薄膜化合物太陽電池の製造方法、薄膜化合物太陽電池アレイおよび薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法

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Publication number: JP6616632B2
Application number: JP2015174333A
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Inventors: 和樹大木
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Publication date: 2019-12-04
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Description

本発明は、薄膜化合物太陽電池、薄膜化合物太陽電池の製造方法、薄膜化合物太陽電池アレイおよび薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法に関する。

従来の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板をエッチングにより除去していたため、基板の厚みが厚いほど製造コストが高くなるという問題があった。このような問題を解決するための手法として、エピタキシャルリフトオフと呼ばれる技術がある。

エピタキシャルリフトオフとは、基板と化合物半導体層との間に犠牲層を作製し、かかる犠牲層をエッチャントによって除去することにより、基板と化合物半導体層とを分離するというものである。たとえば特許文献１および特許文献２には、エピタキシャルリフトオフプロセスが開示されている。

特許文献１には、第１の基板上に、１つ以上の第１の保護層を成長させることと、ＡｌＡｓ層を成長させることと、１つ以上の第２の保護層を成長させることと、第２の保護層上に少なくとも１つの活性光起電性セル層を堆積することと、活性光起電性セル層の上部を金属でコートすることと、第２の基板を金属でコートすることと、２つの金属表面を互いに押し付けて冷間圧接接合させることと、ＡｌＡｓ層を選択的化学エッチングで除去すること、を含むエピタキシャルリフトオフ処理を実行する方法が記載されている。また、特許文献２には、活性層上に、かつ該活性層に直接的に接触させて、金属バッキング層を形成し、III-V化合物薄膜太陽電池を該基板から分離するために、該活性層と該基板との間から該犠牲層を除去する工程を含むIII-V化合物薄膜太陽電池の加工方法が記載されている。

特表２０１４−５２３１３２号特許第５５７６２４３号

ここで、半導体基板上に、多接合型化合物半導体太陽電池の非受光側になる層から順に積層する製法を順積みと呼び、このように形成された構造を順積型と呼ぶ。順積型は、たとえば、図１１（ａ）に示すように、基板上にバッファ層、犠牲層、エッチングストップ層、コンタクト層、ＧａＡｓ太陽電池層、トンネル層、ＩｎＧａＰ太陽電池層、コンタクト層の順に積層される。一方、多接合型化合物半導体太陽電池の受光側になる層から順に積層する製法を逆積みと呼び、このように形成された構造を逆積型と呼ぶ。逆積型は、たとえば、図１１（ｂ）に示すように、基板上にバッファ層、犠牲層、エッチングストップ層、コンタクト層、ＩｎＧａＰ太陽電池層、トンネル層、ＧａＡｓ太陽電池層、コンタクト層の順に積層される。

特許文献１および特許文献２に記載の方法は、逆積みである。特許文献１の冷間圧接接合させた金属層は活性光起電性セル層の上部に、特許文献２の金属バッキング層は活性層上に、それぞれ全面的に形成されることになり、これらの金属層側を受光面として太陽電池を構成することはできない。

したがって、特許文献１および特許文献２に記載の方法を、たとえば図１１（ａ）に示すような２以上のｐｎ接合の順積型に適用することができないという問題がある。

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、順積型での製造が可能な薄膜化合物太陽電池および薄膜化合物太陽電池アレイを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、太陽電池層上に表面電極層を形成するステップと、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板を除去するステップと、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップとを含む、薄膜化合物太陽電池の製造方法とする。

好ましくは、太陽電池層はｐｎ接合を有するサブセルを複数備え、太陽電池層を形成するステップは、基板上に第１のサブセルを形成するステップと、第１のサブセル上に第２のサブセルを形成するステップを含み、第２のサブセルのバンドギャップは、前記第１のサブセルのバンドギャップよりも大きい。

好ましくは、基板と太陽電池層との間に犠牲層を形成するステップを更に含み、基板を除去するステップにおいて、犠牲層をエッチングすることにより、基板を分離することとしてもよい。

好ましくは、基板と太陽電池層との間にエッチングストップ層を形成するステップを更に含み、基板を除去するステップにおいて、基板をエッチング除去することとしてもよい。

また、化合物半導体からなる１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層と、太陽電池層の受光側に配置された表面電極層と、太陽電池層および表面電極層の受光側を被覆する透明材料とを備え、非受光側において、表面電極層の一部に太陽電池層と透明材料とが配置されない領域を有する、薄膜化合物太陽電池とする。

また、化合物半導体からなる１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層と、太陽電池層の受光側に配置された表面電極層と、太陽電池層および表面電極層の受光側を被覆する透明材料とを備え、非受光側において、表面電極層の一部に太陽電池層と透明材料とが配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池の複数を、フィルムの一方の面側に配線を有する配線シート上に配置するステップと、薄膜化合物太陽電池の電極と配線とが電気的に接続されるように配線シートと薄膜化合物太陽電池を接着するステップとを含む、薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法とする。

また、化合物半導体からなる１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層と、太陽電池層の受光側に配置された表面電極層と、太陽電池層および表面電極層の受光側を被覆する透明材料とを備え、非受光側において、表面電極層の一部に太陽電池層と透明材料とが配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池の複数と、フィルムの一方の面側に薄膜化合物太陽電池の電極と電気的に接続された配線を有する配線シートとを備える、薄膜化合物太陽電池アレイとする。

本発明は、上記のような構成を有することにより、順積型での製造が可能な薄膜化合物太陽電池および薄膜太陽電池アレイを提供する。

基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。太陽電池層の側面の一部をエッチングで除去した後の状態を示すであり、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。第２コンタクト層上に表面電極を形成した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。基板を除去した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させた後の状態を示す図であって、（ａ）表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）模式的な断面図である。実施の形態５および６の薄膜化合物太陽電池アレイを示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図と（ｂ）は模式的な断面図である。実施の形態１および実施の形態２の基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。実施の形態３の基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。実施の形態４の基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す図であって、（ａ）は順積型の模式的な断面図であり、（ｂ）は逆積型の模式的な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、実施の形態の図面において、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である。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。

（実施の形態１）
＜薄膜化合物太陽電池の製造方法＞
実施の形態１の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板１０上に、犠牲層２０および１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層３０を形成するステップ（図１）と、該太陽電池層３０の側面をエッチングにより除去するステップ（図２）と、該太陽電池層３０上に部分的に表面電極層４０を形成するステップと（図３）と、該太陽電池層３０および該表面電極層４０を透明材料５０で被覆するステップ（図４）と、犠牲層２０をエッチングにより除去することにより、基板１０を除去するステップ（図５）と、該太陽電池層３０の一部を除去して表面電極層を露出させるステップ（図６）とを含む。

上記のような各ステップを用いて薄膜化合物太陽電池を作製することにより、太陽電池層３０の基板１０と反対側の面を受光面とすることができる。すなわち、２以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を順積型の構造とすることができる。

本実施の形態の製造方法は、基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、太陽電池層上に表面電極層を形成するステップと、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板を除去するステップと、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップとを含む。そのため、太陽電池層３０の基板１０と反対側に部分的に表面電極層４０が形成され、また、透明材料５０が配置されるので、太陽電池層３０の基板１０と反対側の面を受光面とすることができる。さらに、本実施の形態の製造方法により得られた太陽電池は、太陽電池の非受光側から、表面電極層４０に接続できるので、配線付きフィルムを用いた実装が可能となる。また、太陽電池層３０上に配置した透明材料５０を太陽電池の表面保護層として利用できるので、複数の太陽電池を電気的に接続して形成するアレイの製造工程における工程数の削減および低コスト化に繋がる。以下においては、図面を参照しつつ本実施の形態の薄膜化合物太陽電池の製造方法を構成する各ステップを説明する。

（化合物半導体層を形成するステップ）
図１は、基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。図１に示されるように、基板１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて、犠牲層を含む層２０、太陽電池層３０を結晶成長させる。実施の形態１では、図８に示されるように、基板１０上に、バッファ層２1、犠牲層２２、エッチングストップ層２３、第１コンタクト層４１、ベース層３１、エミッタ層３２、および第２コンタクト層４２の順に、化合物半導体層を結晶成長させる。以下において、ベース層３１およびエミッタ層３２のことを総称して「太陽電池層３０」と記す。また、第１コンタクト層４１および第２コンタクト層４２のことを総称して「コンタクト層と記す。なお、バッファ層２1、犠牲層２２、エッチングストップ層２３、第１コンタクト層４１、ベース層３１、エミッタ層３２、および第２コンタクト層４２のことを総称して「化合物半導体層８０」と記す。また、受光側のことを表面側と記す。

ここで、本実施の形態における基板１０は、その上に形成するバッファ層２１の下地となるものである。このため、基板１０は、バッファ層２１と格子定数が近いことが好ましい。このような基板の材料としては、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等を挙げることができる。

また、本実施の形態における犠牲層２２は、エッチングされやすい半導体であればいかなるものをも用いることができる。ここで、本実施の形態の「犠牲層」は、基板と化合物半導体層との間に設けられるものであって、その層をエッチングなどで除去することにより、基板と化合物半導体層とを分離するために設けられるものである。このような犠牲層２２に用いる半導体としては、たとえばＡｌＡｓを挙げることができる。ＡｌＡｓからなる犠牲層２２を用いる場合、犠牲層２２をエッチングするためのエッチャントとしては、たとえばフッ酸と水とを１対１０の比率で混合したフッ酸水溶液または塩酸を用いることが好ましい。後述するステップで、犠牲層２２をエッチングして除去することにより、基板１０と化合物半導体層８０とを分離する。

本実施の形態におけるエッチングストップ層２３は、犠牲層２２がエッチングされるときに太陽電池層３０およびコンタクト層がエッチャントに曝されないようにするために保護するものである。このようなエッチングストップ層２３を構成する材料としては、たとえばＩｎＧａＰを挙げることができる。

本実施の形態におけるベース層３１およびエミッタ層３２は、太陽電池層１００の構成のうちのｐｎ接合の構造をなすものである。この部分に太陽光が照射されることにより、キャリアが生じて電流が発生する。太陽電池層３０はさらに、ベース層３１の非受光面側にＢＳＦ層（バックサーフェスフィールド層）を備えていてもよく、エミッタ層３２の受光面側に窓層を備えていてもよい。

（太陽電池層の側面をエッチングにより除去するステップ）
図２は、太陽電池層の側面の一部をエッチングで除去した後の状態を示すであり、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。太陽電池層３０の側面をエッチング液でエッチングすることにより、図２に示されるように、犠牲層２０の表面の一部を露出させる。このように太陽電池層３０の側面をエッチングにより除去することにより、各太陽電池セルが電気的に分離されて、太陽電池セルの領域が確定する。ここでは、２つの太陽電池セル領域（Ｒ１、Ｒ２）に分離している。また、犠牲層２０が露出することにより、エッチング液が犠牲層２０に伝わりやすくなり、犠牲層２０をエッチングしやすくなる。

ここで、太陽電池層３０の側面をエッチングする方法としては、実施の形態１では、まず、太陽電池層３０上に形成された第２コンタクト層４２上に保護膜（図示せず）を塗布し、太陽電池層３０を残す領域の保護膜をフォトリソグラフィにより残し、それ以外の保護膜を取り除くという方法がある。そして、保護膜でマスキングした領域以外の太陽電池層３０をエッチング液でエッチングすることにより、太陽電池層３０の側面をエッチングすることができる。その後、保護膜を除去する。

（表面電極層を形成するステップ）
表面電極層４０は、太陽電池層３０上に部分的に形成される。表面電極層４０は、第２コンタクト層と金属からなる表面電極を含む。図３は、第２コンタクト層上に表面電極を形成した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。パターニングされた第２コンタクト層４２上に、金属を蒸着することにより表面電極を形成する。表面電極に用いられる材料としては、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ等を挙げることができる。ここで、上記「Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ」とは、第２コンタクト層４２側から順に、Ｔｉ層とＰｄ層とＡｇ層とをこの順に形成することを意味する。また、太陽電池層３０上に蒸着等によりＡＲコートを施してもよい。

（太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップ）
図４は、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。図４に示されるように、太陽電池層３０および表面電極層４０を透明材料５０で被覆する。このとき、透明材料５０は、２つの太陽電池セルＳ１およびＳ２を一体的に被覆する。

ここで、透明材料５０としては、透明樹脂や粘着材付きフィルムなどを用いることができる。透明材料５０は、光透過率が高いことが好ましい。透明材料５０として透明樹脂を用いる場合は、透明樹脂を塗布・硬化させることで形成する。このとき、透明材料の形成が不要な部分にはマスクなどを施す。透明樹脂としては、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製IVS4622などがある。また、透明材料５０として、粘着材付きフィルムを用いる場合は、予め抜き加工などでフィルムの形を整え、粘着材を介してフィルムを貼り付ける。粘着材としては、光学粘着材を用いることができる。光学粘着材としては、日東電工株式会社製LUCIACS(R)CS986などがある。フィルムとしては、高透過率フィルムを用いることができ、たとえばＰＥＮフィルムである。高透過率フィルムとしては、帝人デュポンフィルム株式会社製Q65Hなどがある。

さらに、透明材料５０の上面に支持部材を設けてもよい（図示せず）。支持部材を設けることにより、後述の基板を剥離するステップやエッチングストップ層を除去するステップなどのエッチングの作業性を向上させることができる。ここで、支持部材としては、たとえばガラスを好適に用いることができる。

（基板を除去するステップ）
図５は、基板を除去した後の状態を示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）は模式的な断面図である。図４に示す積層体をエッチャントに浸漬させることにより、犠牲層２２は外側から内側に向かってエッチングされる。このとき、太陽電池層３０は透明材料５０およびエッチングストップ層２３によりエッチャントから保護される。そして、犠牲層２２のエッチングが進行して、化合物半導体層８０が基板１０から離れる。なお、エッチャントとしては上述したように、フッ酸と水とを１対１０の比率で混合したフッ酸水溶液または塩酸を用いることが好ましい。犠牲層２２のエッチングが完了したときに、基板１０と化合物半導体層８０とが分離され、化合物半導体層８０から基板は除去される。

（エッチングストップ層を除去するステップ）
基板１０を除去後、エッチングストップ層２３をエッチングにより除去する。これにより第１コンタクト層４１を露出させる。

（太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップ）
図６は、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させた後の状態を示す図であって、（ａ）表面側から見た模式的な平面図であり、（ｂ）模式的な断面図である。図６に示されるように、太陽電池層３０の一部を除去し、表面電極層が露出する開口部６０を形成する。開口部６０において、表面電極層の第２コンタクト層４２および表面電極の少なくとも一方が露出している。開口部６０は、第１コンタクト層４１および太陽電池層３０の一部を除去することで形成される。また、開口部６０は、第１コンタクト層４１、太陽電池層３０および第２コンタクト層４２の一部を除去することで形成してもよい。

ここで、太陽電池層３０の一部をエッチングにより除去することができる。エッチング方法としては、まず第１コンタクト層４１上に保護膜を塗布し、太陽電池層３０を残す領域の保護膜をフォトリソグラフィにより残し、それ以外の保護膜を取り除くという方法がある。そして、保護膜でマスキングした領域以外の太陽電池層３０をエッチング液でエッチングすることにより、太陽電池層３０の一部をエッチングすることができる。その後、保護膜を除去する。

このようにして、図６に示す薄膜化合物太陽電池Ａが得られる。図６に示す薄膜化合物太陽電池Ｓは、２つの太陽電池セル（Ｓ１、Ｓ２）を含む。薄膜化合物太陽電池Ｓは、複数の太陽電池セルを含むことにより、薄膜化合物太陽電池アレイの製造工程における工程数の削減に繋がる。また、薄膜化合物太陽電池Ｓに含まれる複数の太陽電池セルを分離してもかまわない。

（裏面電極を形成するステップ）
得られた薄膜化合物太陽電池に、さらに裏面電極を形成してもよい。裏面電極（図示せず）は、太陽電池層３０の非受光側に形成する。裏面電極は、第１コンタクト層４１上に金属を蒸着することにより形成することができる。裏面電極に用いられる材料としては、Ａｕ／Ａｇ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ等を挙げることができる。ここで、上記「Ａｕ／Ａｇ」とは、第１コンタクト層８側から順に、Ａｕ層とＡｇ層とをこの順に形成することを意味する。また、後述のように、配線付きフィルムに接続することで裏面電極を形成することもできる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、具体例を挙げて実施の形態１をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施の形態２の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、実施の形態１と同様、基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、太陽電池層上に表面電極層を形成するステップと、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板を除去するステップと、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップとを含む。

（化合物半導体層を形成するステップ）
実施の形態２では、図１に示されるように、厚みが４００μｍのＧａＡｓからなる基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて１０ｎｍの厚みのＡｌＡｓを含む犠牲層２０、太陽電池層３０を形成した。実施の形態２において、基板１０上に形成した化合物半導体層８０は、図８に示されるように、ＧａＡｓからなるバッファ層２１、ＡｌＡｓからなる犠牲層２２、ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層２３、ＧａＡｓからなる第１コンタクト層４１、ＩｎＧａＰからなるベース層３１およびエミッタ層３２、ＧａＡｓからなる第２コンタクト層４２をこの順に形成したものである。また、太陽電池層３０は、第１コンタクト層４１、ベース層３１、エミッタ層３２および第２コンタクト層４２をこの順に形成したものであり、ベース層３１とエミッタ層３２との接合面がｐｎ接合となる。

（太陽電池層の側面をエッチングにより除去するステップ）
次に、図２に示されるように、太陽電池層３０の第２コンタクト層４２の表面に、レジスト材料である保護膜（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィを用いて第２コンタクト層４２よりも若干広い領域だけ保護膜を残し、それ以外の領域の保護膜を取り除く。そして、保護膜でマスキングした領域以外の太陽電池層３０の側面をエッチング液でエッチングすることにより、犠牲層２０を露出させる。

（表面電極層を形成するステップ）
次に、図３に示されるように、第２コンタクト層４２の表面電極を蒸着させる領域以外の領域をエッチング等で除去した上で、Ｔｉ、Ｐｄ、Ａｇをこの順で蒸着することにより、第２コンタクト層４２上に厚み３μｍのＴｉ/Ｐｄ/Ａｇからなる表面電極を形成し、表面電極層４０を形成した。

（太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップ）
次いで、図４に示されるように、太陽電池層３０および表面電極層４０上を透明材料５０で被覆した。ここで、透明材料５０として、透明樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製；IVS4622）を用いた。

（基板を剥離するステップ）
次に、図４に示される積層体をエッチャントに浸漬させ、犠牲層２２を除去した。エッチャントとしては、フッ酸と水とを１対１０の比率で混合したフッ酸水溶液を用い、エッチャントの液温を４０℃とした。犠牲層３のエッチングが完了したときに、基板１０と化合物半導体層８０とが分離され、図５に示されるように、透明材料５０で被覆された化合物半導体層８０が得られた。

（エッチングストップ層を除去するステップ）
次に、化合物半導体層８０のエッチングストップ層２３をエッチングを用いて除去した。これにより、透明材料５０で被覆された太陽電池層３０が得られた。

（太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップ）
図６に示されるように、太陽電池層３０の一部を除去することにより、表面電極層が露出するように開口部を形成した。開口部は、第１コンタクト層４１、太陽電池層３０および第２コンタクト層４２までをエッチングにより除去することで形成した。開口部は、第１コンタクト層４１および太陽電池層３０までをエッチングにより除去することで形成してもよい。また、表面電極層の第２コンタクト層および表面電極の少なくとも一方を露出させればよい。

（裏面電極を形成するステップ）
パターニングされた第１コンタクト層４１上に、Ａｕ／Ａｇからなる裏面電極を形成した。

（実施の形態３）
実施の形態３の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板上に、エッチングストップ層および１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、該太陽電池層の側面をエッチングにより除去するステップと、該太陽電池層上に部分的に表面電極層を形成するステップと、該太陽電池層および該表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板１をエッチングにより除去するステップと、エッチングストップ層をエッチングにより除去するステップと、該太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップを含む。

実施の形態３の太陽電池の製造方法は、基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、太陽電池層上に表面電極層を形成するステップと、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板を除去するステップと、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップとを含み、実施の形態１と化合物半導体層を形成するステップと基板を剥離するステップとが異なる以外は、実施の形態１と同様である。

（化合物半導体層を形成するステップ）
図９は、実施の形態３の基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。図９に示されるように、基板９１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて、エッチングストップ層９２、太陽電池層９００の順に、化合物半導体層９０を結晶成長させる。実施の形態３の基板９１の構成は、実施の形態１と同様である。また、実施の形態３の太陽電池層９００の構成は、第１コンタクト層９３、ベース層９４、エミッタ層９５、および第２コンタクト層９６であり、実施の形態１と同様である。

実施の形態３におけるエッチングストップ層９２は、基板がエッチングされるときに太陽電池層９００やコンタクト層がエッチャントに曝されないようにするために保護するものである。このようなエッチングストップ層９２を構成する材料としては、たとえばＩｎＧａＰを挙げることができる。

（基板を除去するステップ）
実施の形態３では、基板９１はエッチングにより除去される。このとき、太陽電池層９００およびコンタクト層９３、９６は透明材料５０およびエッチングストップ層９２によりエッチャントから保護される。

（実施の形態４）
実施の形態４の太陽電池の製造方法は、基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を形成するステップと、太陽電池層上に表面電極層を形成するステップと、太陽電池層および表面電極層を透明材料で被覆するステップと、基板を除去するステップと、太陽電池層の一部を除去して表面電極層を露出させるステップとを含み、実施の形態１と太陽電池層が異なる以外は、実施の形態１と同様である。実施の形態４の太陽電池層は、２つのｐｎ接合を有する順積型の構造である。なお、実施の形態４の太陽電池層は、実施の形態２および実施の形態３にも適用可能である。

図１０に、実施の形態４の基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図を示す。基板１０１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて、基板１０１上に、バッファ層１０２、犠牲層１０３、エッチングストップ層１０４、第１コンタクト層１０５、ＢＳＦ層１０６、ベース層１０７、エミッタ層１０８、窓層１０９、トンネル層１１０、ＢＳＦ層１１１、ベース層１１２、エミッタ層１１３、窓層１１４、第２コンタクト層１１５の順に、化合物半導体層を結晶成長させる。以下において、ＢＳＦ層１０６、ベース層１０７、エミッタ層１０８、窓層１０９、トンネル層１１０、ＢＳＦ層１１１、ベース層１１２、エミッタ層１１３、窓層１１４のことを総称して「太陽電池層１０００」と記す。なお、バッファ層１０２、犠牲層１０３、エッチングストップ層１０４、第１コンタクト層１０５、ＢＳＦ層１０６、ベース層１０７、エミッタ層１０８、窓層１０９、トンネル層１１０、ＢＳＦ層１１１、ベース層１１２、エミッタ層１１３、窓層１１４、第２コンタクト層１１５のことを総称して「化合物半導体層１００」と記す。実施の形態４の太陽電池層１０００はｐｎ接合を有するサブセルを２つ備える。図１０に示されるように、第１のサブセル１１００は、ＢＳＦ層１０６、ＧａＡｓからなるベース層１０７とエミッタ層１０８、窓層１０９を有し、第２のサブセル１２００は、ＢＳＦ層１１１、ＩｎＧａＰからなるベース層１１２とエミッタ層１１３、窓層１１４を有する。第２のサブセルのバンドギャップは第１のサブセルのバンドギャップよりも大きく、太陽電池層は順積型の構造である。太陽電池層１０００の基板と反対側が受光側となる。なお、実施の形態４の各サブセルは、ＢＳＦ層と窓層を備えているが、これらはなくてもよい。

（実施の形態５）
＜薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法＞
実施の形態５の薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法は、受光側が透明材料で被覆され、非受光側の一部に太陽電池層が除去された開口部を有し、開口部から表面電極層の一部が露出する薄膜化合物太陽電池の複数を、フィルムの一方の面側に配線を有する配線シート上に配置するステップと、薄膜化合物太陽電池の電極と配線が電気的に接続されるように配線シートと薄膜化合物太陽電池を接着するステップとを含む。

本実施の形態の製造方法は、受光側が透明材料で被覆され、表面電極層に非受光側から配線接続可能な薄膜化合物太陽電池の複数を、配線シートを用いて実装する。薄膜化合物太陽電池を被覆する透明材料は薄膜化合物太陽電池の表面保護層として利用できるので、複数の薄膜化合物太陽電池を電気的に接続して形成するアレイの製造工程における工程数の削減および低コスト化が可能となる。

実施の形態５では、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池に適用可能な薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法について説明する。なお、実施の形態５の製造方法は、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４の薄膜化合物太陽電池にも適用可能である。

＜薄膜化合物太陽電池＞
実施の形態５の薄膜化合物太陽電池としては、実施の形態１の図６に示されるセルを用いることができる。図６に示されるように、実施の形態５に用いる薄膜太陽電池Ｓは、受光側となる太陽電池層３０の上面および表面電極層の上面が透明材料５０で被覆されている。一方、非受光側では太陽電池層３０の第１コンタクト層４１と表面電極層４０の一部が露出している。表面電極層の露出部は、太陽電池層３０の一部が除去された開口部６０により形成されている。第１コンタクト層４１および表面電極層４０の一部は、後述の配線シートとの接続部となる。

なお、実施の形態５では、第１コンタクト層４１が露出しているが、第１コンタクト層４１上に裏面電極を設けていてもよい。

また、図６の薄膜太陽電池Ｓは、複数のセル（Ｓ１，Ｓ２）を有するが、セルは１つでもよい。

（配線シートに薄膜化合物太陽電池を配置するステップ）
図７は、実施の形態５の薄膜化合物太陽電池アレイを示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図と（ｂ）は模式的な断面図である。実施の形態５では、配線シート上に複数の薄膜太陽電池を配置する。図７に示すように、配線シート７０上に複数の薄膜太陽電池Ｓを位置決めして配置する。ここでは、各薄膜太陽電池Ｓが複数の太陽電池セル（Ｓ１，Ｓ２）を含むため、効率よく配置することができる。配線シート７０は、絶縁性フィルム７１と配線７２を備える。配線７２上に、さらに電極材料７３を塗布してもよい。電極材料７３としては、銀ペースト等を用いることができ、ディスペンサーやスクリーン印刷等で塗布することができる。配線７２は、太陽電池セルの表面電極層と隣接する太陽電池セルの裏面電極とを電気的に接続する。また、薄膜太陽電池の位置決めがしやすいように、配線シートにアライメントマークを入れてもよい。

（配線シートと薄膜化合物太陽電池を接着するステップ）
次に、薄膜太陽電池と配線シート７０とを圧着または焼成して、接着させる。銀ペーストは焼成することで硬化し、薄膜太陽電池Ｓと配線シート７０は接着され、電気的にも接続される。

このように、実施の形態５の薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法は、化合物半導体からなる１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層と、太陽電池層の受光側に配置された表面電極層と、太陽電池層および表面電極層の受光側を被覆する透明材料とを備え、非受光側において、表面電極層の一部に太陽電池層と透明材料とが配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池の複数を、フィルムの一方の面側に配線を有する配線シート上に配置するステップと、薄膜化合物太陽電池の電極と配線とが電気的に接続されるように配線シートと薄膜化合物太陽電池を接着するステップとを含む。

（実施の形態６）
＜薄膜化合物太陽電池アレイ＞
実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイは、複数の薄膜化合物太陽電池と、絶縁性フィルムの一方の面側に薄膜化合物太陽電池の電極と電気的に接続された配線を有する配線シートとを備え、薄膜化合物太陽電池は、受光側が透明材料で被覆され、表面電極層の一部に非受光側が太陽電池層および透明樹脂材料で覆われていない開口部を有し、非受光側において、開口部に位置する表面電極層と配線が電気的に接続される。

実施の形態６では、実施の形態１の薄膜化合物太陽電池に適用可能な薄膜化合物太陽電池アレイについて説明する。なお、実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイは、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４の薄膜化合物太陽電池にも適用可能である。

図７は、実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイを示す図であって、（ａ）は表面側から見た模式的な平面図と（ｂ）は模式的な断面図である。実施の形態６では、図７に示すように、薄膜化合物太陽電池アレイＡは複数の薄膜化合物太陽電池Ｓと、絶縁性フィルムの一方の面側に薄膜化合物太陽電池の電極と電気的に接続された配線を有する配線シート７０とを備える。

実施の形態６の薄膜化合物太陽電池Ｓは、図６に示されるように、受光側となる太陽電池層３０の上面および表面電極層の上面が透明材料５０で被覆されている。一方、非受光側では太陽電池層３０の第１コンタクト層４１と表面電極層４０の一部が露出しており、薄膜化合物太陽電池Ｓの非受光面側のみでの配線が可能な構成となっている。配線シート７０は、絶縁性フィルム７１と配線７２を備える。配線７２上に、さらに電極材料７３備えていてもよい。配線７２は、薄膜化合物太陽電池の電極と電気的に接続される。

このように、実施の形態６の薄膜化合物太陽電池アレイは、化合物半導体からなる１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層と、太陽電池層の受光側に配置された表面電極層と、太陽電池層および表面電極層の受光側を被覆する透明材料とを備え、非受光側において、表面電極層の一部に太陽電池層と透明材料とが配置されない領域を有する薄膜化合物太陽電池の複数と、フィルムの一方の面側に薄膜化合物太陽電池の電極と電気的に接続された配線を有する配線シートとを備える。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

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。

１０，９１，１０１基板、２０犠牲層、３０，９００，１０００太陽電池層、４０表面電極層、５０透明部材、６０開口部、７０配線シート、８０，９０，１００化合物半導体層、２１，１０２バッファ層、２２，１０３犠牲層、２３，１０４エッチングストップ層、３１，９３，１０５第１コンタクト層、３２，９４，１０７ベース層、３３，９５，１０８エミッタ層、８８，９６，１１５第２コンタクト層、７１フィルム、７２配線、７３電極材料、１１００第１のサブセル、１２００第２のサブセル、Ｒ１，Ｒ２太陽電池セル領域、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４太陽電池セル、Ｓ薄膜化合物太陽電池、Ａ薄膜化合物太陽電池アレイ。

Claims

基板上に、１以上のｐｎ接合を有する太陽電池層を結晶成長させることにより受光面とは反対側に位置する層から順に形成するステップと、
前記太陽電池層の前記受光面側の表面上に表面電極層を形成するステップと、
前記太陽電池層および前記表面電極層を樹脂を含む透明材料で被覆するステップと、
前記基板を除去するステップと、
前記太陽電池層の一部を除去して表面電極層を前記受光面とは反対側に露出させるステップとをこの順で含む、薄膜化合物太陽電池の製造方法。
前記太陽電池層はｐｎ接合を有するサブセルを複数備え、
前記太陽電池層を形成するステップは、
前記基板上に第１のサブセルを形成するステップと、
前記第１のサブセル上に第２のサブセルを形成するステップを含み、
前記第２のサブセルのバンドギャップは、前記第１のサブセルのバンドギャップよりも大きい、請求項１に記載の薄膜化合物太陽電池の製造方法。
前記基板と前記太陽電池層との間に結晶成長させることにより犠牲層を形成するステップを更に含み、
前記基板を除去するステップにおいて、前記犠牲層をエッチングすることにより、前記基板を分離する、請求項１または２に記載の薄膜化合物太陽電池の製造方法。
前記基板と前記太陽電池層との間にエッチングストップ層を結晶成長させることにより形成するステップを更に含み、
前記基板を除去するステップにおいて、前記基板をエッチング除去する、請求項１または２に記載の薄膜化合物太陽電池の製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜化合物太陽電池の製造工程と、前記薄膜化合物太陽電池の複数を、フィルムの一方の面側に配線を有する配線シート上に配置するステップと、
前記薄膜化合物太陽電池の電極と前記配線とが電気的に接続されるように前記配線シートと前記薄膜化合物太陽電池を接着するステップとを含む、薄膜化合物太陽電池アレイの製造方法。