JPWO2012147141A1 - 太陽電池を用いて電力を発生させる方法 - Google Patents
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Abstract
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）とを具備する。工程（ａ）は、集光レンズおよび太陽電池素子を具備する前記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、トンネル効果層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＩｎＧａＰ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Ｚ方向に直交する方向である。ｎ型ＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ中央部、第１のＧａＡｓ周辺部、および第２のＧａＡｓ周辺部に分割され、ｎ型ＩｎＧａＰ層は、ＩｎＧａＰ中央部、第１のＩｎＧａＰ周辺部、および第２のＩｎＧａＰ周辺部に分割されている。層の厚み、幅が、所定の不等式のセット（Ｉ）を充足する。工程（ｂ）は、所定の不等式（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。
Description
本発明は太陽電池に関する。
図６は、特許文献１に開示された太陽電池を示す。当該従来例１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。
図７は、特許文献２に開示された太陽電池素子を示す。当該従来例の太陽電池素子は、ＩｎＧａＰからなるトップセル１およびＧａＡｓからなるボトムセル２を具備している。トップセル１およびボトムセル２は、トンネル効果層３を介して電気的に接合されている。トップセル１は、ボトムセル２によって吸収される光の波長とは異なる波長を有する光を吸収し、太陽電池素子が効率的に発電することをもたらす。
Ｊｅｎｎｙ Ｎｅｌｓｏｎ著、Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂ Ｃｏ Ｉｎｃ．
本発明者らによって行われた実験によれば、特許文献２に開示される太陽電池素子を、特許文献１に開示されるレンズと組み合わされて得られる太陽電池は、おおよそ２５％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。
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）とを具備する。
工程（ａ）は、集光レンズおよび太陽電池素子を具備する前記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、トンネル効果層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＩｎＧａＰ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Ｚ方向に直交する方向である。
ｎ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＧａＡｓ層、トンネル効果層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＩｎＧａＰ層、およびｐ型窓層は、この順でＺ方向に沿って積層されており、ｐ型窓層は、ＩｎＧａＰ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。
ｎ側電極は、ｎ型ＧａＡｓ層に電気的に接続されており、ｐ側電極は、ｐ型ＩｎＧａＰ層に電気的に接続されている。
ｎ型ＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ中央部、第１のＧａＡｓ周辺部、および第２のＧａＡｓ周辺部に分割されており、ＧａＡｓ中央部は、Ｘ方向に沿って、第１のＧａＡｓ周辺部および第２のＧａＡｓ周辺部の間に挟まれており、第１のＧａＡｓ周辺部および第２のＧａＡｓ周辺部は層の形状を有している。
ｎ型ＩｎＧａＰ層は、ＩｎＧａＰ中央部、第１のＩｎＧａＰ周辺部、および第２のＩｎＧａＰ周辺部に分割されており、ＩｎＧａＰ中央部は、Ｘ方向に沿って、第１のＩｎＧａＰ周辺部および第２のＩｎＧａＰ周辺部の間に挟まれており、第１のＩｎＧａＰ周辺部および第２のＩｎＧａＰ周辺部は層の形状を有している。
以下の不等式のセット（Ｉ）が充足される。
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、ｄ５＜ｄ４、ｄ６＜ｄ４、１ナノメートル≦ｄ５≦５ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ６≦５ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、１００ナノメートル≦ｗ３、１００ナノメートル≦ｗ４、および１００ナノメートル≦ｗ５ ・・・ （Ｉ）
ｄ１はＺ方向に沿ったＧａＡｓ中央部の厚みを表し、ｄ２はＺ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部の厚みを表し、ｄ３はＺ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部の厚みを表し、ｄ４はＺ方向に沿ったＩｎＧａＰ中央部の厚みを表し、ｄ５はＺ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部の厚みを表し、ｄ６はＺ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部の厚みを表す。
ｄ１はＺ方向に沿ったＧａＡｓ中央部の厚みを表し、ｄ２はＺ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部の厚みを表し、ｄ３はＺ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部の厚みを表し、ｄ４はＺ方向に沿ったＩｎＧａＰ中央部の厚みを表し、ｄ５はＺ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部の厚みを表し、ｄ６はＺ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部の厚みを表す。
ｗ２はＸ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部の幅を表し、ｗ３はＸ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部の幅を表し、ｗ４はＸ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部の幅を表し、ｗ５はＸ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ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。
ｗ６≦ｗ１・・・（ＩＩ）
ここで、ｗ１は、Ｘ方向に沿った、ＧａＡｓ中央部の幅を表し、ｗ６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、ＧａＡｓ中央部は領域Ｓに重なる。
ここで、ｗ１は、Ｘ方向に沿った、ＧａＡｓ中央部の幅を表し、ｗ６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、ＧａＡｓ中央部は領域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。
（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、トンネル効果層１０８、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５、ｐ型窓層１０７、ｎ側電極１１４、およびｐ側電極１１５を具備する。
ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｐ型ＧａＡｓ層１０３は積層されている。ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６およびｐ型ＩｎＧａＰ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、トンネル効果層１０８は、ｐ型ＧａＡｓ層１０３およびｎ型ＩｎＧａＰ層１０６の間に挟まれている。
ｐ側電極１１５は、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５に電気的に接続されている。ｎ側電極１１４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、第１のｎ型バリア層１０９およびｎ型コンタクト層１１２が、ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｎ側電極１１４の間に挟まれていることが好ましい。Ｚ方向に沿って、第１のｎ型バリア層１０９は、ｎ型ＧａＡｓ層１０４およびｎ型コンタクト層１１２の間に挟まれる。Ｚ方向に沿って、ｎ型コンタクト層１１２は、第１のｎ型バリア層１０９およびｎ側電極１１４の間に挟まれる。
Ｚ方向に沿って、ｐ型バリア層１１０が、ｐ型ＧａＡｓ層１０３およびトンネル効果層１０８の間に挟まれていることが好ましい。Ｚ方向に沿って、第２のｎ型バリア層１１１が、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６およびトンネル効果層１０８の間に挟まれていることが好ましい。
Ｚ方向に沿って、ｐ型コンタクト層１１３がｐ型窓層１０７およびｐ側電極１１５の間に挟まれていることが好ましい。
ｐ側電極１１５、ｐ型コンタクト層１１３、ｐ型窓層１０７、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６、第２のｎ型バリア層１１１、トンネル効果層１０８、ｐ型バリア層１１０、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、第１のｎ型バリア層１０９、ｎ型コンタクト層１１２、およびｎ側電極１１４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、ＧａＡｓ中央部１０４ａ、第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂ、および第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃに分割されている。ＧａＡｓ中央部１０４ａは、Ｘ方向に沿って、第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂおよび第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃの間に挟まれる。Ｘ方向は、Ｚ方向に直交する。
図１Ｂに示されるように、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６は、ＩｎＧａＰ層中央部１０６ａ、第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂおよび第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃに分割されている。ＩｎＧａＰ中央部１０６ａは、Ｘ方向に沿って、第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂおよび第２のＩｎＧａＰ周辺部の間に挟まれる。
図２に示されるように、ＧａＡｓ中央部１０４ａの厚みｄ１は、第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂの厚みｄ２および第２のＧａＡｓ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１〜２を参照）。
図２に示されるように、ＩｎＧａＰ中央部１０６ａの厚みｄ４は、第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂの厚みｄ５および第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃの厚みｄ６よりも大きい。厚みｄ４が厚みｄ５および厚みｄ６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１〜２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７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４〜６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。
実施の形態１では、厚みｄ５は１ナノメートル以上５ナノメートル以下である。厚みｄ５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ｄ５が５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８〜９を参照）。同様に、厚みｄ６も１ナノメートル以上５ナノメートル以下である。
図２に示されるように、ＧａＡｓ中央部１０４ａは幅ｗ１を有する。第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂは幅ｗ２を有する。第２のＧａＡｓ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。後述される比較例１１を参照せよ。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。
図２に示されるように、第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂは幅ｗ４を有する。第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃは幅ｗ５を有する。ｗ４の値は、０．１マイクロメートル以上である。ｗ４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。後述される比較例１２を参照せよ。同様な理由により、ｗ５の値は、０．１マイクロメートル以上である。
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、ｄ５＜ｄ４、ｄ６＜ｄ４、１ナノメートル≦ｄ５≦５ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ６≦５ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、１００ナノメートル≦ｗ３、１００ナノメートル≦ｗ４、および１００ナノメートル≦ｗ５ ・・・ （Ｉ）
上述の通り、値ｄ１は前記Ｚ方向に沿ったＧａＡｓ中央部１０４ａの厚みを表す。値ｄ２は前記Ｚ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂの厚みを表す。値ｄ３は前記Ｚ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃの厚みを表す。値ｄ４は前記Ｚ方向に沿ったＩｎＧａＰ中央部１０６ａの厚みを表す。値ｄ５は前記Ｚ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂの厚みを表す。値ｄ６は前記Ｚ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃの厚みを表す。値ｗ２は前記Ｘ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂの幅を表す。値ｗ３は前記Ｘ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃの幅を表す。値ｗ４は前記Ｘ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂの幅を表す。値ｗ５は前記Ｘ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃの幅を表す。
上述の通り、値ｄ１は前記Ｚ方向に沿ったＧａＡｓ中央部１０４ａの厚みを表す。値ｄ２は前記Ｚ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂの厚みを表す。値ｄ３は前記Ｚ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃの厚みを表す。値ｄ４は前記Ｚ方向に沿ったＩｎＧａＰ中央部１０６ａの厚みを表す。値ｄ５は前記Ｚ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂの厚みを表す。値ｄ６は前記Ｚ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃの厚みを表す。値ｗ２は前記Ｘ方向に沿った第１のＧａＡｓ周辺部１０４ｂの幅を表す。値ｗ３は前記Ｘ方向に沿った第２のＧａＡｓ周辺部１０４ｃの幅を表す。値ｗ４は前記Ｘ方向に沿った第１のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｂの幅を表す。値ｗ５は前記Ｘ方向に沿った第２のＩｎＧａＰ周辺部１０６ｃ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１０７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、およそ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１０７は、ＩｎＧａＰと近い格子定数を持ち、かつＩｎＧａＰ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１０７の材料の例は、ｐ型ＩｎＡｌＧａＰまたはｐ型ＩｎＡｌＰである。
第１のｎ型バリア層１０９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。第１のｎ型バリア層１０９の材料の例は、ｎ型ＩｎＧａＰまたはｎ型ＡｌＧａＡｓである。
第２のｎ型バリア層１１１は、ＩｎＧａＰと近い格子定数を持ち、かつＩｎＧａＰ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。第２のｎ型バリア層１１１の材料の例は、ｎ型ＩｎＡｌＧａＰまたはｎ型ＩｎＡｌＰである。
ｐ型バリア層１１０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型バリア層１１０の材料の例は、ｐ型ＩｎＧａＰまたはｐ型ＡｌＧａＡｓである。
トンネル効果層１０８は、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層から構成される。ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の間には、ｐｎ接合が形成されている。ｐ型半導体層は、高濃度にドーピングされている。ｎ型半導体層もまた、高濃度にドーピングされている。これらのｐ型半導体層およびｎ型半導体層は積層されている。ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の材料は、ＧａＡｓおよびＩｎＧａＰの格子定数に近い格子定数を有する。具体的には、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の材料の例は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、またはＡｌＧａＡｓである。トンネル効果層１０８の好ましい厚みは、２０ナノメートル以上４０ナノメートル以下である。
ｐ型コンタクト層１１３の材料は、ｐ型窓層１０７との界面およびｐ側電極１１５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１１３の材料の例は、ｐ型ＧａＡｓである。
ｎ型コンタクト層１１２の材料は、第１のｎ型バリア層１０９との界面およびｎ側電極１１４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１１２の材料の例は、ｎ型ＧａＡｓである。
図１Ｂに示されるように、層１０３〜１１３の側面は絶縁膜１１６によって被覆されることが好ましい。絶縁膜１１６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１１６が用いられる場合、図４に示されるように、絶縁膜１１６が金属膜１２４によって被覆され得る。金属膜１２４は、太陽電池素子１０２の放熱特性を向上させる。
金属膜１２４がｐ側電極１１５に電気的に接続され、かつ一面（図４では下面）に金属膜１２４およびｎ側電極１１４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３Ｈ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。
以下、図３Ａ〜図３Ｈ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１１８の表面に、犠牲層１１９、ｐ型コンタクト層１１３、ｐ型窓層１０７、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６、第２のｎ型バリア層１１１、トンネル効果層１０８、ｐ型バリア層１１０、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、第１のｎ型バリア層１０９、およびｎ型コンタクト層１１２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１１９は、ＧａＡｓと近い格子定数を有する。犠牲層１１９は、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１１９の材料の例は、ＡｌＡｓである。
次に、図３Ｂに示されるように、ｎ型コンタクト層１１２上に第１のマスク１２０を形成する。第１のマスク１２０は、図２に示されるｗ１の値と同じ幅を有する。第１のマスク１２０を用いて、ｎ型コンタクト層１１２および第１のｎ型バリア層１０９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。エッチングには、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、第１のマスク１２０を除去し、第２のマスク１２１を形成する。第２のマスク１２１の幅は、図２に示す（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３）の合計と同一である。第２のマスク１２１を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｐ型バリア層１１０、トンネル効果層１０８、および第２のｎ型バリア層１１１をエッチングする。さらにｎ型ＩｎＧａＰ層１０６の周囲の上部をエッチングする。ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６のエッチング深さは、図２に示される（ｄ４−ｄ５）の厚みと同じである。
図３Ｄに示されるように、第２のマスク１２１を除去し、第３のマスク１２２を形成する。第３のマスク１２２の幅は、図２に示す（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５）の合計と同一である。第３のマスク１２２を用いて、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５、ｐ型窓層１０７、およびｎ型コンタクト層１１３をエッチングする。
図３Ｅに示されるように、第３のマスク１２２を除去し、ｎ側電極１１４および絶縁膜１１６を形成する。ｎ側電極１１４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１１６を形成する手法の例は、化学気相成長法である。
図３Ｆに示されるように、ｎ側電極１１４に下地基板１２３を固定する。ＧａＡｓ基板１１８および犠牲層１１９をエッチングにより除去する。下地基板１２３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１１４および下地基板１２３の間にはワックスまたは粘着シートが挟まれ得る。
図３Ｇに示されるように、ｐ型コンタクト層１１３上にｐ側電極１１５を形成する。さらにｐ型コンタクト層１１３のｐ側電極１１５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１１３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３Ｈに示されるように、下地基板１２３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１０７に光を照射して、ｎ側電極１１４およびｐ側電極１１５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１０７の領域Ｓに光が照射される。
工程（ｂ）においては、集光レンズ１０１を介してｐ型窓層１０７に光を照射して、ｎ側電極１１４およびｐ側電極１１５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１０７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。
ｗ６≦ｗ１・・・（ＩＩ）
上述したように、ｗ１の値は、Ｘ方向に沿ったＧａＡｓ中央部１０４ａの幅を表す。
上述したように、ｗ１の値は、Ｘ方向に沿ったＧａＡｓ中央部１０４ａの幅を表す。
ｗ６の値は、領域ＳのＸ方向に沿った幅を表す。
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３および比較例１３〜１６を参照）。
図２に示すように、等式（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５）＝（ｗ６＋ｗ７＋ｗ８）が充足される場合、幅ｗ７は幅（ｗ２＋ｗ４）と等しいか、それよりも大きい。等式（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５）＝（ｗ６＋ｗ７＋ｗ８）が充足される場合、幅ｗ６は幅（ｗ３＋ｗ５）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。
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３Ｈに示される方法によって作成した。
実施例１では、図２に示される太陽電池素子１０２を、図３Ａ〜図３Ｈ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。
実施例１における、ｄ１〜ｄ６およびｗ１〜ｗ５は以下の通りである。
ｄ１：２．４マイクロメートル
ｄ２：４ナノメートル
ｄ３：４ナノメートル
ｄ４：０．９マイクロメートル
ｄ５：４ナノメートル
ｄ６：４ナノメートル
ｗ１：８０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
ｗ４：５マイクロメートル
ｗ５：５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。
ｄ２：４ナノメートル
ｄ３：４ナノメートル
ｄ４：０．９マイクロメートル
ｄ５：４ナノメートル
ｄ６：４ナノメートル
ｗ１：８０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
ｗ４：５マイクロメートル
ｗ５：５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基板上に、表１に示す層１０４〜１１９を、ＧａＡｓ基板１１８上に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１１２上に、フォトリソグラフィにより８０μｍ四方を有する正方形のレジスト膜を形成した。このレジスト膜を第１のマスク１２０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１１２および第１のｎ型バリア層１０９を除去した。さらに、同じガスを用いて、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。
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４ナノメートルであった。
剥離液を用いて第１のマスク１２０を除去した。除去後、第２のマスク１２１として、９０マイクロメートル四方の正方形のレジスト膜を形成した。レジスト膜の中心は、第１のマスク１２０の中心と一致した。
第２のマスク１２１を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１０４、ｐ型ＧａＡｓ層１０３、ｐ型バリア層１１０、トンネル効果層１０８、および第２のｎ型バリア層１１１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ＩｎＧａＰ層１０６の周囲部分が残るように、ほとんど全てのｎ型ＩｎＧａＰ層１０６の周囲部分をエッチングした。
エッチング後、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６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２のマスク１２１を除去した。除去後、第３のマスク１２２として、一辺１００マイクロメートルの正方形のレジスト膜を形成した。レジスト膜の中心は、第１のマスク１２０および第２のマスク１２１の中心と一致した。
第３のマスク１２２を用いて、図３Ｄに示されるように、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０６、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０５、ｐ型窓層１０７、およびｎ型コンタクト層１１３をエッチングし、犠牲層１１９を露出させた。
剥離液を用いて第３のマスク１１２を除去した。除去後、図３Ｅ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１１２上に積層し、ｎ側電極１１４を形成した。
次に、図３Ｅ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１１６を、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。
次に、ｎ側電極１１４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３Ｆに示されるように、ｎ側電極１１４をガラス製の下地基板１２３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１１８を除去した。続いて、バッファードフッ酸を用いて犠牲層１１９を除去して、ｐ型コンタクト層１１３を露出させた。このようにして、図３Ｆに示される構造を得た。
図３Ｇ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１０１３上に順次成膜し、ｐ側電極１１５を形成した。
ｐ側電極１１５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１２３を除去した。このようにして、図３Ｈ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、ｗ６＝８０マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝１０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。表２は、後述される実施例２〜１３および比較例１〜１６のデータと共に、これらを示す。
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。
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。
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。
（実施例２）
ｄ２＝ｄ３＝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。
ｄ２＝ｄ３＝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＝ｄ３＝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。
ｄ２＝ｄ３＝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）
ｄ５＝ｄ６＝５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。
ｄ５＝ｄ６＝５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５）
ｄ５＝ｄ６＝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。
ｄ５＝ｄ６＝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６）
ｄ５＝ｄ６＝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。
ｄ５＝ｄ６＝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７）
ｗ１＝８９．８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。
ｗ１＝８９．８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８）
ｗ１＝８９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。
ｗ１＝８９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９）
ｗ１＝８９．８マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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。
ｗ１＝８９．８マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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１０）
ｗ１＝８９マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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。
ｗ１＝８９マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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１１）
ｗ６＝７６マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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。
ｗ６＝７６マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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。
（実施例１２）
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６０マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝２０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。
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６０マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝２０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１３）
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝５６マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝２２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。
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝５６マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝２２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＝２．４マイクロメートル、ｄ４＝ｄ５＝０．９マイクロメートル、およびｗ６＝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。
ｄ２＝ｄ３＝２．４マイクロメートル、ｄ４＝ｄ５＝０．９マイクロメートル、およびｗ６＝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＝２．４マイクロメートル、およびｄ４＝ｄ５＝０．９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。
ｄ２＝ｄ３＝２．４マイクロメートル、およびｄ４＝ｄ５＝０．９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）
ｗ６＝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。
ｗ６＝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）
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。
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５）
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。
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６）
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。
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７）
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。
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８）
ｄ５＝ｄ６＝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。
ｄ５＝ｄ６＝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９）
ｄ５＝ｄ６＝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。
ｄ５＝ｄ６＝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１０）
ｄ５＝ｄ６＝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。
ｄ５＝ｄ６＝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１１）
ｗ１＝８９．９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。
ｗ１＝８９．９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１２）
ｗ１＝８９．９マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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。
ｗ１＝８９．９マイクロメートルおよびｗ４＝ｗ５＝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１３）
ｗ６＝８８マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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。
ｗ６＝８８マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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）
ｗ６＝８４マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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。
ｗ６＝８４マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝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。
（比較例１５）
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６８マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝１６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。
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６８マイクロメートルおよびｗ７＝ｗ８＝１６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１６）
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６４マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝１８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。
ｗ１＝６０マイクロメートル、ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝ｗ５＝１０マイクロメートル、ｗ６＝６４マイクロメートル、およびｗ７＝ｗ８＝１８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、ｄ５＜ｄ４、ｄ６＜ｄ４、１ナノメートル≦ｄ５≦５ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ６≦５ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、１００ナノメートル≦ｗ３、１００ナノメートル≦ｗ４、１００ナノメートル≦ｗ５、およびｗ６≦ｗ１が充足されるときに、約２８％以上の高い変換効率が達成される。
実施例１〜１３および比較例１〜２は、以下の不等式のセット：ｄ２＜ｄ１、ｄ３＜ｄ１、ｄ５＜ｄ４およびｄ６＜ｄ４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４〜７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１、４〜６および比較例８〜１０は、以下の不等式のセット：１ナノメートル≦ｄ５≦５ナノメートルおよび１ナノメートル≦ｄ６≦５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７〜８および比較例１１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９〜１０および比較例１２は、以下の不等式のセット：１００ナノメートル≦ｗ４および１００ナノメートル≦ｗ５が充足されることが必要であることを示す。
実施例１、１１〜１３および比較例１３〜１６は、以下の不等式：ｗ６≦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。
１ トップセル
２ ボトムセル
３ トンネル効果層
１１ 太陽電池素子
１２ 半導体基板
１３ａ ｐ型ＧａＡｓバッファ層
１３ｂ ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層
１３ｃ ｐ型ＧａＡｓベース層
１３ｄ ｎ型ＧａＡｓエミッタ層
１３ｅ ｎ型ＩｎＧａＰ窓層
１５ 反射防止層
１０１ レンズ
１０２ 太陽電池素子
１０３ ｐ型ＧａＡｓ層
１０４ ｎ型ＧａＡｓ層
１０４ａ ＧａＡｓ中央部
１０４ｂ 第１のＧａＡｓ周辺部
１０４ｃ 第２のＧａＡｓ周辺部
１０５ ｐ型ＩｎＧａＰ層
１０６ ｎ型ＩｎＧａＰ層
１０６ａ ＩｎＧａＰ中央部
１０６ｂ 第１のＩｎＧａＰ周辺部
１０６ｃ 第２のＩｎＧａＰ周辺部
１０７ ｐ型窓層
１０８ トンネル効果層
１０９ 第１のｎ型バリア層
１１０ ｐ型バリア層
１１１ 第２のｎ型バリア層
１１２ ｎ型コンタクト層
１１３ ｐ型コンタクト層
１１４ ｎ側電極
１１５ ｐ側電極
１１６ 絶縁膜
１１７ 太陽光
１１８ ＧａＡｓ基板
１１９ 犠牲層
１２０ 第１のマスク
１２１ 第２のマスク
１２２ 第３のマスク
１２３ 下地基板
１２４ 金属膜
２ ボトムセル
３ トンネル効果層
１１ 太陽電池素子
１２ 半導体基板
１３ａ ｐ型ＧａＡｓバッファ層
１３ｂ ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層
１３ｃ ｐ型ＧａＡｓベース層
１３ｄ ｎ型ＧａＡｓエミッタ層
１３ｅ ｎ型ＩｎＧａＰ窓層
１５ 反射防止層
１０１ レンズ
１０２ 太陽電池素子
１０３ ｐ型ＧａＡｓ層
１０４ ｎ型ＧａＡｓ層
１０４ａ ＧａＡｓ中央部
１０４ｂ 第１のＧａＡｓ周辺部
１０４ｃ 第２のＧａＡｓ周辺部
１０５ ｐ型ＩｎＧａＰ層
１０６ ｎ型ＩｎＧａＰ層
１０６ａ ＩｎＧａＰ中央部
１０６ｂ 第１のＩｎＧａＰ周辺部
１０６ｃ 第２のＩｎＧａＰ周辺部
１０７ ｐ型窓層
１０８ トンネル効果層
１０９ 第１のｎ型バリア層
１１０ ｐ型バリア層
１１１ 第２のｎ型バリア層
１１２ ｎ型コンタクト層
１１３ ｐ型コンタクト層
１１４ ｎ側電極
１１５ ｐ側電極
１１６ 絶縁膜
１１７ 太陽光
１１８ ＧａＡｓ基板
１１９ 犠牲層
１２０ 第１のマスク
１２１ 第２のマスク
１２２ 第３のマスク
１２３ 下地基板
１２４ 金属膜
Claims (8)
- 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、トンネル効果層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＩｎＧａＰ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、前記トンネル効果層、前記ｎ型ＩｎＧａＰ層、前記ｐ型ＩｎＧａＰ層、および前記ｐ型窓層はこの順でＺ方向に沿って積層されており、
前記ｐ型窓層は、ＩｎＧａＰ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ｐ側電極は、前記ｐ型ＩｎＧａＰ層に電気的に接続されており、
前記ｎ型ＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ中央部、第１のＧａＡｓ周辺部、および第２のＧａＡｓ周辺部に分割されており、
前記ＧａＡｓ中央部は、前記Ｘ方向に沿って、前記第１のＧａＡｓ周辺部および前記第２のＧａＡｓ周辺部の間に挟まれており、
前記第１のＧａＡｓ周辺部および前記第２のＧａＡｓ周辺部は層の形状を有しており、
前記ｎ型ＩｎＧａＰ層は、ＩｎＧａＰ中央部、第１のＩｎＧａＰ周辺部、および第２のＩｎＧａＰ周辺部に分割されており、
前記ＩｎＧａＰ中央部は、前記Ｘ方向に沿って、前記第１のＩｎＧａＰ周辺部および前記第２のＩｎＧａＰ周辺部の間に挟まれており、
前記第１のＩｎＧａＰ周辺部および前記第２のＩｎＧａＰ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、ｄ５＜ｄ４、ｄ６＜ｄ４、１ナノメートル≦ｄ５≦５ナノメートル、１ナノメートル≦ｄ６≦５ナノメートル、１００ナノメートル≦ｗ２、１００ナノメートル≦ｗ３、１００ナノメートル≦ｗ４、および１００ナノメートル≦ｗ５ ・・・ （Ｉ）
ｄ１は前記Ｚ方向に沿った前記ＧａＡｓ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ＧａＡｓ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ＧａＡｓ周辺部の厚みを表し、
ｄ４は前記Ｚ方向に沿った前記ＩｎＧａＰ中央部の厚みを表し、
ｄ５は前記Ｚ方向に沿った前記第１のＩｎＧａＰ周辺部の厚みを表し、
ｄ６は前記Ｚ方向に沿った前記第２のＩｎＧａＰ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ＧａＡｓ周辺部の幅を表し、
ｗ３は前記Ｘ方向に沿った前記第２のＧａＡｓ周辺部の幅を表し、
ｗ４は前記Ｘ方向に沿った前記第１のＩｎＧａＰ周辺部の幅を表し、
ｗ５は前記Ｘ方向に沿った前記第２のＩｎＧａＰ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、
ｗ６≦ｗ１・・・（ＩＩ）
ｗ１は、前記Ｘ方向に沿った、前記ＧａＡｓ中央部の幅を表し、
ｗ６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ＧａＡｓ中央部は前記領域Ｓに重なる、
電力を発生させる方法。 - 前記ｎ型ＩｎＧａＰ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。
- 前記太陽電池素子は、前記ｎ側電極および前記ＧａＡｓ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。
- 前記太陽電池素子は、前記ｎ側電極および前記ＧａＡｓ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。
- 前記太陽電池素子は、前記ｐ側電極および前記ｐ型ＩｎＧａＰ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。
- 前記太陽電池素子は、前記トンネル効果層および前記ＩｎＧａＰ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。
- 前記太陽電池素子は、前記ｐ型ＧａＡｓ層および前記トンネル効果層の間に挟まれているｐ型バリア層をさらに備えている、請求項１に記載の方法。
- 前記太陽電池素子は、前記ｎ型ＧａＡｓ層、前記ｐ型ＧａＡｓ層、前記トンネル効果層、前記ｎ型ＩｎＧａＰ層、前記ｐ型ＩｎＧａＰ層、および前記ｐ型窓層の側面を被覆する絶縁層をさらに備えている、請求項１に記載の方法。
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