WO2013042526A1 - 多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体 - Google Patents

多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体 Download PDF

Info

Publication number
WO2013042526A1
WO2013042526A1 PCT/JP2012/072331 JP2012072331W WO2013042526A1 WO 2013042526 A1 WO2013042526 A1 WO 2013042526A1 JP 2012072331 W JP2012072331 W JP 2012072331W WO 2013042526 A1 WO2013042526 A1 WO 2013042526A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compound semiconductor
semiconductor layer
layer
composition
thickness
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/072331
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　浩
池田　昌夫
内田　史朗
丹下　貴志
大 倉本
祐之 有持
輝 楊
書龍 陸
新和 鄭
Original Assignee
ソニー株式会社
中国科学院蘇州ナノテク－ナノバイオニクス研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニー株式会社, 中国科学院蘇州ナノテク－ナノバイオニクス研究所 filed Critical ソニー株式会社
Priority to EP12833198.0A priority Critical patent/EP2760055A4/en
Priority to US14/345,001 priority patent/US9905719B2/en
Publication of WO2013042526A1 publication Critical patent/WO2013042526A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H01L31/06875—Multiple junction or tandem solar cells inverted grown metamorphic [IMM] multiple junction solar cells, e.g. III-V compounds inverted metamorphic multi-junction cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Definitions

  • the present disclosure relates to a multi-junction type (also referred to as a tandem type, stack type, or stacked type) solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / layered structure using a compound semiconductor.
  • a multi-junction type also referred to as a tandem type, stack type, or stacked type
  • solar cell also referred to as a tandem type, stack type, or stacked type
  • photoelectric conversion element also referred to as a tandem type, stack type, or stacked type
  • Examples of the solar cell include a silicon-based solar cell using silicon as a semiconductor, a compound semiconductor solar cell using a compound semiconductor, an organic solar cell using an organic material, and the like. Batteries are being developed with the aim of further improving energy conversion efficiency.
  • a method of stacking a plurality of subcells composed of thin film solar cells composed of a plurality of compound semiconductor layers to form a multi-junction solar cell, and configuring a compound semiconductor layer There is a method for searching for an effective combination of compound semiconductor materials.
  • Compound semiconductors such as GaAs and InP each have a unique band gap, and the wavelength of light to be absorbed varies depending on the difference in the band gap. Therefore, by stacking a plurality of types of subcells, the absorption efficiency of sunlight having a wide wavelength range can be increased.
  • the combination of the lattice constant and the physical property value (for example, band gap) of the crystal structure of the compound semiconductor constituting each subcell is important.
  • This substrate bonding technique is to form a homojunction or a heterojunction between compound semiconductor layers to be bonded.
  • a direct bonding method in which different compound semiconductor layers are directly bonded for example, Non-Patent Document 1: “ Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells ", NCPV and Solar Program Review Meeting 2003), and a method of joining via connection layers.
  • the substrate bonding technique has the advantage that it does not involve an increase in threading dislocations.
  • the presence of threading dislocations has an undesirable effect on the electronic performance of the compound semiconductor layer, i.e., provides an easy diffusion path in the compound semiconductor layer, as well as dopants and recombination centers, and reduces the carrier density of the compound semiconductor layer. Cause it.
  • the substrate bonding technique can solve the problem of lattice mismatch and further avoid the epitaxial growth due to the lattice mismatch, so that the threading dislocation density that degrades the performance of the solar cell can be greatly reduced. it can.
  • a covalent bond is formed at the interface between different substances, that is, at the hetero interface, but at this time, the temperature at which the thermal fluctuation does not exceed the dynamic barrier necessary for the progress of threading dislocations. It is important to perform the substrate bonding step.
  • the direct bonding method semiconductor-semiconductor bonding is performed on a nuclear scale. Therefore, the transparency, thermal conductivity, heat resistance, and reliability of the joint are superior to those obtained when joining using a metal paste or glass raw material (frit).
  • This direct laminating method is as easy as a solar cell constituted by a single junction element, more specifically, only by alloying each compound semiconductor layer to be laminated, an integrated or two-terminal compound semiconductor device is a module. Can be integrated.
  • the lowermost layer is composed of an InGaAs layer with a band gap of 0.72 eV, and this InGaAs layer can only capture sunlight with a wavelength of about 1.7 ⁇ m.
  • this InGaAs layer can only capture sunlight with a wavelength of about 1.7 ⁇ m.
  • a lattice-matching with the material constituting the substrate as a whole, and a multi-junction solar cell including a subcell made of a compound semiconductor having a desired band gap, or a photoelectric conversion element including a compound semiconductor layer It is desirable to provide a compound semiconductor layer / laminated structure.
  • a plurality of subcells are stacked, light is incident on the subcell located in the lowermost layer from the subcell located in the uppermost layer, and power is generated in each subcell.
  • a multi-junction solar cell made, Each subcell is formed by laminating a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type, In at least one predetermined subcell among the plurality of subcells,
  • the first compound semiconductor layer comprises at least one of a first compound semiconductor layer / laminated unit in which a 1-A compound semiconductor layer and a 1-B compound semiconductor layer are stacked,
  • the second compound semiconductor layer comprises at least one of a second compound semiconductor layer / stacked unit in which a 2-A compound semiconductor layer and a 2-B compound semiconductor layer are stacked,
  • the compound semiconductor composition constituting the 1-A compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the 2-A compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-A.
  • the compound semiconductor composition constituting the first-B compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the second-B compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-B. Based on the value of the band gap in a given subcell, the compound semiconductor composition -A is determined, Based on the difference between the base / lattice constant of the base and the compound semiconductor composition-A when forming the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer, the compound semiconductor composition-B is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the first-A compound semiconductor layer, the thickness of the first-B compound semiconductor layer is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the second-A compound semiconductor layer, the thickness of the second-B compound semiconductor layer is determined, The thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and do not cause a quantum effect. The thickness
  • a photoelectric conversion element includes a photoelectric conversion element in which a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type are stacked.
  • a conversion element The first compound semiconductor layer comprises at least one of a first compound semiconductor layer / laminated unit in which a 1-A compound semiconductor layer and a 1-B compound semiconductor layer are stacked,
  • the second compound semiconductor layer comprises at least one of a second compound semiconductor layer / stacked unit in which a 2-A compound semiconductor layer and a 2-B compound semiconductor layer are stacked,
  • the compound semiconductor composition constituting the 1-A compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the 2-A compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-A.
  • the compound semiconductor composition constituting the first-B compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the second-B compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-B.
  • the compound semiconductor composition-A is determined
  • the compound semiconductor composition-B is determined
  • the thickness of the first-B compound semiconductor layer is determined
  • the thickness of the second-B compound semiconductor layer is determined,
  • the thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and do not cause a quantum effect.
  • a compound semiconductor layer / laminated structure includes a compound semiconductor layer / laminated structure including at least one of a compound semiconductor layer / laminated unit in which an Ath compound semiconductor layer and a Bth compound semiconductor layer are stacked.
  • the B compound semiconductor Compound semiconductor composition -B constituting the layer is determined, The thickness of the B compound semiconductor layer is determined based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition -B and the thickness of the A compound semiconductor layer, The thickness of the A-th compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and does not cause a quantum effect.
  • the thickness of the B-th compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-B and does not cause a quantum effect.
  • the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer are stacked,
  • the one compound semiconductor layer includes at least one of a first compound semiconductor layer / stacked unit in which a first 1-A compound semiconductor layer and a first 1-B compound semiconductor layer are stacked, and the second compound semiconductor layer includes a second compound semiconductor layer It comprises at least one of a second compound semiconductor layer / laminated unit in which a -A compound semiconductor layer and a second-B compound semiconductor layer are laminated.
  • the compound semiconductor composition-A constituting the first-A compound semiconductor layer and the second-A compound semiconductor layer is determined, and the first compound semiconductor layer is determined.
  • the first-B compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer are formed based on the difference between the base / lattice constant of the base and the compound semiconductor composition-A lattice constant when forming the second compound semiconductor layer.
  • Compound semiconductor composition-B is determined, and based on the difference between the base / lattice constant and the lattice constant of compound semiconductor composition-B, the thickness of the 1-A compound semiconductor layer, and the thickness of the 2-A compound semiconductor layer, The thicknesses of the 1-B compound semiconductor layer and the 2-B compound semiconductor layer are determined.
  • the thicknesses of the first-A compound semiconductor layer and the second-A compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and do not cause a quantum effect.
  • the thicknesses of the compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-B and do not cause a quantum effect.
  • the first-A compound semiconductor layer and the first-B compound semiconductor layer form a strain compensation stacked structure.
  • the compound semiconductor composition-A that achieves this is determined.
  • the lattice constant of the determined compound semiconductor composition-A and the base / lattice constant, that is, since it often becomes a lattice mismatch system, so as to eliminate this difference.
  • the compound semiconductor composition -B is determined so as to cancel this difference (so as to be a lattice matching system). Further, based on the difference between the base / lattice constant and the lattice constant of the compound semiconductor composition-B and the thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer, Not only the thickness of the 2-B compound semiconductor layer is determined, but also the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer, and the 1-B compound semiconductor layer and the 2-B compound semiconductor layer. An upper limit value and a lower limit value of the layer thickness are defined. That is, when these layer thicknesses exceed the upper limit, lattice mismatch occurs and dislocations can occur. Moreover, when these layer thicknesses are less than the lower limit, the band gap value changes.
  • the compound semiconductor composition is optimized (that is, the band gap and the lattice constant are optimized), and the layer thickness is optimized. Is planned.
  • the entire layer is a lattice matching system.
  • the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer as a whole can achieve efficient absorption at a desired light wavelength or light emission at a desired wavelength.
  • the absorption efficiency of sunlight having a wide wavelength range can be further increased.
  • the compound semiconductor composition-B is determined based on the difference between the base / lattice constant and the lattice constant of the compound semiconductor composition-A, and the base / lattice constant
  • the thickness of the B compound semiconductor layer is determined based on the difference between the lattice constant of the compound semiconductor composition -B and the thickness of the A compound semiconductor layer. Therefore, even if there is a lattice mismatch between the A compound semiconductor layer and the base, this lattice mismatch is canceled by the B compound semiconductor layer, and the entire compound semiconductor layer / stacked structure is a lattice matched system. Become.
  • the restriction that the compound semiconductor composition-A must be determined in a state where the compound semiconductor composition-A is limited by the base / lattice constant is relaxed, and the compound constituting the compound semiconductor layer / laminated structure
  • the selection range of the compound semiconductor composition of the semiconductor layer can be widened, and the degree of freedom of selection can be increased.
  • 1A and 1B are a conceptual diagram of the multi-junction solar cell of Example 1 and Example 3, respectively, and a predetermined subcell, photoelectric conversion element, and compound semiconductor layer located in the lowermost layer.
  • -It is a conceptual diagram of a laminated structure.
  • 2A and 2B are conceptual diagrams of a compound semiconductor layer and the like for explaining a method for producing a multi-junction solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / laminated structure of Example 3.
  • FIG. . 3 (A) and 3 (B) are diagrams for explaining the manufacturing method of the multi-junction solar cell, the photoelectric conversion element, and the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 3 following FIG. 2 (B). It is a conceptual diagram, such as a compound semiconductor layer.
  • FIG. 4A and 4B are conceptual diagrams of the multi-junction solar cell, the photoelectric conversion element, and the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 4 and Example 5, respectively.
  • 5A and 5B are conceptual diagrams of a compound semiconductor layer and the like for explaining a method for producing a multi-junction solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / laminated structure of Example 6.
  • FIG. . 6 (A) and 6 (B) are diagrams for explaining a method for producing a multi-junction solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / stacked structure of Example 6 following FIG. 5 (B). It is a conceptual diagram, such as a compound semiconductor layer.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a compound semiconductor layer and the like for explaining the manufacturing method of the multi-junction solar cell, the photoelectric conversion element, and the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 6 following FIG. is there.
  • 8A and 8B are conceptual diagrams of a compound semiconductor layer and the like for explaining a method for producing a multijunction solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / laminated structure of Example 7.
  • (A) and (B) of FIG. 9 are for describing the manufacturing method of the multi-junction solar cell, the photoelectric conversion element, and the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 7 following (B) of FIG. It is a conceptual diagram, such as a compound semiconductor layer. (A) and (B) of FIG.
  • FIG. 10 are for explaining the manufacturing method of the multijunction solar cell, the photoelectric conversion element, and the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 7 following (B) of FIG. It is a conceptual diagram, such as a compound semiconductor layer.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram of a modification of the multi-junction solar cell of Example 1.
  • FIG. 12 shows a multi-junction solar cell in which four subcells are stacked, with the second subcell having a bandgap of 1.910 eV and a third subcell of 1.420 eV. It is a graph which shows the result of having changed the band gap of the cell and the 1st subcell variously, performing simulation, and calculating
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing film formation characteristics of metal atoms.
  • FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the Ti layer and the light transmittance.
  • (A) and (B) of FIG. 15 are photographs showing the results of an infrared microscope transmission experiment.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between photon energy and absorption coefficient at each concentration of p-type dopant in the p-type GaAs layer.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the thickness of the p-type GaAs layer at the p-type dopant concentration of 3 ⁇ 10 19 and the light transmittance of sunlight at the maximum wavelength of 2.5 ⁇ m.
  • FIG. 18 is a photograph of a bright field image obtained by a scanning transmission electron microscope at the interface between the InP substrate and the GaAs substrate.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between photon energy and absorption coefficient at each concentration of p-type dopant in the p-type GaAs layer.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the thickness of the p-
  • FIG. 19 is a graph showing the change over time in the thickness of the Ti layer and the light transmittance.
  • FIG. 20 is a graph showing the change over time in the thickness of the Ti layer and the light transmittance.
  • FIG. 21 is a graph showing the results of quantitative analysis of the concentration of each atom at each distance in the stacking direction of the multijunction solar cell of Example 3 based on energy dispersive X-ray spectroscopy.
  • FIG. 22 is a transmission electron microscope cross-sectional photograph of the bonding interface.
  • Example 1 multi-junction solar cell, photoelectric conversion element and compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure
  • Example 2 Modification of Example 1) 4).
  • Example 3 another modification of Example 1) 5.
  • Example 4 Modification of Example 3) 6).
  • Example 5 another modification of Example 3) 7).
  • Example 6 another modification of Example 3) 8).
  • Example 7 modification of Example 6), others
  • the predetermined subcell can be in a form located in the lowermost layer.
  • the stacking order of the plurality of subcells is such that the closer the band gap of the compound semiconductor composing the subcell is to the light incident side, the larger the stacking order, that is, from the support substrate side to be described later to the second electrode side.
  • the stacking order is increased in order.
  • some of the plurality of subcells may be formed of a Ge layer.
  • an atomic group constituting the compound semiconductor composition-A, and a compound The atomic group constituting the semiconductor composition-B may be the same.
  • the atomic percentage in the atomic group constituting the compound semiconductor composition-A may be different from the atomic percentage in the atomic group constituting the compound semiconductor composition-B.
  • the band gap value in a predetermined subcell may be the value of the present disclosure including the various preferable embodiments described above.
  • the band gap value in the photoelectric conversion element is preferably 0.45 eV to 0.75 eV.
  • the photoelectric conversion element of the present disclosure or the compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure, the band gap of the compound semiconductor composition-B
  • the value of is desirably larger than the value of the band gap of Compound Semiconductor Composition-A.
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition-A is expressed as LC A
  • the lattice constant of Compound Semiconductor Composition-B is LC B and the base / lattice constant is LC 0
  • ⁇ 4.0 Is preferably satisfied.
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition-A is expressed as LC A
  • the lattice constant of compound semiconductor composition-B is LC B
  • the base / lattice constant is LC 0
  • the thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer (or the thickness of the A compound semiconductor layer) ) Is t A
  • the thickness of the 1-B compound semiconductor layer and the 2-B compound semiconductor layer (or the thickness of the B compound semiconductor layer) is t B.
  • the photoelectric conversion element, or the compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure the base is made of InP, and the compound semiconductor composition-A Is In x Ga 1 -x As, and the compound semiconductor composition -B may be In y Ga 1 -y As (where x> y).
  • the underlayer is made of InP
  • the compound semiconductor composition-A is (InP) 1-z (In x ′ Ga 1-x ′ As) z
  • the compound semiconductor composition-B is (InP) 1-z (In y ′ Ga 1-y ′ As) z (where x ′> y ′).
  • 0.53 ⁇ x ′ ⁇ 0.86 0 ⁇ y ′ ⁇ 0.53 0 ⁇ z ⁇ 1.0 It is more preferable that
  • the thickness of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A.
  • the thickness of the B compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-B, the thickness of the A compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A, and the thickness of the B compound semiconductor layer The thickness is less than the critical film thickness in Compound Semiconductor Composition-B.
  • the thickness of the compound semiconductor layer is less than the critical film thickness, it is caused by distortion of the crystal lattice of the compound semiconductor crystal constituting the compound semiconductor layer. Lattice mismatch is mitigated, occurrence of dislocation is suppressed.
  • the thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer are such that quantum effects do not occur, and the thicknesses of the 1-B compound semiconductor layer and the 2-B compound semiconductor layer are The thickness of the A compound semiconductor layer is a thickness at which the quantum effect does not occur, and the thickness of the B compound semiconductor layer is a thickness at which the quantum effect does not occur.
  • “the quantum effect does not occur” means that a quantum level is not generated even when surrounded by a double hetero barrier with a film thickness of a de Broglie wavelength (several nm to 20 nm) or more.
  • multijunction solar cell of the present disclosure provided with a connection layer, etc. May be called.
  • the adjacent subcell or compound semiconductor layer is dependent on the lattice constant of the compound semiconductor constituting the adjacent subcell or compound semiconductor layer.
  • the multi-junction solar cell of the present disclosure provided with the connection layer is a mixture of these lattice matching systems / lattice mismatch systems. Yes.
  • the lattice constant of the compound semiconductor constituting one of the subcells or the compound semiconductor layer adjacent to the connection layer is Lc 1 , and the other subcell adjacent to the connection layer is used.
  • a tunnel junction layer is provided between adjacent subcells where no connection layer is provided. It is preferable to adopt a form. The same can be applied to the multi-junction solar cell and the photoelectric conversion element of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above.
  • connection layer is an amorphous layer and is made of a metal or an alloy.
  • the material constituting the connection layer is a material having ohmic properties with respect to the compound semiconductor layer to be connected. More specifically, the work function is smaller than the Fermi level of the n-type semiconductor, or the p-type semiconductor. It is preferable to use a metal or alloy that is larger than the Fermi level, which significantly reduces the contact resistance and enables a good ohmic connection.
  • the “amorphous connection layer” or “amorphous connection layer” does not have long-term order like crystals, and was obtained with a transmission electron microscope as shown in FIG. This means a state in which a lattice image cannot be observed in the image.
  • a metal thin film (for example, a thickness of several nm or less) is usually formed based on a PVD method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method, but at that time, it is formed in an island shape (island shape) and not in a layer shape. There are many. And if it is formed in an island shape, highly accurate film thickness control is difficult.
  • islands are often formed through the process of surface diffusion, collision / coagulation, desorption, etc., when atoms / molecules adsorbed on the underlying layer are grown, and the adjacent islands grow as the islands grow. To form a continuous thin film. At that time, island formation, transition from amorphous to crystalline layer, crystal orientation change, and the like occur.
  • a connection layer made of a conductive material more specifically, a connection layer made of a metal or an alloy includes titanium (Ti), aluminum (Al), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tungsten ( It is preferable to use at least one atom (metal atom) selected from the group consisting of W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), niobium (Nb), and vanadium (V). Even if the connection layer further contains atoms such as iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni), or aluminum (Al), the characteristics are not affected at all.
  • connection layer may be made of aluminum oxide-doped zinc oxide [AZO], indium-zinc composite oxide [IZO], gallium-doped zinc oxide [GZO], indium-gallium composite oxide [IGO], In—
  • a material selected from the group consisting of GaZnO 4 [IGZO] and indium-tin composite oxide [ITO], that is, a transparent and yet electrically conductive material is preferable.
  • the connection layer is formed of an amorphous compound semiconductor, specifically, a portion of the compound semiconductor layer (but amorphous) at the interface between the compound semiconductor layer and the compound semiconductor layer.
  • the thickness of the amorphous connection layer formed of the above metal or alloy is preferably 5 nm or less. Is desirably 2 nm or less.
  • FIG. 14 shows the result of measurement of the relationship between the thickness of the Ti layer and the light transmittance in the wavelength range of 450 nm to 800 nm, for example. It can be seen that a light transmittance of about 80% can be secured at 5 nm or less. Moreover, the light transmittance of 95% or more can be ensured by setting the thickness to 2 nm or less.
  • the thickness of the amorphous connection layer made of the above material having transparency and electrical conductivity, or the amorphous connection layer made of an amorphous compound semiconductor The thickness is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 7 m or less.
  • connection layer is composed of the above metal atoms
  • two subcells facing each other across the connection layer one subcell is referred to as “subcell-A” for convenience and the other subcell is referred to as “Subcell-A” for convenience and the other subcell is referred to as “Subcell-A is provided with a first connection layer
  • subcell-B is provided with a second connection layer
  • the first connection layer and the second connection layer are joined and integrated.
  • the metal atom constituting the subcell-A and the metal atom constituting the subcell-B may be the same or different.
  • the thickness of the first connection layer and the thickness of the second connection layer may be the same or different.
  • connection layer is formed with the same thickness, for example. If the first connection layer and the second connection layer are used, the width of the depletion layer is 1 ⁇ 2 of that of the pn junction, so that the probability of the tunnel effect increases, and the structure is advantageous for reducing contact resistance. is there.
  • plasma treatment is performed on the bonding surface of the first connection layer and the bonding surface of the second connection layer, and the bonding surface of the first connection layer and the second connection layer It is desirable to activate the joint surface.
  • the first connection layer and the second connection layer can be made amorphous.
  • the first connection layer and the second connection layer can be bonded at an atmospheric pressure of 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less, a bonding load of 2 ⁇ 10 4 N or less, and a temperature of 150 ° C. or less.
  • the conductivity types of the opposing compound semiconductor layers in the subcells adjacent to each other are different. That is, subcells adjacent to each other are referred to as “subcell-a” and “subcell-b”, and the compound semiconductor layer facing subcell-b in subcell-a is referred to as “compound semiconductor layer-a”.
  • the compound semiconductor layer facing the subcell-a in -b is “compound semiconductor layer-b”
  • the compound semiconductor layer-a and the compound semiconductor layer-b have different conductivity types. It is preferable.
  • the compound semiconductor layers facing each other with the connection layer interposed therebetween have different conductivity types. The same can be applied to the photoelectric conversion element of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above.
  • the thickness of the compound semiconductor layer having the p-type conductivity among the compound semiconductor layers constituting the subcell more specifically, Specifically, it is desirable that the thickness of the p + -GaAs layer is 100 nm or less.
  • the photoelectric conversion element of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above.
  • the compound semiconductor layer constituting the conversion element examples include an InGaAs layer, InGaAsP layer, GaAs layer, InGaP layer, AlInGaP layer, GaAsN layer, InGaAsN layer, InP layer, InAlAs layer, InAlAsSb layer, InGaAlAs layer, and AlGaAs layer.
  • each subcell is, for example, (InGaAsP layer, InGaAs layer) (InGaAs layer, InGaAs layer) (InP layer, InGaAs layer) It can consist of In addition, light enters from the subcell having the layer structure described on the leftmost side in ().
  • each subcell is, for example, (GaAs layer, InGaAsP layer, InGaAs layer) (InGaAs layer, InGaAsP layer, InGaAs layer) (InGaP layer, InGaAs layer, InGaAs layer) It can consist of Furthermore, when it consists of four subcells, each subcell is, for example, (GaInP layer, GaAs layer, InGaAsP layer, InGaAs layer) (GaInP layer, InGaAs layer, InGaAsP layer, InGaAs layer) (GaInP layer, InGaAs layer, InGaAsN layer, InGaAs layer) It can consist of In addition, when it is composed of five subcells, each subcell is, for example, (GaInP layer, GaAs layer, InGaAs layer, InGaAsP layer, InGaAs layer) (GaInP layer, GaAs layer,
  • the multi-junction solar cell, photoelectric conversion element or compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure including the preferred embodiment and configuration described above is provided on a substrate.
  • the substrate for film formation and the support substrate used when manufacturing the multi-junction solar cell, photoelectric conversion element or compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure may be the same substrate or different substrates. Also good.
  • a substrate (corresponding to a base) in the case where the film formation substrate and the support substrate are the same substrate is displayed as “film formation / support substrate” for convenience. If the film formation substrate and the support substrate are different from each other, they are displayed as “film formation substrate” and “support substrate”. In this case, the compound semiconductor is formed on the film formation substrate (corresponding to the base).
  • the deposition substrate may be removed from the compound semiconductor layer or the like, and the compound semiconductor layer or the like may be fixed to the supporting substrate or bonded together.
  • a method for removing the deposition substrate from the compound semiconductor layer include a laser ablation method, a heating method, and an etching method.
  • a method of fixing or bonding the compound semiconductor layer or the like to the supporting substrate there can be mentioned a metal bonding method, a semiconductor bonding method, and a metal / semiconductor bonding method in addition to a method using an adhesive.
  • the film forming / supporting substrate is preferably made of InP. That is, it is preferable that the substrate is composed of an InP substrate. Further, as described above, the film formation substrate for manufacturing the predetermined subcell in the multi-junction solar cell of the present disclosure and the film formation substrate for manufacturing the photoelectric conversion element of the present disclosure are made of InP. Is preferred. That is, it is preferable that the substrate is composed of an InP substrate.
  • the multi-junction solar cell of the present disclosure has a layered structure in which the substrate for film formation for manufacturing subcells other than the predetermined subcell, and the photoelectric conversion element of the present disclosure and another photoelectric conversion element are stacked.
  • the substrate for film formation for manufacturing another photoelectric conversion element in the photoelectric conversion element include a substrate made of a III-V group semiconductor or a II-VI group semiconductor.
  • GaAs, InP, GaN, AlN, etc. can be mentioned as the substrate made of III-V semiconductor
  • CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, etc. are mentioned as the substrate made of II-VI semiconductor. be able to.
  • a substrate made of a group I-III-VI semiconductor called a chalcopyrite system made of Cu, In, Ga, Al, Se, S or the like can also be used.
  • Cu (abbreviated as CIGS) In, Ga) Se 2 Cu (In, Ga) (Se, S) 2 abbreviated as CIGSS, CuInS 2 abbreviated as CIS, and the like can be given.
  • glass substrates In addition to the above-mentioned various substrates, glass substrates, quartz substrates, transparent inorganic substrates such as sapphire substrates, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) as support substrates; polycarbonate (PC) resins Polyethersulfone (PES) resin; Polyolefin resin such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, etc .; Polyphenylene sulfide resin; Polyvinylidene fluoride resin; Tetraacetyl cellulose resin; Brominated phenoxy resin; Aramid resin; Polyimide resin; Polystyrene resin; Polysulfone resin, acrylic resin, epoxy resin, fluororesin, silicone resin, diacetate resin, triacetate resin, polyvinyl chloride resin, cyclic polyolefin resin Transparent plastic substrate or a film of can be mentioned.
  • the glass substrate include a soda glass substrate, a heat resistant glass
  • the second electrode is formed on the uppermost subcell.
  • the thickness of the second electrode is, for example, about 10 nm to 100 nm, and it is preferable that the second electrode is made of a material having good light transmittance and a small work function. Examples of such materials include indium-tin oxide (ITO, Indium Tin Oxide, including Sn-doped In 2 O 3 , crystalline ITO, and amorphous ITO), indium-zinc oxide (IZO, Indium Zinc Oxide).
  • ITO indium-tin oxide
  • IZO Indium Zinc Oxide
  • IFO F-doped In 2 O 3
  • tin oxide SnO 2
  • ATO Sb-doped SnO 2
  • FTO F-doped SnO 2
  • zinc oxide ZnO, Al-doped ZnO and B-doped (Including ZnO), InSnZnO, spinel oxide, oxide having YbFe 2 O 4 structure, and the like.
  • alkaline earth metals such as calcium (Ca) and barium (Ba)
  • alkali metals such as lithium (Li) and cesium (Cs), indium (In), magnesium (Mg), silver (Ag), gold (Au ), Nickel (Ni), gold-germanium (Au—Ge), and the like.
  • alkali metal oxides alkali metal fluorides, alkaline earth metal oxides, alkaline earth fluorides such as Li 2 O, Cs 2 Co 3 , Cs 2 SO 4 , MgF, LiF and CaF 2. You can also.
  • the second electrode may have a single-layer configuration or a configuration in which a plurality of layers are stacked.
  • the second electrode can be formed by a physical vapor deposition method (PVD method) such as a vacuum deposition method or a sputtering method, or a chemical vapor deposition method (CVD method).
  • PVD method physical vapor deposition method
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • the first electrode is formed on the subcell or the compound semiconductor layer, or the film forming / supporting substrate and the supporting substrate, depending on the material constituting the film forming / supporting substrate and the supporting substrate. It itself can also be used as the first electrode.
  • Materials constituting the first electrode include molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), vanadium (V), palladium (Pd), zinc (Zn), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum
  • An example is (Pt) gold-zinc (Au—Zn).
  • an antireflection film Is preferably formed on the uppermost subcell (the sub-cell on the light incident side) where the second electrode is not formed.
  • the antireflection film is provided to suppress reflection at the uppermost subcell and efficiently incorporate sunlight into the multijunction solar cell of the present disclosure.
  • a material constituting the antireflection film a material having a refractive index smaller than that of the compound semiconductor constituting the uppermost subcell is preferably used.
  • a layer composed of TiO 2 , Al 2 O 3 , ZnS, MgF 2 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , Si 3 N 4 or a laminated structure of these layers can be given.
  • the film thickness of the antireflection film include 10 nm to 200 nm. The same applies to the photoelectric conversion element of the present disclosure.
  • Example 1 relates to a multi-junction solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / laminated structure of the present disclosure.
  • a conceptual diagram of the multi-junction solar cell of Example 1 is shown in FIG. 1A, and a conceptual diagram of a predetermined subcell, photoelectric conversion element and compound semiconductor layer / laminated structure located in the lowermost layer is shown in FIG. Shown in (B).
  • the multi-junction solar cell of Example 1 whose conceptual diagram is shown in FIG. 1A is a plurality (four in Example 1) of subcells (first subcell 11 and second subcell 12). , The third subcell 13 and the fourth subcell 14) are stacked, and light is incident on the subcell from the fourth subcell 14 located in the uppermost layer to the first subcell 11 located in the lowermost layer.
  • This is a multi-junction solar cell in which power is generated at 11, 12, 13, and 14.
  • Each subcell 11, 12, 13, and 14 is formed by laminating a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer having a second conductivity type.
  • the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
  • the base, the deposition / support substrate, and the deposition substrate were p-type InP substrates. However, the present disclosure is not limited to these.
  • the order of stacking the plurality of subcells is such that the closer the band gap of the compound semiconductor constituting the subcell is to the light incident side, the larger the stacking order, that is, the second electrode from the film forming / supporting substrate 31 side.
  • the stacking order is increased in order toward the side. That is, the first subcell 11, the second subcell 12, the third subcell 13, and the fourth subcell 14 are formed in this order on the film forming / supporting substrate 31, and the fourth subcell is formed. For example, sunlight enters from the cell 14.
  • the photoelectric conversion element of Example 1 is a photoelectric conversion element in which a first compound semiconductor layer 11A having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer 11C having a second conductivity type are stacked.
  • At least one predetermined subcell in the first embodiment, the subcell 11 located at the lowest layer
  • the remaining subcells 12, 13, and 14 will be described in detail in the third and subsequent embodiments.
  • 1 compound semiconductor layer 11A is a p-type first 1-a compound semiconductor layer 11A a of at least the first compound semiconductor layer, laminate unit 11A U where the first 1-B compound semiconductor layer 11A B of p-type are stacked Consists of one.
  • the second compound semiconductor layer 11C includes an n-type (more specifically, n + -type in Example 1) second-A compound semiconductor layer 11C A and an n-type (in Example 1). Te is composed of more particularly at least one of the second compound semiconductor layer, laminate unit 11C U where the first 2-B compound semiconductor layer 11C B n + type) are stacked.
  • the compound semiconductor composition constituting the 1-A compound semiconductor layer 11A A and the compound semiconductor composition constituting the second-A compound semiconductor layer 11C A are the same compound semiconductor composition-A
  • the first 1-B constituting the compound semiconductor layer 11A B compound semiconductor composition and the compound semiconductor composition constituting the first 2-B compound semiconductor layer 11C B are the same compound semiconductor composition -B. That is, the atomic group constituting the compound semiconductor composition-A and the atomic group constituting the compound semiconductor composition-B are the same, specifically, InGaAs. However, as will be described later, the atomic percentage in the atomic group constituting the compound semiconductor composition-A is different from the atomic percentage in the atomic group constituting the compound semiconductor composition-B.
  • the compound semiconductor composition-A is determined based on the band gap value in the predetermined subcell 11 or based on the band gap value in the photoelectric conversion element.
  • the band gap value in the predetermined subcell 11 or the band gap value in the photoelectric conversion element is 0.45 eV to 0.75 eV. In the first embodiment, more specifically, 0.65 eV.
  • the compound semiconductor layer having such a desired band gap value absorbs light having a wavelength of 1907.7 nm or less well.
  • the compound semiconductor composition-A which is the composition of the 1-A compound semiconductor layer having such a band gap value, is In 0.63 Ga 0.37 As.
  • the critical film thickness of In 0.63 Ga 0.37 As is 72 nm.
  • the quantum effect is prominent when the film thickness is 12 nm or less.
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition-A is LC A
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition-B is LC A
  • the base / lattice constant is LC 0 , LC A , LC B , LC 0 , (LC A -LC 0 ) / LC 0 values are as shown in Table 1 below.
  • Example 1 the base / lattice constant LC 0 of the base (specifically, p-type InP substrate) and the compound semiconductor composition when forming the first compound semiconductor layer 11A and the second compound semiconductor layer 11C-
  • the composition of the compound semiconductor composition-B was In 0.45 Ga 0.55 As.
  • the value of (LC B -LC 0 ) / LC 0 is as shown in Table 1 below.
  • the band gap value of compound semiconductor composition-B is larger than the band gap value of compound semiconductor composition-A.
  • the thickness t of the 1-B compound semiconductor layer B is determined, and the thickness of the second-B compound semiconductor layer is determined based on the difference between the base / lattice constant LC 0 and the lattice constant LC B of the compound semiconductor composition-B and the thickness t A of the second-A compound semiconductor layer.
  • T B is determined.
  • the thickness t A of the first-A compound semiconductor layer and the second-A compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and does not cause a quantum effect.
  • the thickness t B of the first-B compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-B, and does not cause a quantum effect.
  • the quantum effect is remarkably generated at a film thickness of 15 nm or less.
  • the first compound semiconductor layer 11A having a p-type conductivity type has a p + -type conductivity type on the InP substrate side, and has a p-type conductivity type on the second compound semiconductor layer 11C side. It has a laminated structure.
  • the total thickness of the first compound semiconductor layer 11A 1 having p + type conductivity was set to 0.1 ⁇ m, and the total thickness of the first compound semiconductor layer 11A 2 having p type conductivity was set to 2.9 ⁇ m. Further, the total thickness of the second compound semiconductor layer 11C having the n + type conductivity type was set to 0.2 ⁇ m. Therefore, the number of the 2-A compound semiconductor layer 11C A and the second compound semiconductor layer, laminate unit 11C U where the first 2-B compound semiconductor layer 11C B are laminated is 2 to 3.
  • the thickness of the first compound semiconductor layer 11A includes a (first number of the compound semiconductor layer, laminate unit 11A U), is a product of (t A + t B), as possible the value of (t A + t B) and a large value, to be a small number only (first compound semiconductor layer, laminate unit 11A number of U) possible, desirable from viewpoint of reducing the number of energy gap formed in the first compound semiconductor layer 11A , (The number of first compound semiconductor layers / laminate units 11A U ) and (t A + t B ) may be determined by performing various tests on a multi-junction solar cell or a photoelectric conversion element. (The number of second compound semiconductor layer, laminate unit 11C U), and, with regard the value of (t A + t B), the same. The same applies to the following embodiments.
  • the compound semiconductor layer / laminated structure of Example 1 is composed of at least one of a compound semiconductor layer / laminated unit in which an A-th compound semiconductor layer 11A A and a B-th compound semiconductor layer 11A B are laminated.
  • the subcell 11 constituting the lowermost layer of the multijunction solar cell of Example 1 absorbs light having a wavelength of 1907.7 nm or less well.
  • the subcell 11 as a whole is lattice-matched with the underlying InP substrate.
  • the band gap in the predetermined subcell 11 that is, the wavelength of light that can be absorbed most efficiently by the predetermined subcell 11, or the band in the photoelectric conversion element, for example.
  • the compound semiconductor composition-A that achieves this is determined.
  • the compound semiconductor composition -B is determined so as to eliminate this difference, that is, to cancel this difference (so that a lattice matching system is obtained).
  • the thickness t A of the first-A compound semiconductor layer and the second-A compound semiconductor layer is determined, but also the first A compound semiconductor layer, the second A compound semiconductor layer, and the first B compound semiconductor layer.
  • the upper and lower limits of the layer thicknesses t A and t B of the second-B compound semiconductor layer are defined.
  • the compound semiconductor composition is optimized (that is, the band gap and the lattice constant are optimized), and the layer thickness is optimized. Even if there is a lattice mismatch between the first 1-A compound semiconductor layer and the base, this lattice mismatch is canceled by the 1-B compound semiconductor layer, and the first compound semiconductor layer as a whole has a lattice mismatch. It becomes a matching system.
  • the strain compensation laminated structure is constituted by the 1-A compound semiconductor layer and the 1-B compound semiconductor layer. The same applies to the entire second compound semiconductor layer.
  • the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer can achieve efficient absorption at a desired light wavelength or light emission at a desired wavelength.
  • the absorption efficiency of sunlight having a wide wavelength range can be further increased.
  • the compound semiconductor composition-B is determined based on the difference between the base / lattice constant LC 0 and the lattice constant LC A of the compound semiconductor composition-A.
  • the thickness of the B-th compound semiconductor layer 11A B is determined based on the difference between the lattice constant LC 0 and the lattice constant LC B of the compound semiconductor composition ⁇ B and the thickness t A of the A-th compound semiconductor layer 11A A.
  • the restriction that the compound semiconductor composition-A must be determined in a state where the compound semiconductor composition-A is limited by the base / lattice constant is relaxed, and the compound constituting the compound semiconductor layer / laminated structure
  • the selection range of the compound semiconductor composition of the semiconductor layer can be widened, and the degree of freedom of selection can be increased.
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the value of the band gap in the predetermined subcell 11 or the value of the band gap in the photoelectric conversion element was set to 0.55 eV.
  • the compound semiconductor layer having such a band gap value absorbs light with a wavelength of 2254.5 nm or less well.
  • the compound semiconductor composition-A which is the composition of the 1-A compound semiconductor layer having such a band gap value, is In 0.74 Ga 0.26 As.
  • the critical film thickness of In 0.74 Ga 0.26 As is 55.5 nm.
  • the quantum effect is prominent when the film thickness is 12 nm or less.
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition- A is LC A
  • the lattice constant of the compound semiconductor composition-B is LC A
  • the base / lattice constant is LC 0 , LC A , LC B , LC 0 , (LC A ⁇
  • the values of LC 0 ) / LC 0 are as shown in Table 3 below.
  • the composition of the compound semiconductor composition-A, the composition of the compound semiconductor composition-B, the thickness t A of the first-A compound semiconductor layer and the second-A compound semiconductor layer, the first-B compound semiconductor layer, and the second Table 4 shows the thickness t B of the B compound semiconductor layer.
  • the quantum effect is remarkably generated at a film thickness of 15 nm or less.
  • the total thickness of the first compound semiconductor layer 11A having the p-type conductivity was set to 3.0 ⁇ m. Therefore, the number of the 1-A compound semiconductor layer 11A A and the first compound semiconductor layer, laminate unit 11A U a compound semiconductor layer 11A B first 1-B are laminated becomes 63.
  • the first compound semiconductor layer 11A having a p-type conductivity type has a p + -type conductivity type on the InP substrate side, and has a p-type conductivity type on the second compound semiconductor layer 11C side. It has a laminated structure.
  • the total thickness of the first compound semiconductor layer 11A 1 having p + type conductivity was set to 0.1 ⁇ m, and the total thickness of the first compound semiconductor layer 11A 2 having p type conductivity was set to 2.9 ⁇ m. Further, the total thickness of the second compound semiconductor layer 11C having the n + type conductivity type was set to 0.2 ⁇ m. Therefore, the number of the 2-A compound semiconductor layer 11C A and the second compound semiconductor layer, laminate unit 11C U where the first 2-B compound semiconductor layer 11C B are stacked is four to five.
  • Example 1 the description on the predetermined subcell 11 was performed. In the following examples, other subcells and connection layers will be described.
  • Each subcell 11, 12, 13, 14 is formed by laminating a plurality of compound semiconductor layers.
  • the configurations of the subcells 11, 12, 13, and 14 are shown in Table 5 below.
  • Table 5 regarding the compound semiconductor layer constituting each subcell, the compound semiconductor layer close to the support substrate is described on the lower side, and the compound semiconductor layer far from the support substrate is described on the upper side.
  • a conductive material is used between the second subcell 12 and the third subcell 13 which are lattice mismatch systems.
  • An amorphous connection layer 20 (connection layers 20A and 20B) is provided.
  • the connection layer 20 is made of titanium (Ti) having a thickness of 1.0 nm. Note that the connection layer 20 has a two-dimensional layer structure and is not a three-dimensional island structure.
  • the second electrode 19 made of an AuGe / Ni / Au laminated body having a thickness of, for example, 150 nm / 50 nm / 500 nm is formed on the fourth subcell 14.
  • An antireflection film 18 made of a TiO 2 film and an Al 2 O 3 film is formed in a portion where the second electrode 19 is not formed on the fourth subcell 14.
  • the second electrode 19 and the antireflection film 18 are shown as one layer.
  • the film forming / supporting substrate 31 is made of a p-type InP substrate.
  • a first tunnel junction layer 15 made of p + -InGaAs (upper layer) / n + -InGaAs (lower layer) is provided between the first sub cell 11 and the second sub cell 12 which are lattice matching systems.
  • the second tunnel junction layer 16 made of p + -InGaP (upper layer) / n + -InGaP (lower layer) is provided between the third sub cell 13 and the fourth sub cell 14 which are lattice matching systems. Is provided.
  • a window layer 17 made of n + -AlInP is formed between the second electrode 19 and the antireflection film 18 and the fourth subcell 14. The window layer 17 is provided to prevent carrier recombination on the outermost surface, but it is not essential to provide it.
  • the 1st electrode is connected to the 1st subcell 11, illustration of the 1st electrode is omitted.
  • FIG. 1A, FIG. 2A to FIG. 2B, and FIG. 3A to FIG. 3B which are conceptual diagrams of compound semiconductor layers, etc., the multijunction of Example 3
  • the manufacturing method of a type solar cell, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer / laminated structure will be described.
  • a first sub cell 11 (compound semiconductor layers 11A 1 , 11A 2 , 11C), which is a lattice matching system, is formed on a film forming / supporting substrate 31 made of a p-type InP substrate, based on the MOCVD method, and a first tunnel junction.
  • the layer 15 and the second subcell 12 (compound semiconductor layers 12A to 12C) are sequentially epitaxially grown.
  • a peeling sacrificial layer 45 made of AlAs is formed based on the MOCVD method, and then the window layer 17 made of n + -AlInP is formed.
  • the fourth subcell layer 14 (compound semiconductor layers 14C to 14A), the second tunnel junction layer 16 and the third subcell 13 (compound semiconductor layers 13C to 13A) which are lattice matching systems are formed. ) Are sequentially epitaxially grown.
  • the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 2A can be obtained.
  • a compound semiconductor layer 12C made of n + -In 0.79 Ga 0.21 As 0.43 P 0.57 constituting the second compound semiconductor layer 12 and a compound semiconductor layer 13A made of p + -GaAs constituting the third compound semiconductor layer 13 are formed. Are joined through the connection layer 20 to obtain ohmic contact.
  • the first connection layer 20 ⁇ / b> A is formed on the compound semiconductor layer 12 ⁇ / b> C constituting the second compound semiconductor layer 12, and on the compound semiconductor layer 13 ⁇ / b> A layer constituting the third compound semiconductor layer 13.
  • a second connection layer 20B is formed (see FIG. 2B). More specifically, on each of the compound semiconductor layer 12C and the compound semiconductor layer 13A, a vacuum vapor deposition method (vacuum degree 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, vapor deposition rate 0.1 nm / second or less, temperature 150 ° C. to 200 ° C.
  • the connection layers 20A and 20B made of Ti having a film thickness of 0.5 nm are formed on the basis of the condition (C).
  • the substrate temperature may be 80 ° C.
  • the substrate rotation speed may be 30 rpm
  • a resistance heating method may be employed.
  • the method of forming the connection layers 20A and 20B is not limited to this, and for example, using a sputtering method (a film forming rate of 0.1 nm / second or less and a temperature of 150 ° C. to 200 ° C.). Also good.
  • connection layers 20A and 20B are subjected to plasma treatment, the second compound semiconductor layer 12 and the third compound semiconductor layer 13 are joined. Specifically, the surfaces of the connection layers 20A and 20B are irradiated with argon (Ar) plasma (for example, plasma density 10 9 cm ⁇ 3 to 10 11 cm ⁇ 3 , pressure 1 Pa to 10 ⁇ 2 Pa), and the connection layer 20A. , 20B is activated. That is, dangling bonds are formed at the bonding interface (the surfaces of the connection layers 20A and 20B). At the same time, the connection layers 20A and 20B are made amorphous.
  • Ar argon
  • connection layers 20A and 20B are bonded (bonded) at ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, a bonding load of 2 ⁇ 10 4 N, and a temperature of 25 ° C. or lower, specifically, for example, an atmospheric pressure of 1
  • the connection layers 20A and 20B are bonded (bonded) at ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, a bonding load of 2 ⁇ 10 4 N, and a temperature of 25 ° C.
  • a metal specifically, Ti
  • the metal thin film is formed in an island shape, and a layered form is often not obtained.
  • the metal atoms in the group (A) and group (B) shown in FIG. 13 can be formed in a layered form.
  • Step-330 Thereafter, the film formation substrate 44 is peeled off, and the antireflection film 18 and the second electrode 19 are formed. Specifically, after removing the film formation substrate 44 by removing the peeling sacrificial layer 45 by etching (see FIG. 3B), on the window layer 17, for example, based on photolithography technology. A resist pattern is formed, and the second electrode 19 is formed by a vacuum deposition method (vacuum degree 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, deposition rate 0.1 nm / second, temperature 150 ° C. to 200 ° C.). The film formation substrate 44 can be reused. Next, by removing the resist pattern, the second electrode 19 can be formed based on the lift-off method.
  • a vacuum deposition method vacuum degree 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, deposition rate 0.1 nm / second, temperature 150 ° C. to 200 ° C.
  • a resist pattern is formed based on the photolithography technique, and a vacuum deposition method (vacuum degree 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, vapor deposition rate 0.1 nm / second, temperature 150 ° C. to 200 ° C.), for example, a TiO 2 film.
  • a vacuum deposition method vacuum degree 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, vapor deposition rate 0.1 nm / second, temperature 150 ° C. to 200 ° C.
  • an antireflection film 18 made of an Al 2 O 3 film is formed.
  • the antireflection film 18 can be formed based on the lift-off method by removing the resist pattern.
  • the multijunction solar cell shown in FIG. 1A can be obtained.
  • the connection layer 20 can be formed in a layered form in a thin film (for example, 5 nm or less).
  • connection layer 20 can be bonded by using titanium (Ti) having an ohmic resistance with the compound semiconductor layer and a low resistivity.
  • Ti titanium
  • the contact resistance value of the portion can be suppressed to 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm 2 or less.
  • connection layers 20A and 20B made of metal are formed on the surfaces of the second subcell 12 and the third subcell 13, the surfaces of the connection layers 20A and 20B are formed by irradiating with plasma. After activation, it joins.
  • the connection layers 20A and 20B also function as a protective film for the second subcell 12 and the third subcell 13, and prevent the second subcell 12 and the third subcell 13 from generating plasma damage. it can. Therefore, an increase in contact resistance due to plasma irradiation can be prevented.
  • connection layer 20 made of Ti formed by a vacuum deposition method is a layer having an amorphous property by this plasma irradiation.
  • the plasma irradiation conditions are such that the plasma collision energy becomes relatively weak. That is, it is not a condition that damages a region of several tens of nanometers or more from the surface as usual, but a plasma irradiation condition that damages a region of about several nm from the surface at most.
  • Example 3 since the surfaces of the connection layers 20A and 20B are activated and bonded by plasma irradiation, bonding at a low temperature of 150 ° C. or lower is possible. Thereby, a compound semiconductor material can be selected without being restricted by the thermal expansion coefficient. That is, the degree of freedom in selecting the compound semiconductor material constituting the multi-junction solar cell is widened, and the compound semiconductor material can be selected such that the band gap intervals are uniform. In addition, it is possible to prevent damage to the joint surface due to heating.
  • the amount of the n-type dopant and the p-type dopant added to each compound semiconductor layer is such that the dopant concentration in each n + -type and p + -type compound semiconductor layer is, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ . It should be about 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the dopant concentration of the p + -GaAs layer is 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more, long wavelength light may not be transmitted due to free carrier absorption.
  • 15A and 15B show a p + -GaAs layer (dopant concentration: 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ) / n + -InP layer (dopant concentration: 4 ⁇ ) at a wavelength of 1.1 ⁇ m to 1.2 ⁇ m. 10 18 cm ⁇ 3 ) and n + -GaAs layer (dopant concentration: 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 ) / n + -InP layer (dopant concentration: 4 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 ) Indicates.
  • an n + -GaAs layer having a low dopant concentration such as 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the absorption coefficient is as large as 2500 cm ⁇ 1 for light having a photon energy of 0.5 eV (wavelength of about 2.5 ⁇ m).
  • a film thickness shall be 400 nm or less.
  • the light transmittance can be 99% or more.
  • FIG. 16 shows the relationship between the photon energy and the absorption coefficient at each concentration of the p-type dopant in the p-type GaAs layer.
  • A is data when the p-type dopant concentration is 1.5 ⁇ 10 17
  • B is data when the p-type dopant concentration is 1.1 ⁇ 10 19
  • C "Is data at a p-type dopant concentration of 2.6 x 10 19 ”
  • D is data at a p-type dopant concentration of 6.0 x 10 19
  • E is a p-type dopant concentration of 1. The data is 0 ⁇ 10 20 .
  • FIG. 17 shows the relationship between the thickness of the p-type GaAs layer at the p-type dopant concentration of 3 ⁇ 10 19 and the light transmittance of sunlight at the maximum wavelength of 2.5 ⁇ m based on the data in FIG. From FIG.
  • the film thickness of the p-type GaAs layer should be 270 nm or less, and in order to make the light transmittance 98% or more, the film thickness Should be 50 nm or less. Furthermore, it can be seen that the film thickness should be 25 nm or less in order to achieve 99% or more.
  • FIG. 18 shows a photograph of a bright field image obtained by a scanning transmission electron microscope at the interface between the InP substrate and the GaAs substrate.
  • the upper part of FIG. 18 is an interface obtained when the InP substrate and the GaAs substrate are directly bonded.
  • the degree of vacuum is 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa
  • the vapor deposition rate is 0.1 nm / second
  • the substrate temperature is 80 ° C.
  • the substrate rotational speed is 30 rpm.
  • FIG. 19 shows the change over time in the light transmittance of each wavelength of the 2.0 nm thick Ti layer.
  • A is data when left in the atmosphere for 2 hours
  • B is data when left in the atmosphere for 24 hours
  • C is in the air. Data when left unattended for 3 months.
  • FIG. 20 after 2 hours have elapsed after film formation (indicated by “B” group in FIG. 20) and after 24 hours have elapsed (indicated by “A” group in FIG. 20). The light transmittance in is shown.
  • the light transmittance increases as time elapses.
  • the light transmittance after 24 hours of film formation is 3% to 6% higher than the light transmittance after 2 hours of film formation. This is probably because the film (TiO 2 ) was formed and the film thickness of Ti became thin.
  • an oxide film such as TiO 2 is formed, the contact resistance at the bonding interface increases, and the conductivity may decrease.
  • FIG. 21 shows the result of quantitative analysis of the concentration of each atom at each distance in the stacking direction of a multijunction solar cell based on energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX).
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • the content of oxygen (O) in the vicinity of 10 nm where the connection layer 20 is formed is 1/3 or less compared to the content of Ti, and is sufficiently lower than TiO 2 (O atoms are twice the Ti atoms). . From this, it can be seen that oxygen is removed by Ar plasma irradiation. In addition, Ar plasma irradiation may cause impurities such as Fe, Cr, and Al from the component materials constituting the plasma processing apparatus to enter the interface between the connection layers 20A and 20B. Does not occur.
  • the contact resistance ⁇ c of the connection layer was evaluated. Specifically, a Ti layer having a thickness of 1.8 nm was formed on the p-type GaAs substrate in the same manner as in [Step-310] of Example 3. On the other hand, a Ti layer having a thickness of 1.8 nm was formed on the n-type InP substrate in the same manner as in [Step-310] of Example 3. These Ti layers were subjected to plasma treatment in the same manner as in [Step-320] of Example 3, and then atmospheric pressure 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, bonding load 2 ⁇ 10 4 N, temperature 25 ° C. The Ti layers were joined together.
  • connection layer 20 is composed of a Ti layer having a thickness of 5 nm or less.
  • the contact resistance of sample-1 or the contact resistance of sample-2 is approximately equal to the sum of the contact resistance of sample-3 and the contact resistance of sample-4. From this, it was found that the electrical loss when the p-type GaAs substrate and the n-type InP substrate are joined using the connection layer made of the Ti layer is almost “0”, and is ideally joined. .
  • Sample-5 in which the surfaces of the p-type GaAs substrate and the n-type InP substrate are in an amorphous state, and the p-type GaAs substrate and the n-type InP substrate are joined by the same method as Sample-1 through these surfaces, and The current-voltage characteristics were measured in Sample-6 (the manufacturing method is the same as Sample-1) in which the thickness of the Ti layer was changed to 0.5 nm. As a result, current-voltage characteristics similar to those of Sample-1 were obtained. From this, it was found that an ohmic contact with good linearity can be obtained even when the compound semiconductor layer is bonded in the amorphous state as the connection layer.
  • the fourth embodiment is a modification of the third embodiment.
  • the conceptual diagram of the multijunction solar cell of Example 4, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer and laminated structure is shown to (A) of FIG.
  • the connection layer 21 has a laminated structure composed of a plurality of types (two types in Example 4) of metal thin films. Specifically, for example, a 0.5 nm-thick Ti layer (connection layer 21A) is formed on the compound semiconductor layer 12C made of n + —In 0.79 Ga 0.21 As 0.43 P 0.57 constituting the second subcell 12.
  • connection layer 21B On the other hand, on the compound semiconductor layer 13A made of p + -GaAs constituting the third subcell 13, for example, an Al film (connection layer 21B) having a thickness of 0.5 nm is formed.
  • the connection layers 21A and 21B are activated by irradiating them with Ar plasma in the same manner as in [Step-320] in Example 3, and after being made amorphous. , Join.
  • FIG. 22 the transmission electron microscope cross-sectional photograph of the bonding joint interface is shown. It can be seen from FIG. 22 that the connection layer is amorphous and the crystal lattice is not visible in the transmission electron microscope image because it is amorphous.
  • connection layer 21 is made of a metal having ohmic properties and capable of forming a layer of several nm or less, that is, Al, Ti, Zr, Hf, W, Ta, Mo, Nb or V. What is necessary is just to select suitably.
  • the combination of the metals used as the connection layers 21A and 21B is not particularly limited, and each of the compound semiconductor layers 12C and 13A forming the subcells 12 and 13 and a metal exhibiting good ohmic characteristics can be selected independently. That's fine. As a result, the contact resistance can be minimized.
  • Example 5 is also a modification of Example 3.
  • the fifth embodiment is different from the third embodiment in that the connection layer 22 is made of an amorphous layer of a compound semiconductor that constitutes the second subcell 12 and the third subcell 13, respectively.
  • the conceptual diagram of the multijunction solar cell of Example 5, a photoelectric conversion element, and a compound semiconductor layer and laminated structure is shown to (B) of FIG.
  • the second part is amorphized n + -In 0.79 Ga 0.21 As compound semiconductor layer 12C made of n + -In 0.79 Ga 0.21 As 0.43 P 0.57 comprising the secondary cell 12 0.43 P 0.57 amorphous layer (connection layer 22A) and p + -GaAs amorphous layer (connection layer 22B) in which a part of the compound semiconductor layer 13A made of p + -GaAs constituting the third subcell 13 is amorphized. It is configured.
  • the dopant concentration of the connection layer 22A and the connection layer 22B is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the connection layer 22 is preferably 0.5 nm to 3.0 nm, for example. Further, the thickness of each of the connection layers 22A and 22B is preferably half of the connection layer 22 after bonding, that is, 0.25 nm to 1.5 nm.
  • Example 5 after the formation of the compound semiconductor layer, the surfaces of the compound semiconductor layer 12C and the compound semiconductor layer 13A were activated by plasma treatment in the same manner as in [Step-320] of Example 3, After the amorphous state, the second subcell 12 and the third subcell 13 are joined. Specifically, an Ar plasma (for example, a plasma density of 10 9 cm ⁇ 3 to 10 ⁇ 10) is formed on the surfaces of the compound semiconductor layer 12C made of n + -In 0.79 Ga 0.21 As 0.43 P 0.57 and the compound semiconductor layer 13A made of p + -GaAs.
  • Ar plasma for example, a plasma density of 10 9 cm ⁇ 3 to 10 ⁇ 10
  • connection layer 22A, 22B having a thickness of 1.0 nm Form.
  • connection layer 22A, 22B having a thickness of 1.0 nm Form.
  • Example 5 the crystal structure of a part of the compound semiconductor layer constituting each subcell is made amorphous between the subcells having different lattice constants, and this is used as the connection layers 22A and 22B.
  • the connection layers 22A and 22B the connection layers 22A and 22B.
  • Example 6 is also a modification of Example 3.
  • the first film formation substrate and the second film formation substrate are used, and the first film formation substrate and the second film formation substrate are finally peeled off. This is different from the third embodiment.
  • FIGS. 5A to 5B, FIG. 6A to FIG. 6B, and FIG. 7 which are conceptual diagrams of compound semiconductor layers and the like, the multijunction solar cell of Example 6 and A method for manufacturing a photoelectric conversion element will be described.
  • a first peeling sacrificial layer 42 made of AlInAs and an n + -InP layer 43 functioning as a contact layer are formed on a first film-forming substrate 41 made of an n-type InP substrate, and then n + On the InP layer 43, the second subcell 12, the first tunnel junction layer 15, and the first subcell 11 are sequentially formed.
  • the formation of the n + -InP layer 43 is not essential, and the formation can be omitted as in the third to fifth embodiments. The same applies to Example 7 to be described later.
  • the window layer 17, the fourth subcell 14, and the second tunnel junction layer 16 are formed. And the third subcell 13 are sequentially formed.
  • the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 5A can be obtained.
  • an n + -InP layer 43 that functions as a contact layer may be formed.
  • connection layers 20A and 20B can be formed in the same manner as [Step-310] of the third embodiment.
  • the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 6A can be obtained.
  • connection layers 20A and 20B are irradiated with Ar plasma to activate the surface, and after being made amorphous, bonding is performed (FIG. 3). 6 (B)). Thereafter, the second peeling sacrificial layer 46 is removed by etching, so that the second film-forming substrate 44 is peeled off, and then the second electrode 19 and the antireflection are formed in the same manner as in [Step-330] of the third embodiment. A film 18 is formed.
  • the multijunction solar cell of Example 6 whose conceptual diagram is shown in FIG. 7 can be obtained.
  • Example 6 not only the second film-formation substrate but also the first film-formation substrate was peeled off. As a result, both the n-type GaAs substrate and the n-type InP substrate can be reused, and the manufacturing cost can be further reduced.
  • Example 6 as in Example 3, the connection layer is made of Ti. However, the connection layer can have the same configuration as in Example 4 or Example 5. The same applies to Example 7 described below.
  • Example 7 is a modification of Example 6.
  • Example 7 after forming the second subcell and the first subcell on the first film-forming substrate and forming the third subcell and the fourth subcell on the second film-forming substrate
  • the first and second film formation substrates are different from those in Example 6 in that the first film formation substrate and the second film formation substrate are peeled off.
  • FIG. 8A to FIG. 8B FIG. 9A to FIG. 9B, and FIG. 10A to FIG. A method for manufacturing the multijunction solar cell 7 and the photoelectric conversion element 7 will be described.
  • Step-710 Thereafter, the first film-forming substrate 41 is peeled by removing the first peeling sacrificial layer 42 by etching. Also, the second film-forming substrate 44 is peeled by removing the second peeling sacrificial layer 46 by etching. Thus, the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 8B can be obtained.
  • connection layer 20A made of Ti is formed on the n + -InP layer 43 formed on the compound semiconductor layer 12C made of n + -In 0.79 Ga 0.21 As 0.43 P 0.57 constituting the second subcell 12.
  • a connection layer 20B made of Ti is formed on the compound semiconductor layer 13A made of p + -GaAs constituting the third subcell 13.
  • the connection layers 20A and 20B can be formed in the same manner as [Step-310] of the third embodiment. In this way, the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 9A can be obtained.
  • Step-730 Thereafter, the first subcell 11 is attached to the support substrate 33 using, for example, wax or a highly viscous resist, and the third peeling sacrificial layer 47 is attached to the support substrate 34. In this way, the structure shown in the conceptual diagram in FIG. 9B can be obtained.
  • connection layers 20A and 20B are irradiated with Ar plasma to activate the surface, and after being made amorphous, bonding is performed (FIG. 10). (See (A)). Thereafter, the third peeling sacrificial layer 47 is removed by etching to peel off the support substrate 34, and then the second electrode 19 and the antireflection film 18 are formed in the same manner as in [Step-330] of Example 3. Form.
  • the multijunction solar cell of Example 7 whose conceptual diagram is shown in FIG. 10B can be obtained.
  • connection layers 20A and 20B may be joined at, for example, 200 ° C., thereby further reducing the contact resistance at the joining interface.
  • the conductivity type of the substrate may be either n-type or p-type, and the deposition substrate can be reused.
  • the manufacturing cost of a battery or a photoelectric conversion element can be reduced.
  • the multi-junction solar cell whose conceptual diagram is shown in FIG. 1A may have a structure in which the connection layer 20 extends outward to form the third electrode.
  • a parallel multi-junction solar cell that can easily face an area where the spectrum of light is different from AM1.5 or weather changes can be configured.
  • the compound semiconductor layers 11A 1 , 11A 2 , 11C and the compound semiconductor layers 12A, 12B, 12C in the first subcell 11 and the second subcell 12 are stacked.
  • the first subcell 11 and the second subcell 12 are connected in parallel to the third subcell 13 and the fourth subcell 14 in the reverse order of the stacking of the semiconductor layers 12A, 12B, and 12C.
  • the fourth subcell in order from the light incident side, the fourth subcell: the InGaP layer, the third subcell: the GaAs layer, the second subcell: the InGanAsP layer, the first subcell: the InGaAs layer, but alternatively, for example, in order from the light incident side, the following Table 6 [Configuration-A] to [Configuration-D] may be employed.
  • the third sub cell, the fourth sub cell, and the fifth sub cell are formed on the GaAs substrate, the first sub cell and the second sub cell are formed on the InP substrate, and the second sub cell and the third sub cell are formed.
  • [Configuration-E] to [Configuration-G] which are configurations for joining cells, are shown in Table 7 below.
  • the second subcell, the third subcell, and the fourth subcell are formed on the GaAs substrate, the first subcell is formed on the InP substrate, and the first subcell and the second subcell are joined.
  • [Configuration-H] to [Configuration-K] are shown in Table 8 below.
  • the first subcell in Tables 6 to 8 corresponds to the first subcell in the example, and has a strain compensation laminated structure.
  • the third column represents the band gap value
  • the fourth column represents the lattice constant value.
  • the value of the lattice constant in the first subcell is an average lattice constant value.
  • compound semiconductor layers having the same composition but different bandgap values and lattice constant values have different atomic percentages.
  • the solar cell is not limited to the four junction type as described above, and can be a multi-junction solar cell having less than four junctions, or more than five junctions (for example, AlInGaP layer / InGaP layer / AlGaAs layer / InGaAs layer / InGaAsN layer / (Ge layer) multi-junction solar cell.
  • This indication can also take the following structures.
  • ⁇ Solar cell A multijunction solar cell in which a plurality of subcells are stacked, light is incident on the subcell located in the lowermost layer from the subcell located in the uppermost layer, and power generation is performed in each subcell, Each subcell is formed by stacking a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer having a second conductivity type, In at least one predetermined subcell among the plurality of subcells, The first compound semiconductor layer is a first compound semiconductor layer in which a 1-A compound semiconductor layer having a first conductivity type and a 1-B compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second conductivity type are stacked.
  • the second compound semiconductor layer is a second compound in which a second 2-A compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type and a second 2-B compound semiconductor layer having a second conductivity type are stacked. Consists of at least one of semiconductor layers / stacked units, The compound semiconductor composition constituting the 1-A compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the 2-A compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-A. The compound semiconductor composition constituting the first-B compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the second-B compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-B.
  • the compound semiconductor composition -A is determined, Based on the difference between the base / lattice constant of the base and the compound semiconductor composition-A when forming the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer, the compound semiconductor composition-B is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the first-A compound semiconductor layer, the thickness of the first-B compound semiconductor layer is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the second-A compound semiconductor layer, the thickness of the second-B compound semiconductor layer is determined, The thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and do not cause a quantum effect.
  • the multi-junction solar cell wherein the thickness of the first-B compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer is less than the critical thickness in the compound semiconductor composition-B and does not cause a quantum effect.
  • the lattice constant of compound semiconductor composition-A is LC A
  • the lattice constant of compound semiconductor composition-B is LC B
  • the base / lattice constant is LC 0
  • the 1-A compound semiconductor layer the 2-A compound semiconductor layer
  • t A is the thickness of the first-B compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer is t B.
  • the multijunction solar cell according to any one of [1] to [8], wherein [10]
  • the base is made of InP
  • the compound semiconductor composition-A is In x Ga 1 -x As
  • the compound semiconductor composition -B is In y Ga 1 -y As (where x> y) [1] Thru
  • Photoelectric conversion element A photoelectric conversion element in which a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second compound semiconductor layer having a second conductivity type are stacked,
  • the first compound semiconductor layer is a first compound semiconductor layer in which a 1-A compound semiconductor layer having a first conductivity type and a 1-B compound semiconductor layer having a first conductivity type and a second conductivity type are stacked.
  • the second compound semiconductor layer is a second compound in which a second 2-A compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type and a second 2-B compound semiconductor layer having a second conductivity type are stacked. Consists of at least one of semiconductor layers / stacked units, The compound semiconductor composition constituting the 1-A compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the 2-A compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-A. The compound semiconductor composition constituting the first-B compound semiconductor layer and the compound semiconductor composition constituting the second-B compound semiconductor layer are the same compound semiconductor composition-B.
  • the compound semiconductor composition-A is determined, Based on the difference between the base / lattice constant of the base and the compound semiconductor composition-A when forming the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer, the compound semiconductor composition-B is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the first-A compound semiconductor layer, the thickness of the first-B compound semiconductor layer is determined, Based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition-B lattice constant and the thickness of the second-A compound semiconductor layer, the thickness of the second-B compound semiconductor layer is determined, The thicknesses of the 1-A compound semiconductor layer and the 2-A compound semiconductor layer are less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and do not cause a quantum effect.
  • the photoelectric conversion element wherein the thickness of the first-B compound semiconductor layer and the second-B compound semiconductor layer is less than a critical film thickness in the compound semiconductor composition-B and does not cause a quantum effect.
  • a compound semiconductor layer / laminated structure comprising at least one of a compound semiconductor layer / laminated unit in which an A compound semiconductor layer and a B compound semiconductor layer are laminated, Based on the difference between the base / lattice constant of the base when forming the A compound semiconductor layer and the B compound semiconductor layer and the lattice constant of the compound semiconductor composition-A constituting the A compound semiconductor layer, the B compound semiconductor Compound semiconductor composition -B constituting the layer is determined, The thickness of the B compound semiconductor layer is determined based on the difference between the base / lattice constant and the compound semiconductor composition -B and the thickness of the A compound semiconductor layer, The thickness of the A-th compound semiconductor layer is less than the critical film thickness in the compound semiconductor composition-A and does not cause a quantum effect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

　下地と格子整合がとれており、所望のバンドギャップを有する副セルを備えた多接合型太陽電池を提供する。第１化合物半導体層と第２化合物半導体層が積層されて成る副セル11,12,13,14の複数が積層されて成り、少なくとも１つの所定の副セル11は、第1-A層11AAと第1-B層11ABとが積層された第１層11A1,11A2、及び、第2-A層11CAと第2-B層11CBとが積層された第２層11Cから構成され、所定の副セル11におけるバンドギャップの値に基づき第1-A層11AA及び第2-A層11CAの組成-Aが決定され、下地の下地・格子定数と組成-Aの格子定数との差に基づき第1-B層11AB及び第2-B層11CBの組成-Bが決定され、下地・格子定数と組成-Bの格子定数との差並びに第1-A層11AAの厚さ及び第2-A層11CAの厚さに基づき、第1-B層11AB及び第2-B層11CBの厚さが決定される。

Description

多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体
　本開示は、化合物半導体を用いた多接合型（タンデム型、スタック型、積層型とも呼ばれる）太陽電池、光電変換素子、及び、化合物半導体層・積層構造体に関する。
　２種類以上の元素から構成される化合物半導体は、元素の組み合わせにより多くの種類が存在する。また、異なる材料から成る化合物半導体層を多数、積層することにより、多種多様な機能及び物性を有する化合物半導体デバイスを実現することができ、その一例として太陽電池を挙げることができる。ここで、太陽電池として、半導体としてシリコンを用いたシリコン系太陽電池、化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池、有機材料を用いた有機系太陽電池等を挙げることができるが、中でも、化合物半導体太陽電池にあっては、エネルギー変換効率の一層の向上を目指して開発が行われている。
　化合物半導体太陽電池のエネルギー変換効率を高める手段として、複数の化合物半導体層から成る薄膜太陽電池から構成された副セルを複数、積層して多接合型太陽電池とする方法や、化合物半導体層を構成する化合物半導体材料の効果的な組合せを探索する方法がある。ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体は、それぞれ、固有のバンドギャップを有し、このバンドギャップの違いによって吸収する光の波長が異なる。そのため、複数種類の副セルを積層することにより、幅広い波長域を有する太陽光の吸収効率を高めることができる。積層する際には、各副セルを構成する化合物半導体の結晶構造の格子定数及び物性値（例えばバンドギャップ）の組合せが重要である。
　ところで、現在検討されている殆どの多接合型太陽電池は、格子定数がほぼ一致する化合物半導体から成る化合物半導体層を積層させる格子整合系と、転位を伴うメタモルフィック成長を用いて、異なる格子定数を有する化合物半導体から成る化合物半導体層を積層させる格子不整合系とに分類することができる。しかしながら、メタモルフィック成長法では、必然的に望ましくない格子不整合を伴うため、化合物半導体の品質が著しく低下するという問題がある。
　これに対して、近年、化合物半導体層の接合に基板貼合せ技術を利用した多接合型太陽電池の製造方法が提案され、Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ構造を有する４接合型太陽電池が報告されている。
　この基板貼合せ技術は、接合する化合物半導体層の間にホモ接合又はヘテロ接合を形成するものであり、例えば、異なる化合物半導体層を直接貼り合わせる直接貼合せ方式（例えば、非特許文献１："Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells", NCPV and Solar Program Review Meeting 2003参照）と、接続層を介して接合する方式とに分類することができる。基板貼合せ技術は、貫通転位の増加を伴わないという利点を有する。貫通転位の存在は、化合物半導体層の電子性能への好ましくない効果、即ち、ドーパントや再結合中心と同様に、化合物半導体層中に容易な拡散経路を提供し、化合物半導体層のキャリア密度を減少させる原因となる。また、基板貼合せ技術では、格子不整合の問題を解決し、更に、格子不整合によるエピタキシャル成長を回避することができるが故に、太陽電池の性能を低下させる貫通転位密度を大幅に低減することができる。この基板貼合せ技術にあっては、異物質間の界面、即ち、ヘテロ界面において共有結合が形成されるが、この際、熱変動が貫通転位の進行に必要な動的なバリアを超えない温度で基板接合工程を行うことが重要である。
　直接貼合せ方式による接合では、原子力スケールでの半導体－半導体接着が行われる。従って、接合部の透明性、熱伝導率、耐熱性及び信頼性は、金属ペーストやガラス原料（フリット）を使用して接合した場合よりも優れている。この直接貼合せ方式は、単接合素子によって構成される太陽電池と同等の容易さ、具体的には、積層する各化合物半導体層の合金化のみで、一体型又は２端子の化合物半導体デバイスをモジュールへ集積統合することができる。
Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells, NCPV and Solar Program Review Meeting 2003
　ところで、太陽光の利用効率を向上させるためには、太陽光スペクトルを広い範囲で取り込む必要がある。太陽光スペクトルの最大波長は２．５μｍである。一方、例えば、上記の非特許文献１において、最下層は、バンドギャップ０．７２ｅＶのＩｎＧａＡｓ層から構成されており、このＩｎＧａＡｓ層は波長約１．７μｍの太陽光を取り込めるに過ぎない。太陽光スペクトルを広い範囲で取り込むためには、より一層低いバンドギャップ値を有する化合物半導体層から副セルを構成する必要がある。しかしながら、このような副セルを形成するための下地（例えば、成膜用基板）の格子定数と、副セルを構成する化合物半導体の格子定数とを全体として整合させつつ、所望のバンドギャップを有する化合物半導体から成る副セルを設ける技術は、本発明者が調べた限りでは、知られていない。
　従って、下地を構成する材料と全体として格子整合がとれており、しかも、所望のバンドギャップを有する化合物半導体から成る副セルを備えた多接合型太陽電池、あるいは化合物半導体層を備えた光電変換素子、化合物半導体層・積層構造体を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の多接合型太陽電池は、複数の副セルが積層され、最上層に位置する副セルから最下層に位置する副セルへと光が入射され、各副セルにおいて発電がなされる多接合型太陽電池であって、
　各副セルは、第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成り、
　複数の副セルの内、少なくとも１つの所定の副セルにおいては、
　第１化合物半導体層は、第１－Ａ化合物半導体層と、第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第２化合物半導体層は、第２－Ａ化合物半導体層と、第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
　所定の副セルにおけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。
　本開示の一実施形態の光電変換素子は、第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成る光電変換素子であって、
　第１化合物半導体層は、第１－Ａ化合物半導体層と、第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第２化合物半導体層は、第２－Ａ化合物半導体層と、第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
　光電変換素子におけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。
　本開示の一実施形態の化合物半導体層・積層構造体は、第Ａ化合物半導体層と第Ｂ化合物半導体層とが積層された化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成る化合物半導体層・積層構造体であって、
　第Ａ化合物半導体層及び第Ｂ化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と、第Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、第Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、及び、第Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。
　本開示の一実施形態の多接合型太陽電池における所定の副セルにあっては、あるいは又、光電変換素子にあっては、第１化合物半導体層と第２化合物半導体層とが積層され、第１化合物半導体層は、第１－Ａ化合物半導体層と第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、第２化合物半導体層は、第２－Ａ化合物半導体層と第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成る。そして、所定の副セルにおける所望とされるバンドギャップの値に基づき、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ａが決定され、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ｂが決定され、下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、第１－Ａ化合物半導体層の厚さ及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定される。しかも、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。このように、第１－Ａ化合物半導体層と第１－Ｂ化合物半導体層とによって歪補償積層構造が構成される。
　そして、所定の副セルにおける所望のバンドギャップ、即ち、例えば、所定の副セルが最も効率良く吸収し得る光の波長を設定したとき、あるいは又、光電変換素子における所望のバンドギャップ、即ち、光電変換素子が最も効率良く吸収し得る光の波長あるいは所望の発光波長を設定したとき、これを達成する化合物半導体組成－Ａが決定される。但し、決定された化合物半導体組成－Ａの格子定数と下地・格子定数との間には、通常、差があるので、即ち、屡々、格子不整合系となるので、この差を無くすように、即ち、この差をキャンセルするように（格子整合系となるように）、化合物半導体組成－Ｂが決定される。更には、下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定されるだけでなく、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層、並びに、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の層厚の上限値及び下限値が規定されている。即ち、これらの層厚が上限値を越えると、格子不整合が生じ、転位が発生し得る。また、これらの層厚が下限値を下回ると、バンドギャップの値に変化が生じてしまう。
　このように、所定の副セルにおける第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層のそれぞれにおいて、化合物半導体組成の最適化（即ち、バンドギャップ及び格子定数の最適化）、並びに、層厚の最適化が図られる。以上の結果として、たとえ、第１－Ａ化合物半導体層と下地との間に格子不整合があったとしても、この格子不整合は、第１－Ｂ化合物半導体層によってキャンセルされ、第１化合物半導体層全体としては格子整合系となる。第２化合物半導体層全体としても同様である。しかも、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層全体として、所望の光の波長での効率の良い吸収、あるいは、所望の波長での発光を達成することができる。そして、これによって、例えば、多接合型太陽電池にあっては、幅広い波長域を有する太陽光の吸収効率を、より一層高めることができる。
　本開示の一実施形態の化合物半導体層・積層構造体にあっては、下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき化合物半導体組成－Ｂが決定され、下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、及び、第Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第Ｂ化合物半導体層の厚さが決定される。従って、第Ａ化合物半導体層と下地との間に格子不整合があったとしても、この格子不整合は第Ｂ化合物半導体層によってキャンセルされ、化合物半導体層・積層構造体全体としては格子整合系となる。それ故、格子整合系を得るために、下地・格子定数によって制限を受けた状態で化合物半導体組成－Ａを決定しなければならないといった制約が緩和され、化合物半導体層・積層構造体を構成する化合物半導体層の化合物半導体組成の選択幅を広げることができるし、選択自由度を高めることができる。
図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１、実施例３の多接合型太陽電池の概念図、及び、最下層に位置する所定の副セル、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の概念図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、図２の（Ｂ）に引き続き、実施例３の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例４及び実施例５の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の概念図である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｂ）に引き続き、実施例６の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図７は、図６の（Ｂ）に引き続き、実施例６の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例７の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図８の（Ｂ）に引き続き、実施例７の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、図９の（Ｂ）に引き続き、実施例７の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明するための化合物半導体層等の概念図である。 図１１は、実施例１の多接合型太陽電池の変形例の概念図である。 図１２は、４つの副セルが積層された多接合型太陽電池において、第４副セルのバンドギャップを１．９１０ｅＶ、第３副セルのバンドギャップを１．４２０ｅＶとしたときに、第２副セル及び第１副セルのバンドギャップを、種々、変更して、シミュレーションを行い、変換効率を求めた結果を示すグラフである。 図１３は、金属原子の成膜特性を表す特性図である。 図１４は、Ｔｉ層の膜厚と光透過率の関係を表す特性図である。 図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、赤外顕微鏡透過実験結果を表す写真である。 図１６は、ｐ型ＧａＡｓ層中のｐ型ドーパントの各濃度における光子エネルギーと吸収係数との関係を表すグラフである。 図１７は、ｐ型ドーパント濃度３×１０19におけるｐ型ＧａＡｓ層の厚さと最大波長２．５μｍにおける太陽光の光透過率との関係を示すグラフである。 図１８は、ＩｎＰ基板とＧａＡｓ基板との接合の界面の走査型透過電子顕微鏡による明視野像の写真である。 図１９は、Ｔｉ層の膜厚と光透過率の経時変化を表すグラフである。 図２０は、Ｔｉ層の膜厚と光透過率の経時変化を表すグラフである。 図２１は、エネルギー分散Ｘ線分光法に基づき、実施例３の多接合型太陽電池の積層方向の各距離における各原子の濃度を定量分析した結果を示すグラフである。 図２２は、貼り合わせ接合界面の透過型電子顕微鏡断面写真である。
　以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例３の変形）
６．実施例５（実施例３の別の変形）
７．実施例６（実施例３の更に別の変形）
８．実施例７（実施例６の変形）、その他
［本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体、全般に関する説明］
　本開示の多接合型太陽電池において、所定の副セルは最下層に位置する形態とすることができる。複数の副セルの積層順序は、副セルを構成する化合物半導体のバンドギャップが、光入射側に近い程、大きくなるような積層順序、即ち、後述する支持基板等の側から第２電極側にかけて、順に大きくなるような積層順序とする。場合によっては、複数の副セルの一部をＧｅ層から構成してもよい。
　上記の好ましい形態を含む本開示の多接合型太陽電池、本開示の光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体にあっては、化合物半導体組成－Ａを構成する原子群と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群とは同じである形態とすることができる。そして、この場合、化合物半導体組成－Ａを構成する原子群における原子百分率と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群における原子百分率とは異なっている形態とすることができる。
　更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の多接合型太陽電池において、所定の副セルにおけるバンドギャップの値は、あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の光電変換素子において、光電変換素子におけるバンドギャップの値は、０．４５ｅＶ乃至０．７５ｅＶであることが好ましい。
　また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、本開示の光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体において、化合物半導体組成－Ｂのバンドギャップの値は、化合物半導体組成－Ａのバンドギャップの値よりも大きいことが望ましい。
　また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体において、化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0としたとき、
｜（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0｜≦１×１０-3
０．２５≦｜（ＬＣB－ＬＣ0）／（ＬＣA－ＬＣ0）｜≦４．０
を満足することが好ましい。そして、この場合、
ＬＣA－ＬＣ0＞０
ＬＣB－ＬＣ0＜０
であることが、より好ましい。
　また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体において、化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さ（あるいは、第Ａ化合物半導体層の厚さ）をｔA、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さ（あるいは、第Ｂ化合物半導体層の厚さ）をｔBとしたとき、
－１×１０-3≦｛（ｔB・ＬＣB＋ｔA・ＬＣA）／（ｔB＋ｔA）－ＬＣ0｝／ＬＣ0≦１×１０-3
を満足することが望ましい。
　また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体において、下地はＩｎＰから成り、化合物半導体組成－ＡはＩｎxＧａ1-xＡｓであり、化合物半導体組成－ＢはＩｎyＧａ1-yＡｓ（但し、ｘ＞ｙ）である構成とすることができる。そして、この場合、
０．５３≦ｘ≦０．８６
０≦ｙ≦０．５３
であることが、より好ましい。あるいは又、下地はＩｎＰから成り、化合物半導体組成－Ａは（ＩｎＰ）1-z（Ｉｎx'Ｇａ1-x'Ａｓ）zであり、化合物半導体組成－Ｂは（ＩｎＰ）1-z（Ｉｎy'Ｇａ1-y'Ａｓ）z（但し、ｘ’＞ｙ’）である構成とすることができる。そして、この場合、
０．５３≦ｘ’≦０．８６
０≦ｙ’≦０．５３
０＜ｚ＜１．０
であることが、より好ましい。
　以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは本開示の化合物半導体層・積層構造体（以下、これらを総称して、単に『本開示』と呼ぶ場合がある）において、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であり、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であり、第Ａ化合物半導体層の厚さは化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であり、第Ｂ化合物半導体層の厚さは化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であるが、ここで、化合物半導体層の厚さが臨界膜厚未満であれば、化合物半導体層を構成する化合物半導体結晶の結晶格子の歪みによって格子不整合が緩和され、転位の発生が抑えられる。また、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは量子効果が生じない厚さであり、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは量子効果が生じない厚さであり、第Ａ化合物半導体層の厚さは量子効果が生じない厚さであり、第Ｂ化合物半導体層の厚さは量子効果が生じない厚さであるが、ここで、「量子効果が生じない」とは、ド・ブロイ波長（数ｎｍ乃至２０ｎｍ）以上の膜厚で、ダブルヘテロ障壁に囲まれたとしても量子準位が発生しないことを意味する。
　本開示の多接合型太陽電池において複数の副セルを積層するとき、副セルを構成する化合物半導体層における化合物半導体の格子定数によっては、副セル間が格子不整合系となる場合がある。このような場合、格子不整合系となる副セルと副セルとを、導電材料から成る非晶質の接続層によって接続（接合）することが望ましい。あるいは又、本開示の光電変換素子と、本開示以外の光電変換素子とを積層する場合においても、積層された光電変換素子間における隣接する化合物半導体層を構成する化合物半導体の格子定数によっては、格子不整合系となる場合がある。このような場合、格子不整合系となる化合物半導体層と化合物半導体層とを、導電材料から成る非晶質の接続層によって接続（接合）することが望ましい。このように、導電材料から成る非晶質の接続層によって接続（接合）することで、副セルあるいは化合物半導体層の接合界面における接触抵抗が低減され、エネルギー変換効率が向上する。尚、以下の説明において、このような接続層が設けられた多接合型太陽電池あるいは積層された光電変換素子を、総称して、『接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等』と呼ぶ場合がある。
　このように接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等において、隣接する副セルあるいは化合物半導体層を構成する化合物半導体の格子定数に依存して、隣接する副セルあるいは化合物半導体層は、格子整合系となり、あるいは又、格子不整合系となるが、接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等全体としては、これらの格子整合系／格子不整合系が混在している。接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等において、接続層に隣接した一方の副セルあるいは化合物半導体層を構成する化合物半導体の格子定数をＬｃ1、接続層に隣接した他方の副セルあるいは化合物半導体層を構成する化合物半導体の格子定数をＬｃ2としたとき、格子不整合系であるとは、
（Ｌｃ1－Ｌｃ2）／Ｌｃ1≧１×１０-3　　　（Ａ）
又は
（Ｌｃ1－Ｌｃ2）／Ｌｃ1≦－１×１０-3　　（Ｂ）
であることを意味する。尚、（Ｌｃ1－Ｌｃ2）／Ｌｃ1の値が上記の範囲外であるとき、即ち、
－１×１０-3＜（Ｌｃ1－Ｌｃ2）／Ｌｃ1＜１×１０-3　　（Ｃ）
であるときには格子整合系となる。更には、このような好ましい形態を含む接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等において、接続層が設けられていない隣接する副セルの間には、トンネル接合層が設けられている形態とすることが好ましい。以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子においても、同様であり、あるいは又、同様とすることができる。
　ここで、上述したとおり、接続層はアモルファス性を有する層であり、金属又は合金から構成されている。具体的には、接続層を構成する材料は、接続する化合物半導体層に対してオーミック性を有する材料、より具体的には、仕事関数がｎ型半導体のフェルミ準位より小さいか、ｐ型半導体のフェルミ準位よりも大きい金属又は合金を用いることが好ましく、これによって、接触抵抗が著しく低減され、良好なオーミック性接続が可能となる。尚、『非晶質の接続層』あるいは『アモルファス性を有する接続層』とは、結晶のような長期的秩序性を有さず、図２２で示すように透過型電子顕微鏡にて得られた像において格子像が観察できないような状態を意味する。
　金属薄膜（例えば、厚さ数ｎｍ以下）は、通常、真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法に基づき形成されるが、その際、アイランド状（島状）に形成され、層状には形成されないことが多い。そして、アイランド状に形成されたのでは、高精度な膜厚制御が難しい。真空蒸着法に基づく金属薄膜の形成では、屡々、下地上に吸着した原子・分子が表面拡散、衝突・凝集、脱離等の過程を経てアイランドが形成され、アイランドが成長することによって隣接するアイランドと結合し、連続薄膜となる。その際、アイランドの形成、非晶質から結晶層への転移、結晶配向変化等が生じる。
　また、金属薄膜の厚さを単原子層程度に設定して蒸着するとき、金属原子が２次元層状構造をとるか、３次元アイランド構造をとるかは、最表面の金属原子と、その下に存在する金属原子との間の結合エネルギー、及び、金属原子と下地との結合エネルギーの相互作用に依存すると考えられている。金属原子と金属原子とが結合した方が安定な場合には３次元アイランド構造となる一方、下地と結合した方が安定な場合には２次元層状構造となる。図１３に、各金属原子における金属原子－金属原子の結合エネルギー［吸着原子間結合エネルギー］、及び、金属原子－下地（ここではＧａＡｓあるいはＩｎＰ）の結合エネルギー［吸着原子－基板間結合エネルギー］の特性を類推したものを示す。図１３の破線の上部領域に位置するグループ（Ａ）及びグループ（Ｂ）の金属原子は、下地との結合エネルギーが高いので、２次元層状構造をとることが可能であると考えられる。このことから、接続層の材料として、グループ（Ａ）あるいはグループ（Ｂ）に属する金属原子を用いることが好ましい。
　それ故、導電材料から成る接続層、より具体的には、金属又は合金から構成されている接続層は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）及びバナジウム（Ｖ）から成る群から選択された少なくとも１種の原子（金属原子）を含む形態とすることが好ましい。尚、接続層には、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）といった原子が更に含まれても、特性に何ら影響は与えない。あるいは又、接続層は、酸化アルミニウム・ドープの酸化亜鉛［ＡＺＯ］、インジウム－亜鉛複合酸化物［ＩＺＯ］、ガリウム・ドープの酸化亜鉛［ＧＺＯ］、インジウム－ガリウム複合酸化物［ＩＧＯ］、Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4［ＩＧＺＯ］及びインジウム－錫複合酸化物［ＩＴＯ］から成る群から選択された材料、即ち、透明であって、しかも、電気伝導性を有する材料から構成されている形態とすることが好ましい。あるいは又、接続層が、非晶質の化合物半導体、具体的には、化合物半導体層と化合物半導体層との界面における化合物半導体層の部分（但し、非晶質である）から成る形態とすることもでき、このような形態にあっては、非晶質の化合物半導体層の部分を介することで格子不整合の問題を回避でき、転位等の不具合の発生を避けることができる。尚、接続層を、例えば、上記の金属原子から構成することで接触抵抗を十分に低減することができ、具体的には、ρc≦１×１０-3Ω・ｃｍ2とすることができる。より具体的には、例えば、チタン（Ｔｉ）から構成する場合、例えば、ｐ+－ＧａＡｓ層及びｎ+－ＩｎＰ層、あるいは又、ｐ+－ＧａＡｓ層及びｎ+－ＩｎＧａＡｓＰ層に対する接触抵抗ρcを、１×１０-3Ω・ｃｍ2以下とすることができる。
　以上に説明した好ましい形態、構成を含む接続層が設けられた本開示の多接合型太陽電池等において、上記の金属又は合金から構成された非晶質の接続層の厚さは５ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下であることが望ましい。図１４に、例えば、Ｔｉ層の膜厚と波長範囲４５０ｎｍ乃至８００ｎｍの光の透過性との関係を測定した結果を示すが、５ｎｍ以下で約８０％の光透過率を確保できることが判る。また、好ましくは２ｎｍ以下とすることによって９５％以上の光透過率を確保することができる。一方、透明であって、しかも、電気伝導性を有する上記の材料から構成された非晶質の接続層の厚さ、あるいは又、非晶質の化合物半導体から構成された非晶質の接続層の厚さは、１×１０-7ｍ以下であることが望ましい。
　接続層を上記の金属原子から構成する場合、接続層を挟んで対向する２つ副セル（一方の副セルを、便宜上、『副セル－Ａ』と呼び、他方の副セルを、便宜上、『副セル－Ｂ』と呼ぶ）において、副セル－Ａに第１接続層を設け、副セル－Ｂに第２接続層を設け、第１接続層と第２接続層を接合して一体化することで、副セル－Ａと副セル－Ｂとを接合することが好ましい。この場合、副セル－Ａを構成する金属原子と、副セル－Ｂを構成する金属原子とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１接続層の厚さと第２接続層の厚さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。尚、例えば、仕事関数がｎ型半導体のフェルミ準位より大きいか、ｐ型半導体のフェルミ準位よりも小さい金属又は合金を用いた場合であっても、接続層を、例えば、同じ厚さの第１接続層と第２接続層とから構成すれば、空乏層の幅はｐｎ接合の１／２ずつとなるため、トンネル効果が生じる確率が高くなり、接触抵抗の低減には有利な構造である。第１接続層と第２接続層を接合する前に、第１接続層の接合面及び第２接続層の接合面に対してプラズマ処理を行い、第１接続層の接合面及び第２接続層の接合面を活性化することが望ましい。即ち、接合界面にダングリングボンドを形成することが望ましい。また、プラズマ処理を行うことによって、第１接続層及び第２接続層を非晶質化させることができる。第１接続層と第２接続層との接合は、雰囲気圧力５×１０-4Ｐａ以下、接合荷重２×１０4Ｎ以下、温度１５０゜Ｃ以下にて行うことができる。プラズマ処理、及び、第１接続層と第２接続層との接合は、真空を破ることなく行うことが、第１接続層の接合面及び第２接続層の接合面の酸化を防止するといった観点から望ましい。
　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池において、互いに隣接する副セルにおける対向した化合物半導体層の導電型は異なっている形態とすることが好ましい。即ち、互いに隣接する副セルを『副セル－ａ』及び『副セル－ｂ』とし、副セル－ａにおける副セル－ｂと対向した化合物半導体層を『化合物半導体層－ａ』とし、副セル－ｂにおける副セル－ａと対向した化合物半導体層を『化合物半導体層－ｂ』としたとき、化合物半導体層－ａの導電型と化合物半導体層－ｂの導電型とは異なっている形態とすることが好ましい。あるいは又、接続層を挟んで対向する化合物半導体層の導電型は異なっている形態とすることが好ましい。以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の光電変換素子においても、同様とすることができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池において、副セルを構成する化合物半導体層の内、ｐ型の導電型を有する化合物半導体層の厚さ、より具体的には、ｐ+－ＧａＡｓ層の厚さは、１００ｎｍ以下である形態とすることが望ましい。以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の光電変換素子においても、同様とすることができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池において、所定の副セル以外の副セルを構成する化合物半導体として、あるいは、積層された光電変換素子における他の光電変換素子を構成する化合物半導体層として、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、ＡｌＩｎＧａＰ層、ＧａＡｓＮ層、ＩｎＧａＡｓＮ層、ＩｎＰ層、ＩｎＡｌＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓＳｂ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層を挙げることができる。
　より具体的には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池が、２つの副セルから構成される場合、各副セルを、例えば、
（ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＩｎＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
から構成することができる。尚、（）内の最も左側に記載した層構成の副セルから光が入射する。また、３つの副セルから構成される場合、各副セルを、例えば、
（ＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＩｎＧａＰ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層）
から構成することができる。更には、４つの副セルから構成される場合、各副セルを、例えば、
（ＧａＩｎＰ層，ＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＧａＩｎＰ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＧａＩｎＰ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＮ層，ＩｎＧａＡｓ層）
から構成することができる。また、５つの副セルから構成される場合、各副セルを、例えば、
（ＧａＩｎＰ層，ＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＧａＩｎＰ層，ＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓＮ層，ＩｎＧａＡｓＰ層，ＩｎＧａＡｓ層）
（ＧａＩｎＰ層，ＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層，ＩｎＧａＡｓ層）
から構成することができる。更には、６つの副セルから構成される場合、各副セルを、例えば、
（ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ）
から構成することができる。尚、１つの多接合型太陽電池において、複数の副セルが同じ化合物半導体から構成されているように表記されている場合、組成比が異なっている。
　以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは化合物半導体層・積層構造体は基板上に設けられている。本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子あるいは化合物半導体層・積層構造体の製造時に用いられる成膜用基板と、支持基板とは、同じ基板であってもよいし、異なる基板であってもよい。尚、成膜用基板と支持基板とを同じ基板とする場合の基板（下地に相当する）を、便宜上、『成膜用／支持用基板』と表示する。また、成膜用基板と支持基板とが異なる場合、それぞれを、『成膜用基板』、『支持基板』と表示するが、この場合、成膜用基板（下地に相当する）上で化合物半導体層等を形成した後、化合物半導体層等から成膜用基板を除去し、化合物半導体層等を支持基板に固定し、あるいは又、貼り合わせればよい。化合物半導体層等から成膜用基板を除去する方法として、レーザ・アブレーション法や加熱法、エッチング法を挙げることができる。また、化合物半導体層等を支持基板に固定し、あるいは又、貼り合わせる方法としして、接着剤を用いる方法の他、金属接合法、半導体接合法、金属・半導体接合法を挙げることができる。
　成膜用／支持用基板は、前述したとおり、ＩｎＰから成ることが好ましい。即ち、ＩｎＰ基板から構成することが好ましい。また、本開示の多接合型太陽電池における所定の副セルを製造するための成膜用基板、本開示の光電変換素子を製造するための成膜用基板は、前述したとおり、ＩｎＰから成ることが好ましい。即ち、ＩｎＰ基板から構成することが好ましい。
　一方、本開示の多接合型太陽電池における所定の副セル以外の副セルを製造するための成膜用基板、本開示の光電変換素子と他の光電変換素子とが積層された積層構造を有する光電変換素子における他の光電変換素子を製造するための成膜用基板は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体あるいはＩＩ－ＶＩ族半導体から成る基板を挙げることができる。具体的には、ＩＩＩ－Ｖ族半導体から成る基板として、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を挙げることができるし、ＩＩ－ＶＩ族半導体から成る基板として、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等を挙げることができる。更には、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓ等から成るカルコパイライト系と呼ばれるＩ－ＩＩＩ－ＶＩ族半導体から成る基板を用いることもでき、具体的には、ＣＩＧＳと略称されるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣＩＧＳＳと略称されるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2、ＣＩＳと略称されるＣｕＩｎＳ2等を挙げることができる。
　また、支持基板として、上述した各種の基板以外にも、ガラス基板、石英基板、サファイア基板の透明無機基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂；ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂；ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂；ポリフェニレンサルファイド樹脂；ポリフッ化ビニリデン樹脂；テトラアセチルセルロース樹脂；ブロム化フェノキシ樹脂；アラミド樹脂；ポリイミド樹脂；ポリスチレン樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリスルフォン樹脂；アクリル樹脂；エポキシ樹脂；フッ素樹脂；シリコーン樹脂；ジアセテート樹脂；トリアセテート樹脂；ポリ塩化ビニル樹脂；環状ポリオレフィン樹脂等の透明プラスチック基板やフィルムを挙げることができる。ガラス基板として、例えば、ソーダガラス基板、耐熱ガラス基板、石英ガラス基板を挙げることができる。
　本開示の多接合型太陽電池を構成する副セルの内、最上層の副セルの上には、第２電極が形成されている。第２電極の厚さは、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍ程度であり、光透過性が良好で仕事関数が小さい材料から構成することが好ましい。このような材料として、例えば、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）、ＩｎＳｎＺｎＯ、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ2Ｏ4構造を有する酸化物等を挙げることができる。また、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金－ゲルマニウム（Ａｕ－Ｇｅ）等を挙げることもできる。更には、Ｌｉ2Ｏ、Ｃｓ2Ｃｏ3、Ｃｓ2ＳＯ4、ＭｇＦ、ＬｉＦやＣａＦ2等のアルカリ金属酸化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類フッ化物を挙げることもできる。第２電極は、単層構成であってもよいし、複数層が積層されて成る構成であってもよい。第２電極は、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）や、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって形成することができる。本開示の光電変換素子においても同様とすればよい。
　第１電極は、副セルや化合物半導体層上に形成されており、あるいは又、成膜用／支持用基板、支持基板を構成する材料にも依るが、成膜用／支持用基板、支持基板それ自体を第１電極として用いることもできる。第１電極を構成する材料として、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）金－亜鉛（Ａｕ－Ｚｎ）を例示することができる。
　本開示の多接合型太陽電池を構成する副セルの内、最上層の副セル（光入射側の副セル）の上であって、第２電極が形成されていない部分には、反射防止膜が形成されていることが好ましい。反射防止膜は、最上層の副セルでの反射を抑制し、太陽光を効率良く本開示の多接合型太陽電池内に取り込むために設けられている。反射防止膜を構成する材料として、最上層の副セルを構成する化合物半導体よりも屈折率が小さい材料を用いることが好ましい。具体的には、例えばＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＳ、ＭｇＦ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4から成る層、あるいは、これらの層の積層構造を挙げることができる。反射防止膜の膜厚として、例えば、１０ｎｍ乃至２００ｎｍを挙げることができる。本開示の光電変換素子においても同様とすればよい。
　実施例１は、本開示の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体に関する。実施例１の多接合型太陽電池の概念図を図１の（Ａ）に示し、最下層に位置する所定の副セル、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の概念図を図１の（Ｂ）に示す。
　概念図を図１の（Ａ）に示す実施例１の多接合型太陽電池は、複数（実施例１にあっては、４つ）の副セル（第１副セル１１、第２副セル１２、第３副セル１３、及び、第４副セル１４）が積層され、最上層に位置する第４副セル１４から最下層に位置する第１副セル１１へと光が入射され、各副セル１１，１２，１３，１４において発電がなされる多接合型太陽電池である。各副セル１１，１２，１３，１４は、第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成る。尚、以下の説明において、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型とした。また、下地、成膜用／支持用基板、成膜用基板を、ｐ型ＩｎＰ基板とした。但し、本開示は、これらに限定するものではない。
　複数の副セルの積層順序は、副セルを構成する化合物半導体のバンドギャップが、光入射側に近い程、大きくなるような積層順序、即ち、成膜用／支持用基板３１側から第２電極側にかけて、順に大きくなるような積層順序である。即ち、成膜用／支持用基板３１上に、第１副セル１１、第２副セル１２、第３副セル１３、及び、第４副セル１４が、この順に形成されており、第４副セル１４から、例えば、太陽光が入射する。
　また、実施例１の光電変換素子は、第１導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａ、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層１１Ｃが積層されて成る光電変換素子である。
　尚、以下においては、専ら、複数の副セルの内、少なくとも１つの所定の副セル（実施例１にあっては最下層に位置する副セル１１）に関して、詳しく説明する。残りの副セル１２，１３，１４については、実施例３以降で詳しく説明する。
　そして、複数の副セルの内、少なくとも１つの所定の副セル（実施例１にあっては最下層に位置する副セル１１）においては、あるいは又、実施例１の光電変換素子においては、第１化合物半導体層１１Ａは、ｐ型の第１－Ａ化合物半導体層１１ＡAと、ｐ型の第１－Ｂ化合物半導体層１１ＡBとが積層された第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの少なくとも１つから成る。また、第２化合物半導体層１１Ｃは、ｎ型（実施例１にあっては、より具体的にはｎ+型）の第２－Ａ化合物半導体層１１ＣAと、ｎ型（実施例１にあっては、より具体的にはｎ+型）の第２－Ｂ化合物半導体層１１ＣBとが積層された第２化合物半導体層・積層ユニット１１ＣUの少なくとも１つから成る。尚、図１の（Ｂ）においては、第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡU及び第２化合物半導体層・積層ユニット１１ＣUを、それぞれ、３つ、図示しているが、これに限定するものではない。更には、第１－Ａ化合物半導体層１１ＡAを構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層１１ＣAを構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、第１－Ｂ化合物半導体層１１ＡBを構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層１１ＣBを構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂである。即ち、化合物半導体組成－Ａを構成する原子群と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群とは同じであり、具体的には、ＩｎＧａＡｓである。但し、後述するように、化合物半導体組成－Ａを構成する原子群における原子百分率と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群における原子百分率とは異なっている。
　ＡＭ１．５の太陽光であって、非集光（１ｓｕｎ）とし、更には、
第４副セルのバンドギャップ：１．９１０ｅＶ
第３副セルのバンドギャップ：１．４２０ｅＶ
としたときに、第２副セル及び第１副セルのバンドギャップを、種々、変更して、シミュレーションを行い、変換効率を求めた。その結果を、図１２に示すが、
第１副セルのバンドギャップ：０．４６ｅＶ乃至０．５６ｅＶ
第２副セルのバンドギャップ：１．０１ｅＶ乃至１．０４ｅＶ
の範囲に変換効率の高い領域があることが示された。更には、シミュレーションの結果、
第１副セルのバンドギャップ：０．５３６ｅＶ
第２副セルのバンドギャップ：１．０２０ｅＶ
のとき、
ＦＦ＝８７．６％
ＶOC＝３．３５８ボルト
Ｖmp＝３．０２０ボルト
Ｊmp＝１３．８０７ミリアンペア
が得られ、最大変換効率として、４１．６４％（非集光）が得られた。尚、図１２において、矢印「Ａ」で示す領域から矢印「Ｃ」で示す領域に向かって変換効率が高くなり、また、矢印「Ｂ」で示す領域から矢印「Ｃ」で示す領域に向かって変換効率が高くなり、矢印「Ｃ」で示す領域が最も変換効率が高い領域である。
　そして、所定の副セル１１におけるバンドギャップの値に基づき、あるいは又、光電変換素子におけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定される。ここで、所定の副セル１１におけるバンドギャップの値、あるいは、光電変換素子におけるバンドギャップの値は、０．４５ｅＶ乃至　０．７５ｅＶであるが、実施例１にあっては、より具体的には、０．６５ｅＶとした。このような所望のバンドギャップの値を有する化合物半導体層は、波長１９０７．７ｎｍ以下の光を良く吸収する。そして、このようなバンドギャップの値を有する第１－Ａ化合物半導体層の組成である化合物半導体組成－Ａは、Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓである。尚、Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓの臨界膜厚は７２ｎｍである。また、膜厚１２ｎｍ以下において、量子効果が顕著に生じる。
　化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣA、下地・格子定数をＬＣ0としたとき、ＬＣA，ＬＣB，ＬＣ0，（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0の値は、以下の表１に示すとおりである。
　実施例１にあっては、第１化合物半導体層１１Ａ及び第２化合物半導体層１１Ｃを形成する際の下地（具体的には、ｐ型ＩｎＰ基板）の下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ａの格子定数ＬＣAとの差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定される。具体的には、表１に示すとおり、
（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0＝６．８×１０-3
であるが故に、この（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0の値をキャンセルするような（ＬＣB－ＬＣ0）／ＬＣ0の値が得られるように、化合物半導体組成－Ｂを決定する。より具体的には、化合物半導体組成－Ｂの組成を、Ｉｎ0.45Ｇａ0.55Ａｓとした。尚、（ＬＣB－ＬＣ0）／ＬＣ0の値は、以下の表１に示すとおりである。また、化合物半導体組成－Ｂのバンドギャップの値は、化合物半導体組成－Ａのバンドギャップの値よりも大きい。
　以上のとおり、
｜（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0｜≦１×１０-3
０．２５≦｜（ＬＣB－ＬＣ0）／（ＬＣA－ＬＣ0）｜≦４．０
を満足しており、また、
ＬＣA－ＬＣ0＞０
ＬＣB－ＬＣ0＜０
である。
　更には、下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ｂの格子定数ＬＣBとの差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さｔAに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBが決定され、下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ｂの格子定数ＬＣBとの差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔAに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBが決定される。第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔAと、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBとは、
－１×１０-3≦｛（ｔB・ＬＣB＋ｔA・ＬＣA）／（ｔB＋ｔA）－ＬＣ0｝／ＬＣ0≦１×１０-3
を満足する。ここで、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔAは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。また、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。尚、化合物半導体組成－Ｂにあっては、膜厚１５ｎｍ以下において、量子効果が顕著に生じる。
　以上の各種の値を以下の表１及び表２に纏めた。
［表１］
ＬＣA＝５．９０８Å
ＬＣB＝５．８３６Å
ＬＣ0＝５．８６８Å
（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0＝６．８×１０-3
（ＬＣB－ＬＣ0）／ＬＣ0＝－５．５×１０-3
［表２］
化合物半導体組成－Ａ：
　　組成　　　　　：Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ　（ｘ＝０．６３）
　　臨界膜厚　　　：７２ｎｍ
　　バンドギャップ：０．６５ｅＶ
化合物半導体組成－Ｂ：
　　組成　　　　　：Ｉｎ0.45Ｇａ0.55Ａｓ　（ｙ＝０．４５）
　　臨界膜厚　　　：９４．５ｎｍ
　　バンドギャップ：０．８３ｅＶ
第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔA：５０ｎｍ
第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔB：４０ｎｍ
　ここで、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａの総厚を３．０μｍとした。それ故、第１－Ａ化合物半導体層１１ＡAと第１－Ｂ化合物半導体層１１ＡBとが積層された第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの数は、３３となる。尚、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａは、ＩｎＰ基板側において、ｐ+型の導電型を有し、第２化合物半導体層１１Ｃ側において、ｐ型の導電型を有するといった、積層構造を有する。ｐ+型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａ1の総厚を０．１μｍとし、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａ2の総厚を２．９μｍとした。また、ｎ+型の導電型を有する第２化合物半導体層１１Ｃの総厚を０．２μｍとした。それ故、第２－Ａ化合物半導体層１１ＣAと第２－Ｂ化合物半導体層１１ＣBとが積層された第２化合物半導体層・積層ユニット１１ＣUの数は、２乃至３となる。
　第１化合物半導体層１１Ａの厚さは、（第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの数）と、（ｔA＋ｔB）の積であるが、（ｔA＋ｔB）の値を出来るだけ大きな値とし、（第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの数）を出来るだけ小さな数とすることが、第１化合物半導体層１１Ａ内に形成されるエネルギーギャップの数を少なくするといった観点から望ましく、（第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの数）、及び、（ｔA＋ｔB）の値は、多接合型太陽電池あるいは光電変換素子において各種の試験を行い、決定すればよい。（第２化合物半導体層・積層ユニット１１ＣUの数）、及び、（ｔA＋ｔB）の値に関しても、同様である。また、以下の実施例においても同様である。
　実施例１の化合物半導体層・積層構造体は、第Ａ化合物半導体層１１ＡAと第Ｂ化合物半導体層１１ＡBとが積層された化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成る化合物半導体層・積層構造体であって、
　第Ａ化合物半導体層１１ＡA及び第Ｂ化合物半導体層１１ＡBを形成する際の下地（具体的には、ＩｎＰ）の下地・格子定数ＬＣ0と、第Ａ化合物半導体層１１ＡAを構成する化合物半導体組成－Ａの格子定数ＬＣAとの差に基づき、第Ｂ化合物半導体層１１ＡBを構成する化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ｂの格子定数ＬＣBとの差に基づき、第Ｂ化合物半導体層１１ＡBの厚さが決定され、
　第Ａ化合物半導体層１１ＡAの厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第Ｂ化合物半導体層１１ＡBの厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである。
　以上のように、実施例１の多接合型太陽電池の最下層を構成する副セル１１は、波長１９０７．７ｎｍ以下の光を良く吸収する。そして、副セル１１全体としては、下地であるＩｎＰ基板と格子整合している。
　実施例１の多接合型太陽電池にあっては、所定の副セル１１におけるバンドギャップ、即ち、例えば、所定の副セル１１が最も効率良く吸収し得る光の波長、あるいは、光電変換素子におけるバンドギャップ、即ち、光電変換素子が最も効率良く吸収し得る光の波長あるいは所望の発光波長を設定したとき、これを達成する化合物半導体組成－Ａが決定される。但し、決定された化合物半導体組成－Ａの格子定数ＬＣAと下地・格子定数ＬＣ0との間には、通常、差があるので、即ち、屡々、格子不整合系となるので、この差を無くすように、即ち、この差をキャンセルするように（格子整合系となるように）、化合物半導体組成－Ｂが決定される。更には、下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ｂの格子定数ＬＣBとの差、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔAに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBが決定されるだけでなく、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層、並びに、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の層厚ｔA，ｔBの上限値及び下限値が規定されている。
　このように、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層のそれぞれにおいて、化合物半導体組成の最適化（即ち、バンドギャップ及び格子定数の最適化）、並びに、層厚の最適化が図られる結果、たとえ、第１－Ａ化合物半導体層と下地との間に格子不整合があったとしても、この格子不整合は、第１－Ｂ化合物半導体層によってキャンセルされ、第１化合物半導体層全体としては格子整合系となる。即ち、第１－Ａ化合物半導体層と第１－Ｂ化合物半導体層とによって歪補償積層構造が構成される。第２化合物半導体層全体としても同様である。そして、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層全体として、所望の光の波長での効率の良い吸収、あるいは、所望の波長での発光を達成することができる。そして、これによって、例えば、多接合型太陽電池にあっては、幅広い波長域を有する太陽光の吸収効率を、より一層高めることができる。
　また、実施例１の化合物半導体層・積層構造体にあっては、下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ａの格子定数ＬＣAとの差に基づき化合物半導体組成－Ｂが決定され、下地・格子定数ＬＣ0と化合物半導体組成－Ｂの格子定数ＬＣBとの差、及び、第Ａ化合物半導体層１１ＡAの厚さｔAに基づき、第Ｂ化合物半導体層１１ＡBの厚さが決定される。従って、第Ａ化合物半導体層１１ＡAと下地との間に格子不整合があったとしても、この格子不整合は、第Ｂ化合物半導体層１１ＡBによってキャンセルされ、化合物半導体層・積層構造体全体としては格子整合系となる。それ故、格子整合系を得るために、下地・格子定数によって制限を受けた状態で化合物半導体組成－Ａを決定しなければならないといった制約が緩和され、化合物半導体層・積層構造体を構成する化合物半導体層の化合物半導体組成の選択幅を広げることができるし、選択自由度を高めることができる。
　実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっては、所定の副セル１１におけるバンドギャップの値、あるいは、光電変換素子におけるバンドギャップの値を、０．５５ｅＶとした。このようなバンドギャップの値を有する化合物半導体層は、波長２２５４．５ｎｍ以下の光を良く吸収する。そして、このようなバンドギャップの値を有する第１－Ａ化合物半導体層の組成である化合物半導体組成－Ａは、Ｉｎ0.74Ｇａ0.26Ａｓである。尚、Ｉｎ0.74Ｇａ0.26Ａｓの臨界膜厚は５５．５ｎｍである。また、膜厚１２ｎｍ以下において、量子効果が顕著に生じる。
　また、化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣA、下地・格子定数をＬＣ0としたとき、ＬＣA，ＬＣB，ＬＣ0，（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0の値は、以下の表３に示すとおりである。また、化合物半導体組成－Ａの組成、化合物半導体組成－Ｂの組成、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔA、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔBを表４に示す。尚、化合物半導体組成－Ｂにあっては、膜厚１５ｎｍ以下において、量子効果が顕著に生じる。
［表３］
ＬＣA＝５．９５３Å
ＬＣB＝５．７８３Å
ＬＣ0＝５．８６８Å
（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0＝　１．４×１０-2
（ＬＣB－ＬＣ0）／ＬＣ0＝－１．４×１０-2
［表４］
化合物半導体組成－Ａ：
　　組成　　　　　：Ｉｎ0.74Ｇａ0.26Ａｓ　（ｘ＝０．７４）
　　臨界膜厚　　　：２８．５ｎｍ
　　バンドギャップ：０．５５ｅＶ
化合物半導体組成－Ｂ：
　　組成　　　　　：Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ａｓ　（ｙ＝０．３２）
　　臨界膜厚　　　：２７．５ｎｍ
　　バンドギャップ：０．９８ｅＶ
第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さｔA：２４ｎｍ
第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さｔB：２４ｎｍ
　ここで、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａの総厚を３．０μｍとした。それ故、第１－Ａ化合物半導体層１１ＡAと第１－Ｂ化合物半導体層１１ＡBとが積層された第１化合物半導体層・積層ユニット１１ＡUの数は、６３となる。尚、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａは、ＩｎＰ基板側において、ｐ+型の導電型を有し、第２化合物半導体層１１Ｃ側において、ｐ型の導電型を有するといった、積層構造を有する。ｐ+型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａ1の総厚を０．１μｍとし、ｐ型の導電型を有する第１化合物半導体層１１Ａ2の総厚を２．９μｍとした。また、ｎ+型の導電型を有する第２化合物半導体層１１Ｃの総厚を０．２μｍとした。それ故、第２－Ａ化合物半導体層１１ＣAと第２－Ｂ化合物半導体層１１ＣBとが積層された第２化合物半導体層・積層ユニット１１ＣUの数は、４乃至５となる。
　実施例１及び実施例２においては、所定の副セル１１に関しての説明を行った。以下の実施例においては、その他の副セル及び接続層についての説明を行う。
　各副セル１１，１２，１３，１４は、複数の複数の化合物半導体層が積層されて成る。各副セル１１，１２，１３，１４の構成を、以下の表５に示す。尚、表５において、各副セルを構成する化合物半導体層に関して、支持基板に近い化合物半導体層を下側に、支持基板から遠い化合物半導体層を上側に記載している。更には、隣接する副セルの間の少なくとも１箇所には、実施例３にあっては、格子不整合系である第２副セル１２と第３副セル１３との間には、導電材料から成る非晶質の接続層２０（接続層２０Ａ，２０Ｂ）が設けられている。ここで、接続層２０は、厚さ１．０ｎｍのチタン（Ｔｉ）から成る。尚、接続層２０は、２次元層状構造をとり、３次元アイランド構造とはなっていない。
［表５］
第４副セル１４：バンドギャップ１．９０ｅＶ，格子定数５．６５３Å
　　化合物半導体層１４Ｃ：ｎ+－Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ
　　化合物半導体層１４Ｂ：ｐ－Ｉｎ0.48Ｇａ0.52
　　化合物半導体層１４Ａ：ｐ+－Ｉｎ0.48Ｇａ0.52
第３副セル１３：バンドギャップ１．４２ｅＶ，格子定数５．６５３Å
　　化合物半導体層１３Ｃ：ｎ+－ＧａＡｓ
　　化合物半導体層１３Ｂ：ｐ－ＧａＡｓ
　　化合物半導体層１３Ａ：ｐ+－ＧａＡｓ
第２副セル１２：バンドギャップ１．０２ｅＶ，格子定数５．８６８Å
　　化合物半導体層１２Ｃ：ｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57
　　化合物半導体層１２Ｂ：ｐ－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57
　　化合物半導体層１２Ａ：ｐ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57
第１副セル１１：実施例１あるいは実施例２を参照
　更には、実施例３の多接合型太陽電池にあっては、第４副セル１４の上に、例えば厚さ１５０ｎｍ／５０ｎｍ／５００ｎｍのＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層体から成る第２電極１９が形成されており、また、第４副セル１４の上の第２電極１９が形成されていない部分には、ＴｉＯ2膜及びＡｌ2Ｏ3膜から成る反射防止膜１８が形成されている。尚、図面において、第２電極１９及び反射防止膜１８を１層で表している。成膜用／支持用基板３１はｐ型ＩｎＰ基板から成る。更には、格子整合系である第１副セル１１と第２副セル１２との間には、ｐ+－ＩｎＧａＡｓ（上層）／ｎ+－ＩｎＧａＡｓ（下層）から成る第１トンネル接合層１５が設けられており、格子整合系である第３副セル１３と第４副セル１４との間には、ｐ+－ＩｎＧａＰ（上層）／ｎ+－ＩｎＧａＰ（下層）から成る第２トンネル接合層１６が設けられている。また、第２電極１９及び反射防止膜１８と第４副セル１４との間には、ｎ+－ＡｌＩｎＰから成る窓層１７が形成されている。尚、窓層１７は、最表面でのキャリアの再結合を防ぐために設けられているが、設けることは必須ではない。第１副セル１１には第１電極が接続されているが、第１電極の図示は省略している。
　以下、化合物半導体層等の概念図である図１の（Ａ）、図２の（Ａ）～（Ｂ）、図３の（Ａ）～（Ｂ）を参照して、実施例３の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の製造方法を説明する。
　　［工程－３００］
　ｐ型ＩｎＰ基板から成る成膜用／支持用基板３１の上に、ＭＯＣＶＤ法に基づき、格子整合系である第１副セル１１（化合物半導体層１１Ａ1，１１Ａ2，１１Ｃ）、第１トンネル接合層１５、及び、第２副セル１２（化合物半導体層１２Ａ～１２Ｃ）を、順次、エピタキシャル成長させる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板から成る成膜用基板４４の上に、ＭＯＣＶＤ法に基づき、ＡｌＡｓから成る剥離用犠牲層４５を形成した後、ｎ+－ＡｌＩｎＰから成る窓層１７を形成する。次いで、この窓層１７上に、格子整合系である第４副セル層１４（化合物半導体層１４Ｃ～１４Ａ）、第２トンネル接合層１６、及び、第３副セル１３（化合物半導体層１３Ｃ～１３Ａ）を、順次、エピタキシャル成長させる。こうして、図２の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　次に、第２化合物半導体層１２を構成するｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃと、第３化合物半導体層１３を構成するｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａとを、接続層２０を介して接合することでオーミック接触を得る。
　　［工程－３１０］
　具体的には、先ず、第２化合物半導体層１２を構成する化合物半導体層１２Ｃの上に第１接続層２０Ａを成膜し、第３化合物半導体層１３を構成する化合物半導体層１３Ａ層の上に第２接続層２０Ｂを成膜する（図２の（Ｂ）参照）。より具体的には、化合物半導体層１２Ｃ及び化合物半導体層１３Ａのそれぞれの上に、真空蒸着法（真空度２×１０-4Ｐａ、蒸着速度０．１ｎｍ／秒以下、温度１５０゜Ｃ乃至２００゜Ｃの条件）に基づき、例えば、膜厚０．５ｎｍのＴｉから成る接続層２０Ａ，２０Ｂを成膜する。尚、この場合、例えば、基板温度を８０゜Ｃ、基板回転速度を３０ｒｐｍとし、抵抗加熱方式を採用すればよい。但し、接続層２０Ａ，２０Ｂの成膜方法は、これに限定するものではなく、例えば、スパッタリング法（成膜速度０．１ｎｍ／秒以下、温度１５０゜Ｃ乃至２００゜Ｃの条件）を用いてもよい。
　　［工程－３２０］
　次いで、接続層２０Ａ，２０Ｂにプラズマ処理を施した後、第２化合物半導体層１２と第３化合物半導体層１３を接合する。具体的には、接続層２０Ａ，２０Ｂの表面にアルゴン（Ａｒ）プラズマ（例えば、プラズマ密度１０9ｃｍ-3乃至１０11ｃｍ-3、圧力１Ｐａ乃至１０-2Ｐａ）を照射し、接続層２０Ａ，２０Ｂの表面（接合面）を活性化する。即ち、接合界面（接続層２０Ａ，２０Ｂの表面）にダングリングボンドを形成する。併せて、接続層２０Ａ，２０Ｂを非晶質化させる。そして、高真空度を維持したまま、即ち、雰囲気圧力５×１０-4Ｐａ以下とし、接合荷重２×１０4Ｎ以下、温度１５０゜Ｃ以下にて、具体的には、例えば、雰囲気圧力１×１０-4Ｐａ、接合荷重２×１０4Ｎ、温度２５゜Ｃにて、接続層２０Ａ，２０Ｂを接合する（貼り合わせる）。こうして、図３の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。実施例３にあっては、接続層２０の材料として金属（具体的には、Ｔｉ）を用いている。前述したように、成膜時、金属薄膜はアイランド状に形成され、層状の形態が得られないことが多い。しかしながら、図１３に示したグループ（Ａ）及びグループ（Ｂ）の金属原子にあっては、層状形態での成膜が可能である。
　　［工程－３３０］
　その後、成膜用基板４４を剥離し、反射防止膜１８及び第２電極１９を形成する。具体的には、エッチングによって剥離用犠牲層４５を除去することで、成膜用基板４４を剥離した後（図３の（Ｂ）参照）、窓層１７上に、例えば、フォトリソグラフィ技術に基づきレジストパターンを形成し、真空蒸着法（真空度２×１０-4Ｐａ、蒸着速度０．１ｎｍ／秒、温度１５０゜Ｃ乃至２００゜Ｃ）により第２電極１９を形成する。尚、成膜用基板４４は再使用することができる。次に、レジストパターンを除去することで、リフト・オフ法に基づき、第２電極１９を形成することができる。次いで、フォトリソグラフィ技術に基づきレジストパターンを形成し、真空蒸着法（真空度２×１０-4Ｐａ、蒸着速度０．１ｎｍ／秒、温度１５０゜Ｃ乃至２００゜Ｃ）にて、例えばＴｉＯ2膜及びＡｌ2Ｏ3膜から成る反射防止膜１８を形成する。次に、レジストパターンを除去することで、リフト・オフ法に基づき、反射防止膜１８を形成することができる。こうして、図１の（Ａ）に示した多接合型太陽電池を得ることができる。
　実施例３の多接合型太陽電池は、複数の副セルから構成されており、バンドギャップの異なる化合物半導体から成る複数の副セルを積層（多接合化）することにより、幅広いエネルギー分布を有する太陽光を効率良く利用することができる。そして、実施例３の多接合型太陽電池では、異なる組成の化合物半導体層から成る複数の副セル１１，１２，１３，１４のうち、少なくとも格子定数の異なる副セルの間（実施例３では、第２副セル１２と第３副セル１３の間であり、（Ｌｃ1－Ｌｃ2）／Ｌｃ1＝３．８×１０-2）を接続層２０を介して接合する。接続層２０は、薄膜（例えば５ｎｍ以下）において層状形態での成膜が可能であり、特に、化合物半導体層とオーミック抵抗が得られ、且つ、抵抗率の低いチタン（Ｔｉ）を用いることによって接合部の接触抵抗値を１×１０-3Ω・ｃｍ2以下に抑えることができる。
　通常、プラズマ照射による表面活性化にあっては、接合表面にプラズマ損傷が起こる。しかしながら、実施例３にあっては、第２副セル１２及び第３副セル１３の表面に金属から成る接続層２０Ａ，２０Ｂを形成した後、プラズマ照射することによって接続層２０Ａ，２０Ｂの表面を活性化した後、接合する。ここで、接続層２０Ａ，２０Ｂは、第２副セル１２及び第３副セル１３に対する保護膜としても機能し、第２副セル１２及び第３副セル１３にプラズマ損傷の発生を防止することができる。それ故、プラズマ照射による接触抵抗の上昇を防止することができる。尚、真空蒸着法により形成されたＴｉから成る接続層２０は、このプラズマ照射により、アモルファス性を有する層となっている。尚、プラズマ照射の条件を、プラズマの衝突するエネルギーが比較的弱くなるような条件としている。即ち、通常のように、表面から数十ｎｍ以上の領域にダメージが生じるような条件ではなく、高々、表面から数ｎｍ程度の領域ダメージを与えるようなプラズマ照射の条件としている。
　また、実施例３にあっては、プラズマ照射によって接続層２０Ａ，２０Ｂの表面を活性化して接合するが故に、１５０゜Ｃ以下の低温での接合が可能となる。これにより、熱膨張係数の制約を受けずに化合物半導体材料を選択することができる。即ち、多接合型太陽電池を構成する化合物半導体材料の選択の自由度が広がり、バンドギャップの間隔が均等になるような化合物半導体材料の選択が可能となる。また、加熱による接合面の損傷発生も防止することができる。
　ところで、各化合物半導体層に添加されるｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントの量は、各ｎ+型及びｐ+型の化合物半導体層内のドーパント濃度が、例えば１×１０16ｃｍ-3乃至５×１０19ｃｍ-3程度となるようにする。但し、ｐ+－ＧａＡｓ層のドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3以上の場合、フリーキャリア吸収によって長波長の光が透過しなくなる虞がある。図１５の（Ａ）及び（Ｂ）に、波長１．１μｍ乃至１．２μｍにおけるｐ+－ＧａＡｓ層（ドーパント濃度：２×１０19ｃｍ-3）／ｎ+－ＩｎＰ層（ドーパント濃度：４×１０18ｃｍ-3）とｎ+－ＧａＡｓ層（ドーパント濃度：２×１０18ｃｍ-3）／ｎ+－ＩｎＰ層（ドーパント濃度：４×１０18ｃｍ-3）の赤外顕微鏡透過実験の結果を示す。２×１０18ｃｍ-3といったドーパント濃度の低いｎ+－ＧａＡｓ層を用いた場合、図１５の（Ａ）に示すように光が透過しているのに対して、２×１０19ｃｍ-3といったドーパント濃度の高いｐ+－ＧａＡｓ層を用いた場合、図１５の（Ｂ）に示すように光が透過していないことが判る。このことから、２×１０19ｃｍ-3といったドーパント濃度の高いｐ+－ＧａＡｓ層は、長波長の光に対して透明でないことが判る。従って、ｐ+－ＧａＡｓ層の膜厚が厚い場合、吸収層になってしまうため、設計に応じて薄くする必要がある。例えばドーパント濃度２×１０19ｃｍ-3のｐ+－ＧａＡｓ層では、光子エネルギー０．５ｅＶ（約２．５μｍの波長）の光に対して、吸収係数は２５００ｃｍ-1と大きい。このため、光透過率を９０％以上とするには、膜厚を４００ｎｍ以下とすることが好ましい。更には、膜厚を４０ｎｍ以下とすることによって、光透過率を９９％以上とすることができる。
　また、太陽光の利用効率を向上させるためには、太陽光スペクトルを広い範囲で取り込む必要がある。太陽光スペクトルの最大波長は２．５μｍである。しかし、上述したように、ｐ型ドーパントの濃度が高い場合、長波長光は透過し難くなる。図１６には、ｐ型ＧａＡｓ層中のｐ型ドーパントの各濃度における光子エネルギーと吸収係数との関係を表す。尚、図１６において、「Ａ」はｐ型ドーパント濃度１．５×１０17のときのデータであり、「Ｂ」はｐ型ドーパント濃度１．１×１０19のときのデータであり、「Ｃ」はｐ型ドーパント濃度２．６×１０19のときのデータであり、「Ｄ」はｐ型ドーパント濃度６．０×１０19のときのデータであり、「Ｅ」はｐ型ドーパント濃度１．０×１０20のときのデータである。図１６から、光子エネルギー０．５ｅＶ（約２．５μｍの波長）の光に対して、ｐ型ドーパント濃度３×１０19のｐ型ＧａＡｓ層は、４０００ｃｍ-1の吸収係数を有することが判る。図１７には、図１６のデータを基に、ｐ型ドーパント濃度３×１０19におけるｐ型ＧａＡｓ層の厚さと、最大波長２．５μｍにおける太陽光の光透過率との関係を示す。図１７から、９０％以上の太陽光の光透過率を得るためには、ｐ型ＧａＡｓ層の膜厚を２７０ｎｍ以下とすればよく、光透過率を９８％以上にするためには、膜厚を５０ｎｍ以下とすればよい。更には、９９％以上とするためには、膜厚を２５ｎｍ以下とすればよいことが判る。
　参考のために、図１８に、ＩｎＰ基板とＧａＡｓ基板との接合の界面の走査型透過電子顕微鏡による明視野像の写真を示す。ここで、図１８の上段は、直接、ＩｎＰ基板とＧａＡｓ基板とを接合したとき得られた界面である。また、図１８の中段及び下段は、抵抗加熱方式の蒸着装置を用いて、真空度２×１０-4Ｐａ、蒸着速度０．１ｎｍ／秒、基板温度８０゜Ｃ、基板回転速度３０ｒｐｍにて、ＩｎＰ基板及びＧａＡｓ基板上に、それぞれ、膜厚２．３ｎｍ、１．０ｎｍのＴｉ層を形成した後、これらのＴｉ層を介して２枚の基板を接合したとき得られた界面である。図１８の中段及び下段の写真から、ほぼ均一な膜厚を有する層状のＴｉ層が形成されていることが判る。
　また、参考のために、Ｔｉ層の酸化状態を調べた。一般に、金属は半導体に比べて自然酸化され易い。図１９に、厚２．０ｎｍのＴｉ層の各波長における光透過率の経時変化を示す。尚、図１９において、「Ａ」は、大気中に２時間放置したときのデータであり、「Ｂ」は、大気中に２４時間放置したときのデータであり、「Ｃ」は、大気中に３ヶ月放置したときのデータである。また、図２０には、成膜後、２時間を経過した後（図２０には「Ｂ」グループで示す）、及び、２４時間を経過した後（図２０には「Ａ」グループで示す）における光透過率を示す。図１９及び図２０から、時間が経過すると、光透過率が上昇していることが判る。特に、図２０から、成膜２４時間後の光透過率は成膜２時間後の光透過率よりも３％乃至６％上昇しており、これは、大気暴露によってＴｉ膜の表面にチタン酸化膜（ＴｉＯ2）が形成され、Ｔｉの膜厚が薄くなったためと考えられる。ＴｉＯ2等の酸化膜が形成されると、接合界面における接触抵抗が上昇し、導電性が低下する虞がある。
　更には、参考のため、プラズマ処理（プラズマ照射）に関して評価を行った。接続層２０Ａ，２０Ｂの表面に形成される酸化膜は、プラズマ処理（プラズマ照射）によって、接続層２０Ａ，２０Ｂの表面の活性化と同時に除去される。具体的には、Ａｒプラズマ処理によって接続層２０Ａ，２０Ｂの表面へ入射するイオンエネルギーを利用して、金属原子（Ｔｉ原子）と酸素原子との結合を切断し、酸素原子を表面から離脱させる。図２１に、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ；Energy Dispersive X-ray spectrometry）に基づき、多接合型太陽電池の積層方向の各距離における各原子の濃度を定量分析した結果を示す。接続層２０が形成されている１０ｎｍ付近における酸素（Ｏ）の含有量は、Ｔｉの含有量に比べて１／３以下であり、ＴｉＯ2（Ｏ原子はＴｉ原子の２倍）よりも十分低い。このことから、Ａｒプラズマの照射によって酸素が除去されていることが判る。尚、Ａｒプラズマの照射によって、接続層２０Ａ，２０Ｂの界面には、プラズマ処理装置を構成する部品材料からＦｅ、Ｃｒ、Ａｌ等の不純物が混入する可能性があるが、特性には特に問題が生じない。
　接続層の接触抵抗ρcについての評価を行った。具体的には、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、実施例３の［工程－３１０］と同様にして、厚さ１．８ｎｍのＴｉ層を形成した。一方、ｎ型ＩｎＰ基板上に、実施例３の［工程－３１０］と同様にして、厚さ１．８ｎｍのＴｉ層を形成した。そして、これらのＴｉ層に、実施例３の［工程－３２０］と同様にして、プラズマ処理を施した後、雰囲気圧力１×１０-4Ｐａ、接合荷重２×１０4Ｎ、温度２５゜Ｃにて、Ｔｉ層同士を接合した。そして、ｐ型ＧａＡｓ基板の外面及びｎ型ＩｎＰ基板の外面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る電極を形成した。そして、こうして得られた試料－１の電流－電圧特性を測定し、その測定結果に基づき接合界面の接触抵抗ρcを求めた結果、
ρc（試料－１）＝１．３×１０-4Ω・ｃｍ2
との結果が得られた。Ｔｉ層の厚さを１．８ｎｍから１．０ｎｍに変更した試料－２にあっては、
ρc（試料－２）＝１．５×１０-4Ω・ｃｍ2
との結果が得られた。尚、ｐ型ＧａＡｓ基板の両面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る電極を形成した試料－３にあっては、
ρc（試料－３）＝８．１×１０-5Ω・ｃｍ2
との結果が得られた。また、ｎ型ＩｎＰ基板の両面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る電極を形成した試料－４にあっては、
ρc（試料－４）＝５．４×１０-5Ω・ｃｍ2
との結果が得られた。また、これらの測定にあっては、直線性のよいオーミック接触が得られた。以上の結果から、接続層２０を厚さ５ｎｍ以下のＴｉ層から構成したとき、ρc≦１×１０-3Ω・ｃｍ2を達成することができることが判る。更には、試料－１の接触抵抗、あるいは、試料－２の接触抵抗は、試料－３の接触抵抗と試料－４の接触抵抗の和にほぼ等しい。このことから、Ｔｉ層から成る接続層を用いてｐ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＩｎＰ基板を接合した際の電気的損失は、ほぼ「０」であり、理想的に接合されていることが判った。
　更には、ｐ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＩｎＰ基板の表面をアモルファス状態として、これらの表面を介してｐ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＩｎＰ基板を試料－１と同じ方法で接合した試料－５、及び、Ｔｉ層の厚さを０．５ｎｍに変更した試料－６（作製方法は、試料－１と同じである）において、電流－電圧特性を測定した。その結果、試料－１と同様の電流－電圧特性が得られた。このことから、化合物半導体層をアモルファス状態として接続層として接合した場合にも、直線性の良いオーミックコンタクトが得られることが判った。
　尚、接続層をＴｉ層／Ｔｉ層とする代わりに、Ｔｉ層／Ａｌ層した場合にも、以上に説明したと同様の結果が得られた。
　実施例４は、実施例３の変形である。図４の（Ａ）に、実施例４の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の概念図を示す。実施例４においては、接続層２１が、複数種（実施例４では、２種類）の金属薄膜から成る積層構造を有する。具体的には、第２副セル１２を構成するｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃ上に、例えば、厚さ０．５ｎｍのＴｉ層（接続層２１Ａ）を形成する一方、第３副セル１３を構成するｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａ上に、例えば、厚さ０．５ｎｍのＡｌ膜（接続層２１Ｂ）を形成する。次いで、これらの接続層２１Ａ，２１Ｂに対して、実施例３の［工程－３２０］と同様にして、Ａｒプラズマの照射を行うことで表面を活性化させ、併せて、非晶質化した後、接合する。図２２に、貼り合わせ接合界面の透過型電子顕微鏡断面写真を示す。図２２から、接続層がアモルファスになっており、非晶質であるが故、透過型電子顕微鏡像において結晶格子が見えなくなっていることが判る。尚、接続層２１として用いる金属を、オーミック性を有し、且つ、数ｎｍ以下での層形成が可能な金属、即ち、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ又はＶから適宜選択すればよい。接続層２１Ａ，２１Ｂとして用いる金属の組合せは特に問われず、それぞれ、独立して、副セル１２，１３を形成する各化合物半導体層１２Ｃ，１３Ａと良好なオーミック性の電気特性を示す金属を選択すればよい。そして、これによって、接触抵抗を最小限に抑えることができる。
　実施例５も実施例３の変形である。実施例５にあっては、接続層２２が、第２副セル１２及び第３副セル１３をそれぞれ構成する化合物半導体のアモルファス層から成る点が、実施例３と異なっている。図４の（Ｂ）に、実施例５の多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体の概念図を示す。
　実施例５における接続層２２は、第２副セル１２を構成するｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃの一部がアモルファス化されたｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57アモルファス層（接続層２２Ａ）と、第３副セル１３を構成するｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａの一部がアモルファス化されたｐ+－ＧａＡｓアモルファス層（接続層２２Ｂ）から構成されている。接続層２２Ａ及び接続層２２Ｂのドーパント濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3乃至５×１０19ｃｍ-3である。接続層２２の膜厚は例えば０．５ｎｍ乃至３．０ｎｍであることが好ましい。また、接続層２２Ａ，２２Ｂの膜厚は、それぞれ接合後の接続層２２の半分、即ち０．２５ｎｍ乃至１．５ｎｍとすることが好ましい。
　実施例５にあっては、化合物半導体層の形成後、実施例３の［工程－３２０］と同様にして、化合物半導体層１２Ｃ及び化合物半導体層１３Ａの表面をプラズマ処理によって活性化させ、併せて、非晶質化した後、第２副セル１２と第３副セル１３とを接合する。具体的には、ｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃ及びｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａの表面にＡｒプラズマ（例えば、プラズマ密度１０9ｃｍ-3乃至１０11ｃｍ-3、圧力１Ｐａ乃至１０-2Ｐａ）を照射して、各化合物半導体層１２Ｃ，１３Ａの表面をプラズマ損傷させることにより、例えば膜厚１．０ｎｍのアモルファス層（接続層２２Ａ，２２Ｂ）を形成する。そして、高真空度（例えば、５×１０-4Ｐａ以下）を維持したまま、接合荷重２×１０4Ｎ以下、温度１５０゜Ｃ以下にて、具体的には、例えば、雰囲気圧力１×１０-4Ｐａ、接合荷重２×１０4Ｎ、温度２５゜Ｃにて、接続層２２Ａ，２２Ｂを貼り合わせ、第２副セル１２と第３副セル１３とを接合する。
　実施例５にあっては、格子定数の異なる副セルの間を各副セルを構成する化合物半導体層の一部分の結晶構造をアモルファス化し、これを接続層２２Ａ，２２Ｂとして用いる。これにより、実施例３と同様に、接合された化合物半導体層の接合界面における接触抵抗が低く、エネルギー変換効率の高い多接合型太陽電池が得られる。また、このような効果に加えて、金属から成る接続層の形成工程が不要となるため、製造工程が簡略化されると共に、製造コストが低減される。
　実施例６も実施例３の変形である。実施例６にあっては、第１成膜用基板及び第２成膜用基板を使用し、これらの第１成膜用基板及び第２成膜用基板を最終的には剥離する点が、実施例３と異なっている。
　以下、化合物半導体層等の概念図である図５の（Ａ）～（Ｂ）、図６の（Ａ）～（Ｂ）、図７を参照して、実施例６の多接合型太陽電池及び光電変換素子の製造方法を説明する。
　　［工程－６００］
　先ず、ｎ型ＩｎＰ基板から成る第１成膜用基板４１の上に、ＡｌＩｎＡｓから成る第１剥離用犠牲層４２、及び、コンタクト層として機能するｎ+－ＩｎＰ層４３を形成した後、ｎ+－ＩｎＰ層４３上に第２副セル１２、第１トンネル接合層１５、及び、第１副セル１１を、順次、形成する。但し、ｎ+－ＩｎＰ層４３の形成は必須ではなく、実施例３～実施例５と同様に、形成を省略することもできる。後述する実施例７においても同様である。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板から成る第２成膜用基板４４の上に、ＡｌＡｓから成る第２剥離用犠牲層４６を形成した後、窓層１７、第４副セル１４、第２トンネル接合層１６、及び、第３副セル１３を、順次、形成する。こうして、図５の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。尚、実施例３～実施例５において説明した多接合型太陽電池において、コンタクト層として機能するｎ+－ＩｎＰ層４３を形成してもよい。
　　［工程－６１０］
　そして、第１副セル１１の表面を支持基板３２に貼り合わせた後、エッチングによって第１剥離用犠牲層４２を除去することで、第１成膜用基板４１を剥離した後（図５の（Ｂ）参照）、第２副セル１２を構成するｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃ上に形成されているｎ+－ＩｎＰ層４３上に、例えばＴｉから成る接続層２０Ａを形成する。一方、第３副セル１３を構成するｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａ上に、例えばＴｉから成る接続層２０Ｂを形成する。尚、接続層２０Ａ，２０Ｂは、実施例３の［工程－３１０］と同様にして形成することができる。こうして、図６の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　　［工程－６２０］
　次に、実施例３の［工程－３２０］と同様にして、接続層２０Ａ，２０ＢにＡｒプラズマを照射して表面を活性化させ、併せて、非晶質化した後、接合を行う（図６の（Ｂ）参照）。その後、エッチングによって第２剥離用犠牲層４６を除去することで、第２成膜用基板４４を剥離した後、実施例３の［工程－３３０］と同様にして、第２電極１９及び反射防止膜１８を形成する。こうして、図７に概念図を示す実施例６の多接合型太陽電池を得ることができる。
　実施例６では、第２成膜用基板だけでなく、第１成膜用基板も剥離するようにした。これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板及びｎ型ＩｎＰ基板を共に再使用することが可能となり、製造コストを一層低減することが可能となる。
　尚、実施例６にあっては、実施例３と同様に、接続層をＴｉから構成したが、接続層を、実施例４あるいは実施例５と同様の構成とすることができる。次に述べる実施例７においても同様である。
　実施例７は、実施例６の変形である。実施例７にあっては、第１成膜用基板上に第２副セル及び第１副セルを形成し、第２成膜用基板上に第３副セル及び第４副セルを形成した後、第１成膜用基板及び第２成膜用基板を剥離する点が、実施例６と異なっている。
　以下、化合物半導体層等の概念図である図８の（Ａ）～（Ｂ）、図９の（Ａ）～（Ｂ）、図１０の（Ａ）～（Ｂ）を参照して、実施例７の多接合型太陽電池及び光電変換素子の製造方法を説明する。
　　［工程－７００］
　先ず、実施例６の［工程－６００］と同様にして、ｎ型ＩｎＰ基板から成る第１成膜用基板４１の上に、第１剥離用犠牲層４２、ｎ+－ＩｎＰ層４３、第２副セル１２、第１トンネル接合層１５、第１副セル１１を、順次、形成する。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板から成る第２成膜用基板４４の上に、第２剥離用犠牲層４６、第３副セル１３、第２トンネル接合層１６、第４副セル１４、窓層１７、及び、第３剥離用犠牲層４７を、順次、形成する。こうして、図８の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　　［工程－７１０］
　その後、エッチングによって第１剥離用犠牲層４２を除去することで、第１成膜用基板４１を剥離する。また、エッチングによって第２剥離用犠牲層４６を除去することで、第２成膜用基板４４を剥離する。こうして、図８の（Ｂ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　　［工程－７２０］
　次に、第２副セル１２を構成するｎ+－Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ａｓ0.43Ｐ0.57から成る化合物半導体層１２Ｃ上に形成されているｎ+－ＩｎＰ層４３上に、例えばＴｉから成る接続層２０Ａを形成する。一方、第３副セル１３を構成するｐ+－ＧａＡｓから成る化合物半導体層１３Ａ上に、例えばＴｉから成る接続層２０Ｂを形成する。尚、接続層２０Ａ，２０Ｂは、実施例３の［工程－３１０］と同様にして形成することができる。こうして、図９の（Ａ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　　［工程－７３０］
　その後、例えば、ワックスや粘性の高いレジストを用いて、第１副セル１１を支持基板３３に貼り付け、また、第３剥離用犠牲層４７を支持基板３４に貼り付ける。こうして、図９の（Ｂ）に概念図を示す構造を得ることができる。
　　［工程－７４０］
　次いで、実施例３の［工程－３２０］と同様にして、接続層２０Ａ，２０ＢにＡｒプラズマを照射して表面を活性化させ、併せて、非晶質化した後、接合を行う（図１０の（Ａ）参照）。その後、エッチングによって第３剥離用犠牲層４７を除去することで、支持基板３４を剥離し、次いで、実施例３の［工程－３３０］と同様にして、第２電極１９及び反射防止膜１８を形成する。こうして、図１０の（Ｂ）に概念図を示す実施例７の多接合型太陽電池を得ることができる。
　以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例における多接合型太陽電池、光電変換素子や化合物半導体層・積層構造体の構成、構造、組成等は、適宜、変更することができる。実施例において説明した多接合型太陽電池や光電変換素子を構成する各種化合物半導体層を必ずしも全て備えている必要はなく、また、別の層を備えていてもよい。また、接続層２０Ａ，２０Ｂの接合を、例えば、２００゜Ｃにて行ってもよく、これにより、接合界面の接触抵抗を一層低減させることができる。
　成膜用基板は最終的に除去されるので、基板の導電型はｎ型、ｐ型のいずれであってもよく、また、成膜用基板は再使用することができるので、多接合型太陽電池や光電変換素子の製造コストの低減を図ることができる。
　例えば、図１の（Ａ）に概念図を示した多接合型太陽電池を図１１に示すように、接続層２０が外側へ延び、第３電極を構成する構造としてもよく、これによって、太陽光のスペクトルがＡＭ１．５とは異なるスペクトルである地域や、天候の変化に容易に対向できる並列型の多接合型太陽電池を構成することができる。尚、図１１に示した多接合型太陽電池にあっては、第１副セル１１、第２副セル１２における化合物半導体層１１Ａ1，１１Ａ2，１１Ｃ、化合物半導体層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの積層順が、図１の（Ａ）に示した実施例１、実施例３の多接合型太陽電池の第１副セル１１、第２副セル１２における化合物半導体層１１Ａ1，１１Ａ2，１１Ｃ、化合物半導体層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの積層順とは逆であり、第１副セル１１及び第２副セル１２は、第３副セル１３、第４副セル１４と並列に接続されている。また、第３電極までの電気抵抗を低減するために、例えば、ｐ+－ＩｎＰ層４３の厚さを厚くすることが望ましい。
　実施例においては、光入射側から順に、
第４副セル：ＩｎＧａＰ層
第３副セル：ＧａＡｓ層
第２副セル：ＩｎＧａｎＡｓＰ層
第１副セル：ＩｎＧａＡｓ層
といった構成としたが、代替的に、例えば、光入射側から順に、以下の表６に示す構成である［構成－Ａ］～［構成－Ｄ］を採用してもよい。あるいは又、ＧａＡｓ基板上に第３副セル、第４副セル、第５副セルを形成し、ＩｎＰ基板上に第１副セル、第２副セルを形成し、第２副セルと第３副セルを接合する構成である［構成－Ｅ］～［構成－Ｇ］を、以下の表７に示す。更には、ＧａＡｓ基板上に第２副セル、第３副セル、第４副セルを形成し、ＩｎＰ基板上に第１副セルを形成し、第１副セルと第２副セルを接合する構成である［構成－Ｈ］～［構成－Ｋ］を、以下の表８に示す。表６～表８における第１副セルが、実施例における第１副セルに相当し、歪補償積層構造を有する。尚、表６～表８の第３欄はバンドギャップの値を表し、第４欄は格子定数の値を表す。また、第１副セルにおける格子定数の値は平均格子定数値である。また、表６～表８において、同じ組成であるがバンドギャップの値や格子定数の値が異なる化合物半導体層は、異なる原子百分率を有する。
［表６］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
［表７］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
［表８］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　また、上記のような４接合型に限らず、４接合未満の多接合型太陽電池とすることもできるし、５接合以上（例えば、ＡｌＩｎＧａＰ層／ＩｎＧａＰ層／ＡｌＧａＡｓ層／ＩｎＧａＡｓ層／ＩｎＧａＡｓＮ層／Ｇｅ層）の多接合型太陽電池とすることもできる。
　尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］《太陽電池》
　複数の副セルが積層され、最上層に位置する副セルから最下層に位置する副セルへと光が入射され、各副セルにおいて発電がなされる多接合型太陽電池であって、
　各副セルは、第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成り、
　複数の副セルの内、少なくとも１つの所定の副セルにおいては、
　第１化合物半導体層は、第１導電型を有する第１－Ａ化合物半導体層と、第１導電型第２導電型を有する第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第２化合物半導体層は、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２－Ａ化合物半導体層と、第２導電型を有する第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
　所定の副セルにおけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである多接合型太陽電池。
［２］所定の副セルは最下層に位置する［１］に記載の多接合型太陽電池。
［３］化合物半導体組成－Ａを構成する原子群と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群とは同じである［１］又は［２］に記載の多接合型太陽電池。
［４］化合物半導体組成－Ａを構成する原子群における原子百分率と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群における原子百分率とは異なっている［３］に記載の多接合型太陽電池。
［５］所定の副セルにおけるバンドギャップの値は０．４５ｅＶ乃至０．７５ｅＶである［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池。
［６］化合物半導体組成－Ｂのバンドギャップの値は、化合物半導体組成－Ａのバンドギャップの値よりも大きい［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池。
［７］化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0としたとき、
｜（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0｜≦１×１０-3
０．２５≦｜（ＬＣB－ＬＣ0）／（ＬＣA－ＬＣ0）｜≦４．０
を満足する［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池。
［８］ＬＣA－ＬＣ0＞０
ＬＣB－ＬＣ0＜０
である［７］に記載の多接合型太陽電池。
［９］化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さをｔA、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さをｔBとしたとき、
－１×１０-3≦｛（ｔB・ＬＣB＋ｔA・ＬＣA）／（ｔB＋ｔA）－ＬＣ0｝／ＬＣ0≦１×１０-3
を満足する［１］乃至［８］のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池。
［１０］下地はＩｎＰから成り、化合物半導体組成－ＡはＩｎxＧａ1-xＡｓであり、化合物半導体組成－ＢはＩｎyＧａ1-yＡｓ（但し、ｘ＞ｙ）である［１］乃至［９］のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池。
［１１］０．５３≦ｘ≦０．８６，０≦ｙ≦０．５３である［１０］に記載の多接合型太陽電池。
［１２］《光電変換素子》
　第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成る光電変換素子であって、
　第１化合物半導体層は、第１導電型を有する第１－Ａ化合物半導体層と、第１導電型第２導電型を有する第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第２化合物半導体層は、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２－Ａ化合物半導体層と、第２導電型を有する第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
　光電変換素子におけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである光電変換素子。
［１３］《化合物半導体層・積層構造体》
　第Ａ化合物半導体層と第Ｂ化合物半導体層とが積層された化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成る化合物半導体層・積層構造体であって、
　第Ａ化合物半導体層及び第Ｂ化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と、第Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、第Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ｂが決定され、
　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、及び、第Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
　第Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
　第Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである化合物半導体層・積層構造体。
　本出願は、中国特許庁において２０１１年９月２１日に出願された中国特許出願番号２０１１１０２８１３２９．６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

Claims (13)

  1. 　複数の副セルが積層され、最上層に位置する副セルから最下層に位置する副セルへと光が入射され、各副セルにおいて発電がなされる多接合型太陽電池であって、
    　各副セルは、第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成り、
    　複数の副セルの内、少なくとも１つの所定の副セルにおいては、
    　第１化合物半導体層は、第１導電型を有する第１－Ａ化合物半導体層と、第１導電型第２導電型を有する第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
    　第２化合物半導体層は、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２－Ａ化合物半導体層と、第２導電型を有する第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
    　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
    　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
    　所定の副セルにおけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
    　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
    　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
    　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
    　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
    　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである多接合型太陽電池。
  2. 　所定の副セルは最下層に位置する請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  3. 　化合物半導体組成－Ａを構成する原子群と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群とは同じである請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  4. 　化合物半導体組成－Ａを構成する原子群における原子百分率と、化合物半導体組成－Ｂを構成する原子群における原子百分率とは異なっている請求項３に記載の多接合型太陽電池。
  5. 　所定の副セルにおけるバンドギャップの値は０．４５ｅＶ乃至０．７５ｅＶである請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  6. 　化合物半導体組成－Ｂのバンドギャップの値は、化合物半導体組成－Ａのバンドギャップの値よりも大きい請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  7. 　化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0としたとき、
    ｜（ＬＣA－ＬＣ0）／ＬＣ0｜≦１×１０-3
    ０．２５≦｜（ＬＣB－ＬＣ0）／（ＬＣA－ＬＣ0）｜≦４．０
    を満足する請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  8. ＬＣA－ＬＣ0＞０
    ＬＣB－ＬＣ0＜０
    である請求項７に記載の多接合型太陽電池。
  9. 　化合物半導体組成－Ａの格子定数をＬＣA、化合物半導体組成－Ｂの格子定数をＬＣB、下地・格子定数をＬＣ0、第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さをｔA、第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さをｔBとしたとき、
    －１×１０-3≦｛（ｔB・ＬＣB＋ｔA・ＬＣA）／（ｔB＋ｔA）－ＬＣ0｝／ＬＣ0≦１×１０-3
    を満足する請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  10. 　下地はＩｎＰから成り、化合物半導体組成－ＡはＩｎxＧａ1-xＡｓであり、化合物半導体組成－ＢはＩｎyＧａ1-yＡｓ（但し、ｘ＞ｙ）である請求項１に記載の多接合型太陽電池。
  11. 　０．５３≦ｘ≦０．８６，０≦ｙ≦０．５３である請求項１０に記載の多接合型太陽電池。
  12. 　第１導電型を有する第１化合物半導体層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層されて成る光電変換素子であって、
    　第１化合物半導体層は、第１導電型を有する第１－Ａ化合物半導体層と、第１導電型第２導電型を有する第１－Ｂ化合物半導体層とが積層された第１化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
    　第２化合物半導体層は、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２－Ａ化合物半導体層と、第２導電型を有する第２－Ｂ化合物半導体層とが積層された第２化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成り、
    　第１－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ａであり、
    　第１－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成と第２－Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成とは、同じ化合物半導体組成－Ｂであり、
    　光電変換素子におけるバンドギャップの値に基づき、化合物半導体組成－Ａが決定され、
    　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、化合物半導体組成－Ｂが決定され、
    　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第１－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第１－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
    　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第２－Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
    　第１－Ａ化合物半導体層及び第２－Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
    　第１－Ｂ化合物半導体層及び第２－Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである光電変換素子。
  13. 　第Ａ化合物半導体層と第Ｂ化合物半導体層とが積層された化合物半導体層・積層ユニットの少なくとも１つから成る化合物半導体層・積層構造体であって、
    　第Ａ化合物半導体層及び第Ｂ化合物半導体層を形成する際の下地の下地・格子定数と、第Ａ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ａの格子定数との差に基づき、第Ｂ化合物半導体層を構成する化合物半導体組成－Ｂが決定され、
    　下地・格子定数と化合物半導体組成－Ｂの格子定数との差、及び、第Ａ化合物半導体層の厚さに基づき、第Ｂ化合物半導体層の厚さが決定され、
    　第Ａ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ａにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さであり、
    　第Ｂ化合物半導体層の厚さは、化合物半導体組成－Ｂにおける臨界膜厚未満であって、量子効果が生じない厚さである化合物半導体層・積層構造体。
PCT/JP2012/072331 2011-09-21 2012-09-03 多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体 WO2013042526A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12833198.0A EP2760055A4 (en) 2011-09-21 2012-09-03 SOLAR CELL WITH MULTIPLE CONNECTIONS, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND COMPOSITE SURFACE / LAMINATING STRUCTURE
US14/345,001 US9905719B2 (en) 2011-09-21 2012-09-03 Multi-junction solar cell, photoelectric conversion device, and compound-semiconductor-layer lamination structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110281329.6 2011-09-21
CN2011102813296A CN103022057A (zh) 2011-09-21 2011-09-21 多结太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013042526A1 true WO2013042526A1 (ja) 2013-03-28

Family

ID=47914303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/072331 WO2013042526A1 (ja) 2011-09-21 2012-09-03 多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9905719B2 (ja)
EP (1) EP2760055A4 (ja)
JP (1) JPWO2013042526A1 (ja)
CN (1) CN103022057A (ja)
WO (1) WO2013042526A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160118524A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Azur Space Solar Power Gmbh Stacked integrated multi-junction solar cell
US11251321B2 (en) 2016-02-03 2022-02-15 Soitec Engineered substrate with embedded mirror

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2645429A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-02 Soitec Manufacture of multijunction solar cell devices
CN103346190B (zh) * 2013-06-04 2016-09-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Si衬底的四结级联太阳能电池及其制备方法
CN103346191B (zh) * 2013-06-06 2017-01-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法
US9136408B2 (en) * 2013-11-26 2015-09-15 Hunt Energy Enterprises, Llc Perovskite and other solar cell materials
CN104134716A (zh) * 2014-08-13 2014-11-05 天津三安光电有限公司 四结太阳能电池
KR101866298B1 (ko) * 2016-12-30 2018-07-05 (재)한국나노기술원 양면 수광형 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 양면 수광형 태양전지
US11011660B1 (en) * 2018-07-17 2021-05-18 Solaero Technologies Corp. Inverted metamorphic multijunction solar cell
CN112038425B (zh) * 2019-06-03 2024-04-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种多结叠层激光光伏电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137769A (ja) * 1990-09-28 1992-05-12 Oki Electric Ind Co Ltd 化合物半導体太陽電池
JP2011077474A (ja) * 2009-10-02 2011-04-14 Kyocera Corp 光電変換素子および光電変換方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4688068A (en) 1983-07-08 1987-08-18 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Quantum well multijunction photovoltaic cell
US4718947A (en) * 1986-04-17 1988-01-12 Solarex Corporation Superlattice doped layers for amorphous silicon photovoltaic cells
JP3362356B2 (ja) * 1993-03-23 2003-01-07 富士通株式会社 光半導体装置
US6150604A (en) * 1995-12-06 2000-11-21 University Of Houston Quantum well thermophotovoltaic energy converter
JPH10144950A (ja) * 1996-11-15 1998-05-29 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体受光デバイス
US6838705B1 (en) * 1999-03-29 2005-01-04 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US6660928B1 (en) * 2002-04-02 2003-12-09 Essential Research, Inc. Multi-junction photovoltaic cell
US7273798B2 (en) * 2005-08-01 2007-09-25 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Gallium nitride device substrate containing a lattice parameter altering element
US10069026B2 (en) 2005-12-19 2018-09-04 The Boeing Company Reduced band gap absorber for solar cells
US20100229926A1 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 Emcore Solar Power, Inc. Four Junction Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cell with a Single Metamorphic Layer
KR20100084843A (ko) 2009-01-19 2010-07-28 삼성전자주식회사 다중접합 태양전지
US20100282307A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Emcore Solar Power, Inc. Multijunction Solar Cells with Group IV/III-V Hybrid Alloys for Terrestrial Applications

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137769A (ja) * 1990-09-28 1992-05-12 Oki Electric Ind Co Ltd 化合物半導体太陽電池
JP2011077474A (ja) * 2009-10-02 2011-04-14 Kyocera Corp 光電変換素子および光電変換方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.M.ZAHLER: "Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells", NCPV AND SOLAR PROGRAM REVIEW MEETING, 2003, pages 1 - 4, XP055143216 *
See also references of EP2760055A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160118524A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Azur Space Solar Power Gmbh Stacked integrated multi-junction solar cell
JP2016086163A (ja) * 2014-10-23 2016-05-19 アズール スペース ソーラー パワー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＡＺＵＲ ＳＰＡＣＥ Ｓｏｌａｒ Ｐｏｗｅｒ ＧｍｂＨ 統合されたスタック状の多接合太陽電池
US10490683B2 (en) * 2014-10-23 2019-11-26 Azur Space Solar Power Gmbh Stacked integrated multi-junction solar cell
US11251321B2 (en) 2016-02-03 2022-02-15 Soitec Engineered substrate with embedded mirror

Also Published As

Publication number Publication date
EP2760055A4 (en) 2015-07-01
US20140345680A1 (en) 2014-11-27
CN103022057A (zh) 2013-04-03
EP2760055A1 (en) 2014-07-30
JPWO2013042526A1 (ja) 2015-03-26
US9905719B2 (en) 2018-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013042526A1 (ja) 多接合型太陽電池、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体
WO2013042525A1 (ja) 多接合型太陽電池、化合物半導体デバイス、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体
Yamaguchi et al. A review of recent progress in heterogeneous silicon tandem solar cells
Cariou et al. III–V-on-silicon solar cells reaching 33% photoconversion efficiency in two-terminal configuration
Jain et al. III–V multijunction solar cell integration with silicon: Present status, challenges and future outlook
US9722123B2 (en) Solar cell
Toprasertpong et al. Absorption threshold extended to 1.15 eV using InGaAs/GaAsP quantum wells for over‐50%‐efficient lattice‐matched quad‐junction solar cells
US20170271622A1 (en) High efficiency thin film tandem solar cells and other semiconductor devices
US10903376B2 (en) Light receiving/emitting element, solar cell, optical sensor, light emitting diode, and surface emitting laser element
US20080135083A1 (en) Cascade solar cell with amorphous silicon-based solar cell
US20080023059A1 (en) Tandem solar cell structures and methods of manufacturing same
Hossain Design and simulation of double-heterojunction solar cells based on Si and GaAs wafers
Li et al. Silicon heterojunction-based tandem solar cells: past, status, and future prospects
Makita et al. Mechanical stacked GaAs//CuIn1− yGaySe2 three‐junction solar cells with 30% efficiency via an improved bonding interface and area current‐matching technique
US20150287843A1 (en) Solar cell with dielectric layer
Pouladi et al. High‐efficiency flexible III‐V photovoltaic solar cells based on single‐crystal‐like thin films directly grown on metallic tapes
KR20110005444A (ko) 적층형 태양 전지
CN111430384A (zh) 一种太阳能电池组件、叠层太阳能电池及其制作方法
JP2017059656A (ja) 光電変換素子および太陽電池
Lackner et al. Status of four-junction cell development at fraunhofer ISE
Piralaee et al. Nitride/perovskite tandem solar cell with high stability: Analytical study of adjusting current matching condition
WO2023281760A1 (ja) 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
US11888076B2 (en) Solar cell, multi-junction solar cell, solar cell module, and photovoltaic power generation system
WO2023281761A1 (ja) 太陽電池、太陽電池の製造方法、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
US20230420592A1 (en) Solar cell, multi-junction solar cell solar cell module, and photovoltaic power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12833198

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013534653

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14345001

Country of ref document: US