JP2000312017A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法Info
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- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価かつ高変換効率の太陽電池を提供する
【解決手段】 ゲルマニウム（Ｇｅ）基板２１と、この
ゲルマニウム基板２１上に形成されたバッファ層２２，
２３と、このバッファ層２２，２３の上に形成された第
１導電型の第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５と、この第１
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５上にｐｎ接合を構成すべく形
成された第２導電型の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２６と
から少なくともなり、第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ
層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の
範囲の値である太陽電池である。
ゲルマニウム基板２１上に形成されたバッファ層２２，
２３と、このバッファ層２２，２３の上に形成された第
１導電型の第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５と、この第１
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５上にｐｎ接合を構成すべく形
成された第２導電型の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２６と
から少なくともなり、第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ
層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の
範囲の値である太陽電池である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星等の電
源として用いられるような高効率の太陽電池に係り、特
にIII −Ｖ族間化合物半導体（以下において「III −Ｖ
族化合物半導体」と略記する。）を用いた太陽電池及び
その製造方法に関する。
源として用いられるような高効率の太陽電池に係り、特
にIII −Ｖ族間化合物半導体（以下において「III −Ｖ
族化合物半導体」と略記する。）を用いた太陽電池及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】地球の温暖化の問題と関連し、深刻なエ
ネルギー問題に直面している人類にとって、太陽電池
は、化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として注
目されている。しかしながら、太陽電池が実用化できる
か否かはそのコスト・パフォーマンスに依存するところ
極めて大である。即ち、太陽電池においては生産単価を
いかに安くするかは極めて重要な点である。
ネルギー問題に直面している人類にとって、太陽電池
は、化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として注
目されている。しかしながら、太陽電池が実用化できる
か否かはそのコスト・パフォーマンスに依存するところ
極めて大である。即ち、太陽電池においては生産単価を
いかに安くするかは極めて重要な点である。
【０００３】ＧａＡｓ等のIII −Ｖ族化合物半導体を用
いた太陽電池は高効率であるという特徴を有するもの
の、III −Ｖ族化合物半導体基板の価格が極めて高いと
いう問題を内在している。例えば、ＧａＡｓ基板は、大
きさやそのグレードにもよるが、１枚数万円乃至１０万
円以上する極めて高価な半導体基板である。そこで、比
較的安価で、且つ機械的強度の強いＧｅ基板を用い、こ
の上にIII −Ｖ族化合物半導体をヘテロエピタキシャル
成長したIII −Ｖ族化合物半導体太陽電池が注目されて
いる。
いた太陽電池は高効率であるという特徴を有するもの
の、III −Ｖ族化合物半導体基板の価格が極めて高いと
いう問題を内在している。例えば、ＧａＡｓ基板は、大
きさやそのグレードにもよるが、１枚数万円乃至１０万
円以上する極めて高価な半導体基板である。そこで、比
較的安価で、且つ機械的強度の強いＧｅ基板を用い、こ
の上にIII −Ｖ族化合物半導体をヘテロエピタキシャル
成長したIII −Ｖ族化合物半導体太陽電池が注目されて
いる。
【０００４】従来、Ｇｅ基板上にヘテロエピタキシャル
成長したIII −Ｖ族化合物半導体太陽電池としては、Ｇ
ａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキシャル成長太陽電池が知ら
れている。さらに、このＧａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキ
シャル成長太陽電池の上にさらにＧａＡｓに格子整合
し、且つＧａＡｓよりも禁制帯幅Ｅｇが広いＩｎＧａＰ
太陽電池を積層したタンデム構造太陽電池も知られてい
る。ＧａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキシャル成長太陽電池
およびＧａＡｓ／ＩｎＧａＰタンデム構造太陽電池は、
Ｇｅ基板上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等の
方法にてヘテロエピタキシャル成長される。このヘテロ
エピタキシャル成長においては、単元素半導体であるＧ
ｅ基板の表面格子と、ＧａとＡｓからなる表面格子との
間の格子不整合によるアンチフェイズドメイン等の相分
離層の形成が問題となる。このような、相分離層の形成
を回避するために、Ｇｅ基板の表面にＧａＡｓ層を成長
させる際には、先ず、６００℃以下の低温で０．１μｍ
程度の薄さの低温バッファ層を成長させ、さらに通常の
成長温度（７００℃程度）まで昇温し、比較的厚い（２
〜３μｍ）ＧａＡｓバッファ層を成長する。そして、こ
れらの、低温バッファ層及び比較的厚いＧａＡｓバッフ
ァ層を形成してから所望のＧａＡｓ太陽電池を構成する
ために必要な所定の積層構造、或いはＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＰタンデム太陽電池を構成する積層構造を成長する。
成長したIII −Ｖ族化合物半導体太陽電池としては、Ｇ
ａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキシャル成長太陽電池が知ら
れている。さらに、このＧａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキ
シャル成長太陽電池の上にさらにＧａＡｓに格子整合
し、且つＧａＡｓよりも禁制帯幅Ｅｇが広いＩｎＧａＰ
太陽電池を積層したタンデム構造太陽電池も知られてい
る。ＧａＡｓ／Ｇｅヘテロエピタキシャル成長太陽電池
およびＧａＡｓ／ＩｎＧａＰタンデム構造太陽電池は、
Ｇｅ基板上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等の
方法にてヘテロエピタキシャル成長される。このヘテロ
エピタキシャル成長においては、単元素半導体であるＧ
ｅ基板の表面格子と、ＧａとＡｓからなる表面格子との
間の格子不整合によるアンチフェイズドメイン等の相分
離層の形成が問題となる。このような、相分離層の形成
を回避するために、Ｇｅ基板の表面にＧａＡｓ層を成長
させる際には、先ず、６００℃以下の低温で０．１μｍ
程度の薄さの低温バッファ層を成長させ、さらに通常の
成長温度（７００℃程度）まで昇温し、比較的厚い（２
〜３μｍ）ＧａＡｓバッファ層を成長する。そして、こ
れらの、低温バッファ層及び比較的厚いＧａＡｓバッフ
ァ層を形成してから所望のＧａＡｓ太陽電池を構成する
ために必要な所定の積層構造、或いはＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＰタンデム太陽電池を構成する積層構造を成長する。
【０００５】この場合、Ｇｅ／ＧａＡｓヘテロ界面で発
生する転位や欠陥は、上記の薄い低温バッファ層や比較
的厚いＧａＡｓバッファ層により低減されると考えられ
ていた。しかしながら、現実には、良好なＧｅ／ＧａＡ
ｓヘテロエピタキシャル成長は得られていない。即ち、
（ｉ）ＧａＡｓとＧｅの格子定数の違いから生じるミス
フィット転位、（ii）ＧａＡｓとＧｅの熱膨張係数の違
いか冷却中に発生する転位、を除去するのは困難であっ
た。従来、バッファ層として歪み超格子層等が用いら
れ、若干の転位低減の効果が示されたが、大きな改善に
は成らなかった。上記（ｉ）のミスフィット転位は、Ｇ
ｅ基板に対して０．０８％程度の格子不整合率を有する
ＧａＡｓ層の厚さがおよそ０．３〜０．５μｍを超える
厚さになると、内部歪みを緩和するために発生するもの
と考えられる。このため、太陽光を有効に吸収するため
に、２〜３μｍ以上の厚さを必要とするＧａＡｓ太陽電
池層においては、ミスフィット転位の発生を防止するの
は困難である。また、（ii）の成長温度から室温に冷却
する際に発生する転位等は、熱膨張係数の違い（Ｇｅ：
５．５×１０6 Ｋ-1、ＧａＡｓ：６．０×１０6 Ｋ-1）
によるもので発生を完全に防止するのは困難である。
生する転位や欠陥は、上記の薄い低温バッファ層や比較
的厚いＧａＡｓバッファ層により低減されると考えられ
ていた。しかしながら、現実には、良好なＧｅ／ＧａＡ
ｓヘテロエピタキシャル成長は得られていない。即ち、
（ｉ）ＧａＡｓとＧｅの格子定数の違いから生じるミス
フィット転位、（ii）ＧａＡｓとＧｅの熱膨張係数の違
いか冷却中に発生する転位、を除去するのは困難であっ
た。従来、バッファ層として歪み超格子層等が用いら
れ、若干の転位低減の効果が示されたが、大きな改善に
は成らなかった。上記（ｉ）のミスフィット転位は、Ｇ
ｅ基板に対して０．０８％程度の格子不整合率を有する
ＧａＡｓ層の厚さがおよそ０．３〜０．５μｍを超える
厚さになると、内部歪みを緩和するために発生するもの
と考えられる。このため、太陽光を有効に吸収するため
に、２〜３μｍ以上の厚さを必要とするＧａＡｓ太陽電
池層においては、ミスフィット転位の発生を防止するの
は困難である。また、（ii）の成長温度から室温に冷却
する際に発生する転位等は、熱膨張係数の違い（Ｇｅ：
５．５×１０6 Ｋ-1、ＧａＡｓ：６．０×１０6 Ｋ-1）
によるもので発生を完全に防止するのは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
除去するものであり、安価で機械的強度の強いＧｅ基板
上にヘテロエピタキシャル成長した高い変換効率の太陽
電池を提供することを目的とする。
除去するものであり、安価で機械的強度の強いＧｅ基板
上にヘテロエピタキシャル成長した高い変換効率の太陽
電池を提供することを目的とする。
【０００７】また、本発明の他の目的は、安価で機械的
強度が強く、且つ変換効率の高い多接合型太陽電池を提
供することである。
強度が強く、且つ変換効率の高い多接合型太陽電池を提
供することである。
【０００８】本発明のさらに他の目的は、Ｇｅ基板を用
いたヘテロエピタキシャル成長時に、ヘテロエピタキシ
ャル成長層と基板との界面における結晶欠陥や界面近傍
での高抵抗層の生成を回避できる太陽電池の製造方法を
提供することである。
いたヘテロエピタキシャル成長時に、ヘテロエピタキシ
ャル成長層と基板との界面における結晶欠陥や界面近傍
での高抵抗層の生成を回避できる太陽電池の製造方法を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板と、このゲル
マニウム基板上に形成されたバッファ層と、このバッフ
ァ層の上に形成された第１導電型の第１のＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層と、この第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層上にｐｎ接合
を構成すべく形成された第２導電型の第２のＩｎxＧａ
1-xＡｓ層とから少なくともなり、第１及び第２のＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦
０．０１５の範囲の値である太陽電池であることを第１
の特徴とする。ここで、「第１導電型」と「第２導電
型」は互いに反対導電型であり、一方がｎ型ならば他方
はｐ型である。Ｉｎの組成ｘは、好ましくは０．００７
≦ｘ≦０．０１４の範囲の値とすれば良く、ｘ＝０．０
１が最も好ましい。
め、本発明は、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板と、このゲル
マニウム基板上に形成されたバッファ層と、このバッフ
ァ層の上に形成された第１導電型の第１のＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層と、この第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層上にｐｎ接合
を構成すべく形成された第２導電型の第２のＩｎxＧａ
1-xＡｓ層とから少なくともなり、第１及び第２のＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦
０．０１５の範囲の値である太陽電池であることを第１
の特徴とする。ここで、「第１導電型」と「第２導電
型」は互いに反対導電型であり、一方がｎ型ならば他方
はｐ型である。Ｉｎの組成ｘは、好ましくは０．００７
≦ｘ≦０．０１４の範囲の値とすれば良く、ｘ＝０．０
１が最も好ましい。
【００１０】本発明の第１の特徴においては、有効に太
陽光を電気エネルギーに変換するために、第１及び第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層の内の少なくとも一方を２〜３μ
ｍの厚さ、若しくはこれ以上の厚さに形成した場合にお
いても、Ｉｎの組成ｘを０．００５〜０．０１５の割合
で第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層中に添加すること
により、格子不整合率が−０．０５％〜＋０．０５％の
範囲内にできる。Ｉｎの組成ｘを、ｘ＝０．０１とすれ
ば、格子不整合率は、ほぼ零とみなすことが可能な程度
の極僅かな値となる。このように第１及び第２のＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ層の格子定数をＧｅ基板の格子定数に極め
て近い値にして、整合させているので、ヘテロ接合固有
のミスフィット転位の発生を防止することが出来る。ま
た、ＧａＡｓ層にＩｎを添加することにより、熱膨張係
数をＧｅ基板に近づける効果もある。従って、本発明の
第１の特徴により、太陽電池の変換効率を低下させる要
因である転位や欠陥の発生を防止でき、高い変換効率の
太陽電池を安価で機械的強度の強いＧｅ基板上に作製で
きるようになる。
陽光を電気エネルギーに変換するために、第１及び第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層の内の少なくとも一方を２〜３μ
ｍの厚さ、若しくはこれ以上の厚さに形成した場合にお
いても、Ｉｎの組成ｘを０．００５〜０．０１５の割合
で第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層中に添加すること
により、格子不整合率が−０．０５％〜＋０．０５％の
範囲内にできる。Ｉｎの組成ｘを、ｘ＝０．０１とすれ
ば、格子不整合率は、ほぼ零とみなすことが可能な程度
の極僅かな値となる。このように第１及び第２のＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ層の格子定数をＧｅ基板の格子定数に極め
て近い値にして、整合させているので、ヘテロ接合固有
のミスフィット転位の発生を防止することが出来る。ま
た、ＧａＡｓ層にＩｎを添加することにより、熱膨張係
数をＧｅ基板に近づける効果もある。従って、本発明の
第１の特徴により、太陽電池の変換効率を低下させる要
因である転位や欠陥の発生を防止でき、高い変換効率の
太陽電池を安価で機械的強度の強いＧｅ基板上に作製で
きるようになる。
【００１１】本発明の第１の特徴において、バッファ層
を、ＧａＡｓ層と、このＧａＡｓ層の上に形成されたＩ
ｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層から構成することが好ましい。Ｇ
ａＡｓ層からなるバッファ層は、０．１μｍ程度の薄さ
の比較的低温で形成した膜とすることにより、単元素半
導体であるＧｅ基板の表面格子と、ＧａとＡｓからなる
表面格子との間の格子不整合によるアンチフェイズドメ
イン等の相分離層の形成を回避できる。また、Ｉｎの組
成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値のＩｎ
xＧａ1-xＡｓ層からなるバッファ層を形成することによ
り、原子レベルの界面の平坦性と、ＩｎxＧａ1-xＡｓ層
の格子定数とＧｅ基板の格子定数との整合を可能とす
る。ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層の格子不整合率が−
０．０５％〜＋０．０５％の範囲内にできるので、Ｉｎ
xＧａ1-xＡｓバッファ層の厚さを２〜３μｍ以上にして
も、ミスフィット転位や欠陥が発生することもないの
で、この上に結晶の完全性の高い良好な第１及び第２の
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層が成長でき、良好な表面モフォロジ
ーと、高い開放電圧ＶOC及び高い変換効率（発電効率）
ηを得ることが出来る。
を、ＧａＡｓ層と、このＧａＡｓ層の上に形成されたＩ
ｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層から構成することが好ましい。Ｇ
ａＡｓ層からなるバッファ層は、０．１μｍ程度の薄さ
の比較的低温で形成した膜とすることにより、単元素半
導体であるＧｅ基板の表面格子と、ＧａとＡｓからなる
表面格子との間の格子不整合によるアンチフェイズドメ
イン等の相分離層の形成を回避できる。また、Ｉｎの組
成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値のＩｎ
xＧａ1-xＡｓ層からなるバッファ層を形成することによ
り、原子レベルの界面の平坦性と、ＩｎxＧａ1-xＡｓ層
の格子定数とＧｅ基板の格子定数との整合を可能とす
る。ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層の格子不整合率が−
０．０５％〜＋０．０５％の範囲内にできるので、Ｉｎ
xＧａ1-xＡｓバッファ層の厚さを２〜３μｍ以上にして
も、ミスフィット転位や欠陥が発生することもないの
で、この上に結晶の完全性の高い良好な第１及び第２の
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層が成長でき、良好な表面モフォロジ
ーと、高い開放電圧ＶOC及び高い変換効率（発電効率）
ηを得ることが出来る。
【００１２】さらに、本発明の第１の特徴において、上
記のｐｎ接合をボトムセルとし、このボトムセルの上
に、第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層よりも禁制帯幅
Ｅｇの大きな半導体から構成された他のｐｎ接合からな
るトップセルを形成してもよい。このような、多接合型
の太陽電池とすれば、トップセルとボトムセルとで波長
分担することができるので、変換効率（発電効率）ηを
３０％以上の高効率にし、しかも低コストの太陽電池が
提供できる。
記のｐｎ接合をボトムセルとし、このボトムセルの上
に、第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層よりも禁制帯幅
Ｅｇの大きな半導体から構成された他のｐｎ接合からな
るトップセルを形成してもよい。このような、多接合型
の太陽電池とすれば、トップセルとボトムセルとで波長
分担することができるので、変換効率（発電効率）ηを
３０％以上の高効率にし、しかも低コストの太陽電池が
提供できる。
【００１３】さらに、本発明の第１の特徴において、ゲ
ルマニウム基板上に、更に他のｐｎ接合を形成すべくゲ
ルマニウム基板と反対導電型のゲルマニウム層を形成
し、この更に他のｐｎ接合を基板側セルとして、多接合
型太陽電池とすることも可能である。基板側セル、トッ
プセルとボトムセルとで波長分担することにより、さら
に高い変換効率ηを得ることが出来る。第１及び第２の
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層はＧａＡｓより禁制帯幅Ｅｇが小さ
いため、多接合型太陽電池においては、基板側セル、ボ
トムセル、トップセルと順次禁制帯幅Ｅｇが広くなるよ
うに、構成材料を選択することが容易となる。このよう
に、構成材料の選択の自由度を高くし、且つ、実質的な
発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増大できる。
ルマニウム基板上に、更に他のｐｎ接合を形成すべくゲ
ルマニウム基板と反対導電型のゲルマニウム層を形成
し、この更に他のｐｎ接合を基板側セルとして、多接合
型太陽電池とすることも可能である。基板側セル、トッ
プセルとボトムセルとで波長分担することにより、さら
に高い変換効率ηを得ることが出来る。第１及び第２の
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層はＧａＡｓより禁制帯幅Ｅｇが小さ
いため、多接合型太陽電池においては、基板側セル、ボ
トムセル、トップセルと順次禁制帯幅Ｅｇが広くなるよ
うに、構成材料を選択することが容易となる。このよう
に、構成材料の選択の自由度を高くし、且つ、実質的な
発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増大できる。
【００１４】本発明の第２の特徴は、（イ）ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）基板上にＧａＡｓバッファ層をエピタキシャ
ル成長する工程と、（ロ）このＧａＡｓバッファ層の上
にＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層をエピタキシャル成長す
る工程と、（ハ）このＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層の上
に第１導電型の第１のＩｎxＧａ1 -xＡｓ層をエピタキシ
ャル成長する工程と、（ニ）この第１のＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層の上に第２導電型の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層をエ
ピタキシャル成長する工程と、とから少なくともなり、
ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層、第１及び第２のＩｎxＧ
ａ1-xＡｓ層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦
０．０１５の範囲の値である太陽電池の製造方法である
ことである。本発明の第２の特徴に係るエピタキシャル
成長は、ＭＯＣＶＤ法、化学ビーム・エピタキシー（Ｃ
ＢＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、原子層エ
ピタキシー（ＡＬＥ）法あるいは分子層エピタキシー
（ＭＬＥ）法等を用いることが出来る。例えば、ＭＯＣ
ＶＤ法の場合は、ＧａＡｓバッファ層を６００℃程度の
比較的低温で形成すれば、Ｇｅ基板とＧａＡｓバッファ
層との間のアンチフェイズドメイン等の相分離層の形成
を回避できる。また、ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層、第
１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層のエピタキシャル成長
は、ＧａＡｓバッファ層（低温バッファ層）の基板温度
より高い温度、たとえば６５０℃〜７００℃とすればよ
い。
ム（Ｇｅ）基板上にＧａＡｓバッファ層をエピタキシャ
ル成長する工程と、（ロ）このＧａＡｓバッファ層の上
にＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層をエピタキシャル成長す
る工程と、（ハ）このＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層の上
に第１導電型の第１のＩｎxＧａ1 -xＡｓ層をエピタキシ
ャル成長する工程と、（ニ）この第１のＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層の上に第２導電型の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層をエ
ピタキシャル成長する工程と、とから少なくともなり、
ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層、第１及び第２のＩｎxＧ
ａ1-xＡｓ層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦
０．０１５の範囲の値である太陽電池の製造方法である
ことである。本発明の第２の特徴に係るエピタキシャル
成長は、ＭＯＣＶＤ法、化学ビーム・エピタキシー（Ｃ
ＢＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、原子層エ
ピタキシー（ＡＬＥ）法あるいは分子層エピタキシー
（ＭＬＥ）法等を用いることが出来る。例えば、ＭＯＣ
ＶＤ法の場合は、ＧａＡｓバッファ層を６００℃程度の
比較的低温で形成すれば、Ｇｅ基板とＧａＡｓバッファ
層との間のアンチフェイズドメイン等の相分離層の形成
を回避できる。また、ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層、第
１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層のエピタキシャル成長
は、ＧａＡｓバッファ層（低温バッファ層）の基板温度
より高い温度、たとえば６５０℃〜７００℃とすればよ
い。
【００１５】本発明の第２の特徴において、Ｉｎの組成
ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値となるよ
うにすることにより、格子不整合率が−０．０５％〜＋
０．０５％の範囲内にできる。このように第１及び第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層の格子定数をＧｅ基板の格子定数
に極めて近い値にして、整合させているので、ヘテロ接
合固有のミスフィット転位の発生を防止することが出来
る。また、ＧａＡｓ層にＩｎを添加することにより、熱
膨張係数をＧｅ基板に近づける効果もある。従って、本
発明の第２の特徴に係る太陽電池の製造方法より、ヘテ
ロ界面におけるミスフィット転位や欠陥の発生を防止で
き、高い変換効率を有し、しかも安価で機械的強度の強
い太陽電池が製造できるようになる。
ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値となるよ
うにすることにより、格子不整合率が−０．０５％〜＋
０．０５％の範囲内にできる。このように第１及び第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層の格子定数をＧｅ基板の格子定数
に極めて近い値にして、整合させているので、ヘテロ接
合固有のミスフィット転位の発生を防止することが出来
る。また、ＧａＡｓ層にＩｎを添加することにより、熱
膨張係数をＧｅ基板に近づける効果もある。従って、本
発明の第２の特徴に係る太陽電池の製造方法より、ヘテ
ロ界面におけるミスフィット転位や欠陥の発生を防止で
き、高い変換効率を有し、しかも安価で機械的強度の強
い太陽電池が製造できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、
厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実の
ものとは異なることに留意すべきである。したがって、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。また図面相互間においても互いの寸法の関
係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんで
ある。
第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、
厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実の
ものとは異なることに留意すべきである。したがって、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。また図面相互間においても互いの寸法の関
係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんで
ある。
【００１７】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0.01Ａｓ太
陽電池の構造を示す。図１に示すように、本発明の第１
の実施の形態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0.01Ａｓ太
陽電池は、厚さ１５０〜３５０μｍ程度で、［０１１］
方向に５〜９°オフした（１００）面を有するＧｅ基板
２１上に、厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍ以下程度の薄
い低温ＧａＡｓバッファ層２２を介して、厚さ２〜３μ
ｍ程度の比較的厚いＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２
３を堆積し、さらに、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池層
を配置している。Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３
は、ｐ型（Ｚｎドープ）で不純物密度５×１０18ｃｍ-3
の層である。
の実施の形態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0.01Ａｓ太
陽電池の構造を示す。図１に示すように、本発明の第１
の実施の形態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0.01Ａｓ太
陽電池は、厚さ１５０〜３５０μｍ程度で、［０１１］
方向に５〜９°オフした（１００）面を有するＧｅ基板
２１上に、厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍ以下程度の薄
い低温ＧａＡｓバッファ層２２を介して、厚さ２〜３μ
ｍ程度の比較的厚いＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２
３を堆積し、さらに、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池層
を配置している。Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３
は、ｐ型（Ｚｎドープ）で不純物密度５×１０18ｃｍ-3
の層である。
【００１８】一方、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池層
は、下から、ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界（Back S
urface Field）層２４、本発明の第１のＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層となるｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、本
発明の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層となるｎ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓエミッタ層２６、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７お
よびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２が順に堆積さ
れ、構成されている。
は、下から、ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界（Back S
urface Field）層２４、本発明の第１のＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層となるｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、本
発明の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層となるｎ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓエミッタ層２６、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７お
よびＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２が順に堆積さ
れ、構成されている。
【００１９】ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４
は、厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍで、Ｚｎドープの不
純物密度２×１０18ｃｍ-3の層である。ｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓベース層２５は、厚さ２．５μｍ〜３．５μ
ｍで、Ｚｎドープの不純物密度１×１０17ｃｍ-3の層で
ある。ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６は、厚
さ０．０５μｍ〜０．２μｍで、Ｓｉドープの不純物密
度２×１０18ｃｍ-3の層である。また、ｎ型ＡｌＩｎＰ
窓層２７は、厚さ０．０３μｍ〜０．１μｍの層で、Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２は、厚さ０．２μｍ
〜０．５μｍの層である。そして、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓコンタクト層２８の上に表面電極（Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ
／Ａｕ）３０が、凹部の底部に露出したＩｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓバッファ層２３の上に裏面電極（Ａｕ−Ｚｎ／
Ａｕ）２９が配置されている。
は、厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍで、Ｚｎドープの不
純物密度２×１０18ｃｍ-3の層である。ｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓベース層２５は、厚さ２．５μｍ〜３．５μ
ｍで、Ｚｎドープの不純物密度１×１０17ｃｍ-3の層で
ある。ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６は、厚
さ０．０５μｍ〜０．２μｍで、Ｓｉドープの不純物密
度２×１０18ｃｍ-3の層である。また、ｎ型ＡｌＩｎＰ
窓層２７は、厚さ０．０３μｍ〜０．１μｍの層で、Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２は、厚さ０．２μｍ
〜０．５μｍの層である。そして、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓコンタクト層２８の上に表面電極（Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ
／Ａｕ）３０が、凹部の底部に露出したＩｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓバッファ層２３の上に裏面電極（Ａｕ−Ｚｎ／
Ａｕ）２９が配置されている。
【００２０】図１に示すようなｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓエミッタ層２６およびｐ型Ｉｎ0. 01Ｇａ0.99Ａｓベー
ス層２５からなるｐｎ接合半導体太陽電池においては、
ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６を光入射側と
し、その下層のｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５
で吸収された光子は１対の正孔−電子を生成し、このう
ち少数キャリヤである電子は拡散で移動し、ｐ−ｎ界面
の空乏層まで到達すると空乏層の大きな電界によってｎ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６に流れ込み、電
流となる。ところがｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層
２５で生じた電子のうちには拡散によって裏面電極２９
に入り込むものもあり、それらはもはやｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓベース層２５に戻ることはできず、いずれ多
数キャリヤである正孔と結合し消滅して、電流とはなら
ない。このような裏面再結合損失を防ぐために、ｐ型Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５で生じた少数キャリヤ
（電子）をなるべく裏面電極２９に近付けないようにｐ
型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４がｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓベース層２５の下に設けてある。ｐ型ＩｎＧａＰ裏面
電界層２４はｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５で
生じた少数キャリヤに対してバンド障壁として作用す
る。裏面電界ベース層としては、ベース層材料のＩｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓよりも禁制帯幅Ｅｇが大きく、同じく
少数キャリヤに対して障壁となるＩｎＧａＰが用いられ
る。このような裏面電界層によってｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓベース層２５の伝導帯が裏面電界層２４との界
面で急激に上昇し、少数キャリヤである電子はこの障壁
によって跳ね返され、それ以上奥には行かない。なお、
ベース層２５と同じ材料のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓでドー
ピング濃度を高くして少数キャリヤに対して障壁となる
ようにしても良いが、この方法で、少数キャリヤに対し
て十分な障壁を得るためには、裏面電界層のドーピング
濃度をきわめて高くする必要がある。このことは、単一
接合型太陽電池の場合にはあまり問題とならないが、高
出力電圧を得るために太陽電池を直列（タンデム）接続
した積層型の太陽電池の上部セル裏面電界層として高濃
度ドーピング層を用いた場合、その層で高濃度多数キャ
リヤによる赤外光吸収が起き、大きなエネルギー損失と
なるので好ましくない。
ｓエミッタ層２６およびｐ型Ｉｎ0. 01Ｇａ0.99Ａｓベー
ス層２５からなるｐｎ接合半導体太陽電池においては、
ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６を光入射側と
し、その下層のｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５
で吸収された光子は１対の正孔−電子を生成し、このう
ち少数キャリヤである電子は拡散で移動し、ｐ−ｎ界面
の空乏層まで到達すると空乏層の大きな電界によってｎ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６に流れ込み、電
流となる。ところがｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層
２５で生じた電子のうちには拡散によって裏面電極２９
に入り込むものもあり、それらはもはやｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓベース層２５に戻ることはできず、いずれ多
数キャリヤである正孔と結合し消滅して、電流とはなら
ない。このような裏面再結合損失を防ぐために、ｐ型Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５で生じた少数キャリヤ
（電子）をなるべく裏面電極２９に近付けないようにｐ
型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４がｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓベース層２５の下に設けてある。ｐ型ＩｎＧａＰ裏面
電界層２４はｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５で
生じた少数キャリヤに対してバンド障壁として作用す
る。裏面電界ベース層としては、ベース層材料のＩｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓよりも禁制帯幅Ｅｇが大きく、同じく
少数キャリヤに対して障壁となるＩｎＧａＰが用いられ
る。このような裏面電界層によってｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓベース層２５の伝導帯が裏面電界層２４との界
面で急激に上昇し、少数キャリヤである電子はこの障壁
によって跳ね返され、それ以上奥には行かない。なお、
ベース層２５と同じ材料のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓでドー
ピング濃度を高くして少数キャリヤに対して障壁となる
ようにしても良いが、この方法で、少数キャリヤに対し
て十分な障壁を得るためには、裏面電界層のドーピング
濃度をきわめて高くする必要がある。このことは、単一
接合型太陽電池の場合にはあまり問題とならないが、高
出力電圧を得るために太陽電池を直列（タンデム）接続
した積層型の太陽電池の上部セル裏面電界層として高濃
度ドーピング層を用いた場合、その層で高濃度多数キャ
リヤによる赤外光吸収が起き、大きなエネルギー損失と
なるので好ましくない。
【００２１】図８は図１に示す本発明の第１の実施の形
態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0. 01Ａｓ太陽電池と比
較するためのＧａＡｓ太陽電池の構造を示す。Ｇｅ基板
２１上の第１層には、図１と同様な低温ＧａＡｓバッフ
ァ層２２が０．１μｍ配置され、その上に、比較的厚い
（２〜３μｍ）ＧａＡｓバッファ層１３（ｐ型Ｚｎドー
プ５×１０18ｃｍ-3）が配置されている。そして、Ｇａ
Ａｓバッファ層１３のうえに、ＧａＡｓ太陽電池層を配
置している。ＧａＡｓ太陽電池層は、下からｐ型Ｉｎ
0.48Ｇａ0.52Ｐ裏面電界層１４（Ｚｎドープ２×１０18
ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＡｓベース層１５（Ｚｎドープ１×
１０17ｃｍ-3）、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層１６（Ｓｉド
ープ２×１０18ｃｍ-3）、および、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層
２７から構成される。また、図１と同様に、表面電極３
０（Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ）がＧａＡｓコンタクト層
１８上に、裏面電極２９（Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ）が、Ｇａ
Ａｓバッファ層１３上に配置されている。
態に係る単一接合型Ｇａ0.99Ｉｎ0. 01Ａｓ太陽電池と比
較するためのＧａＡｓ太陽電池の構造を示す。Ｇｅ基板
２１上の第１層には、図１と同様な低温ＧａＡｓバッフ
ァ層２２が０．１μｍ配置され、その上に、比較的厚い
（２〜３μｍ）ＧａＡｓバッファ層１３（ｐ型Ｚｎドー
プ５×１０18ｃｍ-3）が配置されている。そして、Ｇａ
Ａｓバッファ層１３のうえに、ＧａＡｓ太陽電池層を配
置している。ＧａＡｓ太陽電池層は、下からｐ型Ｉｎ
0.48Ｇａ0.52Ｐ裏面電界層１４（Ｚｎドープ２×１０18
ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＡｓベース層１５（Ｚｎドープ１×
１０17ｃｍ-3）、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層１６（Ｓｉド
ープ２×１０18ｃｍ-3）、および、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層
２７から構成される。また、図１と同様に、表面電極３
０（Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ）がＧａＡｓコンタクト層
１８上に、裏面電極２９（Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ）が、Ｇａ
Ａｓバッファ層１３上に配置されている。
【００２２】図２（ａ）は図８に示した比較用のＧａＡ
ｓ太陽電池の表面モフォロジーを、図２（ｃ）は本発明
によるＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の表面モフォロジ
ーを示す。図２（ａ）に示すように、比較用のＧａＡｓ
太陽電池の表面にはミスフィット転位に起因する格子状
のうねり模様が観察されるが、本発明によるＩｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓ太陽電池の表面には格子状のうねり模様は観
察されなかった。
ｓ太陽電池の表面モフォロジーを、図２（ｃ）は本発明
によるＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の表面モフォロジ
ーを示す。図２（ａ）に示すように、比較用のＧａＡｓ
太陽電池の表面にはミスフィット転位に起因する格子状
のうねり模様が観察されるが、本発明によるＩｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓ太陽電池の表面には格子状のうねり模様は観
察されなかった。
【００２３】図２（ｂ）はｘ＝０．００７の場合の表面
モフォロジーであり、図２（ｄ）および（ｅ）はそれぞ
れｘ＝０．０１４およびｘ＝０．０２の場合の表面モフ
ォロジーである。格子不整合率はｘ＝０において−０．
０８％，ｘ＝０．００７において−０．０３％，ｘ＝
０．０１において０％，ｘ＝０．０１４において＋０．
０５％，ｘ＝０．０２において＋０．１０％である。Ｉ
ｎ組成ｘが、０．００７≦ｘ≦０．０１４の範囲におい
て良好な表面モフォロジーが得られることがわかる。よ
り詳細な検討によれば、第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５
及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２６中のＩｎの組成ｘ
が、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値で、良好な
表面モフォロジーが得られることがわかる。
モフォロジーであり、図２（ｄ）および（ｅ）はそれぞ
れｘ＝０．０１４およびｘ＝０．０２の場合の表面モフ
ォロジーである。格子不整合率はｘ＝０において−０．
０８％，ｘ＝０．００７において−０．０３％，ｘ＝
０．０１において０％，ｘ＝０．０１４において＋０．
０５％，ｘ＝０．０２において＋０．１０％である。Ｉ
ｎ組成ｘが、０．００７≦ｘ≦０．０１４の範囲におい
て良好な表面モフォロジーが得られることがわかる。よ
り詳細な検討によれば、第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２５
及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層２６中のＩｎの組成ｘ
が、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値で、良好な
表面モフォロジーが得られることがわかる。
【００２４】図３は、図８に示した比較用のＧａＡｓ太
陽電池（従来技術）および図１の本発明によるＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の分光感度特性を示す。図３の分
光感度特性の比較より、ＧａＡｓにＩｎを添加し、Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓとすることで、禁制帯幅Ｅｇは、１．
４２ｅＶから１．４０ｅＶに変化するため、光吸収端は
８７３ｎｍから８８５ｎｍに変化し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓ太陽電池は、より長波長側で感度を持つようになる
ことがわかる。
陽電池（従来技術）および図１の本発明によるＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の分光感度特性を示す。図３の分
光感度特性の比較より、ＧａＡｓにＩｎを添加し、Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓとすることで、禁制帯幅Ｅｇは、１．
４２ｅＶから１．４０ｅＶに変化するため、光吸収端は
８７３ｎｍから８８５ｎｍに変化し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓ太陽電池は、より長波長側で感度を持つようになる
ことがわかる。
【００２５】図４（ａ）は、図８の比較用のＧａＡｓ太
陽電池（従来技術）および図１の本発明によるＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の光照射下での電流電圧特性を示
す。そして、図４（ｂ）は従来技術に係るＧａＡｓ太陽
電池と第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太
陽電池の特性を比較する表である。図４（ｂ）に示すよ
うに、ＧａＡｓ太陽電池の短絡電流ＪSCは、２２．１２
ｍＡ／ｃｍ2であるのに対しＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽
電池の短絡電流ＪSCは、２３．０１ｍＡ／ｃｍ2であ
り、本発明の第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓ太陽電池の構造の採用により、短絡電流ＪSCが約１
ｍＡ／ｃｍ2 程度増加することが理解できる。また、曲
線因子（フィルファクタ）は８０．９％から８３．３１
％に増大している。
陽電池（従来技術）および図１の本発明によるＩｎ0.01
Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の光照射下での電流電圧特性を示
す。そして、図４（ｂ）は従来技術に係るＧａＡｓ太陽
電池と第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太
陽電池の特性を比較する表である。図４（ｂ）に示すよ
うに、ＧａＡｓ太陽電池の短絡電流ＪSCは、２２．１２
ｍＡ／ｃｍ2であるのに対しＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽
電池の短絡電流ＪSCは、２３．０１ｍＡ／ｃｍ2であ
り、本発明の第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓ太陽電池の構造の採用により、短絡電流ＪSCが約１
ｍＡ／ｃｍ2 程度増加することが理解できる。また、曲
線因子（フィルファクタ）は８０．９％から８３．３１
％に増大している。
【００２６】ここで、注目すべき点は、図４において、
ＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCが０．９８３Ｖである
のに対し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の開放電圧Ｖ
OCが０．９９７Ｖであり、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電
池の開放電圧ＶOCがＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCよ
り向上している点である。これこそ、本発明による顕著
な効果である。
ＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCが０．９８３Ｖである
のに対し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の開放電圧Ｖ
OCが０．９９７Ｖであり、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電
池の開放電圧ＶOCがＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCよ
り向上している点である。これこそ、本発明による顕著
な効果である。
【００２７】Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＡｓはＧａＡｓより禁制
帯幅Ｅｇが小さいため、理論上の開放電圧ＶOCはＧａＡ
ｓの方が大きくなるはずである。この理論上の予測に反
して、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の開放電圧Ｖ
OCが、ＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCより向上した理
由を説明するためには、結晶学的原因を考慮しなければ
ならない。即ち、従来技術に係るＧａＡｓ太陽電池はミ
スフィット転位が多く、開放電圧ＶOCが低かったが、本
発明の第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太
陽電池はミスフィット転位が顕著に減少しているため、
禁制帯幅Ｅｇが小さくなったにもかかわらず、その開放
電圧ＶOCが向上していると考えることが出来る。実際、
Ｇｅ上に作製されたＧａＡｓ太陽電池層には、図２
（ａ）に示した表面モフォロジーからもわかるように、
ミスフィット転位が存在し、開放電圧ＶOCが低下する要
因となっている。一方、Ｇｅ上のＩｎ組成ｘが、０．０
０７≦ｘ≦０．０１４の範囲のＩｎxＧａ1-xＡｓ太陽電
池の場合、図２（ｂ）乃至（ｄ）に示すような良好な表
面モフォロジーが得られ、転位が殆ど存在しない。即
ち、Ｇｅ上のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池において
は、良好な結晶性が得られているため、高い開放電圧Ｖ
OCが得られたものと考えられる。結果として、Ｇｅ基板
上に作製したＧａＡｓ太陽電池（反射防止膜形成せず）
の変換効率ηは１７．６％であったが、ＧａＡｓにＩｎ
を添加したＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池では変換効率
η１９．１％が得られた。
帯幅Ｅｇが小さいため、理論上の開放電圧ＶOCはＧａＡ
ｓの方が大きくなるはずである。この理論上の予測に反
して、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の開放電圧Ｖ
OCが、ＧａＡｓ太陽電池の開放電圧ＶOCより向上した理
由を説明するためには、結晶学的原因を考慮しなければ
ならない。即ち、従来技術に係るＧａＡｓ太陽電池はミ
スフィット転位が多く、開放電圧ＶOCが低かったが、本
発明の第１の実施の形態に係るＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太
陽電池はミスフィット転位が顕著に減少しているため、
禁制帯幅Ｅｇが小さくなったにもかかわらず、その開放
電圧ＶOCが向上していると考えることが出来る。実際、
Ｇｅ上に作製されたＧａＡｓ太陽電池層には、図２
（ａ）に示した表面モフォロジーからもわかるように、
ミスフィット転位が存在し、開放電圧ＶOCが低下する要
因となっている。一方、Ｇｅ上のＩｎ組成ｘが、０．０
０７≦ｘ≦０．０１４の範囲のＩｎxＧａ1-xＡｓ太陽電
池の場合、図２（ｂ）乃至（ｄ）に示すような良好な表
面モフォロジーが得られ、転位が殆ど存在しない。即
ち、Ｇｅ上のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池において
は、良好な結晶性が得られているため、高い開放電圧Ｖ
OCが得られたものと考えられる。結果として、Ｇｅ基板
上に作製したＧａＡｓ太陽電池（反射防止膜形成せず）
の変換効率ηは１７．６％であったが、ＧａＡｓにＩｎ
を添加したＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池では変換効率
η１９．１％が得られた。
【００２８】本発明の第１の実施の形態に係る単一接合
型太陽電池は以下に示すような製造方法で製造できる。
型太陽電池は以下に示すような製造方法で製造できる。
【００２９】（ａ）まず、６００℃程度の比較的低温
で、ＭＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法ある
いはＭＬＥ法等を用いて、Ｇｅ基板２１の上に低温バッ
ファ層２２を堆積する。たとえば、ＭＯＣＶＤは常圧Ｍ
ＯＣＶＤでも減圧ＭＯＣＶＤでも可能であるが、望まし
くは、たとえば６．７〜１０ｋＰａに保持された減圧Ｍ
ＯＣＶＤ法、さらに望ましくは縦型減圧ＭＯＣＶＤ法に
よるのがよい。III 族の原料ガスとしてはトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）な
ど、Ｖ族の原料ガスとしてはアルシン（ＡｓＨ3 ）或い
はターシャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）Ａｓ
Ｈ2 ；ＴＢＡ）などを用いればよい。
で、ＭＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法ある
いはＭＬＥ法等を用いて、Ｇｅ基板２１の上に低温バッ
ファ層２２を堆積する。たとえば、ＭＯＣＶＤは常圧Ｍ
ＯＣＶＤでも減圧ＭＯＣＶＤでも可能であるが、望まし
くは、たとえば６．７〜１０ｋＰａに保持された減圧Ｍ
ＯＣＶＤ法、さらに望ましくは縦型減圧ＭＯＣＶＤ法に
よるのがよい。III 族の原料ガスとしてはトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）な
ど、Ｖ族の原料ガスとしてはアルシン（ＡｓＨ3 ）或い
はターシャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）Ａｓ
Ｈ2 ；ＴＢＡ）などを用いればよい。
【００３０】（ｂ）次に、低温バッファ層２２の上に、
ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３、ｐ型ＩｎＧ
ａＰ表面電界層２４、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース
層２５、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６、ｎ
型ＡｌＩｎＰ窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコン
タクト層２８の多層連続エピタキシャル成長を行う。こ
の多層連続エピタキシャル成長は、上記と同様に、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＣＢＥ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法あるいはＭＬ
Ｅ法等を用いれば良い。たとえば、上記の低温バッファ
層２の成長と同じ、２６．７〜１０ｋＰａに保持された
縦型減圧ＭＯＣＶＤ法によればよい。Ｉｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓバッファ層２３、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２
５、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６を成長するた
めには、III 族の原料ガスとしてはトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ：Ｉｎ（ＣＨ3）3）及びＴＥＧなど、Ｖ族の
原料ガスとしてはＡｓＨ3、ＴＢＡなどを用いればよ
い。Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４を成長するため
には、III 族の原料ガスとしてＴＭＩ及びＴＥＧなど、
Ｖ族の原料ガスとしてはフォスフィン（ＰＨ3）或いは
ターシャリー・ブチル・フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）Ｐ
Ｈ2 ；ＴＢＰ）などを用いればよい。また、ＡｌＩｎＰ
窓層２７を成長するためには、III 族の原料ガスとし
て、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3）、ＴＭＩなど、Ｖ族の原料ガスとしてＰＨ3或
いはＴＢＰなどを用いればよい。さらに、ｎ型のドーパ
ントガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳ
ｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよい
が、モノシランが好ましい。ｐ型のドーパントガスとし
てはジェチル亜鉛（ＤＥＺｎ）あるいはＴＭＧからのカ
ーボンを用いてもよい。これらの原料ガスおよびドーパ
ントガスはマスフローコントローラ等を用いて６．７ｋ
Ｐａ〜１０ｋＰａの減圧に制御された反応管中に導入さ
れる。Ｖ族の原料ガスとIII 族の原料ガスとの比、いわ
ゆるＶ／III 比は、たとえば２０〜２００程度で行えば
よい。成長時の基板温度は、低温バッファ層２２の基板
温度より高い温度、たとえば６５０℃〜７００℃とすれ
ばよい。特に、図４に示したように高いＦＦの値を得る
ためには、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、ｎ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６等の連続エピタ
キシャル成長の基板温度は７００℃が好ましい。
ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３、ｐ型ＩｎＧ
ａＰ表面電界層２４、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース
層２５、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６、ｎ
型ＡｌＩｎＰ窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコン
タクト層２８の多層連続エピタキシャル成長を行う。こ
の多層連続エピタキシャル成長は、上記と同様に、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＣＢＥ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法あるいはＭＬ
Ｅ法等を用いれば良い。たとえば、上記の低温バッファ
層２の成長と同じ、２６．７〜１０ｋＰａに保持された
縦型減圧ＭＯＣＶＤ法によればよい。Ｉｎ0.01Ｇａ0.99
Ａｓバッファ層２３、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２
５、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６を成長するた
めには、III 族の原料ガスとしてはトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ：Ｉｎ（ＣＨ3）3）及びＴＥＧなど、Ｖ族の
原料ガスとしてはＡｓＨ3、ＴＢＡなどを用いればよ
い。Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４を成長するため
には、III 族の原料ガスとしてＴＭＩ及びＴＥＧなど、
Ｖ族の原料ガスとしてはフォスフィン（ＰＨ3）或いは
ターシャリー・ブチル・フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）Ｐ
Ｈ2 ；ＴＢＰ）などを用いればよい。また、ＡｌＩｎＰ
窓層２７を成長するためには、III 族の原料ガスとし
て、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3）、ＴＭＩなど、Ｖ族の原料ガスとしてＰＨ3或
いはＴＢＰなどを用いればよい。さらに、ｎ型のドーパ
ントガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳ
ｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよい
が、モノシランが好ましい。ｐ型のドーパントガスとし
てはジェチル亜鉛（ＤＥＺｎ）あるいはＴＭＧからのカ
ーボンを用いてもよい。これらの原料ガスおよびドーパ
ントガスはマスフローコントローラ等を用いて６．７ｋ
Ｐａ〜１０ｋＰａの減圧に制御された反応管中に導入さ
れる。Ｖ族の原料ガスとIII 族の原料ガスとの比、いわ
ゆるＶ／III 比は、たとえば２０〜２００程度で行えば
よい。成長時の基板温度は、低温バッファ層２２の基板
温度より高い温度、たとえば６５０℃〜７００℃とすれ
ばよい。特に、図４に示したように高いＦＦの値を得る
ためには、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、ｎ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６等の連続エピタ
キシャル成長の基板温度は７００℃が好ましい。
【００３１】（ｃ）次に、このように連続エピタキシャ
ル成長による多層構造を堆積したＧｅ基板２１を反応管
より取り出し、リフトオフのためのフォトレジストを塗
布し、フォトリソグラフィーにより所定のパターンを形
成し、その上からＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜を真空蒸着
する。たとえば１００ｎｍのＡｕ−Ｇｅ（１２ｗｔ
％）、２０ｎｍのＮｉ、７０ｎｍのＡｕ膜をＥＢ蒸着法
にて形成する。その後フォトレジストを除去すれば、図
１に示すように表面電極３０のパターンが形成される。
平面図を省略しているが上部電極は櫛状のストライプ等
有効に太陽光が導入できる所定の平面パターン形状にす
ればよい。リフトオフ法を用いず、通常のフォトリソグ
ラフィーで、ＫＩ／Ｉ2 溶液等のエッチャントでエッチ
ングしても図１に示す表面電極３０のパターンは得られ
るが、リフトオフ法の方が簡便である。その後、水素ガ
ス（Ｈ2 ）雰囲気中あるいは窒素ガス（Ｎ2 ）等の不活
性ガス雰囲気中で３５０〜４５０℃等の基板温度で電極
のシンタリングを行う。たとえば、３５０℃で数秒程度
のシンタリングが好ましい。この上にＡｕメッキ層を電
解メッキを用いて選択的に形成し、表面電極３０を完成
させる。
ル成長による多層構造を堆積したＧｅ基板２１を反応管
より取り出し、リフトオフのためのフォトレジストを塗
布し、フォトリソグラフィーにより所定のパターンを形
成し、その上からＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜を真空蒸着
する。たとえば１００ｎｍのＡｕ−Ｇｅ（１２ｗｔ
％）、２０ｎｍのＮｉ、７０ｎｍのＡｕ膜をＥＢ蒸着法
にて形成する。その後フォトレジストを除去すれば、図
１に示すように表面電極３０のパターンが形成される。
平面図を省略しているが上部電極は櫛状のストライプ等
有効に太陽光が導入できる所定の平面パターン形状にす
ればよい。リフトオフ法を用いず、通常のフォトリソグ
ラフィーで、ＫＩ／Ｉ2 溶液等のエッチャントでエッチ
ングしても図１に示す表面電極３０のパターンは得られ
るが、リフトオフ法の方が簡便である。その後、水素ガ
ス（Ｈ2 ）雰囲気中あるいは窒素ガス（Ｎ2 ）等の不活
性ガス雰囲気中で３５０〜４５０℃等の基板温度で電極
のシンタリングを行う。たとえば、３５０℃で数秒程度
のシンタリングが好ましい。この上にＡｕメッキ層を電
解メッキを用いて選択的に形成し、表面電極３０を完成
させる。
【００３２】（ｄ）次に表面電極３０をマスクとして用
いてｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２８をエッ
チングし、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７を露出させる。さら
にこの露出したｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７および表面電極
３０の上にＣＶＤ法により厚さ０．３μｍ〜１μｍのシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）を堆積する。そして、この
ＳｉＯ2 膜の上にフォトレジストを塗布し、裏面電極２
９を取り出し用凹部を形成するための開口部を有したパ
ターンを形成する。このフォトレジストをマスクとして
ＳｉＯ2 膜を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によ
りパターニングし、裏面電極２９取り出し用凹部のエッ
チングマスクを形成する（あるいはＳｉＯ2 膜を用いず
にフォトレジストのマスクのみでもよい）。そしてこの
ＳｉＯ2膜又はフォトレジストをマスクとしてＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ溶液（たとえば１：１：１０また
は２：１：５０溶液）及びＨＣｌ溶液を用いて、ｎ−Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２８、ｎ型ＡｌＩｎＰ
窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６、
ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、ｐ型ＩｎＧａ
Ｐ裏面電界層２４をエッチング除去し、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓバッファ層２３の一部を露出させる。ｐ型Ｉ
ｎＧａＰ裏面電界層２４はエッチングストッパーとして
機能し、ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏの溶液のエッチ
ングによりｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４が露出する。
あるいはＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 等のエッチングガスを用
いてＲＩＥ法でエッチングしてもよい。さらにハロゲン
化水素系のエッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ，ＨＣｌ：Ｈ
3 ＰＯ4 ，ＨＢｒ：Ｈ2 ＯまたはＨＢｒ：Ｈ3 ＰＯ
4 等）を用いてｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４を選択的
にエッチングする。このハロゲン化水素系のエッチャン
トによるエッチングではｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッ
ファ層２３はエッチングストッパーとして機能し、ｐ型
Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３が露出する。ｐ型
ＩｎＧａＰ裏面電界層２４のエッチングのためにはｐ型
裏面電界層２４の上部にエッチング用マスクパターンを
フォトリソグラフィー法で形成する方法を用いてもよ
い。あるいはフォトリソグラフィ法を用いずに、凹部側
壁のサイドウォールを形成し、自己整合的にエッチング
してもよい。
いてｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２８をエッ
チングし、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７を露出させる。さら
にこの露出したｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７および表面電極
３０の上にＣＶＤ法により厚さ０．３μｍ〜１μｍのシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）を堆積する。そして、この
ＳｉＯ2 膜の上にフォトレジストを塗布し、裏面電極２
９を取り出し用凹部を形成するための開口部を有したパ
ターンを形成する。このフォトレジストをマスクとして
ＳｉＯ2 膜を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によ
りパターニングし、裏面電極２９取り出し用凹部のエッ
チングマスクを形成する（あるいはＳｉＯ2 膜を用いず
にフォトレジストのマスクのみでもよい）。そしてこの
ＳｉＯ2膜又はフォトレジストをマスクとしてＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ溶液（たとえば１：１：１０また
は２：１：５０溶液）及びＨＣｌ溶液を用いて、ｎ−Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層２８、ｎ型ＡｌＩｎＰ
窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６、
ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５、ｐ型ＩｎＧａ
Ｐ裏面電界層２４をエッチング除去し、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ａｓバッファ層２３の一部を露出させる。ｐ型Ｉ
ｎＧａＰ裏面電界層２４はエッチングストッパーとして
機能し、ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏの溶液のエッチ
ングによりｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４が露出する。
あるいはＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 等のエッチングガスを用
いてＲＩＥ法でエッチングしてもよい。さらにハロゲン
化水素系のエッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ，ＨＣｌ：Ｈ
3 ＰＯ4 ，ＨＢｒ：Ｈ2 ＯまたはＨＢｒ：Ｈ3 ＰＯ
4 等）を用いてｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４を選択的
にエッチングする。このハロゲン化水素系のエッチャン
トによるエッチングではｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッ
ファ層２３はエッチングストッパーとして機能し、ｐ型
Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３が露出する。ｐ型
ＩｎＧａＰ裏面電界層２４のエッチングのためにはｐ型
裏面電界層２４の上部にエッチング用マスクパターンを
フォトリソグラフィー法で形成する方法を用いてもよ
い。あるいはフォトリソグラフィ法を用いずに、凹部側
壁のサイドウォールを形成し、自己整合的にエッチング
してもよい。
【００３３】（ｅ）次に裏面電極２９用のＡｕ−Ｚｎ膜
をリフトオフ法を用いて所定部分にのみ真空蒸着する。
ｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４をエッチングする際に用
いたフォトレジスト等をリフトオフ用のマスクパターン
として再び用いてもよい。Ａｕ−Ｚｎ膜を所定部分に形
成後、Ａｕメッキ膜を選択メッキ法（電解メッキ）によ
りＡｕ−Ｚｎ膜の上部のみに堆積し裏面電極２９を完成
させる。
をリフトオフ法を用いて所定部分にのみ真空蒸着する。
ｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４をエッチングする際に用
いたフォトレジスト等をリフトオフ用のマスクパターン
として再び用いてもよい。Ａｕ−Ｚｎ膜を所定部分に形
成後、Ａｕメッキ膜を選択メッキ法（電解メッキ）によ
りＡｕ−Ｚｎ膜の上部のみに堆積し裏面電極２９を完成
させる。
【００３４】上記の製造工程において、さらに、ｎ型Ａ
ｌＩｎＰ窓層２７の上にリフトオフ法を用いてＺｎＳ膜
およびＭｇＦ2 膜をスパッタリングもしくは真空蒸着に
より堆積し反射防止膜を形成してもよい。本発明の第１
の実施の形態に係る太陽電池は基板裏面に電極を形成し
ていない。したがって図１に示す構造の太陽電極にカバ
ーガラス装着後、精密な制御を用いなくてもセル裏面の
研磨やエッチングによる除去が可能である。またセル裏
面の除去後に裏面電極を形成する工程等のプロセスを必
要としないため、軽量化のための工程が容易の構造であ
り、宇宙用の太陽電池として好適である。
ｌＩｎＰ窓層２７の上にリフトオフ法を用いてＺｎＳ膜
およびＭｇＦ2 膜をスパッタリングもしくは真空蒸着に
より堆積し反射防止膜を形成してもよい。本発明の第１
の実施の形態に係る太陽電池は基板裏面に電極を形成し
ていない。したがって図１に示す構造の太陽電極にカバ
ーガラス装着後、精密な制御を用いなくてもセル裏面の
研磨やエッチングによる除去が可能である。またセル裏
面の除去後に裏面電極を形成する工程等のプロセスを必
要としないため、軽量化のための工程が容易の構造であ
り、宇宙用の太陽電池として好適である。
【００３５】なお、基板裏面に電極を形成しても良い。
ｐ型Ｇｅに対する電極材料としては、インジウム（Ｉ
ｎ）等、ｎ型Ｇｅに対する電極材料としては、Ａｕ−Ｇ
ｅ等を用いることができる。この場合は、表面側にパタ
ーニングするフォトリソグラフィー工程を省略出来る利
点がある。
ｐ型Ｇｅに対する電極材料としては、インジウム（Ｉ
ｎ）等、ｎ型Ｇｅに対する電極材料としては、Ａｕ−Ｇ
ｅ等を用いることができる。この場合は、表面側にパタ
ーニングするフォトリソグラフィー工程を省略出来る利
点がある。
【００３６】（第２の実施の形態）図５は本発明の第２
の実施の形態に係る多接合型太陽電池の模式的な断面図
である。１つのｐｎ接合のみを有したいわゆる単一接合
型太陽電池の変換効率（発電効率）は、その半導体材料
の禁制帯幅Ｅｇによって決まるある理論限界を持つ。こ
のため、どのような半導体材料を用いても地上での太陽
光照射条件下では、３０％程度の変換効率（発電効率）
が限界であろうということが判明している。したがっ
て、単一接合型太陽電池よりも高い変換効率（発電効
率）を得ることを目的として異なる波長特性を有した２
個以上の太陽電池を積層した種々の多接合型太陽電池が
考案されている。
の実施の形態に係る多接合型太陽電池の模式的な断面図
である。１つのｐｎ接合のみを有したいわゆる単一接合
型太陽電池の変換効率（発電効率）は、その半導体材料
の禁制帯幅Ｅｇによって決まるある理論限界を持つ。こ
のため、どのような半導体材料を用いても地上での太陽
光照射条件下では、３０％程度の変換効率（発電効率）
が限界であろうということが判明している。したがっ
て、単一接合型太陽電池よりも高い変換効率（発電効
率）を得ることを目的として異なる波長特性を有した２
個以上の太陽電池を積層した種々の多接合型太陽電池が
考案されている。
【００３７】多接合型太陽電池の最も簡単なものが２接
合（タンデム型）太陽電池である。２接合太陽電池は、
光の入射してくる側の太陽電池（トップセル）と反対側
の太陽電池（ボトムセル）の２つの太陽電池が重ねられ
た構成であり、一般にトップセルの半導体材料の禁制帯
幅Ｅｇ1 はボトムセルの半導体材料の禁制帯幅Ｅｇ2よ
りも大きく設定されている。トップセルでＥｇ1 よりも
大きなエネルギーを持つ光子を吸収し、トップセルを透
過してきた光のＥｇ2 とＥｇ1 の間のエネルギーを持つ
光子をボトムセルで吸収させようとするためである。Ｅ
ｇ2 とＥｇ1 組み合わせを適当に選択することにより、
高い変換効率（発電効率）を実現できる。
合（タンデム型）太陽電池である。２接合太陽電池は、
光の入射してくる側の太陽電池（トップセル）と反対側
の太陽電池（ボトムセル）の２つの太陽電池が重ねられ
た構成であり、一般にトップセルの半導体材料の禁制帯
幅Ｅｇ1 はボトムセルの半導体材料の禁制帯幅Ｅｇ2よ
りも大きく設定されている。トップセルでＥｇ1 よりも
大きなエネルギーを持つ光子を吸収し、トップセルを透
過してきた光のＥｇ2 とＥｇ1 の間のエネルギーを持つ
光子をボトムセルで吸収させようとするためである。Ｅ
ｇ2 とＥｇ1 組み合わせを適当に選択することにより、
高い変換効率（発電効率）を実現できる。
【００３８】図５に示すように本発明の第２の実施の形
態に係る多接合型太陽電池層２は、厚さ１５０〜３５０
μｍ程度で、５〜９°オフした（１００）面のＧｅ基板
２１上に、厚さ０．１μｍの低温ＧａＡｓバッファ層２
２を介して、厚さ２〜３μｍ、不純物密度５×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３を堆積
し、その上に、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１と、
ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２と、ＩｎＧ
ａＰトップセル３とを順次堆積した２接合太陽電池であ
る。この２接合太陽電池は、トンネル接合を含めて、ｐ
ｎ接合を３つ有することになる。
態に係る多接合型太陽電池層２は、厚さ１５０〜３５０
μｍ程度で、５〜９°オフした（１００）面のＧｅ基板
２１上に、厚さ０．１μｍの低温ＧａＡｓバッファ層２
２を介して、厚さ２〜３μｍ、不純物密度５×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３を堆積
し、その上に、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１と、
ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２と、ＩｎＧ
ａＰトップセル３とを順次堆積した２接合太陽電池であ
る。この２接合太陽電池は、トンネル接合を含めて、ｐ
ｎ接合を３つ有することになる。
【００３９】ここでＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１
はＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３の上に、ｐ型Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４を配置し、更にその上
に、厚み３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層（第１のＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層）２５、その上部に設けられた厚み０．１μｍ、
不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓエミッタ層（第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層）２
６、さらにその上部の厚み０．０５μｍ、不純物密度
１．０×１０19ｃｍ-3のｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７とを配
置している。ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６
とｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５とで第１のｐ
ｎ接合が形成されている。
はＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３の上に、ｐ型Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４を配置し、更にその上
に、厚み３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐ
型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層（第１のＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層）２５、その上部に設けられた厚み０．１μｍ、
不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ａｓエミッタ層（第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層）２
６、さらにその上部の厚み０．０５μｍ、不純物密度
１．０×１０19ｃｍ-3のｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７とを配
置している。ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層２６
とｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層２５とで第１のｐ
ｎ接合が形成されている。
【００４０】ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層
２は下部セル（Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル）１の
最上層であるｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７の上部に形成され
た厚み１５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上（た
とえば１×１０19ｃｍ-3）のｎ++ＩｎＧａＰ層３１と、
厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++ＡｌＧ
ａＡｓ層３２と第２のｐｎ接合から構成されている。
２は下部セル（Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル）１の
最上層であるｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７の上部に形成され
た厚み１５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上（た
とえば１×１０19ｃｍ-3）のｎ++ＩｎＧａＰ層３１と、
厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++ＡｌＧ
ａＡｓ層３２と第２のｐｎ接合から構成されている。
【００４１】そしてＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル
接合層２の上部には厚み３０ｎｍ、不純物密度１．０×
１０18ｃｍ-3のｐ型ＡｌＩｎＰ裏面電界層４１、厚み
０．５５〜１．５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ
-3のｐ型ＩｎＧａＰベース層４２；厚み５０μｍ、不純
物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＧａＰエミッタ
層４３、および厚み３０μｍ、不純物密度２．０×１０
18ｃｍ-3のｎ型ＡｌＩｎＰ窓層４４がこの順に堆積され
たＩｎＧａＰトップセル３が形成されている。このｎ型
ＩｎＧａＰエミッタ層３６とｐ型ＩｎＧａＰベース層３
５とで第３のｐｎ接合が形成されている。この場合、Ｉ
ｎＧａＰ太陽電池層は比較的薄いため、格子定数に厳し
い制限は要求されないが、Ｉｎ0.496 Ｇａ0.504 Ｐの組
成になるようにすることが望ましい。
接合層２の上部には厚み３０ｎｍ、不純物密度１．０×
１０18ｃｍ-3のｐ型ＡｌＩｎＰ裏面電界層４１、厚み
０．５５〜１．５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ
-3のｐ型ＩｎＧａＰベース層４２；厚み５０μｍ、不純
物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＧａＰエミッタ
層４３、および厚み３０μｍ、不純物密度２．０×１０
18ｃｍ-3のｎ型ＡｌＩｎＰ窓層４４がこの順に堆積され
たＩｎＧａＰトップセル３が形成されている。このｎ型
ＩｎＧａＰエミッタ層３６とｐ型ＩｎＧａＰベース層３
５とで第３のｐｎ接合が形成されている。この場合、Ｉ
ｎＧａＰ太陽電池層は比較的薄いため、格子定数に厳し
い制限は要求されないが、Ｉｎ0.496 Ｇａ0.504 Ｐの組
成になるようにすることが望ましい。
【００４２】ＩｎＧａＰトップセル３の上部の一部には
オーミックコンタクト用の厚み０．３μｍのｎ型ＧａＡ
ｓコンタクト層４５が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜およびその上のＡｕ膜からなる表面電
極３０が形成されている。また、ＩｎＧａＰトップセル
３及びＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２を貫
通し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１の一部、即
ち、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓエミッタ層２６、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層
２５、ｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４をエッチング除去
した凹部が形成され、この凹部の底部に露出したＩｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３の上に裏面電極（Ａｕ
−Ｚｎ／Ａｕ）２９が配置されている。
オーミックコンタクト用の厚み０．３μｍのｎ型ＧａＡ
ｓコンタクト層４５が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜およびその上のＡｕ膜からなる表面電
極３０が形成されている。また、ＩｎＧａＰトップセル
３及びＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２を貫
通し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１の一部、即
ち、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓエミッタ層２６、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層
２５、ｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層２４をエッチング除去
した凹部が形成され、この凹部の底部に露出したＩｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層２３の上に裏面電極（Ａｕ
−Ｚｎ／Ａｕ）２９が配置されている。
【００４３】図６はボトムセルをＧａＡｓ、トップセル
をＩｎ0.48Ｇａ0.52Ａｓとする従来技術の２接合太陽電
池と、図５に示した本発明の第２の実施の形態に係る２
接合太陽電池の特性を比較する表である。図６に示すよ
うに、開放電圧ＶOCが２，３５７Ｖから２．３８９Ｖに
増大している。これは、図５に示した本発明の第２の実
施の形態に係る２接合太陽電池の構造とすることで、ミ
スフィット転位が減少したためであると考えることが出
来る。
をＩｎ0.48Ｇａ0.52Ａｓとする従来技術の２接合太陽電
池と、図５に示した本発明の第２の実施の形態に係る２
接合太陽電池の特性を比較する表である。図６に示すよ
うに、開放電圧ＶOCが２，３５７Ｖから２．３８９Ｖに
増大している。これは、図５に示した本発明の第２の実
施の形態に係る２接合太陽電池の構造とすることで、ミ
スフィット転位が減少したためであると考えることが出
来る。
【００４４】また、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＡｓはＧａＡｓよ
り禁制帯幅Ｅｇが小さいため、２接合太陽電池において
は、トップセルの材料の選択の自由度が向上し、実質的
な発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増大でき、高
い変換効率（発電効率）を実現できる。このため、図６
に示すように、反射防止膜を形成した場合の変換効率
（発電効率）ηは、２７．３１％から３０．９０％に増
大している。さらに、図５に示した本発明の第２の実施
の形態に係る２接合太陽電池の構造とすることで、短絡
電流ＪSCは、１３，７３ｍＡ／ｃｍ2から１５．２０ｍ
Ａ／ｃｍ2に増大し、曲線因子（フィルファクタ）は８
４．４％から８５．１％に増大していることが分かる。
り禁制帯幅Ｅｇが小さいため、２接合太陽電池において
は、トップセルの材料の選択の自由度が向上し、実質的
な発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増大でき、高
い変換効率（発電効率）を実現できる。このため、図６
に示すように、反射防止膜を形成した場合の変換効率
（発電効率）ηは、２７．３１％から３０．９０％に増
大している。さらに、図５に示した本発明の第２の実施
の形態に係る２接合太陽電池の構造とすることで、短絡
電流ＪSCは、１３，７３ｍＡ／ｃｍ2から１５．２０ｍ
Ａ／ｃｍ2に増大し、曲線因子（フィルファクタ）は８
４．４％から８５．１％に増大していることが分かる。
【００４５】また、本発明の第２の実施の形態に係る太
陽電池はＧｅ基板２１を用いているので、放射線照射に
よる基板の高抵抗化の問題も生じない。さらにＧｅ基板
２１の裏面には裏面電極がないため、太陽電池完成後裏
面の加工が自由にできる。したがってメカニカル積層型
太陽電池を構成せず、単体で用いた場合は、Ｇｅ基板２
１の裏面の研磨等により軽量化も容易に出来る。つま
り、本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池は耐放射
線特性が良好であり、かつ軽量にできるため、人工衛星
搭載等の宇宙用途に好適である。
陽電池はＧｅ基板２１を用いているので、放射線照射に
よる基板の高抵抗化の問題も生じない。さらにＧｅ基板
２１の裏面には裏面電極がないため、太陽電池完成後裏
面の加工が自由にできる。したがってメカニカル積層型
太陽電池を構成せず、単体で用いた場合は、Ｇｅ基板２
１の裏面の研磨等により軽量化も容易に出来る。つま
り、本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池は耐放射
線特性が良好であり、かつ軽量にできるため、人工衛星
搭載等の宇宙用途に好適である。
【００４６】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。
発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。
【００４７】本発明の第２の実施の形態ではｐｎ接合を
３つ有する多接合型太陽電池について述べたが、ＩｎＧ
ａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合型（タンデム型）太陽電池と
他の太陽電池をさらに重ねたｐｎ接合を５つ以上有する
多接合太陽電池においても本発明は有効であることは明
らかである。
３つ有する多接合型太陽電池について述べたが、ＩｎＧ
ａＰ／ＩｎＧａＡｓ２接合型（タンデム型）太陽電池と
他の太陽電池をさらに重ねたｐｎ接合を５つ以上有する
多接合太陽電池においても本発明は有効であることは明
らかである。
【００４８】たとえば図７に示すようにｐ型Ｇｅ基板５
１の上にｎ型Ｇｅ層５２をエピタキシャル成長し、第４
のｐｎ接合を形成し、基板側セル５を構成してもよい。
基板側セル５の上にはｎ+ 型低温バッファ層５３を介し
てｎ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４が形成されてい
る。ｎ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４の上にはｐ++型
Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５５が形成され、ｎ++型Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４とｐ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ
層５５とで基板側トンネル接合（第５のｐｎ接合）４が
形成されている。そしてこのｐ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓ層５５の上にボトムセル１のｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界
層２４が形成され、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１
と、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２と、Ｉ
ｎＧａＡｌＰトップセル３とを順次堆積した３接合太陽
電池である。この３接合太陽電池は、２つのトンネル接
合を含めて、ｐｎ接合を５つ有することになる。
１の上にｎ型Ｇｅ層５２をエピタキシャル成長し、第４
のｐｎ接合を形成し、基板側セル５を構成してもよい。
基板側セル５の上にはｎ+ 型低温バッファ層５３を介し
てｎ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４が形成されてい
る。ｎ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４の上にはｐ++型
Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５５が形成され、ｎ++型Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓ層５４とｐ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ
層５５とで基板側トンネル接合（第５のｐｎ接合）４が
形成されている。そしてこのｐ++型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａ
ｓ層５５の上にボトムセル１のｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界
層２４が形成され、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１
と、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトンネル接合層２と、Ｉ
ｎＧａＡｌＰトップセル３とを順次堆積した３接合太陽
電池である。この３接合太陽電池は、２つのトンネル接
合を含めて、ｐｎ接合を５つ有することになる。
【００４９】ここでＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル１
は、ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４、ｐ型Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層（第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ
層）２５、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層（第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層）２６、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７
とから構成されている。ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトン
ネル接合層２は下部セルｎ++ＩｎＧａＰ層３１と、ｐ++
ＡｌＧａＡｓ層３２とのｐｎ接合から構成されている。
ＩｎＧａＡｌＰトップセル３は、ｐ型ＡｌＩｎＰ裏面電
界層４１、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰベース層４２、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｌＰエミッタ層４３、およびｎ型ＡｌＩｎＰ窓層
４４とから構成されている。
は、ｐ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ裏面電界層２４、ｐ型Ｉｎ
0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層（第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ
層）２５、ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層（第２
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層）２６、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層２７
とから構成されている。ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓトン
ネル接合層２は下部セルｎ++ＩｎＧａＰ層３１と、ｐ++
ＡｌＧａＡｓ層３２とのｐｎ接合から構成されている。
ＩｎＧａＡｌＰトップセル３は、ｐ型ＡｌＩｎＰ裏面電
界層４１、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰベース層４２、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｌＰエミッタ層４３、およびｎ型ＡｌＩｎＰ窓層
４４とから構成されている。
【００５０】ＩｎＧａＰトップセル３の上部の一部には
オーミックコンタクト用のｎ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層４５が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕ膜およびその上のＡｕ膜からなる表面電極３０が形成
されている。また、ｐ型Ｇｅ基板５１の裏面に裏面電極
（Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ）２９が配置されている。
オーミックコンタクト用のｎ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層４５が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕ膜およびその上のＡｕ膜からなる表面電極３０が形成
されている。また、ｐ型Ｇｅ基板５１の裏面に裏面電極
（Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ）２９が配置されている。
【００５１】図７に示すように、３接合太陽電池におい
ては、第１及び第２の実施の形態と同様に、ミスフィッ
ト転位が減少しているので、高い開放電圧ＶOCがを得る
ことが出来る。
ては、第１及び第２の実施の形態と同様に、ミスフィッ
ト転位が減少しているので、高い開放電圧ＶOCがを得る
ことが出来る。
【００５２】また、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＡｓはＧａＡｓよ
り禁制帯幅Ｅｇが小さいため、多接合型太陽電池におい
ては、基板側セル５、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル
１、ＩｎＧａＡｌＰトップセル３と順次禁制帯幅Ｅｇが
広くなるように、構成材料の選択の自由度が向上し、ま
た、実質的な発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増
大できる。従って、より高い変換効率（発電効率）を実
現できる。
り禁制帯幅Ｅｇが小さいため、多接合型太陽電池におい
ては、基板側セル５、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓボトムセル
１、ＩｎＧａＡｌＰトップセル３と順次禁制帯幅Ｅｇが
広くなるように、構成材料の選択の自由度が向上し、ま
た、実質的な発電に寄与できる波長スペクトル帯域を増
大できる。従って、より高い変換効率（発電効率）を実
現できる。
【００５３】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安価で機械的強度が強く、且つ変換効率の高い太陽電池
が提供できる。
安価で機械的強度が強く、且つ変換効率の高い太陽電池
が提供できる。
【００５５】また、本発明によれば、安価で機械的強度
が強く、且つ変換効率の高い多接合型太陽電池が作製で
きる。このタンデム接合では順に禁制帯幅Ｅｇが大きく
なる組み合わせを容易に選ぶことができる。
が強く、且つ変換効率の高い多接合型太陽電池が作製で
きる。このタンデム接合では順に禁制帯幅Ｅｇが大きく
なる組み合わせを容易に選ぶことができる。
【００５６】さらに、本発明によれば安価なＧｅ基板を
用いたヘテロエピタキシャル成長において、ヘテロエピ
タキシャル成長層と基板との界面における結晶欠陥や界
面近傍での高抵抗層の生成が回避された太陽電池の製造
方法を提供することが出来る。が容易となる。
用いたヘテロエピタキシャル成長において、ヘテロエピ
タキシャル成長層と基板との界面における結晶欠陥や界
面近傍での高抵抗層の生成が回避された太陽電池の製造
方法を提供することが出来る。が容易となる。
【００５７】さらに、本発明によれば、安価かつ高変換
効率の太陽電池の設計およびその製造が容易となる。
効率の太陽電池の設計およびその製造が容易となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る単一接合型Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の構造を示す模式的な断面
図である。
ｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の構造を示す模式的な断面
図である。
【図２】従来技術に係るＧａＡｓ太陽電池および本発明
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の表面モフォロジーの
比較を示す図である。
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の表面モフォロジーの
比較を示す図である。
【図３】従来技術に係るＧａＡｓ太陽電池および本発明
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の分光感度特性の比較
を示す図である。
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の分光感度特性の比較
を示す図である。
【図４】従来技術に係るＧａＡｓ太陽電池および本発明
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の電流電圧特性の比較
を示す図である。
のＩｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ太陽電池の電流電圧特性の比較
を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る多接合型太陽
電池の構造を示す模式的な断面図である。
電池の構造を示す模式的な断面図である。
【図６】従来技術に係る多接合型太陽電池と本発明の第
２の実施の形態に係る多接合型太陽電池の特性を比較す
る図である。
２の実施の形態に係る多接合型太陽電池の特性を比較す
る図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る３接合型太陽電
池の構造を示す模式的な断面図である。
池の構造を示す模式的な断面図である。
【図８】従来技術に係る単一接合型太陽電池の構造を示
す模式的な断面図である。
す模式的な断面図である。
１ ボトムセル ２ トンネル接合層（上側トンネル接合層） ３ トップセル ４ 基板側トンネル接合層 ５ 基板側セル １３ ｐ型ＧａＡｓバッファ層 １４，２４ ｐ型ＩｎＧａＰ裏面電界層 １５ ｐ型ＧａＡｓベース層 １６ ｎ型ＧａＡｓエミッタ層 １８，４５ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層 ２１ Ｇｅ基板 ２２ 低温ＧａＡｓバッファ層 ２３ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓバッファ層 ２５ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓベース層（第１のＩｎ
xＧａ1-xＡｓ層） ２６ ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層（第２のＩ
ｎxＧａ1-xＡｓ層） ２７，４４ ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層 ２８ ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層 ２９ 裏面電極 ３０ 表面電極 ３１ ｎ++−ＩｎＧａＰ層 ３２ ｐ++−ＡｌＧａＡｓ層 ４１ ｐ型ＡｌｌＩｎＰ裏面電界層 ４２ ｐ型ＩｎＧａＰベース層 ４３ ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層 ５２ ｎ型Ｇｅ層 ５３ ｎ+ 型低温ＧａＡｓバッファ層 ５４ ｎ++−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層 ５５ ｐ++−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層
xＧａ1-xＡｓ層） ２６ ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓエミッタ層（第２のＩ
ｎxＧａ1-xＡｓ層） ２７，４４ ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層 ２８ ｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓコンタクト層 ２９ 裏面電極 ３０ 表面電極 ３１ ｎ++−ＩｎＧａＰ層 ３２ ｐ++−ＡｌＧａＡｓ層 ４１ ｐ型ＡｌｌＩｎＰ裏面電界層 ４２ ｐ型ＩｎＧａＰベース層 ４３ ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層 ５２ ｎ型Ｇｅ層 ５３ ｎ+ 型低温ＧａＡｓバッファ層 ５４ ｎ++−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層 ５５ ｐ++−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ａｓ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安居院 高明 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会 社ジャパンエナジー中央研究所内 (72)発明者 池田 英治 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会 社ジャパンエナジー中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F051 AA01 AA08 BA02 BA11 CB18 CB29 DA15 DA20
Claims (5)
- 【請求項１】 ゲルマニウム基板と、 該ゲルマニウム基板上に形成されたバッファ層と、 該バッファ層の上に形成された第１導電型の第１のＩｎ
xＧａ1-xＡｓ層と、 該第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層上にｐｎ接合を構成すべく
形成された第２導電型の第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層とか
ら少なくともなり、前記第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層中のＩｎの組成ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５
の範囲の値であることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 前記バッファ層は、ＧａＡｓ層と、該Ｇ
ａＡｓ層の上に形成されたＩｎの組成ｘが、０．００５
≦ｘ≦０．０１５の範囲の値のＩｎxＧａ1-xＡｓ層から
なることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。 - 【請求項３】 前記ｐｎ接合をボトムセルとし、該ボト
ムセルの上に、前記第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層
よりも禁制帯幅の大きな半導体から構成された他のｐｎ
接合からなるトップセルが形成されたことを特徴とする
請求項１又は２記載の太陽電池。 - 【請求項４】 前記ゲルマニウム基板上に、更に他のｐ
ｎ接合を形成すべく前記ゲルマニウム基板と反対導電型
のゲルマニウム層が形成され、該更に他のｐｎ接合を基
板側セルとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項記載の太陽電池。 - 【請求項５】 ゲルマニウム基板上にＧａＡｓバッファ
層をエピタキシャル成長する工程と、 ＧａＡｓバッファ層の上にＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層
をエピタキシャル成長する工程と、 該ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層の上に第１導電型の第１
のＩｎxＧａ1-xＡｓ層をエピタキシャル成長する工程
と、 該第１のＩｎxＧａ1-xＡｓ層の上に第２導電型の第２の
ＩｎxＧａ1-xＡｓ層をエピタキシャル成長する工程と、 とから少なくともなり、前記ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ
層、第１及び第２のＩｎxＧａ1-xＡｓ層中のＩｎの組成
ｘが、０．００５≦ｘ≦０．０１５の範囲の値であるこ
とを特徴とする太陽電池の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12056899A JP3657143B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 太陽電池及びその製造方法 |
| US09/553,495 US6300558B1 (en) | 1999-04-27 | 2000-04-20 | Lattice matched solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12056899A JP3657143B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000312017A true JP2000312017A (ja) | 2000-11-07 |
| JP3657143B2 JP3657143B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=14789534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12056899A Expired - Fee Related JP3657143B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6300558B1 (ja) |
| JP (1) | JP3657143B2 (ja) |
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| JP2007142079A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Sharp Corp | 化合物単結晶太陽電池および化合物単結晶太陽電池の製造方法 |
| US8884153B2 (en) | 2006-06-23 | 2014-11-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion element and interconnector-equipped photoelectric conversion element |
| JP2020181974A (ja) * | 2019-04-01 | 2020-11-05 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 溶融シリカカバーガラスを備える多接合型太陽電池 |
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| WO1999052006A2 (en) | 1998-04-08 | 1999-10-14 | Etalon, Inc. | Interferometric modulation of radiation |
| US8928967B2 (en) | 1998-04-08 | 2015-01-06 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Method and device for modulating light |
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