JPH0964386A - 多接合太陽電池 - Google Patents
多接合太陽電池Info
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- JPH0964386A JPH0964386A JP7210618A JP21061895A JPH0964386A JP H0964386 A JPH0964386 A JP H0964386A JP 7210618 A JP7210618 A JP 7210618A JP 21061895 A JP21061895 A JP 21061895A JP H0964386 A JPH0964386 A JP H0964386A
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分光感度特性が改善され、高変換効率の直列
接続型の太陽電池の構造を提供する。 【解決手段】 Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐからなるトップセル１
とＧａＡｓからなるボトムセル２とをＩｎy Ｇａ1-y Ｐ
トンネル接合層３３で直列接続したタンデムセル型太陽
電池において、トンネル接合層を構成しているＩｎy Ｇ
ａ1-y Ｐの格子定数を、このトンネル接合層を挟み込ん
でいる両側のＩｎx Ｇａ1-x Ｐの格子定数よりも小さく
なるように組成ｘおよびｙを選定しトンネル接合層中の
不純物であるＺｎのしみ出しを防止し、高温熱工程の後
においても所望の不純物プロファイルを達成し、良好な
トンネル接合特性を得る。Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接
合を用いることによって分光感度特性も改善される。
接続型の太陽電池の構造を提供する。 【解決手段】 Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐからなるトップセル１
とＧａＡｓからなるボトムセル２とをＩｎy Ｇａ1-y Ｐ
トンネル接合層３３で直列接続したタンデムセル型太陽
電池において、トンネル接合層を構成しているＩｎy Ｇ
ａ1-y Ｐの格子定数を、このトンネル接合層を挟み込ん
でいる両側のＩｎx Ｇａ1-x Ｐの格子定数よりも小さく
なるように組成ｘおよびｙを選定しトンネル接合層中の
不純物であるＺｎのしみ出しを防止し、高温熱工程の後
においても所望の不純物プロファイルを達成し、良好な
トンネル接合特性を得る。Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接
合を用いることによって分光感度特性も改善される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光エネルギー
を電気エネルギーに変換するための太陽電池の構造に関
し、特に変換効率を高めるために工夫された化合物半導
体混晶を使った多接合太陽電池の構造に関する。
を電気エネルギーに変換するための太陽電池の構造に関
し、特に変換効率を高めるために工夫された化合物半導
体混晶を使った多接合太陽電池の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】１つのｐｎ接合で構成される太陽電池
（単接合型太陽電池）の発電効率は、その基本部を形成
する半導体材料の禁制帯幅Ｅｇによって決まるある理論
限界を持ち、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％そこそこの発電効率以上
は絶対に得られないことが判明している。このため、多
接合型太陽電池は、異なる材料からなる２個以上のｐｎ
接合を積層することによって、単接合型太陽電池よりも
高い発電効率を得ることを目的として考案された。多接
合型太陽電池の最も簡単なものが２接合太陽電池であ
り、最近種々のものが実現されて来ている。２接合太陽
電池は、光の入射してくる側にあるｐｎ接合を基本部と
する太陽電池（トップセル）と反対側にあるｐｎ接合を
基本部とする太陽電池（ボトムセル）の２つの太陽電池
が重ねられた構成を持つが、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 よりも大きい。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
してきた光のうち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する。Ｅｇ1 とＥｇ2 の組み
合わせを適当に選択することにより、高い発電効率を実
現できる。
（単接合型太陽電池）の発電効率は、その基本部を形成
する半導体材料の禁制帯幅Ｅｇによって決まるある理論
限界を持ち、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％そこそこの発電効率以上
は絶対に得られないことが判明している。このため、多
接合型太陽電池は、異なる材料からなる２個以上のｐｎ
接合を積層することによって、単接合型太陽電池よりも
高い発電効率を得ることを目的として考案された。多接
合型太陽電池の最も簡単なものが２接合太陽電池であ
り、最近種々のものが実現されて来ている。２接合太陽
電池は、光の入射してくる側にあるｐｎ接合を基本部と
する太陽電池（トップセル）と反対側にあるｐｎ接合を
基本部とする太陽電池（ボトムセル）の２つの太陽電池
が重ねられた構成を持つが、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 よりも大きい。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
してきた光のうち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する。Ｅｇ1 とＥｇ2 の組み
合わせを適当に選択することにより、高い発電効率を実
現できる。
【０００３】２接合太陽電池の構成としては、トップセ
ルとボトムセルを電気的に独立させた構成と、トップセ
ルとボトムセルを直列に電気接続させた構成がある。前
者は、電極端子数が多くなり、システム構成がしにくい
という欠点を有する。後者は、電極端子数は原則として
２個であり、そのため２端子２接合太陽電池と呼ばれ
る。
ルとボトムセルを電気的に独立させた構成と、トップセ
ルとボトムセルを直列に電気接続させた構成がある。前
者は、電極端子数が多くなり、システム構成がしにくい
という欠点を有する。後者は、電極端子数は原則として
２個であり、そのため２端子２接合太陽電池と呼ばれ
る。
【０００４】２端子２接合太陽電池においては、トップ
セルとボトムセルの電気的接合は、 １）トップセルとボトムセルの間にトンネル接合という
極めて薄い半導体層を挿入することによる方法、 ２）トップセルの下部とボトムセルの上部を金属で結ぶ
方法、 が提案されている。このうち後者の金属でトップセルと
ボトムセルとを結ぶ方法は、作成工程が複雑になり、あ
まり好ましくない。前者に用いるトンネル接合は、極め
て高濃度にドーピングした薄い半導体層からなるｐｎ接
合であり、量子力学的トンネル電流を利用して、ｐ型半
導体とｎ型半導体の間を小さな抵抗で電気的に接合する
ものである。図１０はこのトンネル接合を用いた、太陽
電池の基本構造の一例を示すが、ボトムセル２、トンネ
ル接合層３、トップセル１をこの順番で基板の上に連続
成長させたものであり、また作成工程も簡単であるとい
う特徴がある。
セルとボトムセルの電気的接合は、 １）トップセルとボトムセルの間にトンネル接合という
極めて薄い半導体層を挿入することによる方法、 ２）トップセルの下部とボトムセルの上部を金属で結ぶ
方法、 が提案されている。このうち後者の金属でトップセルと
ボトムセルとを結ぶ方法は、作成工程が複雑になり、あ
まり好ましくない。前者に用いるトンネル接合は、極め
て高濃度にドーピングした薄い半導体層からなるｐｎ接
合であり、量子力学的トンネル電流を利用して、ｐ型半
導体とｎ型半導体の間を小さな抵抗で電気的に接合する
ものである。図１０はこのトンネル接合を用いた、太陽
電池の基本構造の一例を示すが、ボトムセル２、トンネ
ル接合層３、トップセル１をこの順番で基板の上に連続
成長させたものであり、また作成工程も簡単であるとい
う特徴がある。
【０００５】図１０においてトンネル接合層３は上がｐ
++ＧａＡｓ層９２、下がｎ++ＧａＡｓ層９１であるが、
ＧａＡｓボトムセル２およびＩｎＧａＰトップセル１の
ｐｎ接合は上がｎ+ エミッタ層９，１５、下がｐベース
層８，１４でありｐｎ接合の方向がトンネル接合層３と
は逆向きになっている。トンネル接合を利用した２接合
太陽電池（トンネル型２接合太陽電池）は、これまで種
々の材料で試作が行なわれているが、これまで最も高い
発電効率が得られているものは、図１０に示したような
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ（組成ｘ〜０．５）ｐｎ接合をトップ
セル１、ＧａＡｓｐｎ接合をボトムセル２としたもので
ある（ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ２接合太陽電池）。この太
陽電池では、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐの結晶格子定数がＧａＡ
ｓのそれとほとんど等しくなるように組成ｘが選ばれて
おり、ＧａＡｓ基板５上に良質のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ結晶
を形成できるという利点を有する。また、この組成のＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｐの禁制帯幅は約１．９ｅＶであり、禁制
帯幅１．４ｅＶのＧａＡｓボトムセルに対するトップセ
ル材料として、適切である。
++ＧａＡｓ層９２、下がｎ++ＧａＡｓ層９１であるが、
ＧａＡｓボトムセル２およびＩｎＧａＰトップセル１の
ｐｎ接合は上がｎ+ エミッタ層９，１５、下がｐベース
層８，１４でありｐｎ接合の方向がトンネル接合層３と
は逆向きになっている。トンネル接合を利用した２接合
太陽電池（トンネル型２接合太陽電池）は、これまで種
々の材料で試作が行なわれているが、これまで最も高い
発電効率が得られているものは、図１０に示したような
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ（組成ｘ〜０．５）ｐｎ接合をトップ
セル１、ＧａＡｓｐｎ接合をボトムセル２としたもので
ある（ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ２接合太陽電池）。この太
陽電池では、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐの結晶格子定数がＧａＡ
ｓのそれとほとんど等しくなるように組成ｘが選ばれて
おり、ＧａＡｓ基板５上に良質のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ結晶
を形成できるという利点を有する。また、この組成のＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｐの禁制帯幅は約１．９ｅＶであり、禁制
帯幅１．４ｅＶのＧａＡｓボトムセルに対するトップセ
ル材料として、適切である。
【０００６】なお図１０に示すようなｎ型エミッタ層１
５，９およびｐ型ベース層１４，８からなるｐｎ接合に
よるトンネル型２接合太陽電池においては、ｎ型エミッ
タ層１５，９を光入射側とし、その下層のｐ型ベース層
１４，８で吸収された光子は一対の正孔−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型エミッタ層１５，９に流れ込み、電流とな
る。ところがｐ型ベース層１４，８で生じた電子のうち
には拡散によってｐ型ベース層１４，８を抜けてｐ+ Ｇ
ａＡｓ基板５側に入り込むものもあり、それらはもはや
ベース層１４，８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、図１０におい
ては、ベース層１４，８で生じた少数キャリヤ（電子）
をなるべくｐ+ ＧａＡｓ基板側に近付けないように裏面
電界（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ；以下
「ＢＳＦ」という）層１３，７とよばれる層をベース層
１４，８の下に設けている。ＢＳＦ層１３，７はベース
層１４，８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。ＢＳＦ層としては、 １）ベース層と同じ材料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たもの、 ２）他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようにし
たもの、 が用いられる。図１０においてトップセル１は、たとえ
ば、厚み０．１〜０．５μｍ、不純物密度４×１０17〜
２．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳ
Ｆ層１３、このＢＳＦ層１３の上に厚み０．８〜１．５
μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐベース層１４、このベース層１４の上に厚み
０．０５〜０．１μｍ、不純物密度２×１０18〜３×１
０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエミッタ層１５、
さらにこの上に厚み２５ｎｍ、不純物密度５×１０17〜
２×１０18ｃｍ-3のｎ−ＡｌＩｎＰ窓層１６が形成され
た構造である。すなわち、図１０のトンネル接合層３の
ｐ++ＧａＡｓ層９２とトップセル１のｐＩｎＧａＰベー
ス層１４の間に、ベース層１４よりも高濃度にドープさ
れたｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１５を設けて、光
電効果によってトップセル１のｐＩｎＧａＰベース層１
４に発生した少数キャリヤ（伝導電子）が、ＧａＡｓト
ンネル接合３に落ち込むことを防ぐための防壁として作
用させているのである。
５，９およびｐ型ベース層１４，８からなるｐｎ接合に
よるトンネル型２接合太陽電池においては、ｎ型エミッ
タ層１５，９を光入射側とし、その下層のｐ型ベース層
１４，８で吸収された光子は一対の正孔−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型エミッタ層１５，９に流れ込み、電流とな
る。ところがｐ型ベース層１４，８で生じた電子のうち
には拡散によってｐ型ベース層１４，８を抜けてｐ+ Ｇ
ａＡｓ基板５側に入り込むものもあり、それらはもはや
ベース層１４，８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、図１０におい
ては、ベース層１４，８で生じた少数キャリヤ（電子）
をなるべくｐ+ ＧａＡｓ基板側に近付けないように裏面
電界（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ；以下
「ＢＳＦ」という）層１３，７とよばれる層をベース層
１４，８の下に設けている。ＢＳＦ層１３，７はベース
層１４，８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。ＢＳＦ層としては、 １）ベース層と同じ材料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たもの、 ２）他の半導体材料でベース層材料よりも禁制帯幅が大
きく、同じく少数キャリヤに対して障壁となるようにし
たもの、 が用いられる。図１０においてトップセル１は、たとえ
ば、厚み０．１〜０．５μｍ、不純物密度４×１０17〜
２．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ−ＢＳ
Ｆ層１３、このＢＳＦ層１３の上に厚み０．８〜１．５
μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐベース層１４、このベース層１４の上に厚み
０．０５〜０．１μｍ、不純物密度２×１０18〜３×１
０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエミッタ層１５、
さらにこの上に厚み２５ｎｍ、不純物密度５×１０17〜
２×１０18ｃｍ-3のｎ−ＡｌＩｎＰ窓層１６が形成され
た構造である。すなわち、図１０のトンネル接合層３の
ｐ++ＧａＡｓ層９２とトップセル１のｐＩｎＧａＰベー
ス層１４の間に、ベース層１４よりも高濃度にドープさ
れたｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１５を設けて、光
電効果によってトップセル１のｐＩｎＧａＰベース層１
４に発生した少数キャリヤ（伝導電子）が、ＧａＡｓト
ンネル接合３に落ち込むことを防ぐための防壁として作
用させているのである。
【０００７】同様にボトムセル２のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｐ−ＢＳＦ層７もｐ+ ＧａＡｓバッファ層６を介してｐ
+ ＧａＡｓ基板５に少数キャリヤが抜けることを防止し
ているのである。
Ｐ−ＢＳＦ層７もｐ+ ＧａＡｓバッファ層６を介してｐ
+ ＧａＡｓ基板５に少数キャリヤが抜けることを防止し
ているのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したような従来のトンネル型２接合ＩｎＧａＰ／Ｇ
ａＡｓ太陽電池を作製した場合のそのボトムセル２の分
光感度特性と単接合ＧａＡｓ太陽電池の分光感度特性と
を比較したところ、６００〜８００ｎｍの波長域におい
て、図１０に示したような従来型２接合ＩｎＧａＰ／Ｇ
ａＡｓ太陽電池のボトムセル２の場合の方が数％分光感
度が低下していることがわかった。図１２に３００ｎｍ
〜９００ｎｍの波長における太陽電池の分光感度特性を
示すが、（ａ），（ｂ）は単接合ＧａＡｓ太陽電池の場
合で、（ｃ）が図１０に示した従来のトンネル型２接合
ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池のボトムセルの場合の分
光感度特性である。
に示したような従来のトンネル型２接合ＩｎＧａＰ／Ｇ
ａＡｓ太陽電池を作製した場合のそのボトムセル２の分
光感度特性と単接合ＧａＡｓ太陽電池の分光感度特性と
を比較したところ、６００〜８００ｎｍの波長域におい
て、図１０に示したような従来型２接合ＩｎＧａＰ／Ｇ
ａＡｓ太陽電池のボトムセル２の場合の方が数％分光感
度が低下していることがわかった。図１２に３００ｎｍ
〜９００ｎｍの波長における太陽電池の分光感度特性を
示すが、（ａ），（ｂ）は単接合ＧａＡｓ太陽電池の場
合で、（ｃ）が図１０に示した従来のトンネル型２接合
ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池のボトムセルの場合の分
光感度特性である。
【０００９】図１２の曲線（ｂ）はＩｎＧａＰのフィル
タを付けた場合のＧａＡｓ単接合セルの分光感度特性を
示すが、曲線（ｃ）で示した従来のトンネル型２接合Ｉ
ｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池の分光感度特性の方が分光
感度が低下していることがわかる。
タを付けた場合のＧａＡｓ単接合セルの分光感度特性を
示すが、曲線（ｃ）で示した従来のトンネル型２接合Ｉ
ｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池の分光感度特性の方が分光
感度が低下していることがわかる。
【００１０】詳細な分析の結果、この分光感度低下は、
ＧａＡｓトンネル接合層３での光吸収損失にあることが
判明した。つまり、トップセルを透過した光の一部
（１．４ｅＶと１．９ｅＶの間のエネルギーを持つ光子
の一部）がトンネル接合層で吸収されてしまい、ボトム
セルに到達しないということに起因していることがわか
った。このトンネル接合層で吸収された光は発電に寄与
せず、熱になって失われてしまうため発電効率（変換効
率）を増大させることが困難であるという問題点があっ
た。
ＧａＡｓトンネル接合層３での光吸収損失にあることが
判明した。つまり、トップセルを透過した光の一部
（１．４ｅＶと１．９ｅＶの間のエネルギーを持つ光子
の一部）がトンネル接合層で吸収されてしまい、ボトム
セルに到達しないということに起因していることがわか
った。このトンネル接合層で吸収された光は発電に寄与
せず、熱になって失われてしまうため発電効率（変換効
率）を増大させることが困難であるという問題点があっ
た。
【００１１】このＧａＡｓトンネル接合での光吸収損失
の問題を回避するために、図１１に示すようにＧａＡｓ
トンネル接合３の代わりにＩｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接
合３１を用いる構造を検討した。この場合には、１．４
ｅＶと１．９ｅＶの間のエネルギーを有する光子のほと
んどすべてが、トンネル接合層で吸収されずにボトムセ
ルに到達し、ボトムセルによる発電に寄与すると考えら
れる。このため、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合３１の
方がＧａＡｓトンネル接合３よりも材料的には優れてい
ると言える。しかし、太陽光シミュレータによる光照射
のもとで図１１の構造の太陽電池の電流−電圧特性を測
定したところ、正常な太陽電池特性は得られなかった。
調査の結果、この原因はＩｎＧａＰトンネル接合３１を
流れ得る最大のトンネル電流の大きさが３ｍＡ／ｃｍ2
程度であり、太陽電池に発生が期待される光電流よりも
小さいためであることが判明した。太陽電池には約１５
ｍＡ／ｃｍ2 程度の電流が期待されているのに対し、ト
ンネル接合がこの電流値よりも小さな値の電流しか流せ
ないために、所望の太陽電池特性が得られないという問
題点が明らかになったのである。ところで、この問題点
はトンネル接合におけるトンネル電流の大きさは、ドー
ピング濃度と材料の禁制帯幅に極めて敏感であり、ドー
ピング濃度が大きく禁制帯幅が狭い方が、トンネル電流
が流れやすいということに起因している。具体的には、
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合では、ＧａＡｓトンネル
接合と比べてより高濃度にドーピングしなければ、十分
なトンネル電流が得られないというような、トンネル接
合の作製上の困難があるのである。特に太陽電池へ応用
する場合には、トンネル接合への高濃度ドーピングは、
単独のトンネル接合を作製する場合以上の困難を伴う。
すなわち、太陽電池作成に際しては、図１０および図１
１に示したような多層エピタキシャル成長が必要である
がＩｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合層３１形成後にその上
にＩｎx Ｇａ1-xＰトップセル１に必要なＢＳＦ層１
３，ベース層１４，……等所定の各層を気相エピタキシ
ャル成長法で結晶成長する際の高温状態において、せっ
かくトンネル層に高濃度に混入させた不純物が熱拡散に
よって拡散し、トンネル接合のｐ−ｎ界面におけるドー
パント濃度が初期の値よりも減少し、十分なトンネル電
流が得られなくなるという製造プロセス上の重大な問題
点が生じるのである。このことは、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐト
ンネル接合層３１のｎ型ドーパントとしてＳｉ、ｐ型ド
ーパントとしてＺｎを用いた場合、ドーピング濃度設計
値を約１×１０19ｃｍ-3として作製したトンネル接合
を、トンネル接合形成後の所定の温度における熱アニー
ルを行うことによってトンネル電流が極端に減少するこ
とからも確認できる。III −Ｖ族結晶中では、ｎ型ドー
パントのＳｉはあまり拡散しないことが知られており、
上記トンネル電流の減少は、主にｐ型ドーパントである
Ｚｎの拡散に起因した不純物ドーピングプロファイルの
変化によるものと思われる。
の問題を回避するために、図１１に示すようにＧａＡｓ
トンネル接合３の代わりにＩｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接
合３１を用いる構造を検討した。この場合には、１．４
ｅＶと１．９ｅＶの間のエネルギーを有する光子のほと
んどすべてが、トンネル接合層で吸収されずにボトムセ
ルに到達し、ボトムセルによる発電に寄与すると考えら
れる。このため、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合３１の
方がＧａＡｓトンネル接合３よりも材料的には優れてい
ると言える。しかし、太陽光シミュレータによる光照射
のもとで図１１の構造の太陽電池の電流−電圧特性を測
定したところ、正常な太陽電池特性は得られなかった。
調査の結果、この原因はＩｎＧａＰトンネル接合３１を
流れ得る最大のトンネル電流の大きさが３ｍＡ／ｃｍ2
程度であり、太陽電池に発生が期待される光電流よりも
小さいためであることが判明した。太陽電池には約１５
ｍＡ／ｃｍ2 程度の電流が期待されているのに対し、ト
ンネル接合がこの電流値よりも小さな値の電流しか流せ
ないために、所望の太陽電池特性が得られないという問
題点が明らかになったのである。ところで、この問題点
はトンネル接合におけるトンネル電流の大きさは、ドー
ピング濃度と材料の禁制帯幅に極めて敏感であり、ドー
ピング濃度が大きく禁制帯幅が狭い方が、トンネル電流
が流れやすいということに起因している。具体的には、
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合では、ＧａＡｓトンネル
接合と比べてより高濃度にドーピングしなければ、十分
なトンネル電流が得られないというような、トンネル接
合の作製上の困難があるのである。特に太陽電池へ応用
する場合には、トンネル接合への高濃度ドーピングは、
単独のトンネル接合を作製する場合以上の困難を伴う。
すなわち、太陽電池作成に際しては、図１０および図１
１に示したような多層エピタキシャル成長が必要である
がＩｎx Ｇａ1-x Ｐトンネル接合層３１形成後にその上
にＩｎx Ｇａ1-xＰトップセル１に必要なＢＳＦ層１
３，ベース層１４，……等所定の各層を気相エピタキシ
ャル成長法で結晶成長する際の高温状態において、せっ
かくトンネル層に高濃度に混入させた不純物が熱拡散に
よって拡散し、トンネル接合のｐ−ｎ界面におけるドー
パント濃度が初期の値よりも減少し、十分なトンネル電
流が得られなくなるという製造プロセス上の重大な問題
点が生じるのである。このことは、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐト
ンネル接合層３１のｎ型ドーパントとしてＳｉ、ｐ型ド
ーパントとしてＺｎを用いた場合、ドーピング濃度設計
値を約１×１０19ｃｍ-3として作製したトンネル接合
を、トンネル接合形成後の所定の温度における熱アニー
ルを行うことによってトンネル電流が極端に減少するこ
とからも確認できる。III −Ｖ族結晶中では、ｎ型ドー
パントのＳｉはあまり拡散しないことが知られており、
上記トンネル電流の減少は、主にｐ型ドーパントである
Ｚｎの拡散に起因した不純物ドーピングプロファイルの
変化によるものと思われる。
【００１２】本発明は上述した問題点を鑑みてなされた
もので、分光感度特性および変換効率の高いトンネル型
２接合太陽電池の新規な構造を提供することを目的とす
る。
もので、分光感度特性および変換効率の高いトンネル型
２接合太陽電池の新規な構造を提供することを目的とす
る。
【００１３】より具体的には本発明の目的は高不純物密
度かつ急峻な不純物プロファイルを有した良好なトンネ
ル接合を具備したトンネル型２接合太陽電池の新規な構
造を提供することである。
度かつ急峻な不純物プロファイルを有した良好なトンネ
ル接合を具備したトンネル型２接合太陽電池の新規な構
造を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の特徴は図１に示すように、ＧａＡｓボ
トムセル２と、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップセル１と，この
ボトムセル２とトップセル１とを電気的に接続するＩｎ
y Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３とから構成される多接
合太陽電池であって、このトンネル接合層３３のＩｎy
Ｇａ1-y Ｐ層の格子定数をトップセル１のＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ層の格子定数よりも小さくしたことである。
に本発明の第１の特徴は図１に示すように、ＧａＡｓボ
トムセル２と、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップセル１と，この
ボトムセル２とトップセル１とを電気的に接続するＩｎ
y Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３とから構成される多接
合太陽電池であって、このトンネル接合層３３のＩｎy
Ｇａ1-y Ｐ層の格子定数をトップセル１のＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ層の格子定数よりも小さくしたことである。
【００１５】本発明の第１の特徴の構成によれば、トン
ネル接合層の禁制帯幅Ｅｇ33をＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ
2 より大きくすることができるので、２接合太陽電池と
した場合のトンネル接合中での光吸収が少なくなり、Ｇ
ａＡｓボトムセル２の分光感度特性が改善される。さら
に本発明の第１の特徴の構成によれば、図７の模式図に
示すようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の垂直方向に引張り歪が
生じ、このためトンネル層の垂直方向へのトンネル接合
を構成している不純物、特にＺｎの拡散が抑えられる。
このことは、ＧａＡｓトンネル接合の上下をＧａＡｓよ
りも格子定数が若干大きなＡｌＧａＡｓ層で挟んだダブ
ルヘテロ（ＤＨ）構造トンネル接合においてもＧａＡｓ
だけのトンネル接合と比べて大きなトンネル電流が流れ
ることと類似のことと考えられる。
ネル接合層の禁制帯幅Ｅｇ33をＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ
2 より大きくすることができるので、２接合太陽電池と
した場合のトンネル接合中での光吸収が少なくなり、Ｇ
ａＡｓボトムセル２の分光感度特性が改善される。さら
に本発明の第１の特徴の構成によれば、図７の模式図に
示すようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の垂直方向に引張り歪が
生じ、このためトンネル層の垂直方向へのトンネル接合
を構成している不純物、特にＺｎの拡散が抑えられる。
このことは、ＧａＡｓトンネル接合の上下をＧａＡｓよ
りも格子定数が若干大きなＡｌＧａＡｓ層で挟んだダブ
ルヘテロ（ＤＨ）構造トンネル接合においてもＧａＡｓ
だけのトンネル接合と比べて大きなトンネル電流が流れ
ることと類似のことと考えられる。
【００１６】つまり、図６に示したようにIII −族結晶
中にドーピングされたＺｎはIII 族原子の格子位置に入
るが、Ｚｎの拡散は、このような位置にいるＺｎがIII
族原子位置をホッピングすることによって行われるので
はなく、むしろ、結晶格子位置の隙間（格子間位置）に
押し出されたＺｎが格子の隙間を拡散することによって
行われる。この時、格子間の隙間がなるべく大きいとこ
ろが拡散の経路として使われる。したがって、図７に示
したように結晶を歪ませた場合、膨脹した方向への拡散
は抑制され、逆に圧縮した方向への拡散は促進される。
すなわち、格子が縮んだ状態では、Ｚｎが格子間位置に
押し出されやすい状態になっているものと思われる。こ
のため、本発明の第１の特徴のようにトンネル接合上に
格子定数の若干大きな結晶層を設けることにより、トン
ネル層内に層に垂直方向に引張り歪が生じ、そのために
層垂直方向へのＺｎ拡散が抑えられるのである。
中にドーピングされたＺｎはIII 族原子の格子位置に入
るが、Ｚｎの拡散は、このような位置にいるＺｎがIII
族原子位置をホッピングすることによって行われるので
はなく、むしろ、結晶格子位置の隙間（格子間位置）に
押し出されたＺｎが格子の隙間を拡散することによって
行われる。この時、格子間の隙間がなるべく大きいとこ
ろが拡散の経路として使われる。したがって、図７に示
したように結晶を歪ませた場合、膨脹した方向への拡散
は抑制され、逆に圧縮した方向への拡散は促進される。
すなわち、格子が縮んだ状態では、Ｚｎが格子間位置に
押し出されやすい状態になっているものと思われる。こ
のため、本発明の第１の特徴のようにトンネル接合上に
格子定数の若干大きな結晶層を設けることにより、トン
ネル層内に層に垂直方向に引張り歪が生じ、そのために
層垂直方向へのＺｎ拡散が抑えられるのである。
【００１７】一般に、ＩｎＧａＰにドープされたII族元
素（Ｂｅ，Ｚｎ等）の拡散は、図６に示すＩ−Ｓ（Ｉｎ
ｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａ
ｌ）モデルで説明可能と思われる。置換え位置のII族元
素が熱励起されたとき、II族原子は格子間位置に移動し
＋にイオン化した状態となる。一方、置換え位置には−
にイオン化したＧａ空孔が形成される。
素（Ｂｅ，Ｚｎ等）の拡散は、図６に示すＩ−Ｓ（Ｉｎ
ｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａ
ｌ）モデルで説明可能と思われる。置換え位置のII族元
素が熱励起されたとき、II族原子は格子間位置に移動し
＋にイオン化した状態となる。一方、置換え位置には−
にイオン化したＧａ空孔が形成される。
【００１８】ＺｎGa→Ｚｎi + ＋ＶGa - 格子間原子は、すでに拡散したホールとＧａ空孔により
形成される電界によって格子間をぬって拡散し、最後は
Ｇａ空孔に捕らえられて置換え位置におさまる。 Ｚｎi + ＋ＶGa - →ＺｎGa II族原子はこのような過程を次々と繰り返して拡散して
いくと考えられる。
形成される電界によって格子間をぬって拡散し、最後は
Ｇａ空孔に捕らえられて置換え位置におさまる。 Ｚｎi + ＋ＶGa - →ＺｎGa II族原子はこのような過程を次々と繰り返して拡散して
いくと考えられる。
【００１９】また本発明の第２の特徴は図１に示すよう
に、ＧａＡｓボトムセル２と、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップ
セル１と，この両者を電気接続するＩｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合層３３とから構成される多接合太陽電池であ
って、該トンネル接合層３３のＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組
成ｙを該トップセルのＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘより
も小さくしたことである。
に、ＧａＡｓボトムセル２と、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップ
セル１と，この両者を電気接続するＩｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合層３３とから構成される多接合太陽電池であ
って、該トンネル接合層３３のＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組
成ｙを該トップセルのＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘより
も小さくしたことである。
【００２０】好ましくはＧａＡｓボトムセル２は図１に
示すようにｐ型ＧａＡｓ基板５上に形成され、トップセ
ル１のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘは、ｐ型ＧａＡｓ基
板５と実質的に格子整合する値に選定され、しかもトン
ネル接合層３３を構成するＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組成ｙ
と ０．０１≦ｘ−ｙ≦０．０５ との関係を満足することである。実質的に格子整合する
組成とは格子不整合Δａ／ａが０．１％以内、すなわち
ＧａＡｓと格子整合する組成ｘ0 ≒０．４９に対しての
ずれΔｘが｜Δｘ｜≦０．０１程度であることを意味す
る。
示すようにｐ型ＧａＡｓ基板５上に形成され、トップセ
ル１のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘは、ｐ型ＧａＡｓ基
板５と実質的に格子整合する値に選定され、しかもトン
ネル接合層３３を構成するＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組成ｙ
と ０．０１≦ｘ−ｙ≦０．０５ との関係を満足することである。実質的に格子整合する
組成とは格子不整合Δａ／ａが０．１％以内、すなわち
ＧａＡｓと格子整合する組成ｘ0 ≒０．４９に対しての
ずれΔｘが｜Δｘ｜≦０．０１程度であることを意味す
る。
【００２１】本発明の第２の特徴の構成においても第１
の特徴の構成と同様にトンネル接合層の禁制帯幅Ｅｇ33
をＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ2 より大きくすることができ
るので、２接合太陽電池とした場合のトンネル接合中で
の光吸収が少なくなり、ＧａＡｓボトムセル２の分光感
度特性が改善される。さらに本発明の第２の特徴によれ
ば、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組成ｙをトップセルのＩｎx
Ｇａ1-x 層の組成ｘよりも小さく ｙ＜ｘ となるようにしているので、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層は格子
定数がＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層よりも小さくなる。
の特徴の構成と同様にトンネル接合層の禁制帯幅Ｅｇ33
をＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ2 より大きくすることができ
るので、２接合太陽電池とした場合のトンネル接合中で
の光吸収が少なくなり、ＧａＡｓボトムセル２の分光感
度特性が改善される。さらに本発明の第２の特徴によれ
ば、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層の組成ｙをトップセルのＩｎx
Ｇａ1-x 層の組成ｘよりも小さく ｙ＜ｘ となるようにしているので、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層は格子
定数がＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層よりも小さくなる。
【００２２】すなわち、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層、Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ｐ層の組成ｙ，ｘと格子定数との関係は図９に示
すような関係であるのでトンネル接合層３３とトップセ
ル１を形成しているｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層お
よびボトムセル２の最上層のｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層
１０との間に図７に示したような引張り歪および圧縮歪
が生じ、前述したと同様にＺｎの拡散が抑制される。し
たがって、トンネル接合層３３の上にさらにｐ+ Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３、ｐＩｎx Ｇａ1-xＰベース
層１４，……ｎ+ ＧａＡｓ層と連続的に高温で成長した
場合においても、設計通りのトンネル接合層３３の不純
物プロファイルが維持できることとなる。したがって、
良好なトンネル接合特性が得られ、２接合太陽電池とし
て必要かつ十分な、大きなトンネル電流を流すことがで
きる。また図８に明らかなように、この組成における禁
制帯幅Ｅｇ33もＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ≒１．４３ｅＶ
よりも十分大きく、光吸収損失もない。
ａ1-x Ｐ層の組成ｙ，ｘと格子定数との関係は図９に示
すような関係であるのでトンネル接合層３３とトップセ
ル１を形成しているｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層お
よびボトムセル２の最上層のｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層
１０との間に図７に示したような引張り歪および圧縮歪
が生じ、前述したと同様にＺｎの拡散が抑制される。し
たがって、トンネル接合層３３の上にさらにｐ+ Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３、ｐＩｎx Ｇａ1-xＰベース
層１４，……ｎ+ ＧａＡｓ層と連続的に高温で成長した
場合においても、設計通りのトンネル接合層３３の不純
物プロファイルが維持できることとなる。したがって、
良好なトンネル接合特性が得られ、２接合太陽電池とし
て必要かつ十分な、大きなトンネル電流を流すことがで
きる。また図８に明らかなように、この組成における禁
制帯幅Ｅｇ33もＧａＡｓの禁制帯幅Ｅｇ≒１．４３ｅＶ
よりも十分大きく、光吸収損失もない。
【００２３】また本発明の第３の特徴は図３又は図４に
示すようにＧａＡｓボトムセル２とＩｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合層３３の間、およびＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネ
ル接合層３３とＩｎx Ｇａ1-x Ｐトップセル１との間の
少なく共一方にさらにＩｎzＧａ1-z Ｐ層８１，８２を
形成し、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２の組成ｚはＩｎ
x Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘ、およびＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の
組成ｙとの間に ｚ＝２ｘ−ｙ なる関係を満足することである。このＩｎz Ｇａ1-z Ｐ
層の厚さはＩｎy Ｇａ1- y Ｐトンネル接合層と等しい厚
さとすることが好ましく、図４のようにトンネル接合層
の両側にＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層を形成した場合は両側の厚
みの合計がＩｎyＧａ1-y Ｐトンネル接合層３３の厚み
と等しくなるようにすることが好ましい。
示すようにＧａＡｓボトムセル２とＩｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合層３３の間、およびＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネ
ル接合層３３とＩｎx Ｇａ1-x Ｐトップセル１との間の
少なく共一方にさらにＩｎzＧａ1-z Ｐ層８１，８２を
形成し、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２の組成ｚはＩｎ
x Ｇａ1-x Ｐ層の組成ｘ、およびＩｎy Ｇａ1-y Ｐ層の
組成ｙとの間に ｚ＝２ｘ−ｙ なる関係を満足することである。このＩｎz Ｇａ1-z Ｐ
層の厚さはＩｎy Ｇａ1- y Ｐトンネル接合層と等しい厚
さとすることが好ましく、図４のようにトンネル接合層
の両側にＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層を形成した場合は両側の厚
みの合計がＩｎyＧａ1-y Ｐトンネル接合層３３の厚み
と等しくなるようにすることが好ましい。
【００２４】本発明の第３の特徴によれば、前述した第
１、および第２の特徴に加え、さらに結晶性が改善され
る。すなわち、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３の
導入によって、トップセル１の結晶品質に悪影響を及ぼ
す心配があるが、この点に対して、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合の下あるいは上あるいは上下に、ｚ＝ｘ＋
（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚さが
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩｎz
Ｇａ1-z Ｐ層を設けているので結晶歪みの影響がトップ
セル結晶に伝わらないようになる。
１、および第２の特徴に加え、さらに結晶性が改善され
る。すなわち、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３の
導入によって、トップセル１の結晶品質に悪影響を及ぼ
す心配があるが、この点に対して、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合の下あるいは上あるいは上下に、ｚ＝ｘ＋
（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚さが
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩｎz
Ｇａ1-z Ｐ層を設けているので結晶歪みの影響がトップ
セル結晶に伝わらないようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係るトンネル接合型２接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽
電池の断面の概略を示す図であり、ＩｎＧａＰトップセ
ル１とＧａＡｓボトムセル２との間にＩｎy Ｇａ1-y Ｐ
トンネル接合層３３を挿入し、両者を電気的に接続して
いる。
施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係るトンネル接合型２接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽
電池の断面の概略を示す図であり、ＩｎＧａＰトップセ
ル１とＧａＡｓボトムセル２との間にＩｎy Ｇａ1-y Ｐ
トンネル接合層３３を挿入し、両者を電気的に接続して
いる。
【００２６】詳細に述べるとＧａＡｓボトムセル２はＺ
ｎドープのｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０19ｃ
ｍ-3）の上部に形成された厚み０．３μｍ、不純物密度
７．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上
に形成されている。そしてＧａＡｓボトムセル２はｐ+
ＧａＡｓバッファ層６の上に形成された厚み０．１μｍ
で、不純物密度２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉ
ｎＧａＰのＢＳＦ層７、その上部に設けられた厚み３μ
ｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベー
ス層８、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+ ＧａＡｓエミッタ層
９、さらにその上部の厚み０．１μｍ、不純物密度２．
０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから構成
されている。エミッタ層９とベース層８の間にｐｎ接合
が形成されている。ＩｎＧａＰトンネル接合層３３は下
部セル（ＧａＡｓボトムセル）２の最上層であるｎ+ Ｉ
ｎＧａＰ窓層１０の上部に形成された厚み１５ｎｍ、不
純物密度５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ
層１１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19の
ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２とから構成されている。こ
こでＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３のｎ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２の組成
ｙはｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層１０の組成ｘよりも小さ
な値となっていることが特徴である。図１ではｙ＝ｘ−
０．０１の組成比としている。そしてこの上部には厚み
０．１〜０．７μｍで不純物密度、１〜６×１０18ｃｍ
-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形成されて
いる。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層３３の組
成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層１
３とする。
ｎドープのｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０19ｃ
ｍ-3）の上部に形成された厚み０．３μｍ、不純物密度
７．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上
に形成されている。そしてＧａＡｓボトムセル２はｐ+
ＧａＡｓバッファ層６の上に形成された厚み０．１μｍ
で、不純物密度２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉ
ｎＧａＰのＢＳＦ層７、その上部に設けられた厚み３μ
ｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベー
ス層８、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+ ＧａＡｓエミッタ層
９、さらにその上部の厚み０．１μｍ、不純物密度２．
０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから構成
されている。エミッタ層９とベース層８の間にｐｎ接合
が形成されている。ＩｎＧａＰトンネル接合層３３は下
部セル（ＧａＡｓボトムセル）２の最上層であるｎ+ Ｉ
ｎＧａＰ窓層１０の上部に形成された厚み１５ｎｍ、不
純物密度５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ
層１１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19の
ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２とから構成されている。こ
こでＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層３３のｎ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２の組成
ｙはｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層１０の組成ｘよりも小さ
な値となっていることが特徴である。図１ではｙ＝ｘ−
０．０１の組成比としている。そしてこの上部には厚み
０．１〜０．７μｍで不純物密度、１〜６×１０18ｃｍ
-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形成されて
いる。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層３３の組
成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層１
３とする。
【００２７】そしてこの上に続けて、厚み０．７〜１．
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。な
お、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層１３の不純物密度は２〜３×１０18
ｃｍ-3とするのがより望ましく、さらにその厚みは０．
５〜０．７μｍとすることが望ましい。ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層１３の厚みを０．７μｍ以上とする
と光が吸収されて効率が下がるので望ましくない。図１
におけるドーパントはｐ+ ＧａＡｓバッファ層６、ｐ+
ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層７、ｐＧａＡｓベース層８、ｐ++
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−Ｂ
ＳＦ層１３、ｐＩｎＧａＰベース層１４に対してはＺｎ
を用いるのが望ましく、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、ｎ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層１０、ｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ
層１１、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇ0.5Ｐエミッタ層１５、ｎ+ Ａ
ｌＩｎＰ窓層１６、ｎ+ ＧａＡｓ層１７にはＳｉを用い
ることが望ましいが、他のドーパントでも同様な効果は
得られる。
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。な
お、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層１３の不純物密度は２〜３×１０18
ｃｍ-3とするのがより望ましく、さらにその厚みは０．
５〜０．７μｍとすることが望ましい。ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層１３の厚みを０．７μｍ以上とする
と光が吸収されて効率が下がるので望ましくない。図１
におけるドーパントはｐ+ ＧａＡｓバッファ層６、ｐ+
ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層７、ｐＧａＡｓベース層８、ｐ++
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２、ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−Ｂ
ＳＦ層１３、ｐＩｎＧａＰベース層１４に対してはＺｎ
を用いるのが望ましく、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、ｎ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層１０、ｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ
層１１、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇ0.5Ｐエミッタ層１５、ｎ+ Ａ
ｌＩｎＰ窓層１６、ｎ+ ＧａＡｓ層１７にはＳｉを用い
ることが望ましいが、他のドーパントでも同様な効果は
得られる。
【００２８】図１に示すようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネ
ル接合層３３をこれより組成比の大きい、すなわち格子
定数の大きいＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層（ｘ＞ｙ）で挟んだダ
ブルヘテロ（ＤＨ）構造となっているので、ｐ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１２中のＺｎの拡散が抑えられ良好なトン
ネル接合特性が得られるのである。すなわち、ＩｎＧａ
Ｐ結晶中にドーピングされたＺｎはＩｎ原子の格子位置
に入るが、Ｚｎの拡散は、このような位置にいるＺｎが
Ｉｎ原子位置をホッピングするとによって行われるので
はなく、むしろ、結晶格子位置の隙間（格子間位置）に
押し出されたＺｎが格子の隙間を拡散することによって
行われる。この時、Ｚｎは格子が縮んだ状態で、格子間
位置へ押し出されやすくなり、格子間の隙間がなるべく
大きいところが拡散の経路として使われる。したがっ
て、結晶を歪ませた場合、膨脹した方向への拡散は抑制
され、逆に圧縮した方向への拡散は促進される。このた
め、トンネル接合上に格子定数の若干大きな結晶層を設
けることにより、トンネル層内に層に垂直方向に引張り
歪が生じ、そのために層垂直方向へのＺｎ拡散が抑えら
れ、トンネル接合として所望の不純物プロファイルが実
現できるのである。
ル接合層３３をこれより組成比の大きい、すなわち格子
定数の大きいＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層（ｘ＞ｙ）で挟んだダ
ブルヘテロ（ＤＨ）構造となっているので、ｐ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１２中のＺｎの拡散が抑えられ良好なトン
ネル接合特性が得られるのである。すなわち、ＩｎＧａ
Ｐ結晶中にドーピングされたＺｎはＩｎ原子の格子位置
に入るが、Ｚｎの拡散は、このような位置にいるＺｎが
Ｉｎ原子位置をホッピングするとによって行われるので
はなく、むしろ、結晶格子位置の隙間（格子間位置）に
押し出されたＺｎが格子の隙間を拡散することによって
行われる。この時、Ｚｎは格子が縮んだ状態で、格子間
位置へ押し出されやすくなり、格子間の隙間がなるべく
大きいところが拡散の経路として使われる。したがっ
て、結晶を歪ませた場合、膨脹した方向への拡散は抑制
され、逆に圧縮した方向への拡散は促進される。このた
め、トンネル接合上に格子定数の若干大きな結晶層を設
けることにより、トンネル層内に層に垂直方向に引張り
歪が生じ、そのために層垂直方向へのＺｎ拡散が抑えら
れ、トンネル接合として所望の不純物プロファイルが実
現できるのである。
【００２９】この結果、本発明の第１の実施の形態に示
すＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合は太陽電池に期待され
る電流値よりも十分大きなトンネル電流を流すことがで
きるようになり、その結果、正常な太陽電池特性が得ら
れた。また、図５に示すようにＧａＡｓボトムセルの分
光感度は、ＧａＡｓトンネル接合を用いた従来型の２接
合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池のボトムセル分光感度
と比べて、７００〜８００ｎｍの波長領域において、２
％から５％程度増加している。
すＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合は太陽電池に期待され
る電流値よりも十分大きなトンネル電流を流すことがで
きるようになり、その結果、正常な太陽電池特性が得ら
れた。また、図５に示すようにＧａＡｓボトムセルの分
光感度は、ＧａＡｓトンネル接合を用いた従来型の２接
合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池のボトムセル分光感度
と比べて、７００〜８００ｎｍの波長領域において、２
％から５％程度増加している。
【００３０】図１において下部セル窓層１０、ＢＳＦ層
１３、ベース層１４、エミッタ層１５のＩｎx Ｇａ1-x
Ｐの組成ｘはＧａＡｓと格子整合する組成ｘ0 〜０．４
９に近い値とすることが望ましい。すなわち、ＧａＡｓ
との格子不整合が０．１％以内となるような組成ｘ＝ｘ
0 ±｜Δｘ｜とすることが必要で、｜Δｘ｜≦０．０１
が好ましい条件である。
１３、ベース層１４、エミッタ層１５のＩｎx Ｇａ1-x
Ｐの組成ｘはＧａＡｓと格子整合する組成ｘ0 〜０．４
９に近い値とすることが望ましい。すなわち、ＧａＡｓ
との格子不整合が０．１％以内となるような組成ｘ＝ｘ
0 ±｜Δｘ｜とすることが必要で、｜Δｘ｜≦０．０１
が好ましい条件である。
【００３１】またトンネル接合層３３のＩｎy Ｇａ1-y
Ｐ層１１，１２の組成ｙの範囲は ｘ−０．０５≦ｙ≦ｘ−０．０１ すなわち、 ０．０１≦ｘ−ｙ≦０．０５ とすることが好ましい。ｘ−ｙ＝０．０１は格子不整合
Δａ／ａ〜０．０７％に相当するが、この大きさの格子
不整合よりも小さくなると前述したＺｎの拡散の抑制効
果が不十分となるからである。またｘ−ｙ＝０．０５は
格子不整合Δａ／ａ0 〜０．３５％に相当するが、これ
以上格子不整合を大きくすると、臨界膜厚が小さくなる
ため、トンネル層の厚さが１０ｎｍ以下になるためであ
る。すなわち、ｘ−ｙ＞０．０５ではトンネル層の厚さ
が薄くなりすぎ、十分なトンネル接合特性が得られなく
なるためである。
Ｐ層１１，１２の組成ｙの範囲は ｘ−０．０５≦ｙ≦ｘ−０．０１ すなわち、 ０．０１≦ｘ−ｙ≦０．０５ とすることが好ましい。ｘ−ｙ＝０．０１は格子不整合
Δａ／ａ〜０．０７％に相当するが、この大きさの格子
不整合よりも小さくなると前述したＺｎの拡散の抑制効
果が不十分となるからである。またｘ−ｙ＝０．０５は
格子不整合Δａ／ａ0 〜０．３５％に相当するが、これ
以上格子不整合を大きくすると、臨界膜厚が小さくなる
ため、トンネル層の厚さが１０ｎｍ以下になるためであ
る。すなわち、ｘ−ｙ＞０．０５ではトンネル層の厚さ
が薄くなりすぎ、十分なトンネル接合特性が得られなく
なるためである。
【００３２】本発明の図１に示したトンネル型２接合太
陽電池は図２に示すような製造方法で製造できる。すな
わち、 （ａ）まず有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ＣＢ
Ｅ（ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、
ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法、ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌａｙｅｒ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）法等を用いて、図２（ａ）に示すように
ｐ+ ＧａＡｓ基板５の上にｐ+ ＧａＡｓ層６、ＧａＡｓ
ボトムセル２、ＩｎＧａＰトンネル接合３３、Ｉｎ0.5
Ｇａ0. 5 Ｐトップセル１、ｎ+ ＧａＡｓ層１７を連続エ
ピタキシャル成長する。より具体的にはＧａＡｓボトム
セル２はｐ+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層７、ｐＧａＡｓベー
ス層８、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ窓層１０の多層エピタキシャル成長層であり、Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１は、ｐＩｎx Ｇａ1-x Ｐ
−ＢＳＦ層１３、ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層１４、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層１５、ｎ+ ＡｌＩｎ
Ｐ窓層１６の順に積層した多層エピタキシャル成長層で
あり、さらに、ＩｎＧａＰトンネル接合はｎ++ＩｎＧａ
Ｐ層１１、ｐ++ＩｎＧａＰ層１２からなる連続エピタキ
シャル成長層である。ＭＯＣＶＤは常圧ＭＯＣＶＤ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ＭＯＣＶＤ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（Ｔ
ＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルアミンアラン（Ｔ
ＭＡＡｌ）など、Ｖ族の原料ガスとしてはホスフィン
（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）などを用いる。ある
いはターシャリー・ブチル・フォスフィン（（Ｃ
4 Ｈ9 ）ＰＨ2 ；ＴＢＰ）、ターシャリー・ブチル・ア
ルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＡｓＨ2 ；ＴＢＡ）などを用いて
もよい。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（ＤＥＳｅ）、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エチル亜鉛（ＤＥＺｎ）あるい
はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）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６．７ｋＰａ〜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
１２０〜１７０程度で行えばよい。成長時の基板温度は
たとえば６５０℃〜７００℃とすればよく、ＧａＡｓボ
トムセル２の成長は７００℃が好ましい。
陽電池は図２に示すような製造方法で製造できる。すな
わち、 （ａ）まず有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ＣＢ
Ｅ（ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、
ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法、ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌａｙｅｒ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）法等を用いて、図２（ａ）に示すように
ｐ+ ＧａＡｓ基板５の上にｐ+ ＧａＡｓ層６、ＧａＡｓ
ボトムセル２、ＩｎＧａＰトンネル接合３３、Ｉｎ0.5
Ｇａ0. 5 Ｐトップセル１、ｎ+ ＧａＡｓ層１７を連続エ
ピタキシャル成長する。より具体的にはＧａＡｓボトム
セル２はｐ+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層７、ｐＧａＡｓベー
ス層８、ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ窓層１０の多層エピタキシャル成長層であり、Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１は、ｐＩｎx Ｇａ1-x Ｐ
−ＢＳＦ層１３、ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層１４、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層１５、ｎ+ ＡｌＩｎ
Ｐ窓層１６の順に積層した多層エピタキシャル成長層で
あり、さらに、ＩｎＧａＰトンネル接合はｎ++ＩｎＧａ
Ｐ層１１、ｐ++ＩｎＧａＰ層１２からなる連続エピタキ
シャル成長層である。ＭＯＣＶＤは常圧ＭＯＣＶＤ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ＭＯＣＶＤ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（Ｔ
ＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルアミンアラン（Ｔ
ＭＡＡｌ）など、Ｖ族の原料ガスとしてはホスフィン
（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）などを用いる。ある
いはターシャリー・ブチル・フォスフィン（（Ｃ
4 Ｈ9 ）ＰＨ2 ；ＴＢＰ）、ターシャリー・ブチル・ア
ルシン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＡｓＨ2 ；ＴＢＡ）などを用いて
もよい。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（ＤＥＳｅ）、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エチル亜鉛（ＤＥＺｎ）あるい
はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）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６．７ｋＰａ〜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
１２０〜１７０程度で行えばよい。成長時の基板温度は
たとえば６５０℃〜７００℃とすればよく、ＧａＡｓボ
トムセル２の成長は７００℃が好ましい。
【００３３】（ｂ）次に、このように連続エピタキシャ
ル成長した多層構造のウェハ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２３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２（ｂ）に示すよ
うに櫛状のストライプ等所望の平面パターン形状の上部
金属電極層２３が形成される。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２（ｂ）に示すパター
ンは得られるが、リフトオフ法の方が簡便である。その
後、Ｈ2雰囲気中あるいはＮ2 等の不活性ガス雰囲気中
で３６０〜４５０℃等の基板温度で電極のシンタリング
を行う。３６０℃で２秒程度のシンタリングが好まし
い。
ル成長した多層構造のウェハ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２３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２（ｂ）に示すよ
うに櫛状のストライプ等所望の平面パターン形状の上部
金属電極層２３が形成される。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２（ｂ）に示すパター
ンは得られるが、リフトオフ法の方が簡便である。その
後、Ｈ2雰囲気中あるいはＮ2 等の不活性ガス雰囲気中
で３６０〜４５０℃等の基板温度で電極のシンタリング
を行う。３６０℃で２秒程度のシンタリングが好まし
い。
【００３４】（ｃ）次にエピタキシャル成長層表面をフ
ォトレジスト等でカバーしｐ+ ＧａＡｓ基板５の裏面を
ブロム（Ｂｒ2 ）系のエッチャントを用いて約６μｍエ
ッチング後、図２（ｃ）に示すようにその表面に約１μ
ｍ程度の裏面電極層４のＡｕメッキをする。続いてエピ
タキシャル成長層表面の所定の平面パターンを有するＡ
ｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜２３の上部表面部分のみフォト
リソグラフィーを用いて約１μｍのＡｕメッキ膜２４を
メッキし、上部金属電極層１８の平面パターン形状を得
る。
ォトレジスト等でカバーしｐ+ ＧａＡｓ基板５の裏面を
ブロム（Ｂｒ2 ）系のエッチャントを用いて約６μｍエ
ッチング後、図２（ｃ）に示すようにその表面に約１μ
ｍ程度の裏面電極層４のＡｕメッキをする。続いてエピ
タキシャル成長層表面の所定の平面パターンを有するＡ
ｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜２３の上部表面部分のみフォト
リソグラフィーを用いて約１μｍのＡｕメッキ膜２４を
メッキし、上部金属電極層１８の平面パターン形状を得
る。
【００３５】（ｄ）次に、たとえば１０ｍｍ×１０ｍｍ
等所望の平面寸法の受光面および上部電極層からなる素
子の主領域をフォトレジストでカバーし、カバーされて
いない他のエピタキシャル成長層の表面を約３０μｍ〜
５０μｍの幅で約１μｍの深さにメサエッチングし、図
２（ｄ）に示すようにメサ９９を形成する。
等所望の平面寸法の受光面および上部電極層からなる素
子の主領域をフォトレジストでカバーし、カバーされて
いない他のエピタキシャル成長層の表面を約３０μｍ〜
５０μｍの幅で約１μｍの深さにメサエッチングし、図
２（ｄ）に示すようにメサ９９を形成する。
【００３６】続いて、上部金属電極層１８の平面パター
ンをマスクとして、上部電極層１８の下のｎ+ ＧａＡｓ
層１７のみを残して、他の部分のｎ+ ＧａＡｓ層１７を
図２（ｄ）に示すようにエッチングにより除去する。
ンをマスクとして、上部電極層１８の下のｎ+ ＧａＡｓ
層１７のみを残して、他の部分のｎ+ ＧａＡｓ層１７を
図２（ｄ）に示すようにエッチングにより除去する。
【００３７】（ｅ）次に、再びリフトオフ法を用いてＺ
ｎＳ膜２０、ＭｇＦ2 膜２１からなる反射防止膜１９を
スパッタリングもしくは真空蒸着により図２（ｅ）に示
すように形成する。
ｎＳ膜２０、ＭｇＦ2 膜２１からなる反射防止膜１９を
スパッタリングもしくは真空蒸着により図２（ｅ）に示
すように形成する。
【００３８】（ｆ）次に、図示は省略するが（ｄ）で説
明した幅３０μｍ〜５０μｍのメサラインを利用してへ
き開等により１０×１０ｍｍのセルを切り出して図１に
示す断面形状のトンネル型２接合太陽電池が完成する。
明した幅３０μｍ〜５０μｍのメサラインを利用してへ
き開等により１０×１０ｍｍのセルを切り出して図１に
示す断面形状のトンネル型２接合太陽電池が完成する。
【００３９】本発明の第１の実施の形態では２セル接合
型太陽電池について述べたが、２接合ＩｎＧａＰ／Ｇａ
Ａｓ太陽電池と他の太陽電池を重ねた３接合以上の多接
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。また、トップセル及びボトムセルの構造の細部
については本発明の第１の実施の形態である図１の構造
は単に例示であり、その他の構造のものについても本発
明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、裏面電
界層の材料、構造が図１のものと異なってもさしつかえ
ない。
型太陽電池について述べたが、２接合ＩｎＧａＰ／Ｇａ
Ａｓ太陽電池と他の太陽電池を重ねた３接合以上の多接
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。また、トップセル及びボトムセルの構造の細部
については本発明の第１の実施の形態である図１の構造
は単に例示であり、その他の構造のものについても本発
明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、裏面電
界層の材料、構造が図１のものと異なってもさしつかえ
ない。
【００４０】さらに、本発明であるＩｎy Ｇａ1-y Ｐト
ンネル接合の導入によって、トップセルの結晶品質に影
響を及ぼす場合も考えられるが、その場合は、図３およ
び図４にそれぞれ示す本発明の第３および第４の実施の
形態の構造を用いればよい。すなわち図３に示すように
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の下に、あるいは図
４に示すように、トンネル接合３３の上下に、ｚ＝ｘ＋
（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚さが
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩｎz
Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２を設けて、結晶歪みの影響がト
ップセル結晶に伝わらないようにする工夫を施せばよ
い。
ンネル接合の導入によって、トップセルの結晶品質に影
響を及ぼす場合も考えられるが、その場合は、図３およ
び図４にそれぞれ示す本発明の第３および第４の実施の
形態の構造を用いればよい。すなわち図３に示すように
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の下に、あるいは図
４に示すように、トンネル接合３３の上下に、ｚ＝ｘ＋
（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚さが
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩｎz
Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２を設けて、結晶歪みの影響がト
ップセル結晶に伝わらないようにする工夫を施せばよ
い。
【００４１】図３は本発明の第２の実施の形態に係るト
ンネル型２接合太陽電池の断面図で、ＧａＡｓボトムセ
ル２はＺｎドープのｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０
19ｃｍ-3）の上部に形成された厚み０．３μｍ、不純物
密度７．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６
の上に形成されている。そしてＧａＡｓボトムセル２は
ｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上に形成された厚み０．１
μｍで、不純物密度２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ
+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層７、その上部に設けられた厚み
３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓ
ベース層８、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+ ＧａＡｓエミッタ
層９、さらにその上部の厚み０．１μｍ、不純物密度
２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから
構成されている。エミッタ層９とベース層８の間にｐｎ
接合が形成されている。ｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０の上部
に厚み３０ｎｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ
+ Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１が形成され、その上に厚み１
５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０
×１０19のｐ++ＩｎyＧａ1-y Ｐ層１２とからなるトン
ネル接合層３３が構成されている。ここでＩｎy Ｇａ
1-y Ｐトンネル接合層３３のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１
１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２の組成ｙはｎ+ Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｐ窓層１０の組成ｘよりも小さな値となり、又
Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１の組成ｚとはｚ＝２ｘ−ｙなる
関係を満足していることが特徴である。そしてこの上部
には厚み０．３〜０．６μｍで不純物密度、１〜６×１
０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形
成されている。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層
３３の組成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ層１３とする。
ンネル型２接合太陽電池の断面図で、ＧａＡｓボトムセ
ル２はＺｎドープのｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０
19ｃｍ-3）の上部に形成された厚み０．３μｍ、不純物
密度７．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６
の上に形成されている。そしてＧａＡｓボトムセル２は
ｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上に形成された厚み０．１
μｍで、不純物密度２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ
+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層７、その上部に設けられた厚み
３μｍ、不純物密度２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓ
ベース層８、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+ ＧａＡｓエミッタ
層９、さらにその上部の厚み０．１μｍ、不純物密度
２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから
構成されている。エミッタ層９とベース層８の間にｐｎ
接合が形成されている。ｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０の上部
に厚み３０ｎｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ
+ Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１が形成され、その上に厚み１
５ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy
Ｇａ1-y Ｐ層１１と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０
×１０19のｐ++ＩｎyＧａ1-y Ｐ層１２とからなるトン
ネル接合層３３が構成されている。ここでＩｎy Ｇａ
1-y Ｐトンネル接合層３３のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１
１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２の組成ｙはｎ+ Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｐ窓層１０の組成ｘよりも小さな値となり、又
Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１の組成ｚとはｚ＝２ｘ−ｙなる
関係を満足していることが特徴である。そしてこの上部
には厚み０．３〜０．６μｍで不純物密度、１〜６×１
０18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形
成されている。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層
３３の組成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ層１３とする。
【００４２】そしてこの上に続けて、厚み０．７〜１．
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。この
ようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の下に、ｚ＝
ｘ＋（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚
さがＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩ
ｎz Ｇａ1-z Ｐ層を設けることにより、結晶歪みの影響
がトップセル結晶に伝わらないようになるため解放電圧
Ｖoc、短絡電流Ｉscが向上し、したがって変換効率もさ
らに向上する。また、トップセルの結晶欠陥に起因する
光吸収損失も極めて小さなものとなる。
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。この
ようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の下に、ｚ＝
ｘ＋（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の厚
さがＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層と等しい厚さのＩ
ｎz Ｇａ1-z Ｐ層を設けることにより、結晶歪みの影響
がトップセル結晶に伝わらないようになるため解放電圧
Ｖoc、短絡電流Ｉscが向上し、したがって変換効率もさ
らに向上する。また、トップセルの結晶欠陥に起因する
光吸収損失も極めて小さなものとなる。
【００４３】また、トップセル及びボトムセルの構造の
細部については、本発明の第２の実施の形態である図３
の構造は単に例示であり、その他の構造のものについて
も本発明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、
裏面電界層の材料、構造が図３のものと異なってもさし
つかえない。
細部については、本発明の第２の実施の形態である図３
の構造は単に例示であり、その他の構造のものについて
も本発明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、
裏面電界層の材料、構造が図３のものと異なってもさし
つかえない。
【００４４】図４は本発明の第３の実施の形態に係るト
ンネル型２接合太陽電池の断面図で、トンネル接合層３
３の両側にＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２を設けた場合
である。すなわちＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部に
形成された厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０18
ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上に形成されてい
る。そしてＧａＡｓボトムセル２はｐ+ ＧａＡｓバッフ
ァ層６の上に形成された厚み０．１μｍで、不純物密度
２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳ
Ｆ層７、その上部に設けられた厚み３μｍ、不純物密度
２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層８、その上
部に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１
０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、さらにその上
部の厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3
のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから構成されている。エミ
ッタ層９とベース層８の間にｐｎ接合が形成されてい
る。ｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０の上部に厚み１５ｎｍ、不
純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎz Ｇａ1-zＰ
層８１が形成され、その上に厚み１５ｎｍ、不純物密度
５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１１
と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++Ｉ
ｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２とからなるトンネル接合層３３が
構成されている。ここでＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合
層３３のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｐ層１２の組成ｙはｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層１０
の組成ｘよりも小さな値となり、又Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層
８１の組成ＺとはＺ＝２ｘ−ｙなる関係を満足している
ことが特徴である。なお、ｙ＝ｘ−０．０１とすること
が好ましい。
ンネル型２接合太陽電池の断面図で、トンネル接合層３
３の両側にＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層８１，８２を設けた場合
である。すなわちＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板５（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部に
形成された厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０18
ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層６の上に形成されてい
る。そしてＧａＡｓボトムセル２はｐ+ ＧａＡｓバッフ
ァ層６の上に形成された厚み０．１μｍで、不純物密度
２．０〜３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳ
Ｆ層７、その上部に設けられた厚み３μｍ、不純物密度
２．０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層８、その上
部に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１
０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層９、さらにその上
部の厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3
のｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０とから構成されている。エミ
ッタ層９とベース層８の間にｐｎ接合が形成されてい
る。ｎ+ ＩｎＧａＰ窓層１０の上部に厚み１５ｎｍ、不
純物密度２．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎz Ｇａ1-zＰ
層８１が形成され、その上に厚み１５ｎｍ、不純物密度
５×１０18ｃｍ-3以上のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１１
と、厚み１５ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++Ｉ
ｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２とからなるトンネル接合層３３が
構成されている。ここでＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合
層３３のｎ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１１、ｐ++Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｐ層１２の組成ｙはｎ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ窓層１０
の組成ｘよりも小さな値となり、又Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層
８１の組成ＺとはＺ＝２ｘ−ｙなる関係を満足している
ことが特徴である。なお、ｙ＝ｘ−０．０１とすること
が好ましい。
【００４５】そしてこのｐ++Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ層１２の
上には厚さ１５ｎｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3
のｐ+ Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８２が形成され、このｚもｚ
＝２ｘ−ｙなる関係を満足している。さらにこの上部に
は厚み０．３〜０．５μｍで不純物密度、１〜６×１０
18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形
成、れている。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層
３３の組成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ
0.5 層１３とする。
上には厚さ１５ｎｍ、不純物密度２．０×１０18ｃｍ-3
のｐ+ Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層８２が形成され、このｚもｚ
＝２ｘ−ｙなる関係を満足している。さらにこの上部に
は厚み０．３〜０．５μｍで不純物密度、１〜６×１０
18ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ−ＢＳＦ層１３が形
成、れている。ＢＳＦ層１３の組成ｘはトンネル接合層
３３の組成ｙよりも大きくし、たとえばＩｎ0.5 Ｇａ
0.5 層１３とする。
【００４６】そしてこの上に続けて、厚み０．７〜１．
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。この
ようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の上下に、ｚ
＝ｘ＋（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の
厚さがＩｎy Ｇａ1-yＰトンネル接合層と等しい厚さの
Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層を設けることにより、結晶歪みの影
響がトップセル結晶に伝わらないようになるため解放電
圧Ｖoc、短絡電流Ｉscが向上し、したがって変換効率も
さらに向上する。また、トップセルの結晶欠陥に起因す
る光吸収損失も極めて小さなものとなる。
５μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐベース層１４；厚み５０ｎｍ、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層１５；および厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１が形成されている。Ｉ
ｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル１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+ ＧａＡｓ層１
７が形成され、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層
２３およびその上のＡｕ層２４からなる上部金属電極層
（表面電極層）１８が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基
板５の裏面には下部金属電極層（裏面電極層）４として
Ａｕ層が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセ
ル１のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層１６の表面においてｎ+ Ｇａ
Ａｓ層１７およびその上の上部金属電極層１８が形成さ
れている部分以外の領域には、ＺｎＳ層２０、ＭｇＦ2
層２１からなる反射防止膜１９が形成されている。この
ようにＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合３３の上下に、ｚ
＝ｘ＋（ｘ−ｙ）＝２ｘ−ｙの組成比ｚを有し、合計の
厚さがＩｎy Ｇａ1-yＰトンネル接合層と等しい厚さの
Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層を設けることにより、結晶歪みの影
響がトップセル結晶に伝わらないようになるため解放電
圧Ｖoc、短絡電流Ｉscが向上し、したがって変換効率も
さらに向上する。また、トップセルの結晶欠陥に起因す
る光吸収損失も極めて小さなものとなる。
【００４７】また、トップセル及びボトムセルの構造の
細部については、本発明の第３の実施の形態である図４
の構造は単に例示であり、その他の構造のものについて
も本発明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、
裏面電界層の材料、構造が図４のものと異なってもさし
つかえない。また２接合太陽電池に限らず、３接合以上
の多接合太陽電池とすれば、本発明の効果はより顕著に
発揮できるものである。
細部については、本発明の第３の実施の形態である図４
の構造は単に例示であり、その他の構造のものについて
も本発明は有効である。たとえば、反射防止膜、窓層、
裏面電界層の材料、構造が図４のものと異なってもさし
つかえない。また２接合太陽電池に限らず、３接合以上
の多接合太陽電池とすれば、本発明の効果はより顕著に
発揮できるものである。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トップセルの長波長分光感度を損なうことなく、良好な
特性を有するＩｎＧａＰトンネル接合を形成することが
でき、トンネル接合内での光吸収による損失のほとんど
ない、発電効率の高い多接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽
電池が得られる。
トップセルの長波長分光感度を損なうことなく、良好な
特性を有するＩｎＧａＰトンネル接合を形成することが
でき、トンネル接合内での光吸収による損失のほとんど
ない、発電効率の高い多接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽
電池が得られる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトンネル型２
接合太陽電池の断面構造を示す図である。
接合太陽電池の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るトンネル型２
接合太陽電池の製造方法を説明するための工程概略図で
ある。
接合太陽電池の製造方法を説明するための工程概略図で
ある。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るトンネル型２
接合太陽電池の断面図である。
接合太陽電池の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るトンネル型２
接合太陽電池の断面図である。
接合太陽電池の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るトンネル型２
接合太陽電池のＧａＡｓボトムセルの分光感度特性を従
来技術と比較するための図である。
接合太陽電池のＧａＡｓボトムセルの分光感度特性を従
来技術と比較するための図である。
【図６】本発明の作用を説明するためのモデル図であ
る。
る。
【図７】本発明の作用を説明するためのモデル図であ
る。
る。
【図８】Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐの禁制帯幅のＩｎの組成ｘに
対する依存性を説明する図である。
対する依存性を説明する図である。
【図９】Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐの歪応力のない場合における
格子定数のＩｎ組成ｘに対する依存性を説明する図であ
る。
格子定数のＩｎ組成ｘに対する依存性を説明する図であ
る。
【図１０】従来のトンネル型２接合太陽電池の断面図で
ある。
ある。
【図１１】本発明を完成するために検討したトンネル型
２接合太陽電池の断面図である。
２接合太陽電池の断面図である。
【図１２】従来型２接合太陽電池のボトムセル（ｃ）の
分光感度特性をＧａＡｓ単接合セル（ａ）、およびＩｎ
ＧａＰフィルタ付ＧａＡｓ単接合セル（ｂ）の分光感度
特性と比較するための図である。
分光感度特性をＧａＡｓ単接合セル（ａ）、およびＩｎ
ＧａＰフィルタ付ＧａＡｓ単接合セル（ｂ）の分光感度
特性と比較するための図である。
１ ＩｎＧａＰトップセル ２ ＧａＡｓボトムセル ３ ＧａＡｓトンネル接合層 ３１，３３ ＩｎＧａＰントンネル接合層 ４ 裏面電極 ５ ＧａＡｓ基板 ６ ｐ+ ＧａＡｓバッファ層 ７ ボトムセル裏面電界層 ８ ボトムセルベース層 ９ ボトムセルエミッタ層 １０ ボトムセル窓層 １１ ｎ++ＩｎＧａＰ層 １２ ｐ++ＩｎＧａＰ層 １３ トップセル裏面電界層 １４ トップセルベース層 １５ トップセルエミッタ層 １６ トップセル窓層 １７ 表面電極オーミックコンタクト層 １８ 表面電極 １９ 反射防止膜 ２０ ＺｎＳ層 ２１ ＭｇＦ2 層 ２２ Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層 ２３ Ａｕメッキ層 ８１ ｎ++Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層（Ｚ＝２ｘ−ｙ） ８２ ｐ++Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層（Ｚ＝２ｘ−ｙ）
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓボトムセルと、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｐトップセルと，該ボトムセルとトップセルとを互いに
接続するＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層とから構成さ
れる多接合太陽電池であって、該トンネル接合層のＩｎ
y Ｇａ1-y Ｐ層の格子定数を該トップセルのＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ層の格子定数よりも小さくしたことを特徴とする
多接合太陽電池。 - 【請求項２】 ＧａＡｓボトムセルと、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｐトップセルと，該ボトムセルとトップセルとを互いに
接続するＩｎy Ｇａ1-y Ｐトンネル接合層とから構成さ
れる多接合太陽電池であって、該トンネル接合層のＩｎ
y Ｇａ1-y Ｐ層の組成ｙを該トップセルのＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ層の組成ｘよりも小さくしたことを特徴とする多
接合太陽電池。 - 【請求項３】 前記ＧａＡｓボトムセルはｐ型ＧａＡｓ
基板上に形成され、前記トップセルのＩｎx Ｇａ1-x Ｐ
層の組成ｘは、該ｐ型ＧａＡｓ基板と実質的に格子整合
する値に選定され、しかもトンネル接合層を構成するＩ
ｎy Ｇａ1-yＰ層の組成ｙと ０．０１≦ｘ−ｙ≦０．０５ との関係を満足することを特徴とする請求項１または２
記載の多接合太陽電池。 - 【請求項４】 前記ＧａＡｓボトムセルと前記Ｉｎy Ｇ
ａ1-y Ｐトンネル接合層の間、および前記Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｐトンネル接合層と前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップセ
ルとの間の少なく共一方にさらにＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層を
形成し、該Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層の組成ｚは前記Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ｐ層の組成ｘ、および前記ＩｎyＧａ1-y Ｐ層の
組成ｙとの間に ｚ＝２ｘ−ｙ なる関係を満足することを特徴とする請求項２記載の多
接合太陽電池。 - 【請求項５】 前記ＧａＡｓボトムセルと前記Ｉｎy Ｇ
ａ1-y Ｐトンネル接合層の間、および前記Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｐトンネル接合層と前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐトップセ
ルとの間の少なく共一方にさらにＩｎz Ｇａ1-z Ｐ層を
形成し、該Ｉｎz Ｇａ1-z Ｐ層の組成ｚは前記Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ｐ層の組成ｘ、および前記ＩｎyＧａ1-y Ｐ層の
組成ｙとの間に ｚ＝２ｘ−ｙ なる関係を満足することを特徴とする請求項３記載の多
接合太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7210618A JPH0964386A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 多接合太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7210618A JPH0964386A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 多接合太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964386A true JPH0964386A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16592315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7210618A Pending JPH0964386A (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | 多接合太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964386A (ja) |
Cited By (11)
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| JPWO2024106240A1 (ja) * | 2022-11-14 | 2024-05-23 |
-
1995
- 1995-08-18 JP JP7210618A patent/JPH0964386A/ja active Pending
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