專利名稱：多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了化合物半導(dǎo)體的多結(jié)(也稱作串聯(lián)型、堆疊型、疊層型)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
由2種以上的元素構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體，由于元素的組合而存在較多種類。此外，通過將包含多個不同材料的化合物半導(dǎo)體層疊層，可以實現(xiàn)具有多種多樣功能和物性的化合物半導(dǎo)體器件，作為其一個實例，可以列舉太陽能電池。在此，作為太陽能電池，可以列舉使用硅作為半導(dǎo)體的硅類太陽能電池、使用化合物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體太陽能電池、使用有機材料的有機類太陽能電池等，其中，對于化合物半導(dǎo)體太陽能電池而言，正在以能量轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高為目標(biāo)而實施開發(fā)。 作為提高化合物半導(dǎo)體太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率的方法，存在以下方法將包含多個化合物半導(dǎo)體層的薄膜太陽能電池構(gòu)成的多個子電池疊層，形成多結(jié)太陽能電池的方法；探索將構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體材料有效地進(jìn)行組合的方法。GaAs和InP等化合物半導(dǎo)體，分別具有固有的帶隙，由于其帶隙不同，因而吸收的光波長也不同。因此，通過疊層多種子電池，可以提高具有較寬波長范圍的太陽光的吸收效率。在進(jìn)行疊層時，構(gòu)成各子電池的化合物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)以及物性值(例如帶隙)的組合是非常重要的。然而，目前所研究的大部分多結(jié)太陽能電池，可以分類如下使包含晶格常數(shù)幾乎一致的化合物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體層疊層而成的晶格匹配系，以及利用伴隨位錯的變形異質(zhì)(metamorphic)生長，使包含具有不同晶格常數(shù)的化合物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體層疊層而成的晶格失配系。然而，在變形異質(zhì)生長法中，由于必然會伴隨有不希望的晶格失配，因此，存在化合物半導(dǎo)體的品質(zhì)顯著降低的問題。針對這些問題，近年來提出了在化合物半導(dǎo)體層的接合中利用了基板貼合技術(shù)的多結(jié)太陽能電池的制造方法，已有報道的是具有1% 48Ga0 52P/GaAs/InGaAsP/In。. 53GaQ. 47As結(jié)構(gòu)的四結(jié)太陽能電池。所述基板貼合技術(shù)，是指在相接合的化合物半導(dǎo)體層之間形成同質(zhì)結(jié)或者異質(zhì)結(jié)的技術(shù)，可以分類如下例如，將不同化合物半導(dǎo)體層直接進(jìn)行貼合的直接貼合方式(例如，參考非專利文獻(xiàn)1: " Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for HighEfficiency Solar Cells" , NCPV and Solar Program Review Meeting 2003),以及隔著連接層進(jìn)行接合的方式?；遒N合技術(shù)具有不會伴隨穿透位錯的增加這一優(yōu)點。穿透位錯的存在，會對化合物半導(dǎo)體層的電子性能帶來不利影響，即，穿透位錯與摻雜劑、再結(jié)合中心相同，會在化合物半導(dǎo)體層中提供容易擴散的通路，從而成為減少化合物半導(dǎo)體層的載流子密度的原因。此外，在基板貼合技術(shù)中，可以解決晶格失配的問題，并進(jìn)一步地回避晶格失配造成的外延生長困難，因此，可以大幅度降低使電池性能降低的穿透位錯密度。在所述基板貼合技術(shù)中，在不同物質(zhì)的界面之間，即異質(zhì)界面上形成共價鍵，然而，此時，在熱波動不超過穿透位錯運動時所需的動態(tài)閾值的溫度下，進(jìn)行基板接合步驟是很重要的。通過直接貼合方式進(jìn)行接合時，進(jìn)行原子力范圍的半導(dǎo)體-半導(dǎo)體接合。因此，接合部的透明性、熱傳導(dǎo)率、耐熱性和可靠性，比使用金屬糊料、玻璃原料(玻璃料)進(jìn)行接合時更優(yōu)異。所述直接貼合方式，可以達(dá)到與由單結(jié)元件構(gòu)成的太陽能電池等同的容易程度，具體而言，可以僅通過疊層的各化合物半導(dǎo)體層的合金化，即可實現(xiàn)一體型或2端子的化合物半導(dǎo)體器件向模塊的集成。·現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)IWafer Bonding and Layer Transfer Processes for HighEfficiency Solar Cells, NCPV and Solar Program Review Meeting 200
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題因此，為了提高太陽光的利用效率，需要在較寬范圍吸收太陽光光譜。太陽光光譜的最大波長為2. 5μ m。另一方面，例如在上述非專利文獻(xiàn)I中，最下層由帶隙0. 72eV的InGaAs層構(gòu)成，所述InGaAs層僅吸收波長約1.7μπι的太陽光。為了在較寬范圍吸收太陽光光譜，需要由具有更低帶隙值的化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成子電池。然而，據(jù)本發(fā)明人調(diào)查發(fā)現(xiàn)，邊將用于形成這樣的子電池的基底(例如，成膜用基板)的晶格常數(shù)和構(gòu)成子電池的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)整合為一體，邊制備包含具有所期望的帶隙的化合物半導(dǎo)體的子電池的技術(shù)尚不存在。因此，本發(fā)明的目的在于提供多結(jié)太陽能電池、或者具備化合物半導(dǎo)體層的光電轉(zhuǎn)換元件、化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體，所述多結(jié)太陽能電池具備包含化合物半導(dǎo)體的子電池，該化合物半導(dǎo)體與構(gòu)成基底的材料整體晶格匹配，并且具有所期望的帶隙。解決問題的方法實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池疊層有多個子電池，且光由位于最上層的子電池起入射至位于最下層的子電池，從而在各子電池中發(fā)電，各子電池由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層以及具有不同于第I導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成，且在多個子電池中的至少一個特定的子電池中，第I化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第1-A化合物半導(dǎo)體層以及第1-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第2化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第2-Α化合物半導(dǎo)體層以及第2-Β化合物半導(dǎo)體層疊層而成，構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-Α化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-Α，構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-Β化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于特定的子電池的帶隙值，來確定化合物半導(dǎo)體組成-Α，
基于形成第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，
第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層和具有不同于第I導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第I化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第1-A化合物半導(dǎo)體層以及第1-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第2化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第2-A化合物半導(dǎo)體層以及第2-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-A，構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值，來確定化合物半導(dǎo)體組成-A，基于形成第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體包含至少一個化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該化合物半導(dǎo)體層疊層單元是由第A化合物半導(dǎo)體層和第B化合物半導(dǎo)體層疊層而成的，基于形成第A化合物半導(dǎo)體層和第B化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與構(gòu)成第A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定構(gòu)成第B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第B化合物半導(dǎo)體層的厚度，
第A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。發(fā)明的效果對于本發(fā)明多結(jié)太陽能電池中的特定的子電池或者光電轉(zhuǎn)換元件而言，將第I化合物半導(dǎo)體層與第2化合物半導(dǎo)體層疊層，第I化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，第2化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元，其中，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第1-A化合物半導(dǎo)體層以及第1-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第2-A化合物半導(dǎo)體層以及第2-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成。而且，基于特定的子電池的所期望的帶隙值，來確定構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-A，基于形成第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確 定構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差，以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度。而且，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。按照上述，通過第1-A化合物半導(dǎo)體層和第1-B化合物半導(dǎo)體層，構(gòu)成應(yīng)變補償(歪補償)疊層結(jié)構(gòu)。然后，在設(shè)定了特定的子電池所期望的帶隙時、S卩，例如設(shè)定了特定的子電池能夠最有效地吸收的光的波長時，或者，在設(shè)定了光電轉(zhuǎn)換元件所期望的帶隙時、即，設(shè)定了光電轉(zhuǎn)換元件能夠最有效地吸收的光的波長或所期望的發(fā)光波長時，可以確定實現(xiàn)上述目的的化合物半導(dǎo)體組成-A。然而，由于確定的化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)和基底晶格常數(shù)之間通常存在差值，即常常變?yōu)榫Ц袷湎?，因此，通過確定化合物半導(dǎo)體組成-B從而使得沒有該差值，即消除該差值(即變?yōu)榫Ц衿ヅ湎?。進(jìn)一步地，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差、以及第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，不僅能確定第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，還確定了第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層、以及第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的層厚的上限值和下限值。即，如果高于它們的層厚的上限值，就會產(chǎn)生晶格失配，從而可以發(fā)生位錯。此外，如果低于它們層厚的下限值，則帶隙值會發(fā)生變化。如上所述，就特定的子電池的第I化合物半導(dǎo)體層與第2化合物半導(dǎo)體層而言，均在尋求化合物半導(dǎo)體組成的優(yōu)化(即，帶隙和晶格常數(shù)的優(yōu)化)，以及層厚的優(yōu)化。作為以上結(jié)果，即使第1-A化合物半導(dǎo)體層和基底之間存在晶格失配，所述晶格失配也可以通過第1-B化合物半導(dǎo)體層消除，使得第I化合物半導(dǎo)體層整體仍為晶格匹配系。第2化合物半導(dǎo)體層整體也相同。而且，第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層整體，可以實現(xiàn)在所期望的光的波長下有效的吸收或者于所期望的波長處發(fā)光。而且，這樣一來，例如對于多結(jié)太陽能電池而言，可以進(jìn)一步提高對具有較寬波長范圍的太陽光的吸收效率。在本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體中，基于基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第B化合物半導(dǎo)體層的厚度。因此，即使第A化合物半導(dǎo)體層和基底之間存在晶格失配，所述晶格失配也可以通過第B化合物半導(dǎo)體層消除，使得化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體整體成為晶格匹配系。因此，為了得到晶格匹配系必須在由基底晶格常數(shù)導(dǎo)致受到限制的狀態(tài)下來確定化合物半導(dǎo)體組成-A的制約，得到緩和，從而，可以擴寬構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成的選擇幅度，以及能夠提高選擇自由度。


圖1的(A)和⑶，分別為實施例1、實施例3的多結(jié)太陽能電池的概念圖，以及位于最下層的特定的子電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的概念圖。圖2的(A)和(B)為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，用于說明實施例3的多結(jié)太陽 能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖3的㈧和⑶為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，接續(xù)圖2的(B)，用于說明實施例3的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖4的(A)和⑶，分別為實施例4和實施例5的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的概念圖。圖5的(A)和(B)為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，用于說明實施例6的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖6的㈧和⑶為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，接續(xù)圖5的⑶，以用于說明實施例6的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖7為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，接續(xù)圖6的(B)，用于說明實施例6的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖8的(A)和(B)為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，用于說明實施例7的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖9的㈧和⑶為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，接續(xù)圖8的(B)，用于說明實施例7的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖10的㈧和⑶為化合物半導(dǎo)體層等的概念圖，接續(xù)圖9的⑶，以用于說明實施例7的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法。圖11為實施例1的多結(jié)太陽能電池的變形例的概念圖。圖12為圖表，表示的是就4個子電池疊層的多結(jié)太陽能電池而言，在設(shè)定了第4子電池的帶隙為1. 910eV，第3子電池的帶隙為1. 420eV時，對第2子電池和第I子電池的帶隙做以各種變更，進(jìn)行模擬，從而求出的轉(zhuǎn)化效率的結(jié)果。圖13為表示金屬原子成膜特性的特性圖。圖14為表示Ti層膜厚與光透射性關(guān)系的特性圖。圖15的(A)和(B)為表示紅外顯微鏡透射實驗結(jié)果的照片。圖16為圖表,表不P型GaAs層中的P型摻雜劑在各濃度的光子能量與吸收系數(shù)之間的關(guān)系。圖17為圖表，表示P型摻雜劑在濃度3 X IO19時p型GaAs層的厚度與最大波長2. 5 μ m處的太陽光的光透射率之間的關(guān)系。圖18為照片，是使用掃描型透射電子顯微鏡觀察到的InP基板和GaAs基板的接合界面處的明視場圖像。圖19為表示Ti層的膜厚和光透射率隨時間變化的圖表。圖20為表示Ti層的膜厚和光透射率隨時間變化的圖表。圖21為圖表，表示的是基于能量分散X射線分光法，在實施例3的多結(jié)太陽能電池的疊層方向的各距離下對各原子的濃度進(jìn)行定量分析的結(jié)果。圖22為貼合接合界面的透射型電子顯微鏡截面照片。符號說明 11，12，13，14 · · ·化合物半導(dǎo)體層；11A, IlA1, IlA2,11C，12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C, 14A, 14B, 14C · · ·化合物半導(dǎo)體層；IIAa · · 第1-A化合物半導(dǎo)體層；IIAb · · 第1-B化合物半導(dǎo)體層；IICa · · 第2-A化合物半導(dǎo)體層；IICb · · 第2-B化合物半導(dǎo)體層；IlAu · · 第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元；IlCu · · 第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元；15 · · 第I隧道結(jié)層；16 · · 第2隧道結(jié)層；17 · · ·窗層；18 · · ·防反射膜；19 · · 第 2 電極；20，20A，20B，21，21A，21B，22，22A，22B · · 連接層;31 · · ·成膜用/支持用基板；32，33，34· · 支持基板；41，44· · 成膜用基板;42 · · 第I剝離用犧牲層；43 · · · n+_InP 層；45 · · ·剝離用犧牲層；46 · · 第2剝離用犧牲層；47 · · 第3剝離用犧牲層；101，102，· 103 · · ·半導(dǎo)體激光元件；101A，101B，101C，102A，102B，102C，103A，103B，103C · · 化合物半導(dǎo)體層;104 · · ·連接層；105 ·· ·隧道結(jié)層；106 · · 第 I 電極；107 · · 第 2 電極；201 · · · P 型 GaAs 基板；
202 ·· ·下部 DBR 層；203 ·· ·電流狹窄層；204 · · .AlxCVx 層；205 ·· ·連接層；206 ·· ·下部間隔層；207 ·· ·活性層；208 ·· ·上部間隔層； 209 ·· ·上部 DBR 層 209 ；發(fā)明的
具體實施例方式以下，將參考附圖并基于實施例對本發(fā)明做以說明，本發(fā)明并不限定于實施例，實施例中的各種數(shù)值、材料為示例。此外，將按照下面的順序進(jìn)行說明。1.對本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體進(jìn)行全面說明2.實施例1 (本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體)3.實施例2 (實施例1的變形)4.實施例3 (實施例1的其他變形)5.實施例4 (實施例3的變形)6.實施例5 (實施例3的其他變形)7.實施例6 (實施例3進(jìn)一步的其他變形)8.實施例7 (實施例6的變形)、其他[對本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體進(jìn)行全面說明]在本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池中，特定的子電池可以是位于最下層的方式。多個子電池的疊層順序為如下所述的疊層順序距離光入射一側(cè)越近，則構(gòu)成子電池的化合物半導(dǎo)體的帶隙就越大，也就是說，從后述的支持基板等一側(cè)起，至第2電極一側(cè)，帶隙依次增大。視情況而定，多個子電池的一部分可以由Ge層構(gòu)成。對于包含上述優(yōu)選方式的本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池、本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件或本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，可以為下述方式構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群相同。由此，在這種情況下，可以為下述方式構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群的原子百分率和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群的原子百分率不同。進(jìn)一步地，就包含上述各種優(yōu)選方式的本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池而言，特定的子電池的帶隙值，或者就包含上述各種優(yōu)選方式的本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件而言，光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值，優(yōu)選為O. 45eV O. 75eV。此外，就包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件或者本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，期望化合物半導(dǎo)體組成-B的帶隙值大于化合物半導(dǎo)體組成-A的帶隙值。此外，就包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或者本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl時，其優(yōu)選滿足下述關(guān)系I (LCa-LC0) /LC01 彡 I X 1(Γ3O. 25 彡 I (LCb-LC0)/(LCa-LC0) | 彡 4. O。另外，在這種情況下，進(jìn)一步優(yōu)選LCa-LC0 > OLCb-LC0 < O。 此外，就包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或者本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl，將第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-Α化合物半導(dǎo)體層的厚度(或者第A化合物半導(dǎo)體層的厚度)設(shè)定為tA，將第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度(或者第B化合物半導(dǎo)體層的厚度)設(shè)定為tB時，期望其滿足下述關(guān)系-1 X 1(Γ3 彡{(tB · LCB+tA · LCa) / (tB+tA) -LCj /LC0 彡 I X 1(Γ3。此外，就包含以上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或者本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，可以為以下構(gòu)成基底由InP形成，化合物半導(dǎo)體組成-A為InxGahAs,化合物半導(dǎo)體組成-B為InyGahyAs (條件是x > y)。而且,在這種情況下，進(jìn)一步優(yōu)選O. 53 ^ X ^ O. 86O 彡 0.53?；蛘撸梢詾橐韵聵?gòu)成基底由InP形成，化合物半導(dǎo)體組成-A為(InP) ^(IrvGa1YAs)z，化合物半導(dǎo)體組成-B 為(InP) ^ (IrvGa^As) z (條件是 x’ > y’)。而且，在這種情況下，進(jìn)一步優(yōu)選O. 53 彡 X’ 彡 O. 86O 彡 y，彡 O. 53O < z <1. O。就包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或者本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體(以下有時也將其統(tǒng)一簡稱為“本發(fā)明”)而言，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，第A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，第B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，在此，如果化合物半導(dǎo)體層的厚度小于臨界膜厚，則構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體晶體的晶體晶格應(yīng)變使得晶格失配得以緩和，可以抑制位錯的產(chǎn)生。此外，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第A化合物半導(dǎo)體層的厚度是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第B化合物半導(dǎo)體層的厚度是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，在此“不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度”是指德·布羅意波長(數(shù)nm 20nm)以上的膜厚，即使被雙異質(zhì)勢魚(double hetero barrier)包圍，也不會產(chǎn)生量子能級。在本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池中的多個子電池疊層時，由于構(gòu)成子電池的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)，子電池之間有時會形成晶格失配系。在這種情況下，期望形成晶格失配系的子電池和子電池之間通過包含導(dǎo)電材料的非晶質(zhì)連接層連接(接合)?；蛘?，即使是本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件和本發(fā)明以外的光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行疊層時，由于構(gòu)成疊層的光電轉(zhuǎn)換元件之間的相鄰接化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)的不同，有時會形成晶格失配系。在這種情況下，期望形成晶格失配系的化合物半導(dǎo)體層和化合物半導(dǎo)體層，通過包含導(dǎo)電材料的非晶質(zhì)連接層連接(接合)。如上所述，通過包含導(dǎo)電材料的非晶質(zhì)連接層連接(接合)，可以降低子電池或化合物半導(dǎo)體層的接合界面處的接觸電阻，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。此外，在以下的說明中，有時將設(shè)置有上述這樣連接層的多結(jié)太陽能電池或疊層的光電轉(zhuǎn)換元件，總稱為“設(shè)置有連接層的本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池
坐”
寸 ο就如上所述設(shè)置有連接層的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，依賴于構(gòu)成相鄰接的子電池或構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)，相鄰接的子電池或化合物半導(dǎo)體層形成晶格匹配系或晶格失配系，然而，設(shè)置有連接層的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等作為整體混合有上述晶格匹配系/晶格失配系。就設(shè)置有連接層的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，將構(gòu)成與連接層相鄰接一側(cè)的子電池或化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)設(shè)定為Lc1，將構(gòu)成與連接層相鄰接的另一側(cè)的子電池或化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)設(shè)定為Lc2時，晶格失配系意指(Lc1-Lc2) /Lc1 彡 I X 1(T3 (A)或(Lc「Lc2) /Lc1 ^-1XlO3 ⑶。此外，(Lc1-Lc2VLc1的值在上述范圍以外時，SP
-1 X 1(T3 < (Lc1-Lc2) /Lc1 < I X 1(T3 (C)時，形成為晶格匹配系。進(jìn)一步地，就設(shè)置有包含上述優(yōu)選方式的連接層的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，優(yōu)選形成如下方式在未設(shè)置連接層的相鄰接的子電池之間設(shè)置隧道結(jié)層。就包含上述各種優(yōu)選形方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件而言，也是相同的，或者可以使其相同。如上所述，這里的連接層是具有無定形性的層，由金屬或合金構(gòu)成。具體而言，構(gòu)成連接層的材料，是相對于相連接的化合物半導(dǎo)體層具有歐姆性的材料，進(jìn)一步具體而言，優(yōu)選使用功函數(shù)小于η型半導(dǎo)體的費米能級、或大于P型半導(dǎo)體的費米能級的金屬或合金，由此，可以顯著降低接觸電阻，從而實現(xiàn)良好的歐姆性接觸。此外，“非晶質(zhì)的連接層”或“具有無定形性的連接層”意指不具有如晶體那樣的長期的秩序性，如圖22所示，在使用透射型電子顯微鏡得到的圖像中，不能觀察到晶格圖像的狀態(tài)。金屬薄膜(例如厚度為數(shù)nm以下)，通常，可以基于被稱作PVD法的真空蒸鍍法、濺射法來形成，然而，此時大多形成島狀，而不形成層狀。并且在形成島狀時，難以高精度地控制膜厚?；谡婵照翦兎ㄐ纬山饘俦∧r，吸附在基底上的原子/分子常常經(jīng)過表面擴散、沖擊/凝集、脫離等的過程而形成島狀物，島狀物通過生長與相鄰接的島狀物連接，形成連續(xù)薄膜。此時，會產(chǎn)生島狀物的形成、非晶質(zhì)向晶體層的轉(zhuǎn)移、晶體取向變化等。
此外認(rèn)為，將金屬薄膜的厚度設(shè)定為單原子層左右進(jìn)行蒸鍍時，金屬原子是形成2維層狀結(jié)構(gòu)還是形成3維島狀結(jié)構(gòu)，取決于最表面的金屬原子和存在于其下面的金屬原子之間的鍵合能量、以及金屬原子和基底的鍵合能量的相互作用。金屬原子和金屬原子的鍵合穩(wěn)定時，其形成3維島狀結(jié)構(gòu)，另一方面，金屬原子與基底鍵合穩(wěn)定時，其形成2維層狀結(jié)構(gòu)。圖13中示出對各金屬原子中的金屬原子-金屬原子的鍵合能量[吸附原子之間的鍵合能量]、以及金屬原子-基底(在此為GaAs或InP)的鍵合能量[吸附原子_基板之間的鍵合能量]的特性進(jìn)行類推的結(jié)果。位于圖13虛線的上方區(qū)域的組(A)和組(B)的金屬原子，與基底的鍵合能量高，因此，認(rèn)為其可能形成2維層狀結(jié)構(gòu)。由此可知，作為連接層的材料，優(yōu)選使用屬于組(A)和組(B)的金屬原子。由此，包含導(dǎo)電材料的連接層，更具體而言，由金屬或合金構(gòu)成的連接層，優(yōu)選包·含選自鈦(Ti)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎢(W)、鉭(Ta)、鑰(Mo)、鈮(Nb)和釩(V)中的至少一種原子(金屬原子)的方式。另外，即使連接層中還含有鐵(Fe)、鉻(Cr)、鎳(Ni)或鋁(Al)原子，也不會對其特性有任何影響?；蛘撸B接層優(yōu)選以下方式連接層是由選自氧化鋁-摻雜氧化鋅[ΑΖ0]、銦-鋅復(fù)合氧化物[ΙΖ0]、鎵-摻雜氧化鋅[GZ0]、銦-鎵復(fù)合氧化物[IGO]、In-GaZnO4 [IGZ0]和銦-錫復(fù)合氧化物[ΙΤ0]的材料，即，由透明且具有導(dǎo)電性的材料構(gòu)成?；蛘撸B接層可以是如下方式包含非晶質(zhì)化合物半導(dǎo)體形成，具體而言，包含位于化合物半導(dǎo)體層和化合物半導(dǎo)體層的界面處的化合物半導(dǎo)體層部分(條件是非晶質(zhì)的)。對于上述方式，由于隔著非晶質(zhì)的化合物半導(dǎo)體層部分，可以避開晶格失配的問題，從而避免發(fā)生位錯等不佳狀態(tài)。此外，例如由上述金屬原子構(gòu)成連接層，可以充分降低接觸電阻，具體而言，可以使其為P 1Χ10_3Ω ·οιι2。進(jìn)一步具體而言,例如，由鈦(Ti)構(gòu)成的情況下，例如，相對于P+-GaAs層和η+-ΙηΡ層、或者相對于P+-GaAs層和n+_InGaAsP層的接觸電阻P?？梢詾镮X 1(Γ3Ω · cm2以下。就設(shè)置了包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的連接層的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，期望由上述金屬或合金構(gòu)成的非晶質(zhì)連接層的厚度為5nm以下，優(yōu)選為2nm以下。在圖14中，例如示出了測定的Ti層膜厚與波長范圍450nm SOOnm的光的透射性之間關(guān)系的結(jié)果，并可判斷連接層的厚度在5nm以下能夠確保約80%的光透射率。此外，優(yōu)選通過設(shè)定連接層的厚度在2nm以下，從而可以確保95%以上的光透射率。另一方面，由透明且具有導(dǎo)電性的上述材料構(gòu)成的非晶質(zhì)連接層的厚度、或者由非晶質(zhì)化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的非晶質(zhì)連接層的厚度，期望在lXl(T7m以下。在由上述金屬原子構(gòu)成連接層的情況下，就夾持連接層對置的2個子電池(為方便起見將其中一個子電池稱作“子電池-A”，為方便起見將另一個子電池稱作“子電池-B”)而言，優(yōu)選在子電池-A上設(shè)置第I連接層，在子電池-B上設(shè)置第2連接層，并通過將第I連接層和第2連接層接合并一體化，從而將子電池-A和子電池-B接合。在這種情況下，構(gòu)成子電池-A的金屬原子和構(gòu)成子電池-B的金屬原子可以相同，也可以不同。第I連接層的厚度和第2連接層的厚度可以相同，也可以不同。此外，例如，即使在使用功函數(shù)大于η型半導(dǎo)體的費米能級、或者小于P型半導(dǎo)體的費米能級的金屬或合金的情況下，只要由例如相同厚度的第I連接層和第2連接層構(gòu)成連接層，則由于耗盡層的寬度分別為ρη結(jié)的1/2，因此，可以提高產(chǎn)生隧道效果的概率，是降低接觸電阻的有利結(jié)構(gòu)。在將第I連接層和第2連接層接合之前，期望對第I連接層的接合面和第2連接層的接合面進(jìn)行等離子體處理，從而使第I連接層的接合面和第2連接層的接合面活化。即，期望在接合面形成懸鍵。此外，通過進(jìn)行等離子體處理，可以使第I連接層和第2連接層非晶質(zhì)化。第I連接層和第2連接層的接合，可以在氛圍氣體壓力5X10_4Pa以下、接合荷重2X IO4N以下、溫度150°C以下進(jìn)行。從防止第I連接層接合面和第2連接層接合面的氧化的觀點來看，期望在不破壞真空的條件下進(jìn)行等離子體處理以及將第I連接層和第2連接層接合。進(jìn)一步地，就包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，優(yōu)選以下方式在相互鄰接的子電池中對置的化合物半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型是不同的。即，將相互鄰接的子電池作為“子電池_a”和“子電池_b”，將子電池-a中的與子電池_b對置的化合物半導(dǎo)體層作為“化合物半導(dǎo)體層_a”，將子電池-b中的與子電池_a對置的化合物半導(dǎo)體層作為“化合物半導(dǎo)體層_b”，此時，優(yōu)選以下方式化合物半導(dǎo)體層_a的導(dǎo)電型和化合物半導(dǎo)體層_b的導(dǎo)電型不同?；蛘?，優(yōu)選以下方式夾持連接層的對置的化合物半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型是不同的。對于包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件而言，也可以是同樣的。
進(jìn)一步地，就包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，期望為以下方式構(gòu)成子電池的化合物半導(dǎo)體層內(nèi)、具有P型導(dǎo)電型的化合物半導(dǎo)體層的厚度，更具體而言，P+-GaAs層的厚度為IOOnm以下。對于包含上述各種優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件而言，也可以是同樣的。進(jìn)一步地，就包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池等而言，作為構(gòu)成特定的子電池以外的子電池的化合物半導(dǎo)體，或者作為構(gòu)成疊層的光電轉(zhuǎn)換元件中的其他光電轉(zhuǎn)換元件的化合物半導(dǎo)體層，可以列舉InGaAs層、InGaAsP層、GaAs層、InGaP層、AlInGaP 層、GaAsN 層、InGaAsN 層、InP 層、InAlAs 層、InAlAsSb 層、InGaAlAs 層、AlGaAs層。進(jìn)一步具體而言，就包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池而言，在由兩個子電池構(gòu)成時，各子電池可以由例如(InGaAsP 層，InGaAs 層)(InGaAs 層，InGaAs 層)(InP 層，InGaAs 層)構(gòu)成。此外，光從()內(nèi)最左側(cè)記載的層構(gòu)成的子電池入射。此外，由三個子電池構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池時，各子電池可以由例如(GaAs 層，InGaAsP 層，InGaAs 層)(InGaAs 層，InGaAsP 層，InGaAs 層)(InGaP 層，InGaAs 層，InGaAs 層)構(gòu)成。進(jìn)一步地，由四個子電池構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池時，各子電池可以由例如(GaInP 層，GaAs 層，InGaAsP 層，InGaAs 層)(GaInP 層，InGaAs 層，InGaAsP 層，InGaAs 層)(GaInP 層，InGaAs 層，InGaAsN 層，InGaAs 層)構(gòu)成。此外，由五個子電池構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池時，各子電池可以由例如(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)構(gòu)成。此外，由六個子電池構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池時，各子電池可以由例如(AlGalnP, GaInP, AlGaInAs, GaAs, InGaAs, InGaAs)構(gòu)成。此外，在)個多結(jié)太陽能電池中，在如記載的多個子電池由相同化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的情況下，組成比不同。包含上述優(yōu)選方式、構(gòu)成的本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體設(shè)置在基板上。制造本發(fā)明多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件或化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體時所使用的成膜用基板和支持基板，可以是相同的基板，也可以是不同的基板。此外，對于成I吳用基板和支持基板為相同基板時的基板(相當(dāng)于基底)時，為方便起見，將其表示為“成膜用/支持用基板”。此外，在成膜用基板與支持基板不同的情況下，將其分別表示為“成膜用基板”、“支持基板”，這種情況下，在成膜用基板(相當(dāng)于基底)上形成化合物半導(dǎo)體層等之后，從化合物半導(dǎo)體層等上除去成膜用基板，可以將化合物半導(dǎo)體 層等固定或者貼合在支持基板上。作為從化合物半導(dǎo)體層等上除去成膜用基板的方法，可以列舉激光沉積法、加熱法、蝕刻法。此外，作為將化合物半導(dǎo)體層等固定或貼合在支持基板上的方法，除了使用粘接劑的方法，還可以列舉金屬接合法、半導(dǎo)體接合法、金屬-半導(dǎo)體接合法。如上所述，成膜用/支持用基板優(yōu)選由InP形成。S卩，優(yōu)選由InP基板構(gòu)成。此外，用于制造本發(fā)明多結(jié)太陽能電池中的特定的子電池的成膜用基板、用于制造本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件中的成膜用基板，優(yōu)選如上所述由InP形成。即，優(yōu)選由InP基板構(gòu)成。另一方面，用于制造本發(fā)明多結(jié)太陽能電池中的特定的子電池以外的子電池的成膜用基板、用于制造具有與本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件和其它光電轉(zhuǎn)換元件疊層的疊層結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換元件中的其他光電轉(zhuǎn)換元件的成膜用基板，可以列舉包含II1-V族半導(dǎo)體或
I1-VI族半導(dǎo)體的基板，所述光電轉(zhuǎn)換元件具有將本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件和其他光電轉(zhuǎn)換元件疊層的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，作為包含II1-V族半導(dǎo)體的基板,可以列舉GaAs、InP、GaN、AlN等，作為包含I1-VI族半導(dǎo)體的基板，可以列舉CdS、CdTe、ZnSe、ZnS等。進(jìn)一步地，可以使用包含被稱作黃銅礦的1-1I1-VI族半導(dǎo)體的基板，所述黃銅礦包含Cu、In、Ga、Al、Se、S等，具體而言，可以列舉如下被簡稱為CIGS的Cu (In，Ga) Se2、被簡稱為CIGSS的Cu (In，Ga) (Se，S)2、被簡稱為 CIS 的 CuInS2 等。此外，作為支持基板，除了上述各種基板以外，還可以列舉如下玻璃基板、石英基板、藍(lán)寶石基板的透明無機基板、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等聚酯樹脂；聚碳酸酯(PC)樹脂；聚醚砜(PES)樹脂；聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴樹脂；聚苯硫醚樹脂；聚偏氟乙烯樹脂；四醋酸纖維素樹脂；溴化苯氧基樹脂；芳綸(aramid)樹脂；聚酰亞胺樹脂；聚苯乙烯樹脂；聚芳酯樹脂；聚砜樹脂；丙烯酸樹脂；環(huán)氧樹脂；氟樹脂；有機硅樹脂；雙醋酸酯樹脂；三醋酸酯樹脂；聚氯乙烯樹脂；環(huán)狀聚烯烴樹脂等透明塑料基板、薄膜。作為玻璃基板，可以列舉如下，例如鈉玻璃基板、耐熱玻璃基板、石英玻璃基板。在構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池的子電池中、最上層的子電池上，形成有第2電極。第2電極的厚度為例如IOnm IOOnm左右，優(yōu)選由光透射性良好且功函數(shù)較小的材料構(gòu)成。作為這樣的材料，可以列舉例如銦-錫氧化物(ΙΤ0，Indium Tin Oxide，包括Sn摻雜的In2O3、結(jié)晶性ITO以及無定形ΙΤ0)、銦-鋅氧化物(IZO, Indium Zinc Oxide)、IFO (F摻雜的In2O3)、氧化錫(SnO2)、AT0(Sb摻雜的SnO2)、FT0(F摻雜的SnO2)、氧化鋅(ZnO、包括Al摻雜的ZnO、B摻雜的ZnO)、InSnZnO、尖晶石型氧化物、具有YbFe2O4結(jié)構(gòu)的氧化物等。此夕卜，還可以列舉丐(Ca)、鋇(Ba)等堿土金屬、鋰(Li)、銫(Cs)等堿金屬、銦(In)、鎂(Mg)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、金-鍺(Au-Ge)等。進(jìn)一步而言,可以列舉Li20、Cs2Co3、Cs2S04、MgF、LiF、CaF2等堿金屬氧化物、堿金屬氟化物、堿土金屬氧化物、堿土類金屬氟化物。第2電極可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多個層疊層而成的結(jié)構(gòu)。第2電極可以通過真空蒸鍍法、濺射法等物理氣相沉積法(PVD法)、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)形成。在本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件中也是同樣的。第I電極形成在子電池、化合物半導(dǎo)體層上，或者，依賴于構(gòu)成成膜用/支持用基板、支持基板的材料，也可以將成膜用/支持用基板、支持基板本身用作第I電極。作為構(gòu)成第I電極的材料，可以列舉如下鑰(Mo)、鎢(W)、鉭(Ta)、釩(V)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、 鈦(Ti)、鉬(Pt)、金-鋅(Au-Zn)。在構(gòu)成本發(fā)明多結(jié)太陽能電池的子電池中、最上層的子電池(光入射一側(cè)的子電池)上，在未形成第2電極的部分上，優(yōu)選形成防反射膜。設(shè)置有防反射膜以抑制在最上層子電池的反射，并使太陽光有效地進(jìn)入本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池內(nèi)部。作為構(gòu)成防反射膜的材料，優(yōu)選使用折射率小于構(gòu)成最上層子電池的化合物半導(dǎo)體的材料。具體而言，可以列舉例如包含Ti02、A1203、ZnS、MgF2、Ta2O5, SiO2, Si3N4的層，或者上述層的疊層結(jié)構(gòu)。作為防反射膜的膜厚，可以列舉例如IOnm 200nm。在本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件中也是同樣的。實施例1實施例1涉及本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體。圖1的(A)示出了實施例1的多結(jié)太陽能電池的概念圖，圖1的(B)示出了位于最下層的特定的子電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的概念圖。圖1的(A)示出概念圖的實施例1的多結(jié)太陽能電池為如下多結(jié)太陽能電池，其疊層有多個(實施例1為4個)子電池(第I子電池11、第2子電池12、第3子電池13和第4子電池14)，光從位于最上層的第4子電池14起入射至位于最下層的第I子電池11，從而在各子電池11，12，13，14中發(fā)電。各子電池11，12，13，14由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成。此外，在下述說明中，以P型作為第I導(dǎo)電型，以η型作為第2導(dǎo)電型。此外，以P型InP基板作為基底、成膜用/支持用基板、成膜用基板。但是，本發(fā)明并不受上述限定。多個子電池的疊層順序為如下疊層順序距離光入射一側(cè)越近，則構(gòu)成子電池的化合物半導(dǎo)體的帶隙就越大，也就是說，從成膜用/支持用基板31 —側(cè)起，至第2電極一偵牝帶隙依次增大。即，在成膜用/支持用基板31上，按照第I子電池11、第2子電池12、第3子電池13和第4子電池14的順序形成，例如，太陽光從第4子電池14入射。此外，實施例1的光電轉(zhuǎn)換元件，是由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA以及具有第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層IlC疊層而成的光電轉(zhuǎn)換元件。此外，下文中，將對多個子電池中、至少一個特定的子電池(相當(dāng)于實施例1中位于最下層的子電池11)專門做以詳細(xì)說明。關(guān)于其余的子電池12，13，14，將在實施例3以后做以詳細(xì)說明。
于是，就多個子電池中、至少一個特定的子電池(相當(dāng)于實施例1中位于最下層的子電池11)而言，或者就實施例1的光電轉(zhuǎn)換元件而言，第I化合物半導(dǎo)體層IlA包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由P型的第1-A化合物半導(dǎo)體層IIAa和P型的第1-B化合物半導(dǎo)體層IIAb疊層而成。此外，第2化合物半導(dǎo)體層IlC包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元I ICu，該第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlCu由η型(在實施例1中更具體地為η+型)的第2-Α化合物半導(dǎo)體層IICa以及η型(在實施例1中更具體地為η+型)的第2-Β化合物半導(dǎo)體層IICb疊層而成。此外，在圖1的(B)中分別示出了三個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlAu和三個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元11CU，但不受此限制。另外，構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層IIAa的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-A化合物半導(dǎo)體層IICa的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-A，構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層IIAb的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-B化合物半導(dǎo)體層IICb的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-B。即，構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群相同，具體而言，是InGaAs。但是，如后文所述，構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群的原子百分率和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群的原子百分率是不同的。 將AMl. 5的太陽光作為非聚光(非集光)(Isun)，另外，當(dāng)設(shè)定第4子電池的帶隙為1. 910eV設(shè)定第3子電池的帶隙為1. 420eV時，對第2子電池和第I子電池的帶隙做以各種變更，進(jìn)行模擬，求出轉(zhuǎn)化效率。其結(jié)果如圖12所示，其示出了在第I子電池的帶隙0. 46eV O. 56eV第2子電池的帶隙1. OleV O. 04eV的范圍內(nèi)，存在轉(zhuǎn)化效率較高的區(qū)域。另外，得到的模擬的結(jié)果為，在第I子電池的帶隙0. 536eV第2子電池的帶隙1. 020eV時，F(xiàn)F = 87. 6%V。。= 3. 358 伏Vmp = 3. 020 伏Jnip = 13. 807 毫安，得到的最大轉(zhuǎn)化效率為41. 64% (非聚光)。此外，在圖12中，從箭頭“A”表示的區(qū)域到箭頭“C”表示的區(qū)域，轉(zhuǎn)化效率升高，此外，從箭頭“B”表示的區(qū)域至箭頭“C”表示的區(qū)域，轉(zhuǎn)化效率升高，箭頭“C”表示的區(qū)域，是轉(zhuǎn)化效率最高的區(qū)域。另外，基于特定的子電池11的帶隙值，或者基于光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值，來確定化合物半導(dǎo)體組成-A。這里的特定的子電池11的帶隙值，或者光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值為O. 45eV O. 75eV，就實施例1而言，更具體來說為O. 65eV。具有上述所期望的帶隙值的化合物半導(dǎo)體層，可以良好地吸收波長1907. 7nm以下的光。由此，具有上述這樣的帶隙值的第1-A化合物半導(dǎo)體層的組成、即化合物半導(dǎo)體組成-A為Intl 63Gaa37As。此外，Intl 63Gaa37As的臨界膜厚為72nm。此外，膜厚在12nm以下時，會顯著產(chǎn)生量子效應(yīng)。將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl時，LCAaCBaC0, (LCa-LC0)/LC0的值，如下表I所
就實施例1而言，基于形成第I化合物半導(dǎo)體層IlA和形成第2化合物半導(dǎo)體層Iic時的基底(具體而言，P型InP基板)的基底晶格常數(shù)LCtl與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)LCa之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B。具體而言，如表I所示，(LCa-LC0) /LC0 = 6. 8 X 1(Γ3因此，確定化合物半導(dǎo)體組成-B從而得到消除該(LCa-LCci) /LC0值的(LCb-LCci) /LC0的值。更具體來說，將化合物半導(dǎo)體組成-B的組成設(shè)定為Ina45Gaa55As15此外，(LCb-LC0) /LC0的值如下表I所示。此外，化合物半導(dǎo)體組成-B的帶隙值大于化合物半導(dǎo)體組成-A的帶隙值。如下所示，滿足I (LCa-LC0) /LC01 彡 I X 1(Γ3O. 25 ( I (LCb-LC0) / (LCa-LC0) | 彡 4. 0，此外，LCa-LC0 > OLCb-LC0 < O。另外，基于基底晶格常數(shù)LCtl和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)LCb之差以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB，基于基底晶格常數(shù)LC0和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)LCb之差以及第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA，來確定第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB。第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA，與第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB，滿足以下關(guān)系-1 X 1(Γ3 彡{(tB · LCB+tA · LCa) / (tB+tA) -LCj /LC0 彡 I X 1(Γ3。這里的第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-Α化合物半導(dǎo)體層的厚度tA小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。此外，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。另外，對于化合物半導(dǎo)體組成-B而言，膜厚在15nm以下時，會顯著產(chǎn)生量子效應(yīng)。將以上的各種值總結(jié)于下表I和表2中。[表 I]
LCa = 5.908 A LCb = 5.836 A LC0 = 5.868 A(LCa-LC0) /LC0 = 6. 8 X 1(Γ3(LCb-LC0) /LC0 = -5. 5 X 1(Γ3[表2]化合物半導(dǎo)體組成-A 組成:1n0.63Ga0.37As(X = O. 63)臨界膜厚72nm帶隙0.65eV化合物半導(dǎo)體組成-B
組成In045Ga0 55As (y = 0. 45)臨界膜厚94.5nm帶隙0.83eV第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA 50nm第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB 40nm在此，將具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA的總厚度設(shè)定為3. O μ m。因此，由第1-A化合物半導(dǎo)體層IIAa以及第1-B化合物半導(dǎo)體層IIAb疊層而成的第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元I IAu的數(shù)量為33。此外，具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層11A，具有以下的疊層結(jié)構(gòu)在InP基板一側(cè)具有P+型導(dǎo)電型，在第2化合物半導(dǎo)體層IlC 一側(cè)，具有P型導(dǎo)電型。將具有P+型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA1的總厚度設(shè)定為O.1 μ m，將具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA2的總厚度設(shè)定為2. 9μπι。此外，將具有η+型 導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層IlC的總厚度設(shè)定為O. 2μπι。因此，由第2-Α化合物半導(dǎo)體層IICa以及第2-Β化合物半導(dǎo)體層IICb疊層而成的第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlCu的數(shù)量為2 3。第I化合物半導(dǎo)體層IlA的厚度，為(第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlAu的數(shù)量)與(tA+tB)的乘積，期望將(tA+tB)的值設(shè)定為盡量大的值，將(第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlAu的數(shù))設(shè)定為盡量小的數(shù)，從而減少在第I化合物半導(dǎo)體層IlA內(nèi)形成的帶隙的數(shù)量，從這一觀點出發(fā)，針對多結(jié)太陽能電池或光電轉(zhuǎn)換元件，進(jìn)行各種試驗以確定(第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlAu的數(shù)量)以及(tA+tB)的值。關(guān)于(第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlCu的數(shù))以及(tA+tB)的值，也相同。此外，在以下的實施例中，也相同。實施例1的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體包含至少一個化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該化合物半導(dǎo)體層疊層單元由第A化合物半導(dǎo)體層IIAa以及第B化合物半導(dǎo)體層IIAb疊層而成，基于形成第A化合物半導(dǎo)體層IIAa以及第B化合物半導(dǎo)體層IIAb時的基底(具體而言為InP)的基底晶格常數(shù)LCtl、與構(gòu)成第A化合物半導(dǎo)體層IIAa的化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)LCa之差，來確定構(gòu)成第B化合物半導(dǎo)體層IIAb的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)LCtl和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)LCb之差，來確定第B化合物半導(dǎo)體層IIAb的厚度，第A化合物半導(dǎo)體層IIAa的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第B化合物半導(dǎo)體層IIAb的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。如上所述，構(gòu)成實施例1的多結(jié)太陽能電池的最下層的子電池11，可以良好地吸收波長1907. 7nm以下的光。由此，子電池11整體與基底即InP基板晶格匹配。對于實施例1的多結(jié)太陽能電池，在設(shè)定特定的子電池11的帶隙、即例如特定的子電池11能夠最有效地吸收的光波長時，或者在設(shè)定光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙、即光電轉(zhuǎn)換元件能夠最有效地吸收的光波長時，或者設(shè)定所期望的發(fā)光波長時，來確定符合上述要求的化合物半導(dǎo)體組成-A。然而，由于確定的化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)LCa和基底晶格常數(shù)LCtl之間，通常存在差值，S卩，常常變?yōu)榫Ц袷湎担虼?，可以確定化合物半導(dǎo)體組成-B從而去掉該差值，即消除該差值(變?yōu)榫Ц衿ヅ湎?。另外，基于基底晶格常數(shù)LCtl和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)LCb之差、以及第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA，不僅能確定第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB，還規(guī)定了第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層、以及第1-B化合物半導(dǎo)體層和第
2-B化合物半導(dǎo)體層的層厚tA、tB的上限值和下限值。如上所述，在第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層中，分別實現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體組成的優(yōu)化(即，帶隙和晶格常數(shù)的優(yōu)化)、以及層厚的優(yōu)化，其結(jié)果為，即使第1-A化合物半導(dǎo)體層和基底之間存在晶格失配，該晶格失配也可以通過第1-B化合物半導(dǎo)體層來消除，從而使得第I化合物半導(dǎo)體層在整體上成為晶格匹配系。即，通過第1-A化合物半導(dǎo)體層和第1-B化合物半導(dǎo)體層，構(gòu)成應(yīng)變補償疊層結(jié)構(gòu)。第2化合物半導(dǎo)體層整體也是同樣的。而且，第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層，可以在整體上實現(xiàn)在所期望的光波長處的高效吸收，或者在所期望的波長處的發(fā)光。由此，這樣一來，例如即使針對多結(jié)太陽能電池，也可以進(jìn)一步提高對具有較寬波長范圍的太陽光的吸收效率。 此外，對于實施例1的化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體而言，基于基底晶格常數(shù)LCc^P化合物半導(dǎo)體組成-A的格子常數(shù)LCa之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)LCtl和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)LCb之差、以及第A化合物半導(dǎo)體層IIAa的厚度tA，來確定第B化合物半導(dǎo)體層IIAb的厚度。因此，即使第A化合物半導(dǎo)體層IIAa和基底之間存在晶格失配，該晶格失配也可以通過第B化合物半導(dǎo)體層IIAb來消除，由此，化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體整體變?yōu)榫Ц衿ヅ湎?。因此，為了得到晶格匹配系必須在由基底晶格常?shù)導(dǎo)致受到限制的狀態(tài)下來確定化合物半導(dǎo)體組成-A的制約，得到緩和，從而，構(gòu)成化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成的選擇幅度變寬，選擇自由度得以提聞。實施例2實施例2是實施例1的變形。就實施例2而言，將特定子電池11的帶隙值、或者光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值設(shè)定為O. 55eV。具有上述帶隙值的化合物半導(dǎo)體層，可以良好地吸收波長2254. 5nm以下的光。由此，具有所述帶隙值的第1_A化合物半導(dǎo)體層的組成、即化合物半導(dǎo)體組成-A,為Ina74Gaa26As。此外，In。. 74GaQ.26As的臨界膜厚為55. 5nm。此外,膜厚在12nm以下時，會顯著產(chǎn)生量子效應(yīng)。此外，將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl時，LCAaCBaC0, (LCa-LC0)/LC0的值，如下表3所示。此外，化合物半導(dǎo)體組成-A的組成、化合物半導(dǎo)體組成-B的組成、第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA、第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB，如表4所示。此外，對于化合物半導(dǎo)體組成-B，膜厚在15nm以下時，會顯著產(chǎn)生量子效應(yīng)。[表3]
LCa = 5.953 A LCb = 5.783 A LC0 = 5.868 A
(LCa-LC0) /LC0 =1. 4X 1(Γ2(LCb-LC0) /LC0 = -1. 4X 1(Γ2[表 4]化合物半導(dǎo)體組成-A 組成In0.74Ga0.26As(x = O. 74)臨界膜厚28.5nm帶隙0.55eV化合物半導(dǎo)體組成-B 組成Jn0 32Ga0 68As (y = O. 32)臨界膜厚27.5nm帶隙0.98eV第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度tA 24nm第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度tB 24nm在此，將具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA的總厚度設(shè)定為3. O μ m。因此，由第1-A化合物半導(dǎo)體層IIAa以及第1-B化合物半導(dǎo)體層IIAb疊層而成的第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlAu的數(shù)量為63。此外，具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層11A，具有以下的疊層結(jié)構(gòu)在InP基板一側(cè)具有P+型導(dǎo)電型，在第2化合物半導(dǎo)體層IlC 一側(cè)，具有P型導(dǎo)電型。將具有P+型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA1的總厚度設(shè)定為O.1 μ m，將具有P型導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層IlA2的總厚度設(shè)定為2. 9μπι。此外，將具有η+型導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層IlC的總厚度設(shè)定為O. 2μπι。因此，由第2-Α化合物半導(dǎo)體層IICa以及第2-Β化合物半導(dǎo)體層IICb疊層而成的第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元IlCu的數(shù)量為4 5。實施例3在實施例1和實施例2中，已對特定的子電池11做以說明。在以下實施例中，將對其他子電池和連接層進(jìn)行說明。各個子電池11、12、13、14，由數(shù)個多個化合物半導(dǎo)體層疊層而成。各子電池11、
12、13、14的構(gòu)成，如下表5所示。此外，在表5中，關(guān)于構(gòu)成各子電池的化合物半導(dǎo)體層，接近支持基板的化合物半導(dǎo)體層記載在下方，遠(yuǎn)離支持基板的化合物半導(dǎo)體層記載在上方。進(jìn)一步地，在相鄰接的子電池之間的至少一個上，就實施例3而言，在晶格失配系即第2子電池12和第3子電池13之間，設(shè)置有包含導(dǎo)電材料的非晶質(zhì)連接層20 (連接層20Α，20Β)。在此，連接層20包含厚度1. Onm的(Ti)。此外，連接層20為2維層狀結(jié)構(gòu)，不是3維島狀結(jié)構(gòu)。[表5]第4子電池14 :帶隙L 90eV,晶格常數(shù)5.653 A化合物半導(dǎo)體層14C :n+-1n0.48Ga0.52P化合物半導(dǎo)體層14B :p-1na48GaQ.52化合物半導(dǎo)體層14A p+-1n0 48Ga0 52第3子電池13 :帶隙L 42eV,晶格常數(shù)5.653 A化合物半導(dǎo)體層13C n+-GaAs
化合物半導(dǎo)體層13B p-GaAs化合物半導(dǎo)體層13A P+-GaAs第2子電池12 :帶隙1. 02eV,晶格常數(shù)5.868 A化合物半導(dǎo)體層12C n+-1n0.79Ga0.21As0.43P0.57化合物半導(dǎo)體層12B :p-1n0.79Ga0.21As0.43P0.57化合物半導(dǎo)體層12A :p+-1n0.79Ga0.21As0.43P0.57第I子電池11 :參考實施例1或?qū)嵤├?
另外，對于實施例3的多結(jié)太陽能電池，在第4子電池14上形成有例如包含厚度150nm/50nm/500nm的AUGe/Ni/Au的疊層體的第2電極19,此外,在第4子電池14上未形成第2電極19的部分，形成包含TiO2膜和Al2O3膜的防反射膜18。此外，在圖中，第2電極19和防反射膜18以I層表示。成膜用/支持用基板31由P型InP基板形成。另外，在晶格匹配系即第I子電池11和第2子電池12之間，設(shè)置有包含P+-1nGaAs (上層)Ai+-1nGaAs (下層)的第I隧道結(jié)層15，在晶格匹配系即第3子電池13和第4子電池14之間，設(shè)置有包含P+-1nGaP(上層Vn+-1nGaP(下層)的第2隧道結(jié)層16。此外，在第2電極19和防反射膜18以及第4子電池14之間，形成包含η+-Α1ΙηΡ的窗層17。此外，設(shè)置有窗層17是用于防止最外側(cè)表面處的載流子的再結(jié)合，但并非必須設(shè)置窗層。第I子電池11與第I電極相連接，但省略了第I電極的圖示。以下，將參考化合物半導(dǎo)體層等的概念圖、S卩圖1的(A)、圖2的(A) (B)、圖3的(A) (B)，對實施例3的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件以及化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的制造方法做以說明。[步驟-300]基于MOCVD法，在由P型InP基板形成的成膜用/支持用基板31上，依次外延生長有晶格匹配系即第I子電池11 (化合物半導(dǎo)體層IlA1UlA2UlCh第I隧道結(jié)層15和第2子電池12 (化合物半導(dǎo)體層12A 12C)。另一方面，基于MOCVD法，在由η型GaAs基板形成的成膜用基板44上，形成包含AlAs的剝離用犧牲層45，然后形成包含η+_Α1ΙηΡ的窗層17。接著，在上述窗層17上，依次外延生長有晶格匹配系即第4子電池層14(化合物半導(dǎo)體層14C 14Α)、第2隧道結(jié)層16和第3子電池13 (化合物半導(dǎo)體層13C 13Α)。按照上述，可以得到如圖2(A)中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。接著，隔著連接層20，對構(gòu)成第2化合物半導(dǎo)體層12的包含Ii+-1na79Gaa21Asa43Pa57的化合物半導(dǎo)體層12C和構(gòu)成第3化合物半導(dǎo)體層13的包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13Α進(jìn)行連接，從而得到歐姆接觸。[步驟-3IO]具體而言，首先，在構(gòu)成第2化合物半導(dǎo)體層12的化合物半導(dǎo)體層12C上，成膜第I連接層20Α，在構(gòu)成第3化合物半導(dǎo)體層13的化合物半導(dǎo)體層13Α層上，成膜第2連接層20Β(參考圖2的(B))。更具體而言，基于真空蒸鍍法(真空度2X10_4Pa、蒸鍍速度O.1nm/秒以下、溫度150°C 200°C的條件)，在化合物半導(dǎo)體層12C和化合物半導(dǎo)體層13A上分別成膜包含膜厚O. 5nm的Ti的連接層20A、20B。此外，在這種情況下，可以例如將基板溫度設(shè)定為80°C、將基板旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為30rpm，采用電阻加熱方式。但是，連接層20A、20B的成膜方法，并不限定于上文所述，也可以采用例如濺射法(成膜速度O.1nm/秒以下、溫度150°C 200°C的條件)。[步驟-MO]接著，在連接層20A、20B上實施等離子體處理，然后，將第2化合物半導(dǎo)體層12和第3化合物半導(dǎo)體層13接合。具體而言，在連接層20A、20B的表面上照射氬(Ar)等離子體(例如等離子體密度IO9CnT3 IO11Cm'壓力IPa I(T2Pa)，使連接層20A、20B的表面(接合面)活化。即，在接合界面(連接層20A、20B的表面)形成懸鍵。從而使連接層20A、20B非晶質(zhì)化。然后，維持高真空度，S卩，將氛圍氣體壓力設(shè)定為5X 10_4Pa以下，在接合荷重2 X IO4N以下、溫度150°C以下的條件下，具體而言，在例如氛圍氣體壓力lX10_4Pa、接合荷重2X104N、溫度25°C的條件下，對連接層20A、20B進(jìn)行接合(貼合)。由此，可以得到如圖3的(A)中概念圖所示的結(jié)構(gòu)。在實施例3中，可以使用金屬(具體而言，為Ti)作為連接層20的材料。如上所述，成膜時，金屬薄膜大多形成為島狀，無法獲得層狀的形態(tài)。然而，對于圖13中所示的組(A)和組(B)的金屬原子，可以以層狀形態(tài)成膜。 [步驟-33O]然后，剝離成膜用基板44，形成防反射膜18和第2電極19。具體而言，通過蝕刻將剝離用犧牲層45除去，由此剝離成膜用基板44后(參考圖3的(B))，基于光刻技術(shù)，在窗層17上形成抗蝕圖，通過真空蒸鍍法(真空度2X10_4Pa、蒸鍍速度O.1nm/秒、溫度150°C 200°C)，形成第2電極19。此外，成膜用基板44可以再使用。然后，除去抗蝕圖像，通過基于剝離法(Liftoff)，可以形成第2電極19。接著，基于光刻技術(shù)形成抗蝕圖，通過真空蒸鍍法(真空度2X 10_4Pa、蒸鍍速度O.1nm/秒、溫度150°C 200°C )，形成包含例如TiO2膜和Al2O3膜的防反射膜18。隨后，除去抗蝕圖像，基于剝離法，可以形成防反射膜18。由此，可以得到如圖1的(A)中所示的多結(jié)太陽能電池。實施例3的多結(jié)太陽能電池，由多個子電池構(gòu)成，通過將包含帶隙不同的化合物半導(dǎo)體的多個子電池疊層(多結(jié)化)，能夠有效地利用具有較寬能量分布的太陽光。隨后，在實施例3的多結(jié)太陽能電池中，在包含不同組成的化合物半導(dǎo)體層的多個子電池11、12、
13、14中，至少使晶格常數(shù)不同的子電池之間(在實施例3中，為第2子電池12和第3子電池13之間，(Lc1-Lc2)/Lc1 = 3. 8X 10_2)隔著連接層20進(jìn)行接合。連接層20為薄膜(例如5nm以下)時能夠以層狀狀態(tài)成膜，特別是可以獲得連接層20與化合物半導(dǎo)體層的歐姆電阻，且通過使用電阻率低的鈦(Ti)，可以將接合部的接觸電阻值抑制在1Χ10_3Ω -cm2以下。通常，通過等離子體照射進(jìn)行表面活化，會在接合表面引起等離子體損傷。然而，在實施例3中，在第2子電池12和第3子電池13的表面形成包含金屬的連接層20A、20B，然后，通過等離子體照射使連接層20A、20B的活化后接合。在此，連接層20A、20B也可以作為第2子電池12和第3子電池13的保護(hù)膜而發(fā)揮作用，從而防止在第2子電池12和第3子電池13上產(chǎn)生等離子體損傷。因此，可以防止由等離子體照射引起的接觸電阻的升高。此外，由通過真空蒸鍍法形成包含Ti的連接層20，通過該等離子體照射，變?yōu)榫哂袩o定形性的層。此外，將等離子體照射的條件，作為等離子體的沖突能量變?nèi)醯臈l件。即，并非在從表面起至數(shù)十nm以上的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生損傷的常規(guī)的條件，而是在至多從表面起至數(shù)nm左右的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生損傷的等離子體照射條件。此外，對于實施例3，通過等離子體照射使連接層20A，20B的表面活化，從而接合，因此，可以在150°C以下的低溫下進(jìn)行接合。由此，可以在不受熱膨脹系數(shù)的制約下，選擇化合物半導(dǎo)體材料。即，構(gòu)成多結(jié)太陽能電池的化合物半導(dǎo)體材料的選擇自由度變寬，可以選擇使帶隙間隔均等的化合物半導(dǎo)體材料。此外，也可以防止由加熱引起的接合面損傷。在此，將在各化合物半導(dǎo)體層中添加的η型摻雜劑和P型摻雜劑的量，各η+型和各P+型的化合物半導(dǎo)體層內(nèi)的摻雜劑濃度，設(shè)定為例如I X IO16CnT3 5Χ IO19CnT3左右。但是，在P+-GaAs層的摻雜劑濃度為IXlO19Cnr3以上的情況下,存在由自由載流子(freecarrier)吸收而引起的長波長光變得不能透射的擔(dān)憂。在圖15的(A)和(B)中，示出了在波長1.1 μ m 1. 2 μ m的P+-GaAs層(摻雜劑濃度2 X 1019cm_3) /n+_InP層(摻雜劑濃度4X IO18CnT3)和 n+-GaAs 層(摻雜劑濃度2X 1018cnT3)/n+_InP 層(摻雜劑濃度:4X IO18CnT3)的紅外顯微鏡透射實驗結(jié)果?？梢耘袛噌槍κ褂?X IO18CnT3低濃度摻雜劑的Ii+-GaAs層的情況，即如圖15的(A)中所示光進(jìn)行透射，針對使用2 X IO19CnT3高濃度摻雜劑的P+-GaAs層的情況，即如圖15的⑶中所示，光不進(jìn)行透射。由此可以判斷使用2X1019cm_3高濃度摻雜劑的P+-GaAs層，相對于長波長的光不透明。因此，當(dāng)P+-GaAs層的膜厚較厚時會變 為吸收層，因此，需要根據(jù)設(shè)計使其變薄。例如在摻雜劑濃度2X IO19CnT3的P+-GaAs層中，相對于光子能量O. 5eV(約2. 5μπι的波長)的光，吸收系數(shù)較大，為2500(^'因此，為了使光透射率為90%以上，優(yōu)選使膜厚為400nm以下。另外，通過將膜厚設(shè)定為40nm以下，可以實現(xiàn)光透射率為99%以上。此外，為了提高太陽光的利用效率，需要在較寬的范圍內(nèi)吸收太陽光光譜。太陽光光譜的最大波長為2. 5μπι。但是，如上所述，P型摻雜劑的濃度高的情況下，長波長光難以透射。圖16中示出了在P型GaAs層中的ρ型摻雜劑的各濃度下、光子能量與吸收系數(shù)之間的關(guān)系。此外，在圖16中，“Α”為ρ型摻雜劑濃度為1. 5X IO17時的數(shù)據(jù)，“B”為ρ型摻雜劑濃度為1.1XlO19時的數(shù)據(jù)，“C”為ρ型摻雜劑濃度為2. 6 X IO19時的數(shù)據(jù)，“D”為ρ型摻雜劑濃度為6. OX IO19時的數(shù)據(jù)，“Ε”為ρ型摻雜劑濃度為1. OXlO2tl時的數(shù)據(jù)。由圖16可以判斷相對于光子能量O. 5eV (約2. 5 μ m的波長)的光，ρ型摻雜劑濃度3 X IO19的ρ型GaAs層具有4000CHT1的吸收系數(shù)。以圖16的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圖17中示出了 p型摻雜劑濃度為3X IO19時ρ型GaAs層的厚度與最大波長2. 5 μ m時的太陽光的光透射率的關(guān)系。由圖17可以判斷為了獲得90%以上的太陽光的光透射率，可以將ρ型GaAs層的膜厚設(shè)定為270nm以下，為了獲得98%以上的光透射率，可以將膜厚設(shè)定為50nm以下。進(jìn)一步地，為了獲得99%以上的光透射率，可以將膜厚設(shè)定為25nm以下。在圖18中示出了使用掃描型透射電子顯微鏡得到的InP基板和GaAs基板接合界面的明視場圖像的照片用于參考。在此，圖18的上段為直接將InP基板和GaAs基板接合而獲得的界面。此外，在圖18的中段和下段為使用電阻加熱方式的蒸鍍裝置，在真空度
2X l(T4Pa、蒸鍍速度O.1nm/秒、基板溫度80°C、基板旋轉(zhuǎn)速度30rpm條件下，在InP基板和GaAs基板上，分別形成膜厚2. 3nm、1. Onm的Ti層以后，再隔著上述Ti層對2片基板進(jìn)行接合而得到的界面。由圖18的中段和下段的照片可以判斷形成了具有幾乎均勻膜厚的層狀Ti層。此外，研究Ti層的氧化狀態(tài)作為參考。通常，與半導(dǎo)體相比，金屬更容易自然氧化。圖19中示出了厚度2. Onm的Ti層在各波長下的光透射率隨時間的變化。此外，在圖19中，“A “為在大氣中放置2小時得到的數(shù)據(jù)，“B”為在大氣中放置24小時得到的數(shù)據(jù)，“C”為在大氣中放置3個月時得到的數(shù)據(jù)。此外，在圖20中示出了 在成膜后，經(jīng)過2小時后(圖20中在“A”組中示出)，以及經(jīng)過24小時后(圖20中在“B”組中示出)的光透射率。由圖19和圖20判斷，光透射率隨著時間變化而增加。特別是，由圖20可知成膜24小時后的光透射率較成膜2小時后的光透射率上升3% 6%，認(rèn)為其原因在于由于暴露于大氣中，在Ti膜的表面形成有鈦氧化膜(TiO2)，從而Ti膜厚度變薄。如果形成1102等氧化膜，則存在接合界面的接觸電阻上升，導(dǎo)電性下降的擔(dān)憂。進(jìn)一步地，作為參考，對等離子體處理(等離子體照射)進(jìn)行評價。在連接層20A、20B表面上形成的氧化膜，通過等離子體處理(等離子體照射)，在對連接層20A、20B的表面進(jìn)行活化的同時被除去。具體而言，通過Ar等離子體處理，利用入射至連接層20A、20B表面的離子能量，切斷金屬原子(Ti原子)和氧原子之間的鍵，從而使氧原子從表面脫離。在圖21中，示出了基于能量色散型X射線分光法(EDX ;Energy Dispersive X-rayspectrometry)，對多結(jié)太陽能電池、在疊層方向的各距離上的各原子濃度進(jìn)行定量分析的結(jié)果。在形成有連接層20的IOnm附近處的氧(O)的含量為Ti含量的1/3以下，比TiO2(O原子為Ti原子的2倍)還低。由此，可以判斷通過Ar等離子體照射除去了氧。此外，通過Ar等離子體照射，在連接層20A，20B的界面，存在從構(gòu)成等離子體處理裝置的部件材料混入Fe、Cr、Al等雜質(zhì)的可能性，但是在特性方面未產(chǎn)生特別的問題。對連接層的接觸電阻P。進(jìn)行評價。具體而言，與實施例3的[步驟-310]同樣地，在P型GaAs基板上形成厚度為1. 8nm的Ti層。另一方面，與實施例3的[步驟-310]同樣地，在η型InP基板上形成厚度為1. 8nm的Ti層。然后，按照與實施例3的[步驟-320]同樣地，對上述Ti層實施等離子體處理，然后，在氛圍氣體壓力I X 10_4Pa、接合荷重2 X IO4N,溫度25°C的條件下，將Ti層彼此接合。隨后，在ρ型GaAs基板的外面和η型InP基板的外面形成包含Ti/Pt/Au的電極。并測定了如上所述得到的試樣-1的電流-電壓特性，基于上述測定結(jié)果求出接合界面的接觸電阻P。，所得結(jié)果為P c(試樣-1) =1. 3X 10_4Ω · cm2。 對于將Ti層的厚度由1. 8nm變更為1. Onm的試樣_2而言，所得結(jié)果為P。(試樣-2) =1. 5 X ICT4 Ω .cm2。此外，對于在ρ型GaAs基板的兩面上形成有包含Ti/Pt/Au的電極的試樣_3而言，所得結(jié)果為P。(試樣-3) =8. 1Χ10_5Ω * em20此外，對于在η型InP基板的兩面上形成有包含Ti/Pt/Au的電極的試樣_4，所得結(jié)果為P c(試樣-4) = 5· 4X 10_5Ω · cm2。此外，在上述測定中，可以得到線性良好的歐姆接觸。由以上結(jié)果可以判斷由厚度5nm以下的Ti層構(gòu)成連接層20時,可以實現(xiàn)P。< IX 1(Γ3Ω · cm2。進(jìn)一步地,試樣-1的接觸電阻或試樣-2的接觸電阻，與試樣-3的接觸電阻和試樣-4的接觸電阻之和幾乎相等。由此可以判斷使用包含Ti層的連接層接合ρ型GaAs基板和η型InP基板時的電損失基本為“0”，實現(xiàn)了理想的接合。進(jìn)一步地，使ρ型GaAs基板和η型InP基板的表面為無定形狀態(tài)，針對按照與試樣-1相同的方法、經(jīng)由上述表面將P型GaAs基板和η型InP基板接合的試樣_5，以及將Ti層的厚度變更為O. 5nm的試樣_6(制造方法與試樣_1相同)，測定了電流-電壓特性。其結(jié)果，得到與試樣-1相同的電流-電壓特性。由此可以判斷即使在化合物半導(dǎo)體層為無定形狀態(tài)并作為連接層進(jìn)行接合時，也可以得到線性良好的歐姆接觸。此外，將連接層由Ti層/Ti層替換為Ti層/Al層時，也可以得到與上述說明同樣的結(jié)果。實施例4實施例4是實施例3的變形。圖4的⑷中示出了實施例4的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的概念圖。在實施例4中，連接層21具有多種(實施例4中為兩種)包含金屬薄膜的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，在構(gòu)成第2子電池12的包含Ii+-1na79Gaa21Asa43Pa57的化合物半導(dǎo)體層12C上，形成例如厚度O. 5nm的Ti層(連接層21A)，另一方面，在構(gòu)成第3子電池13的包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13A上，形成例如厚度O. 5nm的Al膜(連接層21B)。接著，與實施例3的[步驟-320]同樣地，對上述連接層21A，21B進(jìn)行Ar等離子體照射使其表面活化，而且，在非晶質(zhì)化后進(jìn)行接合。在圖22中示出了貼合接合界面的透射型電子顯微鏡截面照片。由圖22可以判斷連接層形成為無定形，由于是非晶質(zhì)，因此在透射型電子顯微鏡圖像中未觀察到晶體晶格。此外，用作連接層 21的金屬，可以從具有歐姆性、且可以形成數(shù)nm以下的層的金屬中選擇，即從Al、T1、Zr、Hf、W、Ta、Mo、Nb或V中適當(dāng)選擇即可。作為連接層21A，21B而使用的金屬的組合無特別地關(guān)系，可以分別獨立地選擇顯示出與形成子電池12、13的各化合物半導(dǎo)體層12C、13A具有良好歐姆性的電特性的金屬。由此，可以將接觸電阻抑制到最小限度。實施例5實施例5也是實施例3的變形。對于實施例5，連接層22包含分別構(gòu)成第2子電池12以及第3子電池13的化合物半導(dǎo)體的無定形層這一點上，與實施例3不同。圖4的(B)中示出了實施例5的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件以及化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的概念圖。實施例5中的連接層22，由n+-1nQ. 79Ga0.21As0.43P0.57無定形層(連接層22A)和P+-GaAs無定形層(連接層22B)構(gòu)成,其中，該Ii+-1na79Gaa21Asa43Pa57無定形層是構(gòu)成第2子電池12的包含Ii+-1na79Gaa21Asa43Pa57的化合物半導(dǎo)體層12C的一部分經(jīng)無定形化而得到的，該P+-GaAs無定形層是構(gòu)成第3子電池13的包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13A的一部分經(jīng)無定形化而得到的。連接層22A和連接層22B的摻雜劑濃度例如為IX IO18CnT3 SXlO1W0連接層22的膜厚例如為O. 5nm 3. Onm。此外，連接層22A，22B的膜厚，優(yōu)選為分別接合后的連接層22的一半，即O. 25nm 1. 5nm。對于實施例5，在形成化合物半導(dǎo)體層以后，與實施例3的[步驟-320]同樣地，通過等離子體處理使化合物半導(dǎo)體層12C以及化合物半導(dǎo)體層13A的表面活化，并且，在非晶質(zhì)化以后，將第2子電池12和第3子電池13接合。具體而言,在包含Ii+-1nci ^Gatl 21Astl 43PQ 57的化合物半導(dǎo)體層12C和包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13A的表面照射Ar等離子體(例如，等離子體密度109cm_3 10ncm_3，壓力IPa 10_2Pa)，通過使各化合物半導(dǎo)體層12C、13A的表面發(fā)生等離子體損傷，形成例如膜厚1. Onm的無定形層(連接層22A、22B)。隨后，維持高真空度(例如5 Xl(T4PaWT)的狀態(tài)，在接合荷重2 X IO4N以下、溫度150°C以下的條件下，具體而言，在例如氛圍氣體壓力1\10_>&、接合荷重2\104隊溫度25°C的條件下，將連接層22A、22B貼合，將第2子電池12和第3子電池13接合。對于實施例5，使在晶格常數(shù)不同的子電池之間、構(gòu)成各種子電池的化合物半導(dǎo)體層的一部分晶體結(jié)構(gòu)無定形化，并將其用作連接層22A，22B。由此，與實施例3同樣地，可以得到經(jīng)接合的化合物半導(dǎo)體層的接合界面處的接觸電阻低，且能量轉(zhuǎn)換效率高的多結(jié)太陽能電池。此外，除了上述效果，不需要包含金屬的連接層的形成步驟，因此，不僅制造步驟得以簡化，而且可以降低制造成本。實施例6實施例6也是實施例3的變形。對于實施例6，使用第I成膜用基板和第2成膜用基板，在最終將上述第I成膜用基板和第2成膜用基板剝離這一點上，與實施例3不同。以下，將參考化合物半導(dǎo)體層等的概念圖、即圖5的㈧ (B)、圖6的㈧ (B)、圖7，對實施例6的多結(jié)太陽能電池和光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法做以說明。[步驟-600]首先，在由η型InP基板形成的第I成膜用基板41上，形成包含AlInAs的第I剝 離用犧牲層42以及形成作為接觸層而發(fā)揮作用的η+-ΙηΡ層43以后，在η+_ΙηΡ層43上依次形成第2子電池12、第I隧道結(jié)層15以及第I子電池11。但是，η+-ΙηΡ層43的形成不是必需的，與實施例3 實施例5相同，可以省略其形成。后述的實施例7也為相同的。另一方面，在由η型GaAs基板形成的第2成膜用基板44上，形成包含AlAs的第2剝離用犧牲層46以后，依次形成窗層17、第4子電池14、第2隧道結(jié)層16和第3子電池13。由此，可以得到圖5的(A)中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。此外，在實施例3 5中說明的多結(jié)太陽能電池中，可以形成作為接觸層而發(fā)揮作用的η+-ΙηΡ層43。[步驟-610]隨后，將第I子電池11的表面貼合在支持基板32上，然后，通過蝕刻除去第I剝離用犧牲層42，剝離第I成膜用基板41 (參考圖5的(B))，之后，在由構(gòu)成第2子電池12的包含n+-1nQ. 79Ga0.21As0.43P0.57的化合物半導(dǎo)體層12C上形成的n+_InP層43上面，形成例如包含Ti的連接層20A。另一方面，在構(gòu)成第3子電池13的包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13A上面，形成例如包含Ti的連接層20B。此外，與實施例3的[步驟-310]相同地，可以形成連接層20A、20B。由此，可以得到如圖6的(A)的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。[步驟-620]然后，與實施例3的[步驟-320]相同，向連接層20A、20B照射Ar等離子體使表面活化，并且，在非晶質(zhì)化以后進(jìn)行接合(參考圖6的(B))。然后，通過蝕刻除去第2剝離用犧牲層46，在剝離第2成膜用基板44以后，與實施例3的[步驟-330]相同地，形成第2電極19和防反射膜18。由此，可以得到如圖7中的概念圖所示的實施例6的多結(jié)太陽能電池。在實施例6中，不僅將第2成膜用基板、而且將第I成膜用基板剝離。由此，η型GaAs基板和η型InP基板均可以再利用,進(jìn)一步降低制造成本。此外，在實施例6中，與實施例3同樣的，連接層由Ti構(gòu)成，但也可以形成與實施例4或?qū)嵤├?相同的構(gòu)成。下文所述的實施例7也為相同的。實施例7實施例7是實施例6的變形。對于實施例7，從在第I成膜用基板上形成第2子電池和第I子電池、在第2成膜用基板上形成第3子電池和第4子電池，然后剝離第I成膜用基板和第2成膜用基板這一點上,與實施例6不同。
以下，將參考化合物半導(dǎo)體層等的概念圖、即圖8的㈧ (B)、圖9的㈧ (B)、圖10的㈧ (B)，對實施例7的多結(jié)太陽能電池和光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法做以說明。[步驟-700]首先，與實施例6的[步驟-600]同樣地，在由η型InP基板形成的第I成膜用基板41上，依次形成第I剝離用犧牲層42、η+-ΙηΡ層43、第2子電池12、第I隧道結(jié)層15、以及第I子電池11。另一方面，在由η型GaAs基板形成的第2成膜用基板44上，依次形成第2剝離用犧牲層46、第3子電池13、第2隧道結(jié)層16、第4子電池14、窗層17、以及第3剝離用犧牲層47。由此，可以得到圖8的(A)中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。[步驟_710]然后，通過蝕刻將第I剝離用犧牲層42除去，將第I成膜用基板41剝離。此外， 通過蝕刻將第2剝離用犧牲層46除去，將第2成膜用基板44剝離。由此，可以得到圖8的(B)中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。[步驟-MO]在由構(gòu)成第2子電池12的包含Ii+-1na79Gaa21Asa43Pa57的化合物半導(dǎo)體層12C上形成的η+-ΙηΡ層43上，形成例如包含Ti的連接層20Α。另一方面，在構(gòu)成第3子電池13的包含P+-GaAs的化合物半導(dǎo)體層13Α上，形成例如包含Ti的連接層20Β。此外，與實施例3的[步驟-310]同樣地，可以形成連接層20Α、20Β。由此，可以得到圖9的㈧中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。[步驟-73O]然后，使用例如蠟、高粘性的抗蝕劑，將第I子電池11貼合在支持基板33上，此夕卜，將第3剝離用犧牲層47貼合在支持基板34上。由此，可以得到圖9的(B)中的概念圖所示的結(jié)構(gòu)。[步驟_740]然后，與實施例3的[步驟-320]同樣地，向連接層20Α、20Β照射Ar等離子體使表面活化，并且，在非晶質(zhì)化以后進(jìn)行接合(參考圖10的(A))。然后，通過蝕刻除去第3剝離用犧牲層47，將支持基板34剝離，接著，與實施例3的[步驟-330]同樣地，形成第2電極19和防反射膜18。由此，可以得到圖10⑶中的概念圖所示的實施例7的多結(jié)太陽能電池。以上，基于本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述這些實施例。實施例中的多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)和組成等，可以進(jìn)行適宜的變更。不必要完全具有在實施例中說明的構(gòu)成多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件的各種化合物半導(dǎo)體層，另外，還可以具備其他的層。此外，可以在例如200°C下將連接層20A，20B接合，由此，可以進(jìn)一步降低接合界面的接觸電阻。由于最終除去成膜用基板，因此，基板的導(dǎo)電型可以是η型、ρ型的任何形式，此夕卜，由于成膜用基板可以再使用，因此可以實現(xiàn)多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件的制造成本的降低。例如，圖1(A)中的概念圖所示的多結(jié)太陽能電池如圖11所示，連接層20向外側(cè)延伸，可以構(gòu)成第3電極的結(jié)構(gòu)，由此，可以形成并聯(lián)型的多結(jié)太陽能電池，該多結(jié)太陽能電池可以容易地應(yīng)對太陽光光譜是與AMl. 5不同的光譜的地域、氣候的變化。此外，對于圖11中所示的多結(jié)太陽能電池而言，第I子電池11、第2子電池12中的化合物半導(dǎo)體層IlAp11A2、11C，化合物半導(dǎo)體層12A、12B、12C的疊層順序，與圖1的(A)中所示的實施例1、實施例3的多結(jié)太陽能電池的第I子電池11、第2子電池12中的化合物半導(dǎo)體層IlA1UlA2'11C，化合物半導(dǎo)體層12A、12B、12C的疊層順序相反，第I子電池11和第2子電池12，與第3子電池13、第4子電池14并聯(lián)連接。此外，為了減小直到第3電極的電阻，因此，期望增加P+-1nP層43的厚度。實施例中，形成的構(gòu)成為從光入射的一側(cè)起，依次為第4子電池InGaP層第3子電池GaAs層·第2 子電池InGanAsP 層第I子電池InGaAs層，但可以采用例如以下的構(gòu)成來代替，該構(gòu)成為從光入射的一側(cè)起，依次具有如下表6所示的構(gòu)成、S卩[構(gòu)成-A] [構(gòu)成-D]。或者可以為下表7所示的以下的構(gòu)成，在GaAs基板上形成第3子電池、第4子電池、第5子電池，在InP基板上形成第I子電池、第2子電池，將第2子電池和第3子電池接合的構(gòu)成，S卩[構(gòu)成-E] [構(gòu)成-G]。另外可以為下表8所示的以下的構(gòu)成，在GaAs基板上形成第2子電池、第3子電池、第4子電池，在InP基板上形成第I子電池，將第I子電池和第2子電池接合的構(gòu)成、即[構(gòu)成-H] [構(gòu)成-K]。表6 表8中的第I子電池，相當(dāng)于實施例中的第I子電池，具有應(yīng)變補償疊層構(gòu)造。需要說明的是，表6 表8的第3欄表示帶隙值，第4欄表示晶格常數(shù)值。此外，第I子電池的晶格常數(shù)值為平均晶格常數(shù)值。另外，在表6 表8中，組成相同，但帶隙值、晶格常數(shù)值不同的化合物半導(dǎo)體層，具有不同的原子百分率。[表 6][構(gòu)成-A]
差4 堂電池 InGaP 層1.90eV 5. 6 5 3 A
第 3 子電急 I n p. M G a p. 89 A s J1. 4 O e V 5. 6 5 7 A第 2 子電先 I n G a A s P 層__1 . O 3 e V 5. 8 6 8 A
第 I 子電池 1 nO 3:>G a0-W'AO. 5 5 e v 5. 8 6 8 A
I η 74 G a fJ 乳 A s 層[構(gòu)成-B]
第 4 子電 AIlnGaP 層 2.1OeV 5. 7 2 2 A 第 3 子電池 I n0,mG aomP &__1 . 6 6 e V 5. 7 2 2 A第 2 子石 t InGaAsP 層1 . O 3 e V 5. 8 6 8 A
第 I 予電 AO. 5 5 e V 5. 868 A
I Hq 74 G a O A S 層[構(gòu)成-C]
權(quán)利要求
1.一種多結(jié)太陽能電池，其疊層有多個子電池，且光由位于最上層的子電池起入射至位于最下層的子電池，從而在各子電池中發(fā)電，其中，各子電池由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成，在多個子電池中的至少一個特定的子電池中，第I化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由具有第I導(dǎo)電型的第1-A化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第1-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第2化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元由具有不同于第I導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型的第2-A化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第2-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-A，構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于特定的子電池的帶隙值，來確定化合物半導(dǎo)體組成-A，基于形成第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，特定的子電池位于最下層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多結(jié)太陽能電池，其中，構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-A的原子群的原子百分率和構(gòu)成化合物半導(dǎo)體組成-B的原子群的原子百分率不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，特定的子電池的帶隙值為O.45eV .O.75eV。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，化合物半導(dǎo)體組成-B的帶隙值大于化合物半導(dǎo)體組成-A的帶隙值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl時，其滿足下述關(guān)系(LCa-LC0) /LC0 ≤ 1Χ1(Γ3O. 25 ( I (LCb-LC0)/(LCa-LC0) | 彡 4. O。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多結(jié)太陽能電池，其中，LCa-LC0 > OLCb-LC0 < O。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，將化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)設(shè)定為LCa，將化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)設(shè)定為LCb，將基底晶格常數(shù)設(shè)定為LCtl，將第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度設(shè)定為tA，將第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度設(shè)定為tB時，其滿足下述關(guān)系-1XlO-3 ^ {(tB · LCB+tA · LCa) / (tB+tA) -LC0I /LC0 彡 I X 1(Γ3。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多結(jié)太陽能電池，其中，基底包含InP，化合物半導(dǎo)體組成-A為InxGapxAs,化合物半導(dǎo)體組成-B為InyGapyAs,且x > y。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多結(jié)太陽能電池，其中，O.53彡X彡O. 86，0彡y彡O. 53。
12.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其由具有第I導(dǎo)電型的第I化合物半導(dǎo)體層和具有第2導(dǎo)電型的第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第I化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第I化合物半導(dǎo)體層疊層單元由具有第I導(dǎo)電型的第1-A化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第1-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，第2化合物半導(dǎo)體層包含至少一個第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該第2化合物半導(dǎo)體層疊層單元由具有不同于第I導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型的第2-A化合物半導(dǎo)體層以及具有第2導(dǎo)電型的第2-B化合物半導(dǎo)體層疊層而成，構(gòu)成第1-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-A，構(gòu)成第1-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成和構(gòu)成第2-B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成，是相同的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于光電轉(zhuǎn)換元件的帶隙值，來確定化合物半導(dǎo)體組成-A，基于形成第I化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第1-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第1-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度，第1-A化合物半導(dǎo)體層和第2-A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度，第1-B化合物半導(dǎo)體層和第2-B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。
13.—種化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體，其包含至少一個化合物半導(dǎo)體層疊層單元，該化合物半導(dǎo)體層疊層單元是由第A化合物半導(dǎo)體層和第B化合物半導(dǎo)體層疊層而成的，基于形成第A化合物半導(dǎo)體層和第B化合物半導(dǎo)體層時基底的基底晶格常數(shù)與構(gòu)成第A化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-A的晶格常數(shù)之差，來確定構(gòu)成第B化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體組成-B，基于基底晶格常數(shù)和化合物半導(dǎo)體組成-B的晶格常數(shù)之差以及第A化合物半導(dǎo)體層的厚度，來確定第B化合物半導(dǎo)體層的厚度，第A化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-A的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng) 的厚度，第B化合物半導(dǎo)體層的厚度小于化合物半導(dǎo)體組成-B的臨界膜厚，是不產(chǎn)生量子效應(yīng)的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及多結(jié)太陽能電池、光電轉(zhuǎn)換元件和化合物半導(dǎo)體層疊層結(jié)構(gòu)體。提供具備子電池的多結(jié)太陽能電池，該子電池基底與晶格匹配、具有期望的帶隙。本發(fā)明多結(jié)太陽能電池是多個子電池(11)，(12)，(13)，(14)疊層而成，子電池由第1化合物半導(dǎo)體層和第2化合物半導(dǎo)體層疊層而成，至少一個特定子電池(11)由第1層(11A1，11A2)和第2層(11C)構(gòu)成，第1層(11A1，11A2)由第1-A層(11AA)和第1-B層(11AB)疊層而成，第2層11C由第2-A層(11CA)和第2-B層(11CB)疊層而成，基于特定子電池11的帶隙值確定第1-A層(11AA)和第2-A層(11CA)的組成-A，基于基底晶格常數(shù)和組成-A的晶格常數(shù)之差確定第1-B層(11AB)和第2-B層(11CB)的組成-B，基于基底晶格常數(shù)與組成-B的晶格常數(shù)之差、第1-A層(11AA)厚度和第2-A層(11CA)厚度確定第1-B層(11AB)和第2-B層(11CB)厚度。
文檔編號H01L31/0352GK103022057SQ201110281329
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者吉田浩, 池田昌夫, 內(nèi)田史朗, 丹下貴志, 倉本大, 有持佑之, 楊輝, 陸書龍, 鄭新和 申請人:索尼公司, 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所