[发明专利]多结化合物半导体太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及多结化合物半导体太阳能电池。

背景技术

使用硅基板，在硅基板上形成了pn结的硅晶体类太阳能电池现在成为主流，但作为能够获得比硅晶体类太阳能电池更高的光电转换效率的太阳能电池，存在有使用了直接跃迁型且光吸收系数大的化合物半导体的化合物半导体太阳能电池。目前开发的大多数化合物半导体太阳能电池是具有多结(multi-junction)(串联)结构的多结化合物半导体太阳能电池，该多结(串联)结构具有多个禁带宽度彼此不同的光电转换层(pn结层)，由于可以有效地利用太阳光谱，与光电转换层为1层的单结化合物半导体太阳能电池相比，可以获得更高的光电转换效率。

对于具有多个禁带宽度彼此不同的光电转换层的多结化合物半导体太阳能电池而言，主要研究了考虑了由外延生长带来的晶格匹配的体系(晶格匹配系)。就晶格匹配系而言，作为具有3个光电转换层的多结化合物半导体太阳能电池，开发了如下多结化合物半导体太阳能电池，该电池从太阳光的入射侧(受光面侧)起具有InGaP光电转换层/GaAs光电转换层/Ge光电转换层。InGaP光电转换层的禁带宽度约1.87eV，GaAs光电转换层的禁带宽度约1.42eV，Ge光电转换层的禁带宽度约0.67eV。

在图16(a)及图16(b)中示出了传统的多结化合物半导体太阳能电池的模式横截面图。图16(a)所示的多结化合物半导体太阳能电池，从太阳光入射侧起依次设置了顶单元501、中间单元502及底单元504，在受光面侧的顶单元501的表面形成有第1电极505，在与受光面侧的相反侧(背面侧)的底单元504的背面形成有第2电极506。顶单元501的光电转换层的禁带宽度最大，中间单元502的光电转换层的禁带宽度第二大，底单元504的光电转换层最小。

如图16(a)所示，由于太阳光从顶单元501侧入射朝向底单元504前进，因此在此之间，基于顶单元501、中间单元502、及底单元504各自的光电转换层禁带宽度的波长的太阳光被吸收，被转换为电能(光电转换)。在此，顶单元501、中间单元502及底单元504分别由包含1个光电转换层的多个半导体层构成。

在如图16(a)所示的顶单元501/中间单元502/底单元504的3结多结化合物半导体太阳能电池中，为了能够有效地利用太阳光的光谱，可以组合由受光面侧起，各个单元的光电转换层的禁带宽度为1.93eV/1.42eV/1.05eV的材料。此外，为了得到具有更高光电转换效率的多结化合物半导体太阳能电池，作为底单元504的材料，研究了底单元504的光电转换层的禁带宽度为0.9～1.1eV左右的材料。

作为禁带宽度为1eV左右的材料中的一种提出了InGaAs。此外，在制作使用InGaAs作为底单元504的材料，使用InGaP作为顶单元501，使用GaAs作为中间单元502的材料的多结化合物半导体太阳能电池时，构成中间单元502的GaAs和构成底单元504的InGaAs之间的晶格常数不同，它们的晶格常数之差增大至约2％。在此，如图16(b)所示，开发了在中间单元502和底单元504之间，形成了晶格常数变化的缓冲层503的多结化合物半导体太阳能电池。

在非专利文献1(J.F.Geisz et al.,“Inverted GaInP/(In)GaAs/InGaAs triple-junction solar cells with low-stress metamorphic bottomjunction”，33rd  IEEE Photovoltaic Specialists Conference San Diego,California,May11-16,2008)中，公开了如下多结化合物半导体太阳能电池：在InGaP(顶单元)/GaAs(中间单元)/InGaAs(底单元)的多结化合物半导体太阳能电池中，顶单元501(InGaP)和中间单元502(GaAs)为晶格匹配，在晶格常数不同的中间单元502(GaAs)和底单元504(InGaAs)之间形成了InGaP晶格常数变化的缓冲层503。