[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及由氮化物半导体构成的太阳能电池。

背景技术

近年来，由以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体构成的半导体元件的研究开发正在盛行。包括氮化铝(AlN)、GaN、氮化铟(InN)以及它们的混合晶体(mixed crystal)的氮化物半导体，通过控制其膜的组成，能够在从紫外或蓝色至红外线区域为止的范围广泛的波长区域中吸收光。这些氮化物半导体具有直接跃迁的特性，并且其光吸收系数较高，具体而言为10⁴至10⁵。进而，与作为太阳能电池用半导体材料而广泛使用的硅(Si)相比，这些氮化物半导体的光吸收系数高两位以上。因此，作为其应用例，提案有使用氮化物半导体的太阳能电池(例如非专利文献1)。

图11表示现有例涉及的由氮化物半导体构成的太阳能电池的截面结构。如图11所示，现有的太阳能电池，包括：由GaN构成的低温生长缓冲层102、n型GaN层103、由In_xGa_1-xN构成的光吸收层104、p型GaN层105和由p型GaN构成的p型接触层106，它们在主面的面方位为(0001)面的蓝宝石基板101的主面上依次生长。在p型接触层106上形成有p侧电极107，在n型GaN层103的选择性露出的区域上形成有n侧电极108。

根据该现有例，为了抑制由起因于晶格缺陷或穿透位错(threading dislocation)的非发光跃迁引起的载流子再结合，必须制作结晶中的缺陷非常少的氮化物半导体薄膜。因此，由于使用蓝宝石基板等单晶基板，所以存在成本高的问题。

为了解决这个问题，提案有如下方法：使用石墨作为基板，通过脉冲溅射法在石墨上制作多晶的氮化物半导体薄膜(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-200207号公报

非专利文献

非专利文献1：Omkar Jani et.al.，Appl.Phys.Lett.Vol.91(2007)132117

发明内容

发明要解决的问题

然而，通过脉冲溅射法在石墨上制作的GaN薄膜为多晶体，因此缺陷较多，不适合太阳能电池和发光二极管等。此外，众所周知通过脉冲溅射法制作的氮化物半导体薄膜在成膜时因放电等离子体而受到较大的损伤，因此在薄膜的结晶内含有非常多的缺陷。因此，上述专利文献1的利用脉冲溅射法制作氮化物半导体的方法，具有难以制作在制作太阳能电池时不可缺少的p型GaN的较大的课题。

本发明是为了解决该课题而完成的，其目的在于以作为非单晶基板的石墨为基板，通过最适于半导体元件的制造的有机金属化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD)法，提供低成本且高性能的氮化物太阳能电池。

用于解决课题的方法

本发明的方法是一种制造发光太阳能电池的方法，包括下述的工序(a)～工序(e)：通过对石墨基板的表面进行氧灰化，在上述石墨基板的表面形成具有20nm以上60nm以下的厚度的无定形碳层的工序(a)；在上述无定形碳层上通过MOCVD(有机金属化学气相沉积法)形成AlN层的工序(b)；在上述AlN层上形成n型氮化物半导体层的工序(c)；在上述n型氮化物半导体层上形成由氮化物半导体构成的光吸收层的工序(d)；和在上述光吸收层上形成p型氮化物半导体层的工序(e)。

根据某个实施方式，还具有：在形成n型氮化物半导体层之前，在上述AlN层上形成由氮化物半导体构成的缓冲层的工序。

根据某个实施方式，p侧电极是透明的。

根据某个实施方式，p侧电极是透明的。

根据某个实施方式，上述光吸收层包括多重量子阱层。

根据某个实施方式，上述光吸收层包括多重量子阱层。

本发明的太阳能电池，包括：石墨基板；在上述石墨基板上形成的无定形碳层；在上述无定形碳层上形成的AlN层；在上述AlN层上形成的n型氮化物半导体层；在上述n型氮化物半导体层上形成的由氮化物半导体构成的光吸收层；在上述光吸收层上形成的p型氮化物半导体层；与上述p型氮化物半导体层电连接的p侧电极；和与上述n型氮化物半导体层电连接的n侧电极，其中，上述无定形碳层具有20nm以上60nm以下的厚度。

根据某个实施方式，还具有：夹在上述AlN层与上述n型氮化物半导体层之间的由氮化物半导体构成的缓冲层。

根据某个实施方式，p侧电极是透明的。