[发明专利]多结太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体

说明书

技术领域

本发明涉及使用了化合物半导体的多结(也称作串联型、堆叠型、叠层型)太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体。

背景技术

由2种以上的元素构成的化合物半导体，由于元素的组合而存在较多种类。此外，通过将包含多个不同材料的化合物半导体层叠层，可以实现具有多种多样功能和物性的化合物半导体器件，作为其一个实例，可以列举太阳能电池。在此，作为太阳能电池，可以列举使用硅作为半导体的硅类太阳能电池、使用化合物半导体的化合物半导体太阳能电池、使用有机材料的有机类太阳能电池等，其中，对于化合物半导体太阳能电池而言，正在以能量转换效率的进一步提高为目标而实施开发。

作为提高化合物半导体太阳能电池的能量转换效率的方法，存在以下方法：将包含多个化合物半导体层的薄膜太阳能电池构成的多个子电池叠层，形成多结太阳能电池的方法；探索将构成化合物半导体层的化合物半导体材料有效地进行组合的方法。GaAs和InP等化合物半导体，分别具有固有的带隙，由于其带隙不同，因而吸收的光波长也不同。因此，通过叠层多种子电池，可以提高具有较宽波长范围的太阳光的吸收效率。在进行叠层时，构成各子电池的化合物半导体的晶体结构的晶格常数以及物性值(例如带隙)的组合是非常重要的。

然而，目前所研究的大部分多结太阳能电池，可以分类如下：使包含晶格常数几乎一致的化合物半导体的化合物半导体层叠层而成的晶格匹配系，以及利用伴随位错的变形异质(metamorphic)生长，使包含具有不同晶格常数的化合物半导体的化合物半导体层叠层而成的晶格失配系。然而，在变形异质生长法中，由于必然会伴随有不希望的晶格失配，因此，存在化合物半导体的品质显著降低的问题。

针对这些问题，近年来提出了在化合物半导体层的接合中利用了基板贴合技术的多结太阳能电池的制造方法，已有报道的是具有In_0.48Ga_0.52P/GaAs/InGaAsP/In_0.53Ga_0.47As结构的四结太阳能电池。

所述基板贴合技术，是指在相接合的化合物半导体层之间形成同质结或者异质结的技术，可以分类如下：例如，将不同化合物半导体层直接进行贴合的直接贴合方式(例如，参考非专利文献1：″Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells″，NCPV and Solar Program Review Meeting 2003)，以及隔着连接层进行接合的方式。基板贴合技术具有不会伴随穿透位错的增加这一优点。穿透位错的存在，会对化合物半导体层的电子性能带来不利影响，即，穿透位错与掺杂剂、再结合中心相同，会在化合物半导体层中提供容易扩散的通路，从而成为减少化合物半导体层的载流子密度的原因。此外，在基板贴合技术中，可以解决晶格失配的问题，并进一步地回避晶格失配造成的外延生长困难，因此，可以大幅度降低使电池性能降低的穿透位错密度。在所述基板贴合技术中，在不同物质的界面之间，即异质界面上形成共价键，然而，此时，在热波动不超过穿透位错运动时所需的动态阈值的温度下，进行基板接合步骤是很重要的。

通过直接贴合方式进行接合时，进行原子力范围的半导体-半导体接合。因此，接合部的透明性、热传导率、耐热性和可靠性，比使用金属糊料、玻璃原料(玻璃料)进行接合时更优异。所述直接贴合方式，可以达到与由单结元件构成的太阳能电池等同的容易程度，具体而言，可以仅通过叠层的各化合物半导体层的合金化，即可实现一体型或2端子的化合物半导体器件向模块的集成。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for High Efficiency Solar Cells，NCPV and Solar Program Review Meeting 2003

发明内容

发明要解决的问题