本公開內(nèi)容在此通常涉及化合物-半導(dǎo)體光伏電池和化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)地，已經(jīng)存在化合物-半導(dǎo)體光伏電池，每個(gè)包括鍺(Ge)基板，布置在該基板上的底部電池以及第一雜質(zhì)限制層，其布置在底部電池的上部部分中并包括具有晶格匹配于基板的構(gòu)成y的第一導(dǎo)電類型鋁銦磷化物(Al_yIn_1-yP)層。光伏電池進(jìn)一步包括第一高雜質(zhì)密度層，其布置在第一雜質(zhì)限制層上并包括具有晶格匹配于基板的構(gòu)成x的第一導(dǎo)電類型銦鎵磷化物(In_xGa_1-xP)層，以及第二高雜質(zhì)密度層，其具有構(gòu)成x并包括布置在第一高雜質(zhì)密度層以便與第一高雜質(zhì)密度層形成隧道結(jié)的第二導(dǎo)電類型In_xGa_1-xP層。第二導(dǎo)電類型是與第一導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。光伏電池進(jìn)一步包括第二雜質(zhì)限制層，其布置在第二高雜質(zhì)密度層并包括具有構(gòu)成y的第二導(dǎo)電類型鋁鎵磷化物(Al_yGa_1-yP)層，以及布置在第二雜質(zhì)層上的頂部電池(參見，例如，專利文獻(xiàn)1)。

此外，已經(jīng)存在三-結(jié)光伏電池，其中用于相應(yīng)的電池的帶隙被設(shè)定為1.9eV/1.42eV/1.0eV(參見，例如，非專利文獻(xiàn)1)。

非專利文獻(xiàn)2公開了一種基于低帶隙吸收體材料InGaAsP(1.03eV)和InGaAs(0.73eV)的低帶隙串聯(lián)太陽電池。此外，非專利文獻(xiàn)2公開了使用時(shí)間分辨的光致發(fā)光測(cè)量來評(píng)估低帶隙吸收體材料的使用壽命。

引用文獻(xiàn)列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1

日本公布的專利申請(qǐng)?zhí)?001-102608

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1

Proceedings of the 29st IEEE Photovoltaic Specialists Conference(2010)pp.412-417

非專利文獻(xiàn)2

Non-Patent Document 2:Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(2009)pp.1090-1093

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

專利文獻(xiàn)1描述了在傳統(tǒng)的雙-結(jié)型光伏電池中的p⁺-GaInP(鎵銦磷化物)層和n⁺-GaInP層之間的隧道結(jié)。該隧道結(jié)是均質(zhì)結(jié)。

因?yàn)樵诰|(zhì)結(jié)中的p-型層的價(jià)帶和n-型層的導(dǎo)帶之間的能量差大于在II型的異質(zhì)結(jié)中的p-型層的價(jià)帶和n-型層的導(dǎo)帶之間的能量差，在專利文獻(xiàn)1中公開的隧道結(jié)的效率的提高是不夠的。

此外，在非專利文獻(xiàn)1中的GaInP子光伏電池和GaInAs(鎵銦砷化物)子光伏電池之間，p⁺-AlGaAs(鋁鎵砷化物)層和n⁺-GaInP層之間的隧道結(jié)得以形成。然而，p⁺-AlGaAs層和n⁺-GaInP層的細(xì)節(jié)沒有被描述，以及包括隧道結(jié)的效率的提高沒有被實(shí)施。

非專利文獻(xiàn)2沒有描述通過使用晶格常數(shù)實(shí)現(xiàn)帶隙的組合。

如上所述的，對(duì)于化合物半導(dǎo)體的傳統(tǒng)的光伏電池的效率的提高還沒有被足夠地實(shí)施。

鑒于以上主題，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的大體目的是要提供一種化合物-半導(dǎo)體光伏電池以及化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法，其效率被提高。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，化合物-半導(dǎo)體光伏電池包括第一光電轉(zhuǎn)換電池，其由晶格匹配于砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)的第一化合物-半導(dǎo)體材料制成；第一隧道結(jié)層，其布置在光入射方向上比第一光電轉(zhuǎn)換電池更遠(yuǎn)的深側(cè)上，并包括第一正型(p-型)鋁鎵銦砷化物((Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1))層和第一負(fù)型(n-型)鋁鎵銦磷化物((Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1))層；以及第二光電轉(zhuǎn)換電池，其布置在光入射方向上比第一隧道結(jié)層更遠(yuǎn)的深側(cè)上，并且由基于GaAs的半導(dǎo)體材料的第二化合物-半導(dǎo)體材料制成。第一光電轉(zhuǎn)換電池和第二光電轉(zhuǎn)換電池經(jīng)由第一隧道結(jié)層被結(jié)合。第一n-型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P層的晶格常數(shù)大于第一光電轉(zhuǎn)換電池的晶格常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法，該化合物-半導(dǎo)體光伏電池具有由第一化合物-半導(dǎo)體材料制成的第一光電轉(zhuǎn)換電池和由第二化合物-半導(dǎo)體材料制成的第二光電轉(zhuǎn)換電池，包括層疊第二光電轉(zhuǎn)換電池在化合物-半導(dǎo)體基板上的步驟；層疊隧道結(jié)層在第二光電轉(zhuǎn)換電池上的步驟，隧道結(jié)層包括p-型(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1)層和n-型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1)層；以及層疊第一光電轉(zhuǎn)換電池在隧道結(jié)層上的步驟。第一化合物-半導(dǎo)體材料是晶格匹配于砷化鎵或鍺的化合物-半導(dǎo)體材料。第二化合物-半導(dǎo)體材料是基于GaAs的化合物-半導(dǎo)體材料。n-型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P層的晶格常數(shù)大于第一光電轉(zhuǎn)換電池的晶格常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，一種化合物半導(dǎo)體光伏電池的制造方法包括在第一化合物-半導(dǎo)體基板上層疊第一光電轉(zhuǎn)換電池的步驟，第一光電轉(zhuǎn)換電池由晶格匹配于砷化鎵或鍺的第一化合物-半導(dǎo)體材料制成；在第一光電轉(zhuǎn)換電池上層疊第一隧道結(jié)層的步驟，所述第一隧道結(jié)層包括第一p-型(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1)層和第一n-型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1)層；以及在第一隧道結(jié)層上層疊第二光電轉(zhuǎn)換電池的步驟，第二光電轉(zhuǎn)換電池由基于GaAs的半導(dǎo)體材料的第二化合物-半導(dǎo)體材料制成；在第二光電轉(zhuǎn)換電池上層疊第一結(jié)層的步驟，該第一結(jié)層由第三化合物-半導(dǎo)體材料制成；在第二化合物-半導(dǎo)體基板上層疊一個(gè)或更多個(gè)第三光電轉(zhuǎn)換電池的步驟，每個(gè)第三光電轉(zhuǎn)換電池都由第四化合物-半導(dǎo)體材料制成；在一個(gè)或更多個(gè)第三光電轉(zhuǎn)換電池上層疊第二結(jié)層的步驟，第二結(jié)層由第五化合物-半導(dǎo)體材料制成；將與連接到第二光電轉(zhuǎn)換電池的表面相反的第一結(jié)層的表面和與連接到第三光電轉(zhuǎn)換電池的表面相反的第二結(jié)層的表面結(jié)合的步驟；以及移除第一化合物-半導(dǎo)體基板的步驟。第一n-型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P層的晶格常數(shù)大于第一光電轉(zhuǎn)換電池的晶格常數(shù)。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種化合物-半導(dǎo)體光伏電池以及一種具有提高的效率的化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100的示例的截面示意圖；

圖2A是示出p-型晶格匹配(Al)GaInP和n-型晶格匹配(Al)GaInP的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖2B是示出p-型AlGaAs和n-型晶格匹配(Al)GaInP的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖2C是示出p-型晶格匹配(Al)GaInP和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖2D是示出p-型AlGaAs和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖3是示出根據(jù)第二實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池200的示例的截面示意圖；

圖4是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的示例的截面示意圖；

圖5A是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法的示例的示意圖；

圖5B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法的另一個(gè)示例的示意圖；

圖6A是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法的又一個(gè)示例的示意圖；

圖6B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法的又一個(gè)示例的示意圖；

圖7是示出根據(jù)第四實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400的示例的截面示意圖；

圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400A的示例的示意圖；

圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型的隧道結(jié)層170A的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖10是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第二變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400B的示例的示意圖；

圖11是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第三變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400C的示例的示意圖；

圖12是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第二變型的隧道結(jié)層170B的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖13是根據(jù)第四實(shí)施例的第四變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400D的示例的示意圖；

圖14是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第三變型的隧道結(jié)層170C的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示例的示意圖；

圖15是示出根據(jù)第五實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池500的示例的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將描述其中根據(jù)本發(fā)明的化合物-半導(dǎo)體光伏電池和化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法被應(yīng)用的實(shí)施例。

因?yàn)榛衔?半導(dǎo)體的帶隙能量或晶格常數(shù)根據(jù)材料構(gòu)成變化，其中能量轉(zhuǎn)換效率是通過共享太陽光的波長(zhǎng)范圍得以提高的多結(jié)型光伏電池已經(jīng)被制造。

目前，存在三-結(jié)光伏電池，包括將晶格匹配材料用在Ge基板上的Ge電池/Ga(In)As電池/GaInP電池，其具有幾乎與砷化鎵(GaAs)相同的晶格常數(shù)，具有用于相應(yīng)的1.88eV/1.40eV/0.67eV的電池的帶隙。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池具有是大約基于硅(Si)的光伏電池的兩倍效率的效率。然而，由于基板的成本、基板等的小尺寸，化合物-半導(dǎo)體光伏電池比基于Si的光伏電池貴若干數(shù)量級(jí)。因此，化合物-半導(dǎo)體光伏電池已經(jīng)被用于特殊目的，例如太空，在人造衛(wèi)星中，例如。

近年來，通過結(jié)合廉價(jià)的塑料透鏡和小尺寸的光伏電池，形成集光型(concentrated)電池，減少比通常平面電池更貴的化合物-半導(dǎo)體的量，以及實(shí)現(xiàn)成本降低，化合物-半導(dǎo)體光伏電池已經(jīng)被實(shí)際用于地球應(yīng)用(在地球上的一般用途)。

作為用于提高特別是集光型電池中的效率的目的，為了減少由于電流的增加引起的能量損失，用于減少電流和減小串聯(lián)電阻的多結(jié)是重要的。為了減小電阻，重要的是，尤其地減小連接子電池的隧道結(jié)的電阻。

在此，隧道結(jié)是半導(dǎo)體中的p-n結(jié)，其中雜質(zhì)在高濃度下添加。根據(jù)高濃度摻雜(doping)，n-型層的導(dǎo)帶和p-型價(jià)帶的價(jià)帶退化(degenerated)，以及相應(yīng)的能量級(jí)橫穿費(fèi)米能級(jí)彼此重疊，從而載體隧道效應(yīng)的概率增大，以及隧道電流流動(dòng)。雖然電流通常僅在從p-型層到n-型層的方向上流動(dòng)，但是在隧道結(jié)中，可能引起電流在相反方向上流動(dòng)。

為了形成在具有帶兩個(gè)或更多個(gè)層的光電轉(zhuǎn)換電池的光伏電池中的良好的隧道結(jié)，具有帶隙的材料，其幾乎與隧道結(jié)的上部部分的GaInP子電池相同的寬度或比該寬度更寬，優(yōu)選地用于隧道結(jié)層中以便減小隧道結(jié)層中的光的吸收損失。

另外，構(gòu)成隧道結(jié)層的p-型層的價(jià)帶和n-型層的導(dǎo)帶之間的能量差優(yōu)選地是小的，因?yàn)檩d體更容易地形成隧道并且載體的濃度(摻雜濃度)會(huì)小于能量差大的情況。

然而，不容易在高濃度下進(jìn)行摻雜。重要的是允許雜質(zhì)有效地進(jìn)入膜中，以及抑制摻雜的雜質(zhì)的擴(kuò)散，以便獲得需要的濃度分布等。

在下文中，將解釋要解決以上所述的問題的第一到第五實(shí)施例。

示例1

圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100的截面示意圖。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池100包括電極10，砷化鎵(GaAs)基板110，砷化鎵緩沖層111，砷化鎵電池160，隧道結(jié)層170，鎵銦磷化層(GaInP)電池180，接觸層40A和電極50。

根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100是雙-結(jié)型光伏電池，其直接地連接GaAs電池160(1.42eV)和GaInP電池180(1.9電子伏特)。

在此，GaAs電池160(1.42eV)和GaInP電池180(1.9eV)是基于GaAs的光電轉(zhuǎn)換電池。

基于GaAs的光電轉(zhuǎn)換電池是其差不多的晶格與砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)匹配并且由可在砷化鎵基板上或在鍺基板上生長(zhǎng)的物質(zhì)系統(tǒng)晶體形成的光電轉(zhuǎn)換電池，鍺具有幾乎與GaAs相同的晶格常數(shù)。在此，一種材料，其差不多的晶格與砷化鎵或鍺(鍺具有與砷化鎵幾乎相同的晶格常數(shù))匹配以及可在砷化鎵基板上或鍺基板上生長(zhǎng)的晶體，將被稱為GaAs晶格匹配系統(tǒng)材料。此外，由GaAs晶格匹配系統(tǒng)材料制成的電池將稱為GaAs晶格匹配系統(tǒng)材料電池。

在化合物-半導(dǎo)體光伏電池100中，所有的層基本上形成為以便差不多的晶格與GaAs或Ge(Ge具有與GaAs幾乎相同的晶格常數(shù))匹配，或者以使得相應(yīng)的層的厚度小于或等于引起甚至在其中晶格常數(shù)彼此不同的情況下的晶格弛豫的臨界膜厚度。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池100是通過順序地形成在砷化鎵基板、砷化鎵緩沖層111、砷化鎵電池160、隧道結(jié)層170、GaInP電池180、接觸層40A和電極50上，以及最后通過形成電極10，得以制成的。

砷化鎵基板110是化合物-半導(dǎo)體基板的示例。GaInP電池180是由其晶格匹配于GaAs或Ge的第一化合物-半導(dǎo)體材料制成的第一光電轉(zhuǎn)換電池的示例。隧道結(jié)層170是第一隧道結(jié)層的示例。GaAs電池160是由其是基于GaAs的材料的第二化合物-半導(dǎo)體材料制成的第二光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

在圖1中，光的入射方向是從圖中的上部部分到下部部分的方向(從GaInP電池180到GaAs電池160的方向)。

電極10是其是位于光入射方向上的深側(cè)上的下部電極的電極。對(duì)于電極10，例如，Ti(鈦)/Pt(鉑)/Au(金)等的金屬層可被使用。

對(duì)于GaAs基板110，例如，p-型砷化鎵的單個(gè)晶體的晶片可被使用。對(duì)于雜質(zhì)，例如，鋅(Zn)等可被使用。

GaAs緩沖層111可通過例如MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法形成在GaAs基板110上。對(duì)于雜質(zhì)，例如，碳(C)等可被使用以使得導(dǎo)電型是p-型。

GaAs電池160形成在GaAs緩沖層111上。GaAs電池160包括p-型GaInP層161，p-型GaAs層162，n-型GaAs層163和n-型(Al)GaInP層164。

GaInP層161，GaAs層162，GaAs層163和(Al)GaInP層164以該順序被層疊在GaAs緩沖層111的表面上。

GaInP層161是布置在光入射方向上的深側(cè)上的BSF(后表面區(qū)域(Back Surface Field))層。在GaAs電池160中的p-n結(jié)是通過GaAs層162和GaAs層163構(gòu)成的。(Al)GaInP層164是布置在光入射方向上的近側(cè)(光入射側(cè))上的窗口層。

在此，GaInP層161的表達(dá)式“GaInP”具體地表示Ga_xIn_1-xP(0<x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“GaInP”將被使用。此外，(Al)GaInP層164的表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1))。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況以及不包括Al的情況。

在此，GaAs電池160可被認(rèn)為是其構(gòu)造包括構(gòu)成p-n結(jié)的GaAs層162和GaAs層163的電池，(Al)GaInP層164形成在其光入射側(cè)上，以及GaInP層161形成在其光入射方向上的深側(cè)上。

GaInP層161僅必需具有大于或等于p-型GaAs層162和n-型GaAs層163之間的帶隙(1.42eV)的帶隙，因?yàn)镚aInP層161被用作BSF層。對(duì)于GaInP層161的雜質(zhì)，例如，鋅(Zn)可被使用。

GaAs層162的導(dǎo)電型是通過例如將Zn用作雜質(zhì)被弄成p-型的。

GaAs層163的導(dǎo)電型是通過例如將Si用作雜質(zhì)被弄成n-型的。

GaAs層162和GaAs層163之間的帶隙是1.42eV。

(Al)GaInP層164具有大于p-型GaAs層162和n-型GaAs層163之間的帶隙(1.42eV)的帶隙，因?yàn)?Al)GaInP層164被用作窗口層。

在第一實(shí)施例中，對(duì)于(Al)GaInP層164的雜質(zhì)，例如，硅(Si)可被使用。

隧道結(jié)層170被布置在GaAs電池160和GaInP電池180之間。因?yàn)榛衔?半導(dǎo)體光伏電池100是通過在圖1中示出的狀態(tài)下從下側(cè)順序地層疊制成的，隧道結(jié)層170被層疊在GaAs電池160上。

隧道結(jié)層170包括n⁺-型(Al)GaInP層171，和p⁺-型(Al)GaAs層172。對(duì)于(Al)GaInP層171中的雜質(zhì)，例如，碲(Te)可被使用以使得導(dǎo)電型是n-型。對(duì)于(Al)GaAs層172中的雜質(zhì)，例如，碳(C)可被使用以使得導(dǎo)電型是p-型。n⁺-型(Al)GaInP層171和p⁺-型(Al)GaAs層172形成以高濃度摻雜的薄的p-n結(jié)。

(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172二者都以比GaInP電池180高的濃度摻雜。隧道結(jié)層170是布置成以使得電流通過隧道結(jié)在GaInP電池180中的p-型GaInP層182和GaAs電池160中的n-型GaAs層163之間流動(dòng)的結(jié)層。

在此，(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172分別是第一n-型(Al)GaInP層和第一p-型(Al)Ga(In)As層的示例。

表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

表達(dá)式“(Al)Ga(In)As”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yAs(0≦x<1,0<y≦1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)Ga(In)As”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況，以及符號(hào)“(In)”涵蓋包括In的情況下和不包括In的情況。

(Al)GaInP層171的晶格常數(shù)大于GaAs的晶格常數(shù)，并且具有壓縮應(yīng)變。

在(Al)GaAs層172中的Al的構(gòu)成被調(diào)節(jié)以使得帶隙變得幾乎和GaInP電池180中的帶隙相同。

(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172的厚度，例如，大于或等于25nm(納米)但小于或等于50nm。

在此，表達(dá)式(Al)GaInP層171的“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

此外，表達(dá)式(Al)GaAs層172的“(Al)GaAs”具體地表示Al_xGa_1-xAs(0≦x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

此外，因?yàn)樗淼澜Y(jié)層170的材料優(yōu)選地具有幾乎與GaInP電池180的帶隙相同或大于GaInP電池180的帶隙的帶隙，其位于光入射側(cè)上，被認(rèn)為其晶格匹配于GaInP電池180的n⁺-GaInP可被用于隧道結(jié)層170的n層。

然而，在第一實(shí)施例中，Al被添加到以上所述的用于(Al)GaInP層171的材料以便具有與GaInP相同的帶隙，In的構(gòu)成增加以便使晶格常數(shù)大于GaAs的，從而(Al)GaInP層171具有壓縮應(yīng)變。

同時(shí)，為何(Al)GaInP層171的晶格常數(shù)被如上地設(shè)定的原因稍后將被描述。

GaInP電池180形成在隧道結(jié)層170和接觸層40A之間。

GaInP電池180包括p-型Al(Ga)InP層181，p-型GaInP層182，n-型GaInP層183和n-型Al(Ga)InP層184。

Al(Ga)InP層181，GaInP層182，GaInP層183和Al(Ga)InP層184以該順序被層疊在隧道結(jié)層170的表面上。GaInP電池180被層疊在隧道結(jié)層170上。

GaInP電池180由其晶格匹配于GaAs的GaInP的晶體層制成。在實(shí)際的制造工藝中，例如，Al(Ga)InP層181，GaInP層182，GaInP層183和Al(Ga)InP層184以該順序被層疊。

Al(Ga)InP層181是布置在光入射方向上的深側(cè)上的BSF(后表面區(qū)域)層。在GaInP電池180中的p-n結(jié)是通過GaInP層182和GaInP層183構(gòu)成的。Al(Ga)InP層184是布置在光入射方向上的近側(cè)(光入射側(cè))上的窗口層。

在此，GaInP電池180可被認(rèn)為是其構(gòu)造包括構(gòu)成p-n結(jié)的GaInP層182和GaInP層183的電池，Al(Ga)InP層184形成在其光入射側(cè)上，以及Al(Ga)InP層181形成在其在光入射方向上的深側(cè)上。

Al(Ga)InP層181僅必需具有大于或等于p-型GaInP層182和n-型GaInP層183之間的帶隙(1.9eV)的帶隙，因?yàn)锳l(Ga)InP層181被用作BSF層。對(duì)于Al(Ga)InP層181的雜質(zhì)，例如，鋅(Zn)可被使用。

GaInP層182的導(dǎo)電型是通過例如將Zn用作雜質(zhì)被弄成p-型的。

GaInP層183的導(dǎo)電型是通過例如將Si用作雜質(zhì)被弄成n-型的。

GaInP層182和GaInP層183之間的帶隙是1.9eV。

Al(Ga)InP層184具有大于p-型GaInP層182和n-型GaInP層183之間的帶隙(1.9eV)的帶隙，因?yàn)锳l(Ga)InP層184被用作窗口層。

在此，表達(dá)式Al(Ga)InP層181的“Al(Ga)InP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x≦1,0<y≦1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Al(Ga)InP”將被使用。符號(hào)“(Ga)”表示包括Ga描述構(gòu)成和不包括Ga的構(gòu)成二者。以上所述的表達(dá)式還被用于Al(Ga)InP層184。然而，Al(Ga)InP層181的x和y的值可不同于Al(Ga)InP層184的值。

此外，表達(dá)式GaInP層182的“GaInP”具體地表示Ga_xIn_1-xP(0<x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“GaInP”將被使用。以上所述的表達(dá)式還被用于GaInP層183。GaInP層182的值x可不同于GaInP層183的值。

在第一實(shí)施例中，Al(Ga)InP層184僅必需具有大于或等于p-型GaInP層182和n-型GaInP層183之間的帶隙(1.9eV)的帶隙。對(duì)于Al(Ga)InP層184的雜質(zhì)，例如，硅(Si)可被使用。

接觸層40A被層疊在GaInP電池180上以便執(zhí)行到電極50的電阻連接。例如，砷化鎵(GaAs)層被用于接觸層40A。

電極50是，例如，金屬薄膜，例如Ti/Pt/Au，并且形成在接觸層40A上。

同時(shí)，接觸層40A是這樣形成的：通過移除砷化鎵(GaAs)層，其形成在Al(Ga)InP層184的整個(gè)表面上，將電極50(上部電極)用作掩模。

此外，化合物-半導(dǎo)體光伏電池100具有其中太陽光從寬帶隙的電池的側(cè)面(GaInP電池180的側(cè)面)進(jìn)入化合物-半導(dǎo)體光伏電池100的構(gòu)造。同時(shí)，抗反射膜優(yōu)選地設(shè)置在Al(Ga)InP層184的表面上，太陽光進(jìn)入到其上。

圖2A到2D是示出具有壓縮應(yīng)變的p-型AlGaAs和n-型(Al)GaInP的材料它們自己的相對(duì)能量級(jí)之間的關(guān)系的示意圖。在此，為何(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172的組合被使用的原因?qū)⒄請(qǐng)D2A到2D進(jìn)行解釋。

圖2A示出結(jié)合其晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層和其晶格匹配于GaAs的n-型(Al)GaInP層的隧道結(jié)層的帶結(jié)構(gòu)。p-型(Al)GaInP層的帶結(jié)構(gòu)被示出在圖2A中的左半部，以及n-型(Al)GaInP層的帶結(jié)構(gòu)被示出在圖2A的右半部。同時(shí)，符號(hào)(Al)GaInP表示包括Al的構(gòu)成和不包括Al的構(gòu)成二者。

在圖2A中，因?yàn)閜-層和n-層二者都是(Al)GaInP層，p層和n層的帶隙Eg是相同的，導(dǎo)帶和價(jià)帶的高度在p層和n層之間沒有變化，并且沒有不連續(xù)性發(fā)生。那么，圖2A中示出的結(jié)是所謂的“同質(zhì)結(jié)”。

圖2B示出結(jié)合其晶格匹配于GaAs的p-型AlGaAs層和其晶格匹配于GaAs的n-型(Al)GaInP層的隧道結(jié)層的帶結(jié)構(gòu)。

其晶格匹配于GaAs的n-型(Al)GaInP層的導(dǎo)帶和價(jià)帶的能量二者都分別低于其晶格匹配于GaAs的p-型AlGaAs層的導(dǎo)帶和價(jià)帶的能量。也就是說，所謂的“II型異質(zhì)結(jié)”得以獲得。

在圖2B中示出的結(jié)中，其晶格匹配于GaAs的p-型AlGaAs層的價(jià)帶和其晶格匹配于GaAs的n-型(Al)GaInP層的導(dǎo)帶之間的能量差E1小于相應(yīng)的層的任何帶隙。因此，載體隧道效應(yīng)的概率增加，與圖2A中示出的隧道結(jié)相比。

圖2C示出結(jié)合其晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層的隧道結(jié)層的帶結(jié)構(gòu)。

具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP是這樣形成的：通過層疊(Al)GaInP，其構(gòu)成被調(diào)節(jié)以便具有大于GaAs的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)，在晶格匹配于GaAs的層上，以具有壓縮應(yīng)變。

在此，層，其構(gòu)成被調(diào)節(jié)以便晶格匹配于GaAs，是，例如，GaInP電池180和GaAs電池160(參見圖1)。

具有比GaAs大的晶格常數(shù)的GaInP具有稍微小于晶格匹配于GaAs的GaInP的價(jià)帶的能量的價(jià)帶能量，以及大大低于晶格匹配于GaAs的GaInP的導(dǎo)帶的能量的導(dǎo)帶能量。那么，帶隙減小。

此外，在添加Al到以上描述的具有比GaAs大的晶格常數(shù)的GaInP時(shí)，導(dǎo)帶的能量增加，價(jià)帶的能量減小，從而帶隙增加。

因此，在其晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層的隧道結(jié)層中，具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層的導(dǎo)帶和價(jià)帶二者都分別低于晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層的導(dǎo)帶和價(jià)帶。那么，所謂的“異質(zhì)結(jié)的II型結(jié)”得以獲得。

晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層的價(jià)帶和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層的導(dǎo)帶之間的能量差E2小于相應(yīng)層的任何帶隙。因此，載體隧道效應(yīng)的概率增加，與圖2A中示出的隧道結(jié)相比。

同時(shí)，為了使晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層具有相同的帶隙，具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層的Al構(gòu)成需要大于晶格匹配于GaAs的p-型(Al)GaInP層的Al構(gòu)成。

根據(jù)以上所述的，如圖2D中示出的，在結(jié)合AlGaAs層和具有壓縮應(yīng)變的n-型(Al)GaInP層時(shí)，發(fā)現(xiàn)帶的不連續(xù)性變得更大，與圖2B中示出的AlGaAs層和其晶格匹配于GaAs的(Al)GaInP層的隧道結(jié)相比。

圖2D中示出的n-型(Al)GaInP層和p-型AlGaAs層分別對(duì)應(yīng)于n⁺-型(Al)GaInP層171和p⁺-型(Al)GaAs層172。

隧道結(jié)是其中雜質(zhì)以高濃度添加的半導(dǎo)體的p-n結(jié)。在隧道結(jié)中，由于以高濃度摻雜，n-型層的導(dǎo)帶和p-型層的價(jià)帶退化，相應(yīng)的能量級(jí)橫穿費(fèi)米能級(jí)彼此重疊，從而載體隧道效應(yīng)的概率增加，以及隧道效應(yīng)電流流動(dòng)。

為此，如圖2D中所示的，在結(jié)合作為p⁺-層的具有更大能量的導(dǎo)帶和更大能量的價(jià)帶的AlGaAs層和作為n⁺-層的具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層的情況下，AlGaAs層的價(jià)帶和具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層的導(dǎo)帶之間的能量差E3小于圖2B中示出的能量差E1，載體隧道效應(yīng)的概率增加更多。

根據(jù)以上所述的理由，在第一實(shí)施例中，包括具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172的隧道結(jié)層170(參見圖1)被使用。具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171是具有比GaAs的晶格常數(shù)大的晶格常數(shù)的(Al)GaInP層。

此外，因?yàn)镚aInP電池180是由晶格匹配于GaAs的GaInP的晶體層制成的，具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171具有大于GaInP電池180的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)。

隧道結(jié)層170通過使用具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171來降低導(dǎo)帶和價(jià)帶的能量級(jí)，與沒有壓縮應(yīng)變的情況相比。

那么，通過減小(Al)GaAs層172的價(jià)帶和(Al)GaInP層171的導(dǎo)帶之間的能量差E3(參見圖2D)，在隧道結(jié)層170中的載體的損失被抑制或減少。

因此，在第一實(shí)施例中，隧道結(jié)層170的電阻值減小，能量損失減少，從而高效率的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100可被提供。同時(shí)，能量損失減少，因?yàn)樗淼澜Y(jié)層170的電阻值減小。

此外，在隧道結(jié)層170中，載體濃度(摻雜濃度)可降低，與其中p⁺-層的價(jià)帶和n⁺-層的導(dǎo)帶之間的能量差是大的情況相比，隧道結(jié)可容易地形成。

同時(shí)，在上述中，實(shí)施例，其中(Al)GaInP層171被用于隧道結(jié)層170的n⁺-層，被解釋。Al沒有被添加到其中的GaInP可被使用。

此外，(Al)GaInPAs層，Al被添加到其中以增加帶隙且砷(As)被添加以調(diào)節(jié)晶格常數(shù)，可被用于隧道結(jié)層170的n⁺-層。表達(dá)式“(Al)GaInPAs”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP_zAs_1-z(0≦x<1,0<y<1,0<z<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInPAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

也就是說，隧道結(jié)層的n⁺-層的構(gòu)成公式是由(Al)GaInP(As)表達(dá)的。在該表達(dá)式中的符號(hào)(Al)表示包括Al的構(gòu)成和不包括Al的構(gòu)成二者。符號(hào)(As)表示包括As的構(gòu)成和不包括As的構(gòu)成二者。這樣，隧道結(jié)層170的p⁺-層和n⁺-層的構(gòu)成可在每種情況下被調(diào)節(jié)。p⁺-層和n⁺-層的構(gòu)成也可在其他實(shí)施例中被調(diào)節(jié)。

此外，在本實(shí)施例中，包括作為隧道結(jié)層170的p⁺-層的(Al)GaAs層172的示例被解釋。然而，其中In被添加到其中的AlGaInAs可被使用。也就是說，隧道結(jié)層170的p⁺-層僅必需被表達(dá)為AlGa(In)As。符號(hào)(In)表示包括In的構(gòu)成和不包括In的構(gòu)成二者。

示例2

圖3是示出根據(jù)第二實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池200的截面示意圖。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池200是通過將根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100中的GaAs電池160(1.42eV)和GaInP電池180(1.9eV)分別替換為GaInAs電池260(1.4eV)和GaInP電池280(1.88eV)，得以獲得的。

此外，化合物-半導(dǎo)體光伏電池200通過進(jìn)一步添加Ge電池210(0.67eV)變?yōu)槿Y(jié)型。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池200包括電極10，Ge電池210，GaInP緩沖層213，GaAs緩沖層214，隧道結(jié)層150，GaInAs電池260，隧道結(jié)層170，GaInP電池280，接觸層40A和電極50。

同時(shí)，在化合物-半導(dǎo)體光伏電池200中，對(duì)于與根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100中的相同的構(gòu)成元素，被分配相同的附圖標(biāo)記，并且其解釋將被省略。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池200是這樣制造的：通過在Ge電池210的Ge基板211上順序地形成GaInP緩沖層213、GaAs緩沖層214、隧道結(jié)層150、GaInAs電池260、隧道結(jié)層170、GaInP電池280、接觸層40A和電極50，以及最后通過形成電極10。

Ge電池210包括p-型Ge基板211和n-型Ge層212。通過利用磷(P)在形成于Ge層212上的GaInP緩沖層213中的擴(kuò)散，Ge層212的導(dǎo)電型是n-型。Ge電池210是第三光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

GaInP緩沖層213例如可通過MOCVD方法形成在Ge電池210上。對(duì)于雜質(zhì)，例如，硅(Si)等可被使用以使得導(dǎo)電型是n-型。GaInP緩沖層213是第一緩沖層的示例。

GaAs緩沖層214例如可通過MOCVD方法形成在GaInP緩沖層213上。對(duì)于雜質(zhì)，例如，硅(Si)等可被使用以使得導(dǎo)電型是n-型。GaAs緩沖層214是第二緩沖層的示例。

隧道結(jié)層150被布置在GaAs緩沖層214和GaInAs電池260之間。

隧道結(jié)層150包括n⁺-型GaAs層151和p⁺-型GaAs層152。對(duì)于雜質(zhì)，例如，碲(Te)可被使用以使得導(dǎo)電型是n-型。對(duì)于雜質(zhì)，例如，碳(C)可被使用以使得導(dǎo)電型是p-型。n⁺-型GaAs層151和p⁺-型GaAs層152構(gòu)造其以高濃度摻雜的薄的p-n結(jié)。

隧道結(jié)層150的GaAs層151和152二者都以比GaInAs電池260高的濃度摻雜。隧道結(jié)層150是布置成以使得電流通過隧道結(jié)在GaInAs電池260的p-型Ga(In)As層262和Ge電池210的n-型Ge層212之間流動(dòng)。

GaInAs電池260包括p-型GaInP層161，p-型Ga(In)As層262，n-型Ga(In)As層263和n-型(Al)GaInP層164。GaInAs電池260是基于GaAs的光電轉(zhuǎn)換電池。

也就是說，GaInAs電池260是通過將根據(jù)第一實(shí)施例的GaAs電池160中(參見圖1)的執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的p層和n層替換為具有1.5％的In構(gòu)成和1.40eV的帶隙的Ga(In)As層262和Ga(In)As層263，得以獲得的。GaInAs電池260是第二光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

在此，Ga(In)As層262的表達(dá)式“Ga(In)As”具體地表示Ga_1-xIn_xAs(0≦x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Ga(In)As”將被使用。此外，符號(hào)“(In)”涵蓋包括In的情況和不包括In的情況。以上描述的表達(dá)式還用于Ga(In)As層263。然而，Ga(In)As層263的x的值可不同于Ga(In)As層262的x的值。

GaInP電池280包括，如在根據(jù)第一實(shí)施例的GaInP電池180(1.9eV)中的，p-型Al(Ga)InP層181，p-型GaInP層182，n-型GaInP層183和n-型Al(Ga)InP層184。在GaInP電池280中，帶隙通過調(diào)節(jié)膜形成條件等被調(diào)節(jié)到1.88eV。GaInP電池280是第一光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

在第二實(shí)施例中，包括(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172的隧道結(jié)層170被使用在GaInAs電池260和GaInP電池280之間。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池200被形成為以使得相應(yīng)的層幾乎晶格匹配于鍺(Ge)以便順序地形成相應(yīng)的層在Ge基板211上。

因此，(Al)GaInP層171，在第二實(shí)施例中，是通過將其構(gòu)成被調(diào)節(jié)以便具有大于Ge的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)的(Al)GaInP沉積在晶格匹配于Ge的層上以具有壓縮應(yīng)變，得以形成的。

在此，晶格匹配于Ge的這些層是所有的Ge層212、GaInP緩沖層213、GaAs緩沖層214、隧道結(jié)層150、GaInAs電池260和GaInP電池280。

同時(shí)，因?yàn)殒N(Ge)的晶格常數(shù)與GaAs的晶格常數(shù)近似相同，因此根據(jù)第一實(shí)施例的(Al)GaInP層171可按照它那樣近似地被用于第二實(shí)施例中。因?yàn)椋珿e的晶格常數(shù)稍微大于GaAs的晶格常數(shù)，因此其中In構(gòu)成是大的的(Al)GaInP層171優(yōu)選地被使用。

隧道結(jié)層170通過使用具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171降低了導(dǎo)帶和價(jià)帶的能量級(jí)，與沒有壓縮應(yīng)變的情況相比。

那么，通過減小(Al)GaAs層172的價(jià)帶和(Al)GaInP層171的導(dǎo)帶之間的能量差E3(參見圖2D)，在隧道結(jié)層170中的載體的損失被抑制或減小。

因此，在第二實(shí)施例中，提供了一種三結(jié)型化合物-半導(dǎo)體光伏電池200，其中電阻值減小，能量損失減小且效率提高。

此外，與其中p⁺-層的價(jià)帶和n⁺-層的導(dǎo)帶之間的能量差是大的情況相比，載體濃度(摻雜濃度)可降低，隧道結(jié)可容易地形成。

同時(shí)，隧道結(jié)層150的n⁺-型GaAs層151可具有壓縮應(yīng)變，如(Al)GaInP層171。在該情況下，GaAs層151的晶格常數(shù)只需要設(shè)定為大于該層的晶格常數(shù)，其構(gòu)成被調(diào)節(jié)以便晶格匹配于Ge(GaInP電池280或GaInAs電池260)。在該情況下，隧道結(jié)層是第二隧道結(jié)層的示例。

此外，具有壓縮應(yīng)變的GaAs層151的帶隙可相對(duì)于GaInAs電池260的帶隙被調(diào)節(jié)。

此外，在本實(shí)施例中，如上所述的，解釋包括Ge電池210的示例，其中Ge層212形成在Ge基板211上。然而，替代Ge電池210，可使用由其晶格匹配于GaAs并具有比GaInAs電池260小的帶隙的材料例如GaInNAs形成的電池。在該情況下，所使用的不是Ge電池210的電池僅需要具有小于GaInAs電池260的帶隙。

示例3

圖4是示出根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的示例的截面示意圖。

根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300包括電極10，InP基板310，GaInPAs電池120，結(jié)層130，隧道結(jié)層150A，GaAs電池160，隧道結(jié)層170，GaInP電池180，接觸層40A和電極50。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池300是這樣獲得的：通過從根據(jù)第一實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池100移除GaAs基板110和GaAs緩沖層111，并添加InP基板310、GaInPAs電池120、結(jié)層130和隧道結(jié)層150A到它。

在該情況下，通過結(jié)合結(jié)層130和隧道結(jié)層150A，兩個(gè)層疊主體被結(jié)合，隧道結(jié)是由結(jié)層130和隧道結(jié)層150A形成的。

對(duì)于InP基板310，例如，p-型磷化銦的單個(gè)晶體的晶片可被使用。對(duì)于雜質(zhì)，例如，鋅(Zn)等可被使用。

同時(shí)，GaInPAs電池120是第三光電轉(zhuǎn)換電池的示例。GaAs電池160和GaInP電池180分別是第二光電轉(zhuǎn)換電池和第一光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

GaInPAs電池120形成在InP基板310的表面上。GaInPAs電池120包括p-型InP層121，p-型GaIn(P)As層122，n-型GaIn(P)As層123和n-型Al(Ga)InAs層124。

GaInPAs電池120由其晶格匹配于InP的GaInPAs的晶體層制成。

InP層121，GaIn(P)As層122，GaIn(P)As層123和Al(Ga)InAs層124以該順序被層疊在InP基板310的表面上。

InP層121布置在光入射方向上的深側(cè)上的BSF(后表面區(qū)域)層。在GaInPAs電池120中的p-n結(jié)是由GaIn(P)As層122和GaIn(P)As層123構(gòu)成的。Al(Ga)InAs層124是布置在光入射方向上的近側(cè)(光入射側(cè))上的窗口層。

在此，GaInPAs電池120可被認(rèn)為是由構(gòu)成p-n結(jié)的GaIn(P)As層122和GaIn(P)As層123制成的電池，Al(Ga)InAs層124形成在其光入射側(cè)上，以及InP層121形成在其在光入射方向上的深側(cè)上。

InP層121具有大于p-型GaIn(P)As層122和n-型GaIn(P)As層123之間的帶隙(1.0eV)的帶隙，因?yàn)镮nP層121被用作BSF層。對(duì)于InP層121的雜質(zhì)，例如，鋅(Zn)可被使用。

GaIn(P)As層122的導(dǎo)電型是p-型，例如通過將Zn用作雜質(zhì)。

GaIn(P)As層123的導(dǎo)電型是n-型，例如通過將Si用作雜質(zhì)。

在GaIn(P)As層122和GaIn(P)As層123中，Ga，x的比率，以及P，y的比率，被調(diào)節(jié)以使得帶隙是1.0eV。

Al(Ga)InAs層124具有大于GaIn(P)As層122和GaIn(P)As層123的帶隙(1.0eV)的帶隙，因?yàn)锳l(Ga)InAs層124被用作窗口層。

在此，GaIn(P)As層122的表達(dá)式“GaIn(P)As”具體地表示Ga_xIn_1-xP_yAs_1-y(0<x<1,0≦y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“GaIn(P)As”將被使用。符號(hào)“(P)”涵蓋包括P的情況和不包括P的情況。以上描述的表達(dá)式也被用于GaIn(P)As層123。然而，GaIn(P)As層122的x和y的值可不同于GaIn(P)As層123的那些。

Al(Ga)InAs層124的表達(dá)式“Al(Ga)InAs”具體地表示((Al_xGa_1-x)_yIn_1-yAs(0<x≦1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Al(Ga)InAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Ga)”涵蓋包括Ga的情況和不包括Ga的情況。

在第三實(shí)施例中，Al(Ga)InAs層124的帶隙例如被設(shè)定為1.5eV。對(duì)于Al(Ga)InAs層124的雜質(zhì)，例如，硅(Si)可被使用。

因?yàn)锳lGaInAs晶格匹配于InP，它適合于被層疊在GaIn(P)As層123上。

在制造化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的過程中，通過清理處理和表面活化處理，結(jié)層130被結(jié)合到隧道結(jié)層150A?；衔?半導(dǎo)體光伏電池300是通過結(jié)合兩個(gè)層疊主體制造的。

結(jié)層130形成在兩個(gè)層疊主體之一的最高表面上，隧道結(jié)層150A形成在另一個(gè)層疊主體的最高表面上。通過結(jié)合結(jié)層130和隧道結(jié)層150A，如圖4所示的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300被制造。

作為所述結(jié)層130，n⁺-型InP層被使用。結(jié)層130的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為高于Al(Ga)InAs層124的雜質(zhì)濃度。因此，結(jié)層130的導(dǎo)電型是n⁺-型。

用作結(jié)層130的InP層例如具有1.35eV的帶隙。

隧道結(jié)層150A是p⁺-型GaAs層。對(duì)于雜質(zhì)，通過其所述導(dǎo)電型變?yōu)閜-型，例如，碳(C)可被使用。隧道結(jié)層150A結(jié)合所述結(jié)層130以形成以高濃度摻雜的薄的p-n結(jié)。

隧道結(jié)層150A和結(jié)層130以比GaAs電池160高的濃度摻雜。

接下來，根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法將參照?qǐng)D5A到6B進(jìn)行解釋。

圖5A到6B是示出在制造根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的過程期間的化合物-半導(dǎo)體光伏電池的截面示意圖。

最初，如圖5A中所示的，層疊主體300B是使用InP基板310制造的，當(dāng)使用GaAs基板20制造層疊主體300A時(shí)。GaAs基板20是第一化合物-半導(dǎo)體基板的示例。InP基板310是第二化合物-半導(dǎo)體基板的示例。

在此，包括在層疊主體300A中的GaInP電池180是由其晶格匹配于GaAs的GaInP的晶體層制成的，并且形成在GaAs基板20上。此外，包括在層疊主體300B中的GaInPAs電池120是由其晶格匹配于InP的GaInPAs的晶體層制成的，并且形成在InP基板310上。

這樣，層疊主體300A和層疊主體300B的晶格常數(shù)彼此不同。根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300是通過直接結(jié)合層疊主體300A和層疊主體300B被制造的，它們的晶格常數(shù)彼此不同。

因?yàn)镮nP的晶格常數(shù)是大約0.587納米(nm)或5.87埃(angstroms)，僅需要調(diào)節(jié)構(gòu)成以使得形成在InP基板310上的GaInPAs電池120具有十分接近InP的晶格常數(shù)(大約0.587納米或5.87埃)的晶格常數(shù)。

此外，因?yàn)镚aAs的晶格常數(shù)是大約0.565納米或5.65埃，僅需要調(diào)節(jié)構(gòu)成以使得GaAs電池160和GaInP電池180，其形成在GaAs基板20上，具有十分接近GaAs的晶格常數(shù)(大約0.565納米或5.65埃)的晶格常數(shù)。

層疊主體300A是這樣被制造的：通過用MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法在GaAs基板20上層疊GaInP蝕刻止擋層30、n⁺-型GaAs接觸層40、GaInP電池180、隧道結(jié)層170、GaAs電池160和隧道結(jié)層150A。同時(shí)，表達(dá)式GaInP蝕刻止擋層30的“GaInP”具體地表示Ga_xIn_1-xP(0<x<1)。

在此，GaInP電池180包括其晶格匹配于GaAs的Al(Ga)InP層184，GaInP層183，GaInP層182和Al(Ga)InP層181。Al(Ga)InP層181是BSF層，以及Al(Ga)InP層184是窗口層。

此外，隧道結(jié)層170包括(Al)GaAs層172和(Al)GaInP層171。

GaAs電池160包括(Al)GaInP層164，GaAs層163，GaAs層162和GaInP層161。GaInP層161是BSF層，(Al)GaInP層164是窗口層。

此外，隧道結(jié)層150A是由p⁺-型GaAs層構(gòu)成的。

在在層疊主體300A的層疊(生長(zhǎng))時(shí)，具有GaAs基板20的下側(cè)是光入射側(cè)。因?yàn)閷盈B主體300A在稍后結(jié)合到層疊主體300B時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)到上下顛倒，層疊主體300A從相對(duì)于圖1中示出的豎直關(guān)系的相反方向生長(zhǎng)。

具體地，它從寬的帶隙的電池(GaInP電池180)到窄的帶隙電池(GaAs電池160)順序地生長(zhǎng)。此外，最后p-側(cè)變?yōu)橄聜?cè)(光入射方向上的深側(cè))。

此外，對(duì)于層疊主體300B，在InP基板310上，通過MOCVD方法，GaInPAs電池120和結(jié)層130被層疊(生長(zhǎng))。在圖5A中示出的層疊主體300B中，結(jié)層130的側(cè)面，其與InP基板310相反，是光入射側(cè)。

GaInPAs電池120包括，從InP基板310的側(cè)面，InP層121，GaIn(P)As層122，GaIn(P)As層123和Al(Ga)InAs層124。InP層121是BSF層，Al(Ga)InAs層124是窗口層。

如上所述的，疊層主體300A和300B是通過外延生長(zhǎng)通過MOCVD方法制造的。

接下來，如圖5B中所示的，通過外延生長(zhǎng)制造的疊層主體300A和300B被直接結(jié)合。

層疊主體300A的隧道結(jié)層150A和層疊主體300B的結(jié)層130的表面經(jīng)受清理處理和表面活化處理，以及結(jié)層130和隧道結(jié)層150A被直接結(jié)合。表面活化處理通過氮?dú)?N2)等離子體處理被執(zhí)行，所述結(jié)在真空中在150℃的溫度下被執(zhí)行。

根據(jù)以上所述的過程，層疊主體300C，如圖5B中所示的，被制備。層疊主體300C是這樣被制造的：通過將上下顛倒地轉(zhuǎn)動(dòng)即在其中隧道結(jié)層150A在底側(cè)上的狀態(tài)下的層疊主體300A放置在層疊主體300B的結(jié)層130上，如圖5A中所示的，并結(jié)合所述結(jié)層130和隧道結(jié)層150A。

同時(shí)，隧道結(jié)層150A是第一結(jié)層的示例，結(jié)層130是第二結(jié)層的示例。

層疊主體300C是這樣制成的：在InP基板310上以這樣順序?qū)盈BGaInPAs電池120、結(jié)層130、隧道結(jié)層150A、GaAs電池160、隧道結(jié)層170、GaInP電池180、GaAs接觸層40、InP蝕刻止擋層30和GaAs基板20。

接下來，GaAs基板20和GaInP蝕刻止擋層30分別通過分別選擇性地蝕刻從層疊主體300C被移除，如圖5B中所示的，從而層疊主體300D，如圖6A所示的，得以獲得。

GaAs基板20和GaInP蝕刻止擋層30可被如下蝕刻：

GaAs基板20可例如用硫酸(H₂SO₄)、過氧化氫(H₂O₂)和水(H₂O)的混合物作為濕蝕刻溶液被蝕刻。因?yàn)樵贕aInP蝕刻止擋層30中的GaInP不溶解在硫酸溶液、過氧化氫和水的混合物中，濕蝕刻工藝可通過GaInP蝕刻止擋層30被止擋。

此外，GaInP蝕刻止擋層30可例如用鹽酸(HCl)和水(H2O)的混合物被蝕刻。

如上所述的，圖6A中示出的層疊主體300D是通過選擇性蝕刻分別從層疊主體300C移除所述GaAs基板20和GaInP蝕刻止擋層30得以獲得的(參見圖5B)。

接下來，當(dāng)在GaAs接觸層40上形成電極50(上部電極，參見圖1)，電極10(下部電極)形成在InP基板310上。

那么，不是緊挨著位于電極50(參見圖1)之下的部分的接觸層40(參見圖6A)是通過將電極50用作掩模被移除的，從而如圖6B中所示的接觸層40A得以形成。

接觸層40A可例如通過用硫酸(H₂SO₄)、過氧化氫(H₂O₂)和水(H₂O)的混合物作為濕蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻得以形成的。因?yàn)樵贏l(Ga)InP層184中的Al(Ga)InP沒有溶解在硫酸溶液(sulfuric solution)、過氧化氫和水的混合物中，濕刻蝕過程可通過GaInP電池180中的Al(Ga)InP層184被止擋。

如上所述的，根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300得以完成。圖6B中示出的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300與圖4中示出的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300是完全相同的。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池300具有其中太陽光從寬的帶隙的電池的側(cè)面(GaInP電池180的側(cè)面)進(jìn)入化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的構(gòu)造。同時(shí)，抗反射膜優(yōu)選地提供在太陽光進(jìn)入的Al(Ga)InP層184的表面上。抗反射膜在圖6B中被省略。

如上所述的，在第三實(shí)施例中，三-結(jié)化合物-半導(dǎo)體光伏電池300，其中隧道結(jié)層170的電阻值減小，能量損失減少，從而效率提高，以及化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法被提供。

此外，載體濃度(摻雜濃度)與其中p⁺-層的價(jià)帶和n⁺-層的導(dǎo)帶之間的能量差是大的情況相比降低，以及隧道結(jié)可容易地形成。

因此，根據(jù)第三實(shí)施例，化合物-半導(dǎo)體光伏電池300，其效率得以提高，化合物-半導(dǎo)體光伏電池300的制造方法被提供。

關(guān)于三-結(jié)光伏電池300，例如根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300，例如，Oyo Butsuri Vol.79No.5,2010,p.436描述了，作為三電池的帶隙，1.9eV/1.42eV/1.0eV的組合和1.7eV/1.2eV/0.67eV的組合，其比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的(1.88eV/1.4eV/0.67eV)的三-結(jié)電池是更優(yōu)選的。

然而，十分難以通過使用晶格常數(shù)實(shí)現(xiàn)帶隙的組合。

在這方面，根據(jù)第三實(shí)施例，因?yàn)榛衔?半導(dǎo)體光伏電池300是通過使用直接結(jié)方法來結(jié)合晶格常數(shù)的兩個(gè)電池(層疊主體300A和層疊主體300B(參見圖5A))得以制造的，包括具有彼此不同的晶格常數(shù)的電池的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300可被容易地實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，在以上描述中，解釋其中相應(yīng)的電池等通過MOCVD方法被形成在InP基板310和GaAs基板20上的實(shí)施例。然而，相應(yīng)的電池等可通過MBE(分子束外延)方法得以形成。

此外，在以上描述中，解釋其中化合物-半導(dǎo)體光伏電池300是通過使用層疊主體300B和300A、分別使用InP基板310和GaAs基板20進(jìn)行制造的實(shí)施例。然而，不是InP基板310和GaAs基板20的組合可被使用。

例如，層疊主體300B和300A通過Ge基板和InP基板的組合、銻化鎵(GaSb)基板和GaAs基板的組合、GaSb基板和Ge基板的組合、Si基板和Ge基板的組合、Si基板和GaAs基板等的組合，被相似地制造。

此外，在以上描述中，解釋其中層疊主體300A和300B被直接結(jié)合的實(shí)施例。然而，它們可機(jī)械地結(jié)合。

此外，在以上描述中，解釋其中作為InP晶格匹配系統(tǒng)材料電池的GaInPAs電池120被使用的實(shí)施例。然而，InP晶格匹配系統(tǒng)材料電池不限于GaInPAs電池120，但是通過GaIn(P)As表述的電池可被使用。

在表達(dá)式GaIn(P)As中的符號(hào)(P)表示包括P的構(gòu)成和不包括P的構(gòu)成二者。也就是說，GaIn(P)As是包括GaInPAs和GaInAs二者的表達(dá)式。因此，GaInAs電池可被使用而不是GaInPAs電池120。

此外，在以上描述中，解釋其中作為GaAs晶格匹配系統(tǒng)材料電池的GaInP電池180被使用的實(shí)施例。然而，GaAs晶格匹配系統(tǒng)材料電池不限于GaInP電池180，由(Al)GaInP(As)表述的電池可被使用。

表達(dá)式(Al)GaInP(As)包括包括Al的構(gòu)成和不包括Al的構(gòu)成二者。此外，表達(dá)式(Al)GaInP(As)包括包括As的構(gòu)成和不包括As的構(gòu)成二者。為此，它由“(Al)”和“(As)”表達(dá)。也就是說，“(Al)GaInP(As)”是包括AlGaInPAs，AlGaInP，GaInPAs和GaInP的表達(dá)式。因此，AlGaInP電池，GaInPAs電池或AlGaInPAs可被使用而不是GaInP電池180。

示例4

在第三實(shí)施例中，由GaInP電池180、GaAs電池160和GaInPAs電池120制成的三-結(jié)化合物-半導(dǎo)體光伏電池300被制造。三個(gè)光電轉(zhuǎn)換電池的帶隙的組合是1.9eV/1.42eV/1.0eV。

在第四實(shí)施例中，通過添加GaInAs電池(0.75eV)到GaInP電池180、GaAs電池160和GaInPAs電池120，四結(jié)化合物-半導(dǎo)體光伏電池被提供。四個(gè)光電轉(zhuǎn)換電池的帶隙的組合是1.9eV/1.42eV/1.0eV/0.75eV。

圖7是示出根據(jù)第四實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400的截面示意圖。在下文中，對(duì)于與根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300中的相同的構(gòu)成元素，被分配相同的附圖標(biāo)記，并且其解釋將被省略。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池400包括電極10，InP基板310，GaInAs電池410，隧道結(jié)層220，GaInPAs電池120，結(jié)層130，隧道結(jié)層150A，GaAs電池160，隧道結(jié)層170，GaInP電池180，接觸層40A和電極50。同時(shí)，GaInAs電池410是基于InP的光電轉(zhuǎn)換電池。

在此，GaInP電池180是第一光電轉(zhuǎn)換電池的示例。GaAs電池160是第二光電轉(zhuǎn)換電池的示例。GaInAs電池410和GaInPAs電池120是多個(gè)第三光電轉(zhuǎn)換電池的示例。InP基板310是第二化合物-半導(dǎo)體基板的示例。

根據(jù)第四實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400是四-結(jié)光伏電池，其中GaInAs電池410(0.75eV)，GaInPAs電池120(1.0eV)，GaAs電池160(1.42eV)和GaInP電池180(1.9eV)被串聯(lián)連接。

在圖7中，光的入射方向是從該圖的上部部分到下部部分的方向(從GaInP電池180到GaInAs電池410的方向)。

非專利文獻(xiàn)2描述了大約1.9eV/1.4eV/1.0eV/0.7eV的組合的帶隙平衡在四-結(jié)光伏電池中是優(yōu)選的。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池400具有通過將GaInAs電池410和隧道結(jié)層220插入在根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300中的基板310和GaInPAs電池120之間獲得的構(gòu)造。

GaInAs電池410包括p-型InP層411，p-型GaInAs層412，n-型GaInAs層413和n-型InP層414。InP層411是BSF層，InP層414是窗口層。

在此，GaInAs電池410可被認(rèn)為是由p-型GaInAs層412和n-型GaInAs層413制成而不包括InP層411和InP層414的電池。在該情況下，它可視為假定InP層414(窗口層)形成在由p-型GaInAs層412和n-型GaInAs層413制成的GaInAs電池410的光入射側(cè)上，以及假定InP層411(BSF層)被形成在光入射方向上的深側(cè)上。

p-型GaInAs層412和n-型GaInAs層413之間的帶隙是0.75eV。

GaInAs層412的表達(dá)式“GaInAs”具體地表示Ga_xIn_1-xAs(0<x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“GaInAs”將被使用。以上所述的表達(dá)式還可用于GaInAs層413。然而，GaInAs層412的x的值可不同于GaInAs層413的x的值。

隧道結(jié)層220形成在GaInPAs電池120和GaInAs電池410之間。隧道結(jié)層220包括n⁺-型InP層221和p⁺-型Al(Ga)InAs層222。

對(duì)于InP層221中的雜質(zhì)，例如，硅(Si)可被使用以使得導(dǎo)電型是n⁺-型。對(duì)于Al(Ga)InAs層222中的雜質(zhì)，例如，碳(C)可被使用以使得導(dǎo)電型是p⁺-型。n⁺-型InP層221和p⁺-型Al(Ga)InAs層222構(gòu)造以高濃度摻雜的薄的p-n結(jié)。

隧道結(jié)層220的InP層221和Al(Ga)InAs層222二者都以比GaInPAs電池120高的濃度摻雜。隧道結(jié)層220是布置成以使得電流通過隧道結(jié)在GaInPAs電池120的p-型GaIn(P)As層122和GaInAs電池410的n-型GaInAs層413之間流動(dòng)。

表達(dá)式Al(Ga)InAs層222的“Al(Ga)InAs”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yAs(0<x≦1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Al(Ga)InAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Ga)”涵蓋包括Ga的情況和不包括Ga的情況。

根據(jù)第四實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400具有根據(jù)GaInP電池180、GaAs電池160、GaInPAs電池120和GaInAs電池410的四個(gè)光電轉(zhuǎn)換電池的1.9eV/1.42eV/1.0eV/0.75eV的帶隙的組合。

如上所述的，在第四實(shí)施例中，四-結(jié)化合物-半導(dǎo)體光伏電池400，其中隧道結(jié)層170的電阻值減小，能量損失減少從而效率是高的，以及化合物-半導(dǎo)體光伏電池400的制造方法可被提供。

此外，載體濃度(摻雜濃度)可降低，與其中p⁺-層的價(jià)帶和n⁺-層的導(dǎo)帶之間的能量差是大的情況相比，以及隧道結(jié)可容易地形成。

為此，根據(jù)第四實(shí)施例，提供了化合物-半導(dǎo)體光伏電池400，其中能量轉(zhuǎn)換效率與根據(jù)第三實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池300相比可進(jìn)一步改進(jìn)。

在下文中，第四實(shí)施例的變型將參照?qǐng)D8到14進(jìn)行解釋。

圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400A的示意圖。

根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400A是通過將圖7中示出的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400中的隧道結(jié)層170替換為隧道結(jié)層170A得以獲得的。

隧道結(jié)層170A包括晶格匹配于GaAs的n⁺-型(Al)GaInP層171A，具有壓縮應(yīng)變的n⁺-型(Al)GaInP層171B，以及p⁺-型(Al)GaAs層172。

具有壓縮應(yīng)變的n⁺-型(Al)GaInP層171b類似于具有壓縮應(yīng)變的n⁺-型(Al)GaInP層171，其示出在圖7中。

也就是說，表達(dá)式(Al)GaInP層171B的“(Al)GaInP”具體地表示(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

(Al)GaInP層171A的晶格常數(shù)小于(Al)GaInP層171B的晶格常數(shù)，并且近似與GaAs的晶格常數(shù)相同。因?yàn)?Al)GaInP層171A被布置成比(Al)GaInP層171B靠近GaAs電池160的側(cè)面，(Al)GaInP層171A形成為以便具有晶格匹配于GaAs的晶格常數(shù)。

(Al)GaInP層171A的表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P(0≦x1<1,0<y1<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

(Al)GaInP層171A是第二n-型(Al)GaInP層的示例，(Al)GaInP層171B是第一n-型(Al)GaInP層的示例。同時(shí)，因?yàn)樵?Al)GaInP層171B的In構(gòu)成和Al構(gòu)成分別地大于(Al)GaInP層171A的那些，因此x2大于x1(x2>x1)以及y2小于y1(y2<y1)。

圖9示出隧道結(jié)層170A的帶結(jié)構(gòu)。

同時(shí)使n⁺-層(171A，171B)具有兩層的構(gòu)造，具有壓縮應(yīng)變的(Al)GaInP層171B可以比圖7中示出的(Al)GaInP層171薄，并且可被形成而沒有生成甚至用于更大應(yīng)變的晶格弛豫。

例如，(Al)GaInP層171B的厚度是5納米，以及優(yōu)選地小于或等于10納米。此外，(Al)GaInP層171A的厚度可設(shè)定為大約15納米到50納米。

通過使(Al)GaInP層171B的壓縮應(yīng)變大于圖7中示出的(Al)GaInP層171的壓縮應(yīng)變，帶結(jié)構(gòu)被改變，如圖9中所示的。p⁺-型(Al)GaAs層172的價(jià)帶和n⁺-型(Al)GaInP層171B的導(dǎo)帶之間的能量差E4小于在圖2D中示出的能量差E3。

因此，根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型，可提供化合物-半導(dǎo)體光伏電池400A，其中隧道結(jié)層170A的電阻值進(jìn)一步減小，能量損失進(jìn)一步減小以及效率進(jìn)一步變得更高。

此外，第四實(shí)施例的第一變型可按照如下變化。

圖10是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第二變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400B的示意圖。

在根據(jù)第四實(shí)施例的第一變型的(Al)GaInP層171B((Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P中，圖8中示出的，通過設(shè)定x2的值到零(x2＝0)，具有壓縮應(yīng)變的Ga_y2In_1-y2P層171B1可被使用。n⁺-型(Al)GaInP層171A，Ga_y2In_1-y2P層171B1，和p⁺-型(Al)GaAs層172構(gòu)造一隧道結(jié)層170A1。

具有壓縮應(yīng)變的Ga_y2In_1-y2P層的帶隙小于GaInP電池180的吸收(GaInP)層182，183，以及穿過GaInP電池180的一部分光可被吸收。然而，在第四實(shí)施例的第二變型中，因?yàn)橛糜谒淼澜Y(jié)的p⁺-層是由具有(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P層171A的兩個(gè)層形成的，它可比其中用于隧道結(jié)的p⁺-層是由一個(gè)層形成的情況薄，例如大約5納米。因此，當(dāng)抑制吸收的影響時(shí)，隧道效應(yīng)概率可增加，因?yàn)閷?dǎo)帶在不包括Al的下部位置。

圖11是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第三變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400C的示意圖。

根據(jù)第四實(shí)施例的第三變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400C是通過將圖7中示出的化合物半導(dǎo)體光伏電池400中的隧道結(jié)層170替換為隧道結(jié)層170B得以獲得的。

隧道結(jié)層170B包括具有壓縮應(yīng)變的n⁺-型(Al)GaInP層171，p⁺-型(Al)GaAs層172A以及p⁺-型(Al)GaAs層172B。

Al)GaAs層172A的表達(dá)式“(Al)GaAs”具體地表示Al_x3Ga_1-x3As(0≦x3<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

(Al)GaAs層172B的表達(dá)式“(Al)GaAs”具體地表示Al_x4Ga_1-x4As(0≦x4<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

p⁺-型(Al)GaAs層172A類似于p⁺-型(Al)GaAs層172，其示出在圖7中。

(Al)GaAs層172A具有其中Al構(gòu)成小于(Al)GaAs層172B的構(gòu)造。也就是說，x4大于x3(x4>x3)。

(Al)GaAs層172A是第一p-型(Al)Ga(In)As層的示例，以及(Al)GaAs層172B是第二p-型(Al)Ga(In)As層的示例。

表達(dá)式“(Al)Ga(In)As”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yAs(0≦x<1,0<y≦1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)Ga(In)As”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況，以及符號(hào)“(In)”涵蓋包括In的情況和不包括In的情況。

(Al)GaAs層172B優(yōu)選地具有與光入射側(cè)上的GaInP電池180相同的帶隙或大于該GaInP電池180的帶隙。為了使得載體更容易地隧道效應(yīng)，需要增加在隧道結(jié)層170B中的p-層的價(jià)帶的能量。

那么，(Al)GaAs層172A，其具有小于(Al)GaAs層172B的Al構(gòu)成，被設(shè)置在(Al)GaInP層171的側(cè)面上。

圖12是示出隧道結(jié)層170B的帶結(jié)構(gòu)的示意圖。

在(Al)GaAs(Al_xGa_1-xAs(0≦x<1))的Al構(gòu)成減小時(shí)，導(dǎo)帶的能量減小，以及價(jià)帶的能量增加。

因此，通過提供(Al)GaAs層172B和(Al)GaAs層172A，其具有更少的Al構(gòu)成，如圖12中所示的，(Al)GaAs層172A的價(jià)帶的能量可在當(dāng)減小導(dǎo)帶的能量時(shí)增加。

結(jié)果，(Al)GaAs層172A的價(jià)帶和(Al)GaInP層171的導(dǎo)帶之間的能量差E5變得小于圖2D中示出的能量差E3。

此外，(Al)GaAs層172A，具有小于(Al)GaAs層172B的Al構(gòu)成，具有小于(Al)GaAs層172B的帶隙。因此，通過使(Al)GaAs層172A的厚度小于(Al)GaAs層172B，在(Al)GaAs層172A處的光吸收可減少。(Al)GaAs層172A的厚度例如可以是大約5納米，優(yōu)選地小于或等于10納米。

此外，(Al)GaAs層172B的厚度可被設(shè)定為例如大于或等于15納米但是小于或等于50納米。

因此，根據(jù)第四實(shí)施例的第三變型，可提供化合物-半導(dǎo)體光伏電池400C，其中隧道結(jié)層170B的電阻值進(jìn)一步減小，能量損失進(jìn)一步減少以及效率進(jìn)一步變得更高。

圖13是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第四變型的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400D。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池400D包括具有一構(gòu)造的隧道結(jié)層170C，在該構(gòu)造中，圖8中示出的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400A的隧道結(jié)層170A和圖10中示出的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400C的隧道結(jié)層170B被結(jié)合。

隧道結(jié)層170C包括n⁺-型(Al)GaInP層171A，具有壓縮應(yīng)變的n⁺-型(Al)GaInP層171B，p⁺-型(Al)GaAs層172A和p⁺-型(Al)GaAs層172B。

圖14是示出隧道結(jié)層170C的帶結(jié)構(gòu)的示意圖。

n⁺-型(Al)GaInP層171B的導(dǎo)帶和p⁺-型(Al)GaAs層172A之間的能量差E6小于隧道結(jié)層170A中的能量差E4以及小于隧道結(jié)層170B中的能量差E5。

因此，根據(jù)第四實(shí)施例的第四變型，可提供化合物-半導(dǎo)體光伏電池400D，其中隧道結(jié)層170C的電阻值進(jìn)一步減小，能量損失進(jìn)一步減少以及效率進(jìn)一步變得更高。

示例5

圖15是示出根據(jù)第五實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池500的截面示意圖。在下文中，對(duì)于與根據(jù)第四實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池400中的相同的構(gòu)成元素，相同的附圖標(biāo)記被分配，以及其解釋將被省略。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池500包括電極10，InP基板310，GaInAs電池410，隧道結(jié)層220，GaInPAs電池520，結(jié)層130，隧道結(jié)層150A和GaInAs電池560。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池500進(jìn)一步包括隧道結(jié)層170，AlGaAs電池570，隧道結(jié)層580，AlGaInP電池590，接觸層40A和電極50。

根據(jù)第五實(shí)施例的化合物-半導(dǎo)體光伏電池500是五-結(jié)光伏電池，其中GaInAs電池410(0.75eV)，GaInPAs電池520(1.06eV)，GaInAs電池560(1.4eV)，AlGaAs電池570(1.68eV)和AlGaInP電池590(2.17eV)被串聯(lián)連接。

AlGaInP電池590(2.17eV)的帶隙大于根據(jù)第四實(shí)施例的GaInP電池180的帶隙(1.9eV)。

在此，AlGaInP電池590，AlGaAs電池570和GaInAs電池560分別是第一光電轉(zhuǎn)換電池、第二光電轉(zhuǎn)換電池和第三光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

此外，GaInAs電池410和GaInPAs電池520是多個(gè)第四光電轉(zhuǎn)換電池的示例。

化合物-半導(dǎo)體光伏電池500是通過結(jié)合包括結(jié)層130的第一層疊主體和包括隧道結(jié)層150A的第二層疊主體制備的。

第一層疊主體包括電極10，InP基板310，GaInAs電池410，隧道結(jié)層220，GaInPAs電池520和結(jié)層130。此外，第二層疊主體包括隧道結(jié)層150A，GaInAs電池560，隧道結(jié)層170，AlGaAs電池570，隧道結(jié)層580，AlGaInP電池590，接觸層40A和電極50。

GaInPAs電池520包括p-型層121，p-型GaIn(P)As層122，n-型GaIn(P)As層123和n-型Al(Ga)InAs層524。Al(Ga)InAs層524是窗口層。

Al(Ga)InAs層524具體地表達(dá)式“Al(Ga)InAs”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yAs(0<x≦1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Al(Ga)InAs”將被使用。此外，符號(hào)“(Ga)”涵蓋包括Ga的情況和不包括Ga的情況。

GaInAs電池560包括p-型GaInP層161，p-型Ga(In)As層562n-型Ga(In)As層563和n-型(Al)GaInP層164。

Ga(In)As層562的表達(dá)式“Ga(In)As”具體地表示Ga_xIn_1-xAs(0<x≦1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Ga(In)As”將被使用。符號(hào)“(In)”表示包括In的構(gòu)成和不包括In的構(gòu)成二者。以上所述的表達(dá)式還用于Ga(In)As層563。然而，Ga(In)As層562的x的值可不同于Ga(In)As層563的x的值。

AlGaAs電池570包括p-型(Al)GaInP層571，p-型(Al)GaAs層572，n-型(Al)GaAs層573和n-型(Al)GaInP層574。

(Al)GaInP層571的表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。以上所述的表達(dá)式還用于(Al)GaInP層574。(Al)GaInP層571的x和y的值可不同于(Al)GaInP層574的x和y的值。

(Al)GaAs層572的表達(dá)式“(Al)GaAs”具體地表示Al_xGa_1-xAs(0≦x<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaAs”將被使用。同時(shí)，以上所述的表達(dá)式還用于(Al)GaAs層573。然而，(Al)GaAs層572的x的值可不同于(Al)GaAs層573的x的值。

AlGaInP電池590包括p-型Al(Ga)InP層591，p-型(Al)GaInP層592，n-型(Al)GaInP層593和n-型Al(Ga)InP層594。

Al(Ga)InP層591的表達(dá)式“Al(Ga)InP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-xP(0≦x≦1,0<y≦1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“Al(Ga)InP”將被使用。同時(shí)，以上所述的表達(dá)式還用于Al(Ga)InP層594。然而，Al(Ga)InP層591的x的值可不同于Al(Ga)InP層594的x的值。

(Al)GaInP層592的表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。以上所述的表達(dá)式還用于(Al)GaInP層593。(Al)GaInP層592的x和y的值可不同于(Al)GaInP層593的x和y的值。

同時(shí)，(Al)GaInP層592和(Al)GaInP層593可包括As。也就是說，AlGaInP電池590可形成為包括由“AlGaInP(As)”表示的吸收層。符號(hào)“(As)”表示包括As的構(gòu)成和不包括As的構(gòu)成二者。少量的As可被添加到(Al)GaInP層592和(Al)GaInP層593。

隧道結(jié)層580，如在隧道結(jié)層170中的，包括n⁺-型(Al)GaInP層581和p⁺-型(Al)GaAs層582。

(Al)GaInP層581的表達(dá)式“(Al)GaInP”具體地表示(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(0≦x<1,0<y<1)。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaInP”將被使用。此外，符號(hào)“(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。同時(shí)，(Al)GaAs層582的表達(dá)式“(Al)GaAs”具體地表示Al_xGa_1-xAs。然而，在下文中，簡(jiǎn)化表達(dá)式“(Al)GaAs”將被使用。符號(hào)(Al)”涵蓋包括Al的情況和不包括Al的情況。

(Al)GaInP層581的晶格常數(shù)大于GaAs的晶格常數(shù)。此外，(Al)GaAs層582幾乎晶格匹配于GaAs。因此，層疊在(Al)GaAs層582上的(Al)GaInP層581具有晶格應(yīng)變。(Al)GaInP層581和(Al)GaAs層582的總厚度例如大于或等于25納米但是小于或等于50納米。

(Al)GaInP層581和(Al)GaAs層582分別類似于(Al)GaInP層171和(Al)GaAs層172。然而，為了抑制穿過具有2.17eV的帶隙的AlGaInP電池590的光的吸收，帶隙可被弄成寬的以便對(duì)應(yīng)于AlGaInP電池590。

在圖15中，光的入射方向是從該圖的上部部分到下部部分的方向(從AlGaInP電池590到GaInAs電池410的方向)。

通常，材料的帶隙越大，增加隧道電流的電流密度越難。這是因?yàn)樵谑褂胮⁺-(Al)GaAs層和n⁺-(Al)GaInP層的情況下，在增加p⁺-(Al)GaAs層中的Al構(gòu)成以及增加n⁺-(Al)GaInP層中的Al構(gòu)成時(shí)，p-型層的價(jià)帶和n-型層的導(dǎo)帶之間的能量差增加。

在第五實(shí)施例中，因?yàn)樗淼澜Y(jié)層170和隧道結(jié)層580是包括具有壓力應(yīng)變的p⁺-(Al)GaAs和n⁺-型(Al)GaInP層的p-n結(jié)，p-型層的價(jià)帶和n-型層的導(dǎo)帶之間的能量差可弄得較小。

因此，甚至在使用具有更大的帶隙的材料的隧道結(jié)中，電阻值可減小。例如，在五個(gè)或更多結(jié)的多-結(jié)光伏電池的情況下，如在第五實(shí)施例中的，從相應(yīng)的電池的帶隙的平衡，需要包括例如1.9eV或更大的電池。

因此，在五-結(jié)光伏電池的情況下，如在第五實(shí)施例中的，使用隧道結(jié)層170和580是特別地有效的。

在第五實(shí)施例中具有2.17eV/1.68eV/1.40eV/1.06eV/0.75eV的組合的五-結(jié)光伏電池的能量轉(zhuǎn)換效率大于根據(jù)第四實(shí)施例的四-結(jié)光伏電池。

因此，根據(jù)第五實(shí)施例，具有甚至更高的效率的化合物-半導(dǎo)體光伏電池500可被制造。

如上所述的，根據(jù)第五實(shí)施例，五-結(jié)化合物-半導(dǎo)體光伏電池500，其中隧道結(jié)層170和580的電阻值減小，能量損失減少且效率變得進(jìn)一步更高，以及化合物-半導(dǎo)體光伏電池500的制造方法可被提供。

此外，載體濃度(摻雜濃度)與其中p⁺-層的價(jià)帶和n⁺-層的導(dǎo)帶之間的能量差是大的情況相比可較低，以及隧道結(jié)可容易地形成。

雖然已經(jīng)參照實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是在不背離如在所附的權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行各種變型和修改。

本申請(qǐng)基于2014年7月11日提交的日本優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)?zhí)?014-142826以及2015年6月17日提交的申請(qǐng)?zhí)?015-122272的優(yōu)先權(quán)并要求該優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其整個(gè)內(nèi)容以參考方式被結(jié)合于此。

工業(yè)應(yīng)用性

本發(fā)明可被應(yīng)用到化合物-半導(dǎo)體光伏電池和化合物-半導(dǎo)體光伏電池的制造方法。

附圖標(biāo)記列表

10,50 電極

20,110 GaAs基板

30 蝕刻止擋層

40,40A 接觸層

100,200,300,400,400A,400B,400C,500 化合物-半導(dǎo)體光伏電池

111,214 GaAs緩沖層

120,520 GaInPAs電池

121,221,411,414 InP層

122,123 GaIn(P)As層

124,524 Al(Ga)InAs層

130 結(jié)層

150,150A,170,170A,170B,170C,220,580 隧道結(jié)層

151,152,162,163 GaAs層

160 GaAs電池

161,182,183 GaInP層

164,171,571,574,581,592,593 (Al)GaInP層

172,572,573,582 (Al)GaAs層

180,280 GaInP電池

181,184 Al(In)P層

210 Ge電池

211 Ge基板

212 Ge層

213 GaInP緩沖層

222 Al(Ga)InAs層

260,410,560 GaInAs層

262 Ga(In)As層

263,412,413,562,563 GaInAs層

300A,300B,300C,300D 層疊主體

310 InP基板

562,563 (Ga)InAs層

570 AlGaAs電池

590 AlGaInP電池

591,594 (Al)InP層