光伏裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池由于單位發(fā)電量下的二氧化碳排放量少且不需要發(fā)電用的燃料而被期待對(duì)防止地球變暖等帶來貢獻(xiàn)。目前，在已經(jīng)實(shí)用化的民用太陽能電池中，使用了單晶硅或多晶硅的具有一組pn結(jié)的單結(jié)太陽能電池成為主流，為了謀求太陽能電池的高性能化，正在進(jìn)行著關(guān)于各種方式的太陽能電池的研宄開發(fā)。
[0003]目前，利用了II1-V族化合物半導(dǎo)體的宇宙用太陽能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了民用太陽能電池的2倍以上的高性能。然而，盡管具有優(yōu)異的性能，但到目前為止還沒有作為民用而加以利用。作為其原因之一，可以舉出太陽能電池元件內(nèi)的接觸層、發(fā)電層中大量含有砷。由于砷是有害物質(zhì)，所以在民用太陽能電池中期望使用其它物質(zhì)。
[0004]作為關(guān)于這樣的太陽能電池的技術(shù)，例如在專利文獻(xiàn)I中公開了:在AlInP窗層的表面層疊以GaP為主要成分的接觸層并在該接觸層的上表面層疊表面電極的太陽能電池。此外，專利文獻(xiàn)2公開了具有形成在AlInP層(窗層)的表面的GaAs層(cap layer:保護(hù)層)的II1-V族太陽能電池(宇宙用太陽能電池)。并且，GaP的晶格常數(shù)是0.5449nm。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-115916號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2003-218374號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](發(fā)明要解決的問題)
[0010]根據(jù)專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)，能夠提供具有不使用砷的接觸層的太陽能電池。但是，由于GaP和AlInP的晶格常數(shù)大不相同，所以在接觸層(GaP)與AlInP層(半導(dǎo)體層或者窗層)的界面產(chǎn)生殘留應(yīng)力。因此，在專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)中，存在使在例如導(dǎo)電層所產(chǎn)生的載流子向電極移動(dòng)時(shí)再結(jié)合損失容易增大、難以提高性能的問題。此外，在專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)中，雖然容易提高性能，但另一方面不能降低有害性。
[0011]因此，本發(fā)明的課題是提供一種能夠降低有害性且提高效率的、使用了化合物半導(dǎo)體的光伏裝置及其制造方法。
[0012](解決問題的方案)
[0013]本發(fā)明的發(fā)明人通過專心研宄，發(fā)現(xiàn)了通過使用以Ge為主要成分的接觸層，能夠形成在界面所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力少的接觸層。此外，本發(fā)明的發(fā)明人通過分別對(duì)在接觸層使用了 GaAs的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的太陽能電池的效率和除了使用以Ge為主要成分的接觸層以外與以往同樣地構(gòu)成的太陽能電池的效率進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了使用了以Ge為主要成分的接觸層的太陽能電池能夠獲得與以往結(jié)構(gòu)的太陽能電池同等以上的性能。而且，由于在接觸層不使用砷等有害物質(zhì)，所以還能夠降低光伏裝置的有害性。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的。
[0014]為了解決上述課題，本發(fā)明采用了以下方案。即，本發(fā)明的第一方式是一種光伏裝置，具有:光電變換層，包含化合物半導(dǎo)體；半導(dǎo)體層，被層疊在光電變換層的表面；接觸層，被配置在該半導(dǎo)體層的與光電變換層相反的一側(cè)；以及電極，被層疊在接觸層的表面，半導(dǎo)體層包含第一晶體，該第一晶體包含Al、In和P，接觸層包含第二晶體，該第二晶體以Ge為主要成分。
[0015]在本發(fā)明的第一方式和以下所示的本發(fā)明的其它方式(以下，有時(shí)將它們統(tǒng)一地簡稱為“本發(fā)明”)中，“半導(dǎo)體層”在被配置在朝向光伏裝置入射的光的行進(jìn)方向上游側(cè)的情況下相當(dāng)于“窗層”，在被配置在朝向光伏裝置入射的光的行進(jìn)方向下游側(cè)的情況下相當(dāng)于所謂“BSF層”。半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)可以通過改變構(gòu)成半導(dǎo)體層的元素的組成比而變更。
此外，在本發(fā)明中，“以......為主要成分”是指，在設(shè)第二晶體的全部為100質(zhì)量％時(shí)，第二晶體中含有90質(zhì)量％以上的Ge。此外，在本發(fā)明中，“光伏裝置”是指利用了光電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)的裝置，是包含了太陽能電池、光檢測(cè)器等的概念。第二晶體的晶格常數(shù)與第一晶體的晶格常數(shù)相同程度，所以通過設(shè)為這樣的方式，能夠大幅地降低在接觸層和與該接觸層相接觸的層的界面所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力。通過降低殘留應(yīng)力，能夠降低再結(jié)合損失，所以能夠提高光伏裝置的效率。而且，由于用Ge單質(zhì)或者Ge化合物構(gòu)成接觸層，還能夠降有害性。
[0016]此外，在上述本發(fā)明的第一方式中，半導(dǎo)體層與接觸層可以接觸。通過設(shè)為上述方式，容易縮短光電變換層與電極之間的距離，所以光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0017]此外，在上述本發(fā)明的第一方式中，半導(dǎo)體層的第一晶體的晶格常數(shù)優(yōu)選為0.541nm以上0.599nm以下，特別優(yōu)選0.567nm以上0.573nm以下。通過設(shè)為上述方式，容易降低半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)與接觸層的晶格常數(shù)的差，其結(jié)果，容易降低殘留應(yīng)力，所以光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0018]此外，在上述本發(fā)明的第一方式中，半導(dǎo)體層的第一晶體可以是Al InP晶體。即使是這樣的方式，也能夠降低有害性并且提高光伏裝置的效率。
[0019]此外，在上述本發(fā)明的第一方式中，化合物半導(dǎo)體可以是II1-V族化合物半導(dǎo)體。即使是這樣的方式，也能夠降低有害性并且提高光伏裝置的效率。
[0020]本發(fā)明的第二方式是一種光伏裝置的制造方法，具有:第一氣相生長工序，在基板上氣相生長包含化合物半導(dǎo)體的光電變換層；第二氣相生長工序，在所形成的光電變換層的表面氣相生長具有包含Al、In和P的第一晶體的半導(dǎo)體層；第三氣相生長工序，在所形成的半導(dǎo)體層的上表面?zhèn)葰庀嗌L具有以Ge為主要成分的第二晶體的接觸層；以及電極形成工序，在所形成的接觸層的表面形成電極。
[0021]第二晶體的晶格常數(shù)與第一晶體的晶格常數(shù)相同程度，所以在第三氣相生長工序中，能夠形成減少了在界面處的殘留應(yīng)力的產(chǎn)生的接觸層。通過降低殘留應(yīng)力，能夠降低再結(jié)合損失，所以通過設(shè)為這樣的方式，能夠制造提高了效率的光伏裝置。而且，由于用Ge單質(zhì)或者Ge化合物構(gòu)成接觸層，所以還能夠降有害性。
[0022]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，第三氣相生長工序可以是在所形成的半導(dǎo)體層的表面氣相生長具有以Ge為主要成分的第二晶體的接觸層的工序。通過設(shè)為這樣的方式，容易制造光電變換層與電極之間的距離短的光伏裝置，所以光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0023]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，第三氣相生長工序可以是在基板的溫度為200°C以上的狀態(tài)下，通過分子束外延法氣相生長接觸層的工序。在通過以分子束外延法氣相生長來形成接觸層的情況下，通過將基板的溫度設(shè)為200°C以上，容易形成作為缺陷少的高質(zhì)量晶體層的接觸層。因此，通過設(shè)為這樣的方式，光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0024]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，第三氣相生長工序可以是在基板的溫度為200°C以上400°C以下的狀態(tài)下，通過分子束外延法氣相生長接觸層的工序。在通過以分子束外延法氣相生長來形成接觸層的情況下，通過將基板的溫度設(shè)為200°C以上，容易形成作為缺陷少的高質(zhì)量晶體層的接觸層。而且，通過將基板的溫度設(shè)為400°C以下，容易抑制接觸層與半導(dǎo)體層的界面處的物質(zhì)的擴(kuò)散，所以容易確保接觸層所需的性能。因此，通過設(shè)為這樣的方式，光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0025]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，第三氣相生長工序可以是在分子束密度為7.0X 1^6Pa以下的狀態(tài)下以分子束外延法氣相生長接觸層的工序。在通過以分子束外延法氣相生長來形成接觸層的情況下，通過將原料的分子束密度設(shè)為7.0X 10_6Pa以下，容易形成作為缺陷少的高質(zhì)量晶體層的接觸層。因此，通過設(shè)為這樣的方式，光伏裝置的效率的提高變得容易。
[0026]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，優(yōu)選在電極形成工序之后具有去除工序，該去除工序殘留存在于所形成的電極與半導(dǎo)體層之間的接觸層、并且使用堿溶液去除存在于所形成的電極的周圍的多余的接觸層。具有第一晶體的半導(dǎo)體層和具有第二晶體的接觸層針對(duì)堿溶液的溶解難易度不同，前者難以溶解，后者容易溶解。因此，通過使用堿溶液，能夠殘留半導(dǎo)體層并且僅將多余的接觸層選擇性地容易地去除。通過設(shè)為這樣的方式，起到上述效果的光伏裝置的制造變得容易。
[0027]此外，在上述本發(fā)明的第二方式中，電極形成工序可以具有:對(duì)所形成的接觸層的表面形成與所要形成的電極的形狀對(duì)應(yīng)的抗蝕劑掩模的步驟；至少對(duì)接觸層的表面層疊電極的步驟；去除存在于與接觸層接觸的電極的周圍的抗蝕劑掩模的步驟。即使這樣的方式下，也能制造起到上述效果的光伏裝置。