光伏装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池由于单位发电量下的二氧化碳排放量少且不需要发电用的燃料而被期待对防止地球变暖等带来贡献。目前，在已经实用化的民用太阳能电池中，使用了单晶硅或多晶硅的具有一组pn结的单结太阳能电池成为主流，为了谋求太阳能电池的高性能化，正在进行着关于各种方式的太阳能电池的研宄开发。
[0003]目前，利用了II1-V族化合物半导体的宇宙用太阳能电池已经实现了民用太阳能电池的2倍以上的高性能。然而，尽管具有优异的性能，但到目前为止还没有作为民用而加以利用。作为其原因之一，可以举出太阳能电池元件内的接触层、发电层中大量含有砷。由于砷是有害物质，所以在民用太阳能电池中期望使用其它物质。
[0004]作为关于这样的太阳能电池的技术，例如在专利文献I中公开了:在AlInP窗层的表面层叠以GaP为主要成分的接触层并在该接触层的上表面层叠表面电极的太阳能电池。此外，专利文献2公开了具有形成在AlInP层(窗层)的表面的GaAs层(cap layer:保护层)的II1-V族太阳能电池(宇宙用太阳能电池)。并且，GaP的晶格常数是0.5449nm。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2007-115916号公报
[0008]专利文献2:日本特开2003-218374号公报
【发明内容】
[0009](发明要解决的问题)
[0010]根据专利文献I所公开的技术，能够提供具有不使用砷的接触层的太阳能电池。但是，由于GaP和AlInP的晶格常数大不相同，所以在接触层(GaP)与AlInP层(半导体层或者窗层)的界面产生残留应力。因此，在专利文献I所公开的技术中，存在使在例如导电层所产生的载流子向电极移动时再结合损失容易增大、难以提高性能的问题。此外，在专利文献2所公开的技术中，虽然容易提高性能，但另一方面不能降低有害性。
[0011]因此，本发明的课题是提供一种能够降低有害性且提高效率的、使用了化合物半导体的光伏装置及其制造方法。
[0012](解决问题的方案)
[0013]本发明的发明人通过专心研宄，发现了通过使用以Ge为主要成分的接触层，能够形成在界面所产生的残留应力少的接触层。此外，本发明的发明人通过分别对在接触层使用了 GaAs的现有结构的太阳能电池的效率和除了使用以Ge为主要成分的接触层以外与以往同样地构成的太阳能电池的效率进行调查，结果发现了使用了以Ge为主要成分的接触层的太阳能电池能够获得与以往结构的太阳能电池同等以上的性能。而且，由于在接触层不使用砷等有害物质，所以还能够降低光伏装置的有害性。本发明是基于上述发现而完成的。
[0014]为了解决上述课题，本发明采用了以下方案。即，本发明的第一方式是一种光伏装置，具有:光电变换层，包含化合物半导体；半导体层，被层叠在光电变换层的表面；接触层，被配置在该半导体层的与光电变换层相反的一侧；以及电极，被层叠在接触层的表面，半导体层包含第一晶体，该第一晶体包含Al、In和P，接触层包含第二晶体，该第二晶体以Ge为主要成分。
[0015]在本发明的第一方式和以下所示的本发明的其它方式(以下，有时将它们统一地简称为“本发明”)中，“半导体层”在被配置在朝向光伏装置入射的光的行进方向上游侧的情况下相当于“窗层”，在被配置在朝向光伏装置入射的光的行进方向下游侧的情况下相当于所谓“BSF层”。半导体层的晶格常数可以通过改变构成半导体层的元素的组成比而变更。
此外，在本发明中，“以......为主要成分”是指，在设第二晶体的全部为100质量％时，第二晶体中含有90质量％以上的Ge。此外，在本发明中，“光伏装置”是指利用了光电动势效应的装置，是包含了太阳能电池、光检测器等的概念。第二晶体的晶格常数与第一晶体的晶格常数相同程度，所以通过设为这样的方式，能够大幅地降低在接触层和与该接触层相接触的层的界面所产生的残留应力。通过降低残留应力，能够降低再结合损失，所以能够提高光伏装置的效率。而且，由于用Ge单质或者Ge化合物构成接触层，还能够降有害性。
[0016]此外，在上述本发明的第一方式中，半导体层与接触层可以接触。通过设为上述方式，容易缩短光电变换层与电极之间的距离，所以光伏装置的效率的提高变得容易。
[0017]此外，在上述本发明的第一方式中，半导体层的第一晶体的晶格常数优选为0.541nm以上0.599nm以下，特别优选0.567nm以上0.573nm以下。通过设为上述方式，容易降低半导体层的晶格常数与接触层的晶格常数的差，其结果，容易降低残留应力，所以光伏装置的效率的提高变得容易。
[0018]此外，在上述本发明的第一方式中，半导体层的第一晶体可以是Al InP晶体。即使是这样的方式，也能够降低有害性并且提高光伏装置的效率。
[0019]此外，在上述本发明的第一方式中，化合物半导体可以是II1-V族化合物半导体。即使是这样的方式，也能够降低有害性并且提高光伏装置的效率。
[0020]本发明的第二方式是一种光伏装置的制造方法，具有:第一气相生长工序，在基板上气相生长包含化合物半导体的光电变换层；第二气相生长工序，在所形成的光电变换层的表面气相生长具有包含Al、In和P的第一晶体的半导体层；第三气相生长工序，在所形成的半导体层的上表面侧气相生长具有以Ge为主要成分的第二晶体的接触层；以及电极形成工序，在所形成的接触层的表面形成电极。
[0021]第二晶体的晶格常数与第一晶体的晶格常数相同程度，所以在第三气相生长工序中，能够形成减少了在界面处的残留应力的产生的接触层。通过降低残留应力，能够降低再结合损失，所以通过设为这样的方式，能够制造提高了效率的光伏装置。而且，由于用Ge单质或者Ge化合物构成接触层，所以还能够降有害性。
[0022]此外，在上述本发明的第二方式中，第三气相生长工序可以是在所形成的半导体层的表面气相生长具有以Ge为主要成分的第二晶体的接触层的工序。通过设为这样的方式，容易制造光电变换层与电极之间的距离短的光伏装置，所以光伏装置的效率的提高变得容易。
[0023]此外，在上述本发明的第二方式中，第三气相生长工序可以是在基板的温度为200°C以上的状态下，通过分子束外延法气相生长接触层的工序。在通过以分子束外延法气相生长来形成接触层的情况下，通过将基板的温度设为200°C以上，容易形成作为缺陷少的高质量晶体层的接触层。因此，通过设为这样的方式，光伏装置的效率的提高变得容易。
[0024]此外，在上述本发明的第二方式中，第三气相生长工序可以是在基板的温度为200°C以上400°C以下的状态下，通过分子束外延法气相生长接触层的工序。在通过以分子束外延法气相生长来形成接触层的情况下，通过将基板的温度设为200°C以上，容易形成作为缺陷少的高质量晶体层的接触层。而且，通过将基板的温度设为400°C以下，容易抑制接触层与半导体层的界面处的物质的扩散，所以容易确保接触层所需的性能。因此，通过设为这样的方式，光伏装置的效率的提高变得容易。
[0025]此外，在上述本发明的第二方式中，第三气相生长工序可以是在分子束密度为7.0X 1^6Pa以下的状态下以分子束外延法气相生长接触层的工序。在通过以分子束外延法气相生长来形成接触层的情况下，通过将原料的分子束密度设为7.0X 10_6Pa以下，容易形成作为缺陷少的高质量晶体层的接触层。因此，通过设为这样的方式，光伏装置的效率的提高变得容易。
[0026]此外，在上述本发明的第二方式中，优选在电极形成工序之后具有去除工序，该去除工序残留存在于所形成的电极与半导体层之间的接触层、并且使用碱溶液去除存在于所形成的电极的周围的多余的接触层。具有第一晶体的半导体层和具有第二晶体的接触层针对碱溶液的溶解难易度不同，前者难以溶解，后者容易溶解。因此，通过使用碱溶液，能够残留半导体层并且仅将多余的接触层选择性地容易地去除。通过设为这样的方式，起到上述效果的光伏装置的制造变得容易。
[0027]此外，在上述本发明的第二方式中，电极形成工序可以具有:对所形成的接触层的表面形成与所要形成的电极的形状对应的抗蚀剂掩模的步骤；至少对接触层的表面层叠电极的步骤；去除存在于与接触层接触的电极的周围的抗蚀剂掩模的步骤。即使这样的方式下，也能制造起到上述效果的光伏装置。