エピタキシャルリフトオフを用いたフレキシブル光起電力デバイスの製造方法、およびエピタキシャル成長に用いる成長用基板の一体性を保持する方法
エピタキシャルリフトオフを用いる、フレキシブル光電（ＰＶ）デバイス等の感光性デバイスの製造方法が開示される。同様に、成長用基板を有する構造を含むフレキシブルＰＶデバイスを製造する方法が開示され、この方法では、保護層の選択的エッチングにより、再利用に好適な平滑な成長用基板が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年９月１０日提出の米国仮出願番号第６１／２４１、３７３号、２００９年９月１０日提出の米国仮出願番号第６１／２４１、３７４号および２０１０年６月２４日提出の米国仮出願番号第６１／３５８、２９８号の利益を享受する。これらの出願の内容全体は参照によってここに組み入れる。
【０００２】
連邦支援研究に関する声明
本発明は、米国陸軍研究所により授与された授与番号Ｗ９１１ＮＦ−０８−２−０００４および米国エネルギー省により授与された授与番号ＤＥ−ＳＣ０００１０１３に基づく合衆国政府の支援でなされた。合衆国政府は本発明について一定の権利を有する。
【０００３】
共同研究の合意
本開示の発明は、大学−企業間協力研究の合意による以下の一以上の団体の協力により、および／またはこれに関連してなされた：ユニヴァシティ オブ ミシガンおよびグローバル フォトニック エネルギー コーポレーション。この合意はクレームした発明のなされる前およびなされた日に有効であり、クレームした発明はこの合意の範囲の活動の結果なされたものである。
【０００４】
開示の分野
本開示は全般に、エピタキシャルリフトオフを用いた、フレキシブル光起電力デバイス等の感光性デバイスの製造方法に関する。特に、本開示は、エピタキシャル成長を用いてフレキシブル光起電力デバイスを準備する方法および再利用のために成長用基板を保持する方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
背景
光電子（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）デバイスは物質の光学的および電子的性質によっており、電子的に電磁波放射を発生するか検出する、または、周囲の電磁波放射から電気を発生させるものである。
【０００６】
感光性光電デバイスは電磁波放射を電気に変換する。太陽電池は、光起電力（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ 「ＰＶ」）デバイスとも称され、電力を発生させるために特別に使用される感光性光電デバイスの一種である。太陽光以外の光源から電気的エネルギーを発生させるＰＶデバイスは、例えば、照明、加熱、または、電気回路、計算機、ラジオ、コンピュータ等のデバイスへの電力供給、または、遠隔モニター、通信装置のため、電力を消費する負荷体を駆動するために使用され得る。これらの電力発生への応用はしばしば、太陽や他の光源からの直接照射が使用できないときに連続運転をするため、または、特定の用途に要求されるＰＶデバイスの出力を一定にするために、バッテリーの充電を伴う。ここで使用される「負荷抵抗」は、電力を消費または貯蔵するあらゆる回路、デバイス、装置またはシステムを参照する。
【０００７】
別の種類の感光性高電子デバイスは光伝導セルである。この機能においては、検出回路が、光吸収による変化を検出するためにデバイスの抵抗をモニターする。
【０００８】
別の種類の感光性光電デバイスは、光検出器である。操作において、光検出器は光検出器は、印加されたバイアス電圧を受け、光検出器が電磁波放射に照射されたときに発生する電流を測定する電流検出回路と連結して使用される。ここで記載する検出回路は、光検出器にバイアス電圧を供給する、および電磁波放射に対する光検出器の電気的応答を測定する能力がある。
【０００９】
これら三種類の感光性光電デバイスは、下記で定義する整流接合が存在するかどうかによって、また、デバイスがバイアスまたはバイアス電圧として知られる外部からの印加電圧で動作するかどうかによっても特徴づけることができる。光伝導セルは整流接合を有しておらず、通常はバイアスによって動作する。ＰＶデバイスは、少なくとも一の整流接合を有し、バイアスなしで動作する。通常は、太陽電池は回路、デバイスまたは設備に電力を供給する。光検出器または光伝導体は、検出回路を制御するための信号もしくは電流、または検出回路からの情報の出力を供給するが、回路、デバイスまたは設備には電力を供給しない。
【００１０】
従来、感光性光電デバイスは、多数の無機半導体、例えば、結晶性、多結晶性および非晶質ケイ素、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム並びにその他で構築されてきた。ここでは、「半導体」の語は、電荷キャリアが熱的または電磁的励起により誘起されるときに電気を通すことのできる物質を指す。「光伝導性（ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）」の語は、一般的に、キャリアが物質中の電荷を伝導する、すなわち輸送するために、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより電荷キャリアの励起エネルギーに変換されるプロセスに関連する。「光伝導体」および「光伝導性物質」は、ここでは、電荷キャリアを生成する、電磁放射を吸収する性質のために選択された半導体物質を参照するために用いられる。
【００１１】
ＰＶデバイスは、入射する太陽エネルギーを有用な電力に変換し得る効率によって特徴づけることができる。結晶質または非晶質ケイ素を用いるデバイスは、商業的応用において重要であり、２３％以上の高効率を達成するものもある。しかしながら、効率的な結晶性ベースのデバイス、特に大きな表面積のものは、効率を損なう重大な欠陥なしに大きな結晶を製造することに本質的な問題があるため、製造が困難であり高価である。一方、高効率の非晶質ケイ素デバイスは、まだ安定性の問題を有している。現状で市販されている非晶質ケイ素の電池は、４〜８％の間の効率で安定となっている。
【００１２】
ＰＶデバイスは、標準的な照明条件下で（すなわち、１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５スペクトルの照明下での標準試験条件（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ））、電力発生を最大にするため、光電流と光電圧との最大積にするために最適化され得る。標準的な照明条件下のこのような電池の電力変換効率は以下の３つのパラメータに依存する：（１）ゼロバイアスでの電流、すなわちアンペア単位の短絡回路電流ＩＳＣ、（２）開回路条件下の光起電力、すなわちボルト単位での開回路電圧ＶＯＣ、および（３）曲線因子ｆｆ。
【００１３】
ＰＶデバイスは、負荷に接続され光に照射されたときに光生成（ｐｈｏｔｏ-ｇｅｎｅｒａｔｅｄ）電流を生じる。無限負荷（ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｌｏａｄ）下で照射されたときは、ＰＶデバイスは可能な最大電圧、Ｖ開回路またはＶＯＣを発生する。電気的接続が短絡した状態で照射されたときは、ＰＶデバイスは、可能な最大電流、Ｉ短絡回路またはＩＳＣを生じる。実際に電力を発生させるために使用するときは、ＰＶデバイスは有限の負荷抵抗に接続され、電力出力は電流および電圧の積、Ｉ×Ｖで与えられる。ＰＶデバイスにより発生する全体の最大電力は、本質的に積、ＩＳＣ×ＶＯＣを超過することはできない。負荷の値が最大電力を引き出すために最適化されたとき、電流および電圧はそれぞれＬｍａｘおよびＶｍａｘの値を取る。
【００１４】
ＰＶデバイスの性能を数値化したものは、曲線因子ｆｆであり、以下のように定義される：
ｆｆ＝｛ＩｍａｘＶｍａｘ｝／｛ＩＳＣＶＯＣ｝ （１）
ここで、実際の使用においてＩＳＣおよびＶＯＣが同時に得られることはないため、ｆｆは常に１より小さい。にもかかわらず、ｆｆが１に近づくにつれて、デバイスは直列または内部抵抗がより小さくなり、したがって最適条件下では、ＩＳＣおよびＶＯＣの積のより大きなパーセンテージを負荷に運搬する。ここで、Ｐｉｎｃはデバイスに入射する電力であり、デバイスの電力効率ηＰは、以下で計算し得る：
ηＰ＝ｆｆ＊（ＩＳＣ＊ＩＯＣ）／Ｐｉｎｃ
半導体の実質的な容積を占める内部形成電場を生成するためには、通常、特に分子の量子エネルギー状態の分布に関連する導電特性を適当に選択した材料の二層を並置する方法が取られる。これら二つの材料の界面は光起電性接合（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれている。従来の半導体理論では、ＰＶ接合を形成する物質は、一般的にｎまたはｐ型のどちらかを意味してきた。ここで、ｎ型は大部分のキャリアの種類が電子であることを意味する。これは、相対的な自由エネルギー状態で多数の電子を有する物質とみなすこともできる。ｐ型は大部分のキャリアが正孔であることを意味する。このような物質は相対的な自由エネルギー状態で多数の正孔を有する。型の背景としては、光生成ではなく、大部分のキャリア濃度は第一に意図的でない欠陥または不純物に依存する。不純物の種類および濃度は、価電子帯の最大エネルギーと伝導帯の最小エネルギーとの間のギャップ中の、Ｆｅｒｍｉエネルギーまたはレベルの値を決定する。Ｆｅｒｍｉエネルギーは、占有確率が１／２に等しいエネルギーの値で示される、統計的な分子の量子エネルギー状態の占有を特徴づける。伝導帯の最小エネルギー準位付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、電子が優勢なキャリアであることを示している。価電子帯の最大エネルギー付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、正孔が優勢なキャリアであることを示す。したがって、Ｆｅｒｍｉエネルギーは従来の半導体の第一の特徴的性質であり、プロトタイプのＰＶ接合はこれまでｐ−ｎ界面であった。
【００１５】
「整流」の語は、とりわけ接合部分が非対称な導電特性を有する、すなわち界面は好ましくは一方向の電荷輸送を行うことを意味する。整流は通常、適当に選択された物質の間の接合において生じる内部（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）電場を伴う。
【００１６】
従来の無機半導体ＰＶセルは、内部電場を形成するためにｐ−ｎ接合を用いていた。高効率ＰＶデバイスは、典型的には、高価な単結晶成長用基板上に製造される。これらの成長用基板は単結晶ウエハーを含む場合が多く、これは、「エピ層（ｅｐｉｌａｙｅｒ）（エピタキシャル層）」として知られる活性層のエピタキシャル成長のための構造的支持体および完全な格子を形成するために用いられうる。これらエピ層は、無傷の最初の成長用基板とともにＰＶデバイス中に一体化し得る。そうでなければ、それらのエピ層は移動されて、ホスト基板に再接合され得る。
【００１７】
いくつかの例では、所望の光学的、機械的または熱的性質を示すホスト基板にエピ層を移動することが望ましい場合がある。例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）エピ層はシリコン（Ｓｉ）基板上で成長させ得る。しかしながら、得られた物質の電子的な品質は、特定のエレクトロニクス分野への応用には不十分な場合がある。したがって、他の基板中でこれらのエピ層の一体性（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を保ちながら、格子整合したエピ層の高品質な物性を維持することが望ましい。このことは、エピタキシャルリフトオフとして知られる方法により実現され得る。エピタキシャルリフトオフ工程においては、エピ層は成長基板から持ち上げられ（ｌｉｆｔｅｄ ｏｆｆ）（例えば、接合または接着により）新しいホスト基板に再接合され得る。
【００１８】
典型的な成長用基板は厚く余分な重量があり、それらは所望のエピタキシャル成長特性を提供し得るが、その結果得られるデバイスは脆弱なため分厚い支持システムを必要とする場合が多い。エピタキシャルリフトオフはエピ層を、それらの成長用基板からより効果的で軽量かつ柔軟なホスト基板に移動するための好適な方法となり得る。典型的な成長用基板の相対的な不足およびそれらが最終的なセル構造に与える望ましい特性のため、連続するエピタキシャル成長において成長用基板をリサイクルおよび／または再利用することが望ましい。しかしながら、成長用ウエハーを再利用する従来の試みは、効率を低下させる結果となるか、ウエハーの上から物質を数μｍ取り除くことにより、ウエハーを「研磨」することが要求されていた。
【００１９】
米国特許出願公開第２０１０／００４７９５９号明細書は、単結晶基板からエピタキシャル層を選択的に遊離する方法を記載している。記載されている方法は、第一のバッファ層、エッチング停止層、第二のバッファ層および分離層の堆積を含む。分離層上に、電池を形成する一連の半導体層が堆積される。この方法は分離層のエッチングを含み、それにより半導体層は、基板並びにそれに伴うバッファ層およびエッチング停止層から引きはがされる。しかしながら、その明細書は、例えば、バッファ層および／またはエッチング停止層を選択的にエッチングして除く等の、遊離した基板を再利用のために準備する方法は記載していない。したがって、成長用基板の一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を再利用のために保持する方法を開発する必要性が残っている。
【発明の概要】
【００２０】
概要
本開示は、より効率的、軽量、かつフレキシブルなＰＶデバイスをさらに開発する要求に取り組んだものである。本開示は、加えてエピタキシャル成長層を成長用基板から非破壊的に取り除き、研磨または次の使用に先立って表面を破壊的な方法で準備する必要なしに、再利用のために成長用基板の一体性を保持する方法を開発する要求に取り組んだものである。ある場合には、この目的は、成長用基板を含む構造から、活性エピ層をより軽いフレキシブルなホスト基板に移動することにより達成される。場合によっては、エピ層移動のためのエッチング方法は、犠牲層の選択的エッチング、それに続く二以上の保護層の選択的エッチングを含むエピタキシャルリフトオフ法の使用を含み得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ここで記載するフレキシブルＰＶデバイス等の光電デバイスは、成長用基板を有する既存の（ｐｒｅ−ｅｘｉｓｔｉｎｇ）構造からエピ層を移動することにより製造され得る。いくつかの実施形態では、ここに記載するデバイスは、成長用基板上に最初に成長するエピ層により製造され得る。
【００２２】
したがって、ここに開示する方法は、
成長用基板およびエピ層を有する構造を提供する工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積して接触層を形成する工程；
前記接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
前記構造から前記エピ層を遊離する工程、を含む方法である。
【００２３】
一実施形態では、
成長用基板上にエピ層を成長させる工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積して接触層を形成する工程；
金属または合金被覆したホスト基板に前記接触層を接合する工程；および
前記構造から前記エピ層を遊離する工程、を含む方法である。
【００２４】
一実施形態では、成長用基板およびエピ層を有する構造を提供する工程；
前記エピ層上の少なくとも一の最上部接触（ｔｏｐ ｃｏｎｔａｃｔ）をパターニングする工程；
キャリア基板に前記エピ層を取り付ける工程；
前記成長用基板から前記エピ層を遊離する工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
金または合金被覆したホスト基板に前記エピ層を接合する工程；および
前記エピ層から前記キャリア基板を除去する工程、を含む方法である。
【００２５】
他の実施形態では、
成長用基板上にエピ層を成長させる工程；
前記エピ層上に少なくとも一の最上部接触をパターニングする工程；
キャリア基板に前記エピ層を取り付ける工程；
前記成長用基板から前記エピ層を遊離する工程；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
金属または合金被覆されたホスト基板に前記エピ層を接合する工程；および
前記エピ層から前記キャリア基板を除去する工程、を含む方法である。
【００２６】
他の実施形態では、エピタキシャルリフトオフによりエピ層を遊離した後、成長用基板の平滑性を維持し、したがって基板を複数回使用できるようにする方法が開示される。いくつかの実施形態では、当該方法は（例えば少なくとも三の）多層膜の犠牲層および成長用基板を有する構造からのエピ層の移動を含み、その際、第一犠牲層はその構造からエピ層を遊離するためにエッチングされ、第二および第三の層は平滑な成長用基板を得るためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、成長用基板は再利用に適したものであり得る。
【００２７】
一実施形態では、多層膜は、当初の基板からＧａＡｓ太陽電池を移動するためにエッチングされる通常の犠牲層（例えばＡｌＡｓ）と共に、ＧａＡｓ等の基板と同様の材料を含む「ダミー層」およびＩｎＧａＰ等のバッファ層を含む。
【００２８】
基板がＩｎＰである時は、ダミー層は、ＩｎＰ基板の前にＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓバッファ層を含む。両方の場合に、基板から太陽電池を移動するために使用されるエッチング液は、ダミー層のみに損傷を与えるのみならず、バッファ層と共にダミー層に損傷を与え、双方は最初の基板から容易にエッチングによって除去される。したがって、最初の基板は再利用し得る。
【００２９】
一実施形態では、
少なくとも一の成長用表面を有する成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層を有する構造を提供する工程、ただし、前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および電池の間に位置する；
前記犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより電池を遊離する工程；
第二の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
第一の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第一の保護層を除去する工程を含む、成長用基板の一体性を保持する方法が開示される。
【００３０】
一実施形態では、前記構造はさらに成長用基板および第一の保護層の間にバッファ層を含む。
【００３１】
一実施形態では、
少なくとも一の成長用表面を有する成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および電池を成長用基板上に堆積する工程、その際前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は成長用基板および電池の間に配置される；
前記犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより前記電池を遊離する工程；
第二の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
第一の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第一の保護層を除去する工程、を含む、成長用基板の一体性を保持する方法が開示される。
【００３２】
一実施形態では、前記方法はさらにバッファ層を堆積する工程を含み、バッファ層は前記成長用基板および第一の保護層の間に配置される。
【００３３】
一実施形態では、
成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および少なくとも一のエピ層を前記成長用基板上に堆積し、前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、前記犠牲層は成長用基板および前記エピ層の間に配置される；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
前記少なくとも一のエピ層を、犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより遊離する工程、を含む、ＰＶデバイスを製造する方法が開示される。
【００３４】
一実施形態では、前記方法はさらにバッファ層を堆積する工程を含み、前記バッファ層は前記成長用基板および第一の保護層の間に配置される。
【００３５】
一実施形態では、
成長用基板、犠牲層、バッファ層、第一の保護層、第二の保護層、第三の保護層、第四の保護層、少なくとも一のエピ層、少なくとも一の接触および金属または合金被覆されたホスト基板、を含み
前記犠牲層が前記成長用基板および前記少なくとも一のエピ層の間に配置され、第一の保護層および第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、第三の保護層および第四の保護層が前記犠牲層および前記エピ層の間に配置される、成長用構造が開示される。
【００３６】
本開示の前述のおよび他の特徴は、添付の図面を組み合わせた、以下の例示的な実施形態の詳細な説明から容易により明らかになるであろう。なお、便宜上すべてのデバイスの図面の高さ方向の寸法は、幅方向の寸法よりも誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する異なる方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図２】図２は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する、本明細書に従う追加の方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図３】図３は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する、本明細書に従う追加の方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、例示的なコントロールデバイスの概略断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本明細書に記載する方法に一致する方法で製造された、フレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を表している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を表している。
【図７Ａ】図７Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【図８Ａ】図８Ａは、例示的なコントロールウエハーを示す概略断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本明細書に記載する方法と一致する方法で製造されたフレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、コントロールウエハーの例を示す概略断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、ここに記載する方法と一致する方法で製造されたフレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）の両方の電流密度／電圧 特性を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ｃのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度／電圧 特性を示す。
【図１０Ａ】図１０は、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を示す。
【図１０Ｂ】図１０は、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、多様な太陽光強度下での図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の曲線因子を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＶＯＣを示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電力効率を示す。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子、ＶＯＣ、電流密度、および電力効率を示す。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、図８Ｃのコントロールウエハーの曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示す。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、引張応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１３〜１６で示される引張応力すべてを印加した後の図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの画像である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１３〜１６で示される圧縮応力すべてを印加した後の図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの画像である。
【図１８】図１８は、引張および圧縮応力を印加した後の、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を示す。
【図１９】図１９は、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの、他のデバイスとの性能の比較である。
【図２０】図２０は、構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態による、成長用基板から電池を除去する方法を示す。
【図２１】図２１は、構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態による、成長用基板から電池を除去する方法を示す。
【図２２】図２２は、ＡｌＡｓ犠牲層を用いたエピタキシャルリフトオフ後のＧａＡｓ基板の一体性を保持する方法の例を示す。
【図２３】図２３は、犠牲層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ超格子を用いたエピタキシャルリフトオフ後のＩｎＰ基板の一体性を保持する方法の例を示す。
【図２４】図２４は、本明細書に記載する実施形態による、成長用構造の例および層構成の断面を示す。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図２４の成長用構造の製造前の、ＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本明細書に記載する実施形態による方法で図２４の構造をエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）およびエッチングした後の表面の原子間力顕微鏡像である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、新しいＩｎＰウエハー上に成長させた第一のデバイスおよび本明細書に記載する実施形態による方法で再利用したＩｎＰウエハー上に成長させた第二のデバイスのＩＶプロットを示す。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２６Ａのデバイスに対応する電気的量子効率（ＥＱＥ）プロットを示す。
【図２７Ａ】図２７Ａは、図２６Ａのデバイスに対応する短絡回路電流（ＩＳＣ）を示す。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、図２６Ａのデバイスに対応する開回路電圧（ＶＯＣ）を示す。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、図２６Ａのデバイスに対応する曲線因子（ＦＦ）を示す。
【図２７Ｄ】図２７Ｄは、図２６Ａのデバイスに対応する電力変換効率を示す。
【図２８】図２８は構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態によるＰＶデバイスの製造方法を示す。
【図２９Ａ】図２９Ａは、新しいＩｎＰ基板のＲＭＳ値、続いて図２６Ａの第一および第二のデバイスのＥＬＯリフトオフ後のＲＭＳ値、保護バッファ層を使用しないＥＬＯ後のデバイスのＲＭＳ値を報告する原子間力顕微鏡像を示す。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートとして冷間溶接およびＥＬＯの組み合わせにより製造したＩＴＯ／ＩｎＰ薄膜太陽電池の配列を含む、リフトオフされた２ｉｎｃｈ直径のエピタキシャル層のイメージである。
【図３０】図３０は、その後の製造およびＥＬＯのＩｎＰウエハーと比較した、図２４の成長用構造の製造前の新しいＩｎＰウエハーのＸ線電子スペクトル強度（ｋｃｏｕｎｔｓ）対接合エネルギー（ｅＶ）を示す。
【００３８】
挿入：反射光エネルギー電子線回折により得られた、酸化物層を除いた、新しい基板およびＥＬＯ工程後の基板の２ｘおよび４ｘ表面復元パターン。
【図３１】図３１は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートに接合されたコントロール電池と比較したときの、１ｓｕｎ、ＡＭ１．５Ｇでの太陽放射シミュレーションで測定された図７Ａの第一および第二のデバイスのＥＬＯ後の電流密度（Ａ／ｃｍ２）対バイアス（Ｖ）を示す。
【００３９】
挿入：当初の基板ＥＬＯおよび保護層除去後の原料基板（ａ）および保護層なしのＥＬＯ後の基板（ｂ）の表面モルフォロジー。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
詳細な説明
本明細書に記載する感光性デバイスは、これに限定されないが、太陽電池、光検出器、光センサー、光伝導体、化学センサーおよび生物学的センサーが含まれる。感光性デバイスの例には、ＰＶセルおよび／またはデバイスが含まれる。本明細書にはそれらの製造方法もまた記載されるが、その製造方法は、成長用基板上のエピタキシャル層成長および得られた電池の成長用基板からの移動が含まれ、前記基板の一体性は続けて再利用するために保持される。
【００４１】
本明細書で用いられる、「層」の語は、主要な寸法がＸ−Ｙすなわち長さおよび幅であり、通常は照明の入射の面に対して垂直である、感光性デバイスの部材または要素を参照する。「層」の語は、必ずしも単一の層または材料のシートに限定されないことに留意すべきである。層は積層物または材料シートの組み合わせを含みうる。加えて、ある層の表面は、そのような層と他の材料または層との界面を含み、不完全であってもよく、その際その層は他の材料または層と互いに貫通し合い、もつれ、入り組んだネットワークを呈していてもよいことに留意すべきである。同様に、その層のＸ−Ｙ方向に沿う連続性が、他の層または材料に遮られるか割り込まれるように、層は不連続であってもよいことを理解すべきである。
【００４２】
本明細書では、「ＩＩＩ−Ｖ材料」の語は、周期律表ＩＩＩＡ族およびＶＡ族の元素を含む化合物結晶を参照し得る。より詳細には「ＩＩＩ−Ｖ材料」の語は本明細書でガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）の族、並びにヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の族の組み合わせの化合物を参照する。代表的な材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＧａＳｂ、ＧａＡｌＳｂ、ＩｎＧａＴｅＰおよびＩｎＳｂ並びに関連するすべての化合物が含まれ得る。「ＩＶ族」の語は、周期律表のＩＶ欄のＳｉおよびＧｅ等の半導体を含む。ＩＩ−ＶＩ族は、例えば、周期律表のＩＩ族およびＶＩ族に属するＣｄＳおよびＣｄＴｅ等の半導体を含む。ここに開示する方法は、これらの半導体の共通の集合のすべてに適用できることを理解すべきである。
【００４３】
上述のように、本明細書に開示するフレキシブル光起電力デバイスは、エピ層および成長用基板を有する既存の構造を最初に提供し、または、成長用基板上にエピ層を最初に成長させることにより、製造し得る。そうすると、フレキシブルＰＶデバイスは以下の方法で製造され得る：
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
金属または合金被覆されたホスト基板に接触層を接合する工程；および
前記構造からエピ層を遊離する工程。
【００４４】
図１はフレキシブルＰＶセル等のＰＶデバイスの製造の概略を示している。図面、並びに、ある材料および層の相対的な大きさ／深さは、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。図１の方法は、「一回反転（ｓｉｎｇｌｅ ｆｌｉｐ）」法とも称され、デバイス１００の選択で開始される。デバイス１００は成長用基板１０２およびエピ層１０６を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００はさらに遊離層１０４を含み得る。選択的に、デバイス１００は成長用基板１０２上にエピ層１０６を成長させることにより準備してもよい。好適な成長法としては、例えば、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）／ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシー）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーを含み得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６は、ＰＶデバイスに使用されるのに望ましいいかなる活性物質を含んでもよい。物質の性質に応じて、ＰＶ活性層が異なる特性および／または異なる性能レベルを示してもよい。表１は、異なる活性層を含むＰＶセルの出力および効率を比較するものである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６は少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料から選択し得る。ＧａＡｓ、ＩｎＰおよび他のＩＩＩ−Ｖ化合物はＰＶデバイスを含む多様な種類の光電デバイスに好適な電子材料であり得る。一般的に、あるＩＩＩ−Ｖ化合物は、望ましい圧電特性および光電子光学特性、高い圧電定数および広い電子バンドギャップ（Ｓｉに対して）を有し得る。いくつかの実施形態では、あるエピ層の好ましい特性は、薄く、軽量なＰＶデバイスの製造を可能にし得る。いくつかの実施形態では、得られるＰＶデバイスは、ほんの数μｍの厚さから数百μｍの厚さを示し得る。例示的なデバイスでは、これらに限定はされないが、約１０〜約１５０μｍ、約２５〜約３０μｍ、約１０〜約２５μｍ、および、いくつかの例では、１０μｍ未満の最終的な厚さを示し得る。加えて、ＩＩＩ−Ｖ材料のいくつかは、それらが誘導された二元化合物（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓおよびＧａＡｓ）と厳密に一致した格子定数を有する三元または四元の「整合した（ｍａｔｃｈｅｄ）合金」として堆積され得るが、これは、デバイス性能を向上させる広範なヘテロ構造の製造を可能にする。ＩｎＰの整合した合金は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＧａＡｌＡｓ等の化合物を含む。
【００４８】
格子整合したＧａＡｓ化合物の非制限的な例としては、以下：Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ；Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ；並びに、しばしばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰと略記される、（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｘ（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）１−Ｘおよび（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘ等のＧａＡｓを含む、これらの任意の組み合わせ、が含まれる。同様の名称が以下の二つの化合物：（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘおよび（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｙ（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘ−Ｙ、にも用いられる。
【００４９】
また、Ｇｅは近接して整合しており、基板としてしばしば用いられるが、その層は通常ＧａＡｓウエハー上には成長させない。
【００５０】
ＩｎＰの格子整合した化合物の比制限的な例としては、以下：Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ；Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ；ＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５；ＡｌＡｓ０．５Ｓｂ０．５ および（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｘ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）１−Ｘ等のＩｎＰを含む上記の他の任意の組み合わせ；（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｘ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）Ｙ（ＩｎＰ）１−Ｘ−Ｙ；（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｗ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）Ｘ（ＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５）Ｙ（ＡｌＡｓ０．５Ｓｂ０．５）Ｚ（ＩｎＰ）１−Ｗ−Ｘ−Ｙ−Ｚ、が含まれる。
【００５１】
一実施形態では、低濃度の窒化物を化合物に少量の窒素（０〜５％）を添加することにより用いることができる。この実施形態では、ＩｎまたはＳｂ等の他の物質を、格子整合を維持するために添加する必要がある。このことは、格子を整合させつつ、低いバンドギャップ材料を製造するのに有用な場合がある。
【００５２】
エピ層１０６は、異なる材料の「スタック」を含むこともできる。例えば、いくつかの実施形態では、エピ層１０６は異なるＩＩＩ−Ｖ材料のスタックを含み得る。スタックの例としては、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＰ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓを含み得る。例示的なスタックは、交互層の「超格子」を含み得る。超格子の例は、ＩｎＡｓ／ＡｌＡｓの交互層を含み得る。
【００５３】
さらに、エピ層１０６は、「歪み層」として知られる格子不整合層として堆積し得る。格子不整合材料はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等の格子整合材料と比較して異なる成長モードを示し得る。例示的な格子不整合層は、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６はドープされていてもよい。好適なドーパントとしては、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅを含み得る。例えば、エピ層１０６は、Ｂｅ等のドーパントでスタックの各物質が軽くドープされた、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓスタックを含み得る。
【００５５】
成長用基板１０２はどのような数の材料を含んでもよく、それらには単結晶ウエハー材料が含まれる。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２は、これらに限定はされないが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイヤおよびこれらの組み合わせから選択された材料を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２はＧａＡｓを含む。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２はＩｎＰを含む。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２を含む材料はドープされていてもよい。好ましいドーパントとしては、これに限定はされないが、亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族化合物）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＦｅおよびＣｒを含み得る。例えば、成長用基板１０２は、Ｚｎおよび／またはＳでドープされたＩｎＰを含み得る。特に指摘しない限りは、例えばＩｎＰを含む層を参照したときは、ドープされていない形態およびドープされた形態（例えば、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）のＩｎＰを含むことが理解されなければならない。好ましいドーパントは、例えば、基板の半絶縁性の性質またはその中に存在する欠陥に応じて選択すればよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、遊離層１０４はエッチング停止層を含み得る。いくつかの実施形態では、遊離層１０４は、これらに限定はされないが、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓおよびＩｎＰ等の、エピタキシャルリフト工程で使用するのに好適などのような材料からも選択し得る。
【００５７】
ある遊離層（例えば、エッチング停止層）および／または遊離物質は、エッチング停止層を参照する別個の表示がなくとも、エピ層１０６に組み込まれ得ることが理解されるべきである。例えば、「ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ」構造を有するデバイスは、単一のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓエピ層スタックとして参照され得る。そうでなければ、そのような構造は、一層以上（例えば、ＧａＡｓエピ層およびＡｌＧａＡｓエッチング停止層）を有すると記載され得る。同様に、「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ」構造は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓエピ層スタック、またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰエピ層スタックおよびＩｎＧａＡｓエッチング停止層として記載され得る。
【００５８】
図１に示される具体的な層の配列および材料は、例示に過ぎず、これに限定することを意図するものではない。例えば、いくつかの層（例えば遊離層１０４）は省略してもよい。他の層（例えばポリマー層、接合および活性層）を追加してもよい。層の順序も入れ替え得る。具体的に記載した以外の配置も使用し得る。
【００５９】
図１に示す方法の第一の段階では、接触層がデバイス１００のエピ層１０６の表面上に堆積される。好ましい接触層は、これらに限定はされないが、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）等の材料を含む。いくつかの実施形態では、接触層はＡｕである。他の好ましい接触層は、合金およびこれらの材料のスタックを含み得る。例えば、エピ層１０６上の接触層は、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＧｅ／Ａｕスタックを含み得る。接触層は、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）および、スパッタリング法、熱蒸発またはＥビーム蒸発法等の他の物理蒸着法を含む、この分野で適用される好ましい方法のいずれを用いても、エピ層１０６上に堆積される。
【００６０】
エピ層１０６への接触層の堆積においては、エピ層１０６はホスト基板１１０に接合され、中間構造１０８を形成する。いくつかの実施形態では、ホスト基板１１０は、エピ層１０６上に堆積される接触層として選択されるものと同様の物質で被覆され得る。そのような被覆は、ホスト基板１１０へのエピ層１０６の接合を補助するために有効である場合がある。例えば、エピ層１０６の接触層は、ホスト基板１１０がＡｕで被覆される一方で、Ａｕを含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい接合方法は、冷間接合（ｃｏｌｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）、多種の接着方法、ワックス（例えばブラックワックス）、フォトレジスト、シルバーペイント（ｓｉｌｖｅｒ ｐａｉｎｔ）、陽極接合、およびこの分野で知られる他の接合方法を含み得る。一実施形態では、冷間接合は、冷間圧接を含み得る。冷間圧接では、二層の金属層の間に形成される接触に、単に軽い圧力をかけることにより、最終的に接合する。本開示に関連する冷間圧接の技術に関しては、参照によりここに組み入れる、米国特許第６、８９５、６６７号明細書で議論されている。
【００６１】
フレキシブルＰＶ製品を作製する努力において、エピ層１０６を薄膜のかつ／またはフレキシブルなホスト基板に移動することが好ましい。したがって、いくつかの実施形態では、ホスト基板１１０は少なくとも一のポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーはポリエステルおよびポリイミドから選択され得る。いくつかの実施形態では、好適なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレートが含まれ得る。使用し得る市販のポリエステルの非制限的な例としては、Ｍｙｌａｒ（登録商標）が挙げられる。使用し得る市販のポリイミドの非制限的な例としては、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）が挙げられる。
【００６２】
一旦中間構造１０８が形成されれば、エピ層１０６は成長用基板１０２から移動し得る。いくつかの実施形態では、中間構造１０８から成長用基板１０２を除去するには、ＨＦ等のエッチング液を用いることにより行われ得る。他の好ましいエッチング液としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）およびこれらの組み合わせが含まれ得る。例えば、好ましいエッチング液の組み合わせとしては、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌおよびＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ、およびＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが含まれ得る。いくつかの実施形態では、中間構造はさらに遊離層１０４を含み得る。遊離層１０４は、適当なエッチング停止材料を含み、これによりエピ層１０６が遊離層１０４の水平なエッチングにより成長用基板１０２から分離され得る。
【００６３】
成長用基板１０２の除去により、デバイス１１２が得られる。成長用基板１０２の除去の際には、エピ層１０６の露出した表面上に、最上部接触がバターン化されてもよい。好ましい最上部接触は、これらに限定はされないが、酸化スズ（ＴＯ）、ガリウムインジウムスズ酸化物（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ）およびアルミニウム亜鉛酸化物（ＡｌＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の酸化物、およびカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含み得る。いくつかの実施形態では、酸化物はドープされていてもよい。いくつかの実施形態では、市販のＩＴＯ（接触）上に堆積されるガラスまたはプラスチック等の、透明基板および抵抗電極（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、接触はＩＴＯである。
【００６４】
ポリエステル（例えば、Ｍｙｌａｒ（登録商標）およびポリイミド（例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標））等の材料がホスト基板１１０として選択されるときは、得られるデバイス１１２は、保管、輸送および配置の簡便な方法に適した、軽量でフレキシブルなＰＶセルを提供し得る。この様な材料の使用は、得られる電池の重量を減少させ、ワット／グラム比の大きいＰＶデバイスを作製を可能にし、それらは、宇宙応用および無人航空機（ＵＡＶ）等の重量制限される技術に有用であり得る。
【００６５】
上述のように、別の実施形態では、本明細書に記載するフレキシブルＰＶデバイスは、最初にエピ層および成長用基板を有する既存の構造を提供することにより、または、最初に成長用基板上にエピ層を成長させることにより、製造し得る。その際、フレキシブルＰＶデバイスは、
前記エピ層上に少なくとも一の最上部接触をパターニングする工程；
前記エピ層をキャリア基板に取り付ける工程；
前記エピ層を前記成長用基板から遊離する工程；
少なくとも一部のエピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
前記エピ層を金属または合金被覆されたホスト基板に接合する工程；および
前記エピ層からキャリア基板を除去する工程、によって製造し得る。
【００６６】
他の選択的な実施形態では、パターニング工程は、このプロセスの最初の工程がエピ層 をキャリア基板に固定する工程を含むように、代わりに最後に（例えば除去工程の後）行われてもよい。
【００６７】
図１と同様に、図２はあるＰＶデバイス製造の概略図を示している。図２の方法は、概略的に「二回反転（ｄｏｕｂｌｅ ｆｌｉｐ）」法と称されるものである。図１と同様に、デバイス１００は、成長用基板１０２およびエピ層１０６を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００はさらに遊離層１０４を含み得る。特に指摘しない限りは、図２に概略を示す方法の好ましい材料は、図１についての上記の説明に含まれ得る。
【００６８】
図２の最初の工程では、デバイス１００が提供される。デバイス１００は既存の光電デバイスであり得る。選択的に、デバイス１００は、エピ層を成長用基板１０２上に成長させることにより準備することができ、これは、上記での議論に含まれる任意の好ましい方法によって実施され得る。
【００６９】
次に、デバイス１００のエピ層１０６上に、最上部接触をパターニングし得る。エピ層１０６は、その後キャリア基板２０４に固定し、中間構造２０２を形成し得る。いくつかの実施形態では、キャリア基板２０４は、単結晶ウエハー等のウエハー材料を含み得る。いくつかの実施形態では、キャリア基板２０４は非ウエハー基板を含み得る。例えば、キャリア基板２０４は、ブラックワックス等のロウ引き基板を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００は少なくとも一の結合剤を用いてキャリア基板２０４に固定し得る。いくつかの実施形態では、少なくとも一の結合剤は、これらに限定はされないが、多種のフォトレジスト、ブラックワックス、およびパラフィン等の好ましいワックスおよび溶解し得る接着剤から選択され得る。
【００７０】
一旦中間構造２０２が形成されれば、エピ層１０６は成長用基板１０２から移動でき、中間構造２０６を形成する。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２の除去は、図１について上記したものと同様の方法で行われ得る。中間２０６の形成により、パターニングされた最上部接触はエピ層１０６およびキャリア基板２０４の間に位置し得る。接触層はエピ層１０６の露出表面上に堆積され得る。
【００７１】
次の工程では、中間構造２０６のエピ層１０６は、ホスト基板１１０に接合し、中間構造２０８を形成し得る。図１において開示した方法と同様に、図２のホスト基板１１０は、エピ層１０６上に堆積される接触層と同様の材料を含む被覆を含み得る。これは、ホスト基板１１０をエピ層１０６に接合する際に助けとなり、接合は、冷間接合、多種の接着技術、ワックス（例えばブラックワックス）、フォトレジスト、シルバーペイント、陽極接合、およびこの技術分野で公知の他の接合技術等の公知の方法によって達成され得る。
【００７２】
中間構造２０８の形成の際、キャリア基板２０４は加熱（ワックス溶融のための）または溶媒（例えばアセトン）へのワックス溶解等の公知の方法により除去され、デバイス１１２を得る。
【００７３】
いくつかの実施形態では、図１および２に示される方法を通して作製されたデバイスに追加層を加えることが好ましい場合がある。例えば、デバイス１１２のエピ層１０６に追加層を追加することが好ましい場合がある。図３は、層３０２をエピ層１０６に追加し、デバイス３０４を形成する様子を表している。いくつかの実施形態では、層３０２は、ホスト基板１１０によって提供される構造的な支持を補強するフレキシブル材料を表し得る。したがって、いくつかの実施形態では、層３０２はポリマーを表し得る。いくつかの実施形態では、層３０２およびホスト基板１１０の両方は重合性材料を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリエステルおよびポリイミドから独立に選択し得る。いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリエステルはＭｙｌａｒ（登録商標）を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリイミドはＫａｐｔｏｎ（登録商標）を含み得る。
【００７４】
さらに別の実施形態では、エピタキシャルリフトオフによりエピ層を遊離した後、成長用基板の平滑性を維持する方法が開示される。例示的な方法は、図２２および２３で概略が示されるものを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、例えば犠牲層および成長用基板等の少なくとも三の積層を有する構造からのエピ層の移動を含み、この方法において、第一の犠牲層はエピ層を構造から遊離するためにエッチングされ、第二および第三の層は、平滑な成長用基板を得るためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、第二の犠牲層は、「ダミー」層として参照され得る。他の実施形態では、三以上の犠牲層を有する構造からエピ層を除去することが好ましい。例えば、いくつかの実施形態では、その構造は最初のエッチング工程で除去され、それにより最終的にエピ層を除去することになる複数の犠牲層を有する超格子を含み得る。続くエッチング工程は、第一のエッチング工程で除去されなかった追加の犠牲層（例えばダミー層）を除去するために使用することができ、保持された平滑性および再利用に好適な成長用基板を得ることができる。ここで用いられるように、「犠牲層」の語は、一以上の遊離、ダミーおよび／または保護層を記載するかまたは参照するために用い得る。
【００７５】
上述のように、フレキシブルＰＶデバイスおよび本明細書に記載する成長方法は、最初にエピ層および成長用基板を有する既存の構造を提供するか、または、最初に成長用基板上にエピ層を成長させることにより達成し得る。このようにすると、本方法の目的である、遊離のプロセスが下地の基板を非破壊とすることにより、成長用基板は多数回の再利用のために遊離される。いくつかの実施形態では、この方法は、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層、を有する構造を提供する工程、ここで、犠牲層および第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置され；
エッチング液で犠牲層をエッチングすることにより電池を遊離する工程；
エッチング液で第二の保護層をエッチングすることにより第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で第一の保護層をエッチングすることにより第一の保護層を除去する工程、を含む。
【００７６】
図２０は、エピ層／電池構造の積層からの成長用基板の除去を含む、あるＰＶデバイスの作製の概略を示す。図２０の方法は、構造４００の選択で開始され得る。構造４００は成長用基板１０２および電池４０４を含み得る。電池４０４は、いくつかの異なる半導体合金等のエピ層、接触層、基板および中間層の多層膜を含む、成長後の完全に開発された電池を表し得ることを理解すべきである。また、エピ層１０６について上記した一以上の好ましい材料を含む単一のエピ層等の一以上の成長層を単に含む場合もあることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、電池４０４は、光を電気に変換するのに必要とされる、光学的および電気的に活性な半導体層を含むＰＶセル構造である。
【００７７】
成長用基板１０２は、単結晶ウエハー材料を含む、任意の数の材料を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２は、上記の材料から選択し得る。
【００７８】
構造４００は、さらに犠牲層４０５、第一の保護層４０８および第二の保護層４０６を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２および第二の保護層４０６は同様の材料を含み得る。これらの材料は、例えば、ＧａＡｓおよびＩｎＰから選択され得る。いくつかの実施形態では、その材料がＧａＡｓであるとき、第一の保護層４０８は、ＩｎＧａＰおよびＡｌＧａＡｓから選択され得る。いくつかの実施形態では、その材料がＩｎＰであるとき、第一の保護層４０８はＩｎＧａＡｓを含み得る。いくつかの実施形態では、全てのエピ層が基板と格子整合しているか、または、多数の転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）または他のモルフォロジー欠陥をもたらす臨界の厚さ未満であると推測される。
【００７９】
いくつかの実施形態では、構造４００はさらに第一の保護層４０８および成長用基板１０２の間に配置される少なくとも一のバッファ層を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２、第二の保護層４０６およびバッファ層はＩｎＰ等の同様の材料を含み得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、本明細書で記載する層はドープされていてもよい。例えば、ＩｎＰを含む層を参照するときは、ドープされていない形態およびドープされた（例えばｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）形態のＩｎＰを包含することが推測されるべきである。好ましいドーパントは、これらに限定はされないが、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族）、Ｚｎ、Ｃｄのｐ型ドーパント、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅの二極性ドーパント並びにＳｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅのｎ型ドーパントが含まれ得る。
【００８１】
図２０に示される具体的な層の配置および材料は例示に過ぎず、限定を意図するものではない。例えば、いくつかの層（少なくとも一のバッファ層等）はなくてもよい。他の層（ポリマー層、接合および活性層等）が追加されてもよい。層の順序は入れ替えてもよい。具体的に記載された以外の配置を使用してもよい。
【００８２】
図２０の最初の工程では、構造４００、犠牲層４０５はエッチング液にさらし、それによりエッチングが開始され、部分的にエッチングされた犠牲層４０５を有する中間構造４１２が得られる。いくつかの実施形態では、犠牲層４０５はＡｌＡｓを含む。
【００８３】
いくつかの実施形態では、図２１に例示されるように、構造５００はＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ等の「超格子」を表す犠牲層４０５を含むことができ、犠牲層４０５の初期のエッチングは、超格子のＡｌＡｓ層の部分的なエッチングをもたらし、構造５０２の部分的にエッチングされた犠牲層４０５が得られる。中間構造４１２および５０２のエッチングの完了により、電池２０４は遊離され構造４１４が得られる。いくつかの実施形態では、中間構造４１２または５０２からの成長用基板１０２の除去は、ＨＦ等のエッチング液を用いることにより達成される。他の好ましいエッチング液は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、硝酸（ＨＮＯ３）、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７）およびそれらの組み合わせを含み得る。例えば、好ましいエッチング液の組み合わせは、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＯおよびＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを含み得る。
【００８４】
構造４１４は、第一の保護層４０８、第二の保護層４０６、成長用基板１０２および選択的に少なくとも一のバッファ層を含む。図２０の次の工程では、第二の保護層４０６はエッチング液を用いてエッチングすることにより除去される。好ましいエッチング液は、上記で議論したものを含み得る。例えば、ＧａＡｓ第二の保護層はＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２エッチング液で除去し得る。ＩｎＰ第二の保護層は、例えば、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌエッチング液で除去し得る。第二の保護層４０６の移動により構造４１６が得られる。いくつかの実施形態では、構造４１６から第一の保護層４０８をエッチングし、成長用基板１０２を得ることが望ましい場合がある。例えば、ＩｎＧａＰ第一の保護層はＨ３ＰＯ４：ＨＣｌエッチング液を用いてＧａＡｓ成長用基板からエッチングし除き得る。
【００８５】
上述のように、いくつかの実施形態では、構造４００はさらに犠牲層４０５および成長用基板１０２の間に位置する少なくとも一のバッファ層を含み得る。いくつかの実施形態では、バッファ層は成長用基板１０２および第一の保護層４０８の間に配置し得る。いくつかの実施形態では、バッファ層は成長用基板の成長用表面上に直接堆積させ、第一の保護層はバッファ層の成長用表面上に直接堆積させる。第一の保護層および成長用基板が同じ材料を含む場合には、少なくとも一の追加層を単に移動し「バッファされた（ｂｕｆｆｅｒｅｄ）」成長用構造を得ることが望ましい場合がある。例えば、ＩｎＧａＡｓ追加層は、構造４１６からエッチングされ、ＩｎＰバッファ層およびＩｎＰ成長用基板を含むバッファされた成長用基板を得ることができる。
【００８６】
成長用基板／バッファされた成長用基板を遊離することは、ウエハーの連続する再利用を可能にする非常に平滑な表面をもたらし得る。いくつかの実施形態では、第一の保護層４０８の除去後のバッファ層は、構造４００の作製中の第一の保護層の堆積に先立つ成長用基板１０２の成長用表面よりも平滑である。いくつかの実施形態では、成長用基板の成長用表面は、第一の保護層の堆積に先立ち、ＲＭＳ（粗さ測定システム（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ））が、約０．３２ｎｍ等、約０．２５〜約０．３５ｎｍの値を示す。いくつかの実施形態では、バッファ層の成長用表面が、第一の保護層の除去後に、ＲＭＳが０．１６ｎｍ等の約０．１０〜約０．２０ｎｍの値を示す。いくつかの実施形態では、バッファされた成長用基板が、研磨剤による研磨の必要なしに多数回再利用し得る。
【００８７】
しかしながら、いくつかの実施形態では、バッファされた成長用基板をさらに超音波処理することが好ましい場合がある。超音波処理は、残留している表面のどのような特徴および／または欠陥も取り除くために実施し得る。例えば、いくつかの実施形態では、エッチング後に残っているどのような残留ＩｎＧａＡｓもバッファされたＩｎＰ成長用基板から除去することが好ましい場合がある。いくつかの実施形態では、超音波処理は、クエン酸：Ｈ２Ｏ２等の適当な酸溶液と共に行われ得る。
【００８８】
図２８は、あるＰＶデバイス、フレキシブルＰＶセル等の作製の概略を示している。図２８の方法は、「一回反転」法として参照され得るが、成長用基板１０２の選択から開始することができる。最初の工程では、第一の保護層４０８、第二の保護層４０６、犠牲層４０５およびエピ層４０４が順に堆積され、構造４００が得られ得る。好ましい成長方法は、例えば、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）／ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシー）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーを含み得る。いくつかの実施形態では、エピ層４０４はＰＶデバイス中での使用に好適な任意の活性材料を含み得る。材料の性質に応じて、ＰＶ活性層は異なる特性および／または性能レベルを示し得る。表１（上記）は異なる活性層を含むＰＶセルの出力および効率を比較している。
【００８９】
いくつかの実施形態では、電池（エピ層）４０４はエピ層１０６として上記で説明した少なくとも一の材料から選択し得る。
【００９０】
ある遊離層（例えばエッチング停止層）および／または遊離物質は、エッチング停止層への参照が別途明記されていなくとも、エピ層４０４に組み込まれることを理解するべきである。例えば、「ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ」構造を有するデバイスは、単一のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓエピ層スタックを参照し得る。そうでなければ、一以上の層（例えば、ＧａＡｓエピ層およびＡｌＧａＡｓエッチング停止層）を有するそのような構造として記載され得る。同様に、「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ」構造は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓエピ層スタックとして記載され、または、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰエピ層スタックおよびＩｎＧａＡｓエッチング停止層として記載され得る。
【００９１】
図２８に示される本方法の次の工程は、構造６００を、接触層をエピ層４０４の表面上に堆積することにより作製する。好ましい接触層およびそれらの作製は、図１について上記したものを含み得る。
【００９２】
エピ層４０４への接触層６０２の堆積に際して、エピ層４０４はホスト基板６０４に接合され中間構造６０６を形成する。いくつかの実施形態では、ホスト基板６０４は、エピ層４０４上に堆積される接触層として選択されるものと同様の、金属または合金等の材料で被覆されていてもよい。そのような被覆は、エピ層４０４をホスト基板６０４に接合する補助として効果的であり得る。例えば、エピ層４０４の接触層は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｄを含み得る一方で、ホスト基板６０４は同じ金属で被覆される。いくつかの実施形態では、好ましい接合技術としては、エピ層１０６およびホスト基板１１０の接合について上記したものを含み得る。しかしながら、ある背景では、成長用基板を遊離した後に、ホスト基板６０４をエピ層４０４に接合することが好適である場合がある。
【００９３】
フレキシブルＰＶ製品を開発する努力において、エピ層４０４を薄いかつ／またはフレキシブルホスト基板に移動することが望ましい場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、ホスト基板６０４は少なくとも一のポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーはポリエステルおよびポリイミドから選択され得る。いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含み得る。使用し得る、市販のポリエステルの非制限的な例としてはＭｙｌａｒ（登録商標）が含まれる。使用し得る、市販のポリイミドの非制限的な例としてはＫａｐｔｏｎ（登録商標）が含まれる。
【００９４】
一旦中間構造６０６が形成されれば、エピ層４０４は成長用基板１０２から移動し得る。いくつかの実施形態では、中間構造６０６からの成長用基板１０２の除去は、ＨＦ等のエッチング液を用いた犠牲層４０４の選択的エッチングによって達成し得る。他の好ましいエッチング液は上記で議論した通りである。犠牲層４０４の部分的エッチングにより中間構造６０８が得られ、次いで完全な水平方向のエッチングが行われる。
【００９５】
保護層を伴う成長用基板１０２の除去によりデバイス６１０が得られる。最上部接触がデバイス６１０のエピ層４０４の露出表面上にパターニングされ得る。好ましい最上部接触はデバイス１１２について上記したものを含み得る。
【００９６】
ポリエステル（例えばＭｙｌａｒ（登録商標））およびポリイミド（例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標））等の材料がホスト基板６０４として選択されたときは、ホスト基板１１０について上記したもの等の、得られるデバイス６１０が保管、輸送および配備の簡便な方法に好適な、軽く、フレキシブルなＰＶセルを呈し得る。このような材料を使用することで、得られる電池の重量を減少させ、ワット／グラム比の大きいＰＶデバイスの作製を可能にし、それらは、宇宙応用および無人航空機（ＵＡＶ）等の重量制限される技術に有用であり得る。
【００９７】
いくつかの実施形態では、残っている成長用基板は第二の保護層４０６および第一の保護層４０８を選択的エッチングで除くことにより、再利用のために準備し得る。いくつかの実施形態では、構造４００は、成長用基板１０２および第一の保護層４０８の間に配置されるバッファ層をさらに含み得る。再利用のための成長用基板の準備は、ここに記載する実施形態に一致する方法で達成し得る。
【００９８】
本発明は、純粋に本発明の例示として意図される、以下の比制限的例により、より明確にされる。
【実施例】
【００９９】
実施例
図４Ａは、ＩｎＰ／ＩｎＰスタックエピ層およびＩｎＰ成長用基板を有する例示的なコントロールデバイスの構造を示す。このデバイスは、ＩＴＯ最上部接触およびＺｎ／Ａｕ接触層と共にＩｎＡｌＡｓエッチング層をも有している。図４Ｂは図１に概略を示す方法により作製されたデバイスを表している。図４Ｂのデバイスは、エピ層としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓスタックおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）ホスト基板を有するデバイスを表している。このデバイスは、ＩＴＯ最上部接触および接触層としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕスタックをも有している。
【０１００】
図５Ａは、図５Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果と比較した、図４Ａのコントロールデバイスについて、光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。図６Ａは、図６Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果との比較として、図４Ａのコントロールデバイスについて、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を示している。図７Ａは、図７Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果の比較として、図４Ａのコントロールデバイスについて光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【０１０１】
図８Ａは、それぞれＢｅがドープされた、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰスタックエピ層およびＩｎＧａＡｓエッチング停止層を有する例示的なコントロールウエハーの構造を描いている。このウエハーは、ＺｎでドープされたＩｎＰ基板をも有している。このウエハーはガスソース分子線エピタキシーによってＩｎＰ基板上に成長させることにより製造された。エピ層スタックのベース層となっているのはｐがドープされた３．０μｍ厚さのＩｎＰ層である。エピ層の最上部側は、得られるフレキシブルＰＶデバイスのｐ型ｏｈｍｉｃ接触の場所を提供する多量にＢｅがドープされた格子整合ＩｎＧａＡｓ層を含む。
【０１０２】
図８Ｂの例示的なフレキシブルＰＶデバイスは、図８Ａに示すウエハーのエピ層の上面（ＩｎＧａＡｓ）および１２５μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シート両方の上に、ｐ金属（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を電子線蒸着させることから開始される、「一回反転」法によって作製した。図８Ａのウエハーを３５０°Ｃで９０秒間アニーリングした後、ＩｎＧａＡｓ層の最上部を反転させ、ウエハーをシルバーペーストを介して被覆Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）上に載置した。ＩｎＰ基板およびＩｎＧａＡｓエッチング停止層は、それぞれ、リン酸／塩酸（Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ＝１：３）、および硫酸／過酸化水素（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０）溶液を用いて除去した。１５０ｎｍ厚さのＩＴＯ接触層および約０．００７８５ｃｍ２の面積をシャドーマスクを通してスパッタリングし、その結果図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスを得た。
【０１０３】
図８Ｃは、Ｚｎドープされたｐ型（１００）ＩｎＰ基板上にガスソース分子線エピタキシーによって成長させた例示的なコントロールウエハーを表している。この構造は、０．３７５μｍ厚さのｐ型（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰバッファ層、０．２５μｍ厚さの格子整合したＢｅドープ（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ｐ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層、２．０μｍ厚さの少量でｐドープされた（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰ吸収層、および最後に０．３μｍ厚さの格子整合したＢｅドープ（１ｘ１０１９ｃｍ−３）ｐ型ＩｎＰ Ｏｈｍｉｃ接触層、からなる。
【０１０４】
図８Ｄの例示的なフレキシブルＰＶデバイスは、図８Ｃに示すウエハーのエピ層の最上部ＩｎＰ接触および２５μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートの両方に（各厚さ３００Å）、ｐ金属接触（Ｐｔ−Ａｕ）を電子線蒸着することから開始する、「一回反転」法によって作製した。電子線蒸着後、ウエハーはｐ接触側を下にして、Ｐｔ／Ａｕ被覆Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートに、５０ＭＰａの圧力を６０秒間印加するＭＴＳ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＲＴ／１００ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを用いた冷間圧接により載置した。ＩｎＰ基板および連続するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層は、その後Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ＝１：３溶液を用いて、次にＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０を用いて除去した。これらの溶液を用いたエッチング速度は、それぞれ、ＩｎＰに対しては約３μｍ／ｍｉｎおよびＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓに対しては約０．２μｍ／ｍｉｎである。最後に、シャドーマスクによって決められた０．７８５ｍｍ２の面積の１５０ｎｍ厚さのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）Ｓｃｈｏｔｔｋｙダイオード接触が基本圧力２ｘ１０−６ｔｏｒｒ、ＲＦ出力４０Ｗ、および堆積速度０．２Å／ｓｅｃでスパッタリングされ、その結果図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスを得る。
【０１０５】
図９Ａは、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での電流密度／電圧 特性を表している。図９Ｂは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ｃのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度／電圧 特性を表している。図１０Ａは、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス両方のＥＱＥ特性を表している。図１０Ｂは、ＡＭ１．５太陽スペクトル全体に亘る、図８Ｃのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を表している。図１１Ａ〜Ｄは、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の、多様な太陽強度下での曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率を示している。図１１Ｅおよび１１Ｆは、図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスおよび図８Ｃのコントロールウエハーの、曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率、をそれぞれ表している。
【０１０６】
図１２ＡおよびＢは、圧縮および引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示している。図１２ＣおよびＤは、圧縮および引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示している。図１３ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示している。図１４ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示している。図１５ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示している。図１６ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示している。
【０１０７】
図１７ＡおよびＢは、図１３〜１６に示した応力のすべてを印加した後の図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの画像を示している。
【０１０８】
図１８は、引張および圧縮応力を印加した後の、図８Ｄで示されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を示している。
【０１０９】
図１９では、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を、異なるデバイスと比較している。
【０１１０】
図２０は、ＡｌＡｓ犠牲層を用いたエピタキシャルリフトオフ後に、ＧａＡｓ基板の平滑性を保持する例示的な方法を表している。
【０１１１】
図２１は、犠牲層としてＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ超格子を用いたエピタキシャルリフトオフ後に、ＩｎＰ基板の平滑性を保持する例示的な方法を表している。
【０１１２】
図２４は、以下の方法で作製された、例示的な成長用構造の断面を表している。エピタキシャル層はガスソース分子線エピタキシー（ＧＳＭＢＥ）により、Ｓドープされた（１００）ＩｎＰ基板上に、０．２μｍ厚さのＩｎＰバッファ層から始めて、成長させた。その後、０．１μｍ厚さの格子整合したＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層、続いて、１．５μｍ厚さのＩｎＰ保護層を成長させた。ここで、親のウエハーから後に活性層を分離するために、エッチングにより除かれる、１０ｎｍ厚さのＡｌＡｓ犠牲層を成長させる。次に、第二の１．５μｍ厚さのＩｎＰ保護層を成長させ、続いて０．１μｍ厚さの格子整合したＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層を成長させ、その後、０．１μｍ厚さの少量のＢｅがドープされた（３ｘ１０１８ｃｍ−３）ＩｎＰ Ｏｈｍｉｃ接触層を伴う３．０μｍ厚さの少量Ｂｅがドープされた（３ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰベース層からなる活性領域を成長させる。第二の成長では、ＩｎＰバッファ層の厚さは、表面を平滑にするため、０．２μｍから２μｍに増加させた。他のあらゆる点において、第一および第二の再成長させたエピタキシャル構造は実質的に同様である。
【０１１３】
成長の直後に、１００Å厚さのＣｒ接着層、続いて６００ÅのＡｕ接触層が５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シート上にスパッタリングされ、６００ÅのＡｕ層が、多量にｐドープされたＩｎＰエピタキシャル層上に電子線蒸着により堆積された。
【０１１４】
金属堆積の後、ウエハーはＡｕ側を下にしてプラスチックシートに載置し、１０ＭＰａの圧力を６０秒間ＭＴＳ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＲＴ／１００ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍを用いて印加することにより冷間圧接を行う。この方法は、あるゆる目的のために全体を参照により本明細書に組み入れる、ＰｌｏｓｓｌらによりＭａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ｒ． ２５、１（１９９９）に記載された方法と一致する。その後、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートは、回転可能な直径７．５ｃｍのテフロン（登録商標）ロッドにＫａｐｔｏｎ（登録商標）テープで取り付け、ＨＦ：Ｈ２Ｏ（１：１０）のエッチング溶液に浸漬した。ＥＬＯプロセスを促進するため、１３ｇの重りをプラスチック基板上に載置し、テフロン（登録商標）ロッドをウエハーにかかる外力を一定にするために回転させ、一方でエピタキシャル層および基板の間のギャップがエッチングが進行するにつれて増加する。このことは、プロセスを通して、エピ層／基板界面を常に新しいエッチング液に接触させることになる。
【０１１５】
ＥＬＯ完了後、最初のＩｎＰ基板上のＡｕ残留物は、エッチング（エッチング液タイプＴＦＡ、Ｔｒａｎｓｅｎｅ社製）により除去される。基板および太陽電池双方の上のＩｎＰ保護およびＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層はそれぞれ、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ（１：３）およびＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（１：１：１０）中のエッチングにより、選択的に除去された。続いて、クエン酸：Ｈ２Ｏ２（２０：１）を残っているＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを完全に除去するために用いた。新しく露出したＩｎＰ基板表面は、加熱したトリクロロエチレン、アセトン、および加熱したイソプロパノールに順次浸漬して脱脂し、ＵＶ／オゾンに１０分間曝すことにより意図的に酸化物を生成させた。この基板は、ＧＳＭＢＥチャンバー内に戻し、脱気した。二番目の太陽電池を最初の親基板上に上記と同様の手順を用いて成長させ、冷間圧接およびＥＬＯの二回目を行った。
【０１１６】
ＩＴＯ／ＩｎＰ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ接合を製造するために、ＵＶ／オゾンに７分間曝すことで表面汚染物質を除去し、薄い不動態化された自然の酸化物を形成する。ＩＴＯは直径１ｍｍの開口列を有するシャドーマスクを通して、速度０．３A／ｓのスパッタリングにより堆積する。コントロールの、同様のエピタキシャル構造を有する、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シート上に冷間圧接された薄膜ＩＴＯ／ＩｎＰ太陽電池が、あるゆる目的のために全体を参照により本明細書に組み入れる、ＳｈｉｕらによりＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９５、２２３５０３（２００９）に以前記載されたように、完全な基板除去を介して、製造された。太陽電池の特性化は、ＡＭ１．５Ｇでのシミュレーション照射下で行われた。
【０１１７】
図２５Ａは、図２４の成長用構造の作製前のＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【０１１８】
図２５Ｂは、上記したように、図２４の構造のエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）およびエッチング後の、ＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【０１１９】
図２６Ａは、新しいＩｎＰウエハー上に成長させた一回目のデバイスおよびここに記載する実施形態に一致する方法で製造された、再利用のＩｎＰウエハー上に成長させた二回目のデバイスのＩＶプロットを示している。
【０１２０】
図２６Ｂは図２６Ａのデバイスに対応する電気的量子効率（ＥＱＥ）を示している。
【０１２１】
図２７Ａは図２６Ａのデバイスに対応する短絡回路電流（ＩＳＣ）を示している。
【０１２２】
図２７Ｂは図２６Ａのデバイスに対応する開回路電圧（ＶＯＣ）を示している。
【０１２３】
図２７Ｃは、図２６Ａのデバイスに対応する曲線因子（ＦＦ）を示している。
【０１２４】
図２７Ｄ図２６Ａのデバイスに対応する電力変換効率を示している。
【０１２５】
図２９Ａは、新しいＩｎＰ基板のＲＭＳ値、続いて図２６Ａに示す第一および第二のデバイスのＥＬＯリフトオフ後のＲＭＳ値、および保護バッファ層を使用しないＥＬＯ後のデバイスのＲＭＳ値を示す顕微鏡像を表している。
【０１２６】
図２９Ｂは、ＥＬＯおよび５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートへの冷間圧接接合の組み合わせによって製造されたＩＴＯ／ｌｎＰ薄膜太陽電池の配列を含む直径２インチのリフトオフされたエピタキシャル層の画像である。
【０１２７】
図３０は、製造およびＥＬＯ後のＩｎＰウエハーと比較した、図２４の成長用構造製造前の新しいＩｎＰウエハーの強度（ｋ ｃｏｕｎｔｓ）対結合エネルギー（ｅＶ）を示している。
【０１２８】
図３１は、１ｓｕｎ強度、ＡＭ１．５Ｇの太陽光シミュレーションで測定した、第一および第二のＥＬＯ工程を経た、並びにコントロールの、ＩＴＯ／ｌｎＰおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートに接合した太陽電池の電流密度対電圧特性を示している。
【０１２９】
挿入：（ａ）ＥＬＯおよび保護層除去後、並びに（ｂ）保護層なしのＥＬＯ後、の最初の基板の表面モルフォロジー。
【０１３０】
ここに記載するコントロールは、図３１に示すデータを含むが、リフトオフを使用する代わりにウエハー全体のエッチングにより製造された。この工程は、参照によりここに組み入れる、Ｋ．Ｔ．Ｓｈｉｕ、Ｊ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ、Ｈ．Ｙ．ＷａｎｇおよびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔによる論文、”Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ ｆｉｌｍ、 ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ＩｎＰ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９５、 ２２３５０３、（２００９）に記載されている。
【０１３１】
コントロール電池と比較した、図７Ａに示す第一および第二デバイスのＥＬＯ後の、ＡＭ１．５Ｇでの太陽スペクトルシミュレーション下でのデバイス性能、−１Ｖ（ＪＤ）での暗電流、理想係数（ｎ）および暗所での直列抵抗率（Ｒｓ）、の比較を表２に示す。
【０１３２】
【表２】
【０１３３】
実施例以外にも、特に指摘しない限りは、明細書および特許請求の範囲で使用した配合量、反応条件、分析測定等を示すすべての数値は、すべての場合に、「約」の語によって、変更し得ることが理解される。したがって、逆の指摘をしない限りは、本明細書および添付の特許請求の範囲に規定する数値パラメータは、本開示によって得られる所望の特性に応じて変化させ得る概算である。最低限でも、特許請求の範囲の範囲と同等の規定に本発明を制限することを意図しないものとして、各数値パラメータは、有効数字および通常の四捨五入方法に照らして解釈すべきである。
【０１３４】
広い範囲の開示である数値範囲およびパラメータは概算ではあるものの、特に指摘しない限りは、特定の実施例で規定した数値はできる限り正確に報告される。いかなる数値も、しかしながら、各試験測定での標準偏差の不可避の結果、本質的にある誤差を含んでいる。
【０１３５】
ここに記載する他のデバイスの実施形態および方法は、当業者には明細書および実践を考慮することから明らかとなろう。特許請求の範囲に規定され記載されるデバイスおよび方法の真の範囲と共に、明細書および実施例は例示のみとして考慮すべきものとして意図されている。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年９月１０日提出の米国仮出願番号第６１／２４１、３７３号、２００９年９月１０日提出の米国仮出願番号第６１／２４１、３７４号および２０１０年６月２４日提出の米国仮出願番号第６１／３５８、２９８号の利益を享受する。これらの出願の内容全体は参照によってここに組み入れる。
【０００２】
連邦支援研究に関する声明
本発明は、米国陸軍研究所により授与された授与番号Ｗ９１１ＮＦ−０８−２−０００４および米国エネルギー省により授与された授与番号ＤＥ−ＳＣ０００１０１３に基づく合衆国政府の支援でなされた。合衆国政府は本発明について一定の権利を有する。
【０００３】
共同研究の合意
本開示の発明は、大学−企業間協力研究の合意による以下の一以上の団体の協力により、および／またはこれに関連してなされた：ユニヴァシティ オブ ミシガンおよびグローバル フォトニック エネルギー コーポレーション。この合意はクレームした発明のなされる前およびなされた日に有効であり、クレームした発明はこの合意の範囲の活動の結果なされたものである。
【０００４】
開示の分野
本開示は全般に、エピタキシャルリフトオフを用いた、フレキシブル光起電力デバイス等の感光性デバイスの製造方法に関する。特に、本開示は、エピタキシャル成長を用いてフレキシブル光起電力デバイスを準備する方法および再利用のために成長用基板を保持する方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
背景
光電子（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）デバイスは物質の光学的および電子的性質によっており、電子的に電磁波放射を発生するか検出する、または、周囲の電磁波放射から電気を発生させるものである。
【０００６】
感光性光電デバイスは電磁波放射を電気に変換する。太陽電池は、光起電力（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ 「ＰＶ」）デバイスとも称され、電力を発生させるために特別に使用される感光性光電デバイスの一種である。太陽光以外の光源から電気的エネルギーを発生させるＰＶデバイスは、例えば、照明、加熱、または、電気回路、計算機、ラジオ、コンピュータ等のデバイスへの電力供給、または、遠隔モニター、通信装置のため、電力を消費する負荷体を駆動するために使用され得る。これらの電力発生への応用はしばしば、太陽や他の光源からの直接照射が使用できないときに連続運転をするため、または、特定の用途に要求されるＰＶデバイスの出力を一定にするために、バッテリーの充電を伴う。ここで使用される「負荷抵抗」は、電力を消費または貯蔵するあらゆる回路、デバイス、装置またはシステムを参照する。
【０００７】
別の種類の感光性高電子デバイスは光伝導セルである。この機能においては、検出回路が、光吸収による変化を検出するためにデバイスの抵抗をモニターする。
【０００８】
別の種類の感光性光電デバイスは、光検出器である。操作において、光検出器は光検出器は、印加されたバイアス電圧を受け、光検出器が電磁波放射に照射されたときに発生する電流を測定する電流検出回路と連結して使用される。ここで記載する検出回路は、光検出器にバイアス電圧を供給する、および電磁波放射に対する光検出器の電気的応答を測定する能力がある。
【０００９】
これら三種類の感光性光電デバイスは、下記で定義する整流接合が存在するかどうかによって、また、デバイスがバイアスまたはバイアス電圧として知られる外部からの印加電圧で動作するかどうかによっても特徴づけることができる。光伝導セルは整流接合を有しておらず、通常はバイアスによって動作する。ＰＶデバイスは、少なくとも一の整流接合を有し、バイアスなしで動作する。通常は、太陽電池は回路、デバイスまたは設備に電力を供給する。光検出器または光伝導体は、検出回路を制御するための信号もしくは電流、または検出回路からの情報の出力を供給するが、回路、デバイスまたは設備には電力を供給しない。
【００１０】
従来、感光性光電デバイスは、多数の無機半導体、例えば、結晶性、多結晶性および非晶質ケイ素、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム並びにその他で構築されてきた。ここでは、「半導体」の語は、電荷キャリアが熱的または電磁的励起により誘起されるときに電気を通すことのできる物質を指す。「光伝導性（ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）」の語は、一般的に、キャリアが物質中の電荷を伝導する、すなわち輸送するために、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより電荷キャリアの励起エネルギーに変換されるプロセスに関連する。「光伝導体」および「光伝導性物質」は、ここでは、電荷キャリアを生成する、電磁放射を吸収する性質のために選択された半導体物質を参照するために用いられる。
【００１１】
ＰＶデバイスは、入射する太陽エネルギーを有用な電力に変換し得る効率によって特徴づけることができる。結晶質または非晶質ケイ素を用いるデバイスは、商業的応用において重要であり、２３％以上の高効率を達成するものもある。しかしながら、効率的な結晶性ベースのデバイス、特に大きな表面積のものは、効率を損なう重大な欠陥なしに大きな結晶を製造することに本質的な問題があるため、製造が困難であり高価である。一方、高効率の非晶質ケイ素デバイスは、まだ安定性の問題を有している。現状で市販されている非晶質ケイ素の電池は、４〜８％の間の効率で安定となっている。
【００１２】
ＰＶデバイスは、標準的な照明条件下で（すなわち、１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５スペクトルの照明下での標準試験条件（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ））、電力発生を最大にするため、光電流と光電圧との最大積にするために最適化され得る。標準的な照明条件下のこのような電池の電力変換効率は以下の３つのパラメータに依存する：（１）ゼロバイアスでの電流、すなわちアンペア単位の短絡回路電流ＩＳＣ、（２）開回路条件下の光起電力、すなわちボルト単位での開回路電圧ＶＯＣ、および（３）曲線因子ｆｆ。
【００１３】
ＰＶデバイスは、負荷に接続され光に照射されたときに光生成（ｐｈｏｔｏ-ｇｅｎｅｒａｔｅｄ）電流を生じる。無限負荷（ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｌｏａｄ）下で照射されたときは、ＰＶデバイスは可能な最大電圧、Ｖ開回路またはＶＯＣを発生する。電気的接続が短絡した状態で照射されたときは、ＰＶデバイスは、可能な最大電流、Ｉ短絡回路またはＩＳＣを生じる。実際に電力を発生させるために使用するときは、ＰＶデバイスは有限の負荷抵抗に接続され、電力出力は電流および電圧の積、Ｉ×Ｖで与えられる。ＰＶデバイスにより発生する全体の最大電力は、本質的に積、ＩＳＣ×ＶＯＣを超過することはできない。負荷の値が最大電力を引き出すために最適化されたとき、電流および電圧はそれぞれＬｍａｘおよびＶｍａｘの値を取る。
【００１４】
ＰＶデバイスの性能を数値化したものは、曲線因子ｆｆであり、以下のように定義される：
ｆｆ＝｛ＩｍａｘＶｍａｘ｝／｛ＩＳＣＶＯＣ｝ （１）
ここで、実際の使用においてＩＳＣおよびＶＯＣが同時に得られることはないため、ｆｆは常に１より小さい。にもかかわらず、ｆｆが１に近づくにつれて、デバイスは直列または内部抵抗がより小さくなり、したがって最適条件下では、ＩＳＣおよびＶＯＣの積のより大きなパーセンテージを負荷に運搬する。ここで、Ｐｉｎｃはデバイスに入射する電力であり、デバイスの電力効率ηＰは、以下で計算し得る：
ηＰ＝ｆｆ＊（ＩＳＣ＊ＩＯＣ）／Ｐｉｎｃ
半導体の実質的な容積を占める内部形成電場を生成するためには、通常、特に分子の量子エネルギー状態の分布に関連する導電特性を適当に選択した材料の二層を並置する方法が取られる。これら二つの材料の界面は光起電性接合（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれている。従来の半導体理論では、ＰＶ接合を形成する物質は、一般的にｎまたはｐ型のどちらかを意味してきた。ここで、ｎ型は大部分のキャリアの種類が電子であることを意味する。これは、相対的な自由エネルギー状態で多数の電子を有する物質とみなすこともできる。ｐ型は大部分のキャリアが正孔であることを意味する。このような物質は相対的な自由エネルギー状態で多数の正孔を有する。型の背景としては、光生成ではなく、大部分のキャリア濃度は第一に意図的でない欠陥または不純物に依存する。不純物の種類および濃度は、価電子帯の最大エネルギーと伝導帯の最小エネルギーとの間のギャップ中の、Ｆｅｒｍｉエネルギーまたはレベルの値を決定する。Ｆｅｒｍｉエネルギーは、占有確率が１／２に等しいエネルギーの値で示される、統計的な分子の量子エネルギー状態の占有を特徴づける。伝導帯の最小エネルギー準位付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、電子が優勢なキャリアであることを示している。価電子帯の最大エネルギー付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、正孔が優勢なキャリアであることを示す。したがって、Ｆｅｒｍｉエネルギーは従来の半導体の第一の特徴的性質であり、プロトタイプのＰＶ接合はこれまでｐ−ｎ界面であった。
【００１５】
「整流」の語は、とりわけ接合部分が非対称な導電特性を有する、すなわち界面は好ましくは一方向の電荷輸送を行うことを意味する。整流は通常、適当に選択された物質の間の接合において生じる内部（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）電場を伴う。
【００１６】
従来の無機半導体ＰＶセルは、内部電場を形成するためにｐ−ｎ接合を用いていた。高効率ＰＶデバイスは、典型的には、高価な単結晶成長用基板上に製造される。これらの成長用基板は単結晶ウエハーを含む場合が多く、これは、「エピ層（ｅｐｉｌａｙｅｒ）（エピタキシャル層）」として知られる活性層のエピタキシャル成長のための構造的支持体および完全な格子を形成するために用いられうる。これらエピ層は、無傷の最初の成長用基板とともにＰＶデバイス中に一体化し得る。そうでなければ、それらのエピ層は移動されて、ホスト基板に再接合され得る。
【００１７】
いくつかの例では、所望の光学的、機械的または熱的性質を示すホスト基板にエピ層を移動することが望ましい場合がある。例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）エピ層はシリコン（Ｓｉ）基板上で成長させ得る。しかしながら、得られた物質の電子的な品質は、特定のエレクトロニクス分野への応用には不十分な場合がある。したがって、他の基板中でこれらのエピ層の一体性（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を保ちながら、格子整合したエピ層の高品質な物性を維持することが望ましい。このことは、エピタキシャルリフトオフとして知られる方法により実現され得る。エピタキシャルリフトオフ工程においては、エピ層は成長基板から持ち上げられ（ｌｉｆｔｅｄ ｏｆｆ）（例えば、接合または接着により）新しいホスト基板に再接合され得る。
【００１８】
典型的な成長用基板は厚く余分な重量があり、それらは所望のエピタキシャル成長特性を提供し得るが、その結果得られるデバイスは脆弱なため分厚い支持システムを必要とする場合が多い。エピタキシャルリフトオフはエピ層を、それらの成長用基板からより効果的で軽量かつ柔軟なホスト基板に移動するための好適な方法となり得る。典型的な成長用基板の相対的な不足およびそれらが最終的なセル構造に与える望ましい特性のため、連続するエピタキシャル成長において成長用基板をリサイクルおよび／または再利用することが望ましい。しかしながら、成長用ウエハーを再利用する従来の試みは、効率を低下させる結果となるか、ウエハーの上から物質を数μｍ取り除くことにより、ウエハーを「研磨」することが要求されていた。
【００１９】
米国特許出願公開第２０１０／００４７９５９号明細書は、単結晶基板からエピタキシャル層を選択的に遊離する方法を記載している。記載されている方法は、第一のバッファ層、エッチング停止層、第二のバッファ層および分離層の堆積を含む。分離層上に、電池を形成する一連の半導体層が堆積される。この方法は分離層のエッチングを含み、それにより半導体層は、基板並びにそれに伴うバッファ層およびエッチング停止層から引きはがされる。しかしながら、その明細書は、例えば、バッファ層および／またはエッチング停止層を選択的にエッチングして除く等の、遊離した基板を再利用のために準備する方法は記載していない。したがって、成長用基板の一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を再利用のために保持する方法を開発する必要性が残っている。
【発明の概要】
【００２０】
概要
本開示は、より効率的、軽量、かつフレキシブルなＰＶデバイスをさらに開発する要求に取り組んだものである。本開示は、加えてエピタキシャル成長層を成長用基板から非破壊的に取り除き、研磨または次の使用に先立って表面を破壊的な方法で準備する必要なしに、再利用のために成長用基板の一体性を保持する方法を開発する要求に取り組んだものである。ある場合には、この目的は、成長用基板を含む構造から、活性エピ層をより軽いフレキシブルなホスト基板に移動することにより達成される。場合によっては、エピ層移動のためのエッチング方法は、犠牲層の選択的エッチング、それに続く二以上の保護層の選択的エッチングを含むエピタキシャルリフトオフ法の使用を含み得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ここで記載するフレキシブルＰＶデバイス等の光電デバイスは、成長用基板を有する既存の（ｐｒｅ−ｅｘｉｓｔｉｎｇ）構造からエピ層を移動することにより製造され得る。いくつかの実施形態では、ここに記載するデバイスは、成長用基板上に最初に成長するエピ層により製造され得る。
【００２２】
したがって、ここに開示する方法は、
成長用基板およびエピ層を有する構造を提供する工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積して接触層を形成する工程；
前記接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
前記構造から前記エピ層を遊離する工程、を含む方法である。
【００２３】
一実施形態では、
成長用基板上にエピ層を成長させる工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積して接触層を形成する工程；
金属または合金被覆したホスト基板に前記接触層を接合する工程；および
前記構造から前記エピ層を遊離する工程、を含む方法である。
【００２４】
一実施形態では、成長用基板およびエピ層を有する構造を提供する工程；
前記エピ層上の少なくとも一の最上部接触（ｔｏｐ ｃｏｎｔａｃｔ）をパターニングする工程；
キャリア基板に前記エピ層を取り付ける工程；
前記成長用基板から前記エピ層を遊離する工程；
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
金または合金被覆したホスト基板に前記エピ層を接合する工程；および
前記エピ層から前記キャリア基板を除去する工程、を含む方法である。
【００２５】
他の実施形態では、
成長用基板上にエピ層を成長させる工程；
前記エピ層上に少なくとも一の最上部接触をパターニングする工程；
キャリア基板に前記エピ層を取り付ける工程；
前記成長用基板から前記エピ層を遊離する工程；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
金属または合金被覆されたホスト基板に前記エピ層を接合する工程；および
前記エピ層から前記キャリア基板を除去する工程、を含む方法である。
【００２６】
他の実施形態では、エピタキシャルリフトオフによりエピ層を遊離した後、成長用基板の平滑性を維持し、したがって基板を複数回使用できるようにする方法が開示される。いくつかの実施形態では、当該方法は（例えば少なくとも三の）多層膜の犠牲層および成長用基板を有する構造からのエピ層の移動を含み、その際、第一犠牲層はその構造からエピ層を遊離するためにエッチングされ、第二および第三の層は平滑な成長用基板を得るためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、成長用基板は再利用に適したものであり得る。
【００２７】
一実施形態では、多層膜は、当初の基板からＧａＡｓ太陽電池を移動するためにエッチングされる通常の犠牲層（例えばＡｌＡｓ）と共に、ＧａＡｓ等の基板と同様の材料を含む「ダミー層」およびＩｎＧａＰ等のバッファ層を含む。
【００２８】
基板がＩｎＰである時は、ダミー層は、ＩｎＰ基板の前にＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓバッファ層を含む。両方の場合に、基板から太陽電池を移動するために使用されるエッチング液は、ダミー層のみに損傷を与えるのみならず、バッファ層と共にダミー層に損傷を与え、双方は最初の基板から容易にエッチングによって除去される。したがって、最初の基板は再利用し得る。
【００２９】
一実施形態では、
少なくとも一の成長用表面を有する成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層を有する構造を提供する工程、ただし、前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および電池の間に位置する；
前記犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより電池を遊離する工程；
第二の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
第一の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第一の保護層を除去する工程を含む、成長用基板の一体性を保持する方法が開示される。
【００３０】
一実施形態では、前記構造はさらに成長用基板および第一の保護層の間にバッファ層を含む。
【００３１】
一実施形態では、
少なくとも一の成長用表面を有する成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および電池を成長用基板上に堆積する工程、その際前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は成長用基板および電池の間に配置される；
前記犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより前記電池を遊離する工程；
第二の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
第一の保護層をエッチング液でエッチングすることにより、第一の保護層を除去する工程、を含む、成長用基板の一体性を保持する方法が開示される。
【００３２】
一実施形態では、前記方法はさらにバッファ層を堆積する工程を含み、バッファ層は前記成長用基板および第一の保護層の間に配置される。
【００３３】
一実施形態では、
成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および少なくとも一のエピ層を前記成長用基板上に堆積し、前記犠牲層、第一の保護層および第二の保護層は成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、前記犠牲層は成長用基板および前記エピ層の間に配置される；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
前記少なくとも一のエピ層を、犠牲層をエッチング液でエッチングすることにより遊離する工程、を含む、ＰＶデバイスを製造する方法が開示される。
【００３４】
一実施形態では、前記方法はさらにバッファ層を堆積する工程を含み、前記バッファ層は前記成長用基板および第一の保護層の間に配置される。
【００３５】
一実施形態では、
成長用基板、犠牲層、バッファ層、第一の保護層、第二の保護層、第三の保護層、第四の保護層、少なくとも一のエピ層、少なくとも一の接触および金属または合金被覆されたホスト基板、を含み
前記犠牲層が前記成長用基板および前記少なくとも一のエピ層の間に配置され、第一の保護層および第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、第三の保護層および第四の保護層が前記犠牲層および前記エピ層の間に配置される、成長用構造が開示される。
【００３６】
本開示の前述のおよび他の特徴は、添付の図面を組み合わせた、以下の例示的な実施形態の詳細な説明から容易により明らかになるであろう。なお、便宜上すべてのデバイスの図面の高さ方向の寸法は、幅方向の寸法よりも誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する異なる方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図２】図２は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する、本明細書に従う追加の方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図３】図３は、本明細書に記載する実施形態によるフレキシブルＰＶデバイスを製造する、本明細書に従う追加の方法を示す、デバイスの概略断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、例示的なコントロールデバイスの概略断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本明細書に記載する方法に一致する方法で製造された、フレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を表している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を表している。
【図７Ａ】図７Ａは、図４Ａのコントロールデバイスの、光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図４ＢのフレキシブルＰＶデバイスの光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【図８Ａ】図８Ａは、例示的なコントロールウエハーを示す概略断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本明細書に記載する方法と一致する方法で製造されたフレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、コントロールウエハーの例を示す概略断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、ここに記載する方法と一致する方法で製造されたフレキシブルＰＶデバイスの概略断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）の両方の電流密度／電圧 特性を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ｃのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度／電圧 特性を示す。
【図１０Ａ】図１０は、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を示す。
【図１０Ｂ】図１０は、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、多様な太陽光強度下での図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の曲線因子を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＶＯＣを示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、多様な太陽光強度下での、図８Ａのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電力効率を示す。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子、ＶＯＣ、電流密度、および電力効率を示す。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、図８Ｃのコントロールウエハーの曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示す。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、引張応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１３〜１６で示される引張応力すべてを印加した後の図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの画像である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１３〜１６で示される圧縮応力すべてを印加した後の図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの画像である。
【図１８】図１８は、引張および圧縮応力を印加した後の、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を示す。
【図１９】図１９は、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの、他のデバイスとの性能の比較である。
【図２０】図２０は、構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態による、成長用基板から電池を除去する方法を示す。
【図２１】図２１は、構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態による、成長用基板から電池を除去する方法を示す。
【図２２】図２２は、ＡｌＡｓ犠牲層を用いたエピタキシャルリフトオフ後のＧａＡｓ基板の一体性を保持する方法の例を示す。
【図２３】図２３は、犠牲層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ超格子を用いたエピタキシャルリフトオフ後のＩｎＰ基板の一体性を保持する方法の例を示す。
【図２４】図２４は、本明細書に記載する実施形態による、成長用構造の例および層構成の断面を示す。
【図２５Ａ】図２５Ａは、図２４の成長用構造の製造前の、ＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本明細書に記載する実施形態による方法で図２４の構造をエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）およびエッチングした後の表面の原子間力顕微鏡像である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、新しいＩｎＰウエハー上に成長させた第一のデバイスおよび本明細書に記載する実施形態による方法で再利用したＩｎＰウエハー上に成長させた第二のデバイスのＩＶプロットを示す。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２６Ａのデバイスに対応する電気的量子効率（ＥＱＥ）プロットを示す。
【図２７Ａ】図２７Ａは、図２６Ａのデバイスに対応する短絡回路電流（ＩＳＣ）を示す。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、図２６Ａのデバイスに対応する開回路電圧（ＶＯＣ）を示す。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、図２６Ａのデバイスに対応する曲線因子（ＦＦ）を示す。
【図２７Ｄ】図２７Ｄは、図２６Ａのデバイスに対応する電力変換効率を示す。
【図２８】図２８は構造の概略断面図であり、本明細書に記載する実施形態によるＰＶデバイスの製造方法を示す。
【図２９Ａ】図２９Ａは、新しいＩｎＰ基板のＲＭＳ値、続いて図２６Ａの第一および第二のデバイスのＥＬＯリフトオフ後のＲＭＳ値、保護バッファ層を使用しないＥＬＯ後のデバイスのＲＭＳ値を報告する原子間力顕微鏡像を示す。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートとして冷間溶接およびＥＬＯの組み合わせにより製造したＩＴＯ／ＩｎＰ薄膜太陽電池の配列を含む、リフトオフされた２ｉｎｃｈ直径のエピタキシャル層のイメージである。
【図３０】図３０は、その後の製造およびＥＬＯのＩｎＰウエハーと比較した、図２４の成長用構造の製造前の新しいＩｎＰウエハーのＸ線電子スペクトル強度（ｋｃｏｕｎｔｓ）対接合エネルギー（ｅＶ）を示す。
【００３８】
挿入：反射光エネルギー電子線回折により得られた、酸化物層を除いた、新しい基板およびＥＬＯ工程後の基板の２ｘおよび４ｘ表面復元パターン。
【図３１】図３１は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートに接合されたコントロール電池と比較したときの、１ｓｕｎ、ＡＭ１．５Ｇでの太陽放射シミュレーションで測定された図７Ａの第一および第二のデバイスのＥＬＯ後の電流密度（Ａ／ｃｍ２）対バイアス（Ｖ）を示す。
【００３９】
挿入：当初の基板ＥＬＯおよび保護層除去後の原料基板（ａ）および保護層なしのＥＬＯ後の基板（ｂ）の表面モルフォロジー。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
詳細な説明
本明細書に記載する感光性デバイスは、これに限定されないが、太陽電池、光検出器、光センサー、光伝導体、化学センサーおよび生物学的センサーが含まれる。感光性デバイスの例には、ＰＶセルおよび／またはデバイスが含まれる。本明細書にはそれらの製造方法もまた記載されるが、その製造方法は、成長用基板上のエピタキシャル層成長および得られた電池の成長用基板からの移動が含まれ、前記基板の一体性は続けて再利用するために保持される。
【００４１】
本明細書で用いられる、「層」の語は、主要な寸法がＸ−Ｙすなわち長さおよび幅であり、通常は照明の入射の面に対して垂直である、感光性デバイスの部材または要素を参照する。「層」の語は、必ずしも単一の層または材料のシートに限定されないことに留意すべきである。層は積層物または材料シートの組み合わせを含みうる。加えて、ある層の表面は、そのような層と他の材料または層との界面を含み、不完全であってもよく、その際その層は他の材料または層と互いに貫通し合い、もつれ、入り組んだネットワークを呈していてもよいことに留意すべきである。同様に、その層のＸ−Ｙ方向に沿う連続性が、他の層または材料に遮られるか割り込まれるように、層は不連続であってもよいことを理解すべきである。
【００４２】
本明細書では、「ＩＩＩ−Ｖ材料」の語は、周期律表ＩＩＩＡ族およびＶＡ族の元素を含む化合物結晶を参照し得る。より詳細には「ＩＩＩ−Ｖ材料」の語は本明細書でガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）の族、並びにヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の族の組み合わせの化合物を参照する。代表的な材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＧａＳｂ、ＧａＡｌＳｂ、ＩｎＧａＴｅＰおよびＩｎＳｂ並びに関連するすべての化合物が含まれ得る。「ＩＶ族」の語は、周期律表のＩＶ欄のＳｉおよびＧｅ等の半導体を含む。ＩＩ−ＶＩ族は、例えば、周期律表のＩＩ族およびＶＩ族に属するＣｄＳおよびＣｄＴｅ等の半導体を含む。ここに開示する方法は、これらの半導体の共通の集合のすべてに適用できることを理解すべきである。
【００４３】
上述のように、本明細書に開示するフレキシブル光起電力デバイスは、エピ層および成長用基板を有する既存の構造を最初に提供し、または、成長用基板上にエピ層を最初に成長させることにより、製造し得る。そうすると、フレキシブルＰＶデバイスは以下の方法で製造され得る：
少なくとも一部の前記エピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
金属または合金被覆されたホスト基板に接触層を接合する工程；および
前記構造からエピ層を遊離する工程。
【００４４】
図１はフレキシブルＰＶセル等のＰＶデバイスの製造の概略を示している。図面、並びに、ある材料および層の相対的な大きさ／深さは、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。図１の方法は、「一回反転（ｓｉｎｇｌｅ ｆｌｉｐ）」法とも称され、デバイス１００の選択で開始される。デバイス１００は成長用基板１０２およびエピ層１０６を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００はさらに遊離層１０４を含み得る。選択的に、デバイス１００は成長用基板１０２上にエピ層１０６を成長させることにより準備してもよい。好適な成長法としては、例えば、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）／ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシー）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーを含み得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６は、ＰＶデバイスに使用されるのに望ましいいかなる活性物質を含んでもよい。物質の性質に応じて、ＰＶ活性層が異なる特性および／または異なる性能レベルを示してもよい。表１は、異なる活性層を含むＰＶセルの出力および効率を比較するものである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６は少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料から選択し得る。ＧａＡｓ、ＩｎＰおよび他のＩＩＩ−Ｖ化合物はＰＶデバイスを含む多様な種類の光電デバイスに好適な電子材料であり得る。一般的に、あるＩＩＩ−Ｖ化合物は、望ましい圧電特性および光電子光学特性、高い圧電定数および広い電子バンドギャップ（Ｓｉに対して）を有し得る。いくつかの実施形態では、あるエピ層の好ましい特性は、薄く、軽量なＰＶデバイスの製造を可能にし得る。いくつかの実施形態では、得られるＰＶデバイスは、ほんの数μｍの厚さから数百μｍの厚さを示し得る。例示的なデバイスでは、これらに限定はされないが、約１０〜約１５０μｍ、約２５〜約３０μｍ、約１０〜約２５μｍ、および、いくつかの例では、１０μｍ未満の最終的な厚さを示し得る。加えて、ＩＩＩ−Ｖ材料のいくつかは、それらが誘導された二元化合物（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓおよびＧａＡｓ）と厳密に一致した格子定数を有する三元または四元の「整合した（ｍａｔｃｈｅｄ）合金」として堆積され得るが、これは、デバイス性能を向上させる広範なヘテロ構造の製造を可能にする。ＩｎＰの整合した合金は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＧａＡｌＡｓ等の化合物を含む。
【００４８】
格子整合したＧａＡｓ化合物の非制限的な例としては、以下：Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ；Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ；並びに、しばしばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰと略記される、（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｘ（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）１−Ｘおよび（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘ等のＧａＡｓを含む、これらの任意の組み合わせ、が含まれる。同様の名称が以下の二つの化合物：（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘおよび（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ）Ｙ（Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ）Ｘ（ＧａＡｓ）１−Ｘ−Ｙ、にも用いられる。
【００４９】
また、Ｇｅは近接して整合しており、基板としてしばしば用いられるが、その層は通常ＧａＡｓウエハー上には成長させない。
【００５０】
ＩｎＰの格子整合した化合物の比制限的な例としては、以下：Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ；Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ；ＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５；ＡｌＡｓ０．５Ｓｂ０．５ および（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｘ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）１−Ｘ等のＩｎＰを含む上記の他の任意の組み合わせ；（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｘ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）Ｙ（ＩｎＰ）１−Ｘ−Ｙ；（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）Ｗ（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）Ｘ（ＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５）Ｙ（ＡｌＡｓ０．５Ｓｂ０．５）Ｚ（ＩｎＰ）１−Ｗ−Ｘ−Ｙ−Ｚ、が含まれる。
【００５１】
一実施形態では、低濃度の窒化物を化合物に少量の窒素（０〜５％）を添加することにより用いることができる。この実施形態では、ＩｎまたはＳｂ等の他の物質を、格子整合を維持するために添加する必要がある。このことは、格子を整合させつつ、低いバンドギャップ材料を製造するのに有用な場合がある。
【００５２】
エピ層１０６は、異なる材料の「スタック」を含むこともできる。例えば、いくつかの実施形態では、エピ層１０６は異なるＩＩＩ−Ｖ材料のスタックを含み得る。スタックの例としては、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＰ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓを含み得る。例示的なスタックは、交互層の「超格子」を含み得る。超格子の例は、ＩｎＡｓ／ＡｌＡｓの交互層を含み得る。
【００５３】
さらに、エピ層１０６は、「歪み層」として知られる格子不整合層として堆積し得る。格子不整合材料はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等の格子整合材料と比較して異なる成長モードを示し得る。例示的な格子不整合層は、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、エピ層１０６はドープされていてもよい。好適なドーパントとしては、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅを含み得る。例えば、エピ層１０６は、Ｂｅ等のドーパントでスタックの各物質が軽くドープされた、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓスタックを含み得る。
【００５５】
成長用基板１０２はどのような数の材料を含んでもよく、それらには単結晶ウエハー材料が含まれる。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２は、これらに限定はされないが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイヤおよびこれらの組み合わせから選択された材料を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２はＧａＡｓを含む。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２はＩｎＰを含む。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２を含む材料はドープされていてもよい。好ましいドーパントとしては、これに限定はされないが、亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族化合物）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＦｅおよびＣｒを含み得る。例えば、成長用基板１０２は、Ｚｎおよび／またはＳでドープされたＩｎＰを含み得る。特に指摘しない限りは、例えばＩｎＰを含む層を参照したときは、ドープされていない形態およびドープされた形態（例えば、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）のＩｎＰを含むことが理解されなければならない。好ましいドーパントは、例えば、基板の半絶縁性の性質またはその中に存在する欠陥に応じて選択すればよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、遊離層１０４はエッチング停止層を含み得る。いくつかの実施形態では、遊離層１０４は、これらに限定はされないが、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓおよびＩｎＰ等の、エピタキシャルリフト工程で使用するのに好適などのような材料からも選択し得る。
【００５７】
ある遊離層（例えば、エッチング停止層）および／または遊離物質は、エッチング停止層を参照する別個の表示がなくとも、エピ層１０６に組み込まれ得ることが理解されるべきである。例えば、「ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ」構造を有するデバイスは、単一のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓエピ層スタックとして参照され得る。そうでなければ、そのような構造は、一層以上（例えば、ＧａＡｓエピ層およびＡｌＧａＡｓエッチング停止層）を有すると記載され得る。同様に、「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ」構造は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓエピ層スタック、またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰエピ層スタックおよびＩｎＧａＡｓエッチング停止層として記載され得る。
【００５８】
図１に示される具体的な層の配列および材料は、例示に過ぎず、これに限定することを意図するものではない。例えば、いくつかの層（例えば遊離層１０４）は省略してもよい。他の層（例えばポリマー層、接合および活性層）を追加してもよい。層の順序も入れ替え得る。具体的に記載した以外の配置も使用し得る。
【００５９】
図１に示す方法の第一の段階では、接触層がデバイス１００のエピ層１０６の表面上に堆積される。好ましい接触層は、これらに限定はされないが、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）等の材料を含む。いくつかの実施形態では、接触層はＡｕである。他の好ましい接触層は、合金およびこれらの材料のスタックを含み得る。例えば、エピ層１０６上の接触層は、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＧｅ／Ａｕスタックを含み得る。接触層は、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）および、スパッタリング法、熱蒸発またはＥビーム蒸発法等の他の物理蒸着法を含む、この分野で適用される好ましい方法のいずれを用いても、エピ層１０６上に堆積される。
【００６０】
エピ層１０６への接触層の堆積においては、エピ層１０６はホスト基板１１０に接合され、中間構造１０８を形成する。いくつかの実施形態では、ホスト基板１１０は、エピ層１０６上に堆積される接触層として選択されるものと同様の物質で被覆され得る。そのような被覆は、ホスト基板１１０へのエピ層１０６の接合を補助するために有効である場合がある。例えば、エピ層１０６の接触層は、ホスト基板１１０がＡｕで被覆される一方で、Ａｕを含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい接合方法は、冷間接合（ｃｏｌｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）、多種の接着方法、ワックス（例えばブラックワックス）、フォトレジスト、シルバーペイント（ｓｉｌｖｅｒ ｐａｉｎｔ）、陽極接合、およびこの分野で知られる他の接合方法を含み得る。一実施形態では、冷間接合は、冷間圧接を含み得る。冷間圧接では、二層の金属層の間に形成される接触に、単に軽い圧力をかけることにより、最終的に接合する。本開示に関連する冷間圧接の技術に関しては、参照によりここに組み入れる、米国特許第６、８９５、６６７号明細書で議論されている。
【００６１】
フレキシブルＰＶ製品を作製する努力において、エピ層１０６を薄膜のかつ／またはフレキシブルなホスト基板に移動することが好ましい。したがって、いくつかの実施形態では、ホスト基板１１０は少なくとも一のポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーはポリエステルおよびポリイミドから選択され得る。いくつかの実施形態では、好適なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレートが含まれ得る。使用し得る市販のポリエステルの非制限的な例としては、Ｍｙｌａｒ（登録商標）が挙げられる。使用し得る市販のポリイミドの非制限的な例としては、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）が挙げられる。
【００６２】
一旦中間構造１０８が形成されれば、エピ層１０６は成長用基板１０２から移動し得る。いくつかの実施形態では、中間構造１０８から成長用基板１０２を除去するには、ＨＦ等のエッチング液を用いることにより行われ得る。他の好ましいエッチング液としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）およびこれらの組み合わせが含まれ得る。例えば、好ましいエッチング液の組み合わせとしては、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌおよびＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ、およびＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが含まれ得る。いくつかの実施形態では、中間構造はさらに遊離層１０４を含み得る。遊離層１０４は、適当なエッチング停止材料を含み、これによりエピ層１０６が遊離層１０４の水平なエッチングにより成長用基板１０２から分離され得る。
【００６３】
成長用基板１０２の除去により、デバイス１１２が得られる。成長用基板１０２の除去の際には、エピ層１０６の露出した表面上に、最上部接触がバターン化されてもよい。好ましい最上部接触は、これらに限定はされないが、酸化スズ（ＴＯ）、ガリウムインジウムスズ酸化物（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ）およびアルミニウム亜鉛酸化物（ＡｌＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の酸化物、およびカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含み得る。いくつかの実施形態では、酸化物はドープされていてもよい。いくつかの実施形態では、市販のＩＴＯ（接触）上に堆積されるガラスまたはプラスチック等の、透明基板および抵抗電極（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、接触はＩＴＯである。
【００６４】
ポリエステル（例えば、Ｍｙｌａｒ（登録商標）およびポリイミド（例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標））等の材料がホスト基板１１０として選択されるときは、得られるデバイス１１２は、保管、輸送および配置の簡便な方法に適した、軽量でフレキシブルなＰＶセルを提供し得る。この様な材料の使用は、得られる電池の重量を減少させ、ワット／グラム比の大きいＰＶデバイスを作製を可能にし、それらは、宇宙応用および無人航空機（ＵＡＶ）等の重量制限される技術に有用であり得る。
【００６５】
上述のように、別の実施形態では、本明細書に記載するフレキシブルＰＶデバイスは、最初にエピ層および成長用基板を有する既存の構造を提供することにより、または、最初に成長用基板上にエピ層を成長させることにより、製造し得る。その際、フレキシブルＰＶデバイスは、
前記エピ層上に少なくとも一の最上部接触をパターニングする工程；
前記エピ層をキャリア基板に取り付ける工程；
前記エピ層を前記成長用基板から遊離する工程；
少なくとも一部のエピ層上に少なくとも一の金属または合金を堆積し、接触層を形成する工程；
前記エピ層を金属または合金被覆されたホスト基板に接合する工程；および
前記エピ層からキャリア基板を除去する工程、によって製造し得る。
【００６６】
他の選択的な実施形態では、パターニング工程は、このプロセスの最初の工程がエピ層 をキャリア基板に固定する工程を含むように、代わりに最後に（例えば除去工程の後）行われてもよい。
【００６７】
図１と同様に、図２はあるＰＶデバイス製造の概略図を示している。図２の方法は、概略的に「二回反転（ｄｏｕｂｌｅ ｆｌｉｐ）」法と称されるものである。図１と同様に、デバイス１００は、成長用基板１０２およびエピ層１０６を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００はさらに遊離層１０４を含み得る。特に指摘しない限りは、図２に概略を示す方法の好ましい材料は、図１についての上記の説明に含まれ得る。
【００６８】
図２の最初の工程では、デバイス１００が提供される。デバイス１００は既存の光電デバイスであり得る。選択的に、デバイス１００は、エピ層を成長用基板１０２上に成長させることにより準備することができ、これは、上記での議論に含まれる任意の好ましい方法によって実施され得る。
【００６９】
次に、デバイス１００のエピ層１０６上に、最上部接触をパターニングし得る。エピ層１０６は、その後キャリア基板２０４に固定し、中間構造２０２を形成し得る。いくつかの実施形態では、キャリア基板２０４は、単結晶ウエハー等のウエハー材料を含み得る。いくつかの実施形態では、キャリア基板２０４は非ウエハー基板を含み得る。例えば、キャリア基板２０４は、ブラックワックス等のロウ引き基板を含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１００は少なくとも一の結合剤を用いてキャリア基板２０４に固定し得る。いくつかの実施形態では、少なくとも一の結合剤は、これらに限定はされないが、多種のフォトレジスト、ブラックワックス、およびパラフィン等の好ましいワックスおよび溶解し得る接着剤から選択され得る。
【００７０】
一旦中間構造２０２が形成されれば、エピ層１０６は成長用基板１０２から移動でき、中間構造２０６を形成する。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２の除去は、図１について上記したものと同様の方法で行われ得る。中間２０６の形成により、パターニングされた最上部接触はエピ層１０６およびキャリア基板２０４の間に位置し得る。接触層はエピ層１０６の露出表面上に堆積され得る。
【００７１】
次の工程では、中間構造２０６のエピ層１０６は、ホスト基板１１０に接合し、中間構造２０８を形成し得る。図１において開示した方法と同様に、図２のホスト基板１１０は、エピ層１０６上に堆積される接触層と同様の材料を含む被覆を含み得る。これは、ホスト基板１１０をエピ層１０６に接合する際に助けとなり、接合は、冷間接合、多種の接着技術、ワックス（例えばブラックワックス）、フォトレジスト、シルバーペイント、陽極接合、およびこの技術分野で公知の他の接合技術等の公知の方法によって達成され得る。
【００７２】
中間構造２０８の形成の際、キャリア基板２０４は加熱（ワックス溶融のための）または溶媒（例えばアセトン）へのワックス溶解等の公知の方法により除去され、デバイス１１２を得る。
【００７３】
いくつかの実施形態では、図１および２に示される方法を通して作製されたデバイスに追加層を加えることが好ましい場合がある。例えば、デバイス１１２のエピ層１０６に追加層を追加することが好ましい場合がある。図３は、層３０２をエピ層１０６に追加し、デバイス３０４を形成する様子を表している。いくつかの実施形態では、層３０２は、ホスト基板１１０によって提供される構造的な支持を補強するフレキシブル材料を表し得る。したがって、いくつかの実施形態では、層３０２はポリマーを表し得る。いくつかの実施形態では、層３０２およびホスト基板１１０の両方は重合性材料を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリエステルおよびポリイミドから独立に選択し得る。いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリエステルはＭｙｌａｒ（登録商標）を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリイミドはＫａｐｔｏｎ（登録商標）を含み得る。
【００７４】
さらに別の実施形態では、エピタキシャルリフトオフによりエピ層を遊離した後、成長用基板の平滑性を維持する方法が開示される。例示的な方法は、図２２および２３で概略が示されるものを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、例えば犠牲層および成長用基板等の少なくとも三の積層を有する構造からのエピ層の移動を含み、この方法において、第一の犠牲層はエピ層を構造から遊離するためにエッチングされ、第二および第三の層は、平滑な成長用基板を得るためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、第二の犠牲層は、「ダミー」層として参照され得る。他の実施形態では、三以上の犠牲層を有する構造からエピ層を除去することが好ましい。例えば、いくつかの実施形態では、その構造は最初のエッチング工程で除去され、それにより最終的にエピ層を除去することになる複数の犠牲層を有する超格子を含み得る。続くエッチング工程は、第一のエッチング工程で除去されなかった追加の犠牲層（例えばダミー層）を除去するために使用することができ、保持された平滑性および再利用に好適な成長用基板を得ることができる。ここで用いられるように、「犠牲層」の語は、一以上の遊離、ダミーおよび／または保護層を記載するかまたは参照するために用い得る。
【００７５】
上述のように、フレキシブルＰＶデバイスおよび本明細書に記載する成長方法は、最初にエピ層および成長用基板を有する既存の構造を提供するか、または、最初に成長用基板上にエピ層を成長させることにより達成し得る。このようにすると、本方法の目的である、遊離のプロセスが下地の基板を非破壊とすることにより、成長用基板は多数回の再利用のために遊離される。いくつかの実施形態では、この方法は、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層、を有する構造を提供する工程、ここで、犠牲層および第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置され；
エッチング液で犠牲層をエッチングすることにより電池を遊離する工程；
エッチング液で第二の保護層をエッチングすることにより第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で第一の保護層をエッチングすることにより第一の保護層を除去する工程、を含む。
【００７６】
図２０は、エピ層／電池構造の積層からの成長用基板の除去を含む、あるＰＶデバイスの作製の概略を示す。図２０の方法は、構造４００の選択で開始され得る。構造４００は成長用基板１０２および電池４０４を含み得る。電池４０４は、いくつかの異なる半導体合金等のエピ層、接触層、基板および中間層の多層膜を含む、成長後の完全に開発された電池を表し得ることを理解すべきである。また、エピ層１０６について上記した一以上の好ましい材料を含む単一のエピ層等の一以上の成長層を単に含む場合もあることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、電池４０４は、光を電気に変換するのに必要とされる、光学的および電気的に活性な半導体層を含むＰＶセル構造である。
【００７７】
成長用基板１０２は、単結晶ウエハー材料を含む、任意の数の材料を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２は、上記の材料から選択し得る。
【００７８】
構造４００は、さらに犠牲層４０５、第一の保護層４０８および第二の保護層４０６を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２および第二の保護層４０６は同様の材料を含み得る。これらの材料は、例えば、ＧａＡｓおよびＩｎＰから選択され得る。いくつかの実施形態では、その材料がＧａＡｓであるとき、第一の保護層４０８は、ＩｎＧａＰおよびＡｌＧａＡｓから選択され得る。いくつかの実施形態では、その材料がＩｎＰであるとき、第一の保護層４０８はＩｎＧａＡｓを含み得る。いくつかの実施形態では、全てのエピ層が基板と格子整合しているか、または、多数の転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）または他のモルフォロジー欠陥をもたらす臨界の厚さ未満であると推測される。
【００７９】
いくつかの実施形態では、構造４００はさらに第一の保護層４０８および成長用基板１０２の間に配置される少なくとも一のバッファ層を含み得る。いくつかの実施形態では、成長用基板１０２、第二の保護層４０６およびバッファ層はＩｎＰ等の同様の材料を含み得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、本明細書で記載する層はドープされていてもよい。例えば、ＩｎＰを含む層を参照するときは、ドープされていない形態およびドープされた（例えばｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）形態のＩｎＰを包含することが推測されるべきである。好ましいドーパントは、これらに限定はされないが、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族）、Ｚｎ、Ｃｄのｐ型ドーパント、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅの二極性ドーパント並びにＳｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅのｎ型ドーパントが含まれ得る。
【００８１】
図２０に示される具体的な層の配置および材料は例示に過ぎず、限定を意図するものではない。例えば、いくつかの層（少なくとも一のバッファ層等）はなくてもよい。他の層（ポリマー層、接合および活性層等）が追加されてもよい。層の順序は入れ替えてもよい。具体的に記載された以外の配置を使用してもよい。
【００８２】
図２０の最初の工程では、構造４００、犠牲層４０５はエッチング液にさらし、それによりエッチングが開始され、部分的にエッチングされた犠牲層４０５を有する中間構造４１２が得られる。いくつかの実施形態では、犠牲層４０５はＡｌＡｓを含む。
【００８３】
いくつかの実施形態では、図２１に例示されるように、構造５００はＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ等の「超格子」を表す犠牲層４０５を含むことができ、犠牲層４０５の初期のエッチングは、超格子のＡｌＡｓ層の部分的なエッチングをもたらし、構造５０２の部分的にエッチングされた犠牲層４０５が得られる。中間構造４１２および５０２のエッチングの完了により、電池２０４は遊離され構造４１４が得られる。いくつかの実施形態では、中間構造４１２または５０２からの成長用基板１０２の除去は、ＨＦ等のエッチング液を用いることにより達成される。他の好ましいエッチング液は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、硝酸（ＨＮＯ３）、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７）およびそれらの組み合わせを含み得る。例えば、好ましいエッチング液の組み合わせは、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２ＯおよびＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを含み得る。
【００８４】
構造４１４は、第一の保護層４０８、第二の保護層４０６、成長用基板１０２および選択的に少なくとも一のバッファ層を含む。図２０の次の工程では、第二の保護層４０６はエッチング液を用いてエッチングすることにより除去される。好ましいエッチング液は、上記で議論したものを含み得る。例えば、ＧａＡｓ第二の保護層はＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２エッチング液で除去し得る。ＩｎＰ第二の保護層は、例えば、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌエッチング液で除去し得る。第二の保護層４０６の移動により構造４１６が得られる。いくつかの実施形態では、構造４１６から第一の保護層４０８をエッチングし、成長用基板１０２を得ることが望ましい場合がある。例えば、ＩｎＧａＰ第一の保護層はＨ３ＰＯ４：ＨＣｌエッチング液を用いてＧａＡｓ成長用基板からエッチングし除き得る。
【００８５】
上述のように、いくつかの実施形態では、構造４００はさらに犠牲層４０５および成長用基板１０２の間に位置する少なくとも一のバッファ層を含み得る。いくつかの実施形態では、バッファ層は成長用基板１０２および第一の保護層４０８の間に配置し得る。いくつかの実施形態では、バッファ層は成長用基板の成長用表面上に直接堆積させ、第一の保護層はバッファ層の成長用表面上に直接堆積させる。第一の保護層および成長用基板が同じ材料を含む場合には、少なくとも一の追加層を単に移動し「バッファされた（ｂｕｆｆｅｒｅｄ）」成長用構造を得ることが望ましい場合がある。例えば、ＩｎＧａＡｓ追加層は、構造４１６からエッチングされ、ＩｎＰバッファ層およびＩｎＰ成長用基板を含むバッファされた成長用基板を得ることができる。
【００８６】
成長用基板／バッファされた成長用基板を遊離することは、ウエハーの連続する再利用を可能にする非常に平滑な表面をもたらし得る。いくつかの実施形態では、第一の保護層４０８の除去後のバッファ層は、構造４００の作製中の第一の保護層の堆積に先立つ成長用基板１０２の成長用表面よりも平滑である。いくつかの実施形態では、成長用基板の成長用表面は、第一の保護層の堆積に先立ち、ＲＭＳ（粗さ測定システム（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ））が、約０．３２ｎｍ等、約０．２５〜約０．３５ｎｍの値を示す。いくつかの実施形態では、バッファ層の成長用表面が、第一の保護層の除去後に、ＲＭＳが０．１６ｎｍ等の約０．１０〜約０．２０ｎｍの値を示す。いくつかの実施形態では、バッファされた成長用基板が、研磨剤による研磨の必要なしに多数回再利用し得る。
【００８７】
しかしながら、いくつかの実施形態では、バッファされた成長用基板をさらに超音波処理することが好ましい場合がある。超音波処理は、残留している表面のどのような特徴および／または欠陥も取り除くために実施し得る。例えば、いくつかの実施形態では、エッチング後に残っているどのような残留ＩｎＧａＡｓもバッファされたＩｎＰ成長用基板から除去することが好ましい場合がある。いくつかの実施形態では、超音波処理は、クエン酸：Ｈ２Ｏ２等の適当な酸溶液と共に行われ得る。
【００８８】
図２８は、あるＰＶデバイス、フレキシブルＰＶセル等の作製の概略を示している。図２８の方法は、「一回反転」法として参照され得るが、成長用基板１０２の選択から開始することができる。最初の工程では、第一の保護層４０８、第二の保護層４０６、犠牲層４０５およびエピ層４０４が順に堆積され、構造４００が得られ得る。好ましい成長方法は、例えば、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）／ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシー）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーを含み得る。いくつかの実施形態では、エピ層４０４はＰＶデバイス中での使用に好適な任意の活性材料を含み得る。材料の性質に応じて、ＰＶ活性層は異なる特性および／または性能レベルを示し得る。表１（上記）は異なる活性層を含むＰＶセルの出力および効率を比較している。
【００８９】
いくつかの実施形態では、電池（エピ層）４０４はエピ層１０６として上記で説明した少なくとも一の材料から選択し得る。
【００９０】
ある遊離層（例えばエッチング停止層）および／または遊離物質は、エッチング停止層への参照が別途明記されていなくとも、エピ層４０４に組み込まれることを理解するべきである。例えば、「ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ」構造を有するデバイスは、単一のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓエピ層スタックを参照し得る。そうでなければ、一以上の層（例えば、ＧａＡｓエピ層およびＡｌＧａＡｓエッチング停止層）を有するそのような構造として記載され得る。同様に、「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ」構造は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓエピ層スタックとして記載され、または、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰエピ層スタックおよびＩｎＧａＡｓエッチング停止層として記載され得る。
【００９１】
図２８に示される本方法の次の工程は、構造６００を、接触層をエピ層４０４の表面上に堆積することにより作製する。好ましい接触層およびそれらの作製は、図１について上記したものを含み得る。
【００９２】
エピ層４０４への接触層６０２の堆積に際して、エピ層４０４はホスト基板６０４に接合され中間構造６０６を形成する。いくつかの実施形態では、ホスト基板６０４は、エピ層４０４上に堆積される接触層として選択されるものと同様の、金属または合金等の材料で被覆されていてもよい。そのような被覆は、エピ層４０４をホスト基板６０４に接合する補助として効果的であり得る。例えば、エピ層４０４の接触層は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｄを含み得る一方で、ホスト基板６０４は同じ金属で被覆される。いくつかの実施形態では、好ましい接合技術としては、エピ層１０６およびホスト基板１１０の接合について上記したものを含み得る。しかしながら、ある背景では、成長用基板を遊離した後に、ホスト基板６０４をエピ層４０４に接合することが好適である場合がある。
【００９３】
フレキシブルＰＶ製品を開発する努力において、エピ層４０４を薄いかつ／またはフレキシブルホスト基板に移動することが望ましい場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、ホスト基板６０４は少なくとも一のポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーはポリエステルおよびポリイミドから選択され得る。いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートを含み得る。使用し得る、市販のポリエステルの非制限的な例としてはＭｙｌａｒ（登録商標）が含まれる。使用し得る、市販のポリイミドの非制限的な例としてはＫａｐｔｏｎ（登録商標）が含まれる。
【００９４】
一旦中間構造６０６が形成されれば、エピ層４０４は成長用基板１０２から移動し得る。いくつかの実施形態では、中間構造６０６からの成長用基板１０２の除去は、ＨＦ等のエッチング液を用いた犠牲層４０４の選択的エッチングによって達成し得る。他の好ましいエッチング液は上記で議論した通りである。犠牲層４０４の部分的エッチングにより中間構造６０８が得られ、次いで完全な水平方向のエッチングが行われる。
【００９５】
保護層を伴う成長用基板１０２の除去によりデバイス６１０が得られる。最上部接触がデバイス６１０のエピ層４０４の露出表面上にパターニングされ得る。好ましい最上部接触はデバイス１１２について上記したものを含み得る。
【００９６】
ポリエステル（例えばＭｙｌａｒ（登録商標））およびポリイミド（例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標））等の材料がホスト基板６０４として選択されたときは、ホスト基板１１０について上記したもの等の、得られるデバイス６１０が保管、輸送および配備の簡便な方法に好適な、軽く、フレキシブルなＰＶセルを呈し得る。このような材料を使用することで、得られる電池の重量を減少させ、ワット／グラム比の大きいＰＶデバイスの作製を可能にし、それらは、宇宙応用および無人航空機（ＵＡＶ）等の重量制限される技術に有用であり得る。
【００９７】
いくつかの実施形態では、残っている成長用基板は第二の保護層４０６および第一の保護層４０８を選択的エッチングで除くことにより、再利用のために準備し得る。いくつかの実施形態では、構造４００は、成長用基板１０２および第一の保護層４０８の間に配置されるバッファ層をさらに含み得る。再利用のための成長用基板の準備は、ここに記載する実施形態に一致する方法で達成し得る。
【００９８】
本発明は、純粋に本発明の例示として意図される、以下の比制限的例により、より明確にされる。
【実施例】
【００９９】
実施例
図４Ａは、ＩｎＰ／ＩｎＰスタックエピ層およびＩｎＰ成長用基板を有する例示的なコントロールデバイスの構造を示す。このデバイスは、ＩＴＯ最上部接触およびＺｎ／Ａｕ接触層と共にＩｎＡｌＡｓエッチング層をも有している。図４Ｂは図１に概略を示す方法により作製されたデバイスを表している。図４Ｂのデバイスは、エピ層としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓスタックおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）ホスト基板を有するデバイスを表している。このデバイスは、ＩＴＯ最上部接触および接触層としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕスタックをも有している。
【０１００】
図５Ａは、図５Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果と比較した、図４Ａのコントロールデバイスについて、光強度（ｓｕｎ）に対する電力効率（％）を表している。図６Ａは、図６Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果との比較として、図４Ａのコントロールデバイスについて、光強度（ｓｕｎ）に対する開回路電圧（ＶＯＣ）を示している。図７Ａは、図７Ｂに示す図４Ｂのデバイスについての結果の比較として、図４Ａのコントロールデバイスについて光強度（ｓｕｎ）に対する曲線因子（％）を表している。
【０１０１】
図８Ａは、それぞれＢｅがドープされた、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰスタックエピ層およびＩｎＧａＡｓエッチング停止層を有する例示的なコントロールウエハーの構造を描いている。このウエハーは、ＺｎでドープされたＩｎＰ基板をも有している。このウエハーはガスソース分子線エピタキシーによってＩｎＰ基板上に成長させることにより製造された。エピ層スタックのベース層となっているのはｐがドープされた３．０μｍ厚さのＩｎＰ層である。エピ層の最上部側は、得られるフレキシブルＰＶデバイスのｐ型ｏｈｍｉｃ接触の場所を提供する多量にＢｅがドープされた格子整合ＩｎＧａＡｓ層を含む。
【０１０２】
図８Ｂの例示的なフレキシブルＰＶデバイスは、図８Ａに示すウエハーのエピ層の上面（ＩｎＧａＡｓ）および１２５μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シート両方の上に、ｐ金属（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を電子線蒸着させることから開始される、「一回反転」法によって作製した。図８Ａのウエハーを３５０°Ｃで９０秒間アニーリングした後、ＩｎＧａＡｓ層の最上部を反転させ、ウエハーをシルバーペーストを介して被覆Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）上に載置した。ＩｎＰ基板およびＩｎＧａＡｓエッチング停止層は、それぞれ、リン酸／塩酸（Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ＝１：３）、および硫酸／過酸化水素（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０）溶液を用いて除去した。１５０ｎｍ厚さのＩＴＯ接触層および約０．００７８５ｃｍ２の面積をシャドーマスクを通してスパッタリングし、その結果図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスを得た。
【０１０３】
図８Ｃは、Ｚｎドープされたｐ型（１００）ＩｎＰ基板上にガスソース分子線エピタキシーによって成長させた例示的なコントロールウエハーを表している。この構造は、０．３７５μｍ厚さのｐ型（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰバッファ層、０．２５μｍ厚さの格子整合したＢｅドープ（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ｐ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層、２．０μｍ厚さの少量でｐドープされた（５ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰ吸収層、および最後に０．３μｍ厚さの格子整合したＢｅドープ（１ｘ１０１９ｃｍ−３）ｐ型ＩｎＰ Ｏｈｍｉｃ接触層、からなる。
【０１０４】
図８Ｄの例示的なフレキシブルＰＶデバイスは、図８Ｃに示すウエハーのエピ層の最上部ＩｎＰ接触および２５μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートの両方に（各厚さ３００Å）、ｐ金属接触（Ｐｔ−Ａｕ）を電子線蒸着することから開始する、「一回反転」法によって作製した。電子線蒸着後、ウエハーはｐ接触側を下にして、Ｐｔ／Ａｕ被覆Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートに、５０ＭＰａの圧力を６０秒間印加するＭＴＳ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＲＴ／１００ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを用いた冷間圧接により載置した。ＩｎＰ基板および連続するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層は、その後Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ＝１：３溶液を用いて、次にＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０を用いて除去した。これらの溶液を用いたエッチング速度は、それぞれ、ＩｎＰに対しては約３μｍ／ｍｉｎおよびＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓに対しては約０．２μｍ／ｍｉｎである。最後に、シャドーマスクによって決められた０．７８５ｍｍ２の面積の１５０ｎｍ厚さのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）Ｓｃｈｏｔｔｋｙダイオード接触が基本圧力２ｘ１０−６ｔｏｒｒ、ＲＦ出力４０Ｗ、および堆積速度０．２Å／ｓｅｃでスパッタリングされ、その結果図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスを得る。
【０１０５】
図９Ａは、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での電流密度／電圧 特性を表している。図９Ｂは、室温下、ＡＭ１．５Ｇの太陽スペクトルのシミュレーション１ｓｕｎ強度（１００ｍＷ／ｃｍ２）での、図８Ｃのコントロールウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の電流密度／電圧 特性を表している。図１０Ａは、波長６５０ｎｍおよび１１００ｎｍの間の、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス両方のＥＱＥ特性を表している。図１０Ｂは、ＡＭ１．５太陽スペクトル全体に亘る、図８Ｃのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＤのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方のＥＱＥ特性を表している。図１１Ａ〜Ｄは、図８Ａのウエハー（ＩＴＯ／ＩｎＰ コントロールＰＶ）および図８ＢのフレキシブルＰＶデバイス（ＩＴＯ／ＩｎＰ 薄膜ＰＶ）両方の、多様な太陽強度下での曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率を示している。図１１Ｅおよび１１Ｆは、図８ＤのフレキシブルＰＶデバイスおよび図８Ｃのコントロールウエハーの、曲線因子、ＶＯＣ、電流密度および電力効率、をそれぞれ表している。
【０１０６】
図１２ＡおよびＢは、圧縮および引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対曲げ半径を示している。図１２ＣおよびＤは、圧縮および引張応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電流密度対曲げ半径を示している。図１３ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの電力効率対太陽光強度を示している。図１４ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスのＶＯＣ対太陽光強度を示している。図１５ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの曲線因子対太陽光強度を示している。図１６ＡおよびＢは、引張および圧縮応力下での、図８ＢフレキシブルＰＶデバイスの応答性対太陽光強度を示している。
【０１０７】
図１７ＡおよびＢは、図１３〜１６に示した応力のすべてを印加した後の図８ＢのフレキシブルＰＶデバイスの画像を示している。
【０１０８】
図１８は、引張および圧縮応力を印加した後の、図８Ｄで示されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を示している。
【０１０９】
図１９では、図８Ｄで表されるフレキシブルＰＶデバイスの性能を、異なるデバイスと比較している。
【０１１０】
図２０は、ＡｌＡｓ犠牲層を用いたエピタキシャルリフトオフ後に、ＧａＡｓ基板の平滑性を保持する例示的な方法を表している。
【０１１１】
図２１は、犠牲層としてＩｎＡｓ／ＡｌＡｓ超格子を用いたエピタキシャルリフトオフ後に、ＩｎＰ基板の平滑性を保持する例示的な方法を表している。
【０１１２】
図２４は、以下の方法で作製された、例示的な成長用構造の断面を表している。エピタキシャル層はガスソース分子線エピタキシー（ＧＳＭＢＥ）により、Ｓドープされた（１００）ＩｎＰ基板上に、０．２μｍ厚さのＩｎＰバッファ層から始めて、成長させた。その後、０．１μｍ厚さの格子整合したＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層、続いて、１．５μｍ厚さのＩｎＰ保護層を成長させた。ここで、親のウエハーから後に活性層を分離するために、エッチングにより除かれる、１０ｎｍ厚さのＡｌＡｓ犠牲層を成長させる。次に、第二の１．５μｍ厚さのＩｎＰ保護層を成長させ、続いて０．１μｍ厚さの格子整合したＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層を成長させ、その後、０．１μｍ厚さの少量のＢｅがドープされた（３ｘ１０１８ｃｍ−３）ＩｎＰ Ｏｈｍｉｃ接触層を伴う３．０μｍ厚さの少量Ｂｅがドープされた（３ｘ１０１６ｃｍ−３）ＩｎＰベース層からなる活性領域を成長させる。第二の成長では、ＩｎＰバッファ層の厚さは、表面を平滑にするため、０．２μｍから２μｍに増加させた。他のあらゆる点において、第一および第二の再成長させたエピタキシャル構造は実質的に同様である。
【０１１３】
成長の直後に、１００Å厚さのＣｒ接着層、続いて６００ÅのＡｕ接触層が５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シート上にスパッタリングされ、６００ÅのＡｕ層が、多量にｐドープされたＩｎＰエピタキシャル層上に電子線蒸着により堆積された。
【０１１４】
金属堆積の後、ウエハーはＡｕ側を下にしてプラスチックシートに載置し、１０ＭＰａの圧力を６０秒間ＭＴＳ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＲＴ／１００ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍを用いて印加することにより冷間圧接を行う。この方法は、あるゆる目的のために全体を参照により本明細書に組み入れる、ＰｌｏｓｓｌらによりＭａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ｒ． ２５、１（１９９９）に記載された方法と一致する。その後、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シートは、回転可能な直径７．５ｃｍのテフロン（登録商標）ロッドにＫａｐｔｏｎ（登録商標）テープで取り付け、ＨＦ：Ｈ２Ｏ（１：１０）のエッチング溶液に浸漬した。ＥＬＯプロセスを促進するため、１３ｇの重りをプラスチック基板上に載置し、テフロン（登録商標）ロッドをウエハーにかかる外力を一定にするために回転させ、一方でエピタキシャル層および基板の間のギャップがエッチングが進行するにつれて増加する。このことは、プロセスを通して、エピ層／基板界面を常に新しいエッチング液に接触させることになる。
【０１１５】
ＥＬＯ完了後、最初のＩｎＰ基板上のＡｕ残留物は、エッチング（エッチング液タイプＴＦＡ、Ｔｒａｎｓｅｎｅ社製）により除去される。基板および太陽電池双方の上のＩｎＰ保護およびＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓエッチング停止層はそれぞれ、Ｈ３ＰＯ４：ＨＣｌ（１：３）およびＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（１：１：１０）中のエッチングにより、選択的に除去された。続いて、クエン酸：Ｈ２Ｏ２（２０：１）を残っているＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを完全に除去するために用いた。新しく露出したＩｎＰ基板表面は、加熱したトリクロロエチレン、アセトン、および加熱したイソプロパノールに順次浸漬して脱脂し、ＵＶ／オゾンに１０分間曝すことにより意図的に酸化物を生成させた。この基板は、ＧＳＭＢＥチャンバー内に戻し、脱気した。二番目の太陽電池を最初の親基板上に上記と同様の手順を用いて成長させ、冷間圧接およびＥＬＯの二回目を行った。
【０１１６】
ＩＴＯ／ＩｎＰ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ接合を製造するために、ＵＶ／オゾンに７分間曝すことで表面汚染物質を除去し、薄い不動態化された自然の酸化物を形成する。ＩＴＯは直径１ｍｍの開口列を有するシャドーマスクを通して、速度０．３A／ｓのスパッタリングにより堆積する。コントロールの、同様のエピタキシャル構造を有する、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）シート上に冷間圧接された薄膜ＩＴＯ／ＩｎＰ太陽電池が、あるゆる目的のために全体を参照により本明細書に組み入れる、ＳｈｉｕらによりＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９５、２２３５０３（２００９）に以前記載されたように、完全な基板除去を介して、製造された。太陽電池の特性化は、ＡＭ１．５Ｇでのシミュレーション照射下で行われた。
【０１１７】
図２５Ａは、図２４の成長用構造の作製前のＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【０１１８】
図２５Ｂは、上記したように、図２４の構造のエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）およびエッチング後の、ＩｎＰウエハー表面の原子間力顕微鏡像である。
【０１１９】
図２６Ａは、新しいＩｎＰウエハー上に成長させた一回目のデバイスおよびここに記載する実施形態に一致する方法で製造された、再利用のＩｎＰウエハー上に成長させた二回目のデバイスのＩＶプロットを示している。
【０１２０】
図２６Ｂは図２６Ａのデバイスに対応する電気的量子効率（ＥＱＥ）を示している。
【０１２１】
図２７Ａは図２６Ａのデバイスに対応する短絡回路電流（ＩＳＣ）を示している。
【０１２２】
図２７Ｂは図２６Ａのデバイスに対応する開回路電圧（ＶＯＣ）を示している。
【０１２３】
図２７Ｃは、図２６Ａのデバイスに対応する曲線因子（ＦＦ）を示している。
【０１２４】
図２７Ｄ図２６Ａのデバイスに対応する電力変換効率を示している。
【０１２５】
図２９Ａは、新しいＩｎＰ基板のＲＭＳ値、続いて図２６Ａに示す第一および第二のデバイスのＥＬＯリフトオフ後のＲＭＳ値、および保護バッファ層を使用しないＥＬＯ後のデバイスのＲＭＳ値を示す顕微鏡像を表している。
【０１２６】
図２９Ｂは、ＥＬＯおよび５０μｍ厚さのＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートへの冷間圧接接合の組み合わせによって製造されたＩＴＯ／ｌｎＰ薄膜太陽電池の配列を含む直径２インチのリフトオフされたエピタキシャル層の画像である。
【０１２７】
図３０は、製造およびＥＬＯ後のＩｎＰウエハーと比較した、図２４の成長用構造製造前の新しいＩｎＰウエハーの強度（ｋ ｃｏｕｎｔｓ）対結合エネルギー（ｅＶ）を示している。
【０１２８】
図３１は、１ｓｕｎ強度、ＡＭ１．５Ｇの太陽光シミュレーションで測定した、第一および第二のＥＬＯ工程を経た、並びにコントロールの、ＩＴＯ／ｌｎＰおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）シートに接合した太陽電池の電流密度対電圧特性を示している。
【０１２９】
挿入：（ａ）ＥＬＯおよび保護層除去後、並びに（ｂ）保護層なしのＥＬＯ後、の最初の基板の表面モルフォロジー。
【０１３０】
ここに記載するコントロールは、図３１に示すデータを含むが、リフトオフを使用する代わりにウエハー全体のエッチングにより製造された。この工程は、参照によりここに組み入れる、Ｋ．Ｔ．Ｓｈｉｕ、Ｊ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ、Ｈ．Ｙ．ＷａｎｇおよびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔによる論文、”Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ ｆｉｌｍ、 ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ＩｎＰ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９５、 ２２３５０３、（２００９）に記載されている。
【０１３１】
コントロール電池と比較した、図７Ａに示す第一および第二デバイスのＥＬＯ後の、ＡＭ１．５Ｇでの太陽スペクトルシミュレーション下でのデバイス性能、−１Ｖ（ＪＤ）での暗電流、理想係数（ｎ）および暗所での直列抵抗率（Ｒｓ）、の比較を表２に示す。
【０１３２】
【表２】
【０１３３】
実施例以外にも、特に指摘しない限りは、明細書および特許請求の範囲で使用した配合量、反応条件、分析測定等を示すすべての数値は、すべての場合に、「約」の語によって、変更し得ることが理解される。したがって、逆の指摘をしない限りは、本明細書および添付の特許請求の範囲に規定する数値パラメータは、本開示によって得られる所望の特性に応じて変化させ得る概算である。最低限でも、特許請求の範囲の範囲と同等の規定に本発明を制限することを意図しないものとして、各数値パラメータは、有効数字および通常の四捨五入方法に照らして解釈すべきである。
【０１３４】
広い範囲の開示である数値範囲およびパラメータは概算ではあるものの、特に指摘しない限りは、特定の実施例で規定した数値はできる限り正確に報告される。いかなる数値も、しかしながら、各試験測定での標準偏差の不可避の結果、本質的にある誤差を含んでいる。
【０１３５】
ここに記載する他のデバイスの実施形態および方法は、当業者には明細書および実践を考慮することから明らかとなろう。特許請求の範囲に規定され記載されるデバイスおよび方法の真の範囲と共に、明細書および実施例は例示のみとして考慮すべきものとして意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用基板の一体性を保持する方法であって、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層を有する構造を提供する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される；
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより前記電池を遊離する工程；
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより前記第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程、を含む。
【請求項２】
前記第一の保護層が前記成長用基板上に配置され、前記第二の保護層が前記第一の保護層上に配置され、前記犠牲層が前記第二の保護層上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＡｌＮおよびそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記同じ材料がＧａＡｓを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、（ＡｌＧａ）ＡｓＳｂ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記犠牲層がＡＩＡｓを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記犠牲層が超格子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記超格子がＩｎＡｓ／ＡｌＡｓを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各エッチング液が、それぞれ独立に、ＨＦ、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、Ｃ６Ｈ８Ｏ７（クエン酸）、Ｈ２Ｏ２、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電池を遊離するための前記エッチング液がＨＦを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の保護層を遊離するための前記エッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、Ｃ６Ｈ８Ｏ７：Ｈ２Ｏ２、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記構造が、前記電池および前記成長用基板の間に配置されるバッファ層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記成長用基板、前記バッファ層および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の保護層を除去するためのエッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏおよび／またはクエン酸：Ｈ２Ｏを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも一の成長用表面を研磨せずに、エピタキシャル成長のための前記成長用基板を再利用する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
成長用基板の一体性を保持する方法であって、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および電池を、前記成長用基板上に堆積する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および前記第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される；
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより、前記電池を遊離する工程；
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程、を含む。
【請求項２６】
成長用表面を有するバッファ層を堆積する工程をさらに含み、前記バッファ層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記バッファ層が前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面上に直接配置される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記バッファ層の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の除去後に、前記第一の保護層の堆積前の前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面よりも平滑である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の堆積前に、約０．２５ｎｍ〜約０．３５ｎｍのＲＭＳ値を示す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＲＭＳ値が約０．３２ｎｍである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記バッファ層の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の除去後に、約０．１０ｎｍ〜約０．２０ｎｍのＲＭＳ値を示す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＲＭＳ値が約０．１６ｎｍである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第三の保護層および第四の保護層を堆積する工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記第三の保護層および第四の保護層が、前記犠牲層および前記電池の間に堆積される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
ＰＶデバイスを製造する方法であって、以下：
成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および少なくとも一のエピ層を前記成長用基板上に堆積する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および前記第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、前記犠牲層が前記成長用基板および前記エピ層の間に配置される；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
前記接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも一のエピ層を遊離する工程、を含む。
【請求項３７】
バッファ層を堆積する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記バッファ層が、前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
第三の保護層および第四の保護層を堆積する工程をさらに含み、ここで、前記第三の保護層および前記第四の保護層が前記犠牲層および前記少なくとも一のエピ層の間に配置される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記同じ材料がＧａＡｓである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、（ＡｌＧａ）ＡｓＳｂおよびそれらの組み合わせから選択される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記犠牲層がＡＩＡｓを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項５０】
前記エッチング液が、それぞれ独立に、ＨＦ、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、Ｃ６Ｈ８Ｏ７（クエン酸）、Ｈ２Ｏ２およびそれらの組み合わせから選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項５１】
前記エピ層を遊離するための前記エッチング液がＨＦを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項５３】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５４】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、Ｃ６Ｈ８Ｏ７：Ｈ２Ｏ２、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２およびそれらの組み合わせから選択される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
バッファ層を堆積する工程をさらに含み、ここで、前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項３６に記載の方法。
【請求項５７】
前記成長用基板、前記バッファ層、および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第一の保護層を除去するためのエッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏおよび／またはクエン酸：Ｈ２Ｏを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６０】
前記少なくとも一のエピ層が少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６１】
前記接合が冷間圧接を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６２】
前記ホスト基板がポリエステルおよびポリイミドから選択される少なくとも一のポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６３】
前記バッファされた成長用基板に少なくとも一の超音波処理工程を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項６４】
前記超音波処理工程は酸溶液中で行う、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記酸溶液はクエン酸：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
成長用構造であって、以下：
成長用基板、犠牲層、バッファ層、第一の保護層、第二の保護層、第三の保護層、第四の保護層、少なくとも一のエピ層、少なくとも一の接触、および、金属または合金被覆したホスト基板を含み、
ここで、前記犠牲層が前記成長用基板および前記少なくとも一のエピ層の間に位置し、前記第一の保護層および前記第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、かつ、前記第三の保護層および前記第四の保護層が前記犠牲層および前記エピ層の間に配置される。
【請求項６７】
バッファ層をさらに含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項６８】
前記バッファ層が前記第一の保護層および前記成長用基板の間に配置される、請求項６７に記載の構造。
【請求項６９】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７０】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７１】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項７０に記載の構造。
【請求項７２】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項６９に記載の構造。
【請求項７３】
前記同じ材料がＧａＡｓである、請求項６９に記載の構造。
【請求項７４】
前記第一の保護層がＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＡｓＳｂおよびそれらの混合物から選択される、請求項７２に記載の構造。
【請求項７５】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰおよびそれらの混合物から選択される、請求項７０に記載の構造。
【請求項７６】
前記成長用基板、前記バッファ層、および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７７】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項７６に記載の構造。
【請求項７８】
前記少なくとも一のエピ層が少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７９】
前記ホスト基板が、ポリエステルおよびポリイミドから選択される少なくとも一のポリマーを含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項１】
成長用基板の一体性を保持する方法であって、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板；電池；犠牲層；第一の保護層；および第二の保護層を有する構造を提供する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される；
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより前記電池を遊離する工程；
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより前記第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程、を含む。
【請求項２】
前記第一の保護層が前記成長用基板上に配置され、前記第二の保護層が前記第一の保護層上に配置され、前記犠牲層が前記第二の保護層上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＡｌＮおよびそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記同じ材料がＧａＡｓを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、（ＡｌＧａ）ＡｓＳｂ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記犠牲層がＡＩＡｓを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記犠牲層が超格子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記超格子がＩｎＡｓ／ＡｌＡｓを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各エッチング液が、それぞれ独立に、ＨＦ、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、Ｃ６Ｈ８Ｏ７（クエン酸）、Ｈ２Ｏ２、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電池を遊離するための前記エッチング液がＨＦを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の保護層を遊離するための前記エッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、Ｃ６Ｈ８Ｏ７：Ｈ２Ｏ２、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記構造が、前記電池および前記成長用基板の間に配置されるバッファ層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記成長用基板、前記バッファ層および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の保護層を除去するためのエッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏおよび／またはクエン酸：Ｈ２Ｏを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも一の成長用表面を研磨せずに、エピタキシャル成長のための前記成長用基板を再利用する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
成長用基板の一体性を保持する方法であって、以下：
少なくとも一の成長用表面のある成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および電池を、前記成長用基板上に堆積する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および前記第二の保護層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される；
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより、前記電池を遊離する工程；
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程；および
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程、を含む。
【請求項２６】
成長用表面を有するバッファ層を堆積する工程をさらに含み、前記バッファ層は前記成長用基板および前記電池の間に配置される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記バッファ層が前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面上に直接配置される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記バッファ層の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の除去後に、前記第一の保護層の堆積前の前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面よりも平滑である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記成長用基板の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の堆積前に、約０．２５ｎｍ〜約０．３５ｎｍのＲＭＳ値を示す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＲＭＳ値が約０．３２ｎｍである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記バッファ層の前記少なくとも一の成長用表面が、前記第一の保護層の除去後に、約０．１０ｎｍ〜約０．２０ｎｍのＲＭＳ値を示す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＲＭＳ値が約０．１６ｎｍである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第三の保護層および第四の保護層を堆積する工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記第三の保護層および第四の保護層が、前記犠牲層および前記電池の間に堆積される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
ＰＶデバイスを製造する方法であって、以下：
成長用基板を提供する工程；
第一の保護層、第二の保護層、犠牲層および少なくとも一のエピ層を前記成長用基板上に堆積する工程、ここで、前記犠牲層、前記第一の保護層および前記第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、前記犠牲層が前記成長用基板および前記エピ層の間に配置される；
少なくとも一の金属または合金を少なくとも一部の前記エピ層上に堆積し、接触層を形成する工程；
前記接触層を金属または合金被覆したホスト基板に接合する工程；および
エッチング液で前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも一のエピ層を遊離する工程、を含む。
【請求項３７】
バッファ層を堆積する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記バッファ層が、前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
エッチング液で前記第二の保護層をエッチングすることにより、第二の保護層を除去する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
エッチング液で前記第一の保護層をエッチングすることにより、前記第一の保護層を除去する工程をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
第三の保護層および第四の保護層を堆積する工程をさらに含み、ここで、前記第三の保護層および前記第四の保護層が前記犠牲層および前記少なくとも一のエピ層の間に配置される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記同じ材料がＧａＡｓである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、（ＡｌＧａ）ＡｓＳｂおよびそれらの組み合わせから選択される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記犠牲層がＡＩＡｓを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項５０】
前記エッチング液が、それぞれ独立に、ＨＦ、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、Ｃ６Ｈ８Ｏ７（クエン酸）、Ｈ２Ｏ２およびそれらの組み合わせから選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項５１】
前記エピ層を遊離するための前記エッチング液がＨＦを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項５３】
前記第二の保護層を除去するための前記エッチング液がＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５４】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、Ｃ６Ｈ８Ｏ７：Ｈ２Ｏ２、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２およびそれらの組み合わせから選択される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記第一の保護層を除去するための前記エッチング液が、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
バッファ層を堆積する工程をさらに含み、ここで、前記バッファ層が前記成長用基板および前記第一の保護層の間に配置される、請求項３６に記載の方法。
【請求項５７】
前記成長用基板、前記バッファ層、および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第一の保護層を除去するためのエッチング液が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏおよび／またはクエン酸：Ｈ２Ｏを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６０】
前記少なくとも一のエピ層が少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６１】
前記接合が冷間圧接を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６２】
前記ホスト基板がポリエステルおよびポリイミドから選択される少なくとも一のポリマーを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項６３】
前記バッファされた成長用基板に少なくとも一の超音波処理工程を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項６４】
前記超音波処理工程は酸溶液中で行う、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記酸溶液はクエン酸：Ｈ２Ｏ２を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
成長用構造であって、以下：
成長用基板、犠牲層、バッファ層、第一の保護層、第二の保護層、第三の保護層、第四の保護層、少なくとも一のエピ層、少なくとも一の接触、および、金属または合金被覆したホスト基板を含み、
ここで、前記犠牲層が前記成長用基板および前記少なくとも一のエピ層の間に位置し、前記第一の保護層および前記第二の保護層が前記成長用基板および前記犠牲層の間に配置され、かつ、前記第三の保護層および前記第四の保護層が前記犠牲層および前記エピ層の間に配置される。
【請求項６７】
バッファ層をさらに含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項６８】
前記バッファ層が前記第一の保護層および前記成長用基板の間に配置される、請求項６７に記載の構造。
【請求項６９】
前記成長用基板および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７０】
前記成長用基板が単結晶ウエハー材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７１】
前記成長用基板が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項７０に記載の構造。
【請求項７２】
前記同じ材料がＩｎＰである、請求項６９に記載の構造。
【請求項７３】
前記同じ材料がＧａＡｓである、請求項６９に記載の構造。
【請求項７４】
前記第一の保護層がＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＡｓＳｂおよびそれらの混合物から選択される、請求項７２に記載の構造。
【請求項７５】
前記第一の保護層が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰおよびそれらの混合物から選択される、請求項７０に記載の構造。
【請求項７６】
前記成長用基板、前記バッファ層、および前記第二の保護層が同じ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７７】
前記同じ材料がＩｎＰを含む、請求項７６に記載の構造。
【請求項７８】
前記少なくとも一のエピ層が少なくとも一のＩＩＩ−Ｖ材料を含む、請求項６６に記載の構造。
【請求項７９】
前記ホスト基板が、ポリエステルおよびポリイミドから選択される少なくとも一のポリマーを含む、請求項６６に記載の構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２７Ｄ】
【図２８】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２７Ｄ】
【図２８】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０】
【図３１】
【公表番号】特表２０１３−５０４８７８（Ｐ２０１３−５０４８７８Ａ）
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２８８８７（Ｐ２０１２−５２８８８７）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４８２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６６０２９
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０９００９６９２）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４８２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６６０２９
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０９００９６９２）
【Ｆターム（参考）】
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