フレキシブル膜上に載置された反転メタモルフィックソーラーセル
【課題】従来技術で開示された材料及び作製段階は、フレキシブル膜上に取り付けられた反転メタモルフィック構造に基づくエネルギー効率の良いソーラーセルの製造については記載されていない。
【解決手段】基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を基板上に堆積し、半導体基板をフレキシブル膜の上に載置し、半導体基板を所定の厚さまで薄型化することによってフレキシブル膜上にソーラーセルを製造する方法。一連の層は、反転メタモルフィックソーラーセル構造を形成する。
【解決手段】基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を基板上に堆積し、半導体基板をフレキシブル膜の上に載置し、半導体基板を所定の厚さまで薄型化することによってフレキシブル膜上にソーラーセルを製造する方法。一連の層は、反転メタモルフィックソーラーセル構造を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーセル半導体デバイスの分野に関し、詳細には、多重接合ソーラーセルと、アノード及びカソード端子を電池の表側からアクセスできるようにするビアとを含むフレキシブル膜上に取り付けられた集積半導体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルとも呼ばれる光起電力セルは、ここ数年で利用可能になった最も重要な新規のエネルギー源の１つである。ソーラーセルの開発には相当な努力が注がれた。その結果、ソーラーセルは、幾つかの産業用及び消費者用の用途で現在利用されている。この領域において著しい進歩があったが、より高度な用途のニーズを満たすソーラーセルの要件は需要に対応していない。データ通信で使用される衛星などの用途では、電力及びエネルギー変換特性が改善されたソーラーセルに対する需要が劇的に高まっている。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途では、衛星電力システムの大きさ、質量及びコストは、使用されるソーラーセルの電力及びエネルギー変換効率によって決まる。別の言い方をすれば、最大積載量の規模及び船内サービスの可用性は供給される電力量に比例する。したがって、最大積載量がより高度化されるにつれて、船内電力システム用の電力変換デバイスとして機能するソーラーセルの設計効率がますます重要になる。
【０００４】
ソーラーセルは、多くの場合、個々のソーラーセルが互いに直列に接続された垂直な多重接合構造で作製され、水平配列で配置される。配列の形状及び構造並びに収容されるセルの数は、１つには、所望の出力電圧及び電流によって決まる。
【０００５】
名称「高性能用格子不整合手法」のＭ．Ｗ．Ｗａｎｌｅｓｓ他による米国特許第６，９５１，８１９号、「ＩＩＩ−Ｖ光起電力エネルギー変換」（２００５年ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ、２００５年１月３日から７日、第３１回ＩＥＥＥ光電池専門家会議の会議議事録）、及び本発明の譲受人の２００６年６月２日に出願された同時係属の米国特許出願シリアル番号１１／４４５，７９３に記載されているような反転メタモルフィックソーラーセル構造体は、高エネルギー変換効率を有する将来の商品開発にとって最も重要な出発点を提示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の以前では、従来技術で開示された材料及び作製段階は、フレキシブル膜上に取り付けられた反転メタモルフィック構造に基づくエネルギー効率の良いソーラーセルの製造については記載されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要約すると、大まかには本発明は、基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を基板上に堆積し、基板をフレキシブル膜の上に載置し、基板を所定の厚さまで薄型化することによってソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００８】
別の態様では、要約すると、大まかには本発明は、半導体材料の一連の層を基板上に堆積した後に第１の基板をフレキシブル膜支持体に接着し、多重接合ソーラーセルの少なくとも１つのセルを形成し、これに続いて第１の基板の少なくとも一部分を除去することによってソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００９】
本発明は更に、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、第１のサブセルの上に配置され、且つ第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、第２のサブセルの上に配置され、且つ第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層と、第３のソーラーサブセルが第２のサブセルに対して格子不整合であるように中間層の上に配置され、且つ第３のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する第３のサブセルと、を含む一連の層を有する半導体本体を含む、フレキシブル膜上に載置されたソーラーセルを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによってより良く完全に理解されるであろう。
【００１１】
図１は、基板上に３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを形成後の本発明による多重接合ソーラーセルを図示している。より具体的には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又は他の好適な物質のいずれかとすることができる第１の基板１００が示されている。Ｇｅ基板の場合、ＩｎＧａＰ2などの核形成層が基板上に堆積される。基板上、又はＧｅ基板の場合には核形成層を覆って、ＧａＡｓのバッファ層１０３及びＧａＩｎＰ2のエッチング停止層１０４が更に堆積される。次いで、ｎ＋＋ＧａＡｓのキャップ又は接触層１０５が層１０４上に堆積され、ｎ＋ＡｌＩｎＰ2の窓層１０６がキャップ又は接触層１０５上に堆積される。次いで、ＧａＩｎＰ2のｎ＋エミッタ層１０７及びＧａＩｎＰ2のｐ型基層１０８からなるサブセルＡが窓層１０６上に堆積される。
【００１２】
好ましい実施形態は上述のＩＩＩ−Ｖ半導体材料を利用するが、この実施形態は例証に過ぎず、多重接合ソーラーセル構造は、格子定数及びバンドギャップ要件を条件として周期律表に記載されるＩＩＩからＶ族元素のあらゆる好適な組み合わせによって形成することができる点に留意すべきであり、ここでＩＩＩ族は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔ）を含む。ＩＶ族は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びスズ（Ｓｎ）を含む。Ｖ族は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００１３】
好ましい実施形態では、基板１００はガリウムヒ素であり、エミッタ層１０７はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成され、基層はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成される。括弧内のＡｌという用語は、Ａｌが任意の成分であることを意味し、この事例では、０％から３０％の範囲の量で用いることができる。
【００１４】
基層１０８の上部には、再結合損失を低減するのに用いられるＡｌＧａＩｎＰのｐ＋型裏面電界（「ＢＳＦ」）層１０９が堆積される。
【００１５】
ＢＳＦ層１０９は、再結合損失の影響を最小限にするようにベース／ＢＳＦ界面の表面近傍の領域から少数キャリアを生じさせる。言い換えれば、ＢＳＦ層１０９は、ソーラーサブセルＡの背面で再結合損失を低減し、これによってベース中の再結合を減少させる。
【００１６】
ＢＳＦ層１０９の上部には、セルＡをセルＢに電気的に接続する回路素子として用いられる、トンネルダイオードを形成する一連の高濃度にドープされたｐ型（ＡｌＧａＡｓなど）及びｎ型層１１０（ＩｎＧａＰ2など）が堆積される。
【００１７】
トンネルダイオード層１１０の上部にｎ＋ＩｎＡｌＰ2の窓層１１１が堆積される。サブセルＢで使用される窓層１１１はまた、再結合損失を低減するように動作する。窓層１１１は、下にある接合部のセル表面のパッシベーションを改良する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、付加層をセル構造に付加し又は取り除くことができる点を理解されるはずである。
【００１８】
窓層１１１の上部には、セルＢの層、すなわち、ｎ＋エミッタ層１１２及びｐ型基層１１３が堆積される。これらの層は、好ましくはそれぞれｎ＋ＧａＡｓ及びｐ型ＧａＡｓから構成されるが、同様に格子定数及びバンドギャップ要件と一致するあらゆる他の好適な材料成分を用いることができる。
【００１９】
セルＢの上部には、ＢＳＦ層１０９と同様の機能を果たすｐ＋型ＡｌＧａＡｓのＢＳＦ層１１４が堆積される。次いで、ｎ＋＋／ｐ＋＋トンネルダイオード１１５は、層１１０のトンネルダイオードに類似するＢＳＦ層１１４上に堆積され、この場合もセルＢをセルＣに電気的に接続する回路素子を形成する。トンネルダイオードは、好ましくはＡｌＧａＡｓの上のＧａＡｓの層である。次いで、メタモルフィックバッファ層１１７は、トンネルダイオード１１６の上に堆積される。層１１７は、セルＢからサブセルＣまで格子定数の遷移を生じさせる、単調に変化する格子定数を備えた一連の層として堆積されるＩｎＧａＡｌＡｓの組成的にステップ傾斜した組成であるのが好ましい。層１１７のバンドギャップは、ミドルセルＢのバンドギャップよりもわずかに大きな数値を有する１．５ｅＶ定数である。
【００２０】
１つの実施形態では、Ｗａｎｌｅｓｓ他の論文で示唆されるように、ステップ傾斜は、０．２５ミクロンの厚さを有する各段階層で９つの組成的に傾斜した段階を含む。好ましい実施形態では、中間層は、格子定数が単調に変化させたＩｎＧａＡｌＡｓから構成される。
【００２１】
メタモルフィックバッファ層１１７の上部には、ＧａＩｎＰ2の別のｎ＋窓層１１８が堆積される。窓層１１８は、下にある接合部のセル表面のパッシベーションを改良する。付加層は、本発明の範囲から逸脱することなく設けることができる。
【００２２】
窓層１１８の上部には、サブセルＣの層、すなわち、ｎ＋型エミッタ層１１９及びｐ型基層１２０が堆積される。好ましい実施形態では、エミッタ層はＧａＩｎＡｓから構成され、基層は約１．０ｅＶバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓから構成されるが、好適な格子定数及びバンドギャップ要件を備えた他のあらゆる半導体材料も同様に用いることができる。
【００２３】
サブセルＣの基層１２０の上部には、好ましくはＧａＩｎＰ2から構成される裏面電界（ＢＳＦ）層１２１が堆積される。
【００２４】
ＢＳＦ層１２１を覆って又はその上には、好ましくはｐ＋＋型ＧａＩｎＡｓのｐ＋接触層１２２が堆積される。
【００２５】
ｐ＋接触層１２２の上部には、金属層１２３、好ましくは層のＴｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕシーケンスが堆積される
【００２６】
次いで、図１に示す半導体構造は、図２に示すように接着剤１５０によってフレキシブル膜１５１（Ｋａｐｔｏｎなど）の表面に結合される。フレキシブル膜は通常、厚さ約７５ミクロンを有するが、基板を含む半導体構造体は約６６０ミクロンである。より具体的には、構造体は表を下向きに、すなわち金属接触層１２３が膜１５１に隣接した状態で結合される。
【００２７】
図３は、フレキシブル膜１５１の底部に対しサファイアなどの代理基板１７５を接着する次のプロセス段階の後の図２の構造の断面図である。好ましい実施形態では、代理基板は、厚さ約１０００ミクロンであり、後で基板を除去するのを助けるために４ｍｍの間隔を置いて配置された直径約１ｍｍの孔が穿孔されている。材料の選択の考察を含めて、接着プロセスの詳細を引き続き検討する。
【００２８】
図４は、ソーラーセル層１２３から１０３の下の元の基板１００を除去して厚さ約１２ミクロンの層１２３から１０３からなる半導体構造を残すことを含めて描かれた、本発明による次のプロセス段階の後の図３のソーラーセル構造の断面図である。
【００２９】
図５は、既知のウェット又はドライ化学エッチングによって露出した半導体表面の上部から層１０３を除去する本発明による次のプロセス段階の後の図４のソーラーセルの断面図である。１０４はエッチング停止層であるので、エッチングは層１０３を完全に除去する。
【００３０】
図６は、典型的にはＨＣｌ／Ｈ2Ｏ溶液によって半導体表面の層１０４が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図５のソーラーセルの断面図である。
【００３１】
図７は、本発明による次のプロセス段階の後の図６のソーラーセル構造の断面図である。最初にリソグラフィーが行われ、フォトレジストを堆積して金属が全く存在しない領域を定めるようにする。金属層はフォトレジストの上に蒸着される。金属層１２５は通常、Ｐｄ／Ｇｅ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ／Ａｕ層から構成される。
【００３２】
図８は、金属層が既知のリソグラフィー技術によってグリッド線にパターン化され、ここで金属層１２５の部分がリフトオフされて、残りの金属がソーラーセルの表面上にグリッドを形成する平行線１２６を形成するようになる、本発明による次のプロセス段階の後の図７のソーラーセル構造の断面図である。
【００３３】
図９は、グリッド線がマスクとして用いられ、グリッド線間の半導体構造のキャップ層１０５が既知のウェット又はドライ化学エッチングプロセスによって除去され、これによってグリッド線間及び残りの露出された半導体表面上で窓層１０６を露出する、本発明による次のプロセス段階の後の図８のソーラーセル構造の断面図である
【００３４】
図１０は、ＡＲＣ層がグリッド線１２６の上面の上に約２０００オングストロームの厚さに堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図９のソーラーセルの断面図である。次いでリソグラフィープロセスは、ボンディングパッドが位置付けられることになる領域からＡＲＣを除去するように用いられる。
【００３５】
図１１は、構造体の周縁部が金属層１２３に至るまでエッチングされ、これによりウェーハの表面上にメサ半導体構造を形成する、本発明による次のプロセス段階の後の図１０のソーラーセルの断面図である。次いで、別のリソグラフィープロセスを用いて、電池の上部から裏面金属まで裏面金属ビアをウェットエッチングする。これによりソーラーセルの裏面金属又はアノードまでの接触を形成することが可能になる。
【００３６】
図１２は、代理基板が除去された、本発明による次のプロセス段階の後の図１１のソーラーセルの断面図である。
【００３７】
上記では、本発明を具体的な好ましい実施形態において特定のタイプのソーラーセルを形成するためのプロセスとして説明してきたが、より一般的には、本発明は、単に適切な接着剤（Ｄｕ ＰｏｎｔのＴｅｆｌｏｎ（ＦＥＰ／ＰＦＡ）、又はポリイミドなど）を用いて、比較的薄いフレキシブル膜（Ｄｕ ＰｏｎｔのＫａｐｔｏｎなど）上で表を下向きにウェーハ（デバイス構造体又は層を備える場合があり、又は備えていない場合がある）を結合し、次いで、所望の厚さが達成されるまで又は所望の層が達成されるまでウェーハを薄型化（研磨／ラッピング及びエッチング）し、次いで、薄いウェーハを更に処理して電子デバイス、光デバイス、又は機械デバイス（例えば、薄型光起電力電池）を形成する方法である。
【００３８】
本発明はまた、より一般的には、剛性キャリア（サファイアなど）を用いて、全ての半導体デバイス定義及び処理を通じてフレキシブル薄膜上に薄型半導体構造又はウェーハを支持することを含み、後で膜を剛性基板から取り外し、次いで最終面（例えば、ソーラーパネル）に取り付けることができる。薄膜は、一時的な接着剤（Ｄｏｗ ＣｏｒｎｉｎｇのＩ−４０１０など）を用いてキャリアに取り付けることができる。
【００３９】
基板の薄型化は、処理中及び使用中に他の幾つかの支持手段がデバイス層に与えられる必要があることを意味する。Ｋａｐｔｏｎは、耐熱性及び化学的耐性があり、更に可撓性であるので良好な材料である。Ｋａｐｔｏｎは様々な厚さで得ることができ、片面又は両面に接着剤を用いて得ることができる。Ｔｅｆｌｏｎなどの接着剤がＫａｐｔｏｎで利用可能であり、極めて化学的耐性があり、更にある程度までの耐熱性があるので、Ｔｅｆｌｏｎはこの目的には好適である。或いは、接着剤は施工することができる（例えば、積層化、又はスピンによって）。Ｔｅｆｌｏｎシートは、Ｋａｐｔｏｎ上に積層化することができる。ポリイミドは、ウェーハ上にスピンさせることができ、ポリイミドを接着剤として用いて、ウェーハをＫａｐｔｏｎに取り付けることができる。またプロセスの最後で接着剤をＫａｐｔｏｎに施工し、Ｋａｐｔｏｎを一時的又は恒久的に曲面或いは平面に取り付けることができる。
【００４０】
上述のように、本発明の１つの実施形態は、Ｔｅｆｌｏｎ又はポリイミドなどの接着剤を用いてＫａｐｔｏｎなどの膜上で表を下向きにしてウェーハを取り付け、必要に応じて剛性キャリアを取り付け、ウェーハを薄型化し、デバイスを処理し、剛性キャリア（使用する場合）から取り外し、次いで別の接着剤の有無にかかわらず最終面上でＫａｐｔｏｎにデバイスを施工することを含む。
【００４１】
ＦＥＰ及びＰＦＡは、デュポン製のＴｅｆｌｏｎの別種であり、同様に接着剤として用いることができる熱可塑性材である。ＰＦＡ（３００−３１０Ｃ）は、ＦＥＰ（２５０−２８０Ｃ）よりも溶融が高温である。ＰＦＡは、２６０Ｃ連続使用に従うことができ、ＦＥＰは、２０５Ｃ連続使用に従うことができる。これらの両方は、種々の厚さの膜で利用可能である。
【００４２】
Ｋａｐｔｏｎは種々の厚さで利用可能であり、ＦＥＰ又はＰＦＡが既に積層化されたデュポンのポリイミドである。或いは、ＦＥＰ及び／又はＰＦＡは、熱板プレスでの積層化によってＫａｐｔｏｎ膜に施工することができる。
【００４３】
Ｋａｐｔｏｎが、片面又は両面上のいずれにＦＥＰ／ＰＦＡを有するかに応じて２つの方法がある。ウェーハ／Ｋａｐｔｏｎの組み合わせを処理中（例えばリソグラフィー中）の支持としての剛性キャリアに取り付ける必要がある場合、ポリマーが片面だけにあれば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉ−４０１０などの別の接着剤を他の面に用いることができる。
【００４４】
両面にＦＥＰ／Ｋａｐｔｏｎ又はＰＦＡ／Ｋａｐｔｏｎを用いる実施形態では、開始点は、必要なあらゆるデバイス層を有するウェーハとなる。次に、薄型反転光電池を形成する特定の場合には、ウェーハは、デバイス側で金属化し、必要に応じて更にアニールすることができる。
【００４５】
処理中に剛性キャリアが必要とされる場合、熱板プレス中にＫａｐｔｏｎの両側上にウェーハ（デバイス側を下向き）及びキャリア（例えば、サファイアディスク／Ｓｉウェーハ）を合わせる。プレスは、熱及び圧力の組み合わせを適用する。ＰＥＰ／ＰＦＡは、加圧下で溶融されて、連続結合を形成する。冷却し圧力を除去すると、所定時間後、ウェーハ（デバイス側を下向き）、Ｋａｐｔｏｎ、及びキャリア（サファイア／Ｓｉ）を互いに取り付ける。
【００４６】
ウェーハのバルクを薄型化（研磨／ラッピング及びエッチング）してエッチング停止層及び／又はデバイス層（ある場合）に至り、更にウェーハを処理する（標準デバイス製造プロセス）。薄型反転光電池の特定の場合において、これらのプロセスは、限定ではないが、リソグラフィー、金属化（メタライゼーション）、堆積、エッチング、その他を含むことができる。ウェーハ上のセルは、好適にエッチングした接触窓、及び同様に前面接触パッドを通って前面側から裏面金属に接触することによって、このステージで試験することができる。
【００４７】
熱可塑性材の融点まで加熱することによって、キャリアからＫａｐｔｏｎを分離する。これは、例えば熱板上で行うことができる。キャリアとＫａｐｔｏｎとの間のポリマーが溶融すると、その上の薄型化ウェーハを有するＫａｐｔｏｎが離れることができる。Ｋａｐｔｏｎとウェーハとの間にポリマーの溶融が幾らかある可能性があるが、これは、Ｋａｐｔｏｎがキャリアから取り出されるときに再凝固することになる。ＫａｐｔｏｎからＩＭＭウェーハ／セルのいかなる分離もあるべきではない。理想的には、ウェーハ側にＰＦＡを備え、且つキャリア側にＦＥＰを備えたＫａｐｔｏｎを用いる必要があり、この場合、ＦＥＰ溶融温度まで加熱すると、キャリアからＫａｐｔｏｎ／ウェーハを放出することになり、ＰＦＡはＦＥＰよりも高い温度で溶融するので、Ｋａｐｔｏｎとウェーハとの間のＰＦＡ結合がそのまま残る。
【００４８】
デバイスは、更なる接続の準備が整ったＫａｐｔｏｎ上にある。必要な場合ウェーハ上にエッチングしたストリートを通ってＫａｐｔｏｎを機械的に切断することにより、デバイスを分離することができる。カバー・ガラスを取り付けることができる。光電池の具体的な場合では、セルを分離させる必要がある場合、メサ・ストリートを用いてＫａｐｔｏｎを通って切断することができ、セルを相互接続することができる。Ｋａｐｔｏｎは、デバイスが柔軟性であるまで十分に薄く（ミクロン）なると、接着剤の有無にかかわらず（例えば、ソーラーパネル）最終的な平面又は曲面に取り付けることができる。
【００４９】
片側ＦＥＰ／Ｋａｐｔｏｎ又はＰＦＡ／Ｋａｐｔｏｎを用いる実施形態では、処理中に剛性キャリアを用いることができ、別の接着剤（例えばＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉ−４０１０）を用いて、剛性キャリアにＫａｐｔｏｎを取り付けることができ、例えば、上記で言及したように孔を有するサファイア基板とすることができる。これは、真空、圧力、及び熱の組み合わせを加えて接着剤を硬化させる市販のウェーハ装置で行われる。これは、Ｋａｐｔｏｎ／ＦＥＰ又はＫａｐｔｏｎ／ＰＦＡを熱板プレスでウェーハに取り付けた後に行うことができる。Ｉ−４０１０は、ウェーハ製作で使用される多くの溶媒、酸、塩基、及び他の化学物質に対し不活性のシリコン接着剤である。Ｉ−４０１０はまた耐熱性がある。
【００５０】
既に述べたように処理した後、使用されたキャリアは、溶媒によって剥離する必要がある。サファイア内の孔は、接着剤に対する溶媒のアクセスを増大させることによって、剥離を加速するのを助ける。ＦＥＰ／ＰＦＡ結合はこの溶媒に対し不活性であり、したがって、Ｋａｐｔｏｎ／ウェーハ結合は、サファイアから取り外された後も不活性のままとなる。直前に述べたように、Ｋａｐｔｏｎに結合されたウェーハは、更に処理するために機械的に切断してデバイスを分離することができる。
【００５１】
ＦＥＰ／ＰＦＡではなく他の接着剤については、温度、化学物質、及びデバイスの処理及び最終用途に伴う他の環境に耐性のある他のあらゆる接着剤を用いることができる。使用可能な１つの化学的耐性及び熱的耐性のある材料はポリイミドであり、その中である種のものが利用可能であり、異なる硬化温度及び耐環境性を有する。ポリイミドは、例えば、スピンコーティングによってウェーハ背面に施工することができ、Ｋａｐｔｏｎを取り付けることもでき、更に、スタックを硬化して結合を形成することができる。この後の手順は上述と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の基板上にソーラーセルの層を形成するプロセス段階の最後における本発明によるソーラーセルの拡大断面図である。
【図２】フレキシブル膜の上部への構造体の接着を含む、本発明による次のプロセス段階の後の図１のソーラーセルの断面図である。
【図３】フレキシブル膜に代理基板を接着する次のプロセス段階の後の図２の構造の断面図である。
【図４】代理基板の下の元の層を除去して半導体構造を残すのを含めて描いた、本発明による次のプロセス段階の後の図３のソーラーセルの断面図である。
【図５】半導体表面の上部から層を除去する本発明による次のプロセス段階の後の図４のソーラーセルの断面図である。
【図６】半導体表面の別の層が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図５のソーラーセルの断面図である。
【図７】金属層が半導体表面の上に堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図６のソーラーセルの断面図である。
【図８】金属層がグリッド線にパターン化される、本発明による次のプロセス段階の後の図７のソーラーセルの断面図である。
【図９】グリッド線間の半導体表面の最上層が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図８のソーラーセルの断面図である。
【図１０】ＡＲＣ層が表面の上に堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図９のソーラーセルの断面図である。
【図１１】ボンディングパッドがＡＲＣ層内で開口された、本発明による次のプロセス段階の後の図１０のソーラーセルの断面図である。
【図１２】代理基板が除去された、本発明による次のプロセス段階の後の図１１のソーラーセルの断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 基板
１０３ バッファ層
１２２ ｐ＋接触層
１２３ 金属接触層
１２６ 平行線
１５０ 接着剤
１５１ フレキシブル膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーセル半導体デバイスの分野に関し、詳細には、多重接合ソーラーセルと、アノード及びカソード端子を電池の表側からアクセスできるようにするビアとを含むフレキシブル膜上に取り付けられた集積半導体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルとも呼ばれる光起電力セルは、ここ数年で利用可能になった最も重要な新規のエネルギー源の１つである。ソーラーセルの開発には相当な努力が注がれた。その結果、ソーラーセルは、幾つかの産業用及び消費者用の用途で現在利用されている。この領域において著しい進歩があったが、より高度な用途のニーズを満たすソーラーセルの要件は需要に対応していない。データ通信で使用される衛星などの用途では、電力及びエネルギー変換特性が改善されたソーラーセルに対する需要が劇的に高まっている。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途では、衛星電力システムの大きさ、質量及びコストは、使用されるソーラーセルの電力及びエネルギー変換効率によって決まる。別の言い方をすれば、最大積載量の規模及び船内サービスの可用性は供給される電力量に比例する。したがって、最大積載量がより高度化されるにつれて、船内電力システム用の電力変換デバイスとして機能するソーラーセルの設計効率がますます重要になる。
【０００４】
ソーラーセルは、多くの場合、個々のソーラーセルが互いに直列に接続された垂直な多重接合構造で作製され、水平配列で配置される。配列の形状及び構造並びに収容されるセルの数は、１つには、所望の出力電圧及び電流によって決まる。
【０００５】
名称「高性能用格子不整合手法」のＭ．Ｗ．Ｗａｎｌｅｓｓ他による米国特許第６，９５１，８１９号、「ＩＩＩ−Ｖ光起電力エネルギー変換」（２００５年ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ、２００５年１月３日から７日、第３１回ＩＥＥＥ光電池専門家会議の会議議事録）、及び本発明の譲受人の２００６年６月２日に出願された同時係属の米国特許出願シリアル番号１１／４４５，７９３に記載されているような反転メタモルフィックソーラーセル構造体は、高エネルギー変換効率を有する将来の商品開発にとって最も重要な出発点を提示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の以前では、従来技術で開示された材料及び作製段階は、フレキシブル膜上に取り付けられた反転メタモルフィック構造に基づくエネルギー効率の良いソーラーセルの製造については記載されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要約すると、大まかには本発明は、基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を基板上に堆積し、基板をフレキシブル膜の上に載置し、基板を所定の厚さまで薄型化することによってソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００８】
別の態様では、要約すると、大まかには本発明は、半導体材料の一連の層を基板上に堆積した後に第１の基板をフレキシブル膜支持体に接着し、多重接合ソーラーセルの少なくとも１つのセルを形成し、これに続いて第１の基板の少なくとも一部分を除去することによってソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００９】
本発明は更に、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、第１のサブセルの上に配置され、且つ第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、第２のサブセルの上に配置され、且つ第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層と、第３のソーラーサブセルが第２のサブセルに対して格子不整合であるように中間層の上に配置され、且つ第３のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する第３のサブセルと、を含む一連の層を有する半導体本体を含む、フレキシブル膜上に載置されたソーラーセルを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによってより良く完全に理解されるであろう。
【００１１】
図１は、基板上に３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを形成後の本発明による多重接合ソーラーセルを図示している。より具体的には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又は他の好適な物質のいずれかとすることができる第１の基板１００が示されている。Ｇｅ基板の場合、ＩｎＧａＰ2などの核形成層が基板上に堆積される。基板上、又はＧｅ基板の場合には核形成層を覆って、ＧａＡｓのバッファ層１０３及びＧａＩｎＰ2のエッチング停止層１０４が更に堆積される。次いで、ｎ＋＋ＧａＡｓのキャップ又は接触層１０５が層１０４上に堆積され、ｎ＋ＡｌＩｎＰ2の窓層１０６がキャップ又は接触層１０５上に堆積される。次いで、ＧａＩｎＰ2のｎ＋エミッタ層１０７及びＧａＩｎＰ2のｐ型基層１０８からなるサブセルＡが窓層１０６上に堆積される。
【００１２】
好ましい実施形態は上述のＩＩＩ−Ｖ半導体材料を利用するが、この実施形態は例証に過ぎず、多重接合ソーラーセル構造は、格子定数及びバンドギャップ要件を条件として周期律表に記載されるＩＩＩからＶ族元素のあらゆる好適な組み合わせによって形成することができる点に留意すべきであり、ここでＩＩＩ族は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔ）を含む。ＩＶ族は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びスズ（Ｓｎ）を含む。Ｖ族は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００１３】
好ましい実施形態では、基板１００はガリウムヒ素であり、エミッタ層１０７はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成され、基層はＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐから構成される。括弧内のＡｌという用語は、Ａｌが任意の成分であることを意味し、この事例では、０％から３０％の範囲の量で用いることができる。
【００１４】
基層１０８の上部には、再結合損失を低減するのに用いられるＡｌＧａＩｎＰのｐ＋型裏面電界（「ＢＳＦ」）層１０９が堆積される。
【００１５】
ＢＳＦ層１０９は、再結合損失の影響を最小限にするようにベース／ＢＳＦ界面の表面近傍の領域から少数キャリアを生じさせる。言い換えれば、ＢＳＦ層１０９は、ソーラーサブセルＡの背面で再結合損失を低減し、これによってベース中の再結合を減少させる。
【００１６】
ＢＳＦ層１０９の上部には、セルＡをセルＢに電気的に接続する回路素子として用いられる、トンネルダイオードを形成する一連の高濃度にドープされたｐ型（ＡｌＧａＡｓなど）及びｎ型層１１０（ＩｎＧａＰ2など）が堆積される。
【００１７】
トンネルダイオード層１１０の上部にｎ＋ＩｎＡｌＰ2の窓層１１１が堆積される。サブセルＢで使用される窓層１１１はまた、再結合損失を低減するように動作する。窓層１１１は、下にある接合部のセル表面のパッシベーションを改良する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、付加層をセル構造に付加し又は取り除くことができる点を理解されるはずである。
【００１８】
窓層１１１の上部には、セルＢの層、すなわち、ｎ＋エミッタ層１１２及びｐ型基層１１３が堆積される。これらの層は、好ましくはそれぞれｎ＋ＧａＡｓ及びｐ型ＧａＡｓから構成されるが、同様に格子定数及びバンドギャップ要件と一致するあらゆる他の好適な材料成分を用いることができる。
【００１９】
セルＢの上部には、ＢＳＦ層１０９と同様の機能を果たすｐ＋型ＡｌＧａＡｓのＢＳＦ層１１４が堆積される。次いで、ｎ＋＋／ｐ＋＋トンネルダイオード１１５は、層１１０のトンネルダイオードに類似するＢＳＦ層１１４上に堆積され、この場合もセルＢをセルＣに電気的に接続する回路素子を形成する。トンネルダイオードは、好ましくはＡｌＧａＡｓの上のＧａＡｓの層である。次いで、メタモルフィックバッファ層１１７は、トンネルダイオード１１６の上に堆積される。層１１７は、セルＢからサブセルＣまで格子定数の遷移を生じさせる、単調に変化する格子定数を備えた一連の層として堆積されるＩｎＧａＡｌＡｓの組成的にステップ傾斜した組成であるのが好ましい。層１１７のバンドギャップは、ミドルセルＢのバンドギャップよりもわずかに大きな数値を有する１．５ｅＶ定数である。
【００２０】
１つの実施形態では、Ｗａｎｌｅｓｓ他の論文で示唆されるように、ステップ傾斜は、０．２５ミクロンの厚さを有する各段階層で９つの組成的に傾斜した段階を含む。好ましい実施形態では、中間層は、格子定数が単調に変化させたＩｎＧａＡｌＡｓから構成される。
【００２１】
メタモルフィックバッファ層１１７の上部には、ＧａＩｎＰ2の別のｎ＋窓層１１８が堆積される。窓層１１８は、下にある接合部のセル表面のパッシベーションを改良する。付加層は、本発明の範囲から逸脱することなく設けることができる。
【００２２】
窓層１１８の上部には、サブセルＣの層、すなわち、ｎ＋型エミッタ層１１９及びｐ型基層１２０が堆積される。好ましい実施形態では、エミッタ層はＧａＩｎＡｓから構成され、基層は約１．０ｅＶバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓから構成されるが、好適な格子定数及びバンドギャップ要件を備えた他のあらゆる半導体材料も同様に用いることができる。
【００２３】
サブセルＣの基層１２０の上部には、好ましくはＧａＩｎＰ2から構成される裏面電界（ＢＳＦ）層１２１が堆積される。
【００２４】
ＢＳＦ層１２１を覆って又はその上には、好ましくはｐ＋＋型ＧａＩｎＡｓのｐ＋接触層１２２が堆積される。
【００２５】
ｐ＋接触層１２２の上部には、金属層１２３、好ましくは層のＴｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕシーケンスが堆積される
【００２６】
次いで、図１に示す半導体構造は、図２に示すように接着剤１５０によってフレキシブル膜１５１（Ｋａｐｔｏｎなど）の表面に結合される。フレキシブル膜は通常、厚さ約７５ミクロンを有するが、基板を含む半導体構造体は約６６０ミクロンである。より具体的には、構造体は表を下向きに、すなわち金属接触層１２３が膜１５１に隣接した状態で結合される。
【００２７】
図３は、フレキシブル膜１５１の底部に対しサファイアなどの代理基板１７５を接着する次のプロセス段階の後の図２の構造の断面図である。好ましい実施形態では、代理基板は、厚さ約１０００ミクロンであり、後で基板を除去するのを助けるために４ｍｍの間隔を置いて配置された直径約１ｍｍの孔が穿孔されている。材料の選択の考察を含めて、接着プロセスの詳細を引き続き検討する。
【００２８】
図４は、ソーラーセル層１２３から１０３の下の元の基板１００を除去して厚さ約１２ミクロンの層１２３から１０３からなる半導体構造を残すことを含めて描かれた、本発明による次のプロセス段階の後の図３のソーラーセル構造の断面図である。
【００２９】
図５は、既知のウェット又はドライ化学エッチングによって露出した半導体表面の上部から層１０３を除去する本発明による次のプロセス段階の後の図４のソーラーセルの断面図である。１０４はエッチング停止層であるので、エッチングは層１０３を完全に除去する。
【００３０】
図６は、典型的にはＨＣｌ／Ｈ2Ｏ溶液によって半導体表面の層１０４が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図５のソーラーセルの断面図である。
【００３１】
図７は、本発明による次のプロセス段階の後の図６のソーラーセル構造の断面図である。最初にリソグラフィーが行われ、フォトレジストを堆積して金属が全く存在しない領域を定めるようにする。金属層はフォトレジストの上に蒸着される。金属層１２５は通常、Ｐｄ／Ｇｅ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ／Ａｕ層から構成される。
【００３２】
図８は、金属層が既知のリソグラフィー技術によってグリッド線にパターン化され、ここで金属層１２５の部分がリフトオフされて、残りの金属がソーラーセルの表面上にグリッドを形成する平行線１２６を形成するようになる、本発明による次のプロセス段階の後の図７のソーラーセル構造の断面図である。
【００３３】
図９は、グリッド線がマスクとして用いられ、グリッド線間の半導体構造のキャップ層１０５が既知のウェット又はドライ化学エッチングプロセスによって除去され、これによってグリッド線間及び残りの露出された半導体表面上で窓層１０６を露出する、本発明による次のプロセス段階の後の図８のソーラーセル構造の断面図である
【００３４】
図１０は、ＡＲＣ層がグリッド線１２６の上面の上に約２０００オングストロームの厚さに堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図９のソーラーセルの断面図である。次いでリソグラフィープロセスは、ボンディングパッドが位置付けられることになる領域からＡＲＣを除去するように用いられる。
【００３５】
図１１は、構造体の周縁部が金属層１２３に至るまでエッチングされ、これによりウェーハの表面上にメサ半導体構造を形成する、本発明による次のプロセス段階の後の図１０のソーラーセルの断面図である。次いで、別のリソグラフィープロセスを用いて、電池の上部から裏面金属まで裏面金属ビアをウェットエッチングする。これによりソーラーセルの裏面金属又はアノードまでの接触を形成することが可能になる。
【００３６】
図１２は、代理基板が除去された、本発明による次のプロセス段階の後の図１１のソーラーセルの断面図である。
【００３７】
上記では、本発明を具体的な好ましい実施形態において特定のタイプのソーラーセルを形成するためのプロセスとして説明してきたが、より一般的には、本発明は、単に適切な接着剤（Ｄｕ ＰｏｎｔのＴｅｆｌｏｎ（ＦＥＰ／ＰＦＡ）、又はポリイミドなど）を用いて、比較的薄いフレキシブル膜（Ｄｕ ＰｏｎｔのＫａｐｔｏｎなど）上で表を下向きにウェーハ（デバイス構造体又は層を備える場合があり、又は備えていない場合がある）を結合し、次いで、所望の厚さが達成されるまで又は所望の層が達成されるまでウェーハを薄型化（研磨／ラッピング及びエッチング）し、次いで、薄いウェーハを更に処理して電子デバイス、光デバイス、又は機械デバイス（例えば、薄型光起電力電池）を形成する方法である。
【００３８】
本発明はまた、より一般的には、剛性キャリア（サファイアなど）を用いて、全ての半導体デバイス定義及び処理を通じてフレキシブル薄膜上に薄型半導体構造又はウェーハを支持することを含み、後で膜を剛性基板から取り外し、次いで最終面（例えば、ソーラーパネル）に取り付けることができる。薄膜は、一時的な接着剤（Ｄｏｗ ＣｏｒｎｉｎｇのＩ−４０１０など）を用いてキャリアに取り付けることができる。
【００３９】
基板の薄型化は、処理中及び使用中に他の幾つかの支持手段がデバイス層に与えられる必要があることを意味する。Ｋａｐｔｏｎは、耐熱性及び化学的耐性があり、更に可撓性であるので良好な材料である。Ｋａｐｔｏｎは様々な厚さで得ることができ、片面又は両面に接着剤を用いて得ることができる。Ｔｅｆｌｏｎなどの接着剤がＫａｐｔｏｎで利用可能であり、極めて化学的耐性があり、更にある程度までの耐熱性があるので、Ｔｅｆｌｏｎはこの目的には好適である。或いは、接着剤は施工することができる（例えば、積層化、又はスピンによって）。Ｔｅｆｌｏｎシートは、Ｋａｐｔｏｎ上に積層化することができる。ポリイミドは、ウェーハ上にスピンさせることができ、ポリイミドを接着剤として用いて、ウェーハをＫａｐｔｏｎに取り付けることができる。またプロセスの最後で接着剤をＫａｐｔｏｎに施工し、Ｋａｐｔｏｎを一時的又は恒久的に曲面或いは平面に取り付けることができる。
【００４０】
上述のように、本発明の１つの実施形態は、Ｔｅｆｌｏｎ又はポリイミドなどの接着剤を用いてＫａｐｔｏｎなどの膜上で表を下向きにしてウェーハを取り付け、必要に応じて剛性キャリアを取り付け、ウェーハを薄型化し、デバイスを処理し、剛性キャリア（使用する場合）から取り外し、次いで別の接着剤の有無にかかわらず最終面上でＫａｐｔｏｎにデバイスを施工することを含む。
【００４１】
ＦＥＰ及びＰＦＡは、デュポン製のＴｅｆｌｏｎの別種であり、同様に接着剤として用いることができる熱可塑性材である。ＰＦＡ（３００−３１０Ｃ）は、ＦＥＰ（２５０−２８０Ｃ）よりも溶融が高温である。ＰＦＡは、２６０Ｃ連続使用に従うことができ、ＦＥＰは、２０５Ｃ連続使用に従うことができる。これらの両方は、種々の厚さの膜で利用可能である。
【００４２】
Ｋａｐｔｏｎは種々の厚さで利用可能であり、ＦＥＰ又はＰＦＡが既に積層化されたデュポンのポリイミドである。或いは、ＦＥＰ及び／又はＰＦＡは、熱板プレスでの積層化によってＫａｐｔｏｎ膜に施工することができる。
【００４３】
Ｋａｐｔｏｎが、片面又は両面上のいずれにＦＥＰ／ＰＦＡを有するかに応じて２つの方法がある。ウェーハ／Ｋａｐｔｏｎの組み合わせを処理中（例えばリソグラフィー中）の支持としての剛性キャリアに取り付ける必要がある場合、ポリマーが片面だけにあれば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉ−４０１０などの別の接着剤を他の面に用いることができる。
【００４４】
両面にＦＥＰ／Ｋａｐｔｏｎ又はＰＦＡ／Ｋａｐｔｏｎを用いる実施形態では、開始点は、必要なあらゆるデバイス層を有するウェーハとなる。次に、薄型反転光電池を形成する特定の場合には、ウェーハは、デバイス側で金属化し、必要に応じて更にアニールすることができる。
【００４５】
処理中に剛性キャリアが必要とされる場合、熱板プレス中にＫａｐｔｏｎの両側上にウェーハ（デバイス側を下向き）及びキャリア（例えば、サファイアディスク／Ｓｉウェーハ）を合わせる。プレスは、熱及び圧力の組み合わせを適用する。ＰＥＰ／ＰＦＡは、加圧下で溶融されて、連続結合を形成する。冷却し圧力を除去すると、所定時間後、ウェーハ（デバイス側を下向き）、Ｋａｐｔｏｎ、及びキャリア（サファイア／Ｓｉ）を互いに取り付ける。
【００４６】
ウェーハのバルクを薄型化（研磨／ラッピング及びエッチング）してエッチング停止層及び／又はデバイス層（ある場合）に至り、更にウェーハを処理する（標準デバイス製造プロセス）。薄型反転光電池の特定の場合において、これらのプロセスは、限定ではないが、リソグラフィー、金属化（メタライゼーション）、堆積、エッチング、その他を含むことができる。ウェーハ上のセルは、好適にエッチングした接触窓、及び同様に前面接触パッドを通って前面側から裏面金属に接触することによって、このステージで試験することができる。
【００４７】
熱可塑性材の融点まで加熱することによって、キャリアからＫａｐｔｏｎを分離する。これは、例えば熱板上で行うことができる。キャリアとＫａｐｔｏｎとの間のポリマーが溶融すると、その上の薄型化ウェーハを有するＫａｐｔｏｎが離れることができる。Ｋａｐｔｏｎとウェーハとの間にポリマーの溶融が幾らかある可能性があるが、これは、Ｋａｐｔｏｎがキャリアから取り出されるときに再凝固することになる。ＫａｐｔｏｎからＩＭＭウェーハ／セルのいかなる分離もあるべきではない。理想的には、ウェーハ側にＰＦＡを備え、且つキャリア側にＦＥＰを備えたＫａｐｔｏｎを用いる必要があり、この場合、ＦＥＰ溶融温度まで加熱すると、キャリアからＫａｐｔｏｎ／ウェーハを放出することになり、ＰＦＡはＦＥＰよりも高い温度で溶融するので、Ｋａｐｔｏｎとウェーハとの間のＰＦＡ結合がそのまま残る。
【００４８】
デバイスは、更なる接続の準備が整ったＫａｐｔｏｎ上にある。必要な場合ウェーハ上にエッチングしたストリートを通ってＫａｐｔｏｎを機械的に切断することにより、デバイスを分離することができる。カバー・ガラスを取り付けることができる。光電池の具体的な場合では、セルを分離させる必要がある場合、メサ・ストリートを用いてＫａｐｔｏｎを通って切断することができ、セルを相互接続することができる。Ｋａｐｔｏｎは、デバイスが柔軟性であるまで十分に薄く（ミクロン）なると、接着剤の有無にかかわらず（例えば、ソーラーパネル）最終的な平面又は曲面に取り付けることができる。
【００４９】
片側ＦＥＰ／Ｋａｐｔｏｎ又はＰＦＡ／Ｋａｐｔｏｎを用いる実施形態では、処理中に剛性キャリアを用いることができ、別の接着剤（例えばＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉ−４０１０）を用いて、剛性キャリアにＫａｐｔｏｎを取り付けることができ、例えば、上記で言及したように孔を有するサファイア基板とすることができる。これは、真空、圧力、及び熱の組み合わせを加えて接着剤を硬化させる市販のウェーハ装置で行われる。これは、Ｋａｐｔｏｎ／ＦＥＰ又はＫａｐｔｏｎ／ＰＦＡを熱板プレスでウェーハに取り付けた後に行うことができる。Ｉ−４０１０は、ウェーハ製作で使用される多くの溶媒、酸、塩基、及び他の化学物質に対し不活性のシリコン接着剤である。Ｉ−４０１０はまた耐熱性がある。
【００５０】
既に述べたように処理した後、使用されたキャリアは、溶媒によって剥離する必要がある。サファイア内の孔は、接着剤に対する溶媒のアクセスを増大させることによって、剥離を加速するのを助ける。ＦＥＰ／ＰＦＡ結合はこの溶媒に対し不活性であり、したがって、Ｋａｐｔｏｎ／ウェーハ結合は、サファイアから取り外された後も不活性のままとなる。直前に述べたように、Ｋａｐｔｏｎに結合されたウェーハは、更に処理するために機械的に切断してデバイスを分離することができる。
【００５１】
ＦＥＰ／ＰＦＡではなく他の接着剤については、温度、化学物質、及びデバイスの処理及び最終用途に伴う他の環境に耐性のある他のあらゆる接着剤を用いることができる。使用可能な１つの化学的耐性及び熱的耐性のある材料はポリイミドであり、その中である種のものが利用可能であり、異なる硬化温度及び耐環境性を有する。ポリイミドは、例えば、スピンコーティングによってウェーハ背面に施工することができ、Ｋａｐｔｏｎを取り付けることもでき、更に、スタックを硬化して結合を形成することができる。この後の手順は上述と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の基板上にソーラーセルの層を形成するプロセス段階の最後における本発明によるソーラーセルの拡大断面図である。
【図２】フレキシブル膜の上部への構造体の接着を含む、本発明による次のプロセス段階の後の図１のソーラーセルの断面図である。
【図３】フレキシブル膜に代理基板を接着する次のプロセス段階の後の図２の構造の断面図である。
【図４】代理基板の下の元の層を除去して半導体構造を残すのを含めて描いた、本発明による次のプロセス段階の後の図３のソーラーセルの断面図である。
【図５】半導体表面の上部から層を除去する本発明による次のプロセス段階の後の図４のソーラーセルの断面図である。
【図６】半導体表面の別の層が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図５のソーラーセルの断面図である。
【図７】金属層が半導体表面の上に堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図６のソーラーセルの断面図である。
【図８】金属層がグリッド線にパターン化される、本発明による次のプロセス段階の後の図７のソーラーセルの断面図である。
【図９】グリッド線間の半導体表面の最上層が除去される、本発明による次のプロセス段階の後の図８のソーラーセルの断面図である。
【図１０】ＡＲＣ層が表面の上に堆積される、本発明による次のプロセス段階の後の図９のソーラーセルの断面図である。
【図１１】ボンディングパッドがＡＲＣ層内で開口された、本発明による次のプロセス段階の後の図１０のソーラーセルの断面図である。
【図１２】代理基板が除去された、本発明による次のプロセス段階の後の図１１のソーラーセルの断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 基板
１０３ バッファ層
１２２ ｐ＋接触層
１２３ 金属接触層
１２６ 平行線
１５０ 接着剤
１５１ フレキシブル膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーセルを製造する方法であって、
基板を準備する段階と、
ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を第１の基板上に堆積させる段階と、
半導体基板をフレキシブル膜上に載置する段階と、
前記半導体基板を所定の厚さまで薄くする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記半導体材料の一連の層が、前記フレキシブル膜に隣接して直接取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フレキシブル膜を代理基板に取り付ける段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記代理基板がサファイアウェーハである、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
処理の後で前記代理基板を除去する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フレキシブル膜を備えた前記ソーラーセルをガラス支持部材に取り付ける段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
半導体材料の一連の層を堆積する前記段階が、
第１のバンドギャップを有する前記基板上に第１のソーラーサブセルを形成する段階と、
前記第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルを、前記第１のサブセルの上に形成する段階と、
前記第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層を、前記第２のサブセルの上に形成する段階と、
第３のサブセルが前記第２のサブセルに対して格子不整合であるように、前記第２のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する前記第３のソーラーサブセルを形成する段階と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板がＧａＡｓから構成され、前記第１のソーラーサブセルがＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域及びＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域から構成され、前記第２のソーラーサブセルがＩｎＧａＰエミッタ領域及びＩｎ0.015ＧａＡｓベース領域から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項９】
前記傾斜中間層が、格子定数を単調に増大したＩｎＧａＡｌＡｓの複数の層から構成される、
ことを特徴とする請求項７に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項１０】
フレキシブル膜と、
前記フレキシブル膜上に載置された半導体本体と、
を備えたソーラーセルであって、
前記半導体本体が、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層と、
第３のソーラーサブセルが前記第２のサブセルに対して格子不整合であるように前記中間層の上に配置され、第３のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する第３のサブセルと、
を含む一連の層を有する、
ことを特徴とするソーラーセル。
【請求項１】
ソーラーセルを製造する方法であって、
基板を準備する段階と、
ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を第１の基板上に堆積させる段階と、
半導体基板をフレキシブル膜上に載置する段階と、
前記半導体基板を所定の厚さまで薄くする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記半導体材料の一連の層が、前記フレキシブル膜に隣接して直接取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フレキシブル膜を代理基板に取り付ける段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記代理基板がサファイアウェーハである、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
処理の後で前記代理基板を除去する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フレキシブル膜を備えた前記ソーラーセルをガラス支持部材に取り付ける段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
半導体材料の一連の層を堆積する前記段階が、
第１のバンドギャップを有する前記基板上に第１のソーラーサブセルを形成する段階と、
前記第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルを、前記第１のサブセルの上に形成する段階と、
前記第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層を、前記第２のサブセルの上に形成する段階と、
第３のサブセルが前記第２のサブセルに対して格子不整合であるように、前記第２のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する前記第３のソーラーサブセルを形成する段階と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板がＧａＡｓから構成され、前記第１のソーラーサブセルがＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域及びＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域から構成され、前記第２のソーラーサブセルがＩｎＧａＰエミッタ領域及びＩｎ0.015ＧａＡｓベース領域から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項９】
前記傾斜中間層が、格子定数を単調に増大したＩｎＧａＡｌＡｓの複数の層から構成される、
ことを特徴とする請求項７に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項１０】
フレキシブル膜と、
前記フレキシブル膜上に載置された半導体本体と、
を備えたソーラーセルであって、
前記半導体本体が、
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
第１のサブセルの上に配置され、前記第１のバンドギャップよりも小さな第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
前記第２のサブセルの上に配置され、前記第２のバンドギャップよりも大きな第３のバンドギャップを有する傾斜中間層と、
第３のソーラーサブセルが前記第２のサブセルに対して格子不整合であるように前記中間層の上に配置され、第３のバンドギャップよりも小さな第４のバンドギャップを有する第３のサブセルと、
を含む一連の層を有する、
ことを特徴とするソーラーセル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１６６７９４（Ｐ２００８−１６６７９４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３４８２２（Ｐ２００７−３３４８２２）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【出願人】（５０７２００９１６）エムコア コーポレイション (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【出願人】（５０７２００９１６）エムコア コーポレイション (6)
【Ｆターム（参考）】
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