反転型メタモルフィック多接合ソーラーセルにおいて指数関数的にドープした複数の層
【課題】メタモルフィック層を含む多接合ソーラーセルを提供する。
【解決手段】上部サブセル、中間サブセル及び下部サブセルを含む多接合ソーラーセルを製造する方法は、半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備し、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を基板上に形成し、第１のバンドギャップより小さい第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第１のソーラーサブセルの上に形成し、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを第２のサブセル上に形成し、第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルをグレーディングインターレイヤの上に形成して、第３のサブセルが第２のサブセルに対して格子不整合となるようにし、前記ベースのうちの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロフィールを有するようにする。
【解決手段】上部サブセル、中間サブセル及び下部サブセルを含む多接合ソーラーセルを製造する方法は、半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備し、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を基板上に形成し、第１のバンドギャップより小さい第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第１のソーラーサブセルの上に形成し、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを第２のサブセル上に形成し、第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルをグレーディングインターレイヤの上に形成して、第３のサブセルが第２のサブセルに対して格子不整合となるようにし、前記ベースのうちの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロフィールを有するようにする。
【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係り、より詳細には、メタモルフィック層を含む多接合ソーラーセルに係る。このようなデバイスは、反転型メタモルフィックソーラーセルとして知られたソーラーセルも含む。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルとも称される光電池は、過去数年間に利用できるようになった最も重要な新規エネルギー源の１つである。ソーラーセルの開発には著しい努力が注がれた。その結果、ソーラーセルは、現在、多数の商業向け及び消費者向け用途で使用されている。この領域では著しい進歩がなされたが、より精巧な用途のニーズを満足するためのソーラーセルに対する要求が、重要と歩調を合わせていない。データ通信に使用される衛星のような用途は、電力及びエネルギー変換特性の改善を伴うソーラーセルの需要を劇的に高めた。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途において、衛星電源システムのサイズ、質量及びコストは、使用するソーラーセルの電力及びエネルギー変換効率に依存する。換言すれば、ペイロードのサイズ及びオンボードサービスの利用性は、供給される電力量に比例する。したがって、ペイロードが、より精巧になるにつれて、オンボード電源システムの電力変換装置として働くソーラーセルは、次第に重要度が増す。
【０００４】
ソーラーセルは、しばしば、垂直の多接合構造で製造されて、水平アレーで配置され、個々のソーラーセルが直列に一緒に接続される。アレーの形状及び構造、並びにそれに含まれるセルの数は、希望の出力電圧及び電流によって、一部分、決定される。
【０００５】
M. W. Wanlass氏等の“Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters” (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005) に説明されたような反転型メタモルフィックソーラーセル構造体は、将来の商業的な高効率ソーラーセルを開発するための重要な出発点を与える。このような従来の文献に説明された構造は、材料及び製造ステップの適切な選択に関する多数の実際的な問題を提起する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明以前に、従来技術に開示された材料及び製造ステップは、反転型メタモルフィックセル構造を使用して商業的に価値ある、エネルギー効率のよいソーラーセルを製造するのに充分なものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上部サブセル、中間サブセル及び下部サブセルを含む多接合ソーラーセルを製造する方法であって、半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備し、第１のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第１のソーラーサブセルを前記基板上に形成し、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第２のソーラーサブセルを前記第１のソーラーサブセルの上に形成し、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを前記第２のサブセル上に形成し、前記第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第３のソーラーサブセルを前記グレーディングインターレイヤの上に形成して、この第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となるようにし、前記ベースの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するようにする方法を提供する。
【０００８】
別の態様において、本発明は、第１の基板を準備し、第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成し、その一連の層の頂部に代用基板を装着し、第１の基板を除去することにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、第１の基板を準備し、第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成し、その一連の層の頂部に代用基板を装着し、第１の基板を除去することにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。別の態様において、本発明は、ソーラーセルを形成する方法であって、ＩｎＧａＰ半導体材料で構成されたベース及びエミッタ層を含む頂部セルを形成し、ＩｎＧａＰ半導体材料の中間セルエミッタ層及びＧａＡｓ半導体材料のベース層を形成し、ＩｎＧａＡｓ半導体材料のエミッタ及びベース層を含む底部セルを形成し、前記ベースの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するようにする方法を提供する。
【００１０】
本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から更に完全に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、例示的な態様及びその実施形態を含めて、以下に詳細に説明する。添付図面及び以下の説明を参照すれば、同じ参照番号を使用して、同じ又は機能的に同様の要素を識別すると共に、実施形態の主たる特徴を非常に簡単な図で示すものである。更に、添付図面は、実施形態の各特徴を示すものでも要素の相対的な寸法を示すものでもなく、又、正しい縮尺でもない。
【００１２】
図１は、基板上に３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを形成した後の本発明による多接合ソーラーセルを示す。より詳細には、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又は他の適当な材料である基板１０１が示されている。Ｇｅ基板の場合には、基板上に核生成層１０２が堆積される。基板又は核生成層１０２の上には、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４が更に堆積される。次いで、層１０４上には接触層１０５が堆積され、この接触層には窓層１０６が堆積される。次いで、ｎ＋エミッタ層１０７及びｐ型ベース層１０８より成るサブセルＡが窓層１０６上に堆積される。
【００１３】
多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受ける周期表にリストされたIII属からＶ族元素の適当な組み合わせにより形成できることに注意されたい。III属は、硼素（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属は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）を含む。Ｖ属は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００１４】
好ましい実施形態では、エミッタ層１０７は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成され、ベース層１０８は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成される。アルミニウム、即ち先の式におけるカッコ内のＡｌ項は、Ａｌが任意の成分であり、この場合は、０％ないし３０％の範囲の量で使用されてもよいことを意味する。本発明によるエミッタ及びベース層１０７及び１０８のドーピングプロファイルは、図１６を参照して説明する。
【００１５】
ベース層１０８の上には、再結合ロスを減少するために使用される背面フィールド（ＢＳＦ）層１０９が堆積される。
【００１６】
このＢＳＦ層１０９は、ベース／ＢＳＦ界面付近の領域から少数キャリアを駆動して、再結合ロスの影響を最小にする。換言すれば、ＢＳＦ層１０９は、ソーラーサブセルＡの背面での再結合ロスを減少し、それにより、ベースにおける再結合を減少する。
【００１７】
ＢＳＦ層１０９の上には、一連の強くドープされたｐ型及びｎ型層１１０が堆積され、これは、サブセルＡをサブセルＢに接続する回路素子であるトンネルダイオードを形成する。
【００１８】
このトンネルダイオード層１１０上には、窓層１１１が堆積される。サブセルＢに使用される窓層１１１も、再結合ロスを減少するように働く。又、窓層１１１は、その下に横たわる接合のセル面の不動態化を改善する。当業者に明らかなように、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよい。
【００１９】
窓層１１１の上には、セルＢの層、即ちエミッタ層１１２、及びｐ型ベース層１１３が堆積される。これらの層は、（Ｇｅ成長テンプレートに対して）各々ＩｎＧａＰ及びＩｎ0.015ＧａＡｓで構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。本発明によるドーピングプロファイル１１２及び１１３は、図１６を参照して説明する。
【００２０】
セルＢの上には、ＢＳＦ層１０９と同じ機能を果たすＢＳＦ層１１４が堆積される。このＢＳＦ層１１４の上には、層１１０と同様に、ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード１１５が堆積され、この場合も、セルＢをセルＣに接続するための回路素子を形成する。
【００２１】
好ましくは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成されるバリア層１１６ａが、トンネルダイオード１１５の上に、約１．０ミクロンの厚みまで堆積される。このようなバリア層は、中間及び上部サブセルＢ及びＣへ成長する方向とは逆に、或いは下部サブセルＡへと成長する方向に、貫通転位が伝播するのを防止するように意図され、これは、２００７年９月２４日に出願された米国特許出願第１１／８６０，１８３号により詳細に説明されている。
【００２２】
バリア層１１６ａ上には、メタモルフィック層（グレーディングインターレイヤ）１１６が堆積される。この層１１６は、組成的に段階的にグレード付けされる一連のＩｎＧａＡｌＡｓ層で、サブセルＢからサブセルＣへ格子定数の遷移を達成するよう意図された単調に変化する格子定数をもつものであるのが好ましい。層１１６のバンドギャップは、中間サブセルＢのバンドギャップより若干大きな値に一致する１．５ｅＶである。
【００２３】
一実施形態では、Wanless氏等の論文に示唆されているように、段階的グレードは、９つの組成的にグレード付けされたＩｎＧａＰ段階を含み、その各段階層は、厚みが０．２５ミクロンである。好ましい実施形態では、層１１６は、少なくとも９つの段階にわたり単調に変化する格子定数をもつＩｎＧａＡｌＡｓで構成される。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＡｓメタモルフィック層１１６の上に任意の第２のバリア層１１６ｂを堆積してもよい。この第２のバリア層１１６ｂは、典型的に、バリア層１１６ａとは若干異なる組成を有する。
【００２５】
バリア層１１６ｂの上には、窓層１１７が堆積され、この窓層は、サブセル‘Ｃ’における再結合ロスを減少するように動作する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００２６】
窓層１１７の上には、セルＣの層、即ちｎ＋エミッタ層１１８及びｐ型ベース層１１９が堆積される。これらの層は、ＩｎＧａＡｓで各々構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。層１１８及び１１９のドーピングプロファイルは、図１６を参照して説明する。
【００２７】
セルＣの上には、ＢＳＦ層１２０が堆積され、このＢＳＦ層は、ＢＳＦ層１０９及び１１４と同じ機能を遂行する。
【００２８】
最終的に、ＢＳＦ層１２０には、ｐ＋接触層１２１が堆積される。
【００２９】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００３０】
図２は、ｐ＋半導体接触層１２１の上に金属接触層１２２が堆積された次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。金属は、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕであるのが好ましい。
【００３１】
図３は、金属層１２２の上に接着剤層１２３が堆積された次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。接着剤は、ウェハボンド（ミズリー州ローラのブリューワーサイエンス社により製造される）であるのが好ましい。
【００３２】
図４は、代用基板１２４、好ましくは、サファイアが取り付けられる次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。代用基板は、厚みが約４０ミルであり、接着剤及び基板のその後の除去を助けるために、直径約１ｍｍの穴が４ｍｍの間隔で開けられている。
【００３３】
図５Ａは、基板１０１、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４を除去する一連のラッピング及び／又はエッチングステップによりオリジナル基板が除去される次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。特定のエッチング剤の選択は、成長基板に依存する。
【００３４】
図５Ｂは、代用基板１２４が図の底部に来るように方向付けした図５Ａのソーラーセルの断面図である。これ以降の図は、このような方向付けをとっている。
【００３５】
図６Ａは、ソーラーセルが実施されるウェハの上面図である。４つのセルを示したが、これは例示のために過ぎず、本発明は、ウェハ当たりの特定のセル数には限定されない。
【００３６】
各セルには、格子線５０１（図１０の断面図により詳細に示す）、相互接続バス線５０２、及び接触パッド５０３がある。格子線及びバス線の幾何学形状及び数は、例示に過ぎず、本発明は、ここに示す実施形態に限定されない。
【００３７】
図６Ｂは、図６Ａに示す４つのソーラーセルをもつウェハの底面図である。
【００３８】
図７は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して各セルの周囲でメサ５１０がエッチングされる次の処理ステップの後の図６Ａのウェハを示す上面図である。
【００３９】
図８は、図５Ｂのソーラーセルの簡単な断面図で、代用基板１２４の上の幾つかの上部層及び下部層を示す図である。
【００４０】
図９は、ＨＣＬ／Ｈ2Ｏ溶液によりエッチング停止層１０４が除去される次の処理ステップの後の図８のソーラーセルを示す断面図である。
【００４１】
図１０は、接触層１０５の上にホトレジストマスク（図示せず）を配置して格子線５０１形成する次の一連の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。格子線５０１は、接触層１０５上に蒸着により堆積され、リソグラフ的にパターン化及び堆積される。マスクが離昇されて、金属格子線５０１が形成される。
【００４２】
図１１は、格子線をマスクとして使用し、クエン酸／過酸化物エッチング混合物を使用して表面を窓層１０６までエッチングする次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【００４３】
図１２は、格子線５０１をもつウェハの「底部」側の全面に反射防止（ＡＲＣ）誘電体被覆層１３０が付着される次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【００４４】
図１３は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して金属層１２２までメサ５１０がエッチングされる次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。この断面図は、図７のＡ−Ａ平面から見たものとして示されている。次いで、１つ以上の銀電極が接触パッド（１つ又は複数）に溶接される。
【００４５】
図１４は、代用基板１２４呼び接着剤１２３がＥＫＣ９２２により除去された後の次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。代用基板に設けられる好ましい孔は、直径が０．０３３インチで、０．１５２インチだけ分離されている。
【００４６】
図１５は、一実施形態においては、ＡＲＣ層１３０及びそれに取り付けられた堅牢なカバーガラスの上に接着剤が付着される次の処理ステップの後の図１４のソーラーセルを示す断面図である。
【００４７】
異なる実施形態では、図１３のソーラーセルが支持体に最初に装着され、その後、代用基板１２４及び接着剤１２３が除去される。このような支持体は、図１５に示すように、接着剤により装着される堅牢なカバーガラスである。
【００４８】
図１６は、本発明の第１の実施形態によるメタモルフィックソーラーセルのサブセルにおけるエミッタとベース層との間のドーピングプロファイルを示すグラフである。
【００４９】
上述したように、図１６に示されたエミッタとベース層のドーピングプロファイルは、本発明の三重接合ソーラーセルのサブセルの１つ以上において実施することができる。
【００５０】
本発明による特定のドーピングプロファイルが図示されており、エミッタのドーピングは、隣接層（例えば、層１０６、１１１又は１１７）のすぐ近くの領域における約５ｘ１０18／ｃｍ3から、図１６に点線で示されたｐ−ｎ接合付近の領域における５ｘ１０17／ｃｍ3へと減少する。ベースドーピングは、ｐ−ｎ接合付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層（例えば、層１０９、１１４又は１２０）付近の１ｘ１０18／ｃｍ3まで指数関数的に増加する。
【００５１】
指数関数的ドーピング勾配exp［−ｘ／λ］により発生される収集フィールドの絶対値は、次の大きさの一定電界により与えられる。
Ｅ＝（ｋＴ／ｑ(１／λ)）（exp［−ｘb／λ］）
但し、ｋは、ボルツマン定数、Ｔは、絶対温度（°ケルビン）、ｑは、電荷の絶対値、λは、ドーピング減衰のパラメータ特性である。
【００５２】
本発明の効果は、本発明により底部サブセルの３μｍ厚みのベース層に指数関数的ドーピングプロファイルを合体したテストソーラーセルにおいて実証されている。テストセルの電気的パラメータの測定に続いて、電流収集の６．７％の増加が観察された。測定は、少なくとも３．０１４Ｖに等しい開路電圧（Ｖoc）、少なくとも１６．５５ｍＡ／ｃｍの短絡電流（Ｊsc）、及びＡＭＯにおいて少なくとも０．８６の充填率を指示した。
【００５３】
本発明により教示される指数関数的ドーピングプロファイルは、ドープ領域に一定電界を発生する。本発明の特定の三重接合ソーラーセル材料及び構造では、底部セルは、全てのサブセルの中で最小の短絡電流を有する。三重接合ソーラーセルでは、個々のサブセルが積層され、直列回路を形成する。それ故、全セルにおける合計電流は、いずれか１つのサブセルに発生される最小電流により制限される。したがって、底部セルにおける短絡電流を６．７％増加することにより、電流は、上位サブセルの電流に、より厳密に接近し、三重接合ソーラーセルの全効率も、６．７％増加される。約３０％の効率をもつ三重接合ソーラーセルでは、本発明の実施は、効率を１．０６７の係数で増加し、即ち３２．０１％に増加する。全効率のこのような増加は、ソーラーセル技術の分野では相当のものである。効率の増加に加えて、指数関数的ドーピングプロファイルにより形成される収集フィールドは、ソーラーセルの放射線硬度を向上させ、これは、宇宙船の用途で重要である。
【００５４】
指数関数的ドープされるプロファイルは、実施されて検証されたドーピング設計であるが、他のドーピングプロファイルも、直線的に変化する収集フィールドを与え、これは、更に別の効果を発揮することができる。例えば、次の式に示すドーピングプロファイルは、少数キャリアの収集及びソーラーセルの寿命終了における放射線硬度の両方について効果的である線形フィールドをドープ領域に発生する。
【数１】
１つ以上のベース層におけるこのような他のドーピングプロファイルは、本発明の範囲内である。
【００５５】
ここに示すドーピングプロファイルは、単なる例示に過ぎず、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、より複雑な他のプロファイルが利用できるであろう。
【００５６】
又、上述した素子の各々、或いはその２つ以上は、上述した形式の構造とは異なる他の形式の構造にも有用に適用できることを理解されたい。
【００５７】
本発明は、反転型メタモルフィック多接合ソーラーセルにおいて実施されるものとして図示して説明したが、本発明の精神から逸脱せずに種々の修正や構造変更がなされ得るので、ここに示す細部に限定されるものではない。
【００５８】
これ以上分析しなくても、以上の説明は、他の者が現在の知識を適用することにより、従来技術の観点から本発明の一般的又は特定の態様の本質的な特性を充分に構成する特徴を省くことなく種々の用途に容易に適応させることのできる本発明の要旨を充分に明らかにするもので、それ故、このような適応は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明により構成されたソーラーセルの拡大断面図である。
【図２】次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。
【図３】次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。
【図４】次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ａ】オリジナル基板が除去された次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ｂ】図の最下部に代用基板がある状態で見た図５Ａのソーラーセルの別の断面図である。
【図６Ａ】ソーラーセルが製造されたウェハの上面図である。
【図６Ｂ】ソーラーセルが製造されたウェハの下面図である。
【図７】次の処理ステップの後の図６Ａのウェハを示す上面図である。
【図８】次の処理ステップの後の図５Ｂのソーラーセルを示す断面図である。
【図９】次の処理ステップの後の図８のソーラーセルを示す断面図である。
【図１０】次の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。
【図１１】次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【図１２】次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【図１３】次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。
【図１４】次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。
【図１５】次の処理ステップの後の図１４のソーラーセルを示す断面図である。
【図１６】本発明による反転型メタモルフィックソーラーセルのサブセルにおけるエミッタとベース層との間のドーピングプロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０１：基板
１０２：核生成層
１０３：バッファ層
１０４：エッチング停止層
１０５：接触層
１０６：窓層
１０７：ｎ＋エミッタ層
１０８：ｐベース層
１０９：ＢＳＦ層
１１０：ｐ型及びｎ型層（トンネルダイオード層）
１１１：窓層
１１２：ｎ＋エミッタ層
１１３：ｐベース層
１１４：ＢＳＦ層
１１５：ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード
１１６ａ：バリア層
１１６：グレーディングインターレイヤ（メタモルフィックバッファ層）
１１６ｂ：バリア層
１１７：窓層
１１８：ｎ＋エミッタ層
１１９：ｐベース層
１２０：ＢＳＦ層
１２１：ｐ＋接触層
１２２：金属接触層
１２３：接着剤層
１２４：代用基板
５０１：格子線
５０２：相互接続バス線
５０３：接触パッド
５１０：メサ
【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係り、より詳細には、メタモルフィック層を含む多接合ソーラーセルに係る。このようなデバイスは、反転型メタモルフィックソーラーセルとして知られたソーラーセルも含む。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルとも称される光電池は、過去数年間に利用できるようになった最も重要な新規エネルギー源の１つである。ソーラーセルの開発には著しい努力が注がれた。その結果、ソーラーセルは、現在、多数の商業向け及び消費者向け用途で使用されている。この領域では著しい進歩がなされたが、より精巧な用途のニーズを満足するためのソーラーセルに対する要求が、重要と歩調を合わせていない。データ通信に使用される衛星のような用途は、電力及びエネルギー変換特性の改善を伴うソーラーセルの需要を劇的に高めた。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途において、衛星電源システムのサイズ、質量及びコストは、使用するソーラーセルの電力及びエネルギー変換効率に依存する。換言すれば、ペイロードのサイズ及びオンボードサービスの利用性は、供給される電力量に比例する。したがって、ペイロードが、より精巧になるにつれて、オンボード電源システムの電力変換装置として働くソーラーセルは、次第に重要度が増す。
【０００４】
ソーラーセルは、しばしば、垂直の多接合構造で製造されて、水平アレーで配置され、個々のソーラーセルが直列に一緒に接続される。アレーの形状及び構造、並びにそれに含まれるセルの数は、希望の出力電圧及び電流によって、一部分、決定される。
【０００５】
M. W. Wanlass氏等の“Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters” (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005) に説明されたような反転型メタモルフィックソーラーセル構造体は、将来の商業的な高効率ソーラーセルを開発するための重要な出発点を与える。このような従来の文献に説明された構造は、材料及び製造ステップの適切な選択に関する多数の実際的な問題を提起する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明以前に、従来技術に開示された材料及び製造ステップは、反転型メタモルフィックセル構造を使用して商業的に価値ある、エネルギー効率のよいソーラーセルを製造するのに充分なものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上部サブセル、中間サブセル及び下部サブセルを含む多接合ソーラーセルを製造する方法であって、半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備し、第１のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第１のソーラーサブセルを前記基板上に形成し、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第２のソーラーサブセルを前記第１のソーラーサブセルの上に形成し、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを前記第２のサブセル上に形成し、前記第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第３のソーラーサブセルを前記グレーディングインターレイヤの上に形成して、この第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となるようにし、前記ベースの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するようにする方法を提供する。
【０００８】
別の態様において、本発明は、第１の基板を準備し、第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成し、その一連の層の頂部に代用基板を装着し、第１の基板を除去することにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、第１の基板を準備し、第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成し、その一連の層の頂部に代用基板を装着し、第１の基板を除去することにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。別の態様において、本発明は、ソーラーセルを形成する方法であって、ＩｎＧａＰ半導体材料で構成されたベース及びエミッタ層を含む頂部セルを形成し、ＩｎＧａＰ半導体材料の中間セルエミッタ層及びＧａＡｓ半導体材料のベース層を形成し、ＩｎＧａＡｓ半導体材料のエミッタ及びベース層を含む底部セルを形成し、前記ベースの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するようにする方法を提供する。
【００１０】
本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から更に完全に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、例示的な態様及びその実施形態を含めて、以下に詳細に説明する。添付図面及び以下の説明を参照すれば、同じ参照番号を使用して、同じ又は機能的に同様の要素を識別すると共に、実施形態の主たる特徴を非常に簡単な図で示すものである。更に、添付図面は、実施形態の各特徴を示すものでも要素の相対的な寸法を示すものでもなく、又、正しい縮尺でもない。
【００１２】
図１は、基板上に３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを形成した後の本発明による多接合ソーラーセルを示す。より詳細には、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又は他の適当な材料である基板１０１が示されている。Ｇｅ基板の場合には、基板上に核生成層１０２が堆積される。基板又は核生成層１０２の上には、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４が更に堆積される。次いで、層１０４上には接触層１０５が堆積され、この接触層には窓層１０６が堆積される。次いで、ｎ＋エミッタ層１０７及びｐ型ベース層１０８より成るサブセルＡが窓層１０６上に堆積される。
【００１３】
多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受ける周期表にリストされたIII属からＶ族元素の適当な組み合わせにより形成できることに注意されたい。III属は、硼素（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属は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）を含む。Ｖ属は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００１４】
好ましい実施形態では、エミッタ層１０７は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成され、ベース層１０８は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成される。アルミニウム、即ち先の式におけるカッコ内のＡｌ項は、Ａｌが任意の成分であり、この場合は、０％ないし３０％の範囲の量で使用されてもよいことを意味する。本発明によるエミッタ及びベース層１０７及び１０８のドーピングプロファイルは、図１６を参照して説明する。
【００１５】
ベース層１０８の上には、再結合ロスを減少するために使用される背面フィールド（ＢＳＦ）層１０９が堆積される。
【００１６】
このＢＳＦ層１０９は、ベース／ＢＳＦ界面付近の領域から少数キャリアを駆動して、再結合ロスの影響を最小にする。換言すれば、ＢＳＦ層１０９は、ソーラーサブセルＡの背面での再結合ロスを減少し、それにより、ベースにおける再結合を減少する。
【００１７】
ＢＳＦ層１０９の上には、一連の強くドープされたｐ型及びｎ型層１１０が堆積され、これは、サブセルＡをサブセルＢに接続する回路素子であるトンネルダイオードを形成する。
【００１８】
このトンネルダイオード層１１０上には、窓層１１１が堆積される。サブセルＢに使用される窓層１１１も、再結合ロスを減少するように働く。又、窓層１１１は、その下に横たわる接合のセル面の不動態化を改善する。当業者に明らかなように、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよい。
【００１９】
窓層１１１の上には、セルＢの層、即ちエミッタ層１１２、及びｐ型ベース層１１３が堆積される。これらの層は、（Ｇｅ成長テンプレートに対して）各々ＩｎＧａＰ及びＩｎ0.015ＧａＡｓで構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。本発明によるドーピングプロファイル１１２及び１１３は、図１６を参照して説明する。
【００２０】
セルＢの上には、ＢＳＦ層１０９と同じ機能を果たすＢＳＦ層１１４が堆積される。このＢＳＦ層１１４の上には、層１１０と同様に、ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード１１５が堆積され、この場合も、セルＢをセルＣに接続するための回路素子を形成する。
【００２１】
好ましくは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成されるバリア層１１６ａが、トンネルダイオード１１５の上に、約１．０ミクロンの厚みまで堆積される。このようなバリア層は、中間及び上部サブセルＢ及びＣへ成長する方向とは逆に、或いは下部サブセルＡへと成長する方向に、貫通転位が伝播するのを防止するように意図され、これは、２００７年９月２４日に出願された米国特許出願第１１／８６０，１８３号により詳細に説明されている。
【００２２】
バリア層１１６ａ上には、メタモルフィック層（グレーディングインターレイヤ）１１６が堆積される。この層１１６は、組成的に段階的にグレード付けされる一連のＩｎＧａＡｌＡｓ層で、サブセルＢからサブセルＣへ格子定数の遷移を達成するよう意図された単調に変化する格子定数をもつものであるのが好ましい。層１１６のバンドギャップは、中間サブセルＢのバンドギャップより若干大きな値に一致する１．５ｅＶである。
【００２３】
一実施形態では、Wanless氏等の論文に示唆されているように、段階的グレードは、９つの組成的にグレード付けされたＩｎＧａＰ段階を含み、その各段階層は、厚みが０．２５ミクロンである。好ましい実施形態では、層１１６は、少なくとも９つの段階にわたり単調に変化する格子定数をもつＩｎＧａＡｌＡｓで構成される。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＡｓメタモルフィック層１１６の上に任意の第２のバリア層１１６ｂを堆積してもよい。この第２のバリア層１１６ｂは、典型的に、バリア層１１６ａとは若干異なる組成を有する。
【００２５】
バリア層１１６ｂの上には、窓層１１７が堆積され、この窓層は、サブセル‘Ｃ’における再結合ロスを減少するように動作する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００２６】
窓層１１７の上には、セルＣの層、即ちｎ＋エミッタ層１１８及びｐ型ベース層１１９が堆積される。これらの層は、ＩｎＧａＡｓで各々構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。層１１８及び１１９のドーピングプロファイルは、図１６を参照して説明する。
【００２７】
セルＣの上には、ＢＳＦ層１２０が堆積され、このＢＳＦ層は、ＢＳＦ層１０９及び１１４と同じ機能を遂行する。
【００２８】
最終的に、ＢＳＦ層１２０には、ｐ＋接触層１２１が堆積される。
【００２９】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００３０】
図２は、ｐ＋半導体接触層１２１の上に金属接触層１２２が堆積された次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。金属は、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕであるのが好ましい。
【００３１】
図３は、金属層１２２の上に接着剤層１２３が堆積された次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。接着剤は、ウェハボンド（ミズリー州ローラのブリューワーサイエンス社により製造される）であるのが好ましい。
【００３２】
図４は、代用基板１２４、好ましくは、サファイアが取り付けられる次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。代用基板は、厚みが約４０ミルであり、接着剤及び基板のその後の除去を助けるために、直径約１ｍｍの穴が４ｍｍの間隔で開けられている。
【００３３】
図５Ａは、基板１０１、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４を除去する一連のラッピング及び／又はエッチングステップによりオリジナル基板が除去される次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。特定のエッチング剤の選択は、成長基板に依存する。
【００３４】
図５Ｂは、代用基板１２４が図の底部に来るように方向付けした図５Ａのソーラーセルの断面図である。これ以降の図は、このような方向付けをとっている。
【００３５】
図６Ａは、ソーラーセルが実施されるウェハの上面図である。４つのセルを示したが、これは例示のために過ぎず、本発明は、ウェハ当たりの特定のセル数には限定されない。
【００３６】
各セルには、格子線５０１（図１０の断面図により詳細に示す）、相互接続バス線５０２、及び接触パッド５０３がある。格子線及びバス線の幾何学形状及び数は、例示に過ぎず、本発明は、ここに示す実施形態に限定されない。
【００３７】
図６Ｂは、図６Ａに示す４つのソーラーセルをもつウェハの底面図である。
【００３８】
図７は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して各セルの周囲でメサ５１０がエッチングされる次の処理ステップの後の図６Ａのウェハを示す上面図である。
【００３９】
図８は、図５Ｂのソーラーセルの簡単な断面図で、代用基板１２４の上の幾つかの上部層及び下部層を示す図である。
【００４０】
図９は、ＨＣＬ／Ｈ2Ｏ溶液によりエッチング停止層１０４が除去される次の処理ステップの後の図８のソーラーセルを示す断面図である。
【００４１】
図１０は、接触層１０５の上にホトレジストマスク（図示せず）を配置して格子線５０１形成する次の一連の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。格子線５０１は、接触層１０５上に蒸着により堆積され、リソグラフ的にパターン化及び堆積される。マスクが離昇されて、金属格子線５０１が形成される。
【００４２】
図１１は、格子線をマスクとして使用し、クエン酸／過酸化物エッチング混合物を使用して表面を窓層１０６までエッチングする次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【００４３】
図１２は、格子線５０１をもつウェハの「底部」側の全面に反射防止（ＡＲＣ）誘電体被覆層１３０が付着される次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【００４４】
図１３は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して金属層１２２までメサ５１０がエッチングされる次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。この断面図は、図７のＡ−Ａ平面から見たものとして示されている。次いで、１つ以上の銀電極が接触パッド（１つ又は複数）に溶接される。
【００４５】
図１４は、代用基板１２４呼び接着剤１２３がＥＫＣ９２２により除去された後の次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。代用基板に設けられる好ましい孔は、直径が０．０３３インチで、０．１５２インチだけ分離されている。
【００４６】
図１５は、一実施形態においては、ＡＲＣ層１３０及びそれに取り付けられた堅牢なカバーガラスの上に接着剤が付着される次の処理ステップの後の図１４のソーラーセルを示す断面図である。
【００４７】
異なる実施形態では、図１３のソーラーセルが支持体に最初に装着され、その後、代用基板１２４及び接着剤１２３が除去される。このような支持体は、図１５に示すように、接着剤により装着される堅牢なカバーガラスである。
【００４８】
図１６は、本発明の第１の実施形態によるメタモルフィックソーラーセルのサブセルにおけるエミッタとベース層との間のドーピングプロファイルを示すグラフである。
【００４９】
上述したように、図１６に示されたエミッタとベース層のドーピングプロファイルは、本発明の三重接合ソーラーセルのサブセルの１つ以上において実施することができる。
【００５０】
本発明による特定のドーピングプロファイルが図示されており、エミッタのドーピングは、隣接層（例えば、層１０６、１１１又は１１７）のすぐ近くの領域における約５ｘ１０18／ｃｍ3から、図１６に点線で示されたｐ−ｎ接合付近の領域における５ｘ１０17／ｃｍ3へと減少する。ベースドーピングは、ｐ−ｎ接合付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層（例えば、層１０９、１１４又は１２０）付近の１ｘ１０18／ｃｍ3まで指数関数的に増加する。
【００５１】
指数関数的ドーピング勾配exp［−ｘ／λ］により発生される収集フィールドの絶対値は、次の大きさの一定電界により与えられる。
Ｅ＝（ｋＴ／ｑ(１／λ)）（exp［−ｘb／λ］）
但し、ｋは、ボルツマン定数、Ｔは、絶対温度（°ケルビン）、ｑは、電荷の絶対値、λは、ドーピング減衰のパラメータ特性である。
【００５２】
本発明の効果は、本発明により底部サブセルの３μｍ厚みのベース層に指数関数的ドーピングプロファイルを合体したテストソーラーセルにおいて実証されている。テストセルの電気的パラメータの測定に続いて、電流収集の６．７％の増加が観察された。測定は、少なくとも３．０１４Ｖに等しい開路電圧（Ｖoc）、少なくとも１６．５５ｍＡ／ｃｍの短絡電流（Ｊsc）、及びＡＭＯにおいて少なくとも０．８６の充填率を指示した。
【００５３】
本発明により教示される指数関数的ドーピングプロファイルは、ドープ領域に一定電界を発生する。本発明の特定の三重接合ソーラーセル材料及び構造では、底部セルは、全てのサブセルの中で最小の短絡電流を有する。三重接合ソーラーセルでは、個々のサブセルが積層され、直列回路を形成する。それ故、全セルにおける合計電流は、いずれか１つのサブセルに発生される最小電流により制限される。したがって、底部セルにおける短絡電流を６．７％増加することにより、電流は、上位サブセルの電流に、より厳密に接近し、三重接合ソーラーセルの全効率も、６．７％増加される。約３０％の効率をもつ三重接合ソーラーセルでは、本発明の実施は、効率を１．０６７の係数で増加し、即ち３２．０１％に増加する。全効率のこのような増加は、ソーラーセル技術の分野では相当のものである。効率の増加に加えて、指数関数的ドーピングプロファイルにより形成される収集フィールドは、ソーラーセルの放射線硬度を向上させ、これは、宇宙船の用途で重要である。
【００５４】
指数関数的ドープされるプロファイルは、実施されて検証されたドーピング設計であるが、他のドーピングプロファイルも、直線的に変化する収集フィールドを与え、これは、更に別の効果を発揮することができる。例えば、次の式に示すドーピングプロファイルは、少数キャリアの収集及びソーラーセルの寿命終了における放射線硬度の両方について効果的である線形フィールドをドープ領域に発生する。
【数１】
１つ以上のベース層におけるこのような他のドーピングプロファイルは、本発明の範囲内である。
【００５５】
ここに示すドーピングプロファイルは、単なる例示に過ぎず、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、より複雑な他のプロファイルが利用できるであろう。
【００５６】
又、上述した素子の各々、或いはその２つ以上は、上述した形式の構造とは異なる他の形式の構造にも有用に適用できることを理解されたい。
【００５７】
本発明は、反転型メタモルフィック多接合ソーラーセルにおいて実施されるものとして図示して説明したが、本発明の精神から逸脱せずに種々の修正や構造変更がなされ得るので、ここに示す細部に限定されるものではない。
【００５８】
これ以上分析しなくても、以上の説明は、他の者が現在の知識を適用することにより、従来技術の観点から本発明の一般的又は特定の態様の本質的な特性を充分に構成する特徴を省くことなく種々の用途に容易に適応させることのできる本発明の要旨を充分に明らかにするもので、それ故、このような適応は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明により構成されたソーラーセルの拡大断面図である。
【図２】次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。
【図３】次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。
【図４】次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ａ】オリジナル基板が除去された次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ｂ】図の最下部に代用基板がある状態で見た図５Ａのソーラーセルの別の断面図である。
【図６Ａ】ソーラーセルが製造されたウェハの上面図である。
【図６Ｂ】ソーラーセルが製造されたウェハの下面図である。
【図７】次の処理ステップの後の図６Ａのウェハを示す上面図である。
【図８】次の処理ステップの後の図５Ｂのソーラーセルを示す断面図である。
【図９】次の処理ステップの後の図８のソーラーセルを示す断面図である。
【図１０】次の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。
【図１１】次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【図１２】次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【図１３】次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。
【図１４】次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。
【図１５】次の処理ステップの後の図１４のソーラーセルを示す断面図である。
【図１６】本発明による反転型メタモルフィックソーラーセルのサブセルにおけるエミッタとベース層との間のドーピングプロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０１：基板
１０２：核生成層
１０３：バッファ層
１０４：エッチング停止層
１０５：接触層
１０６：窓層
１０７：ｎ＋エミッタ層
１０８：ｐベース層
１０９：ＢＳＦ層
１１０：ｐ型及びｎ型層（トンネルダイオード層）
１１１：窓層
１１２：ｎ＋エミッタ層
１１３：ｐベース層
１１４：ＢＳＦ層
１１５：ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード
１１６ａ：バリア層
１１６：グレーディングインターレイヤ（メタモルフィックバッファ層）
１１６ｂ：バリア層
１１７：窓層
１１８：ｎ＋エミッタ層
１１９：ｐベース層
１２０：ＢＳＦ層
１２１：ｐ＋接触層
１２２：金属接触層
１２３：接着剤層
１２４：代用基板
５０１：格子線
５０２：相互接続バス線
５０３：接触パッド
５１０：メサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部サブセルと中間サブセルと下部又は底部サブセルとを含む多接合ソーラーセルを製造する方法であって、
半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備するステップと、
第１のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第１のソーラーサブセルを前記基板上に形成するステップと、
前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第２のソーラーサブセルを前記第１のソーラーサブセルの上に形成するステップと、
前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを前記第２のサブセルの上に形成するステップと、
前記第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第３のソーラーサブセルを前記グレーディングインターレイヤの上に形成して、この第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となるようにするステップと、
を含み、
前記ベースのうちの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するものである、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記ソーラーサブセルのエミッタ層が、ベース−エミッタ接合の付近の５ｘ１０17／ｃｍ3から、隣接層の付近の５ｘ１０18／ｃｍ3までの増加するドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３のソーラーサブセルが、底部サブセルであり、前記指数関数的ドーピンググラデーションが、上位サブセルの短絡電流にほぼ等しいレベルまでの短絡電流の増加を生じさせる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基板がＧａＡｓで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のソーラーサブセルが、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域と、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域とにより構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ領域と、ＧａＡｓベース領域とで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記グレーディングインターレイヤがＩｎＧａＡｌＡｓにより構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ソーラーセルを製造する方法であって、
第１の基板を準備するステップと、
前記第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成するステップと、
前記一連の層の頂部に代用基板を装着するステップと、
前記第１の基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
上部サブセルと中間サブセルと下部又は底部サブセルとを含む多接合ソーラーセルを製造する方法であって、
半導体材料のエピタキシャル成長のために第１の基板を準備するステップと、
第１のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第１のソーラーサブセルを前記基板上に形成するステップと、
前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第２のソーラーサブセルを前記第１のソーラーサブセルの上に形成するステップと、
前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤを前記第２のサブセルの上に形成するステップと、
前記第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有し、ベース及びエミッタを有する第３のソーラーサブセルを前記グレーディングインターレイヤの上に形成して、この第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となるようにするステップと、
を含み、
前記ベースのうちの少なくとも１つが指数関数的にドープされたプロファイルを有するものである、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３のソーラーサブセルのベースが、ベース−エミッタ接合の付近の１ｘ１０16／ｃｍ3から、隣接層の付近の１ｘ１０18／ｃｍ3までの指数関数的ドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記ソーラーサブセルのエミッタ層が、ベース−エミッタ接合の付近の５ｘ１０17／ｃｍ3から、隣接層の付近の５ｘ１０18／ｃｍ3までの増加するドーピンググラデーションを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３のソーラーサブセルが、底部サブセルであり、前記指数関数的ドーピンググラデーションが、上位サブセルの短絡電流にほぼ等しいレベルまでの短絡電流の増加を生じさせる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基板がＧａＡｓで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のソーラーサブセルが、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域と、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域とにより構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ領域と、ＧａＡｓベース領域とで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記グレーディングインターレイヤがＩｎＧａＡｌＡｓにより構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ソーラーセルを製造する方法であって、
第１の基板を準備するステップと、
前記第１の基板上に半導体材料の一連の層を堆積して、指数関数的ドーピングを伴う少なくとも１つのベース層を含むソーラーセルを形成するステップと、
前記一連の層の頂部に代用基板を装着するステップと、
前記第１の基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１４７３０９（Ｐ２００９−１４７３０９Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９５９８（Ｐ２００８−２６９５９８）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（５０１１９５６５８）エムコア・コーポレイション (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（５０１１９５６５８）エムコア・コーポレイション (22)
【Ｆターム（参考）】
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