(57)【要約】      （修正有）【課題】カバーガラスの材料の熱膨張係数と太陽電池の材料の熱膨張係数の差による太陽電池性能の劣化を防止する。【解決手段】太陽電池１３０は、第１面及び第２面を有するゲルマニウム層１０３を有する。第２面は、ゲルマニウムウェーハを薄型化してゲルマニウム層１０３を作製する際の研削及びエッチング処理を行う。ゲルマニウム層１０３はダイヤモンドコーティングされたカッターを用いたダイシングで切断される。ゲルマニウム層の部分の厚みは、１５０マイクロメートル未満であってもよい。ゲルマニウム層１０３の第１面に化合物半導体材料１０８及び回路が形成されて、多接合型太陽電池１３０が構成される。溶融シリカカバーガラス１２６が、多接合型太陽電池１３０にシリコーン系接着剤１２４を介して接合される。【選択図】図１Ｆ
2020181974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の作製方法であって、
ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、
前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面とは反対側の面である、前記ゲルマニウム層の第２面に研削処理及びエッチング処理を行って、前記ゲルマニウム層の表面粗さを低減することと、
前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、
前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に、溶融シリカカバーガラスを接着剤で付着させることと、
前記接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【請求項２】
前記研削処理は、
前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くすることと、
前記ゲルマニウム層の厚みを２００マイクロメートル超の厚みまで薄くすることと、
前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするとともに、前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含むものであることと、
前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするとともに、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスであることと、
前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするとともに、前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスであることと、
のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接着剤は、シリコーン系接着剤である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、請求項１〜３のいずれか記載の方法。
【請求項５】
前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
太陽電池の作製方法であって、
ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、
前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面とは反対側の面である、前記ゲルマニウム層の第２面に研削処理を行って、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くすることと、
前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、
前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に溶融シリカカバーガラスを接着剤で付着させることと、
前記接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【請求項７】
前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを２００マイクロメートル超の厚みまで薄くするものである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記接着剤は、シリコーン系接着剤である、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶融シリカカバーガラス（fused silica cover glass）を備える太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星ミッションでは、陽子及び電子の放射を受ける。例えば、中軌道（ＭＥＯ）上では、陽子及び電子の密度が地上よりも高い。このため、部品によっては、劣化が早まるものがある。例を挙げると、衛星に使用される太陽電池は、ホウケイ酸ガラスのカバー（borosilicate cover glass）を備えることが多い。ＭＥＯ上では、陽子及び電子の放射に晒されるためホウケイ酸ガラスカバーが暗色化し、この結果、太陽電池（又は、太陽電池アレイ）の電力出力が低下する。溶融シリカは、ホウケイ酸ガラスに比べて、陽子及び電子の放射による暗色化が少ない。ただし、溶融シリカは、宇宙用太陽電池の作製に用いられるＧｅ材料及び化合物半導体材料と熱膨張係数の差が大きい。軌道を周回する太陽電池が受ける温度変化は非常に大きく、例えば、摂氏−１７０度（℃）から１４０℃にも及ぶ。したがって、カバーガラスの材料の熱膨張係数と太陽電池の材料の熱膨張係数の差によって、問題が発生する可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の実施態様によれば、溶融シリカと太陽電池の材料との熱膨張係数の差による影響が緩和される。例えば、特定の実施態様によれば、クラックの起点となるような部位が少なくなるように太陽電池が作製されるので、より高いレベルの応力に耐える太陽電池を構成することができる。例を挙げて説明すると、化合物半導体材料を成膜することにより多接合型太陽電池が作製されたゲルマニウム基板を、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いてダイシングすることができる。これにより、滑らかなエッジを形成することができるので、クラックの起点となりうる部位がほとんど発生しないようにできる。別の例示的な実施例では、ゲルマニウム基板の裏面に研削及びエッチングを行って、裏面の表面欠陥を少なくすることができる。別の実施例では、特定の実施態様におけるゲルマニウム基板の裏面に対する研削及びエッチングは、太陽電池の厚みを（従来の太陽電池よりも）大きく残すよう設定されている。例えば、太陽電池は、ゲルマニウム部分の厚みが２００マイクロメートル（μｍ）より大きくなるように構成することができるので、より高いレベルの応力に耐える太陽電池を構成することができる。さらに別の実施例では、いくつかの態様において、太陽電池に溶融シリカのカバーガラスをシリコーン接着剤で接着することができる。このシリコーン接着剤を、使用範囲内の温度で硬化させることにより、より一般的な高温硬化に比べて熱膨張応力を低減することができる。
【０００４】
本開示の態様における利点の１つは、太陽電池の電力出力を改善できることである。例えば、溶融シリカのカバーガラスは、ホウケイ酸ガラスに比べて、放射による暗色化が少ないので、軌道上における電力出力を改善することができる。加えて、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池は、当該多接合型太陽電池の熱膨張係数と溶融シリカのカバーガラスの熱膨張係数の違いによる故障の可能性を低減する特性を有する。ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池は、限定するものではないが、例えば、厚みが大きくなっているので、応力に対する保護が強化されている。加えて、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池は、裏面に研削及びエッチングにより、裏面の表面粗さを低減することができる。例えば、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池は、裏面に研削及びエッチングを行うことにより、裏面における表面粗さを、５０ナノメートル（ｎｍ）超から１７ｎｍ未満に低減することができる。加えて、ダイヤモンドカッターを使用してダイシング処理を行うことにより、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池のエッジ粗さを低減することができる。表面粗さとエッジ粗さのいずれか又は両方を低減することにより、クラックの起点となるような部位を少なくすることができる。上述した特徴、機能、及び、利点は、様々な実施態様において個別に達成することもできるし、さらに別の実施態様と組み合わせることも可能である。その詳細については、下記の説明及び図面において開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池の作製に使用されるゲルマニウムウェーハの一実施例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａのゲルマニウムウェーハに、化合物半導体材料及び関連する回路を形成する成膜処理を行う実施例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｂのゲルマニウムウェーハに研削処理を行う実施例を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｃのゲルマニウムウェーハにエッチング処理を行う実施例を示す図である。
【図１Ｅ】図１Ｄのゲルマニウムウェーハのダイシング処理を行って、ゲルマニウムベースの１つ又は複数の多接合型太陽電池に切断する実施例を示す図である。
【図１Ｆ】多接合型太陽電池に溶融シリカカバーガラスを接合することを含むパッケージング処理を行う実施例を示す図である。
【図２】溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製する方法の第１実施例を示すフローチャートである。
【図３】溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製する方法の第２実施例を示すフローチャートである。
【図４】溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製する方法の第３実施例を示すフローチャートである。
【図５】溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製する方法の第４実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下に、図面を参照して、本開示の特定の実施形態について説明する。説明において、共通の特徴は、すべての図面を通じて共通の参照符号を用いて示されている。
【０００７】
添付図面及び下記の説明は、例示的な特定の実施形態に関する。当業者であれば、本明細書に明確な説明や図示が無い場合でも、本開示に記載の原理を実施する様々な変形に思い至るであろう。そのような変形は、下記の説明に添付されている請求の範囲に包含される。さらに、本明細書に記載の実施例は、本開示の原理の理解を助けることを目的として提示されたものであり、限定を意図するものではない。したがって、本開示は、後述する特定の実施形態又は実施例に限定されるのではなく、請求の範囲及びその均等範囲によって限定されるものである。
【０００８】
本明細書で用いられる様々な用語は、あくまでも特定の実施態様を説明すること目的とするものであり、限定として解釈されるべきではない。例えば、本明細書における単数形の記載は、文脈上で明らかに矛盾しない限り、複数形も包含することを意図している。また、本明細書において「含む」及びこれに類する用語が用いられている場合、これらは、「有する」又はこれに類する用語と同じ意味で用いられる。加えて、「において」は、「であって」という用語と同じ意味で用いられる。本明細書において「例示的な」という場合、一実施例、一実施態様、及び／又は、一側面を示しており、限定として解釈したり、或いは、好ましい実施態様を示すとして解釈したりすべきではない。本明細書において、序数（例えば、「第１」、「第２」、「第３」など）を表す用語を用いて、構造、部材、処理などの要素が修飾されている場合、そのような用語は、当該要素を他の要素と比較した優先順位や順序を示すものではなく、（序数を除いては）名称が同一である他の要素と当該要素とを区別する目的のみに用いられる。本明細書において、「組」なる用語が用いられている場合、１つ以上の要素の集合を指し、「複数の」なる用語は、２つ以上の要素を指す。
【０００９】
本明細書において、「生成する」、「算出する」、「用いる」、「選択する」、「アクセスする」、及び、「決定する」と言う場合、これらの用語は、文脈上で明らかに矛盾しない限り、互換可能である。例えば、あるパラメータ（又は信号）を、「生成する」、「算出する」、又は、「決定する」と言う場合、そのパラメータ（又は信号）を能動的に生成、算出、又は、特定することを指す場合もあれば、例えば、他の部材又は装置によって既に生成されているパラメータ（又は信号）を用いたり、選択したり、又は、アクセスしたりすることを指す場合もある。本明細書において、「接続された」という場合、「通信可能に接続された」、「電気的に接続された」、又は、「物理的に接続された」状態を含むことができ、これらに加えて（又は、これに代えて）、そのような状態の任意の組み合わせを含むことができる。２つの装置（又は部材）を接続される（例えば、通信可能に接続、電気的に接続、又は、物理的に接続される）場合、これらは、直接に接続されてもよいし、１つ以上の他の装置、部材、配線、バス、ネットワーク（例えば、有線ネットワーク、無線ネットワーク、又は、その組み合わせ）を介して間接的に接続されてもよい。例示的な実施例に示すように、電気的に接続された２つの装置（又は部材）は、同一の装置に含まれていてもよいし、別々の装置に含まれており、限定するものではないが例えば、電子機器、１つ以上のコネクタ、又は、誘導結合を介して接続されていてもよい。幾つかの実施態様では、電気通信などにより通信可能に接続された２つの装置（又は部材）は、装置間で電気信号（デジタル信号又はアナログ信号）を直接に、或いは、配線、バス、ネットワークを介して間接的に送受信することができる。本明細書において、「直接に接続されている」という場合、２つの装置が間に部材を介することなく、（通信可能に、電気的に、或いは、物理的に）接続されていることを表す。
【００１０】
本開示の太陽電池は、特に、ホウケイ酸ガラスの劣化を生じさせるような高放射線環境における電力出力を改善するよう設計及び製造されている。例えば、本開示の太陽電池は、ホウケイ酸ガラスに比べて放射線による暗色化の少ない溶融シリカカバーガラスを用いている。これにより、宇宙環境での使用において、より多くの光が透過して太陽電池に届くので、電力出力を改善することができる。加えて、本開示の太陽電池は、太陽電池のゲルマニウム基板及び化合物半導体材料の熱膨張係数と、溶融シリカカバーガラスの熱膨張係数の違いによって誘発されるクラックの進展に対する限界応力を低減するように特別に設計された製造工程を１つ以上組み合わせて用いて製造される。限定するものではないが、使用される製造工程の例としては、ゲルマニウム基板の裏面研削又はエッチングを行って、裏面におけるクラック起点部位を低減することと、ゲルマニウム基板の厚みが１５０μｍ超（例えば、２００μｍ以上）になるまで裏面研削することと、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いてダイシングを行って、ゲルマニウム基板のエッジにおけるクラック起点部位を低減することと、又は、溶融シリカカバーガラスを太陽電池に接合するために用いられるシリコーン接着剤を比較的低温で硬化させることと、のうちの１つ以上が含まれる。これらの製造工程は、それぞれ独立して、熱膨張係数の違いによってクラックに発展する結晶欠陥の発生を低減したり、熱膨張係数の違いに対する耐性を高めたりする効果を奏する。さらに、これらの製造工程を２つ以上組わせて用いることで、その効果をさらに高めることができる。
【００１１】
図１Ａ〜図１Ｆは、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池（Germanium-backed multijunction solar cell）を１つ又は複数作製する際の様々な製造プロセスの段階の実施例を示す図である。以下の説明において、図１Ａ〜図１Ｆに示す製造プロセスの段階は、通常は連続して実行されるものとして説明されている。ただし、他の実施態様においては、多接合型太陽電池は、図１Ａ〜図１Ｆに示したよりも少ない処理、多くの処理、又は、異なる処理を用いて作製することができる。
【００１２】
図１Ａは、溶融シリカのカバーガラスを有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池の作製に使用されるゲルマニウムウェーハ１０２の実施例を示す図である。幾つかの実施態様では、ゲルマニウムウェーハ１０２は、ウェーハの供給業者から購入される。そのような実施態様では、ウェーハ供給業者は、通常、大型のゲルマニウム結晶からゲルマニウムウェーハ１０２を切り出す（ウェーハ分割とも言う）。ウェーハ供給業者は、ゲルマニウムウェーハ１０２に、例えば、洗浄、平滑化、研磨、及び、インデキシング（indexing）などの加工を行って、ゲルマニウムウェーハ１０２を半導体作製プロセスで使用できる状態にする。ウェーハ供給業者から受け取ったゲルマニウムウェーハ１０２には、洗浄やマーキングなどの加工処理がさらに行われる場合がある。図１Ａにおいて、以降の製造工程での説明のために、ゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４及び第２面１０６が特定されている。
【００１３】
図１Ｂは、図１Ａのゲルマニウムウェーハ１０２に成膜処理を行う実施例を示す図である。図示の実施例では、成膜処理によって、ゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４に、化合物半導体材料１０８及び関連する回路１１０が形成される。この結果、ゲルマニウムウェーハ１０２は、成膜処理後の仕掛りウェーハ（in-process wafer）１０５におけるゲルマニウム層１０３に相当し、或いは、これを含み、或いは、これに含まれる。化合物半導体材料１０８は、（国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）の最新の分類に基づく）周期表の１３族から１５族のうちから選択された２つ以上の元素を含み、加えて、ドーパントとして他の元素を含む。回路１１０は、化合物半導体材料１０８で形成された装置構造（例えば、トランジスタ又はダイオード）及びこれら装置構造をつなぐ導電性の配線を含む。特定の実施態様では、回路１１０は、アルミニウム、銅、銀、金、又は、それらの組み合わせを含む。
【００１４】
様々な実施態様において、化合物半導体材料１０８の成膜には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、蒸着（evaporation）、スパッタリング、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、又は、これらの組み合わせ（例えば、ＡＬＤを行い、続けてＣＶＤを行うなど）が用いられる。加えて、図１Ｂに示す成膜処理は、所望の位置に化合物半導体材料１０８を成膜しやすくするために行われる様々なパターニング処理及び洗浄処理を含んでもよい。さらに、この製造段階において、ゲルマニウム層１０３又は化合物半導体材料１０８の上に、追加の材料を成膜してもよい。例えば、この製造段階において、酸化物層、窒化物層、又は、その他のバリア層を、成膜又は形成してもよい。
【００１５】
回路１１０は、上述の成膜処理のうちの１つ以上を用いて、或いは、めっきなどの電気化学析出プロセスを用いて、形成される。回路１１０の成膜処理は、所望の位置に導電材料を成膜しやすくするための様々なパターニング処理及び洗浄処理を含んでもよい。
【００１６】
図１Ｃは、ゲルマニウム層１０３に、研削処理（裏面研削処理とも言う）を実行する実施例を示す。図１Ｃに示す実施例では、ウェーハグラインダ（wafer grinder）１１４でゲルマニウム層１０３の第２面１０６に研削処理を行って、ゲルマニウム層１０３の厚み１１２を小さくする。ウェーハグラインダ１１４は、ゲルマニウム層１０３を物理的に研磨して、その一部を除去する。幾つかの実施態様における研削処理では、研削プロセスは一回のみ行われる。別の実施態様における研削処理では、例えば、１回又は複数回の粗研（coarse grinding operation）に続いて、１回又は複数回の精研（fine grinding operation）を行うなど、研削は複数回行われる。研削処理では、ゲルマニウム層１０３の厚み１１２を所望の厚みまで薄くする。特定の実施例において、所望の厚みは、１５０μｍより厚く、場合によっては、２００μｍより厚い。例えば、いくつかの実施態様において、所望の厚みは、約２０５μｍである。ゲルマニウム層１０３の厚み１１２を比較的大きく（例えば、１５０μｍより大きく）残すことで、より薄いゲルマニウム層を用いて作製された太陽電池（例えば、約１４０μｍ以下の厚みの層の上に形成された太陽電池）に比べて、ゲルマニウム層１０３から作製される各太陽電池の強度を高めることができる。
【００１７】
加えて、研削処理の最後に、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６に精研を行って滑らかにすることで、応力の集中部（例えば、クラック及びスクラッチ）を排除することができる。特定の実施態様では、研削処理の後、図１Ｄに示すように、ゲルマニウム層１０３にエッチング処理が行われる。エッチング処理では、仕掛りウェーハ１０５がエッチング装置１１６に挿入されて、仕掛りウェーハ１０５の少なくとも第２面１０６をエッチング液１１８に晒す。図１Ｄに示す特定の実施例では、エッチング処理は、ウェットエッチングである。よって、エッチング装置１１６は、エッチング液１１８の溶液バスを含み、この中に、仕掛りウェーハ１０５の全体又は一部を浸漬する。他の実施態様では、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングが用いられる。エッチング処理では、ゲルマニウム層１０３の結晶構造に研削処理によって誘発された結晶欠陥を除去することができるので、第２面１０６に掛かる応力をさらに低減することができる。
【００１８】
図１Ｅは、（図１Ｂのゲルマニウム層１０３を含む）仕掛りウェーハ１０５をダイシングして、ゲルマニウムベースの１つ又は複数の多接合型太陽電池に分離する実施例を示す図である。図１Ｅに示すダイシング処理では、ダイヤモンドコーティングされたカッター（diamond coated saw）１２０を用いてゲルマニウム層１０３を切断する。
【００１９】
ダイヤモンドコーティングされたカッター１２０は、非常に微細なダイヤモンドのコーティングによって、ゲルマニウム層１０３を含む仕掛りウェーハ１０５を切削する。したがって、ダイヤモンドコーティングされたカッター１２０によれば、ゲルマニウム層１０３を切断して、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に単に分離するだけでなく、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池の切断エッジがスクライブ及びブレイク加工による切断に比べて滑らかである。エッジが滑らかであれば、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池の各々における応力の集中部を少なくし、破壊強度を高めることができる。
【００２０】
図１Ｆは、多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接合するパッケージング処理の実施例を示す図であり、これにより、溶融シリカカバーガラスを備えたゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３２が形成される。多接合型太陽電池１３０は、図１Ｅのダイシング処理において仕掛りウェーハ１０５から切り出されたダイに相当する、或いは、これを含む。幾つかの実施態様では、多接合型太陽電池１３０は裏面電極１２８を含み、これは、１つ以上のコネクタ（図示せず）によって回路１１０に接続されている。このような実施態様では、裏面電極１２８は、成膜処理（例えば、蒸着）を用いて仕掛りウェーハ１０５に形成されるものである。成膜処理は、ダイシング処理の前に行われてもよいし、ダイシング処理の後に、仕掛りウェーハ１０５から切り出された個々のダイに行われてもよい。
【００２１】
図１Ｆに示すパッケージング処理では、多接合型太陽電池１３０の第１面に接着剤１２４を塗布する。多接合型太陽電池１３０の第１面は、図１Ｆに示す向きでは、上面に相当する。別の実施態様では、接着剤１２４は、溶融シリカカバーガラス１２６の表面に塗布される。特定の実施態様では、接着剤１２４は、ダウコーニング（登録商標）社の93-500 Space-Grade Encapsulantなどのシリコーン系接着剤である。接着剤１２４の塗布後、溶融シリカカバーガラス１２６及び多接合型太陽電池１３０を加圧して一体化するとともに、接着剤１２４を硬化させる。幾つかの実施態様では、硬化前の接着剤１２４は、無色透明で低粘度の流体であり、硬化後の接着剤１２４は、光を透過させる可撓性の固体である。
【００２２】
特定の実施態様では、接着剤１２４は、低温硬化処理を用いて硬化させる。例えば、接着剤１２４は、１００℃未満の温度で硬化される。接着剤１２４は、一般的に、硬化温度が低い（例えば、１００℃未満）ほど、高温（例えば、１００℃超）で接着剤１２４を硬化させる場合に比べて、硬化の進行が遅くなる。しかしながら、接着剤１２４を低温で硬化させることにより、組立体における応力を低減することができると考えられている。
【００２３】
上述したように、図１Ａ〜図１Ｆに示した処理は、すべての処理を網羅するものではない。例えば、幾つかの実施態様では、研削処理及びエッチング処理を行う前に、１つ以上の保護層（例えば、酸化物層又はポリマ層）を、ゲルマニウム層１０３、化合物半導体材料１０８、回路１１０、又は、その組み合わせのうちの１つ以上の表面に設けてもよい。そのような実施態様では、保護層は、パッケージング処理を行う前に除去される。別の実施例における幾つかの実施態様では、パッケージング処理は、多接合型太陽電池１３０のエッジに保護コーティングを塗布するなどして、多接合型太陽電池１３０を部分的に封止することをさらに含む。
【００２４】
加えて、図１Ａ〜図１Ｆに示すステップは、幾つかの実施態様においては、異なる順序で実行してもよい。例えば、幾つかの実施態様では、溶融シリカの取り付け処理をウェーハレベルで行って、仕掛りウェーハ１０５に溶融シリカのウェーハを接合してもよい。この実施例では、ダイシング処理において、ゲルマニウム層１０３と、接合された溶融シリカと、の両方が切断され、これにより、溶融シリカカバーガラスを備える多接合型太陽電池１３２が形成される。
【００２５】
さらに、図１Ａ〜図１Ｆに示した処理の１つ以上は、幾つかの実施態様においては省略することも可能である。例えば、幾つかの実施態様では、エッチング処理の後、スクライブ及びブレイク処理を行って、仕掛りウェーハ１０５をダイ個片に分離する。いくつかの実施態様では、このようにして形成されたダイは、追加の加工を行うことなく、そのまま図１Ｆのパッケージング処理に利用可能である。そのような実施態様における別の例は、スクライブ及びブレイク処理によって形成されたダイ個片は、パッケージング処理を行う前に、エッジの研磨、又は、ダイのエッジを滑らかにする他の加工を行ってもよい。
【００２６】
加えて、幾つかの実施態様では、図１Ａ〜図１Ｆに示した１つ以上の処理は、上述の説明とは異なる態様で行われる。例えば、幾つかの実施態様では、研削処理は、所望の厚みを１５０μｍ未満として行われる。そのような実施態様では、図１Ｂ、図１Ｄ、図１Ｅ及び図１Ｆを参照して説明した処理には、変更はない。
【００２７】
図２は、溶融シリカのカバーガラス１２６を有するゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０を作製する方法２００である第１実施例を示すフローチャートである。方法２００は、図１Ａ〜図１Ｆに関連して説明した技術を用いて実行される。
【００２８】
方法２００は、２０２において、化合物半導体材料１０８及び回路１１０をゲルマニウムウェーハ１０２の第１面に成膜して、ゲルマニウム層１０３を有する仕掛りウェーハ１０５を作製（例えば、形成）することを含む。例えば、化合物半導体材料１０８及び回路１１０の成膜処理は、図１Ｂを参照して説明したように実行することができる。
【００２９】
方法２００は、２０４において、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６に研削処理及エッチング処理を行って、ゲルマニウム層１０３の表面粗さを低減することをさらに含む。この状況において、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６は、ゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４とは反対側の面である。幾つかの実施態様では、研削処理を行って、ゲルマニウム層１０３を、１５０μｍを超える厚み、場合によっては、例えば約２０５μｍなど２００μｍを超える厚みまで薄くする。例えば、研削処理は、図１Ｃを参照して説明したように実行することができる。研削処理によってゲルマニウム層１０３の結晶構造に発生した結晶欠陥を、表面粗さを低減することで緩和することができるので、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６における応力集中箇所の数やサイズを低減することができる。
【００３０】
方法２００は、２０６において、仕掛りウェーハ１０５（ゲルマニウム層１０３を含む）をダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０を作製することをさらに含む。例えば、ダイシング処理は、図１Ｅを参照して説明したように実行することができる。そのような実施態様では、ダイヤモンドコーティングされたカッター１２０によって、ゲルマニウム層１０３を貫通する細幅の溝を滑らかに切削する。この結果、ゲルマニウム層１０３の切断エッジに形成される欠陥領域の数や大きさを、スクライブ及びブレイク処理を用いた場合に形成される欠陥領域に比べて小さく抑えることができる。別の実施態様では、例えば、スクライブ及びブレイク処理、又は、ダイヤモンドコーティングされたカッター１２０を用いない切断処理など、別のダイシング処理を用いてもよい。
【００３１】
方法２００は、２０８において、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接着剤で付着させることをさらに含む。幾つかの実施態様では、接着剤は、シリコーン系接着剤１２４である。方法２００は、２１０において、接着剤を硬化させることで、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に溶融シリカカバーを接合することをさらに含む。例えば、接着剤を硬化させることは、低温接着剤硬化プロセスを行って、シリコーン系接着剤１２４を硬化させることで、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接合することを含む。例えば、付着及び硬化処理は、図１Ｆを参照して説明したパッケージング処理の一部として実行することができる。高温硬化プロセスではなく、低温硬化プロセスで接着剤を硬化させることにより、熱膨張の違いによって、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０と溶融シリカカバーガラス１２６と間で伝達される応力を低減することができる。他の実施態様では、高温硬化プロセスを用いてシリコーン系接着剤１２４を硬化させてもよいし、又は、別の種類の接着剤を使用してもよい。
【００３２】
図３は、溶融シリカカバーガラス１２６を有する多接合型太陽電池１３０を作製する方法３００である第２実施例を示すフローチャートである。方法３００は、図１Ａ〜図１Ｄ及び図１Ｆに関連して説明した技術を用いて実行することができる。
【００３３】
方法３００は、３０２において、化合物半導体材料１０８及び回路１１０をゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４に成膜して、ゲルマニウム層１０３を有する仕掛りウェーハ１０５を作製（例えば、形成）することを含む。例えば、化合物半導体材料１０８及び回路１１０の成膜処理は、図１Ｂを参照して説明したように実行することができる。
【００３４】
方法３００は、３０４において、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６に研削処理を行って、ゲルマニウム層１０３の表面粗さを低減することをさらに含む。この状況において、ゲルマニウム層１０３の第２面１０６は、ゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４とは反対側の面である。この研削処理によって、ゲルマニウム層１０３を、所望の厚みである１５０μｍを超える厚みまで、場合によっては、例えば約２０５μｍなど２００μｍを超える厚みまで薄くする。例えば、研削処理は、図１Ｃを参照して説明したように実行することができる。ゲルマニウム層１０３の厚みを、１５０μｍより大きく残すことで、より薄いゲルマニウム層を用いて作製された太陽電池（例えば、約１４０μｍ以下の厚みの層に形成された太陽電池）に比べて、ゲルマニウム層１０３から作製される各太陽電池の強度を高めることができる。
【００３５】
方法３００は、３０６において、仕掛りウェーハ１０５（ゲルマニウム層１０３を含む）をダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０を作製する（例えば、製造又は形成する）ことをさらに含む。例えば、スクライブ及びブレイク処理を用いて、仕掛りウェーハ１０５をダイシングすることができる。幾つかの実施態様では、仕掛りウェーハ１０５をダイシングして形成されたダイにおける１つ以上のエッジを、研磨処理又は研削処理によって滑らかにすることができる。
【００３６】
方法３００は、３０８において、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接着剤で付着させることをさらに含む。方法３００は、３１０において、接着剤を硬化させることで、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接合することをさらに含む。
【００３７】
図４は、溶融シリカカバーガラス１２６を有する多接合型太陽電池１３０を作製する方法４００である第３実施例を示すフローチャートである。方法４００は、図１Ａ〜図１Ｅに関連して説明した技術を用いて実行することができる。
【００３８】
方法４００は、４０２において、化合物半導体材料１０８及び回路１１０をゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４に成膜して、ゲルマニウム層１０３を有する仕掛りウェーハ１０５を作製（例えば、形成）することを含む。例えば、化合物半導体材料１０８及び回路１１０の成膜処理は、図１Ｂを参照して説明したように実行することができる。
【００３９】
方法４００は、４０４において、仕掛りウェーハ１０５（ゲルマニウム層１０３を含む）をダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０を作製する（例えば、製造又は形成する）ことをさらに含む。例えば、ダイシング処理は、スクライブ及びブレイク処理を含んでもよく、或いは、図１Ｅを参照して説明したような切断処理を実行することもできる。
【００４０】
方法４００は、４０６において、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接着剤で付着させることをさらに含み、４０８において、接着剤を硬化させることで、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接合することをさらに含む。例えば、硬化処理は、１００℃超などの比較的高温で行ってもよいし、或いは、１００℃未満などの比較的低温で行ってもよい。
【００４１】
図５は、溶融シリカカバーガラス１２６を有する多接合型太陽電池１３０を作製する方法５００である第４実施例を示すフローチャートである。方法５００は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｅ及び図１Ｆに関連して説明した技術を用いて実行することができる。
【００４２】
方法５００は、５０２において、化合物半導体材料１０８及び回路１１０をゲルマニウムウェーハ１０２の第１面１０４に成膜して、ゲルマニウム層１０３を有する仕掛りウェーハ１０５を作製（例えば、形成）することを含む。例えば、化合物半導体材料１０８及び回路１１０の成膜処理は、図１Ｂを参照して説明したように実行することができる。
【００４３】
方法５００は、５０４において、仕掛りウェーハ１０５（ゲルマニウム層１０３を含む）をダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０を作製することをさらに含む。例えば、ダイシング処理は、スクライブ及びブレイク処理を含んでもよく、或いは、図１Ｅを参照して説明したような切断処理を実行することもできる。
【００４４】
方法５００は、５０６において、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６をシリコーン系接着剤１２４で付着させることをさらに含む。方法５００は、５０８において、低温接着剤硬化プロセスを行って、シリコーン系接着剤１２４を硬化させることで、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０に溶融シリカカバーガラス１２６を接合することをさらに含む。例えば、付着及び硬化処理は、図１Ｆを参照して説明したパッケージング処理の一部として実行することができる。高温硬化プロセスではなく、低温硬化プロセスで接着剤を硬化させることにより、熱膨張の違いによって、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池１３０と溶融シリカカバーガラス１２６と間で伝達される応力を低減することができる。
【００４５】
さらに、本開示は、以下の付記による実施例も包含する。
【００４６】
付記１．太陽電池の作製方法であって、ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面とは反対側の面である、前記ゲルマニウム層の第２面に研削処理及びエッチング処理を行って、前記ゲルマニウム層の表面粗さを低減することと、前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に、溶融シリカカバーガラスを接着剤で付着させることと、前記接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【００４７】
付記２．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするものである、付記１に記載の方法。
【００４８】
付記３．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを２００マイクロメートル超の厚みまで薄くするものである、付記１に記載の方法。
【００４９】
付記４．前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含む、付記１に記載の方法。
【００５０】
付記５．前記接着剤は、シリコーン系接着剤である、付記１に記載の方法。
【００５１】
付記６．前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１に記載の方法。
【００５２】
付記７．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするものであり、前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含む、付記１に記載の方法。
【００５３】
付記８．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするものであり、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１に記載の方法。
【００５４】
付記９．前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１に記載の方法。
【００５５】
付記１０．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くするものであり、前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１に記載の方法。
【００５６】
付記１１．太陽電池の作製方法であって、ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面とは反対側の面である、前記ゲルマニウム層の第２面に研削処理を行って、前記ゲルマニウム層の厚みを１５０マイクロメートル超の厚みまで薄くすることと、前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に溶融シリカカバーガラスを接着剤で付着させることと、前記接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【００５７】
付記１２．前記研削処理は、前記ゲルマニウム層の厚みを２００マイクロメートル超の厚みまで薄くするものである、付記１１に記載の方法。
【００５８】
付記１３．前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含む、付記１１に記載の方法。
【００５９】
付記１４．前記接着剤は、シリコーン系接着剤である、付記１１に記載の方法。
【００６０】
付記１５．前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１１に記載の方法。
【００６１】
付記１６．前記ダイシングは、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記ゲルマニウム層を切断することを含み、前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１１に記載の方法。
【００６２】
付記１７．太陽電池の作製方法であって、ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、ダイヤモンドコーティングされたカッターを用いて前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に溶融シリカカバーガラスを接着剤で付着させることと、前記接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【００６３】
付記１８．前記接着剤は、シリコーン系接着剤であり、前記硬化は、摂氏１００度未満で行われる低温接着剤硬化プロセスである、付記１７に記載の方法。
【００６４】
付記１９．太陽電池の作製方法であって、ゲルマニウムウェーハの第１面に材料を成膜して多接合型太陽電池を形成することで、ゲルマニウム層を有する仕掛りウェーハを作製することと、前記仕掛りウェーハをダイシングして、ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池を作製することと、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に溶融シリカカバーガラスを、シリコーン系接着剤で付着させることと、低温接着剤硬化プロセスを行って前記シリコーン系接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースの多接合型太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【００６５】
付記２０．前記材料を成膜して前記多接合型太陽電池を形成することは、前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面に化合物半導体を成膜することを含む、付記１９に記載の方法。
【００６６】
付記２１．太陽電池の作製方法であって、ゲルマニウムウェーハの第１面に研削処理を行って、前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面を滑らかにするとともに、前記ゲルマニウムウェーハの厚みを約２０５マイクロメートルの厚みまで薄くすることと、前記ゲルマニウムウェーハの前記第１面とは反対側の第２面に材料を成膜して、ガリウムヒ素系３接合型太陽電池（Gallium Arsenide-based triple junction solar cell）を形成することと、ダイヤモンドコーティングされたブレードを用いて、前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池を備える前記ゲルマニウムウェーハを切断して、ゲルマニウムベースのガリウムヒ素系太陽電池を作製することと、前記ゲルマニウムベースのガリウムヒ素系太陽電池に溶融シリカカバーガラスを、シリコーン系接着剤で付着させることと、低温接着剤硬化プロセスを行って前記シリコーン系接着剤を硬化させることで、前記ゲルマニウムベースのガリウムヒ素系太陽電池に前記溶融シリカカバーガラスを接合することと、を含む方法。
【００６７】
付記２２．前記材料の成膜の前に、前記ゲルマニウムウェーハの前記第２面に研磨処理を行うことをさらに含む、付記２１に記載の方法。
【００６８】
付記２３．前記研磨処理は、化学機械研磨処理を含む、付記２２に記載の方法。
【００６９】
付記２４．前記材料を成膜して前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池を形成することは、前記ゲルマニウムウェーハの前記第２面に、ガリウムヒ素ウェーハを成膜することを含む、付記２３に記載の方法。
【００７０】
付記２５．前記シリコーン系接着剤は、無色透明で低粘度の流体である、付記２１に記載の方法。
【００７１】
付記２６．前記低温接着剤硬化プロセスは、摂氏２５度で２４時間かけて行われる、付記２１に記載の方法。
【００７２】
付記２７．前記低温接着剤硬化プロセスは、摂氏６５度で４時間かけて行われる、付記２１に記載の方法。
【００７３】
付記２８．前記低温接着剤硬化プロセスは、摂氏１００度で１時間かけて行われる、付記２１に記載の方法。
【００７４】
付記２９．前記低温接着剤硬化プロセスは、摂氏１５０度で１５分かけて行われる、付記２１に記載の方法。
【００７５】
付記３０．前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池の面積は、約７５平方センチメートルである、付記２１に記載の方法。
【００７６】
付記３１．前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池は、矩形である、付記２１に記載の方法。
【００７７】
付記３２．第１面及び第２面を有するゲルマニウムウェーハであって、前記第１面は、研削処理に適した特性を有し、当該ゲルマニウムウェーハのエッジは、ダイヤモンドコーティングされた鋸刃による切断に適した特性を有し、厚みが約２０５マイクロメートルであるゲルマニウムウェーハと、前記ゲルマニウムウェーハの前記第２面に接合されたガリウムヒ素系３接合型太陽電池と、前記ガリウムヒ素系太陽電池にシリコーン系接着剤で接合された溶融シリカカバーと、を含む、太陽電池。
【００７８】
付記３３．前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池は、ガリウムヒ素ウェーハを含む、付記３２に記載の太陽電池。
【００７９】
付記３４．前記シリコーン系接着剤は、無色透明で低粘度の流体である、付記３２に記載の太陽電池。
【００８０】
付記３５．前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池の面積は、約７５平方センチメートルである、付記３２に記載の太陽電池。
【００８１】
付記３６．前記ガリウムヒ素系３接合型太陽電池は、矩形である、付記３２に記載の太陽電池。
【００８２】
本明細書に記載の実施例の例示は、様々な実施態様の構造を概括的に理解させることを意図したものである。これらの例示は、本明細書に記載の構造又は方法を利用した装置及びシステムの要素及び特徴のすべてを、完全に説明することを意図したものではない。当業者が本開示を検討すれば、他にも多くの実施態様が明らであろう。他の実施態様を用いたり、本開示から派生させたりすることが可能であり、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的な代用及び変更を行うことができる。例えば、方法に含まれる処理は、図に示したものとは異なる順序で実行してもよく、また、１つ又は複数の処理を省略することもできる。したがって、本開示及び図面は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。
【００８３】
また、本明細書において特定の実施例を図示及び説明したが、これら特定の実施態様は、同様の目的を達成するよう設計された任意の別の構成で置き換えることが可能である。本開示は、様々な実施態様のあらゆる別の改変又は変形例をその範囲に包含することを意図している。当業者が上述の説明を検討すれば、上述の実施態様の組み合わせ、及び、本明細書には具体的に記載していない他の実施態様の組み合わせが明らかであろう。
【００８４】
要約書は、請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するのに用いられることはないという前提で提示している。また、上述の詳細な説明において、様々な特徴を１つの実施態様にまとめたり、或いは、１つの実施態様で表したりすることで、本開示の合理化を図ることが可能である。上述した例は、本開示を例示するものではあるが、限定するものではない。また、本開示の原理に従った多くの改変及び変形が可能である。以下に記載の請求項のように、請求項に記載の要旨は、本開示の任意の実施例におけるすべての特徴の一部の特徴を対象としうる。したがって、本開示の範囲は、以下の請求項及びその均等範囲によって規定される。
【図１Ａ】
2020181974.tif 000003
【図１Ｂ】
2020181974.tif 000004
【図１Ｃ】
2020181974.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
2020181974.tif 000007
【図１Ｆ】
2020181974.tif 000008
【図２】
2020181974.tif 000009
【図３】
2020181974.tif 000010
【図４】
2020181974.tif 000011
【図５】
2020181974.tif 000012
【外国語明細書】
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2020181974000002.pdf
2020181974000003.pdf
2020181974000004.pdf