(57)【要約】      （修正有）【課題】ＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層をシリコンウェハ上に形成した太陽エネルギ電池を提供する。【解決手段】Ｓｉ基板上での高品質Ｇｅ成長を促進するため、変成ＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層１０３とＳｉ基板１０１との間の接合部における歪緩和を強化するため、Ｓｉ＋をＳｉ基板上へ注入する。更に数個のＧｅｘＳｉ１‐ｘ緩衝層（Ｓｉ／Ｇｅ０．８Ｓｉ０．２／Ｇｅ０．９Ｓｉ０．１／Ｇｅ）１０３〜１０５がＵＨＶＣＶＤによりＳｉ基板上部に成長する。低転移密度の純Ｇｅ層がＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層上に成長する。最後に、高効率III−Ｖ太陽電池２０１〜２０６がＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層上に成長する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素基板上にＳｉ＋転移層を形成し、及び
前記Ｓｉ＋転移層上に緩和ＳｉＧｅ層を形成し、
太陽電池のシリコンウェハ上にＧｅ層を形成させるため、前記緩和ＳｉＧｅ層上に前記Ｇｅ層を形成させる、ことからなる、シリコンウェハ上に太陽エネルギ電池のＳｉＧｅ層を形成させる方法。
【請求項２】
前記珪素基板はＰ型基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｐ型基板は正電極として備えられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ＋イオン転移層を形成させるために利用される方法は，Ｓｉ＋イオン転移法からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記緩和ＳｉＧｅ層を形成させるために利用される方法は、超高真空化学蒸着法からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記緩和ＳｉＧｅ層はＳｉＧｅ緩衝層である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記緩和ＳｉＧｅ層はドーピングｐプラス（ｐ＋）層である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記Ｇｅ層を形成させるために利用される方法は、超高真空化学蒸着法である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
珪素基板を備え、
前記珪素基板上にＳｉ＋イオン転移層を形成させ、
前記Ｓｉ＋イオン転移層上に緩和ＳｉＧｅ層を形成させ、及び
太陽電池のシリコンウェハ上に前記Ｇｅ層を形成させるため、前記緩和ＳｉＧｅ層上にＧｅ層を形成させる、ことからなるシリコンウェハ上に太陽エネルギ電池のＳｉＧｅ層を形成させる方法。
【請求項１０】
前記珪素基板はＰ型基板である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｐ型基板は正電極として利用される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｓｉ＋イオン転移層を形成させるために利用される方法は、Ｓｉ＋イオン転移法からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記緩和ＳｉＧｅ層を形成させるために利用される方法は、超高真空化学蒸着法からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記緩和ＳｉＧｅ層はＳｉＧｅ緩衝層である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記緩和ＳｉＧｅ層はドーピングｐプラス（ｐ＋）層である、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｇｅ層を形成させるために利用される方法は、超高真空化学蒸着法からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
珪素基板を備え、
前記珪素基板上にＳｉ＋イオン転移層を形成させ、
前記Ｓｉ＋イオン転移層上に緩和ＳｉＧｅ層を形成させ、
前記緩和ＳｉＧｅ層上にＧｅ層を形成させ、
前記Ｇｅ層上にＩｎＧａＡｓ層を形成させ、
前記ＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成させ、
前記ＩｎＧａＰ層上にｎ−ＧａＡｓ層を形成させ、
前記ｎ−ＧａＡｓ層上にｐ＋ＧａＡｓ層を形成させ、
前記ｐ＋ＧａＡｓ層上にＩｎＧａＡｌＰ層を形成させ、及び
前記太陽電池を形成させるため、前記ＩｎＧａＡｌＰ層上にＳｉＮ被覆層を蒸着させる、ことからなるシリコンウェハ上に太陽エネルギ電池を形成させる方法。
【請求項１８】
前記珪素基板はＰ型基板である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｐ型基板は正電極として利用される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記Ｓｉ＋転移層を形成させるために利用される方法は、Ｓｉ＋イオン転移法からなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記緩和ＳｉＧｅ層を形成させるために利用される方法は、超高真空化学蒸着法からなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記緩和ＳｉＧｅ層はＳｉＧｅ緩衝層である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記緩和ＳｉＧｅ層はドーピングｐプラス（ｐ＋）層である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記Ｇｅ層を形成させるために利用される方法は超高真空化学蒸着法からなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＩｎＧａＡｓ層を形成させるために利用される方法は、有機金属化学蒸着法からなる、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層を形成する方法、特に太陽エネルギ電池のＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層をシリコンウェハ上に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率III‐Ｖ三重接合太陽電池が世の中に出現したので、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池の底基板としてのゲルマニウムベース（Ｇｅ）はIII‐Ｖ三重太陽電池の主要な構造になってきた。換言すると、これらの太陽電池はガリウム砒素（ＧａＡｓ）系材料から構成される。現在、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、及びＡｌＧａＡｓなどの多くの材料がＧａＡｓ格子に適合することができる。工業界で広く利用されるこれらの材料の成長技術は十分成熟している。これらの材料は，より大きなエネルギギャップを有するので、それらはＧａＡｓより大きいエネルギギャップを有する接合部上で使用することができる。ゲルマニウムを除いてエネルギギャップがＧａＡｓより小さい場合、ＧａＡｓ格子に適合できる他の成熟した材料を見付けることは非常に困難である。
【０００３】
従来のＧａＡｓ太陽電池製造工程において、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）が、通常利用され、直列パッキングにより、Ｇｅ層、ＩｎＧａＰ層、ＩｎＧａＡｓ層及び緩衝層をゲルマニウム基板上に順に蒸着させ、最後に電極と耐反射層が上記層の両側にコーティングされ、太陽電池の最終製品を形成する。最良の格子適合性、最良のエネルギギャップ分布を有する高効率太陽電池を製造するためには、太陽電池の吸収スペクトル分布及び電力生成効率は、各接合層の構成要素、各エピタキシャル層の格子適合性、及び結晶型の品質に影響され、又各接合層の構成要素、各エピタキシャル層の格子適合性、及び結晶型の品質は、太陽電池の技術的進歩にとって、しばしば技術的隘路と製造歩留のキーポイントになる。
【０００４】
このように、太陽エネルギの従来の技術分野において、ゲルマニウム基板が集められる。ＩＩＩ‐Ｖ半導体は、ゲルマニウム基板上に成長する。全重量は比較的重く、その上にゲルマニウム基板の価格は全く高い。ゲルマニウム基板の最大寸法は、僅か４インチであり、より大きい製品を製造することは不可能である。このように、Ｇｅベースの太陽電池のコストは工業的要件のために低減することができない。
【０００５】
更に、従来方法は、シリコンウェハ上にゲルマニウムを成長させるため、通常Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（ｘ＝０〜１）を使用する。この方法は厚いＳｉＧｅ緩衝層（約１０μｍ迄）、高い製造コスト及び困難な製造工程構築などの欠点を有する。更にＧｅ表面は斜交平行模様の発生のため粗くなるだろう。
【０００６】
このように、太陽電池の関連技術に対する要求に対応するためには、マンパワのコストと時間を節約するため、及び高効率太陽電池を形成するため、太陽電池の関連技術を開発することが必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は従来の太陽電池技術のゲルマニウム基板を使用せず、これに替わり、ＧａＡｓをシリコン基板上に蒸着させ、太陽電池を形成させる。イオン注入法を使用してシリコンウェハとＳｉＧｅエピタキシャル層との間の応力を低下させる。次にＳｉＧｅ緩衝層がシリコン基板上に成長する。更に、Ｇｅ薄膜層がＳｉＧｅ緩衝層上に成長し、太陽電池構造がＧｅ層上に成長する。
【０００８】
本発明は太陽電池の重量を軽減させることができる。本発明はコストを非常に削減できる比較的大きなシリコンウェハ（６インチ以上）上に成長させることができる。
【０００９】
本発明はＳｉ＋注入Ｓｉ基板を使用して、Ｓｉ基板とＳｉＧｅエピタキシャル層との間の接合部における歪緩和を強化する。
【００１０】
ＳｉＧｅエピタキシャル層の転移密度を低下させるため、本発明はＳｉ基板上にＳｉＧｅ緩衝層を成長させ、転移の形成と浸透を阻止するため、接合部間に発生する応力場を利用する。
【００１１】
本発明は、製造コストを削減し、かつ太陽電池の重量を軽減させるため、太陽エネルギチップの機械的特性を効果的に向上させることができる。III‐Ｖ太陽電池の基板としてＳｉ基板を使用する。
【００１２】
本発明は太陽電池の光集中倍率を向上させ、異なる材料の接合部を調整し、かつ変換効率を向上させる。
【００１３】
本発明は柔軟な太陽電池を作ることができ、主な特徴は以下のようである：
【００１４】
それはエネルギギャップ材料として直接使用することができ、それは太陽光を効果的に吸収することができる。多重接合太陽電池の変換効率は３９％に達する。それは高温環境下で、なお良好な作動特性を維持することができる。それは光集中条件下での使用に適する。
【００１５】
本発明の利点と精神は発明に関する以下の詳細説明と付属図面により更に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
この発明の上記態様と付随する利点の多くは、付属図面と関連して、以下の詳細説明を参照することにより、より迅速に認識され、よりよく理解されるようになるだろう。
【００１７】
【図１Ａ】本発明の好適実施例を示す。
【図１Ｂ】本発明の好適実施例を示す。
【図１Ｃ】本発明の好適実施例を示す。
【図１Ｄ】本発明の好適実施例を示す。
【図１Ｅ】本発明の好適実施例を示す。
【図２】本発明の好適実施例を示す。
【図３】本発明のＸ線回折図を示す。
【図４Ａ】本発明の太陽電池の電力性能を示す。
【図４Ｂ】本発明の太陽電池の電荷性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、従来のＧｅ基板の替りに、シリコン基板を使用し、緩衝層としてＰ型ＳｉＧｅを使用する。Ｐ型基板は正電極として使用され、Ｐ型電極の接触材料は両側で結合され、太陽電池を形成する。
【００１９】
図１Ａで示すように、シリコンウェハ上に太陽エネルギ電池のＳｉＧｅ緩衝層を形成する方法が図示される。最初にシリコン基板１０１を準備する。正電極として使用できるシリコン基板１０１はＰ型基板である。Ｓｉ＋注入法を利用して、Ｓｉ基板１０１上にＳｉ＋注入層１０２を形成する。目的は、シリコン基板１０１の格子を壊し、次の段階で緩和されたＳｉＧｅ層の成長を促進することである。
【００２０】
図１Ｂに示すように、超高真空化学蒸着法（ＵＨＶＣＶＤ）を使用して、Ｓｉ＋注入層１０２上に第１緩和ＳｉＧｅ層１０３（ＳｉＧｅ緩衝層１０３とも称する）を成長させる。それはドーピングｐプラス（ｐ＋）層であり、その成長条件は４５０℃で３０メートルトールである。
【００２１】
図１Ｃに示すように、超高真空化学蒸着法（ＵＨＶＣＶＤ）を利用して第１緩和ＳｉＧｅ層１０３上に第２緩和ＳｉＧｅ層１０４（ＳｉＧｅ緩和層１０４とも称する）を成長させる。それはドーピングｐプラス（ｐ＋）層であり、その成長条件は４５０℃で、３０メートルトールである。
【００２２】
図１Ｄに示すように、第１緩和ＳｉＧｅ層１０３と第２緩和ＳｉＧｅ層１０４は、緩和ＳｉＧｅ層１０５又はＳｉＧｅ緩衝層１０５と呼ばれる層として結合することができる。それはドーピングｐプラス（ｐ＋）層である。
【００２３】
図１Ｅに示すように、超高真空化学蒸着法（ＵＨＶＣＶＤ）を使用して、緩和ＳｉＧｅ層１０５又はＳｉＧｅ緩衝層１０５上にＧｅ層１０６を成長させる。それはドーピングｐプラス（ｐ＋）層である。ＳｉＧｅ緩衝層と転移との間の相互作用は転移形成を阻止することができる。本発明はＳｉＧｅエピタキシャル層の厚さを低減させることができる。通常、ＳｉＧｅエピタキシャル層（Ｓｉ／Ｇｅ０．８Ｓｉ０．２／Ｇｅ０．９Ｓｉ０．１／Ｇｅ）の厚さを１０μｍ〜０．４５μｍに低減させることができる。
【００２４】
図２に示すように、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）を使用して、ＩｎＧａＡｓ層２０１、ＩｎＧａＰ層２０２、ｎ−ＧａＡｓ層２０３、ｐ＋ＧａＡｓ層２０４，及びテクスチャ状のＩｎＧａＡｌＰ層２０５を成長させる。太陽電池チップは，テクスチャ、量子井戸、及び多重接合エピタキシャル構造を利用することにより、高効率と全スペクトル吸収効果を確保することができる。プラズマ強化在来蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を使用して、Ｓｉ＋イオンを注入し、光電素子のＮ型ドーピング濃度を増加させ、かつ接合部抵抗を低減させる。Ｈ＋イオンを注入して、イオン化結合を抑制する。最後に、誘導結合プラズマ法（ＩＣＰ）を利用して、ＳｉＮカバー層２０６を蒸着させる。
【００２５】
本発明は、主としてシリコン基板上にIII‐Ｖ太陽電池を形成することである。ＳｉＧｅエピタキシャル層の成長前に、Ｓｉ＋注入を利用して、シリコン基板とＳｉＧｅエピタキシャル層との間の接合部における歪緩和を促進する。次に、緩和ＳｉＧｅ緩衝層をシリコン基板上に成長させる。変成ＳｉＧｅ緩衝層上の転移密度を低減させるため、接合部間の歪みを利用して、転移の形成及び浸透を阻止する。ＳｉＧｅエピタキシャル層上の転移密度を３×１０６／ｃｍ２迄低減させることができ、Ｇｅ表面上の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値は斜交平行模様を発生させずに、０．３８ｎｍに到達することができる。Ｐ型電極の接触材料は両端で結合され太陽電池を形成し、ＩＩＩ‐Ｖ高効率太陽電池の製造コストを低減させる。
【００２６】
図３はＳｉＧｅの存在を示す本発明のＸ線回折図を示す。
【００２７】
図４Ａは本発明の太陽電池の電力性能を示し、ここでは、電力は縦軸であり、電圧は横軸である。
【００２８】
図４Ｂは電荷が本発明の太陽電池により蓄積される状況を示し、ここでは電流は縦軸であり、電圧は横軸である。
【００２９】
様々な他の変更が、この発明の範囲と精神から離れることなく、当業者により直ちに実施されることは明らかであることは理解される。従ってこれに付属する特許請求の範囲が、ここで説明される記載に限定されることを意図するのではなく、むしろ特許請求の範囲は、この発明が関係する当業者により、その等価物として扱われる全ての特徴を含み、この発明における特許上の新規性に関する全ての特徴を包含すると解釈されることを意図する。
【符号の説明】
【００３０】
１０１：珪素基板
１０２：Ｓｉ＋基板
１０３：緩和ＳｉＧｅ層
１０４：ＳｉＧｅ緩衝層
１０５：ＳｉＧｅ緩衝層
１０６：Ｇｅ層
２０１：ＩｎＧａＡｓ層
２０２：ＩｎＧａＰ層
２０３：ｎ−ＧａＡｓ層
２０４：ｐ＋ＧａＡｓ層
２０５：ＩｎＧａＡｌＰ層
２０６：ＳｉＮ被覆層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
2010123916.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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