(57)【要約】【課題】太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる太陽電池素子の製造方法を提供する。【解決手段】本太陽電池素子の製造方法は、下地基板上に、複数の化合物半導体層を積層させることにより、少なくとも１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体を含む積層体を形成する工程Ｓ１０と、素子形成用積層体の下地基板と反対側の主面の一部に第１電極を形成する工程Ｓ２０と、素子形成用積層体の一部を除去することにより、素子形成用積層体を分離する工程Ｓ３０と、第１電極と支持基板とを貼り合わせる工程Ｓ４０と、素子形成用積層体と下地基板とを分離する工程Ｓ５０と、素子形成用積層体の第１電極と反対側の主面に第２電極を形成する工程Ｓ６０と、を含む。【選択図】図１
2014103305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板上に、複数の化合物半導体層を積層させることにより、少なくとも１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体を含む積層体を形成する工程と、
前記素子形成用積層体の前記下地基板と反対側の主面の一部に第１電極を形成する工程と、
前記素子形成用積層体の一部を除去することにより、前記素子形成用積層体を分離する工程と、
前記第１電極と支持基板とを貼り合わせる工程と、
前記素子形成用積層体と前記下地基板とを分離する工程と、
前記素子形成用積層体の前記第１電極と反対側の主面に第２電極を形成する工程と、を含む太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記素子形成用積層体を分離する工程において、分離された前記素子形成用積層体の主面の径または一辺の長さは１０ｍｍ以下である請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記素子形成用積層体を分離する工程の後、前記素子形成用積層体の除去された部分に絶縁性材料を充填する工程を、さらに含む請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記素子形成用積層体を分離する工程の後、前記素子形成用積層体の除去された部分および前記第１電極が形成されていない部分に絶縁性材料を充填する工程、をさらに含む請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項５】
前記素子形成用積層体を分離する工程の後、前記素子形成用積層体の除去された部分および前記第１電極の一部を覆うように絶縁性材料を形成する工程と、前記絶縁性材料上に前記第１電極と接触するように第３電極を形成する工程と、をさらに含む請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１電極と支持基板を貼り合せる工程において、前記支持基板は導電性材料である請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかの製造方法により得られた太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い変換効率を有する太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる太陽電池素子の製造方法およびその製造方法により得られる太陽電池素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−３２７８８９号公報（特許文献１）は、変換効率の高い化合物太陽電池を製造する観点から、下地基板であるＧａＡｓ基板の表面にエピタキシャル成長法によってトップセルとなる各層を形成し、トップセルの上にボトムセルとなる各層を形成し、ボトムセルの上に裏面電極を形成し、裏面電極と支持基板であるガラス基板とを貼り合わせ、ＧａＡｓ基板（下地基板）をエッチングにより除去し、トップセルの表面に表面電極を形成し、最後にガラス基板（支持基板）を分離することにより、太陽光の入射側から表面電極、トップセル、ボトムセルおよび裏面電極がこの順に配置された太陽電池の製造方法を開示する。
【０００３】
かかる製造方法によれば、下地基板上に化合物半導体層を従来の製造方法における太陽電池素子とは上下逆の構造で積層させ、化合物半導体層に直接裏面電極を形成し、裏面電極と支持基板とを貼り合わせ、下地基板を除去した後に、従来の製造方法における素子化工程を実施することで、良質な化合物半導体層を形成することが可能となり、また、裏面反射による光閉じ込め効果が向上し、太陽電池素子の発電効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２７８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２００４−３２７８８９号公報（特許文献１）に開示する化合物太陽電池の製造方法においては、基板分離後の素子化工程において、加熱が必要である。接着剤の熱膨張係数が化合物半導体層や裏面電極に比べて非常に大きいため、上記の加熱により、熱応力が発生し化合物半導体層が割れてしまう。化合物半導体層は、非常に割れ易く、劈開する性質があるため、最初の割れ部分を起点として一定の方向に直線に割れが広がる。このため、ある１点で割れが発生してもその部分だけが割れるのではなく、割れが一定の方向に直線に広がるため、歩留まりが大きく低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決して、太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる太陽電池素子の製造方法およびその製造方法により得られる太陽電池素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、下地基板上に、複数の化合物半導体層を積層させることにより、少なくとも１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体を含む積層体を形成する工程と、素子形成用積層体の下地基板と反対側の主面の一部に第１電極を形成する工程と、素子形成用積層体の一部を除去することにより、素子形成用積層体を分離する工程と、第１電極と支持基板とを貼り合わせる工程と、素子形成用積層体と下地基板とを分離する工程と、素子形成用積層体の第１電極と反対側の主面に第２電極を形成する工程と、を含む。本発明にかかる太陽電池の製造方法は、上記の工程を含むことにより、高い変換効率を有する太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる。特に、太陽電池の製造工程において、第１電極と支持基板とを貼り合わせる工程の前に、上記の素子形成用積層体を分離する工程を含むことにより、その後の工程（たとえば、貼り合わせ工程、素子化工程など）において、素子形成用積層体における割れの発生および広がりを抑制して、太陽電池素子の歩留まりを高めることができる。また、素子形成用積層体に形成された第１電極と支持基板とを貼り合わせることにより、貼り合わせの際の応力は第１電極を介在して間接的に素子形成用積層体にかかるため、素子形成用積層体における割れの発生を抑制することができる。
【０００８】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法において、素子形成用積層体を分離する工程において、分離された素子形成用積層体の主面の径または一辺の長さを１０ｍｍ以下とすることができる。分離された素子形成用積層体の主面の径または一辺の長さを１０ｍｍ以下とすることにより、後の工程（たとえば、貼り合わせ工程、素子化工程など）において、素子形成用積層体における割れの発生および広がりをより抑制して、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【０００９】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法において、素子形成用積層体を分離する工程の後、素子形成用積層体の除去された部分に絶縁性材料を充填する工程を、さらに含むことができる。かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体を後の工程において保護するとともに分離された素子形成用積層体間の絶縁性を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００１０】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法において、素子形成用積層体を分離する工程の後、素子形成用積層体の除去された部分および第１電極が形成されていない部分に絶縁性材料を充填する工程、をさらに含むことができる。かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体および分離して形成された第１電極を後の工程において保護するとともに分離された素子形成用積層体間および分離して形成された第１電極間の絶縁性を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００１１】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法において、素子形成用積層体を分離する工程の後、素子形成用積層体の除去された部分および第１電極の一部を覆うように絶縁性材料を形成する工程と、絶縁性材料上に第１電極と接触するように第３電極を形成する工程と、をさらに含むことができる。かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体および分離して形成された第１電極を後の工程において保護し、分離された素子形成用積層体間および分離して形成された第１電極間の絶縁性を確保するとともに、第１電極と第３電極との電気的接続を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００１２】
本発明にかかる太陽電池素子の製造方法においては、第１電極と支持基板を貼り合せる工程において、支持基板を導電性材料とすることができる。支持基板を導電性材料とすることにより、支持基板を剥離せずそのまま太陽電池素子の一部として用いることができるため、剥離・洗浄工程が不要となり製造の煩雑性が低減され、かつ、剥離・洗浄工程での歩留まり低下を防ぐことができる。また、剥離後の太陽電池素子は極めて薄く外力に弱いため、取り扱いが難しく、このことが歩留まりを低下させる一因であった。支持基板を剥離せずそのまま太陽電池素子の一部として用いることで、後工程および実装工程での取り扱い（ハンドリング）を容易にすることができるため、太陽電池素子および太陽電池モジュールの歩留まりを高めることができる。
【００１３】
本発明にかかる太陽電池素子は、上記の製造方法により得られる。上記の製造方法により高い歩留まりで太陽電池素子が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる太陽電池素子の製造方法およびその製造方法により得られる太陽電池素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる太陽電池素子の製造方法における工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明にかかる太陽電池素子の製造方法の一実施形態における一工程を示す概略断面図である。
【図３】同実施形態において、図２に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図４】同実施形態において、図３に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図５】同実施形態において、図４に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図６】同実施形態において、図５に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図７】同実施形態において、図６に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図８】同実施形態において、図７に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図９】同実施形態において、図８に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１０】同実施形態において、図９に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１１】同実施形態において、図１０に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１２】同実施形態において、図１１に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１３】同実施形態において、図１２に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１４】同実施形態において、図１３に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明にかかる太陽電池素子の製造方法の別の実施形態における一工程を示す概略断面図である。
【図１６】同実施形態において、図１５に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１７】同実施形態において、図１６に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１８】同実施形態において、図１７に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図１９】本発明にかかる太陽電池素子の製造方法のさらに別の実施形態における一工程を示す概略断面図である。
【図２０】同実施形態において、図１９に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図２１】同実施形態において、図２０に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図２２】同実施形態において、図２１に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【図２３】同実施形態において、図２２に示す工程の後の工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜太陽電池素子の製造方法＞
図１〜図２３を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、下地基板１００上に、複数の化合物半導体層を積層させることにより、少なくとも１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０を含む積層体２００を形成する工程Ｓ１０と、素子形成用積層体２２０の下地基板１００と反対側の主面の一部に第１電極４１０を形成する工程Ｓ２０と、素子形成用積層体２２０の一部を除去することにより、素子形成用積層体２２０を分離する工程Ｓ３０と、第１電極４１０と支持基板５１０，８１０，９１０とを貼り合わせる工程Ｓ４０と、素子形成用積層体２２０と下地基板１００とを分離する工程Ｓ５０と、素子形成用積層体２２０の第１電極４１０と反対側の主面に第２電極４２０を形成する工程Ｓ６０と、を含む。本発明にかかる太陽電池の製造方法は、上記の工程を含むことにより、高い変換効率を有する太陽電池素子を高い歩留まりで製造することができる。
【００１７】
（素子形成用積層体を含む積層体の形成工程）
図１、図２および図１５を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、まず、下地基板１００上に、複数の化合物半導体層を積層させることにより、少なくとも１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０を含む積層体２００を形成する工程Ｓ１０を含む。かかる工程により、少なくとも１つのｐｎ接合を含み太陽電池素子の要部を構成する素子形成用積層体２２０が形成される。
【００１８】
下地基板１００は、その上に積層させる化合物半導体層の成長に適している限り特に制限はなく、化合物半導体層としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を積層させる場合は、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、Ｇｅ基板などが好適に用いられる。
【００１９】
積層させる化合物半導体層は、太陽電池素子を構成するのに適したものであり限り特に制限はないが、光電変換効率が高い観点から、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が好適に用いられる。化合物半導体層を積層させる方法は、化合物半導体層を成長させるのに適した方法である限り特に制限はなく、化合物半導体層としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を積層させる場合は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＬＰＥ（液相エピタキシ）法などが好適に用いられる。
【００２０】
素子形成用積層体２２０は、太陽電池素子としての機能を発現させる観点から少なくとも１つのｐｎ接合を含み、光電変換効率を高める観点からｐｎ接合の数が多いほど好ましい。
【００２１】
具体的には、ある素子形成用積層体２２０は、１つのｐｎ接合を含んでおり、たとえば、図２を参照して、第２電極コンタクト層２２１、ｐｎ接合を形成するエミッタ層２２２、ｐｎ接合を形成するベース層２２３、および第１電極コンタクト層２２４を含む。また、別の素子形成用積層体２２０は、３つのｐｎ接合を含んでおり、たとえば、図１５を参照して、第２電極コンタクト層２２１１、窓層２２１２、第１のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２１３、第１のｐｎ接合を形成するベース層２２１４、ＢＳＦ（裏面電界）層２２１５、第１のトンネル接合層２２２０、窓層２２２２、第２のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２２３、第２のｐｎ接合を形成するベース層２２２４、ＢＳＦ層２２２５、第２のトンネル接合層２２３０、窓層２２３２、第３のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２３３、第３のｐｎ接合を形成するベース層２２３４、ＢＳＦ層２２３５、および第１電極コンタクト層２２３６を含む。
【００２２】
積層体２００は、素子形成用積層体２２０の他に、エッチングストップ層２１０、バッファ層などを含むことができる。エッチングストップ層２１０は、積層体２００に含まれることにより、素子形成用積層体２２０の一部をエッチングにより除去して素子形成用積層体を分離する後工程において、エッチング終点を均一にすることにより、エッチング不足またはエッチング過剰による歩留まり低下を抑えることができる。また、エッチングストップ層２１０は、エッチングにより素子形成用積層体２２０と下地基板１００とを分離する後工程において、素子形成用積層体２２０を保護することができる。かかる観点から、エッチングストップ層２１０は、下地基板１００と素子形成用積層体２２０との間に形成されることが好ましい。バッファ層は、積層体２００に含まれることにより、素子形成用積層体２２０などの結晶性を高めることができる。バッファ層は、下地基板１００の結晶欠陥の伝播を防止して素子形成用積層体２２０の結晶性を高める観点から下地基板１００と素子形成用積層体２２０との間に形成されることが好ましく、さらにエッチングストップ層２１０の結晶性も高める観点から下地基板１０とエッチングストップ層２１０との間に形成されることがより好ましい。エッチングストップ層２１０の結晶性を高めることにより、ピンホールなどの結晶欠陥が抑制され、エッチングストップ層としての機能低下を抑制することができる。
【００２３】
（第１電極の形成工程）
図１および図３〜図４を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、次に、素子形成用積層体２２０の下地基板１００と反対側の主面の一部に第１電極４１０を形成する工程Ｓ２０を含む。かかる工程により、太陽電池素子の裏面電極となる第１電極を効率よく形成することができる。
【００２４】
第１電極を形成する工程Ｓ２０は、特に制限はないが、効率的に第１電極を形成する観点から、図３に示すように、素子形成用積層体２２０の下地基板１００の反対側の主面上に、パターン化された開口部を有するフォトレジスト３１０を形成するサブ工程と、図４に示すように、素子形成用積層体２２０の下地基板１００の反対側の主面上のフォトレジスト３１０の開口部にパターン化された第１電極を形成するサブ工程を含むことが好ましい。また、第１電極を形成する方法は、特に制限はないが、第１電極を効率よく形成する観点から、真空蒸着法、スパッタ法、めっき法などが好適に用いられる。
【００２５】
（素子形成用積層体の分離工程）
図１および図５を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、次に、素子形成用積層体２２０の一部を除去することにより、素子形成用積層体２２０を分離する工程Ｓ３０を含む。ここで、素子成形用積層体２２０を分離するとは、素子形成用積層体２２０の一部を除去することにより、互いに分離した複数の素子成形用積層体の領域に分離することをいう。かかる工程により、後の工程（たとえば、貼り合わせ工程、素子化工程など）において、素子形成用積層体における割れの発生および広がりを抑制して、太陽電池素子の歩留まりを高めることができる。
【００２６】
素子形成用積層体２２０を分離する方法は、特に制限はないが、素子形成用積層体２２０を効率よく分離する観点から、第１電極４１０をマスクとするエッチングにより、素子形成用積層体２２０の一部を除去することが好ましい。
【００２７】
分離された素子形成用積層体の主面の形状は、特に制限はなく、製造する太陽電池素子の形状に応じて、円状、楕円状であってもよく、三角形状、四角形状などの多角形状であってもよい。
【００２８】
また、分離された素子形成用積層体の主面の径または一辺の長さは、特に制限はないが、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。分離された素子形成用積層体の主面の径または一辺の長さを１０ｍｍ以下とすることにより、後の工程（たとえば、貼り合わせ工程、素子化工程など）において、素子形成用積層体における割れの発生および広がりをより抑制して、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。ここで、素子形成用積層体の主面の径とは、主面の形状が円形のときの直径をいい、主面の形状が楕円形のときの長径をいう。また、素子形成用積層体の主面の一辺の長さとは、主面の形状が多角形状のときの最長辺の長さをいう。
【００２９】
（第１電極と支持基板との貼り合わせ工程）
図１、図６、図１７および図２１を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、次に、第１電極４１０と支持基板５１０，８１０，９１０とを貼り合わせる工程Ｓ４０を含む。かかる工程においては、素子形成用積層体に形成された第１電極と支持基板とを貼り合わせることにより、貼り合わせの際の応力は第１電極を介在して間接的に素子形成用積層体にかかるため、素子形成用積層体における割れの発生を抑制することができる。かかる工程により、分離された素子形成用積層体２２０を支持することが可能となり、後の工程において、素子形成用積層体と下地基板とを分離することが可能となる。
【００３０】
支持基板５１０，８１０，９１０は、分離された素子形成用積層体２２０を支持することができるものであれば特に制限はなく、絶縁性材料であっても、導電性材料であってもよい。絶縁性材料としては、ガラス基板、セラミックス基板などが挙げられ、導電性基板としては、金属基板、Ｓｉ基板などが挙げられる。
【００３１】
ここで、図２１〜図２３に示すように、支持基板９１０が太陽電池素子の一部として取り込まれる場合には、太陽電池素子としての通電性を確保する観点から、支持基板９１０は、導電性材料であることが好ましい。
【００３２】
第１電極４１０と支持基板５１０，８１０，９１０とを貼り合わせる方法は、特に制限はないが、均一に貼り合わせる観点から、第１電極４１０の主面と支持基板５１０，８１０，９１０の主面とが平行になるように、かつ、貼り合わせ面に気泡が入らないように真空雰囲気下で、第１電極４１０と支持基板５１０，８１０，９１０との間に圧力を加えることが好ましい。また、上記と同様の観点から、第１電極４１０と支持基板５１０，８１０，９１０との間に、貼り合わせ材５２０，８２０，９２０を介在させることが好ましい。
【００３３】
（素子形成用積層体と下地基板との分離工程）
図１および図７〜図９を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、次に、素子形成用積層体２２０と下地基板１００とを分離する工程Ｓ５０を含む。かかる工程により、後の工程において、素子形成用積層体の第１電極と反対側の主面に第２電極を形成することが可能となる。
【００３４】
素子形成用積層体２２０と下地基板１００とを分離する方法は、特に制限はないが、素子形成用積層体２２０から下地基板１００を完全に分離する観点から、図８に示すように下地基板１００をエッチングにより除去することが好ましい。ここで、かかるエッチングの際に素子形成用積層体２２０を保護する観点から、素子形成用積層体２２０と下地基板１００との間にはエッチングストップ層２１０が介在していることが好ましい。
【００３５】
素子形成用積層体２２０と下地基板１００とを分離する工程Ｓ５０は、下地基板１００をエッチングにより除去することによる場合、素子形成用積層体２２０を保護する観点から、図８に示すような下地基板１００をエッチングにより除去するサブ工程の前に、図７に示すように、素子形成用積層体２２０の外周部にフォトレジスト３２０などの保護材を形成するサブ工程を含むことが好ましい。また、素子形成用積層体２２０と下地基板１００との間にはエッチングストップ層２１０が介在している場合は、図８に示すような下地基板１００をエッチングにより除去するサブ工程の後、図９に示すように、さらにエッチングストップ層２１０をエッチングにより除去するサブ工程を含むことが好ましい。
【００３６】
（第２電極の形成工程）
図１および図１０〜図１１を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法は、次に、素子形成用積層体２２０の第１電極４１０と反対側の主面に第２電極４２０を形成する工程Ｓ６０を含む。かかる工程により、第１電極を裏面電極とし、第２電極を表面電極とする太陽電池素子が形成される。
【００３７】
第２電極４２０を形成する工程Ｓ６０は、特に制限はないが、効率的に第２電極を形成する観点から、図１０に示すように、素子形成用積層体２２０の下地基板１００の反対側の主面上および素子形成用積層体の除去された部分に、パターン化された開口部を有するフォトレジスト３３０を形成するサブ工程と、図１１に示すように、素子形成用積層体２２０の第１電極４１０の反対側の主面上のフォトレジスト３３０の開口部にパターン化された第２電極を形成するサブ工程を含むことが好ましい。また、第２電極を形成する方法は、特に制限はないが、第２電極を効率よく形成する観点から、リフトオフ法、めっき法などが好適に用いられる。
【００３８】
［素子形成用積層体の分離工程と、第１電極と支持基板との貼り合わせ工程と、の間の工程］
（絶縁性材料の充填工程）
図１および図１６（Ａ）を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法においては、上記の工程に加えて、素子形成用積層体２２０を分離する工程の後、第１電極４１０と支持基板とを貼り合わせる工程の前に、素子形成用積層体２２０の除去された部分に絶縁性材料７１０を充填する工程Ｓ３２をさらに含むことが好ましい。かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体を後の工程において保護するとともに分離された素子形成用積層体間の絶縁性を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００３９】
また、図１および図１６（Ｂ）を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法においては、上記の工程に加えて、素子形成用積層体２２０を分離する工程の後、第１電極４１０と支持基板とを貼り合わせる工程の前に、素子形成用積層体２２０の除去された部分および第１電極４１０が形成されていない部分に絶縁性材料７１０を充填する工程Ｓ３４をさらに含むことが好ましい。かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体および分離して形成された第１電極を後の工程において保護するとともに分離された素子形成用積層体間および分離して形成された第１電極間の絶縁性を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００４０】
（絶縁性材料の形成工程および第３電極の形成工程）
図１、図１９および図２０を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法においては、上記の工程に加えて、素子形成用積層体２２０を分離する工程の後、第１電極４１０と支持基板とを貼り合わせる工程の前に、素子形成用積層体２２０の除去された部分および第１電極４１０の一部を覆うように絶縁性材料７１０を形成する工程Ｓ３６（図１９）と、絶縁性材料７１０上に第１電極４１０と接触するように第３電極４３０を形成する工程と、をさらに含むことができる。かかる工程を含むことにより、かかる工程をさらに含むことにより、分離された素子形成用積層体および分離して形成された第１電極を後の工程において保護し、分離された素子形成用積層体間および分離して形成された第１電極間の絶縁性を確保するとともに、第１電極と第３電極との電気的接続を確保することができるため、太陽電池素子の歩留まりをさらに高めることができる。
【００４１】
＜太陽電池素子＞
図１４、図１８および図２３を参照して、本発明にかかる太陽電池素子は、上記の製造方法により得られたものであり、裏面電極である第１電極４１０上に１つ以上のｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０が配置され、素子形成用積層体２２０上に表面電極である第２電極４２０が配置されている。本発明にかかる太陽電池素子は、上記の製造方法により、高歩留まりで得られる。
【００４２】
詳細には、図１４を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の一実施形態は、裏面電極である第１電極４１０上に１つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０が配置され、素子形成用積層体２２０上の一部に表面電極であるパターン化された第２電極４２０が配置されている。ここで、素子形成用積層体２２０の第２電極コンタクト層２２１は、第２電極４２０のパターンに合わせてパターン化されている。また、素子形成用積層体２２０の第２電極コンタクト層２２１の開口部に反射防止膜６１０が配置されている。本実施形態の太陽電池素子は高い歩留まりで得られる。
【００４３】
また、図１８を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の別の実施形態は、支持基板８１０の基板主面被覆層８１１上に裏面電極である第１電極４１０が配置され、第１電極４１０上に３つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０が配置され、素子形成用積層体２２０上の一部に表面電極であるパターン化された第２電極４２０が配置されている。また、素子形成用積層体２２０上の第２電極４２０の開口部に反射防止膜６１０が配置されている。また、第１電極４１０および素子形成用積層体２２０の外周側面には絶縁性材料が配置されている。本実施形態の太陽電池素子は、高い歩留まりで得られ、機械的強度が高く、かつ側面の絶縁性が高い。
【００４４】
また、図２３を参照して、本発明にかかる太陽電池素子のさらに別の実施形態は、支持基板９１０上に配置された第３電極４３０に電気的に接続された裏面電極である第１電極４１０上に３つのｐｎ接合を含む素子形成用積層体２２０が配置され、素子形成用積層体２２０上の一部に表面電極であるパターン化された第２電極４２０が配置されている。また、素子形成用積層体２２０上の第２電極４２０の開口部に反射防止膜６１０が配置されている。また、第１電極４１０および素子形成用積層体２２０の外周側面および第１電極４１０と第３電極４３０との空隙部には絶縁性材料が配置されている。本実施形態の太陽電池素子は、高い歩留まりで得られ、機械的強度が高く、かつ側面の絶縁性が高い。
【００４５】
［実施形態１］
図２〜図１４を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法の一実施形態について、以下に詳細に説明する。
【００４６】
１．素子形成用積層体を含む積層体の形成工程
図２を参照して、下地基板１００である厚さ４００μｍのＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、積層体２００としてエッチングストップ層２１０となる厚さ０．５μｍのＩｎＧａＰ層と素子形成用積層体２２０を形成する。素子形成用積層体２２０は、エッチングストップ層２１０側から、第２電極コンタクト層２２１となる厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層、ｐｎ接合を形成するエミッタ層２２２である厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐｎ接合を形成するベース層２２３である厚さ０．６μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層、および第１電極コンタクト層２２４となる厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層を、順次積層させる。
【００４７】
２．第１電極の形成工程
次に、図３を参照して、素子形成用積層体２２０の下地基板１００と反対側の主面にフォトレジスト３１０を塗布した後、フォトリソグラフィによりフォトレジスト３１０にパターン化された開口部を形成する。
【００４８】
次に、図４を参照して、パターン化された開口部を有するフォトレジスト３１０の上から、裏面電極である第１電極４１０となる金属膜として厚さ０．１μｍのＡｕ層をＥＢ（電子線）蒸着法により形成する。その後、フォトレジスト３１０を溶解させる液体に浸漬させ、フォトレジスト３１０およびフォトレジスト３１０上の金属膜をリフトオフにより除去することにより、パターン化された第１電極４１０を形成する。
【００４９】
３．素子形成用積層体の分離工程
次に、図５を参照して、裏面電極である第１電極４１０をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓ層（第１電極コンタクト層２２４）、ｐ型ＩｎＧａＰ層（ｐｎ接合を形成するベース層２２３）、ｎ型ＩｎＧａＰ層（ｐｎ接合を形成するエミッタ層２２２）、およびｎ型ＧａＡｓ層（第２電極コンタクト層２２１）の一部をエッチングにより除去することにより素子形成用積層体２２０を分離する。ここで、エッチングは、アンモニア／過酸化水素水水溶液および塩酸水溶液などのエッチング液を用いたウェットエッチング、またはフッ素や塩素などを含むガスを用いたドライエッチングにより行う。
【００５０】
４．第１電極と支持基板との貼り合わせ工程
次に、図６を参照して、裏面電極である第１電極４１０に、支持基板５１０であるガラス基板を、貼り合わせ材５２０である粘着テープで、貼り合わせる。このとき、第１電極４１０の主面と支持基板５１０の主面とが平行になるように、かつ、貼り合わせ界面に気泡が入らないようにして、真空雰囲気下で荷重をかけながら貼り合わせる。なお、本実施形態においては支持基板５１０としてガラス基板を用いているが、支持基板５１０として、アルミナなどのセラミック板、ポリイミドなどの耐熱対薬品性の高い高分子材料、Ｓｉなどの半導体基板、陽極酸化処理などで表面を対薬品性の膜で保護した金属板のように、表面が基板を除去する際に使用する薬液に耐えるものであれば特に制限はない。また、本実施形態においては貼り合わせ材５２０として粘着テープを用いるが、貼り合わせ材５２０として、接着剤、導電性ペースト、ダイレクトボンディングなどを用いてもよい。
【００５１】
５．素子形成用積層体と下地基板との分離工程
次に、図７を参照して、素子形成用積層体２２０を保護するために、素子形成用積層体２２０の最外周部にフォトレジスト３２０を形成する。
【００５２】
次に、図８を参照して、ＧａＡｓ基板（下地基板１００）をアンモニア／過酸化水素水水溶液などを用いたエッチングにより除去する。厚さ４００μｍのＧａＡｓ基板（下地基板１００）を除去するには２〜３時間程度を要するが、エッチングストップ層２１０およびフォトレジスト３２０により、素子形成用積層体２２０はエッチングされない。
【００５３】
次に、図９を参照して、エッチングストップ層２１０を塩酸水溶液でエッチングすることにより除去する。さらに、フォトレジスト３２０を除去する。
【００５４】
６．第２電極の形成工程
次に、図１０を参照して、エッチングストップ層２１０を除去して露出した素子形成用積層体２２０の主面（第１電極４１０側と反対側の主面）に、フォトレジスト３３０を塗布した後、フォトリソグラフィによりフォトレジスト３３０にパターン化された開口部を形成する。なお、図１０〜図１４は、図２〜図９とは上下を反転して図示している。
【００５５】
次に、図１１を参照して、パターン化された開口部を有するフォトレジスト３３０の上から、表面電極である第２電極４２０となる金属膜として、厚さ１００ｎｍのＡｕＧｅ膜を抵抗加熱蒸着により形成し、続けて厚さ２０ｎｍのＮｉ層、３μｍのＡｕ層をＥＢ蒸着により形成する。その後、フォトレジスト３３０を溶解させる液体に浸漬させ、フォトレジスト３３０およびフォトレジスト３３０上の金属膜をリフトオフにより除去する。
【００５６】
７．その他の工程
次に、図１２を参照して、表面電極である第２電極４２０をマスクとして、第２電極コンタクト層２２１をエッチングすることにより、第２電極４２０と同じようにパターン化された開口部を有する第２電極コンタクト層２２１を形成する。ここで、第２電極コンタクト層２２１であるｎ型ＧａＡｓ層のエッチングはアンモニア／過酸化水素水水溶液を用いて行う。
【００５７】
次に、図１３を参照して、素子形成用積層体２２０の第２電極４２０および第２電極コンタクト層２２１のパターン化された開口部に、反射防止膜６１０として、厚さ６０ｎｍのＴｉＯ2膜および厚さ９０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜をＥＢ蒸着法により形成する。ここで、反射防止膜６１０の厚さは、膜の屈折率、太陽電池素子表面の屈折率などの特性に応じて適切な厚さとすればよい。
【００５８】
最後に、図１４を参照して、支持基板５１０から第１電極４１０を分離することにより、最終形状の個々の太陽電池素子を得る。
【００５９】
上記の製造方法により、直径４インチの下地基板を用いて形成された素子形成用積層体から主面の大きさが５ｍｍ×５ｍｍサイズの太陽電池素子が約２００個得られる。
【００６０】
本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、一部の太陽電池素子に割れが発生しているものの、割れが発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子では割れは見られず、全体で割れによる歩留まり低下は３％であった。これに対して、従来の太陽電池素子の製造方法においては、割れの起点部分から劈開する方向へ一直線に割れが伸びており、割れの発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子はもちろん、劈開方向にあるすべての太陽電池素子で割れが発生しており、全体での割れによる歩留まり低下は２０％程度であった。すなわち、本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、太陽電池素子の歩留まりが大きく向上したことが確認できた。
【００６１】
［実施形態２］
図１５〜図１８を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法の別の実施形態について、以下に詳細に説明する。
【００６２】
１．素子形成用積層体を含む積層体の形成工程
図１５を参照して、下地基板１００である厚さ４００μｍのＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、積層体２００としてエッチングストップ層２１０となる厚さ０．５μｍのＩｎＧａＰ層と素子形成用積層体２２０を形成する。素子形成用積層体２２０は、エッチングストップ層２１０側から、第２電極コンタクト層２２１１となる厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層、窓層２２１２である厚さ０．０５μｍのｎ型ＡｌＩｎＰ層、第１のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２１３である厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層、第１のｐｎ接合を形成するベース層２２１４である厚さ０．６μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層、ＢＳＦ層２２１５である厚さ０．０１μｍのｐ型ＡｌＩｎＰ層、第１のトンネル接合層２２２０の一部の層を形成するｐ型半導体層２２１６である厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＡｓ層、第１のトンネル接合層２２２０の他の一部の層を形成するｎ型半導体層２２２１である厚さ０．０１μｍのｎ型ＧａＡｓ層、窓層２２２２である厚さ０．０５μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層、第２のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２２３である厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＡｓ層、第２のｐｎ接合を形成するベース層２２２４である約３μｍのｐ型ＧａＡｓ層、ＢＳＦ層２２２５である厚さ０．０５μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層、第２のトンネル接合層２２３０の一部の層を形成するｐ型半導体層２２２６である厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＡｓ層、第２のトンネル接合層２２３０の他の一部の層を形成するｎ型半導体層２２３１である厚さ０．０１μｍのｎ型ＧａＡｓ層、窓層２２３２である厚さ０．５μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層、第３のｐｎ接合を形成するエミッタ層２２３３である厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓ層、第３のｐｎ接合を形成するベース層２２３４である厚さ３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓ層、ＢＳＦ層２２３５である厚さ０．０５μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層、および第１電極コンタクト層２２３６となる厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓ層を、順次積層させる。
【００６３】
このようにして形成される素子形成用積層体は、３つのｐｎ接合を含んでおり、第３のｐｎ接合を形成する２つのＩｎＧａＡｓ層は、第１のｐｎ接合を形成する２つのＩｎＧａＰ層および第２のｐｎ接合を形成する２つのＧａＡｓ層の少なくともいずれかと格子定数が異なるため、最上層の主面にクロスハッチと呼ばれる凹凸が存在する。
【００６４】
２．素子形成用積層体の分離工程
次に、実施形態１と同様にして、素子形成用積層体２２０の一部をエッチングにより除去することにより、素子形成用積層体２２０を分離する。
【００６５】
３．絶縁性材料の充填工程
次に、図１６（Ｂ）を参照して、素子形成用積層体２２０が除去された部分および第１電極４１０が形成されていない部分に、絶縁性材料７１０としてＳｉＯ2を形成することにより充填する。
【００６６】
４．第１電極と支持基板との貼り合わせ工程
次に、図１７を参照して、第１電極４１０側の主面に貼り合わせ材８２０として銀ペーストを塗布し、支持基板８１０であるセラミックス基板の主面に基板主面被覆層８１１として溶着された銅層と貼り合わせる。本実施形態の素子形成用積層体２２０は、その最上層の主面にクロスハッチと呼ばれる凹凸が存在しているが、その最上層の主面上に形成されている第１電極４１０と支持基板８１０とが貼り合わされることから、貼り合わせの際の応力のかかりが第１電極４１０を介在して間接的であるため、割れの発生が抑制される。ここで、図１７は、図１６（Ｂ）に示す工程の次工程を示したものである。なお、図１６（Ａ）に示す工程の次工程においては、第１電極４１０の側面部分まで貼り合わせ材８２０が充填される（図示せず）こと以外は、図１７と同様である。
【００６７】
５．素子形成用積層体と下地基板との分離工程
次に、ＧａＡｓ基板（下地基板１００）をアンモニア／過酸化水素水水溶液などを用いたエッチングにより除去する。
【００６８】
次に、エッチングストップ層２１０を塩酸水溶液でエッチングすることにより除去する。
【００６９】
６．第２電極の形成工程
次に、図１８を参照して、実施形態１と同様にして、パターン化された開口部を有する第２電極４２０を形成する。なお、図１８は、図１５〜図１７とは上下を反転して図示している。
【００７０】
７．その他の工程
次に、図１８を参照して、実施形態１と同様にして、反射防止膜６１０を形成する。最後に、絶縁性材料７１０および貼り合わせ材８２０をダイシングにより一括で切断した後、基板主面被覆層８１１および支持基板８１０をダイシングにより一括で切断することにより、個々の太陽電池素子に分離する。ここで、図１８は、図１６（Ｂ）に示す工程の次工程である図１７に示す工程の次工程を示したものである。なお、図１６（Ａ）に示す工程の次工程の次工程においては、第１電極４１０の側面部分まで貼り合わせ材８２０が充填される（図示せず）こと以外は、図１８と同様である。
【００７１】
本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、一部の太陽電池素子に割れが発生しているものの、割れが発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子では割れは見られず、全体で割れによる歩留まり低下は１０％であった。これに対して、従来の太陽電池素子の製造方法においては、割れの起点部分から劈開する方向へ一直線に割れが伸びており、割れの発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子はもちろん、劈開方向にあるすべての太陽電池素子で割れが発生しており、全体での割れによる歩留まり低下は５０％程度であった。すなわち、本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、太陽電池素子の歩留まりが大きく向上したことが確認できた。
【００７２】
［実施形態３］
図１９〜図２３を参照して、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法のさらに別の実施形態について、以下に詳細に説明する。
【００７３】
１．素子形成用積層体を含む積層体の形成工程から素子形成用積層体の分離工程まで
実施形態２と同様にして、素子形成用積層体２２０を含む積層体２００を形成し、素子形成用積層体２２０を分離する。
【００７４】
２．絶縁性材料の形成工程
次に、図１９を参照して、素子形成用積層体の除去された部分および第１電極の一部を覆うように、絶縁性材料７１０としてポリイミドを形成する。
【００７５】
３．第３電極の形成工程
次に、図２０を参照して、裏面電極である第１電極４１０と接触して電気的に接続する第３電極４３０として銀ペースト電極を形成する。
【００７６】
４．第１電極と支持基板との貼り合わせ工程
次に、図２１を参照して、第３電極４３０の主面に貼り合わせ材９２０として銀ペーストを塗布し、導電性の支持基板９１０であるＳｉ基板の主面に基板主面被覆層９１１としてＴｉ膜で形成されたオーミック電極と貼り合わせる。これにより、第１電極４１０が第３電極４３０および絶縁性材料７１０を介在させて、かつ、第１電極４１０と第３電極４３０とが電気的に接続した状態で、導電性の支持基板９１０と貼り合わされる。
【００７７】
５．素子形成用積層体と下地基板との分離工程
次に、ＧａＡｓ基板（下地基板１００）をアンモニア／過酸化水素水水溶液などを用いたエッチングにより除去する。
【００７８】
次に、エッチングストップ層２１０を塩酸水溶液でエッチングすることにより除去する。
【００７９】
６．第２電極の形成工程
次に、図２２を参照して、実施形態１と同様にして、パターン化された開口部を有する第２電極４２０を形成する。なお、図２２〜図２３は、図１９〜図２１とは上下を反転して図示している。
【００８０】
７．その他の工程
次に、図２２を参照して、実施形態１と同様にして、反射防止膜６１０を形成する。さらに、支持基板９１０の素子形成用積層体２２０の反対側の主面に裏面電極である第４電極４４０としてＴｉ膜で形成されるオーミック電極を形成する。
【００８１】
最後に、図２３を参照して、絶縁性材料７１０、第３電極４３０、貼り合わせ材９２０、貼り合わせ材９２０、支持基板９１０、および第４電極４４０をダイシングにより一括で切断することにより、個々の太陽電池素子に分離する。
【００８２】
本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、一部の太陽電池素子に割れが発生しているものの、割れが発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子では割れは見られず、全体で割れによる歩留まり低下は１０％であった。これに対して、従来の太陽電池素子の製造方法においては、割れの起点部分から劈開する方向へ一直線に割れが伸びており、割れの発生している太陽電池素子に隣接している太陽電池素子はもちろん、劈開方向にあるすべての太陽電池素子で割れが発生しており、全体での割れによる歩留まり低下は５０％程度であった。すなわち、本実施形態の太陽電池素子の製造方法においては、太陽電池素子の歩留まりが大きく向上したことが確認できた。
【００８３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１００  下地基板、２００  積層体、２１０  エッチングストップ層、２２０  素子形成用積層体、２２１，２２１１  第２電極コンタクト層、２２２  ｐｎ接合を形成するエミッタ層、２２３  ｐｎ接合を形成するベース層、２２４，２２３６  第１電極コンタクト層、３１０，３２０，３３０  フォトレジスト、４１０  第１電極、４２０  第２電極、４３０  第３電極、４４０  第４電極、５１０，８１０，９１０  支持基板、５２０，８２０，９２０  貼り合わせ材、６１０  反射防止膜、７１０  絶縁性材料、８１１，９１１  基板主面被覆層、２２１２，２２２２，２２３２  窓層、２２１３  第１のｐｎ接合を形成するエミッタ層、２２１４  第１のｐｎ接合を形成するベース層、２２１５，２２２５，２２３５  ＢＳＦ層、２２１６，２２２６  ｐ型半導体層、２２２０  第１のトンネル接合層、２２２１，２２３１  ｎ型半導体層、２２２３  第２のｐｎ接合を形成するエミッタ層、２２２４  第２のｐｎ接合を形成するベース層、２２３０  第２のトンネル接合層、２２３３  第３のｐｎ接合を形成するエミッタ層、２２３４  第３のｐｎ接合を形成するベース層、Ｓ１０  素子形成用積層体を含む積層体を形成する工程、Ｓ２０  第１電極を形成する工程、Ｓ３０  素子形成用積層体を分離する工程、Ｓ３２，Ｓ３４  絶縁性材料を充填する工程、Ｓ３６  絶縁性材料を形成する工程、Ｓ３７  第３電極を形成する工程、Ｓ４０  第１電極と支持基板とを貼り合わせる工程、Ｓ５０  素子形成用積層体と下地基板とを分離する工程、Ｓ６０  第２電極を形成する工程。
【図１】
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【図２】
2014103305.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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