(57)【要約】  レイヤトランスファプロセスを使用するための再利用可能なシリコン基板デバイス。そのデバイスは、表面領域、劈開領域および材料厚を有する。材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。具体的な実施形態において、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数である。また、そのデバイスは、ハンドル基板部材を所定の位置に保持するよう適合するチャック部を有する。ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に容易に接着するような方法で、チャック部はハンドル基板を保持するように構成される。好適な実施形態において、そのデバイスはチャック部に動作可能に結合される機械式圧力素子を有する。機械式圧力素子は、ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に接着させるような力を加えるように適合される。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面領域と劈開領域と材料の全厚を有する基板であって、前記材料の全厚は、取り除かれる第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、前記取り除かれる第１の厚さの材料は前記表面領域と前記劈開領域との間にある、再利用可能な基板を提供する工程と、
第１の表面領域と第２の表面領域とを備える光透過性基板の前記第１の表面領域に、前記再利用可能な基板の表面領域を結合する工程と、
前記表面領域が前記第１の表面領域に結合している間に、前記劈開領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギ増加が、前記再利用可能な基板から前記第１の厚さの材料を容易に取り除くことを可能にさせ、前記光透過性基板の前記第１の表面領域に結合される劈開表面領域を形成するために、前記再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間に電圧差を印加する工程と、
を備える太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記劈開領域から水素損傷レイヤの一部を取り除くため、少なくとも機械的研磨または化学的エッチングプロセスを使用して、前記劈開表面領域を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記表面領域を前記第１の表面領域に結合する前に、前記表面領域と前記第１の表面領域をプラズマ活性化する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合は、前記表面領域と前記第１の表面領域との間に光結合材料を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光結合材料は、酸化錫、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、または二酸化チタンから構成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
略単結晶シリコン材料を形成するために、少なくとも固相エピタキシープロセスまたは気相エビタキシャルプロセスを使用して、第２厚さの半導体材料を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
アモルファスシリコンレイヤを少なくとも形成することを使用して第２厚さの半導体材料を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アモルファスシリコンレイヤを結晶化する工程をさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の厚さの半導体材料は単結晶シリコン材料から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光透過性材料は、ガラス基板または石英基板またはプラスチック基板から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記光透過性材料は、インジウム錫酸化物または酸化錫を含む導電材料から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記厚さの材料は、１つまたは複数の光起電力領域を備え、前記１つまたは複数の光起電力領域は第１の電極と第２の電極とを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記劈開は、制御された劈開プロセスを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記劈開は、前記第１の厚さの材料を前記半導体基板の残余部から解放するため、開始プロセスと伝搬プロセスとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電圧差は約０．１ボルトから約１００ボルトまでの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧差は、第１の電極と第２の電極との間で与えられ、前記第１の電極は前記第１の領域に結合され、前記第２の電極は前記第２の領域に結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
表面領域、劈開領域および材料の全厚を有する再利用可能な基板であって、前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は、前記表面領域と前記劈開領域との間にありその時Ｎは約１０よりも大きい整数である、再利用可能な基板と、
前記再利用可能な基板の第１の領域に結合される第１の電極部材と、
前記再利用可能な基板の第２の領域に結合される第２の電極部材と、
前記劈開領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギー増加が、前記再利用可能な基板から前記第１の厚さの材料を容易に取り除くことを可能にさせるように、前記第１の領域と前記第２の領域との間の電圧差を与えるために、前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間に結合される電圧源と、
を備えるレイヤトランスファプロセスに使用される再利用可能なシリコン基板デバイス。
【請求項１８】
前記材料の全厚は単結晶シリコン材料から構成される、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記材料の全厚はシリコン材料から構成される、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記材料の全厚は劈開プロセスによって与えられる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記劈開プロセスは、前記第１の厚さの材料を前記半導体基板の残余部から解放するため、開始プロセスと伝搬プロセスとを備える、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記劈開領域は複数の水素粒子を含む、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２３】
ハンドル基板部材を所定の位置に保持するよう適合されるチャック部を備え、前記チャック部は前記第１の厚さの材料と前記ハンドル基板との間に第２の電圧電位をかけられ、前記第２の電圧電位は前記第１の厚さの材料と前記ハンドル基板との接合を容易にするように与えられる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２４】
レイヤトランスファプロセスに使用される再利用可能なシリコン基板デバイスを備える第１のチャンバであって、前記デバイスは、
表面領域、劈開領域および材料の全厚を有する再利用可能な基板であって、前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は、前記表面領域と前記劈開領域との間にありその時Ｎは約１０よりも大きい整数である、再利用可能な基板と、
前記再利用可能な基板の第１の領域に結合される第１の電極部材と、
前記再利用可能な基板の第２の領域に結合される第２の電極部材と、
前記劈開領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギー増加が、前記再利用可能な基板から前記第１の厚さの材料を容易に取り除くことを可能にさせるように、前記第１の領域と前記第２の領域との間の電圧差を与えるために、前記第１の電極部材と前記第２の電極部材との間に結合される電圧源と、を備える第１のチャンバと
前記第１のチャンバに結合される第２のチャンバであって、１つまたは複数のプロセスを実行するように与えられる第２のチャンバと、
を備えるクラスタツール装置。
【請求項２５】
第３のチャンバをさらに備え、前記第３のチャンバは、そこに１つまたは複数の熱エネルギーを与える素子群を含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
入／出チャンバをさらに備え、前記入／出チャンバは前記第１のチャンバに結合される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
表面領域、劈開領域および材料の全厚を有する再利用可能な基板であって、前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は、前記表面領域と前記劈開領域との間にありその時Ｎは約１０よりも大きい整数である、再利用可能な基板と、
ハンドル基板部材を所定の位置に保持するよう適合されるチャック部であって、前記チャック部は前記ハンドル基板を、除去される前記第１の厚さの材料に接合することを容易にするような方法で前記ハンドル基板を保持するように構成される、チャック部と、
前記チャック部に動作可能に結合される機械式圧力素子であって、前記ハンドル基板を、除去される前記第１の厚さの材料に接着させるような力を加えるように適合される、機械式圧力素子と、
を備える、レイヤトランスファプロセスに使用される再利用可能なシリコン基板デバイス。
【請求項２８】
前記機械式圧力素子は円筒ころ素子であって、前記円筒状ころ素子は前記チャック装置の第１の部分から前記チャック装置の第２の部分に空間的な方法で圧力をかけるように適合される、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
複数の部位を有するドナー基板部材と、
前記複数の部位に個別に配置される複数の利用可能な基板であって、前記利用可能な基板のそれぞれは、表面領域、劈開領域および材料の全厚を有し、前記材料の全厚は、除去される前記第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は、前記表面領域と前記劈開領域との間にありその時Ｎは約１０よりも大きい整数である、複数の利用可能な基板と、
を備える、複数のレイヤトランスファプロセスに使用される再利用可能なシリコン基板デバイス。
【請求項３０】
表面領域と劈開領域と材料の全厚を有する再利用可能な基板を提供する工程であって、
前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は前記表面領域と前記劈開領域との間にある、工程と、
前記劈開領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギー増加が、前記表面領域をハンドル基板の第１の表面領域に接合することを容易にさせるように、前記再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間の電圧差を供する工程と、
を備える、１つまたは複数の半導体基板を製造する方法。
【請求項３１】
前記エネルギー増加は、第１の温度から第２の温度に前記表面領域の温度の上昇をもたらす、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記エネルギー増加は、第１の温度から第２の温度に温度の上昇をもたらし、前記第２の温度は約２００°Ｃよりも高い、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
表面領域と劈開領域と材料の全厚を有する再利用可能な基板を提供する工程であって、
前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、前記除去される第１の厚さの材料は前記表面領域と前記劈開領域との間にある、工程と、
前記劈開領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギー増加が、第１の特性から第２の特性に前記劈開領域の特性を変えさせるように、前記再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間の電圧差を供する工程であって、前記第２の特性は前記再利用可能な基板から前記第１の厚さの材料を除去させる、工程と、
を備える、１つまたは複数の半導体基板を製造する方法。
【請求項３４】
前記電圧差は、前記表面領域の前記１つまたは複数の部分に重畳する接合レイヤを硬化するために前記表面領域の温度の１つまたは複数の部分の温度を高める、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
複数の単結晶シリコンタイルを提供する工程と、
前記単結晶シリコンタイルの表面にイオンを注入する工程と、
前記単結晶シリコンタイルの前記注入された表面にプロセスチャックを接着する工程と、
前記単結晶シリコンタイルから、前記プロセスチャックに接着された複数の単結晶シリコン膜を剥離する工程と、
前記プロセスチャックに接着され前記剥離された単結晶シリコン膜をバッチ処理する工程と、
を備える、複数の個々の太陽電池を備えるモジュールを製造するための方法。
【請求項３６】
前記バッチ処理は、前記単結晶シリコン膜の上面から残余レイヤを除去する工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記バッチ処理は、Ｐ／Ｎ接合部を形成する工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記バッチ処理は、不動態化レイヤを形成する工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記バッチ処理は、共用の基板に接触して互いに重畳する前記膜およびすべてのレイヤを接触させる工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記バッチ処理は、共用の基板に接触して互いに重畳する前記膜およびすべてのレイヤを接触させる工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
互いに重畳する前記膜およびすべてのレイヤは、接着剤によって前記共用の基板に接合される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
互いに重畳する前記膜およびすべてのレイヤは電圧差の印加により前記共用の接着剤に接合される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記バッチ処理は、第２のプロセスチャックに接触して互いに重畳する前記膜およびすべてのレイヤを接触させる工程を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項４４】
前記プロセスチャックは、真空または静電力を利用して前記注入された表面に付着される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４５】
前記イオンは６００ＫｅＶまたはそれ以上のエネルギーで注入される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４６】
前記タイルは約１２５ｍｍ×１２５ｍｍの横寸法を有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４７】
基板支持部材と、
電源と、
前記電圧源に電気通信状態の第１の導電接触部と、
前記電圧源に電気通信状態の第２の導電接触部であって、前記第１の接触部と前記第２の接触部との間の電位差の印加が、前記基板支持部材上に支持される基板に温度勾配を生成するような第２の導電接触部と、
を備える装置。
【請求項４８】
前記第１の導電接触部と前記第２の導電接触部は、前記基板と第２の基板との間の境界面に前記温度勾配を生成するように構成される、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１の導電接触部と前記第２の導電接触部は、前記基板へのイオン注入中に前記温度勾配を生成するように構成される、請求項４７に記載の装置。
【請求項５０】
前記基板によって熱伝達をするエネルギー吸込みまたは発生源をさらに備える、請求項４７に記載の装置。
【請求項５１】
前記第１の接触部と前記第２の接触部は、前記基板を基準として同一の高さに配置される、請求項４７に記載の装置。
【請求項５２】
前記第１の接触部と前記第２の接触部は、前記基板を基準として異なる高さに配置される、請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
複数の個別太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造する方法であって、
複数の単結晶シリコンタイルを構成する単結晶タイルのそれぞれは複数の自立型スライスを形成しうる厚さを有し、前記単結晶タイルのそれぞれは表面領域を有する、複数の単結晶シリコンタイルを供給する工程と、
前記単結晶シリコンタイルのそれぞれの前記表面領域を介してイオンを注入する工程と、
複数の剥離スライスを形成するために、前記単結晶タイルのそれぞれから前記少なくとも１つのスライスを剥離する工程と、
プロセスチャックに前記複数の剥離スライスを支持する工程と、
前記複数の剥離スライスのそれぞれに１つまたは複数の光起電力領域を形成する工程と、
前記複数の剥離スライスを光学板に結合する工程と、
太陽電池モジュールを形成するため、前記光学板に結合される前記複数の剥離スライス上に１つまたは複数の接触領域を形成する工程と、
を備える方法。
【請求項５４】
表面領域と劈開領域と材料の全厚を有する再利用可能な基板を提供する工程であって、
前記材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される前記第１の厚さの材料は前記表面領域と前記劈開領域との間にある、工程と、
前記表面領域の１つまたは複数の部分におけるエネルギー増加を生じさせるように、前記再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間の電圧差を印加する工程と、
を備える１つまたは複数の半導体基板を製造する方法。
【請求項５５】
前記エネルギー増加は、前記表面領域をハンドル基板の第１の表面領域に接合することを容易にする、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記エネルギーの増加は、前記表面領域の温度を第１の温度から第２の温度に上昇させる、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記エネルギー増加は、第１の温度から第２の温度に温度の上昇をもたらし、前記第２の温度は約２００°Ｃよりも高い、請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
複数の個別太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造する方法であって、
複数の単結晶シリコンタイルを供給する工程と、
前記単結晶シリコンタイルの表面にイオンを注入する工程と、
前記単結晶シリコンタイルから、前記プロセスチャックに付着される複数の単結晶シリコン膜を剥離する工程と、
前記複数の剥離された単結晶シリコン膜を、モジュールに対応するバッチで処理する工程と、
を備える方法。
【請求項５９】
前記複数の単結晶シリコン膜は、共用のプロセスチャックへの付着によって剥離される請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記複数の単結晶シリコン膜は、前記剥離後の一定期間、前記タイルに対する接触を維持される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記複数の単結晶シリコン膜は、正圧により前記タイルに対する接触を維持される、請求項６０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明に係る実施形態は、光起電力型用途のためのレイヤトランスファ技術を使用する太陽電池の構造を形成する方法および構造を含む技術に関する。しかし、本発明の実施形態はより広い範囲の適用性があることが認識されるであろう。すなわち、集積半導体素子、光素子または光電子素子、圧電素子、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学および生物医学装置などの３次元パッケージングについてのような他の用途にも適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
元来、人間はほとんどすべての有益なエネルギーを得ることを“太陽”に頼っている。このようなエネルギーは、石油、光、木材およびさまざまな形態の熱エネルギーによってもたらされる。ほんの一例として、人間は需要の大半を石炭やガスなどの石油資源に大幅に頼っている。不幸にも、このような石油資源は激減しており、他の問題を引き起こしている。代替として、部分的に、太陽エネルギーが石油資源への依存を減らすために提案されている。ほんの一例として、太陽エネルギーは一般にシリコンから作られる“太陽電池”によって得ることができる。
【０００３】
シリコン太陽電池は、太陽光にさらされると電力を発生する。日射はシリコンの原子と相互作用し、シリコンのｐとｎにドーピングされた領域に移動してドーピングされた領域間に電位差および電流を発生させる電子と正孔を形成する。用途しだいで、太陽電池は効率を向上させるために集光要素が結合される。一例として、日射を活性光起電材料の１つまたは複数の部分に導く集光要素を用いて太陽光が集められ焦点が合わせられる。効率的であるが、それらの太陽電池は未だに多くの限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ほんの一例として、太陽電池はシリコンなどの出発材料に依存する。そのようなシリコンはたいていポリシリコンおよび／または単結晶シリコン材料を用いて作られる。それらの材料は、たいてい製造することが困難である。ポリシリコン電池は、たいていポリシリコンプレートを製造することによって形成される。それらのプレートは効率よく形成することができる一方、それらは高効率太陽電池のための最適な特性を有さない。単結晶シリコンは高品位の太陽電池に適した性質を有する。しかしながら、そのような単結晶シリコンは高価で、また能率的かつコスト効率の良い方法で太陽光を利用する用途に使用するのに困難である。一般に、薄膜太陽電池はより少ないシリコン材料の使用により低コストではあるが、それらのアモルファスまたは多結晶構造は、単結晶シリコン基板から作られるより高価なバルクシリコン電池よりも効率が悪い。それらのおよび他の限界は、本明細書を通じて、より詳細には下記から判明されうる。
【０００５】
上述から、低コストでかつ効率のよい大型基板を製造する技術が望まれていることがわかる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る実施形態によると、光起電力材料の製造に照準を合わせた技術が提供される。より詳細には、光起電力型用途のためのレイヤトランスファ技術を使用する太陽電池の構造を形成する方法および構造を含む技術に関する。しかし、本発明の実施形態はより広い範囲の適用性があることが認識されるであろう。すなわち、集積半導体素子、光素子または光電子素子、圧電素子、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学および生物医学装置の３次元パッケージングなど、他の用途にも適用することができる。
【０００７】
具体的な実施形態では、本発明は、太陽電池や太陽電池パネルなどの太陽電池を製造する方法を提供する。本方法に係る実施形態は、表面領域、劈開領域および材料の全厚を有する再利用可能な基板を供給する工程を含む。好適な実施形態において、表面領域と劈開領域との間にあって除去されるの第１の厚さの材料よりも、材料の全厚は少なくともＮ倍大きい。本方法は、再利用可能な基板の表面領域を、第１の表面領域と第２の表面領域を有する光透過性基板（例えば、酸化錫、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、二酸化チタン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）もしくは他の層状構造誘電体材料、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、または他の好適な材料）の第１の領域に結合する工程を含む。１つまたは複数の劈開領域におけるエネルギーの増幅が、再利用可能な基板からの第１の厚さの材料の除去を容易に生じさせるため、本方法は、再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間の電圧差（例えば、０．１ボルトないし１００ボルト）を印加する工程を含む。実施形態しだいで、所望の結果を得るために、電圧差は選択される。ある実施形態において、光透過性基板の第１の表面領域に結合された劈開表面領域を形成するため、表面領域は第１の表面領域に結合したままである。
【０００８】
ある代替の実施形態において、本発明は、例えば、劈開制御、Ｓｏｉｔｅｃ社によるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標）と呼ばれるプロセスのようなレイヤトランスファプロセスと共に使用するための再利用可能なシリコン基板デバイスを提供する。そのデバイスは、表面領域、劈開領域および厚さを有する再利用可能な基板を含み、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にある。具体的な実施形態において、Ｎは約１０よりも大きい整数であるが、それ以外もありうる。具体的な実施形態においては、Ｎは、トランスファされる材料厚に比べて約１０００倍またはそれよりも大きいものであってよい。また、そのデバイスは、再利用可能な基板の第１の領域に結合される第１の電極部材および再利用可能な基板の第２の領域に結合される第２の電極部材を有する。１つまたは複数の劈開領域におけるエネルギーの増幅が、再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去を容易に生じさせるため、劈開領域の第１の領域と劈開領域の第２の領域との電圧差を与えるよう、そのデバイスは、第１の電極部材と第２の電極部材との間に結合される電圧源を有する。
【０００９】
ある代替の実施形態において、本発明は、例えばマルチチャンバのようなクラスタツール装置を提供する。そのツールは、レイヤトランスファプロセスを使用するための再利用可能なシリコン基板デバイスを備える第１のチャンバを有する。そのデバイスは、表面領域、劈開領域および材料厚を有する再利用可能な基板を有し、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。具体的な実施形態においては、Ｎは、トランスファされる材料厚に比べて約１０００倍またはそれよりも大きいものであってよい。具体的な実施形態において、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数であるが、例えば１０００のような他の数でもよい。第１の電極部材は、再利用可能な基板の第１の領域に結合される。第２の電極部材は、再利用可能な基板の第２の領域に結合される。１つまたは複数の劈開領域におけるエネルギーの増幅が、再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去を容易に生じさせるため、劈開領域の第１の領域と劈開領域の第２の領域との電圧差を与えるよう、そのデバイスは、第１の電極部材と第２の電極部材との間に結合される電圧源を有する。具体的な実施形態において、クラスタツールは第１のチャンバに結合した第２のチャンバを有する。第２のチャンバは１つまたは複数のプロセスを実現するように設けられる。
【００１０】
また、ある代替の実施形態において、本発明は、レイヤトランスファプロセスを使用するための再利用可能なシリコン基板デバイスを提供する。そのデバイスは、表面領域、劈開領域および材料厚を有する再利用可能な基板を有する。材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。具体的な実施形態において、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数である。具体的な実施形態においては、Ｎは、トランスファされる材料厚に比べて約１０００倍またはそれよりも大きいものであってよい。また、そのデバイスは、ハンドル基板部材を所定の位置に保持するよう適合するチャック部を有する。ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に容易に接着するような方法で、チャック部はハンドル基板を保持するように構成される。好適な実施形態において、そのデバイスはチャック部に動作可能に結合される機械式圧力素子を有する。機械式圧力素子は、ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に接着させるような力を加えるように適合される。
【００１１】
さらに、本発明に係る実施形態は、例えばシリコン・オン・ガラスのような、１つまたは複数の半導体基板の製造方法を提供する。本方法は、表面領域、劈開領域および材料厚を有する再利用可能な基板を提供することを含む。具体的な実施形態において、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にある。また、表面領域をハンドル基板の第１の表面領域に容易に接着させるよう表面領域の一部分または複数の部分におけるエネルギーの増幅を生じるために、再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との電圧差の影響を受けることを、本方法は含む。
【００１２】
また、本発明に係る別の実施形態は、例えばシリコン・オン・ガラスのような、１つまたは複数の半導体基板の製造方法を提供する。本方法は、表面領域、劈開領域および材料厚を有する再利用可能な基板を提供することを含む。具体的な実施形態において、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きく、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にある。劈開領域の特性を第１の特性から第２の特性に変換するよう劈開領域の一部分または複数の部分におけるエネルギーの増幅を生じるために、再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との電圧差の影響を受けることを、本方法は含む。具体的な実施形態において、第２の特性は、再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去を生じさせる。
【００１３】
多くの利点は、本発明を使用することで、既存の技術を超えて実現されうる。特に、本発明に係る実施形態は、具体的な実施形態に係るガラス基板上の薄い光起電力膜を優先的に劈開するため、制御エネルギーおよび選択条件を使用する。具体的な実施形態において、本発明に係る方法および装置は、外装材料の一部として使用されうる、非常に高品質の光起電力材料をガラス上に供給する。好適な実施形態において、本発明に係る方法および構造は、太陽電池を使用して効率的な電力を供給するため、より大型で再利用可能なバルク基板部材からの単結晶シリコンを備える。他の実施形態において、本発明の方法および装置は、太陽電池および／または太陽電池パネルを大量生産するための効率的な技術を提供する。実施形態しだいであるが、１つまたは複数のそれらの利点は実現されうる。それらおよび他の利点は、本発明の明細書を通じて、より詳しくは以下に記載される。
【００１４】
本発明に係る実施形態は、それらの利点および公知のプロセス技術の状況での他の利点を実現する。しかしながら、本発明の本質および長所のさらなる理解は、明細書の後半および添付図面を参照して達成されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る実施形態によると、光起電性材料の製造に照準を合わせた技法が提供される。より詳細には、本発明に係る実施形態は、光起電力型用途のためのレイヤトランスファ技術を使用する太陽電池の構造を形成する方法および構造を含む技術を提供する。しかし、本発明の実施形態はより広い範囲の適用性があることが認識されるであろう。すなわち、集積半導体素子、光素子または光電子素子、圧電素子、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学および生物医学装置などの３次元パッケージングについてのような他の用途にも適用することができる。
【００１６】
半導体基板上に光起電力レイヤを製造する方法は、下記の通り略述される。
１．表面領域と、劈開領域と、その表面領域と劈開領域との間にあって除去される第１の厚さの材料とを有する、半導体基板を用意し、
２．その半導体基板を光透過性基板に整合させ、
３．有機および／または無機の膜（例えば、シリコン・オン・ガラス）を使用して、その半導体基板の表面領域を光透過性基板の第１の表面領域に結合し、
４．劈開領域の一部において制御された劈開動作を開始し、
５．劈開された表面領域の形成をもたらすために表面領域を第１の表面領域に結合したままにする一方、その半導体基板から第１の厚さの材料を除去するためにその半導体基板を劈開し、
６．必要に応じて、結果として生じる半導体材料厚を形成するため、劈開された表面領域を重ね合わせる、１つまたは複数の光起電力領域を有する第２厚さの半導体材料を形成し、
７．第２厚さの半導体材料を重ね合わせるカバーガラス材料を提供し、
８．所望の通り、他のステップを実行する。
【００１７】
上記の一連のステップは、本発明に係る実施形態による方法を提供する。示されたとおり、その技術は、光起電力型用途のためのレイヤトランスファ技術を使用する太陽電池の構造を形成する方法および構造を含む。他の代替形態もまた可能であり、そこではステップが追加されたり、１つまたは複数のステップが取り除かれたり、または１つまたは複数のステップが請求項の範囲からはずれることなく異なる順序で提供されうる。あるいは、構造を形成する別の方法がありうる。すなわち、一連のステップは初めにカバーガラスや他の好適な材料のようなカバーシート上で実行され、次に個別の実施形態によると別のレイヤを形成しうる。レイヤトランスファはカバーガラス上で生じ、太陽電池素子の残余部を形成するように使用される。他の技術は、ハンドル基板上にレイヤトランスファされる材料をトランスファするトランスファ基板を使用しうる。本発明の方法のさらなる詳細は、本明細書を通じて、特に以下に見ることができる。
【００１８】
図１を参照する。本方法は、第１のたわみ特性と背面と正面とを有する透明なハンドル基板を提供する。その透明なハンドル基板は、ガラス、石英、高分子または他の複合体などであってよい。ほんの一例として、その透明なハンドル基板は、厚さと背面と正面を有する。その透明なハンドル基板は、太陽電池などを覆うために使用されるようなガラスである。実施形態次第では、ガラスは多少可撓性があり、剛性のための裏板が付されるべきである。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００１９】
代替の実施形態において、ハンドル基板は、均一もしくは等級もしくはマルチレイヤの材料またはこれらの組合せであってよい。すなわち、ハンドル基板は単結晶、多結晶、またはアモルファスのタイプのほとんどすべての基板から作ることができる。さらに、基板は、ガリウムヒ素、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびその他のようなＩＩＩ／Ｖ族材料から作ることができる。さらに、基板は、炭化珪素、ゲルマニウム、シリコン、ガラスまたは石英の組合せ、プラスチック、および可撓性を有するポリマーとすることができる。好適には、ハンドル基板は、個別の実施形態によると、レイヤトランスファプロセスに不適切である多少の可撓性を有する。基板の不適切な性質は、個別の実施形態次第では、過度の粗さ、破損、部分的な膜分離などを引き起こす。個別の実施形態次第で、材料の任意の他の組合せが使用されうる。
【００２０】
ある実施形態において、本発明は、図２に示されるとおり、ハンドル基板構造に剛性を加えるためにバッキング基板を設ける。好適には、バッキング基板は、ドナー基板からのシリコン担持材料厚をハンドル基板の正面にトランスファするのに適切な、少なくともバッキング基板とハンドル基板とからなる多層構造の有効なたわみ特性を与えるのに適切な厚さと材料を有する。
【００２１】
ほんの一例として、バッキング基板は、石英ハンドル基板用のシリコン・ウエハである。そのようなバッキング基板は、７２５μ±１５μの厚さを有し、例えば２００ｍｍドナー／ハンドル／バッキング基板構造を使用して、単結晶シリコンから作られる。そのような基板は、約１３０ギガパスカルのヤング率を有する。プラスチック、金属、ガラス、石英、複合物、それらの類似物のような他のタイプの材料や一定の厚さは、組み合わされたバッキングおよびハンドル基板構造に剛性を与えることができる。もちろん、当業者は、他の変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。
【００２２】
ある任意の実施形態において、図３および図４に示されるとおり、本方法は、バッキング基板および／または透明なハンドル基板の表面において、洗浄プロセスおよび／または（例えば、プラズマ活性化プロセスのような）活性化プロセスを実行する。そのようなプラズマ活性化プロセスは、基板の表面を洗浄し、かつ／または活性化する。プラズマ活性化プロセスは、２０°Ｃ〜４０°Ｃの温度で酸素または窒素を担持するプラズマを使用して施される。好適には、プラズマ活性化プロセスは、カリフォルニア州サンノゼのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ社によって製造される二重周波数プラズマ活性化システム内で実行される。さらに別の実施形態において、バッキング材料がないことがありうる。さらに別の実施形態において、本発明の方法は、静電チャックおよび／または多孔チャックやその類似物によって、バッキング材料を使用しうる。個別の実施形態次第で、本発明のバッキング材料は、ハンドル基板もしくはドナー基板またはハンドル基板およびドナー基板の双方に設けられうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００２３】
図５を参照すると、本方法は、他の構造から物理的に分離されることが多い透明ハンドル基板の背面へのバッキング基板の係合を開始する。好ましくは、本方法は、マルチレイヤ構造を形成するためにバッキング基板を透明ハンドルにしっかりと係合するために透明ハンドル基板の背面にバッキング基板を一時的に取り付ける。ほんの一例として、好適な実施形態によると、シリコン・ウエハ・バッキング基板は、他の修正および／または変更を一切伴わずに、石英板にしっかりと取り付けられる。ここで、シリコン・ウエハは、石英板の表面に接合する自然酸化物の非常に薄いコーティングを有するが、図６に示されているとおり、そのような自然酸化物を伴わない実施形態があってもよい。他の実施形態において、接合は、静電作用、もしくは共有結合を含むウェブ接合またはそれらの組合せなどを使用して生じうる。またさらに代替の実施形態において、接合は、スピンオンガラス、接着剤レイヤまたはそれらの組合せを使用して生じうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００２４】
図示されているとおり、本方法は、図７に示されるとおり、劈開領域と、正面と、背面と、正面と劈開領域との間のシリコン担持材料厚を備えるドナー基板と、を設けることを含む。ほんの一例として、ドナー基板を、シリコン・ウエハ、ゲルマニウム・ウエハ、シリコン・ゲルマニウム材料、炭化珪素担持材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、これらの組合せ、およびこれらの類似物とすることができる。好適な実施形態において、ドナー基板は、光起電力材料を使用して作られる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００２５】
実施形態しだいで、劈開領域を、さまざまな技術を使用して形成することができる。すなわち、劈開領域は、注入される粒子、堆積されるレイヤ、拡散される物質、パターン形成される領域、その他の技術の任意の適切な組合せを使用して形成することができる。図６を参照すると、本方法は、ドナー基板の上面を介する選択された深さまでの注入プロセスを使用して、あるエネルギー粒子を導入し、この選択された深さは、材料の“薄膜”と称する材料領域の厚さを定義する。さまざまな技術は、エネルギー粒子をシリコン・ウエハに注入するために使用されうる。それらの技術は、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社や他社によって製造されるビーム・ライン・イオン注入機器を使用するイオン注入が含まれる。あるいは、注入は、プラズマ浸積イオン注入（ＰＩＩＩ）技術、イオン・シャワー、その他の非質量特性技術を使用して行われる。また、そのような技術の組合せを使用することもできる。もちろん、使用される技術は、用途しだいである。
【００２６】
用途しだいで、より小さい質量の粒子は、一般に、好適な実施形態に従って材料領域への損傷の可能性を減らすために選択される。すなわち、より小さい質量の粒子は、その粒子が通る材料領域に実質的に損傷を与えずに、基板材料を通って選択された深さまで容易に移動する。例えば、より小さい質量の粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんどが、帯電した（例えば正または負の）および／または中性のほとんどの原子もしくは分子または電子あるいはその類似物のいずれかでありうる。個別の実施形態において、粒子は、実施形態に応じて、水素とその同位元素のイオン、ヘリウムとその同位元素、ネオンなどの希ガス・イオンまたは他のイオンなどのイオンを含む中性のおよび／または帯電した粒子とすることができる。粒子は、例えば水素ガス、水蒸気、メタン、水素化合物のガス、その他の軽い原子質量の粒子などの化合物から導出することもできる。あるいは、粒子は、上記の粒子および／またはイオンおよび／または分子種および／または原子種の任意の組合せとすることができる。粒子は、一般に、表面を通って表面の下の選択された深さまで貫通するのに十分な運動エネルギーを有する。
【００２７】
例として、シリコン・ウエハに注入される種として水素を使用すると、注入プロセスは、一組の特定の条件を使用して実行される。注入線量は、約１×１０１５原子／ｃｍ２から約１×１０１８原子／ｃｍ２までの範囲にわたり、好ましくは、約１×１０１６原子／ｃｍ２を超える。注入エネルギーは、約１ＫｅＶから約１ＭｅＶまでの範囲にわたり、一般に約５０ＫｅＶである。注入温度は、約２０°Ｃから約６００°Ｃの範囲にわたり、好ましくは、かなりの量の水素イオンが、注入されるシリコン・ウエハから外に拡散し、かつ注入される損傷や応力をアニールする可能性を防ぐために、約４００°Ｃ未満である。水素イオンを、約±０．０３μから約±０．０５μまでの正確さでシリコン・ウエハの選択された深さまで選択的に導入することができる。もちろん、使用されるイオンの種類やプロセス条件は、用途しだいである。
【００２８】
効果的に、注入される粒子は、選択された深さにある基板の上面に平行な平面に沿って応力を増やすかまたは破断エネルギーを減らす。このエネルギーは、部分的には注入種と注入条件に依存する。それらの粒子は、選択された深さでの基板の破断エネルギーレベルを減らす。これは、注入された平面に沿った選択された深さでの制御された劈開を可能にする。注入は、すべての内部位置での基板のエネルギー状態が基板材料内の非可逆破断（すなわち、分離または劈開）を開始するのに不十分であるような条件の下で行うことができる。しかしながら、注入が、一般に、後続熱処理、たとえば熱アニールまたは高速熱アニールによって通常は少なくとも部分的に修復できる基板内のある量の欠陥（たとえば、マイクロ欠陥）を引き起こすことに留意されたい。注入を受けた、結果基板は、図７の簡略図によって示される。
【００２９】
実施形態に応じて、劈開領域および／または劈開レイヤを形成する他の技術が存在しうる。ほんの一例として、そのような劈開領域は、カリフォルニア州サンノゼのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ社のＮａｎｏｃｌｅａｖｅ（商標）プロセスと呼ばれる技術、フランスのＳｏｉｔｅｃ社のＳｍａｒｔＣｕｔ（商標）プロセス、日本国東京のキャノン社のＥｌｔｒａｎ（商標）プロセス、それらに類似するプロセスなどのような他のプロセスを使用して形成される。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００３０】
具体的な実施形態において、図８に示されるとおり、バッキングに結合された透明ハンドル基板と、ドナー基板との両方が、プラズマ活性化プロセスを受ける。そのようなプラズマ活性化プロセスは、基板の表面を洗浄し、かつ／または活性化する。プラズマ活性化プロセスは、２０°Ｃから４０°Ｃまでの温度で酸素または窒素を担持するプラズマを使用することによって実現される。プラズマ活性化プロセスは、好適には、カリフォルニア州サンノゼのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ社によって製造される二重周波数プラズマ活性化システム内で実行される。もちろん、本明細書や本明細書以外で説明される他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００３１】
その後、図９によっても示されるとおり、それらの各基板が接合される。図示されるとおり、ハンドル基板がドナー・ウエハに結合されている。それらの基板は、好適には、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ社によって製造されるＥＶＧ８５０結合ツールまたは他の類似プロセスを使用して結合される。Ｋａｒｌ  Ｓｕｓｓ社によって製造されるものなどの他のタイプのツールを使用することもできる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。好ましくは、透明ハンドル基板とドナーとの間の結合は実質的に永久的であり、かつ高い信頼性を有する。
【００３２】
したがって、結合の後に、その結合された構造は、ベーキング処理を受ける。そのベーキング処理は、結合された基板を所定の温度で所定の時間、維持する。好ましくは、温度は、約２００°Ｃまたは約２５０°Ｃから約４００°Ｃまでの範囲にわたり、シリコン・ドナー基板と透明ハンドル基板について、好適には約１時間約３５０°Ｃである。個別の実施形態において、本発明に係るベーキング処理は、熱エネルギーを加熱板から結合基板に直接結合する加熱板および／または加熱表面による伝導加熱プロセスを使用して行われうる。他の実施形態において、熱エネルギーは、放射、伝導、対流またはそれら技法の組合せなどを使用して与えられうる。特定の用途しだいで、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００３３】
個別の実施形態において、基板は低温熱ステップを使用して接合されまたは融着される。一般に、低温熱プロセスは、注入された粒子が、制御されない劈開作用を生ずる可能性がある過度の応力を材料領域にかけないことを確実にする。このステップにプラズマ活性化表面処理とを組合せるという別の配慮は、使用される異なる材料の熱膨張不適合係数により誘起される応力によって通常生じる、同一のベーキング処理中の基板層の層間剥離を解消するために、結合強度が高められることを可能にする。個別の実施形態において、低温結合プロセスは、自己結合プロセスによって行われる。具体的には、１つのウエハが、酸化を除去するためにはぎ取られる（すなわち、１つの基板は酸化されない）。洗浄液は、ウエハの表面を処理して、ウエハ表面にＯ−Ｈ結合を形成する。ウエハの洗浄に使用される溶液の例が、過酸化水素と硫酸の混合物、その他の類似する溶液である。乾燥機は、ウエハ表面を乾かして、すべての残留する液または粒子を基板表面から除去する。自己結合は、洗浄された基板の表面を合わせることによって行われる。
【００３４】
あるいは、接着剤は基板の一方または両方の表面に配置され、一方の基板を他方の基板に結合する。個別の実施形態において、接着剤は、エポキシ、ポリイミドタイプの材料、それらの類似物を含む。一方の基板表面を他方の基板の正面に結合するため、スピンオンガラス・レイヤが使用されうる。それらのスピンオンガラス（“ＳＯＧ”）材料は、とりわけ、シロキサンまたは珪酸塩を含み、このシロキサンまたは珪酸塩は、しばしば、アルコール系の溶剤またはその類似物と混合される。ＳＯＧは、ウエハの表面に塗布された後にＳＯＧを硬化させるのにしばしば必要な低温（たとえば、１５０°Ｃから２５０°Ｃ）のゆえに、好適な材料である。
【００３５】
あるいは、種々の他の低温技術は、ドナー・ウエハをハンドル基板に接合するために使用されうる。例えば、静電結合技術は、２つの基板を接合するために使用されうる。特に、他方の基板表面を引き付けるために、一方または両方の基板表面は帯電する。さらに、ドナー基板を、種々の他の公知技術を使用してハンドル・ウエハに融着することができる。個別の実施形態において、ドナー基板とハンドル基板とを接合するための本発明に係る結合プロセスは、結合プロセスを活性化するｉｎ−ｓｉｔｕプラズマ、ｉｎ−ｓｉｔｕ静電結合プロセス、それらの組合せやそれらの類似物を使用することができる。もちろん、使用される技術は、用途しだいである。
【００３６】
好適な実施形態において、本方法は、２つの基板の間に光結合材料を使用する。その光結合材料は、約１．８から約２．２の屈折率を有するすべての好適な材料であるが、他のものでもよい。その材料は、酸化錫、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタンまたは他の誘電層構成材料およびそれらの組合せを含む、類似物から選択されうる。実施形態しだいで、その材料は、１つまたは複数のレイヤおよび他の構成を含みうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００３７】
本方法は、図１０および図１１に示されるとおり、結合された基板構造における制御された劈開プロセスを実行する。制御された劈開プロセスは、ドナー基板の劈開領域部内で選択されたエネルギーを与える。ほんの一例として、制御された劈開プロセスは、カリフォルニア州サンノゼのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ社に譲渡された米国特許第６、０１３、５６３号、名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｌｅａｖｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」に記載され、参照によってその全体が本明細書に取り込まれている。次に、図１２に示されるとおり、本方法は、材料厚をドナー基板から完全に除去するため、ドナー基板から材料厚を解放する。
【００３８】
ある実施形態において、本方法は、図１３に示されるとおり、透明ハンドル基板からバッキング基板を除去する。ある実施形態において、バッキング基板とハンドル基板との間の取付は一時的であり、両方の基板に損傷を与えずに機械的な力を用いて除去することができる。特定の実施形態において、分離プロセスは、ハンドル基板からバッキング基板を取り外すように使用されうる。また、特定の実施形態において、バッキング基板部材が、静電式もしくは真空式もしくは機械式チャックおよび／または付属装置を使用して与えられているとき、バッキング基板は解放されうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００３９】
図１４を参照すると、本方法は、材料厚の表面の上に光起電力素子を形成する。また、そのような素子は、集積された半導体素子や光起電力素子を含みうる。そのような素子は、蒸着、エッチング、注入、フォトマスク、インクジェット印刷、スクリーン印刷、それらの組合せ、および類似方法によって作られうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４０】
また、具体的な実施形態において、本方法は、蒸着プロセスを使用してトランスファされた材料厚を厚化しうる。具体的な実施形態において、本方法は、固相エピタキシャルプロセスおよび／または蒸着プロセスの他の形態を使用する。具体的な実施形態に応じて、プロセスは、好適な単結晶シリコンまたはその類似物を形成しうる。ほんの一例として、材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金でありうる。例えば、アモルファスシリコンは、型板として基礎となるトランスファされたシリコンフィルムを使用して、単結晶シリコンの固相エピタキシャル成長を有利に可能にしうる。シリコン材料蒸着の実効効率を上げうる他の方法は、シリコンのナノ粒子（好適にはアモルファスシリコン）を表面に噴霧するかまたは塗膜することであり、そのシリコンのナノ粒子は、型板として基礎となるトランスファされたシリコン膜を使用して単結晶シリコンを作るように熱処理されうる。これは、乾燥適用、または後続処理の間に除去されるであろう液体を使用して適用されうる。また、多結晶シリコンおよび他の材料は、レーザアニール、フラッシュ法熱処理、およびそれらの類似方法のような適切な処理方法を使用して単結晶再生を可能にする。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４１】
具体的な実施形態において、本発明に係る方法は、光起電力領域の形成および／または厚化されたレイヤの形成のすべてのステップ以前の、劈開表面領域を平滑化するためのエッチングおよび／または蒸着プロセス（例えば、プラズマ利用蒸着）を含む。本方法は、特定の実施形態に応じ、水素および塩化水素含有環境を使用する劈開膜の熱処理を含む平滑化プロセスを使用しうる。代替として、エッチング液は、所定の量まで劈開膜をエッチングするため、薬剤（例えば、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム）であってよい。エッチングプロセスは、例えば、約３００オングストロームから約８００オングストロームの水素損傷シリコンを除去するために使用しうる。また、具体的な実施形態において、エッチングプロセスは、水素損傷領域を酸化物に変換させるため、酸化プロセスにより先行されうる。その水素損傷領域は、緩衝酸化エッチングおよび／または好適なエッチング種を使用して後にはぎ取られる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４２】
好適な実施形態において、トランスファされた材料は、アモルファスシリコンレイヤを使用して厚化される。好適な実施形態において、アモルファスシリコンレイヤは、再結晶されるか類似のものとなる。具体的な実施形態において、アモルファスシリコンレイヤは、ナノ粒子（例えば、アモルファスシリコン、結晶シリコン、ポリシリコン、またはそれらの組合せ）の塗布をして蒸着される。ナノ粒子は、厚化された材料シートを形成させるため、後に熱処理を受ける。代替として、個別の実施形態に応じ、アモルファスシリコンレイヤは、低温での物理蒸着または（例えば、プラズマ促進）化学蒸着を使用して形成されうる。好適な実施形態において、ガラス材に重ね合わせて蒸着されているアモルファスシリコンレイヤは、そのようなシリコンレイヤの形成の間、５００°Ｃ未満の温度に保たれる。具体的な実施形態において、生じる膜は、個別の実施形態に応じて、単結晶シリコンおよび／または多結晶シリコンの構造でありうる。好適な実施形態において、生じる膜は、単結晶であり、かつ、好適な電気絶縁性を有する。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４３】
実施形態しだいで、厚化された材料は、太陽電池構造を形成するために不純物にさらされうる。具体的な実施形態において、その不純物は、イオンビーム、プラズマ浸積注入、イオンシャワー、非質量分離注入、実質的にもしくは部分的に非質量分離、または従来の注入技術を使用して、Ｉｎ  Ｓｉｔｕドープ、拡散、および／または注入されうる。それらの太陽電池構造は、具体的な実施形態に応じて、Ｐ型およびＮ型の不純物に対する不純物領域を含みうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４４】
また、特定の実施形態において、本方法は、光起電力素子を形成するため、厚化されたレイヤに重ね合わせるもう一層の他のレイヤを形成することができる。他のレイヤは、個別の実施形態に応じて、完全な太陽電池構造を備える光起電力素子を高機能化しうる半導体レイヤでありうる。代替の実施形態において、他のレイヤは、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ＩＩ／ＩＶ族材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、それらの任意の組合せおよびその他のものでありうる。他のレイヤは、一組の光起電力領域を形成するために使用されることができ、一組の光起電力領域は、総光起電力強度を高めるために、他の光起電力素子に結合されうる。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４５】
実施形態しだいで、本発明に係る方法と構造は、厚化されたレイヤの特定の厚さおよび／またはトランスファされるレイヤおよび厚化されたレイヤの組合せによって形成されうる。具体的な実施形態において、厚化されたレイヤは、シリコン材料を使用して約１ミクロンおよび２０ミクロンでありうる。他の実施形態において、厚化されたレイヤは、１ミクロンよりも小さいかまたは２０ミクロンよりも大きくてよい。他の実施形態において、厚化されたレイヤは約５０ミクロンよりも小さくてよい。もちろん、他の変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４６】
図１５ないし図１８は、本発明の実施形態に係る太陽電池構造の簡略図を示す。それらの図は単なる説明図であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。図１５に示されるとおり、第１の接触レイヤは、ガラス基板と半導体レイヤの第１の表面との間に挟入されるように形成される。具体的な実施形態において、その接触レイヤは、例えばＩＴＯやその類似物の透明導電材料のような好適材料から作られうる。また、他の材料も使用されうる。第１の接触レイヤは、ｐｎ接合または複数のｐｎ接合を多くの場合構成する太陽電池の第１の電極構造体に結合される。ほんの一例として、半導体レイヤは、好適な単結晶シリコンやその他のような材料から構成されてよい。第２の接触レイヤは、半導体レイヤの第２の表面に重ね合わされるように形成される。第２の接触レイヤは、第１の接触レイヤに平行な方向に配置される。具体的な実施形態において、第２の接触レイヤは、光起電力領域のそれぞれに結合される複数の電極を形成するように形づくられる。各電極は、個別の実施形態に応じて、並列および／または直列に構成されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４７】
具体的な実施形態において、図１６の簡略された図に示されるとおり、太陽電池の効率を高めるため、増設の接合部は第２の接触レイヤと半導体基板との間に形成されうる。示されるとおり、個別の実施形態に応じて、増設の接合部は、単結晶シリコン材料厚に重畳する厚化されたレイヤの上に置かれる。増設の接合部は、単結晶シリコン材料厚のなかで光起電力素子から分離されうる。それらの増設の接合部のそれぞれは、互いに並列および／または直列に構成され、かつ、シリコン材料厚において光起電力素子に結合されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４８】
図１７は、本発明の実施形態に係る太陽電池構造のまた別の例を示す。示されるとおり、ガラス基板は、半導体レイヤの第１の表面に取り付けられる。第１の接触構造と第２の接触構造は、半導体レイヤの第２の表面に重ね合わされるように形成される。第１の接触構造は、第２の接触構造に実質的に平行になるよう構成される。示されるとおり、光起電力素子のそれぞれは、単結晶シリコン材料厚に重ね合わされる少なくとも第１および第２の接触構造に結合される。代替として、図１７に示されるとおり、増設の接合部は、太陽電池の効率を高めるため、接触構造と半導体基板との間に形成されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００４９】
図１９は、本発明の実施形態に係る、反射面領域を有する太陽電池の簡略図である。示されるとおり、太陽電池が備えられる。太陽電池は、半導体レイヤの第１の表面に取り付けられるガラス基板を含む。複数の接触構造は、半導体レイヤの第２の表面に重ね合わされるように形成される。示されるとおり、光起電力素子のそれぞれは、単結晶シリコン材料厚に重ね合わせられる少なくとも接触構造に結合される。光は、ガラス基板と半導体レイヤの光起電力素子を通って横断し、電気エネルギーに変換する。示されるとおり、反射面１９０１は、１つまたは複数の光起電力素子をさらに活性化し電気エネルギーに変換するために光起電力領域を貫通するすべての残留光を反射するように備える。反射表面は、アルミニウム、銀、金または他の好適な反射性材料のような材料を用いて構成できる。代替として、非伝導反射器が所望であれば、誘電層状反射器が単独でまたは伝導反射器と組み合わせて設計されうる。その反射面は光起電力素子内の光の複数の通過手段を提供し、太陽電池の効率を高める。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００５０】
図２０は、本発明の実施形態に係る、レンズ領域を有する太陽電池の簡略図である。示されるとおり、太陽電池が備えられる。太陽電池は、半導体レイヤの第１の表面に取り付けられるガラス基板を含む。複数の接触構造は、半導体レイヤの第２の表面に重ね合わされるように形成される。示されるとおり、光起電力素子のそれぞれは、単結晶シリコン材料厚に重ね合わせられる少なくとも接触構造に結合される。光は、ガラス基板と半導体レイヤの光起電力素子を通って横断し、電気エネルギーに変換する。ある具体的な実施形態において、光を斜角に誘導しかつ太陽電池の収集効率を高めるために、ガラス基板に結合された光学素子２００１を使用して、光は方向転換されかつ／または拡散される。そのような光学素子の例は、フレネルレンズである。フレネルレンズは、プラスチック材料またはガラス材料から作られうる。代替として、ガラス基板は、光を拡散または方向転換するように変更され、フレネルレンズのように機能しうる。光学素子２００１の形状の変更によって、光閉じ込め作用は、シリコン薄膜内の導波路効果を可能にする全内反射により、または乱反射発生源を近似することによって生じうる。その結果、薄膜セルの効果的な厚さが増す。それらの効果は、強化されるように集約されうるし、セルの総光変換効率さえも最適化する。
【００５１】
図２１は、大部分の鏡面反射光線が薄膜太陽電池の方向へ斜角に誘導されるように光学素子が選択される具体的な実施形態を示す。本図は単に一例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。ある具体的実施形態において、薄膜の厚さは、導波路がガラス基板内でその角度において衝突する光を閉じ込めるだけでなく、目的の光波長の範囲で薄膜内における伝搬を支持するように、選択される。設計の配慮点は、目的（例えば、赤外線から、最大の太陽発電スペクトル波長分布を構成する近紫外線まで）の波長に対して、ＴＥ波、ＴＭ波、組合せモードならびに高次モードの伝搬を、薄膜セルの厚さ内で可能にすることである。この設計目標を達成するための導波路に対する好適な分散曲線は、許容できるシリコンの厚さの範囲を設定しかつ導波路被膜として作用するであろう光結合レイヤを選択するであろう。また、透明基板内の光の照射角も、セル入射角の範囲にわたってシステムの的確な動作に対する設計の配慮点であろう。いったん、薄膜内に結合されると、伝搬は、輻射線の吸収および薄膜内に荷電粒子を生成することによるその電気変換により、大きく減衰する。縦方向ＰＮ接合部に符合する光の縦方向伝搬は、光変換効率の最大化を助長するであろう。結果として生ずる電力は、接触部１および２によって収集されるであろう。また、その構造は、光結合レイヤが、薄膜太陽電池の活性領域内の結合光エネルギーを弱めることができる低反射を助長しうることを可能にする。具体的な実施形態において、導波路は、多モードまたは単一モードで動作可能である。さらに、具体的な実施形態に応じて、電波は、入射光の内反射に対する屈折率に違いをもたらす内部材料を用いて作られうる。好適な実施形態において、１つまたは複数の光起電力領域の領域（例えば、中央領域）への光閉じ込めを向上およびさらに極大化するため、シリコンゲルマニウムの薄膜はシリコン構造内に挟入されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００５２】
図２２は、本発明の実施形態に係る、レイヤトランスファのためのドナーブロックとしてドナー基板を使用する方法を示す簡略図２２００である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本発明に係る方法は、表面領域２２０３を有する再利用可能な基板２２０１と、劈開領域２２０４と、材料の全厚２２０８とを備えることを含む。具体的な実施形態において、材料の全厚は、表面領域と劈開領域との間の除去される第１の厚さの材料の少なくともＮ倍である。
【００５３】
実施形態しだいで、材料厚は、種々の材料から作られうる。例として、材料は、シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化珪素、任意のＩＩＩ／Ｖ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料、またはこれらの類似物であってよい。好適な実施形態において、材料厚は、太陽電池用途に好適な単結晶シリコンである。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００５４】
具体的な実施形態において、本方法は、材料厚の表面領域をハンドル基板部材２２１１の方へ引き寄せる（２２１３）。ハンドル基板は、例えば、ガラス、石英、プラスチック、任意の合成物、または多層材料、およびこれらの類似物のような任意の好適な材料でありうる。本方法は、材料厚に接合する第１の表面領域と第２の表面領域２２０９を有する光透過性基板の第１の表面領域と、再利用可能な基板の表面領域を結合する工程を含む。具体的な実施形態において、第２の表面領域は、光起電力のセルまたは材料のアパーチャ領域とよく呼ばれる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００５５】
また、さらに示されるとおり、本方法は、具体的な実施形態に応じて、再利用可能な基板の第１の領域と第２の領域との間の電圧差の影響を受けることを含む。具体的な実施形態において、電圧差は、劈開領域の１つまたは複数の部分で熱および／またはひずみエネルギーの増加が、再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去を容易にさせるようにし、他方、表面領域は第１の表面領域に結合したままである。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００５６】
具体的な実施形態において、熱エネルギーは、基板構造の固有抵抗による抵抗加熱によって生じる。具体的な実施形態において、温度の加熱は、基板構造の温度を高める。好適な実施形態において、基板は単結晶シリコンであり、１２インチのシリコンブールから成形される。出発ブールの寸法から利用可能な基板の寸法は、約２３ｃｍ×１８ｃｍ×１．５ｃｍの厚さであってよい。ｐ＋ドープシリコン材料と長尺（２３ｃｍ）にわたる接触部を想定すると、約０．５オームの抵抗は、約０．５オーム・ｃｍの抵抗率を想定して計算される。例として、再利用可能な基板を熱するためには、約１０ないし１００アンペアの電流は、約５０ワットないし５キロワット出力する。電流は、個別の実施形態に応じて、所望の加熱量を達成し、所望の基板温度を得るよう調整可能である。調整可能な熱要素の使い方は、レイヤトランスファプロセスの過程の間、種々の方法で使用されうる。
【００５７】
結合前段取りは、適用のガラスレイヤ化合物を硬化するかまたは水素劈開面のベータアニールを実施するために、熱処理を使用しうる。その水素劈開面のベータアニールは、譲渡され、すべての目的で全体を参照としてここに援用する、Ｈｅｎｌｙ  Ｆｒａｎｃｏｉｓ  ＪおよびＣｈｅｕｎｇ  Ｎａｔｈａｎ  Ｗの名において２０００年１２月１９日に発行された米国特許第６、１６２、７０５号の“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｌｅａｖａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｅｔａ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”による。結合プロセスの間、熱処理は、結合強度を増し、さらに劈開面を硬化しかつ／または最適化しうる。その上、熱処理は、垂直方向に温度勾配を必然的に生じさせ、これは、劈開プロセスに寄与しうるひずみエネルギーを生成しうる。また、静電結合プロセスが本発明の好適な実施形態にしたがって使用されるならば、それらの接触部は、再利用可能な基板電位を設定する役割を果たす。具体的な実施形態において、結合の間の熱処理の継続的使用は、制御された劈開プロセスの代わりに熱誘起劈開プロセスを生成しうる。好適な実施形態において、材料厚の一方の部分から材料厚の他方の部分への伝搬劈開を使用して、制御された劈開動作は、材料厚を除去するよう行われる。分離した材料は、光透過性基板の第１の表面領域に結合された劈開表面領域を含む。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。本発明の方法のさらなる詳細は、本明細書およびより詳細は下記にわたって見いだされうる。
【００５８】
具体的な実施形態において、本発明は、例えば、劈開制御、Ｓｏｉｔｅｃ社によるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標）と呼ばれるプロセスのようなレイヤトランスファプロセスと共に使用する再利用可能なシリコン基板デバイス２２００を提供する。そのデバイスは、材料の表面領域、劈開領域および厚さを有する再利用可能な基板を含み、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にある。具体的な実施形態において、Ｎは約１０よりも大きい整数であるが、それ以外もありうる。また、そのデバイスは、再利用可能な基板の第１の領域に結合される第１の電極２２０４部材および再利用可能な基板の第２の領域に結合される第２の電極２２０３部材を有する。再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去を容易とするよう１つまたは複数の劈開領域における熱および／またはひずみエネルギーの増幅を生じさせるため、第１の領域と第２の領域との電圧差を与えるよう、そのデバイスは、第１の電極部材と第２の電極部材との間に結合される電圧源を有する。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。本発明の方法のさらなる詳細は、本明細書およびより詳細は下記にわたって見いだされうる。
【００５９】
図２２の特定の実施形態において、“厚い”ドナーブロックは、結合および劈開に使用される。ある実施形態にしたがって、結合は、ブロックからガラスにわたる電圧（高電位においてＶ１＝Ｖ２、Ｖ３）を用いて、静電結合によって、なされうる。結合処理のための加熱は、結合処理（ＢＴ）のためのシリコンタイルを加熱する電流を用いて、差動電圧Ｖ１＜＞Ｖ２により実現されうる。実施形態に応じて、電圧は、シリコンタイルの選択空間部分に選択的に適用されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００６０】
図２２の実施形態に示されるような厚いタイルのそのような使用は、多くの予想される利点を付与する。ある利点は、タイルおよびチャックの複数回（５００回またはそれより多い）の再利用である。また、そのような実施形態は、低コストの再表面化および、統合レイヤトランスファツール（ＩＬＴ２）概念を実現可能にする。また、実施形態に応じて、他の利点がありうる。
【００６１】
半導体基板上に光起電力レイヤを製造する方法は、下記の通り略述される。
１．表面領域と、劈開領域と、その表面領域と劈開領域との間にあって除去される第１の厚さの材料とを有する、再利用可能な半導体基板を提供し、
２．その再利用可能な半導体基板を光透過性基板に整合させ、
３．その再利用可能な基板と光透過性基板に接合される一方または両方の表面の上に、光結合材料（例えば、シリコン・オン・ガラス）および／または結合促進材料を形成し、
４．その再利用可能な基板と光透過性基板に接合される一方または両方の表面の上に、プラズマ洗浄プロセスを実行し、
５．その半導体基板の表面領域を光透過性基板の第１の表面領域に結合し、
６．劈開領域の一部において制御された劈開動作を開始し、
７．劈開された表面領域の形成をもたらすために表面領域は第１の表面領域に結合したまま、その半導体基板から第１の厚さの材料を除去するためにその半導体基板を劈開し、
８．必要に応じて、結果として生じる半導体材料厚を形成するため、劈開された表面領域に重畳する、１つまたは複数の光起電力領域を有する第２厚さの半導体材料を形成し、
９．第１の太陽電池部材を形成するため、第２厚さの半導体材料に重畳するカバーガラス材料を提供し、
１０．第２の太陽電池部材を形成するため、再利用可能な基板を使用して、上述の１つまたは複数のステップを繰り返し、
１１．Ｎが約１０よりも大きい整数である、Ｎ個までのセル部材を形成するため、ステップ１０を継続し、
１２．所望の通り、他のステップを実行する。
【００６２】
上記の一連のステップは、本発明に係る実施形態による方法を提供する。示されたとおり、その技術は、光起電力型用途のためのレイヤトランスファ技術を使用する太陽電池の構造を形成する方法および構造を含む。他の代替形態もまた可能であり、そこではステップが追加されたり、１つまたは複数のステップが取り除かれたり、または１つまたは複数のステップが請求項の範囲からはずれることなく異なる順序で提供されうる。あるいは、構造を形成する別の方法がありうる。すなわち、一連のステップは初めにカバーガラスや他の好適な材料のようなカバーシート上で実行され、次に個別の実施形態によると別のレイヤを形成しうる。レイヤトランスファはカバーガラス上で生じ、太陽電池素子の残余を形成するように使用される。好適な実施形態において、レイヤトランスファされる材料は、再利用可能な基板部材から供給される。他の技術は、ハンドル基板上にレイヤトランスファされる材料をトランスファするトランスファ基板を使用しうる。本発明の方法のさらなる詳細は、本明細書を通じて、特に以下に見ることができる。
【００６３】
図２３は、本発明の実施形態に係る、統合レイヤトランスファツールを使用する方法２３００の簡略図である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本方法は、ドナー基板とハンドル基板を提供するステップを含む。具体的な実施形態において、ドナー基板は、注入、蒸着、またはその他の技術により設けられる劈開面を含む。好適な実施形態において、ドナー基板は再利用可能であり、複数のレイヤトランスファプロセスの対象となりうる。
【００６４】
具体的な実施形態において、太陽電池および／または太陽電池領域を形成するために、複数のプロセスを実行する統合レイヤトランスファツールを使用するステップを含む。具体的な実施形態において、そのツールは、１つまたは複数の基板を入出力するためのロボットアームを有するクラスタツールとして提供される。示されるとおり、クラスタツールは、プラズマ洗浄、ｉｎ−ｓｉｔｕ結合を含むプラズマ活性化結合を実行しうる統合チャンバと、制御された劈開ツールを有する。静電結合、硬化（例えば、シリコン・オン・ガラス）、または他のプロセスなどの他の技術が含まれうる。また、具体的な実施形態において、複数のチャンバをそれらおよび他の機能を実行するために備えうる。具体的な実施形態において、ハンドル基板上に保持される劈開基板は、蒸着プロセスを施される。
【００６５】
具体的な実施形態において、蒸着プロセスは、上述されたとおり、トランスファされた材料厚を厚くするように施されうる。実施形態しだいで、そのプロセスは、化学蒸着、物理蒸着、エピタキシャルシリコンを形成するためナノ粒子の施しかつそれらのはんだ付け、それらの任意の組合せ、および類似のものを含む。また、示されるとおり、再利用可能な基板は回収され、別の光起電力領域を形成するため再度本方法は始まる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。統合レイヤトランスファツールのさらなる詳細は、本明細書およびより詳細は下記にわたって見いだされうる。
【００６６】
上述の統合レイヤトランスファツール（ＩＬＴ２）概念の実施形態の使用は、ある利点を付与されうる。ＩＬＴ２の予想される利点は、それがレイヤトランスファプロセスにおけるキーステップの抱き合わせを可能にするということである。特に、そのプロセスモジュールの概念は、レイヤトランスファに適用されうる。他の実施形態において、そのプロセスモジュールは、他のプロセスをも含んでよい。
【００６７】
また、ＩＬＴ２プロセスの実施形態は、低コストおよび高歩留まりのレイヤトランスファを提供するであろう。それは、欠陥に関連する歩留まりロスを解消するために、キーとなる結合／劈開のステップがよく制御された環境において生じることを可能にする。また、ＩＬＴ２は、単一ツールレイヤトランスファ製造と比較して最低のコストソルーションを提案するかもしれない。ＩＬＴ２プロセスの種々の特徴と利点は、下記に詳細に論述される。
【００６８】
図２４は、本発明の実施形態に係る、統合レイヤトランスファツールを使用する方法２４００の詳細である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。具体的な実施形態において、ドナー基板は、注入、蒸着、またはその他の技術により設けられる劈開面を含む。好適な実施形態において、ドナー基板は再利用可能であり、複数のレイヤトランスファプロセスの対象となりうる。より好適な実施形態において、再利用可能なシリコン基板デバイス２４０１は、１以上のレイヤトランスファプロセスに同時に使用するためのものである。
【００６９】
具体的な実施形態において、再利用可能なデバイスは、複数の部位を有するドナー基板部材を有する。また、そのデバイスは、複数の部位上にそれぞれ配置される複数の再利用可能な基板を有する。具体的な実施形態において、再利用可能な基板のそれぞれは、表面領域と劈開領域と材料の全厚とを有する。好適な実施形態において、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数である。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７０】
具体的な実施形態において、太陽電池および／または太陽電池領域を形成するために、複数のプロセスを実行する統合レイヤトランスファツールを使用するステップを含む。具体的な実施形態において、そのツールは、１つまたは複数の基板を投入および産出するためのロボットアームを有するクラスタツールとして提供される。示されるとおり、クラスタツールは、統合チャンバを有する。統合チャンバは、結合促進または結合される一方もしくは両方の表面の上への（ＳＯＧ様の有機もしくは無機材料またはその類似物を使用する）レイヤの適応、その場（インシトゥ）結合を含むプラズマ活性化および／または静電結合の形成、および制御された劈開ツールを実行しうる。また、具体的な実施形態において、複数のチャンバをそれらおよび他の機能を実行するために備えうる。具体的な実施形態において、ハンドル基板上に保持される劈開基板は、蒸着プロセスを施される。
【００７１】
具体的な実施形態において、蒸着プロセスは、上述されたとおり、トランスファされた材料厚を厚くするように施される。実施形態しだいで、そのプロセスは、化学蒸着、物理蒸着、エピタキシャルシリコンを形成するためナノ粒子の施しかつそれらのはんだ付け、それらの任意の組合せ、および類似のものを含む。また、示されるとおり、再利用可能な基板は回収され、別の光起電力領域を形成するため再度本方法は始まる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。その統合レイヤトランスファツールのさらなる詳細は、本明細書およびより詳細は下記にわたって見いだされうる。
【００７２】
他の装置は、上述の結合ツールと併用して使用されうる。例えば、イオンシャワーシステム（Ｇｅｎ４ガラス）は、劈開面を形成するために使用されうる。プラズマ浸積イオン注入、プラズマ注入、またはその類似方法のような注入の他の形態も使用されうる。ＣＭＰツールは、ドナーを平滑化するため、および回収するために使用されうる。また、化学処理ツールも組み合わせて使用されうる。イオンビーム補助蒸着ツールは、増厚のために使用されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７３】
図２５は、本発明の実施形態に係る、レイヤトランスファのためのクラスタツール２５００の上面図である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、例えば、多チャンバのクラスタツール装置を備える。そのツールは、レイヤトランスファプロセスを用いて使用するための再利用可能なシリコン基板デバイスを有する第１のチャンバ（１）を有する。そのデバイスは、表面領域と劈開領域と材料の全厚とを有する再利用可能な基板を有し、材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。具体的な実施形態において、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数である。第１の電極部材は、再利用可能な基板の第１の領域、例えば劈開領域、または他の領域に結合される。第２の電極部材は、再利用可能な基板の第２の領域、例えば劈開領域、または他の領域に結合される。具体的な実施形態において、再利用可能な基板から第１の厚さの材料の除去が容易となるよう、１つまたは複数の劈開領域における熱および／またはひずみエネルギーの増幅を生じさせるため、第１の領域と第２の領域との電圧差を与えるよう、そのデバイスは、第１の電極部材と第２の電極部材との間に結合される電圧源を有する。
【００７４】
具体的な実施形態において、クラスタツールは、第１のチャンバに結合される第２のチャンバ（２）を有する。第２のチャンバは、１つまたは複数のプロセスを実行するように備えられる。実施形態しだいで、第２のチャンバは、例えば、結合の質や熱アニールおよび／またはエッチング、平滑化を助長するレイヤ形成のような結合の段取りを実施するように適合されうる。また、具体的な実施形態に応じて、第２のチャンバは、プラズマ活性化および結合を実行するように適合されうる。他のチャンバは、結合処理、劈開、注入、堆積、エッチング、およびその他のプロセスを実行するように備えうる。実施形態しだいで、チャンバは並列および／または直列に構成されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７５】
図２５に示される機構は、レイヤトランスファに適用されるプロセスモジュール概念を認めることで、キーとなるレイヤトランスファプロセスのバンドリングを可能にする。クラスタツール上で起動するプロセスモジュールは、（任意選択の）結合の段取り、統合プラズマ活性化（ＰＡ）／結合、結合処理、劈開、および急速熱処理（ＲＴＰ）を含みうるが、それらに限定されない。
【００７６】
図２６は、本発明の実施形態に係る、レイヤトランスファのためのドナーブロックとしてドナー基板を使用する代替の方法を示す簡略図２６００である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、レイヤトランスファプロセスを用いて使用するための再利用可能なシリコン基板デバイスを備える。そのデバイスは、表面領域２６０３と劈開領域２６０５と材料の全厚２６０７とを有する再利用可能な基板２６０１を有する。材料の全厚は、除去される第１の厚さの材料よりも少なくともＮ倍大きい。具体的な実施形態において、除去される第１の厚さの材料は、表面領域と劈開領域との間にあり、その時Ｎは約１０よりも大きい整数である。他の実施形態において、Ｎは他の整数であってよい。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７７】
具体的な実施形態において、そのデバイスは、ハンドル基板部材２６１１を所定の位置に保持するよう適合されるチャック部２６０９を有する。具体的な実施形態において、ハンドル基板は、ガラス、石英またはプラスチック、他の組合せを含み、それらの類似物のような、ここに記載されたすべての好適な材料から作られうる。ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に容易に接着するような方法で、チャック部はハンドル基板を保持するように構成される。具体的な実施形態において、チャック部は、機械式チャック、静電式チャック、または真空式チャックでありうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７８】
具体的な実施形態において、再利用可能な基板は、可動ヘッド素子の上に備える。そのヘッド素子は、個別の実施形態に応じて、再利用可能な基板の表面がハンドル基板に貼り付けられるよう、ｚ方向に圧力２６０２をかけるように適合されうる。また、個別の実施形態に応じて、ヘッド素子は、横ｙｘ方向に動くことができる。また、ヘッド素子は、材料厚の劈開を容易にするようｚ方向を基準にして傾斜しうるように適合される。代替的に、下記に詳細が記載されるチャック装置は、ｚ方向を基準にして傾斜するように備える。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００７９】
好適な実施形態において、その装置は、チャック部に動作可能に結合される機械式圧力装置２６１３を有する。その機械式圧力装置は、ハンドル基板を、除去される第１の厚さの材料に結合させるために力２６１９を加えるよう適合される。具体的な実施形態において、チャック部は、軸を中心に回転し（２６１７）かつ横に移動する（２６１５）剛性の円筒ころ部材である。また、他の環状部材、ころのような代替の部材および他の好適な形状、大きさ、および剛性が使用されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。本発明の実施形態に係る他の方法およびシステムのさらなる詳細は、本明細書およびより詳細は下記にわたって見いだされうる。
【００８０】
図２７は、本発明の実施形態に係る、ドナー基板を使用するさらなる代替の方法を示す簡略図２７００である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本発明は、個別の実施形態に応じて、比較的大きな型枠および／または支持部材２７０１の上に複数の再利用可能な基板の使用を備える。具体的な実施形態において、型枠および／または支持部材は、複数の再利用可能な基板２７０５を含む。その基板のそれぞれは、劈開領域、表面領域、および除去される材料厚を含む。
【００８１】
具体的な実施形態において、複数の再利用可能な基板は、チャック部によって保持されるハンドル基板に結合される（２７０７）。実施形態に応じて、結合プロセスは、プラズマ活性化結合プロセスおよび／または静電結合プロセス、接合プロセス、結合処理プロセス、その他を含みうる。具体的な実施形態において、複数の接合された再利用可能な基板は、劈開プロセスを受ける。個別の実施形態に応じて、劈開プロセスは、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓ社のＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｌｅａｖｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（登録商標）と呼ばれるプロセスや、Ｓｏｉｔｅｃ社によるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標）と呼ばれるプロセス、または他のプロセスでありうる。いったん、劈開が生じると、除去される材料厚を有する複数の再利用可能な基板は、次に続くプロセスステップのために除去される。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００８２】
図２７の具体的な実施形態において、タイルは、１つか２つか、またはそれ以上であってよい。再表面化は、化学的機械的平坦法により達成されうる。劈開面は、イオンシャワーまたは類似方法によって形成されうる。任意選択の接合前処理は、被膜などを含む。ステップは、トレイのような型枠の上で実行され、多くのタイルが接合と劈開が同時にされることを可能にすることができる。他の実施形態に応じて、取り外された部分は、通常のトレイを用いた物理的接触とは異なる方法で、例えば、正のガス圧力の適用により、所定の場所に取り付けられうる。接合は、プラズマ、静電気、強化被膜、またはそれらのプロセスの組合せを介しうる。熱伝導や電流加熱などの接合処理は、連続的な静電接合処理とともに行われてよい。劈開は、ＣＣＰまたは熱による手法によって行われうる。処理は、連続的、直列的枚葉移動（ｉｎ−ｌｉｎｅ  ｐｌａｔｅ−ｐｌａｔｅ  ｔｒａｖｅｌ）、またはバッチであってよい。
【００８３】
図２８は、本発明の実施形態に係る、ドナー基板を使用する代替の方法を示す簡略図２８００である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本図は、個別の実施形態に応じて、無限軌道のような構成で備える複数の再利用可能な基板部材を含むが、本図は単に例示目的のために示される。個別の実施形態に応じて、各基板は、太陽電池部材または他の基板部材を製造する一連のステップを受ける。単なる例として、その基板は、個別の実施形態に応じて、注入および／または他の技術を使用する劈開面形成のために備える。その後、具体的な実施形態にしたがって、本方法は、接合促進レイヤの形成のような接合前処理プロセスを使用する。次に、本方法は、具体的な実施形態にしたがって、接合、接合処理、劈開を実行する。劈開された再利用可能な基板は、具体的な実施形態にしたがって、次の一連のステップを円滑化する再表面化を受ける。
【００８４】
また、示されるとおり、複数の基板は、チャック部の上に保持されるハンドル基板上に備える。具体的な実施形態において、そのチャック部は、本発明の方法を実行するため、所定の方向に沿って継続的に動けるようにしうる。そのチャック部はハンドル基板を動かすので、各再利用可能な基板は、持続的な組立て方法でチャック部の動きに従う。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００８５】
具体的な実施形態において、各基板部材は、レイヤトランスファプロセスのために選択的に設計されうる。例として、材料厚の縁は、機械的な刃および／または部材が、再利用可能な基板部材の残りの部分から材料厚の劈開を開始するために、劈開領域の近傍の範囲内に備えられうるように、形成および／または面取りされうる。すなわち、刃は、劈開を開始するために、基板の外側部内の劈開領域に近接した範囲内に差し込まれることができ、劈開前線の伝搬を継続しかつ再利用可能な基板部材の残りの部分から材料厚を取り除くために、エネルギーは一方または両方の基板に与えられる。他の実施形態において、劈開領域は、接合および劈開を容易にするために劈開領域の外周の除外領域を含みうる。具体的な実施形態にしたがって、劈開領域を形成するため、劈開領域に粒子（例えば、水素）を注入するとき、そのような除外領域は、マスク材料および／またはブロッキング材料を使用して形成されうる。もちろん、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００８６】
図２８の具体的な実施形態において、タイルは、１つか２つか、またはそれ以上であってよい。再表面化は、化学的機械的平坦法により達成されうる。劈開面は、イオンシャワーまたは類似方法によって形成されうる。任意選択の接合前処理は、被膜などを含む。ステップは、トレイのような型枠の上で実行され、多くのタイルの接合と劈開が同時にされることを可能にすることができる。接合は、プラズマ、静電気、強化被膜、またはそれらのプロセスの組合せを介しうる。熱伝導や電流加熱などの接合処理は、連続的な静電接合処理とともに行われてよい。劈開は、ＣＣＰまたは熱による手法によって行われうる。処理は、連続的、直列的枚葉移動（ｉｎ−ｌｉｎｅ  ｐｌａｔｅ−ｐｌａｔｅ  ｔｒａｖｅｌ）、またはバッチであってよい。
【００８７】
図２９は、従来の太陽電池を形成するための従来プロセス２９００である。示されるとおり、従来プロセスは、ポリシリコン材料を形成するために、（例えば、トリクロロシランのような）ガス種を使用するプロセスを含む。次に、ポリシリコン材料から１つまたは複数のバルク基板部材が作られる。そのようなバルク基板部材は、研削、研磨、切削、その他のようなウェハプロセスを施される。太陽電池を完成するため、ウェハは、太陽電池領域の形成、カバーガラスの塗布、その他のプロセスにかけられる。最終アセンブリは、モジュールの状態に与えられ、次にモジュールは使用されるシステムになる。示されるとおり、従来のプロセスは、実行することが困難で、コストがかかり、欠陥をこうむりやすい。それらおよびその他の限界は、本明細書およびより詳細は下記にわたって記載されている本発明の方法により克服される。
【００８８】
図３０は、本発明の実施形態に係る、太陽電池を形成するプロセス３０００を示す簡略図２８００である。本図は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本方法は、レイヤトランスファプロセスを施されるガラスから開始する。単結晶シリコンのレイヤは、ガラスの上に供給される。エピタキシャル成長シリコンの第２の厚みレイヤは、レイヤトランスファされたシリコン上に置かれる。その後、複合基板構造は、太陽電池の生成を施される。示されるとおり、セルはモジュールになる。実施形態しだいで、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【００８９】
上述したとおり、統合レイヤトランスファツール（ＩＬＴ２）概念の利用は、太陽電池モジュールの製造のキーとなるレイヤトランスファステップが抱き合わせとなることを可能にし、それにより処理能力を改善し、低コストを実現する。図３１は、太陽電池を製造するための本発明のプロセス３１００の第１の実施形態にしたがってＩＬＴ２を利用して実現されうる多くのステップの簡略化した断面図である。
【００９０】
第１のステップ３１０２において、上面と底面に（酸化物のような）残留レイヤ１ａ，１ｂをそれぞれ有する複数のタイル１は、プロセスチャックまたはトレイ２に接触する。タイル１は、例えば静電吸引または真空吸込のような種々の力のうちの１つを使用してプロセスチャック２に付着されてもよい。
【００９１】
第２のステップ３１０４において、タイル１はエッチング状態にさらされ、残留面レイヤ１ａをそれらの上面から取り除く。任意の実施形態に応じて、この残留材料の除去は、例えばフッ素によるプラズマのようなプラズマへの露出を介して達成されうる。他の実施形態に応じて、この残留レイヤの除去は、ＨＦのようなウェットエッチング化学作用への露出によって達成しうる。
【００９２】
次のステップ３１０６において、レイヤの積層１０、１２、１４は、タイルの上面に連続して形成される。第１のレイヤ１０は、タイルの上面を保護するような役割を果たす窒化珪素のような不動態化レイヤから構成される。第２のレイヤ１２は、腐食されたもしくは切り子面が作られた膜面またはその他好適な材料および構造のような、光閉じ込めレイヤ（吸収体により多くの光を捕捉させる光ランダム化）から構成され、光閉じ込めレイヤは、全体のセル効率を向上させるために、タイルを貫通している光が収集されるべきタイルに戻るように機能する。第３のレイヤ１４は、光結合レイヤから構成される。
【００９３】
次に、プロセスチャックに付着された状態で、ステップ３１０８に示されるとおり、プロセスチャック２は、反転（“フリップ”）し、タイルの光結合レイヤ１４は基板１８に接触しかつ接合されるように置かれる。本発明の個別の実施形態に応じて、この基板は、入射光がタイルに接近できるように（例えば、ガラス板のような）透明であってよい。
【００９４】
タイル上の光結合レイヤとその下にある基板との接着は、さまざまな可能な方法でなされうる。ある実施形態にしたがって、タイル面上の光結合レイヤは、電圧差の適用により、例えば、前述の静電接合技術を使用して、その下にある基板に接着されうる。
【００９５】
代替の手法は、接着剤１６を用いるものである。接着剤は、好適な光結合機能を有する（ポリ酢酸ビニル−ＰＶＡのような）軟質の有機接着剤から構成されうる。任意の実施形態に応じて、タイルの取付に先立ち、接着剤は基板の上にパターン形成されてもよい。他の実施形態にしたがって、基板へのそれらの反転および取付に先立ち、接着剤はタイルの上面に置かれてもよい。
【００９６】
次に、ステップ３１１０に示されるとおり、もともとタイルの底面に残っている残留面レイヤ１ｂは、一般的にフッ素によるプラズマエッチングまたはウェットエッチング化学法の露出のいずれかにより除去される。
【００９７】
次に、ステップ３１１２に示されるとおり、入射光からのエネルギー収集に重要なＰ／Ｎ接合部４は、タイルに形成される。一般的に、Ｐ／Ｎ接合部は、ドーパントの導入により、例えば、イオン注入、拡散型プロセス、またはドーパント前駆体のインクジェットプリンティングのような非接触方式によって、形成される。何らかの熱処理は、Ｐ／Ｎ接合部が形成されうるようになされうる。最後に、ステップ３１１４に示されるとおり、（窒化珪素のような）パッシベーションレイヤ６は、Ｐ／Ｎ接合部を含むタイル基板の上に形成される。
【００９８】
本発明に係る、太陽電池を形成するためのプロセスは、図３１に示される具体的な実施形態に限定されない。当業者は、異なるステップおよびステップの異なる順序が採用され、太陽電池素子の形成をもたらしうることを認識するであろう。例えば、図３１において、Ｐ／Ｎ接合部とパッシベーションレイヤの形成の順序は、タイルの表面上に既に形成されているパッシベーションレイヤを介したイオン注入によって形成されるＰ／Ｎ接合部を用いて、容易に逆にできる。
【００９９】
さらに、Ｐ／Ｎ接合部とパッシベーションの形成の後に、一定の処理ステップは行われうる。例えば、後続の処理は、Ｐ／Ｎ接合部への導通接触部の選択的形成がタイルから電気エネルギーを離れさせるように、パッシベーション部の選択的除去を含みうる。個別の実施形態に従って、Ｐ型およびＮ型領域への導通接触部は、タイルの同一側（この場合、より簡単にモジュールに接触しうる裏面）に形成されうる。しかしながら、本発明の他の実施形態にしたがって、Ｐ型およびＮ型領域への導通接触部は、横型セルを組み立てるためにタイルの反対側に配置されうる。
【０１００】
図３１は単なる実例であり、本請求項の範囲を不当に限定しない。当業者は、多くの変形形態、修正形態、代替形態を理解するであろう。示されるとおり、本方法は、レイヤトランスファプロセスを施されるガラスから開始する。単結晶シリコンのレイヤは、ガラスの上に供給される。エピタキシャル成長シリコンの第２の厚みレイヤは、レイヤトランスファされたシリコン上に供給される。その後、複合基板構造は、太陽電池の生成を施される。示されるとおり、セルはモジュールで構成される。実施形態しだいで、変形形態、修正形態、代替形態がありうる。
【０１０１】
図３２は、本発明の実施形態に係る、太陽電池を形成する代替のプロセス３２００の簡略図を示す。第１のステップ３２０２において、上面と底面に（酸化物のような）残留レイヤ１ａ，１ｂをそれぞれ有する複数のタイル１は、プロセスチャックまたはトレイ２に接触する。タイル１は、静電吸引または真空吸込のような力を使用してプロセスチャック２に付着されてもよい。
【０１０２】
第２のステップ３２０４において、タイル１はエッチング状態にさらされ、タイル上面にある残留材料を取り除く。任意の実施形態に応じて、この残留材料の除去は、例えばフッ素によるプラズマのようなプラズマへの露出を介して達成されうる。他の実施形態に応じて、この残留面レイヤの除去は、ＨＦのようなウェットエッチング液への露出によって達成しうる。
【０１０３】
次のステップ３２０６において、入射光からのエネルギー収集に重要なＰ／Ｎ接合部４は、タイルに形成される。一般的に、Ｐ／Ｎ接合部は、ドーパントの導入により、例えば、注入、拡散型プロセス、またはドーパント前駆体のインクジェットプリンティングのような非接触方式によって、形成される。Ｐ／Ｎ接合部が形成されうるように、何らかの熱処理がなされうる。ステップ３２０６において、その後、（窒化珪素のような）パッシベーションレイヤは、Ｐ／Ｎ接合部を含むタイル基板の上に形成される。前述の図３１の実施形態に関連して、Ｐ／Ｎ接合部とパッシベーションレイヤの形成の順序は、既に形成されているパッシベーションレイヤを介して生じているＰ／Ｎ接合部を形成するための注入によって、容易に逆にできる。
【０１０４】
次に、タイルに付着された状態で、ステップ３２１０において、プロセスチャック２は、反転（“フリップ”）し、タイルは第２のプロセスチャック８に接触して置かれる。そのタイルは、例えば真空吸込または静電吸引のような異なる力を使用して第２のチャック８に付着されてもよい。その後、そのタイルは、第１のプロセスチャックから解放される。
【０１０５】
次に、ステップ３２１２に示されるとおり、もともとタイルの底面に残っている残留面レイヤは、一般的にフッ素によるプラズマエッチング雰囲気またはウェットエッチング化学反応への露出のいずれかにより除去される。
【０１０６】
次に、ステップ３２１４に示されるとおり、レイヤ１０、１２、１４が、タイルの上面上に連続して形成される。第１のレイヤ１０は、タイルの上面を保護する役割を果たす窒化珪素のような不動態化レイヤからなる。第２のレイヤ１２は、腐食されて切り子面が作られた膜面またはその他好適な材料および構造のような、光閉じ込めレイヤ（吸収体により多くの光を捕捉させる光ランダム化）から構成され、全体のセル効率を向上させるために、タイルを貫通している光が収集されるべきタイルに戻るように機能する。第３のレイヤ１４は、光結合レイヤから構成される。
【０１０７】
次に、第２のプロセスチャック８に付着された状態で、ステップ３２１６に示されるとおり、プロセスチャックは、反転（“フリップ”）し、タイルの光結合レイヤは基板１８に接触しかつ接合されるように置かれる。本発明の個別の実施形態に応じて、この基板１８は、入射光がタイルに接近できるように（例えば、ガラス板のような）透明であってよい。
【０１０８】
タイル上の光結合レイヤとその下にある基板との接着は、さまざまな可能な方法でなされうる。ある実施形態にしたがって、タイル面上の光結合レイヤは、電圧差の適用により、前述の静電接合技術を使用して、その下にある基板に接着されうる。
【０１０９】
代替の手法は、接着剤１６を用いるものである。接着剤は、好適な光結合機能を有する（ポリ酢酸ビニル−ＰＶＡのような）軟質の有機接着剤から構成されうる。任意の実施形態に応じて、タイルの取付に先立ち、接着剤は基板の上にパターン形成されてもよい。他の実施形態にしたがって、基板へのそれらの反転および取付に先立ち、接着剤はタイルの上面に置かれてもよい。
【０１１０】
図３１の前述の実施形態によるとおり、任意のさらなる処理ステップは、太陽電池モジュールまたはセルの形成を完全なものにするよう行われうる。例えば、タイルから電気エネルギーを取り出すために、Ｐ／Ｎ接合部との導通接触部を選択的に形成させるように、後続の処理はパッシベーション部の選択的除去を含みうる。個別の実施形態に従って、Ｐ型およびＮ型領域への導通接触部は、タイルの同一側（この場合、より簡単にモジュールに接触しうる裏面）に形成されうる。しかしながら、本発明の他の実施形態にしたがって、Ｐ型およびＮ型領域への導通接触部は、横型セルを形成するためにタイルの反対側に配置されうる。
【０１１１】
図３１と図３２に関し上述ののプロセスは、ある点で異なる。例えば、図３１のプロセスは、１つのプロセスチャックまたはトレイのみの使用が要求され、基板にタイルを接合するに先だって１回のみの反転ステップを採用する。しかしながら、図３１のプロセスの実施形態は、タイルが基板に接着されている間に、タイルへのＰ／Ｎ接合部の形成を含む。これは、基板が高温にさらされ、高温に耐えることができるより高コストの基板材料の使用を要求することを意味するかもしれない。また、高温に対する基板の露出は、後の処理によって結合が中断されないようにタイルが基板に接合される方法の慎重な検討が求められるかもしれない。
【０１１２】
対照的に、図３２のプロセスの実施形態では、タイルは、基板への接合に先立って、高温ステップを施される。しかしながら、この利点は、基板への接合に先立つ２つの異なるプロセスチャックと２回の反転ステップを要求するより複雑な処理という高コストにつながる。
【０１１３】
前述の２つの実施形態は、所定の太陽電池モジュール内のすべてのタイルが同時に処理され、それによりモジュールの製造コストを低減するという利点を示す。さらに、個別のモジュール内で一緒にされるすべてのタイルのそのような同時バッチ処理もまた、レイヤトランスファを実現するためのこれらのタイルの同時処理と協和する。
【０１１４】
例えば、図３３は、モジュールの個々の要素を形成するための、簡略された従来のプロセスフロー３３００を示す。ステップ３３０２で、略円筒形状を呈する単結晶シリコンのインゴットまたはブールは、成長または流し込み成形により作られる。ステップ３３０４で、インゴットまたはブールの縁は、のこ引きによりクロッピングされる。ステップ３３０６で、切り落とされたインゴットまたはブールの形状は、側面を削り取ることによって、円形というよりはむしろ正方形に変換される。ステップ３３０８で、削り取られた側面の縁は、平滑化するように研磨され、結果として正方形断面を有するれんが形状になる。
【０１１５】
従来、ステップ３３１０〜３３１２に示されるとおり、その後、れんがインゴットは支持体に貼り付けられ、次に、個々のウエハを形成するため複数の裁断プロセス（例えば、ワイヤソー方式）を受ける。ステップ３３１４とステップ３３１６に示されるとおり、その後、ステップ３３１８をもたらすためにそれらのウエハは分離され、複数の個々の基板において、個々にクリーニングされる。図３３に示される従来手法の欠点は、（接着剤、ワイヤソー、およびクリーニング液のような）消耗品と、処理の間に失われる高価な単結晶シリコン材料の双方の比較的高いその消費である。
【０１１６】
図３３の従来のプロセスは、図３４のプロセスと対比されうる。図３４は、本発明の実施形態にしたがい、モジュール要素の準備のためのプロセスの簡略図を示す。特に、図３４に示されるプロセスの実施形態は、インゴット／ブールの形成、クロッピング、矩形化、および縁研磨の事前ステップ３３０８〜３３０８を従来プロセスと共用する。
【０１１７】
しかしながら、図３４のステップ３４０２に示されるとおり、モジュールの個々の（ウエハ）要素に切断されるというよりは、本発明の実施形態は、複数の厚いタイルにれんがインゴットを分離し、次に、タイルの表面は平坦化／研磨される（ステップ３４０６）。ステップ３４０８で、ノッチが個々のタイルに形成されうる。
【０１１８】
ステップ３４１０に示されるとおり、その後、モジュールの個々の要素は、例えば、イオン注入に続いて自立型にするために十分な厚さがあってもなくてもよい膜を分離することによって、タイルから剥離されかつ個片化（シンギュレーション）される。ステップ３４１２に示されるとおり、剥離およびシンギュレーションは、比較的大きなモジュールの個々の要素を生ずる。本発明のある実施形態にしたがって、それらの個々の要素は、１２５×１２５ｍｍの横寸法を有する略正方形の単結晶シリコンウエハで代表される。
【０１１９】
本発明の実施形態に係る材料膜の剥離およびシンギュレーションの種々の観点は、同時係属中の他の米国特許出願に記載されている。例えば、２００７年１月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／８８６、８２７号および第６０／８８６、９１２号は、その両方が全体を参照としてここに援用され、それらは、少なくとも６００ｋｅＶのエネルギーでの親バルク材料の表面へのイオン注入により、親バルク材料から薄膜をシンギュレーションすることを記載している。
【０１２０】
個別のウエハをのこ引きしかつ洗浄しなければならないことの回避は、従来プロセスに伴う多くの消耗品の損失および単結晶シリコンの喪失を回避する。さらに、ウエハの剥離およびシンギュレーションのこの最終ステップは、モジュールを構成する複数の要素の同時製造を可能にするインゴットのバッチにより実行されうる。
【０１２１】
図３６は、複数の個々の太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造するための、本発明に係る方法３６００の実施形態の簡略化したフローチャートを示す。ステップ３６０２において、複数の単結晶シリコンのタイルが与えられ、単結晶シリコンのタイルのそれぞれは、複数の自立型のスライスを形成できる厚さを有し、表面領域を有する。次に、ステップ３６０４において、単結晶シリコンのタイルそれぞれの表面領域を介してイオンが注入される。ステップ３６０６において、複数の剥離スライスを形成するため、少なくとも１つのスライスは単結晶シリコンのタイルそれぞれから剥離される。ステップ３６０８において、複数の剥離スライスは、共用のプロセスチャックに支持される。ステップ３６１０において、１つまたは複数の光起電力領域は、支持された複数の剥離スライスのそれぞれの上に形成される。ステップ３６１２において、複数の剥離スライスのそれぞれは、光学板に結合される。ステップ３６１４において、１つまたは複数の接触領域は、太陽電池モジュールを形成するために光学板に結合される複数の剥離スライスのそれぞれの上に形成される。
【０１２２】
上述の通り、特に図２２に関連して、本発明に係る実施形態は、基板が、基板同士の間に印加される電圧の電位差を用いて、互いに接合されることを可能にする。電圧の電位は、接合を生じさせる基板間の境界面に沿って熱を誘発しうる。さらに、モジュールを作る個々のユニットを形成するための材料の薄膜の正常なシンギュレーションは、高精度の温度制御、例えば、イオンをバルク材料の表面に注入する時点での行使に依存しうる。
【０１２３】
したがって、図３５は、接合またはレイヤトランスファプロセス中における一対の基板間の境界面に沿って温度を制御するための本発明に係る装置３５００の実施形態の簡略化した断面図を示す。特に、基板対３５０２と３５０４は、境界面３５０６に沿って接触する。電圧源３５１０と電気的に伝達する複数の電気接点３５０８は、接合に最適な強さと極性を有する電圧差を形成するため、異なる領域で基板に存在する。
【０１２４】
例えば、第１の電気接点３５０８ａは、下部基板を支持する部材３５１２に配置されうる。第２の電気接点３５０８ｂは、上部基板の上面に配置されうる。接点３５０８ａと接点３５０８ｂの間の電位差の印加は、Ｚ方向への抵抗加熱の勾配を形成する。個々の基板の厚さ、それらの組成や電気抵抗のような変数に応じて、この熱勾配は、基板の境界面で個々の値を生じるように調整され、これにより個別の接合型を生み出す。
【０１２５】
同様に、横の構成要素を有する熱勾配もまた、ＸとＹ方向に沿って選択的に配置される電気接点の間の電位差の利用により生成されうる。例えば、第３の電気接点３５０８ｃは、第１の基板の一方の側に配置されることができ、第４の電気接点３５０８ｄは、おおよそ境界面３５０６の高さで、第１の基板の逆側に配置されうる。それらの接点の間の電位差の利用は、境界面に沿って第１の基板に抵抗加熱を誘発し、再度、個々の特性の接合を生み出すであろう。
【０１２６】
もちろん、異なる間隔での多数の電気接点を選択的に配置することにより、ほとんどすべての熱勾配を結果として生じる抵抗加熱は、個別の接合特性に適合するように生成されうる。
【０１２７】
さらに、抵抗加熱によって生じる温度勾配の特性は、外部のエネルギー源３５１４およびエネルギー吸込み装置３５１６の存在によりさらに修正されうる。例えば、上部基板３５０２もしくは下部基板またはその両方は、例えば、レーザー、電球、もしくは加熱ガスの流入からの追加対流加熱または電導加熱にさらされ、結果として境界面で生じる熱勾配を修正することになる。あるいは、一方または両方の基板の一部は、例えば、ペルチエクーラまたは冷却ガスの流入のような冷却部材に接触することができ、それにより熱勾配は修正され、接合が基板の境界面で生じる。
【０１２８】
電位差の利用の特徴は、他の機能をも果たしうることである。例えば、図３５の実施形態に示されるとおり、電圧電位は、その基板の基底にノッチを係合するように構成される機械式クランプ構造体３５１８を介して下部基板に印加されうる。例えば、単結晶シリコンのタイルに関し上述されたとおりである。
【０１２９】
本発明の実施形態に係る装置は、互いに接合される複数の基板の間の境界面に沿った抵抗加熱を加えることに限定されない。例えば、図３３Ａ（原文ママ：３５Ａ）は、本発明に係る装置３５５０の代替の実施形態の簡略化された断面図を示す。その装置は、電圧源３３５３に接続しかつ支持体３３５６上に配置されるバルク材料３３５４に接触する複数の導電接点３３５２を特色として備える。バルク材料の表面３３５４ａは、ソース３３５８から注入されるイオンを受け取るように構成され、接触部３３５２は、バルク材料から膜をシンギュレーションする所定の深さにおける抵抗加熱という形での温度制御を与えるように配置される。また、ソース３３５８は、タイル領域に電熱エネルギーを結合する電極構造に静電容量式で結合されうる。
【０１３０】
上記は、具体的実施形態のすべての記述であるが、さまざまな修正、代替構造、および均等物が用いられうる。上記は、ステップの選択された順序を使って記述されているが、記述されたステップの任意の要素の組合せや他のものを使うこともできる。また、任意のステップを実施形態に応じて組み合わせるおよび／または取り除くことができる。さらに、水素粒子は、代替実施形態にしたがって改修されたドーズおよび／または劈開特性を有する劈開面の形成を可能にするために、ヘリウムおよび水素イオンの共注入を使うことに置き換えうる。ある任意の実施形態において、バッキング基板は、ハンドルおよびドナーを含む基板のそれぞれに適用されうる。また、代替の実施形態において、被覆は、透明基板の表面またはその他の領域に付されうる。したがって、前述の説明および図示は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【０１３１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、すべての目的で全体を参照としてここに援用する２００６年４月５日に出願された米国仮特許出願第６０／７８９、７３０号に基づく優先権を主張する。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る光起電力素子の製造方法を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す略図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す略図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す略図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す略図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る、反射表面領域を有する太陽電池を示す略図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る、レンズまたは光リダイレクト領域を有する太陽電池を示す略図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る、薄膜セル厚内における光閉じこめ状態の導波路に結合される光リダイレクト領域を有する太陽電池を示す略図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る、レイヤトランスファについてのドナーブロックとしてドナー基板の使用方法を示す略図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る、統合レイヤトランスファツールの使用方法を示す略図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る、統合レイヤトランスファツールの使用方法を示すより詳細な図である。
【図２５】本発明の実施形態に係る、レイヤトランスファについてのクラスタツールの上面図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る、ドナー基板の代替の使用方法を示す略図である。
【図２７】本発明の実施形態に係る、ドナー基板の代替の使用方法を示す別の略図である。
【図２８】本発明の実施形態に係る、ドナー基板の代替の使用方法を示すさらに別の略図である。
【図２９】従来の太陽電池を形成するための従来プロセスを示す図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る、太陽電池を形成するプロセスを示す略図である。
【図３１】本発明の実施形態に係る、複数の太陽電池を含むモジュールを形成するプロセスを示す略図である。
【図３２】本発明の代替の実施形態に係る、複数の太陽電池を含むモジュールを形成するプロセスを示す略図である。
【図３３】太陽電池装置内に組み込まれる原材料を形成するための従来のプロセスフローを示す略図である。
【図３４】本発明の代替の実施形態に係る、太陽電池装置内に組み込まれる原材料を形成するための従来のプロセスフローを示す略図である。
【図３５】接着またはレイヤトランスファプロセスの間、基板の温度を制御するための、本発明の実施形態に係る装置を示す略図である。
【図３５Ａ】親バルク材料から膜をシンギュレーションする間に温度を制御するための、本発明の実施形態に係る装置を示す略図である。
【図３６】複数の個別の太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造するための、本発明の実施形態に係る方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３５Ａ】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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