(57)【要約】本発明は、積層型太陽電池及びその製造方法を提供する。本発明の一実施例による積層型太陽電池は、基板と、前記基板上に互いに積層して配置され、順次に互いに異なる波長帯域を有して光電変換を行う複数のサブセルと、隣り合ったサブセルの間の界面の中で少なくとも一つに配置された金属ディスクアレイと、を含む。前記サブセルに対応する波長帯域の中心波長は、最上位層から次第に下部に進行することによって順次に減少する。前記金属ディスクアレイは、前記金属ディスクアレイの上部に配置されたサブセルで吸収することができず透過した光を反射させる。前記金属ディスクアレイは、ウェハボンディング技法によって挿入される。【選択図】図２Ｂ
2019515510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に互いに積層して配置され、順次に互いに異なる波長帯域を有して光電変換を行う複数のサブセルと、
隣り合ったサブセルの間の界面の中で少なくとも一つに配置された金属ディスクアレイと、を含み、
前記サブセルに対応する波長帯域の中心波長は、最上位層から次第に下部に進行することによって順次に減少し、
前記金属ディスクアレイは、前記金属ディスクアレイの上部に配置されたサブセルで吸収することができず透過した光を反射させ、
前記金属ディスクアレイは、ウェハボンディング技法によって挿入されることを特徴とする積層型太陽電池。
【請求項２】
前記複数のサブセルは、上部から下部に進行することによって順に積層された第１ないし第４サブセルを含み、
前記金属ディスクアレイは、前記第２サブセルと第３サブセルとの間に配置され、
前記第１サブセルはＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセルの波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍであり、
前記第２サブセルはＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍであり、
前記第３サブセルはＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセルの波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍであり、
前記第４サブセルはＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセルの波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項３】
前記金属ディスクアレイのピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項４】
第１サブセルは、
ｎ−ＩｎＧａＰベース層と、
前記ベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項５】
第２サブセルは、
ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層と、
ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、
前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層と、
前記ｎ−ＧａＡｓベース層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層と、
前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項６】
第３サブセルは、
ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、
前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層と、
前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項７】
第４サブセルは、
ｎ＋−ＩｎＰコンタクト層と、
前記ｎ−ＩｎＰコンタクト層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、
前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層と、
前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項８】
前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に配置されたＧａＡｓトンネル接合層と、
前記第３サブセルと前記第４サブセルとの間に配置されたＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、をさらに含み、
前記ＧａＡｓトンネル接合層は、
ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層と、
前記ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層と、を含み、
前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層は、
ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、
前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項９】
前記基板は、
フレキシブルフィルム基板と、
前記フレキシブルフィルム基板上に配置された金属シード層と、
前記金属シード層上に配置された金属電極層と、をさらに含み、
補助金属電極層は、前記第４サブセルと前記金属電極層との間に配置され、前記第４サブセルに整列され、
前記金属シード層はクロム（Ｃｒ）であり、
前記金属電極層及び前記補助金属電極層は金（Ａｕ）であることを特徴とする請求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項１０】
前記金属ディスクアレイは、
マトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層と、
前記下部金属ディスクアレイシード層上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層と、
前記中間金属ディスクアレイ層上が整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層と、を含み、
前記金属ディスクアレイシード層は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）又はＴｉ／Ｐｔであり、
前記中間金属ディスクアレイ層は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、
前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層はパラジウム（Ｐｄ）であることを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項１１】
ＧａＡｓ基板上に第１ＡｌＡｓ犠牲層、第１サブセル、ＧａＡｓトンネル接合層、及び第２サブセルを順に積層する段階と、
ＩｎＰ基板上に第２ＡｌＡｓ犠牲層、第３サブセル、ＩｎＧａＡｓトンネル接合層、及び第４サブセルを順に積層する段階と、
前記ＩｎＰ基板の前記第４サブセル上に補助金属電極層を形成する段階と、
前記補助金属電極層が形成された前記ＩｎＰ基板をパターニングする段階と、
フレキシブルフィルム基板上に金属シード層及び金属電極層を順に積層する段階と、
前記フレキシブルフィルム基板の前記金属電極層と前記パターニングされたＩｎＰ基板の前記補助金属電極層を互いにボンディングさせる段階と、
ボンディングされたＩｎＰ基板とフレキシブルフィルム基板で前記ＩｎＰ基板と前記第３サブセルとの間に配置された前記第２ＡｌＡｓ犠牲層を除去して前記ＩｎＰ基板を除去する段階と、
前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上に金属ディスクアレイを形成する段階と、
前記金属ディスクアレイと前記第２サブセルが対向するように配置し、圧着させて互いにボンディングさせる段階と、
前記ＧａＡｓ基板と前記第１サブセルとの間に配置された第１ＡｌＡｓ犠牲層を除去して前記ＧａＡｓ基板を除去する段階と、
露出された第１サブセル上に金属フィンガ電極パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上に金属ディスクアレイを形成する段階は、
前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上にマトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層と、
前記下部金属ディスクアレイシード層上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層と、
前記中間金属ディスクアレイ層上が整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層を含み、
前記金属ディスクアレイシード層は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）又はＴｉ／Ｐｔであり、
前記中間金属ディスクアレイ層は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、
前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層はパラジウム（Ｐｄ）であることを特徴とする請求項１１に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第１サブセルはＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセルの波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍであり、
前記第２サブセルはＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍであり、
前記第３サブセルはＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセルの波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍであり、
前記第４サブセルはＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセルの波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記金属ディスクアレイのピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
第１サブセルは、
第１ＡｌＡｓ犠牲層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、
ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＰベース層と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
第２サブセルは、
前記ＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、
前記ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層と、
前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層と、
前記ｎ−ＧａＡｓベース層上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層と、
前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記第３サブセルは、
前記第２ＡｌＡｓ犠牲層上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層と、
前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層と、
前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層と、
前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記第４サブセルは、
前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層と、
前記ｐ＋−ＩｎＰコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、
前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層と、 
前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層と、
前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層と、
前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ＋−ＩｎＰコンタクト層と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の積層型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重接合化合物太陽電池に関するものとして、より詳細には、 表面プラズモン共鳴構造を備えた多重接合化合物太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
毎年急激に増加している民間／産業分野におけるエネルギ需要を満たすために、石炭、石油及び天然ガスなど化石燃料エネルギ源に主に依存してきた。このような化石燃料の消費は、酸性雨、ＣＯ２などを発生させて、大気汚染及び地球温暖化をもたらし、深刻な資源枯渇の問題に直面している。これに対する代案として、環境にやさしくて再生可能な太陽光、風力、バイオマス（ｂｉｏｍａｓｓ）、地熱（ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ）などのような次世代エネルギ源の開発の必要性が増大されている。その中で太陽光エネルギは太陽の無限なエネルギを用いることができ、他の再生可能エネルギ源に比べてエネルギ変換効率が高いため、多くの研究開発が進められている。太陽電池の光電変換効率を高めるためには太陽光スペクトルの光吸収帯域を広げなければならない。このために高い吸光係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と多様なエネルギバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）を有するＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を多重積層させて吸収波長を広げるように設計された多重接合（ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）化合物太陽電池が活発に研究されている。
【０００３】
第１世代太陽電池は、光エネルギを電池エネルギに変換可能な物質を用いた単一接合（ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造である。第２世代太陽電池は、光吸収を極大化するために光吸収帯域を広げて光吸収率を高める構造を有する。第１世代太陽電池の理論的な最大の効率が３０％を越えられない理由は、ｐｎ接合をなす半導体薄膜のバンドギャップエネルギより非常に大きいエネルギを有する光を吸収すると、励起された電荷が熱によって消滅し、バンドギャップエネルギより低いエネルギを有する光は透過されることによって、狭い吸収帯域による損失が非常に大きいからである。太陽電池が３０％の変換効率を克服するためには、第２世代太陽電池のような変換効率を極大化するたに光吸収帯域を広げるための方法として、同じ光の入射方向に吸収帯域がエネルギが大きい太陽電池から順に積層する方法がある。
【０００４】
積層型太陽電池は、それぞれの波長帯域に適合する太陽電池を吸収エネルギ帯域の高い順に垂直に配置し、それぞれに電極を連結する方法があるが、各太陽電池の蒸着の際に使用した基板を除去し、又は最大限に薄く製作しなければならず、下部電極を最小化し、又は透明電極を使用して光の透過を最大化しなければならない多くの技術的な困難さがある。
【０００５】
ＭＯＣＶＤとＭＢＥのような薄膜蒸着装備の発達によってＩＩＩ−Ｖ化合物半導体太陽電池分野ではトンネル接合技術開発によって単一接合太陽電池の間に金属電極がなくても半導体薄膜だけで直列連結する技術が開発されて可能になった。
【０００６】
積層型太陽電池でそれぞれのサブセルを直列連結するためのトンネル接合は、ドーピング濃度に限界を有していて、３層以上の積層が容易ではなく、高価の薄膜蒸着工程を使用して経済的負担がある。
【０００７】
Ｆｒａｎｋ Ｄｉｍｒｏｔｈ ｅｔ.ａｌ.（Ｐｒｏｇ.Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔ：Ｒｅｓ.Ａｐｐｌ.２０１４；２２:２７７-２８２）は、４４.７％の高い光電変換効率を有したＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ／／ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ ４−接合トンネル接合太陽電池を開示している。
【０００８】
図１は、Ｆｒａｎｋ Ｄｉｍｒｏｔｈ ｅｔ.ａｌ.のＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ／／ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ ４−接合トンネル接合太陽電池を示す図面である。
【０００９】
図１に示すように、４重接合太陽電池の構造では、ＧａＡｓセル／トンネルダイオード（Ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）エピタキシァル層とＧａＩｎＡｓＰエピタキシァル層をウェハボンディング（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ）するために、ボンディングされるエピタキシァル層の表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が大変低くなければならない。 ボンディング表面粗さが０.３ｎｍである。この程度の粗さを得るには、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程が進まなければならない。ＣＭＰ工程は、工程時間が数時間ほど長くかかり、高価の工程である。
【００１０】
ウェハボンディング（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ）が完了した後も、ボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）されない領域が存在する。このような領域に太陽電池単位素子が製作される場合、光電流が流れないため素子が作動しない。結局、高価の化合物半導体基板の上に製造することができる太陽電池単位素子の収率を減少させる。
【００１１】
多重接合太陽電池の構造において、各サブセルを電気的に連結させるためにｐ＋＋−ｎ＋＋トンネル接合（ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）（又はｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）を使用することが一般的である。トンネル接合に使用される半導体の抵抗を下げるためには、高濃度のドーピングが必要であるが、一般的に約１０１９〜１０２０ｃｍ−３程度のドーピング濃度を利用する。しかし、半導体物質の特性やエピタキシャル成長条件に従って一定水準以上の高濃度ドーピングが難しく、高濃度にドーピングされても、ドーパントが辺に簡単に拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）される。このような場合、急激な（ａｂｒｕｐｔ）ｐ−ｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）界面を得ることが難しい。したがって、トンネルダイオードの役割を十分に果たすことができない。
【００１２】
ＧａＡｓサブセルの下に位置したトンネルダイオード（ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）で、熱が加わるウェハボンディング（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ）工程過程において熱によるドーパントの拡散が発生する。これによってトンネルダイオード（ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）は、太陽電池内部で発生した光電流を外部回路に上手く伝えることができなくなる。また、ドーパントの拡散が起きると、トンネルダイオード（ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）内部のドーピング濃度が低下するため、直列抵抗が増加するようになって局所的に熱が発生する。このような熱の発生によって太陽電池内部の温度が上がると、太陽電池の効率が減少することがよく知られている。
【００１３】
このような、ウェハボンディングの問題点を解決できる高効率の化合物太陽電池が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の解決しようとする一技術的課題は、積層型太陽電池の直列連結されたサブセルを連結するトンネル接合又はトンネルダイオードを除去し、金属ディスクアレイを使用して、光反射特性及び優れた電気的特性を積層型太陽電池に提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施例による積層型太陽電池は、基板と、前記基板上に互いに積層して配置され、順次に互いに異なる波長帯域を有して光電変換を行う複数のサブセルと、隣り合ったサブセルの間の界面の中で少なくとも一つに配置された金属ディスクアレイと、を含む。前記サブセルに対応する波長帯域の中心波長は、最上位層から次第に下部に進行することによって順次に減少する。前記金属ディスクアレイは、前記金属ディスクアレイの上部に配置されたサブセルで吸収することができず透過した光を反射させる。前記金属ディスクアレイは、ウェハボンディング技法によって挿入される。
【００１６】
本発明の一実施例において、前記複数のサブセルは、上部から下部に進行することによって順に積層された第１ないし第４サブセルを含む。前記金属ディスクアレイは、前記第２サブセルと第３サブセルとの間に配置される。前記第１サブセルはＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセルの波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍである。前記第２サブセルはＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍである。前記第３サブセルはＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセルの波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍである。前記第４サブセルはＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセルの波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍである。
【００１７】
本発明の一実施例において、前記金属ディスクアレイのピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍである。
【００１８】
本発明の一実施例において、第１サブセルは、ｎ−ＩｎＧａＰベース層と、前記ベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含む。
【００１９】
本発明の一実施例において、 第２サブセルは、ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層と、ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層と、前記ｎ−ＧａＡｓベース層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層と、前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層と、前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含む。
【００２０】
本発明の一実施例において、第３サブセルは、ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層と、を含む。
【００２１】
本発明の一実施例において、第４サブセルは、ｎ＋−ＩｎＰコンタクト層と、前記ｎ−ＩｎＰコンタクト層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層と、を含む。
【００２２】
本発明の一実施例において、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に配置されたＧａＡｓトンネル接合層と、前記第３サブセルと前記第４サブセルとの間に配置されたＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、をさらに含む。前記ＧａＡｓトンネル接合層は、ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層と、前記ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層と、を含む。前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層は、ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層と、を含む。
【００２３】
本発明の一実施例において、前記基板は、フレキシブルフィルム基板と、前記フレキシブルフィルム基板上に配置された金属シード層と、前記金属シード層上に配置された金属電極層と、をさらに含む。補助金属電極層は、前記第４サブセルと前記金属電極層との間に配置され、前記第４サブセルに整列される。前記金属シード層はクロム（Ｃｒ）であり、前記金属電極層及び前記補助金属電極層は金（Ａｕ）である。
【００２４】
本発明の一実施例において、前記金属ディスクアレイは、マトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層と、前記下部金属ディスクアレイシード層上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層と、前記中間金属ディスクアレイ層上が整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層と、を含む。前記金属ディスクアレイシード層は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）又はＴｉ／Ｐｔであり、前記中間金属ディスクアレイ層は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層はパラジウム（Ｐｄ）である。
【００２５】
本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法は、 ＧａＡｓ基板上に第１ＡｌＡｓ犠牲層、第１サブセル、ＧａＡｓトンネル接合層、及び第２サブセルを順に積層する段階と、ＩｎＰ基板上に第２ＡｌＡｓ犠牲層、第３サブセル、ＩｎＧａＡｓトンネル接合層、及び第４サブセルを順に積層する段階と、前記ＩｎＰ基板の前記第４サブセル上に補助金属電極層を形成する段階と、前記補助金属電極層が形成された前記ＩｎＰ基板をパターニングする段階と、フレキシブルフィルム基板上に金属シード層及び金属電極層を順に積層する段階と、前記フレキシブルフィルム基板の前記金属電極層と前記パターニングされたＩｎＰ基板の前記補助金属電極層を互いにボンディングさせる段階と、ボンディングされたＩｎＰ基板とフレキシブルフィルム基板で前記ＩｎＰ基板と前記第３サブセルとの間に配置された前記第２ＡｌＡｓ犠牲層を除去して前記ＩｎＰ基板を除去する段階と、前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上に金属ディスクアレイを形成する段階と、前記金属ディスクアレイと前記第２サブセルが対向するように配置し、圧着させて互いにボンディングさせる段階と、前記ＧａＡｓ基板と前記第１サブセルとの間に配置された第１ＡｌＡｓ犠牲層を除去して前記ＧａＡｓ基板を除去する段階と、露出された第１サブセル上に金属フィンガ電極パターンを形成する段階と、を含む。
【００２６】
本発明の一実施例において、前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上に金属ディスクアレイを形成する段階は、前記フレキシブルフィルム基板で前記第３サブセル上にマトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層と、前記下部金属ディスクアレイシード層上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層と、前記中間金属ディスクアレイ層上が整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層を含む。前記金属ディスクアレイシード層は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）又はＴｉ／Ｐｔであり、前記中間金属ディスクアレイ層は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層はパラジウム（Ｐｄ）である。
【００２７】
本発明の一実施例において、前記第１サブセルはＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセルの波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍである。前記第２サブセルはＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍである。前記第３サブセルはＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセルの波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍである。前記第４サブセルはＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセルの波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍである。
【００２８】
本発明の一実施例において、前記金属ディスクアレイのピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍである。
【００２９】
本発明の一実施例において、第１サブセルは、第１ＡｌＡｓ犠牲層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＰベース層と、を含む。
【００３０】
本発明の一実施例において、第２サブセルは、前記ＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層と、前記ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層と、前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層と、前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層と、前記ｎ−ＧａＡｓベース層上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層と、前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層と、を含む。
【００３１】
本発明の一実施例において、前記第３サブセルは、前記第２ＡｌＡｓ犠牲層上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層と、前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層と、を含む。
【００３２】
本発明の一実施例において、前記第４サブセルは、前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層と、前記ｐ＋−ＩｎＰコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層と、 前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ＋−ＩｎＰコンタクト層と、を含む。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の一実施例によると、ウェハボンディング技術によって結合された積層型太陽電池は、サブセルを金属ディスクアレイを用いて電気的に連結するだけでなく、光フィルタで動作して特定波長帯域を反射させて光電変換効率を上昇させることができる。
【００３４】
また、前記金属ディスクアレイは、半導体とオーミックコンテックを提供するために、オーミック接合を提供する層を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ｆｒａｎｋ Ｄｉｍｒｏｔｈ ｅｔ.ａｌ.のＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ／／ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ ４−接合トンネル接合太陽電池を示す図面 である。
【図２Ａ】本発明の一実施例による積層型太陽電池を説明する斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの積層型太陽電池を説明する断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるＭＤＡ構造及びその形状、反射率、及び変換効率、上昇率を示す。
【図４Ａ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｃ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｄ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｅ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｆ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｇ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【図４Ｈ】本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の一実施例による積層型太陽電池は４重接合太陽電池の構造であり、第２サブセルのエピタキシァル層とＭＤＡ（ｍｅｔａｌ ｄｉｓｋ ａｒｒａｙ）／第３サブセルの間のボンディングは、長い工程時間と高価の費用がかかるＣＭＰ工程を利用しない。実際的なボンディングは、ウェハボンディング（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｅｒ）を用いてＣｒ／Ａｕ／Ｐｄ積層構造のＭＤＡのＰｄ（ｐａｌｌａｄｉｕｍ）と高濃度ドーピングされたｎ＋＋−ＧａＡｓ（ｃｏｎｔａｃｔ）エピタキシァル層とのボンディングである。このボンディング過程でＰｄとｎ＋＋−ＧａＡｓに圧力が加えられると、Ｐｄ、原子がＧａＡｓ層に拡散されて、Ｐｄ４ＧａＡｓ界面が形成される。この界面の形成で、オーミック接合が行われ、ボンディング強度も高める。
【００３７】
前記金属ディスクアレイのピッチと直径は、第１サブセルと第２サブセルの吸収波長帯域を反射するように設定される。これによって、前記金属ディスクアレイは、オーミック接合特性と反射特性を用いて高い光電変換効率を達成する。
【００３８】
本発明で提示したＭＤＡを用いたオーミック接合は、金属を用いるので、ドーパント拡散問題がなく、高濃度ドーピングされた半導体トンネルダイオード（ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）の直列抵抗よりさらに低い抵抗値を有するようになって、光電流の損失を減少させる。
【００３９】
本発明の一実施例によると、提案された太陽電池は、フレキシブルフィルム（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｉｌｍ）上に製作される。したがって、ドローン、無人航空機及び携帯用機器に容易に付着することができる。また、太陽電池エピタキシァル層から分離した高価のＧａＡｓとＩｎＰ基板を再使用することができるという長所がある。
【００４０】
本発明の一実施例による積層型（ｔａｎｄｅｍ）太陽電池は、それぞれのサブセルの間のトンネル接合の中で少なくとも一つを表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＳＰＲ）を用いた金属ディスクアレイで代替してサブセルの電気的な直列連結を行い、選択的反射フィルタ機能を提供して太陽電池変換効率をさらに向上させる。
【００４１】
本発明の一実施例による積層型太陽電池は、上部から下部に進行することによって、順に積層された第１ないし第４サブセルを含む。第１ないし第４サブセルは、吸収波長帯域が互いに重畳しなく、順次に増加する。それぞれのサブセルは、互いに異なる波長帯域に光電変換を行う。これによって、サブセルは可視光線領域から赤外領域まで分布された太陽光の分光分布の中で特定波長帯域で光電変換を行う。具体的に、最上部に配置された第１サブセルは、４００ｎｍ−６００ｎｍの波長帯域の光を吸収して光電変換する。第１サブセルの下部に配置された第２サブセルは、前記第１サブセルを透過した光の中で６００ｎｍ−８００ｎｍの波長帯域の光を吸収して光電変換する。第２サブセルの下部に配置された第３サブセルは、前記第２サブセルを透過した光の中で８００ｎｍ−１０００ｎｍの波長帯域の光を吸収して光電変換する。第３サブセルの下部に配置された第４サブセルは、前記第３サブセルを透過した光の中で１０００ｎｍ−１３００ｎｍの波長帯域の光を吸収して光電変換する。
【００４２】
このような構造の積層型太陽電池は、第１サブセルで吸収されなかった４００ｎｍ−６００ｎｍの波長は下部の他のサブセルで吸収することができず損失される。このような問題を解決するために、吸収することができず透過した短波長の光は反射させ、下部のサブセルで吸収する長波長の光は透過させる構造が要求される。このために、金属ディスクアレイが使用される。また、前記金属ディスクアレイは、サブセルの間に配置されてサブセルを電気的に直列連結するトンネル接合を代替する。これに従って、サブセルの電気的連結を達成するだけでなく、吸収することができず透過した短波長の光は反射させて、上部のサブセルは反射された光を吸収して光電変換効率を増加させる。
【００４３】
本発明の一実施例によると、金属ディスクアレイに基づいた表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＳＰＲ）を用いてフレキシブル４重接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの太陽電池の光電流を増加させて太陽電池変換効率を向上させる。
【００４４】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。本発明の利点及び特徴、そしてそれを達成する方法は、添付する図面とともに詳細に後述している実施例を参照すると明確になる。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる形で具体化される。むしろ、ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底且つ完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝わるようにするために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。
【００４５】
明細書専門にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指す。したがって、同一の参照符号又は類似の参照符号は当該図面で言及又は説明されなくても、他の図面を参照して説明される。また、参照符号が表示されなくても、他の図面を参照して説明される。
【００４６】
図２Ａは、本発明の一実施例による積層型太陽電池を説明する斜視図である。
図２Ｂは、図２Ａの積層型太陽電池を説明する断面図である。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、積層型太陽電池１００は、基板１０７と、前記基板１０７上に互いに積層して配置され、順次に互いに異なる波長帯域を有して光電変換を行う複数のサブセル１１０、１３０、１５０、１７０と、隣り合ったサブセルの間の界面の中で少なくとも一つに配置された金属ディスクアレイ１４０と、を含む。前記サブセルに対応する波長帯域の中心波長は、最上位層から次第に下部に進行することによって順次に減少する。前記金属ディスクアレイ１４０は、前記金属ディスクアレイ１４０の上部に配置されたサブセルで吸収することができず透過した光を反射させる。前記金属ディスクアレイ１４０は、ウェハボンディング技法によって挿入される。
【００４７】
本発明の一実施例による積層型太陽電池１００は、それぞれｐｎ接合を備えた４つのサブセル１１０、１３０、１５０、１７０を含む。それぞれのサブセル１１０、１３０、１５０、１７０は直列に連結される。第１サブセル１１０は、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐの第１ｐｎ接合Ｊ１を備える。第２サブセル１３０は、ＧａＡｓの第２ｐｎ接合Ｊ２を備える。第３サブセル１５０は、Ｉｎ０．８４Ｇａ０．１６Ａｓ０．３１Ｐ０．６９の第３ｐｎ接合を備える。第４サブセル１７９は、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓの第４ｐｎ接合を備える。
【００４８】
したがって、最終変換効率は、短絡電流密度（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ、Ｊｓｃ）と開放電圧（ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ、Ｖｏｃ）の積に比例する。この時、短絡電流密度Ｊｓｃは、サブセルの直列連結によって電流整合（ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｔｃｈｉｎｇ）条件が成り立つ。短絡電流密度Ｊｓｃは、サブセルの最も小さい短絡電流密度値によって制限される（Ｊｓｃ＝Ｊｓｃ、ｍｉｎ）。開放電圧Ｖｏｃの場合、各サブセルの開放電圧を足す値を有する（Ｖｏｃ＝Ｖｏｃ、Ｊ１＋Ｖｏｃ、Ｊ２＋Ｖｏｃ、Ｊ３＋Ｖｏｃ、Ｊ４）。
【００４９】
太陽電池の変換効率は、光電流と開放電圧の積に比例する。４重接合太陽電池の構造で上部セルから下部セルに進んでいくほど半導体物質のバンドギャップが小さくなる。物質のバンドギャップが小さいほど形成することができる光電流は一般的に増加する。したがって、ＩｎＧａＰ→ＧａＡｓ→ＩｎＧａＡｓＰ→ＩｎＧａＡｓ順に進んでいくほどサブセルが作り出す光電流は増加する。それぞれのサブセルは直列連結されているため、最終的な光電流は最小電流値に制限される。例えば、ＩｎＧａＰセルが１０ｍＡ、ＧａＡｓセルが２０ｍＡ、ＩｎＧａＡｓＰセルが５０ｍＡ、ＩｎＧａＡｓセルが６０ｍＡの光電流を作れ出せば、これは直列連結であるため、４重接合太陽電池の光電流は結果的に１０ｍＡである。そして、一般的に半導体物質のバンドギャップが小さいほど、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃがそれに比例して小さくなる。したがって、ＩｎＧａＰ→ＧａＡｓ→ＩｎＧａＡｓＰ→ＩｎＧａＡｓ順に進んでいくほどそれぞれのサブセルの開放電圧は減少する。この時サブセルが直列連結されているため、４重接合の太陽電池の最終的な開放電圧はそれぞれの開放電圧を足す値になる。つまり、Ｖｏｃ、ｔｏｔａｌ＝Ｖｏｃ、ＩｎＧａＰ＋Ｖｏｃ、ＧａＡｓ＋Ｖｏｃ、ＩｎＧａＡｓＰ＋Ｖｏｃ、ＩｎＧａＡｓである。したがって、４重接合の太陽電池の効率は下記のように表す。
効率∝最小光電流ｘ（Ｖｏｃ、ＩｎＧａＰ＋Ｖｏｃ、ＧａＡｓ＋Ｖｏｃ、ＩｎＧａＡｓＰ＋Ｖｏｃ、ＩｎＧａＡｓ）
【００５０】
提示した４重接合太陽電池で最小光電流を形成するサブセルは、ＩｎＧａＰセルである。ＭＤＡプラズモン共鳴によるＩｎＧａＰの光吸収が増加するようになれば、これに比例してＩｎＧａＰサブセルの光電流も増加して最小光電流レベルを向上させる。だけでなく、ＭＤＡによってＧａＡｓサブセルの光吸収も増加して光キャリア（ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｈｏｌｅｓ）のキャリア寿命（ｃａｒｒｉｅｒ ｌｉｆｅｔｉｍｅ）が増加する。キャリア寿命が増加すると、開放電圧が増加することが知られている。
【００５１】
結果的にＭＤＡ構造を挿入することでによって、上述した効率公式で最小光電流とＶｏｃ、ＧａＡｓを同時に増加させることができるので、４重接合の太陽電池の効率向上を期待することができる。したがって、変換効率を向上させるためには、第１サブセル（又はＪ１）又は第２サブセル（又はＪ２）の光電流が増加しなければならない。
【００５２】
このために、ウェハボンディング技術によって互いにボンディングされる、第２サブセル１３０と第３サブセル１５０との間に金属ディスクアレイ１４０が挿入される。金属ディスクアレイ１４０はその上部に存在する第１サブセル（又はＪ１）又は第２サブセル（又はＪ２）の光吸収を増加させる。
【００５３】
入射する太陽光で、波長以下の直径を有する金属ディスクアレイ１４０を誘電物質に製作する場合、金属と誘電物質との間の界面で伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）電子の集団的な振動現象である表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＳＰＲ）現象が発生する。 ＭＤＡ構造変化を通じてこのようなプラズモン共鳴を制御して誘電物質の光吸収特性又は反射特性を向上させる。 
【００５４】
ＭＤＡによるプラズモン共鳴波長は下記のように表す。
【数１】
2019515510.tif 000003
【００５５】
ここでｐ：ｍｅｔａｌ ｄｉｓｋの間隔（ｐｉｔｃｈ）、（ｉ、ｊ）：散乱係数、εｍ：ｍｅｔａｌの誘電定数、εｄ：半導体の誘電定数である。したがって、プラズモン共鳴波長はＭＤＡのピッチに比例する。ＭＤＡのピッチを調節することによって、ＭＤＡの上に位置したＩｎＧａＰ及びＧａＡｓサブセルが吸収できる波長帯域中の特定領域波長の吸収を増大させる。太陽電池エピタキシャル結晶質（ｃｒｙｓｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ）が良くないか、又は単位素子の製作過程で工程欠陥によって素子が損傷を受けた場合、太陽電池の特定波長帯域に対する量子効率が減少される。このような量子効率（ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が低い波長領域に対するＭＤＡのピッチを調節してプラズモン共鳴現象を起こしてくれば、光吸収が向上して量子効率を増大させることができる。したがって、太陽電池の光電変換効率が増加される。そして、制限された太陽電池の面積で同一の直径を有するＭＤＡのピッチを調整すると、開口率が変わる。このような開口率の変化は、太陽光がＭＤＡ表面に入射する時、ＩｎＧａＰ及びＧａＡｓサブセルの方への太陽光反射率及びＩｎＧａＡｓＰ及びＩｎＧａＡｓサブセルの方への透過率に影響を及ぼす。
【００５６】
既存の研究では、太陽電池の表面の上にナノ粒子コーティングなどでプラズモン現象を起こし、光電流の向上を報告した。しかし、ナノ粒子が表面に位置すれば、粒子が占める面積ほど太陽電池の光吸収面積が減る。一方、本発明ではＭＤＡを光吸収を増大させようとするＩｎＧａＰ及びＧａＡｓサブセルの下側に位置させた。したがって、前述した光吸収実際面積の減少のような問題がない。ＭＤＡがＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓサブセルの上側に位置しているので、当該サブセルに入射される太陽光の量が減少されるが、最終的な４重接合太陽電池の光電流はＩｎＧａＰサブセルの光電流で決定される。したがって、本発明で提示したＭＤＡが結合された４重接合太陽電池では向上した効率を達成することができる。
【００５７】
前記金属ディスクアレイの開口率は、５０％ないし９０％程度である。例えば、前記複数のサブセルは、上部から下部に進行することによって順に積層された第１ないし第４サブセル１１０、１３０、１５０、１７０を含む。前記金属ディスクアレイ１４０は、前記第２サブセル１３０と第３サブセル１５０との間に配置される。前記第１サブセル１１０はＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセル１１０の波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍである。前記第２サブセル１３０はＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍである。前記第３サブセル１５０はＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセル１５０の波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍである。前記第４サブセル１７０はＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセル１７０の波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍである。前記第１サブセル１１０は太陽光の提供を受けて４００ｎｍ−６００ｎｍの波長の光の中で一部を吸収し、残りの光は透過させる。前記第２サブセル１３０は、提供を受けた光の中で６００ｎｍ−８００ｎｍの波長の光の中で一部を吸収し、残りの光は透過させる。
【００５８】
前記金属ディスクアレイ１４０は、提供を受けた光の中で４００ｎｍ−８００ｎｍの光を主に反射するように設計される。具体的に、前記金属ディスクアレイ１４０のピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍである。また、前記ディスクの直径はピッチの５０ないし７０％程度である。前記金属ディスクアレイ１４０は、一定の間隔を有し、マトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層１４１と、前記金属ディスクアレイシード層上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層１４２と、前記中間金属ディスクアレイ層上が整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３と、を含む。前記金属ディスクアレイシード層１４１は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）であり、前記中間金属ディスクアレイ層１４２は金（Ａｕ）又は銀（Ａｕ）であり、前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３はパラジウム（Ｐｄ）である。
【００５９】
ウェハボンディング装置（ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｅｒ）を用いて、金属ディスクアレイシード層／中間金属ディスクアレイ層／金属ディスクアレイオーミックコンタクト層積層構造の金属ディスクアレイ１４０で、Ｐｄ（ｐａｌｌａｄｉｕｍ）と高濃度ドーピングされたｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６とのボンディングが行われる。このボンディング過程でＰｄとｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１２６に圧力が加えられると、Ｐｄ原子がｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１２６に拡散が起きてＰｄ４ＧａＡｓ界面が形成される。この界面の形成でオーミック接合が行われ、ボンディング強度も高める。
【００６０】
本発明で提示した金属ディスクアレイ１４０を用いたオーミック接合は、金属を用いるためドーパント拡散問題がなく、高濃度ドーピングされた半導体トンネルダイオード（ｔｕｎｎｅｌ ｄｉｏｄｅ）の直列抵抗よりさらに低い抵抗値を有するので、光電流の損失を減少させる。
【００６１】
それぞれのサブセル１１０、１３０、１５０、１７０は、ｎ型ベース層とｐ型エミッタ層のｐｎ接合を備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物の半導体である。サブセルは、エピタキシァル成長法で成長する。
【００６２】
第１サブセル１１０は、ｎ−ＩｎＧａＰベース層１１４と、前記ｎ−ＩｎＧａＰベース層１１４上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層１１３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層１１３上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層１１２と、前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層１１２上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１と、を含む。ｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）であり、ｐ型不純物はベリリウム（Ｂｅ）である。
【００６３】
ＧａＡｓトンネル接合層１２０は、前記第１サブセル１１０と前記第２サブセル１３０との間に配置される。前記ＧａＡｓトンネル接合層１２０は、ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層１２２と、前記ｐ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓトンネル接合層１２１と、を含む。
【００６４】
第２サブセル１３０は、ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６と、ｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層１３５（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層１３５上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層１３４と、前記ｎ−ＧａＡｓベース層１３４上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層１３３と、前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層１３２と、前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１３１と、を含む。
【００６５】
前記金属ディスクアレイ１４０は、マトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層１４１と、前記下部金属ディスクアレイシード層１４１上に整列して配置された中間金属ディスクアレイ層１４２と、前記中間金属ディスクアレイ層１４２上に整列して配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３と、を含む。前記金属ディスクアレイシード層１４１は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）であり、前記中間金属ディスクアレイ層１４２は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３はパラジウム（Ｐｄ）である。
【００６６】
ＭＤＡの製作に使用される金属はＣｒ／Ａｕ／Ｐｄであり、電子ビーム蒸着法（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）でｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１の上に蒸着する。又は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｄ蒸着を用いる。ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１の上に蒸着されたＣｒ／Ａｕ（又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）は熱処理工程を経れば、オーミック接合が形成されてＭＤＡとＩｎＧａＡｓ層の間に強いボンディングが行われる。
【００６７】
ＭＤＡとＭＤＡの上に位置したｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６とのボンディングのためにＰｄを用いる。ウェハボンダ（Ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｅｒ）を用いたボンディングの場合、一般的に高温（摂氏４００度以上）で工程が行われる。このような高温ウェハボンディングはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の結晶分解を起こして結晶質（ｃｒｙｓｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ）を減少させる。これを防止するためにＰｄを使用するが、Ｐｄ、原子の表面拡散係数が大変高くて、常温でもＧａＡｓ層と接触させておくと、Ｐｄ原子がＧａＡｓの方に拡散が起きる。拡散過程を通じて低いオーミックコンタクト抵抗を有するＰｄ ４ＧａＡｓ界面が形成され、ＭＤＡとｎ＋＋−ＧａＡｓ層の間に強いボンディングが行われる。
【００６８】
したがって、Ｃｒ／Ａｕ／Ｐｄ ＭＤＡの導入によって、J２とJ３サブセルの間のウェハボンディングと周期的に配列されたＡｕによるプラズモン効果を同時に得られる。
【００６９】
第３サブセル１５０は、ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１５５（ｂａｃｋ−ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌａｙｅｒ）と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１５５上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層１５４と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層１５４上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層１５３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層１５２と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１と、を含む。
【００７０】
ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０は、前記第３サブセル１５０と前記第４サブセル１７０との間に配置される。前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０は、ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６２と、前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層上に配置されたｎ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６１と、を含む。
【００７１】
第４サブセル１７０は、ｎ＋−ＩｎＰコンタクト層１７６と、前記ｎ−ＩｎＰコンタクト層上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１７５と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層１７４と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層１７３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層１７２と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層１７１と、を含む。
【００７２】
前記基板１０７は、フレキシブルフィルム基板１０７ａと、前記フレキシブルフィルム基板上に配置された金属シード層１０７ｂと、前記金属シード層上に配置された金属電極層１０７ｃと、を含む。
補助金属電極層１７７は、前記第４サブセル１７０と前記金属電極層１０７ｃとの間に配置され、前記第４サブセル１７０に整列される。前記金属シード層１０７ｂはクロム（Ｃｒ）であり、前記金属電極層１０７ｃ及び前記補助金属電極層１７７は金（Ａｕ）である。
【００７３】
ｐ＋（ｎ＋）−コンタクト層はｂａｓｅ層で形成された正孔（電子）を収集（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）する役割を担う。ｐ＋−ｗｉｎｄｏｗは窓層にエミッタ半導体物質のバンドギャップよりさらに大きいバンドギャップを有する物質が使用される。エミッタの上に窓層が存在しないならば、エミッタ物質は大変速い表面再結合速度を有するため、光キャリアが外部回路に流れずエミッタ内部で再結合（ｃａｒｒｉｅｒ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）されて消滅する。窓層はこのような速い再結合速度を落として外部量子効率を高める役割をする。
【００７４】
ベース層の内部には空乏層（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）領域が存在するが、この領域で主に光吸収を通じて光キャリア（電子、正孔）が作られる。光キャリアはｐ−ｎ接合界面に存在する内部電気場によって、電子はｎ−ｔｙｐｅ半導体の方に、正孔はｐ−ｔｙｐｅ半導体の方にドリフト（ｄｒｉｆｔ）して移動する。
【００７５】
ｐ＋＋／ｎ＋＋−トンネル接合層は、不純物を高濃度（１０１９〜１０２０ｃｍ−３）でドーピングして数〜数十ナノメートル程度に大変薄く形成する。トンネル接合は、サブセルの電気的相互連結ができるように直列抵抗が大変低くなければならず、トンネル接合層の光吸収が最小になるように形成されなければならない。
【００７６】
ｎ−ＢＳＦ層は、相対的にドーピング濃度が高いコンタクト層の上に位置するが、２つの半導体物質（ＢＳＦとｃｏｎｔａｃｔ層）界面ではドーピング濃度差によって界面電気長が発生する。この電場は少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）がコンタクト層に移動して多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）と再結合することを防ぐ役割をする。本発明においては、ｎ−ｔｙｐｅ ＢＳＦ層を使用したが、界面電場によって正孔（少数キャリア）がｎ＋−ｃｏｎｔａｃｔ層で電子（多数キャリア）と再結合することを防止する。再結合されない正孔は、ｐ−ｔｙｐｅ半導体の方に移動して外部回路へ抜けて、光電流の向上に寄与する。
【００７７】
図３は、本発明の一実施例によるＭＤＡ構造及びその形状、反射率、及び変換効率、上昇率を示す。
【００７８】
図３に示すように、ＭＤＡ構造（ａ）による上部サブセルの光吸収の向上の程度を調べるために、時間領域有限差分法（ｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ、ＦＤＴＤ）を用いてシミュレーションを行った。このような理論的シミュレーションを通じて光の吸収を最大化できるＭＤＡ構造を設計した。（ｂ）は、ナノインプリントリソグラフィ（ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＮＩＬ）工程を用いて最適のＭＤＡ構造を作製する。基板はＧａＡｓ基板であり、ＭＤＡの直径はピッチの６０％である。ＭＤＡの厚さは２０ｎｍである。
【００７９】
（ｃ）は、ＭＤＡのないＧａＡｓ基及び、金／銀ＭＤＡ構造の反射率スペクトルを示す。ＭＤＡのない場合、基板の反射率は３００〜８００ｎｍ波長範囲で略３２％程度で一定である。しかし、金（ｇｏｌｄ）と銀（ｓｉｌｖｅｒ）ＭＤＡ構造の反射率は、波長が増加することに従って反射率（＞３２％）が全体的に増加する傾向を示す。つまり、上部サブセル（Ｊ１、Ｊ２）の下にＭＤＡ構造の導入によって増加された反射率ほど上部サブセルの光吸収を増加させることができる。ＭＤＡ構造のシミュレーションをさらに最適化する場合、第１サブセル１１０の主な吸収波長である４００〜６００ｎｍと第２サブセル１３０の主な吸収波長である６００〜８００ｎｍの範囲でさらに向上された光の吸収を期待する。
【００８０】
（ｄ）は、３００〜８００ｎｍ波長範囲でＭＤＡのピッチ（ｐｉｔｃｈ）によるＭＤＡ構造のない基板の反射率対比金（ｇｏｌｄ）／銀（ｓｉｌｖｅｒ）ＭＤＡ構造の反射率の向上度を示したものである。
【数２】
2019515510.tif 000004
【００８１】
金／銀ＭＤＡ構造でピッチが１５０ｎｍ（１００ｎｍ）である場合、反射率向上度が最大になった。また、銀ＭＤＡ構造の場合、誘電定数の差によって同一のピッチで金ＭＤＡ構造よりさらに高い反射率向上度を見せた。
【００８２】
このような金／銀ＭＤＡ構造は、Ｊ２（ＧａＡｓ）とＪ３（ＩｎＧａＡｓＰ）、サブセル間の優れた電気的インターコネクタとして用いられる。既存の多重接合太陽電池では、各サブセルの電気的連結のために大変薄い数〜数十ナノメートルの厚さのトンネル接合層（ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ layer）が使用される。このトンネル接合層は、化合物半導体に高濃度で不純物をドーピングした構造である。ドーピング過程で不純物拡散によって、ａｂｒｕｐｔしたドーピングプロファイルを得ることが難しく、一定レベル以上の高濃度ドーピングの具現が難しいので、電気的抵抗が大変低いトンネル接合の形成に困難さがある。一方、金／銀ＭＤＡ構造は、電気伝導度（σｇｏｌｄ＝４.１ x １０７ Ｓ／ｍ、σｓｉｌｖｅｒ＝６.３ x １０７ S／ｍ，２０℃）が半導体トンネル接合層に比べて大変高いため、ＧａＡｓとＩｎＧａＡｓＰサブセルの間の電気的損失を最小化する良い電気的インターコネクタとして使用される。したがって、本発明で提示した金／銀ＭＤＡ構造は、上部サブセルの光吸収を効果的に拡大すると同時に、上部サブセルと下部サブセルで形成された光電流を損失せずに伝達して多重接合太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
【００８３】
図４Ａないし図４Ｈは、本発明の一実施例による積層型太陽電池の製造方法を説明する図面である。
【００８４】
図４Ａないし図４Ｇに示すように、積層型太陽電池１００の製造方法は、ＧａＡｓ基板１０５上に第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９、第１サブセル１１０、ＧａＡｓトンネル接合層１２０、及び第２サブセル１３０を順に積層する段階と、ＩｎＰ基板１０６上に第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９、第３サブセル１５０、ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０、及び第４サブセル１７０を順に積層する段階と、前記ＩｎＰ基板１０６の前記第４サブセル１７０上に補助金属電極層１７７を形成する段階と、前記補助金属電極層１７７が形成された前記ＩｎＰ基板１０６をパターニングする段階と、フレキシブルフィルム基板１０７ａ上に金属シード層１０７ｂ及び金属電極層１０７ｃを順に積層する段階と、前記フレキシブルフィルム基板１０７ａの前記金属電極層１０７ｃと前記パターニングされたＩｎＰ基板の前記補助金属電極層１７７を互いにボンディングさせる段階と、ボンディングされたＩｎＰ基板１０６とフレキシブルフィルム基板１０７で前記ＩｎＰ基板１０６と前記第３サブセル１５０との間に配置された前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９を除去して前記ＩｎＰ基板１０６を除去する段階と、前記フレキシブルフィルム基板１０７で前記第３サブセル１５０上に金属ディスクアレイ１４０を形成する段階と、前記金属ディスクアレイ１４０と前記第２サブセル１３０が対向するように配置し、圧着させて互いにボンディングさせる段階と、前記ＧａＡｓ基板１０５と前記第１サブセル１１０との間に配置された第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９を除去して前記ＧａＡｓ基板１０５を除去する段階と、露出された第１サブセル１１０上に金属フィンガ電極パターン１８１を形成する段階と、を含む。
【００８５】
前記第１サブセル１１０はＩｎＧａＰサブセルであり、前記第１サブセル１１０の波長帯域は４００ｎｍ−６００ｎｍである。前記第２サブセル１３０はＧａＡｓサブセルであり、前記第２サブセルの波長帯域は６００-８００ｎｍである。前記第３サブセル１５０はＩｎＧａＡｓＰサブセルであり、前記第３サブセルの波長帯域は８００ｎｍ−１０００ｎｍである。前記第４サブセル１７０はＩｎＧａＡｓサブセルであり、前記第４サブセルの波長帯域は１０００ｎｍ−１３００ｎｍである。 前記金属ディスクアレイ１４０のピッチは１００ｎｍないし３００ｎｍである。
【００８６】
ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）のような薄膜エピタキシ装備を用いて太陽電池エピタクシを成長する。エピ構造はＧａＡｓ基板１０５上に格子整合（ｌａｔｔｉｃｅ−ｍａｔｃｈ）で成長された第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９、第１サブセル１１０、ＧａＡｓトンネル接合層１２０と第２サブセル１３０構造を有する。また、エピ構造は、ＩｎＰ基板１０６上に格子整合で成長された第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９、第３サブセル１５０、ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０と第４サブセル１７０構造を有する。
【００８７】
図４Ａに示すように、ＧａＡｓ基板１０５上に第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９、第１サブセル１１０、ＧａＡｓトンネル接合層１２０、及び第２サブセル１３０を順に積層する。前記第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９は、数十ｎｍ以下の厚さを有する。第１サブセル１１０は、前記第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１と、ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層１１２と、前記ｐ＋−ＡｌＩｎＰ窓層上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層１１３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＰエミッタ層１１３上に配置されたｎ−ＩｎＧａＰベース層１１４と、を含む。
【００８８】
ＧａＡｓトンネル接合層１２０は、前記ｎ−ＩｎＧａＰベース層１１４上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓ層１２１及び前記ｎ＋＋−ＧａＡｓ層１２１上に配置されたｐ＋＋−ＧａＡｓ層１２２を含む。
【００８９】
第２サブセル１３０は、前記ＧａＡｓトンネル接合層１２０上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１３１と、前記ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層上に配置されたｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層１３２と、前記ｐ＋−ＡｌＧａＡｓ窓層上に配置されたｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層１３３と、前記ｐ＋−ＧａＡｓエミッタ層上に配置されたｎ−ＧａＡｓベース層１４４と、前記ｎ−ＧａＡｓベース層上に配置されたｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層１４５と、前記ｎ−ＡｌＧａＡｓバックサーフェイスフィールド層上に配置されたｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１４５と、を含む。
【００９０】
ＧａＡｓ基板１０５上に第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９、第１サブセル１１０、ＧａＡｓトンネル接合層１２０、及び第２サブセル１３０を順に積層した後、第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９、第１サブセル１１０、ＧａＡｓトンネル接合層１２０、及び第２サブセル１３０はパターニングされる。
【００９１】
図４Ｂに示すように、ＩｎＰ基板１０６上に第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９、第３サブセル１５０、ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０、及び第４サブセル１７０を順に積層する。
【００９２】
ＩｎＰ基板１０６上に第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９が形成される。前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９は２０ｎｍ以下である。前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９上に第３サブセル１５０が形成される。
【００９３】
前記第３サブセル１５０は、前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１と、前記ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層１５２と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層１５２上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層１５３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰエミッタ層１５３上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層１５４と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓＰベース層１５４上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１５５と、を含む。
【００９４】
前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０は、前記第３サブセル１５０の前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１５５上に配置されたｎ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６１と、ｎ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６１上に配置されたｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６２と、を含む。
【００９５】
前記第４サブセル１７０は、前記ＩｎＧａＡｓトンネル接合層１６０上に配置されたｐ＋−ＩｎＰコンタクト層１７１と、前記ｐ＋−ＩｎＰコンタクト層１７１上に配置されたｐ＋−ＩｎＰ窓層１７２と、前記ｐ＋−ＩｎＰ窓層１７２上に配置されたｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層１７３と、前記ｐ＋−ＩｎＧａＡｓエミッタ層１７３上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓベース層１７４と、前記ｎ−ＩｎＧａＡｓベース層１７４上に配置されたｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１７５と、前記ｎ−ＩｎＰバックサーフェイスフィールド層１７５上に配置されたｎ＋−ＩｎＰコンタクト層１７６と、を含む。
【００９６】
前記ＩｎＰ基板１０６の前記第４サブセル１７０上に補助金属電極層１７７を形成する。つまり、前記第４サブセルの前記ｎ＋−ＩｎＰコンタクト層１７６上に補助金属電極層１７７が配置される。前記補助金属電極層１７７の材質は金である。
【００９７】
前記補助金属電極層１７７が形成された前記ＩｎＰ基板１０６をパターニングする。前記パターニング工程はフォトリソグラフィ工程とドライエッチング又はウェットエッチング工程が使用される。
【００９８】
フレキシブルフィルム基板１０７ａ上に金属シード層１０７ｂ及び金属電極層１０７ｃを順に積層する。前記金属シード層１０７ｂはクロムであり、前記金属電極層１０７ｃは金である。
【００９９】
図４Ｃに示すように、前記フレキシブルフィルム基板１０７ａの前記金属電極層１０７ｃと前記パターニングされたＩｎＰ基板の前記補助金属電極層１７７を互いにボンディングさせる。前記金属電極層１７７と前記補助金属電極層１０７ｃのボンディングは、一定の圧力を印加して行う。
【０１００】
図４Ｄに示すように、互いにボンディングしたＩｎＰ基板とフレキシブルフィルム基板で前記ＩｎＰ基板１０６と前記第３サブセル１５０との間に配置された前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９を除去して、前記ＩｎＰ基板１０６を除去する。これによって、前記第３サブセル１５０のｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１が露出される。前記第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９の除去は、ＨＦ（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）とＤＩ（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ）ｗａｔｅｒが１:５の割合で希釈した溶液に浸しておくと、ＨＦ溶液によって第２ＡｌＡｓ犠牲層１５９だけを選択的にエッチングする。これによって、Ｊ３／Ｊ４太陽電池とＩｎＰ基板１０６が分離されるエピタキシァルリフト-オフ（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌｉｆｔ−ｏｆｆ；ＥＬＯ）工程を用いる。
【０１０１】
図４Ｅに示すように、フレキシブルフィルム基板１０７ａ上に前記第３サブセル１５０のｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５１上に金属ディスクアレイ１４０を形成する。第３サブセルのＩｎＧａＡｓＰエピタクシの表面に前記金属ディスクアレイ１４０をリフト−オフ工程を用いて形成する。例えば、大面積でナノ構造パターンを形成するために一般的に多く使われるナノインプリントリソグラフィ工程が用いられる。ナノインプリント工程でＭＤＡレジストパターンを形成した後、電子ビーム金属薄膜蒸着装置（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）で金属薄膜を蒸着する。
【０１０２】
前記金属ディスクアレイ１４０は、マトリックスの形で配列された金属ディスクアレイシード層１４１と、前記下部金属ディスクアレイシード層上に配置された中間金属ディスクアレイ層１４２と、前記中間金属ディスクアレイ層上が配置された金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３と、を含む。前記金属ディスクアレイシード層１４１は２０ｎｍ以下のクロム（Ｃｒ）又はＴｉ／Ｐｔであり、前記中間金属ディスクアレイ層１４２は金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）であり、前記金属ディスクアレイオーミックコンタクト層１４３はパラジウム（Ｐｄ）である。
【０１０３】
さらに、ウェットエッチング工程を使用して、前記ＭＤＡレジストパターンを除去するパターニングされた金属ディスクアレイ１４０を形成する。
【０１０４】
図４Ｆに示すように、前記フレキシブルフィルム基板１０７ａ上に形成された前記金属ディスクアレイ１４０と、前記ＧａＡｓ基板１０５上に前記第２サブセル１３０のｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６が対向するように配置し、圧着させて互いにボンディングさせる。フレキシブルフィルム基板上のＭＤＡ／Ｊ３／Ｊ４構造とＪ２／Ｊ１／ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ基板構造をウェハボンディング装置を用いたボンディングを行う。前記ボンディングはＭＤＡと第２サブセルのエピ層とボンディングである。このために、前記第２サブセルのｎ＋＋−ＧａＡｓコンタクト層１３６は、アルゴン（Ａｒ）イオンプラズマ処理を通じてその表面を活性化させる。さらに、Ｊ２／Ｊ１／ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ基板構造にウェハボンディング装置で５〜１０ＭＰａの圧力をかけてボンディングを進行する。
【０１０５】
ウェハボンディング工程を完了すると、フレキシブルフィルム基板上にＪ４／Ｊ３／ＭＤＡ／Ｊ２／Ｊ１／第１ＡｌＡｓ犠牲層／ＧａＡｓ基板構造が形成される。
【０１０６】
図４Ｇに示すように、前記ＧａＡｓ基板１０５と前記第１サブセル１１０との間に配置された第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９を除去して前記ＧａＡｓ基板１０５を除去する。
【０１０７】
フレキシブルフィルム基板上にＪ４／Ｊ３／ＭＤＡ／Ｊ２／Ｊ１／第１ＡｌＡｓ犠牲層／ＧａＡｓ基板構造をＨＦ溶液を用いたエピタキシァルリフト-オフ（ＥＬＯ）工程を経ると、第１ＡｌＡｓ犠牲層１１９と前記ＧａＡｓ基板１０５が太陽電池から除去される。フレキシブルフィルム基板１０７ａ上に４重接合太陽電池が製作される。
【０１０８】
図４Ｈに示すように、露出された第１サブセル１１０上に金属フィンガ電極パターン１８１を形成する。前記金属フィンガ電極パターン１８１は、リフトオフの工程によって行う。前記金属フィンガ電極パターン１８１の材質は、前記ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１とオーミックコンタクトを提供する金属である。具体的に、前記金属フィンガ電極パターン１８１は、金又は銀で形成される。
【０１０９】
以上、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更しなくて他の具体的な形で実施できるということを理解することができる。したがって、上述の実施例にはすべての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。
【図１】
2019515510.tif 000005
【図２Ａ】
2019515510.tif 000006
【図２Ｂ】
2019515510.tif 000007
【図３】
2019515510.tif 000008
【図４Ａ】
2019515510.tif 000009
【図４Ｂ】
2019515510.tif 000010
【図４Ｃ】
2019515510.tif 000011
【図４Ｄ】
2019515510.tif 000012
【図４Ｅ】
2019515510.tif 000013
【図４Ｆ】
2019515510.tif 000014
【図４Ｇ】
2019515510.tif 000015
【図４Ｈ】
2019515510.tif 000016
【国際調査報告】
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2019515510.tif 000018
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