(57)【要約】      （修正有）【課題】多接合太陽電池内の相互接続トンネル接合の高濃度ドープ層を提供する。【解決手段】高濃度ドープ層は、多接合太陽電池内で２つ以上のｐ−ｏｎ−ｎ又はｎ−ｏｎ−ｐ太陽電池を接続するために使用されるトンネルダイオード接合の一方又は両方の層内のデルタドープ層である。デルタドープ層は、トンネルダイオードの複数層のうちの一つのエピタキシャル成長を中断し、トンネルダイオードの当該層をエピタキシャル成長させるために使用される濃度よりも実質的に高い濃度でデルタドーパントを堆積させ、次に、残りのトンネルダイオードのエピタキシャル成長を続けることにより形成される。【選択図】図１
2015201659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ｐ／ｎ型の半導体材料のトンネルダイオードの第１層（３０４）と；
前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有するデルタドープ層（４０４）であって、前記第１層よりも実質的に薄く、前記第１層のドーパント濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達しており、且つ前記第１層の上に堆積している前記デルタドープ層（４０４）と；
前記トンネルダイオードの前記第１層（３０４）、及び前記デルタドープ層（４０４）と相補の関係にある第２ｐ／ｎ型の半導体材料の前記トンネルダイオード層の第２層（３０６）であって、前記デルタドープ層（４０４）上にエピタキシャル成長させた前記第２層（３０６）と；
前記トンネルダイオードによって電気的に接続された少なくとも２つの光起電性のサブセル（１０２、１０４）と
を備える多接合太陽電池（４００）。
【請求項２】
前記デルタドープ層と前記第２層との間に、前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を更に備えている、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項３】
前記デルタドープ層（４０４）が、相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有している、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項４】
前記第１層と前記デルタドープ層（４０４）との間に、相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を更に備えている、請求項３に記載の多接合太陽電池。
【請求項５】
基板と；
前記基板（１０６）の上にエピタキシャル成長させた第１の光起電性のサブセル（１０４）と；
前記トンネルダイオード（４０２）の前記第２層（３０４）の上にエピタキシャル成長させた第２の光起電性のサブセル（１０２）と
を更に備え；前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）が、第１の光起電性のサブセル（１０４）の上にエピタキシャル成長させたものである、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項６】
複数の光起電性のサブセル（１０４、１０２）を更に備え、前記複数の光起電性のサブセルの各々が、デルタドープ層（４０４）を有するトンネルダイオード（４０２）によって分離されている、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項７】
前記デルタドープ層（４０４）内の前記ドーパント濃度が前記第１層の前記ドーパント濃度の略１０倍高い、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項８】
前記デルタドープ層（４０４）の前記ドーパント濃度が１０２０ｃｍ−３よりも高い、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項９】
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１０】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含んでいる、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１１】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が砒化ガリウムインジウムを含み、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）がリン化ガリウムインジウムを含んでいる、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１２】
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する材料を含んでいる、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１３】
前記トンネルダイオード（４０２）が、砒化ガリウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウム、及び砒化アルミニウムガリウムから成るグループから選択される半導体材料を含んでいる、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１４】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）及び前記第２の光起電性のサブセル（１０２）がｎ−ｏｎ−ｐサブセルであり；前記第１層及び前記デルタドープ層（４０４）がＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のｎ型ドープ半導体材料であり、前記第２層がＩＶ族又はＶＩ族のｐ型ドープ半導体材料である、請求項１に記載の多接合太陽電池。
【請求項１５】
デルタドープ相互接続トンネル接合（４０２）を形成する方法であって：
トンネルダイオードの第１層をエピタキシャル成長させる工程（６０４）であって、前記第１層に第１ドーパントを使用する工程（６０４）と；
前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程（６０６）と；
前記第１ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型の第２ドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記第２ドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記第１ドーパントの濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達する工程（６０８）と；
前記トンネルダイオードの第２層をエピタキシャル成長させる工程（６１２）であって、前記第２層に、前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントと相補の関係にあるアクセプタ／ドナー型の第３ドーパントを使用する工程（６１２）と
を含む方法。
【請求項１６】
前記堆積させる工程の後に、前記第１ドーパントを使用して追加層をエピタキシャル成長させる工程（６１０）を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
基板（１０６）を用意する工程と；
第１の光起電性のサブセル（１０４）をエピタキシャル成長させる工程と；
第２の光起電性のサブセルをエピタキシャル成長させる工程（６１４）と
を更に含み、
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）を前記基板（１０６）の上に成長させ、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）を前記第１の光起電性のサブセル（１０４）の上に成長させ、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）を前記トンネルダイオード（３０４）の前記第２層の上に成長させる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する材料を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記デルタドープ層（４０４）内の前記ドーパント濃度が、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）内の前記第１ドーパントの前記濃度の略１０倍高い、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記デルタドープ層が１０２０ｃｍ−３を上回るドーパント濃度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントは、アクセプタ型の、ＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、前記第３ドーパントは、ドナー型の、ＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
デルタドープ層（４０４）を有する相互接続トンネル接合（４０２）を有する多接合太陽電池であって、
（ａ）基板を用意する工程（６０２）と；
（ｂ）第１の光起電性のサブセルを前記基板の上にエピタキシャル成長させる工程（６０４）と；
（ｃ）トンネルダイオードの第１層を、前記第１の光起電性のサブセルの上にエピタキシャル成長させる工程（６０６）であって、前記第１層に、前記第１の光起電性のサブセルの接合部分のアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６０６）と；
（ｄ）前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程と；
（ｅ）前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記ドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）と；
（ｆ）前記トンネルダイオードの第２層を前記デルタドープ層の上にエピタキシャル成長させる工程（６１２）であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６１２）と
を含むプロセスにより形成される多接合太陽電池。
【請求項２５】
（ｇ）前記デルタドープ層を堆積させる前記工程（ｅ）の後で、且つ前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程（ｆ）の前に、前記ドーパントを使用して前記第１層の追加部分をエピタキシャル成長させる工程（６１４）を更に含む、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項２６】
前記工程（ｅ）が：
（ｅ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の前記相補の関係にあるドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）である、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項２７】
前記工程（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）が：
（ｃ）前記トンネルダイオードの第２層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上にエピタキシャル成長させる工程（６０６）であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６０６）；
（ｄ）前記トンネルダイオードの前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程；及び
（ｅ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第２層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の前記相補の関係にあるドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）である、
請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項２８】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含む、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項２９】
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料を含む、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項３０】
前記デルタドープ層（４０４）内の前記デルタドーパント濃度が、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層内の前記ドーパントの前記濃度の略１０倍高い、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項３１】
前記デルタドープ層（４０４）が１０２０ｃｍ−３を上回るデルタドーパント濃度を有している、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項３２】
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【請求項３３】
前記ドーパントがアクセプタ型のＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、相補の関係にある前記ドーパントがドナー型のＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである、請求項２４に記載の多接合太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において記載される主題の実施形態は概して、隣接する太陽電池の間の相互接続トンネル接合の電気特性を改良する方法、及び改良された相互接続トンネル接合を有する多接合太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
多接合太陽電池は、特定の向きに配置される電流発生ｐ−ｎ接合ダイオード又はサブセルの積層体である。電気的に直列接続される場合、１つのサブセル内で発生する電流は、直列に並んだ次のサブセルに流れる。サブセルの間の相互接続トンネル接合の電気特性は、多接合太陽電池の総合効率に影響する。
【発明の概要】
【０００３】
提供されるのは、多接合太陽電池のサブセル間の相互接続トンネル接合の電気特性を改良する方法、及び改良された相互接続トンネル接合を有する多接合太陽電池である。種々の実施形態では、当該方法、及び改良された相互接続トンネル接合は、狭いデルタドープ層を当該相互接続トンネル接合内に備え、当該デルタドープ層によって、多接合太陽電池のサブセル間の相互接続トンネル接合の電流処理容量を高めることができる。
【０００４】
本開示の一つの態様では、多接合太陽電池が提供され、前記多接合太陽電池は：第１ｐ／ｎ型の半導体材料のトンネルダイオードの第１層と；前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有するデルタドープ層であって、前記第１層よりも実質的に薄く、前記第１層のドーパント濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達しており、前記第１層の上に堆積している前記デルタドープ層と；前記トンネルダイオードの前記第１層、及び前記デルタドープ層と相補の関係にある第２ｐ／ｎ型の半導体材料の前記トンネルダイオードの第２層であって、前記デルタドープ層の上にエピタキシャル成長させた前記第２層と；前記トンネルダイオードによって電気的に接続される少なくとも２つの光起電性のサブセルとを備える。前記多接合太陽電池は更に、前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を、前記デルタドープ層と前記第２層との間に備えることができる。前記多接合太陽電池の前記デルタドープ層は、相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有することができる。前記多接合太陽電池は更に：相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を、前記第１層と前記デルタドープ層との間に備えることができる。前記多接合太陽電池は更に、基板と；前記基板の上にエピタキシャル成長させる第１の光起電性のサブセルと；前記トンネルダイオードの前記第２層の上にエピタキシャル成長させる第２の光起電性のサブセルとを備えることができ；前記トンネルダイオードの前記第１層は、第１の光起電性のサブセルの上に成長させる。前記多接合太陽電池は更に、複数の光起電性のサブセルを備えることができ、前記複数の光起電性のサブセルの各々は、デルタドープ層を有するトンネルダイオードによって分離される。
【０００５】
前記デルタドープ層内の前記ドーパント濃度は、前記第１層の前記ドーパント濃度の略１０倍高い。前記デルタドープ層の前記ドーパント濃度は１０２０ｃｍ−３よりも高い。前記デルタドープ層の幅は略２０オングストロームである。  前記第１の光起電性のサブセルは、前記第２の光起電性のサブセルよりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含むことができる。前記第１の光起電性のサブセルは砒化ガリウムインジウムを含み、前記第２の光起電性のサブセルはリン化ガリウムインジウムを含む。前記トンネルダイオードは、前記第１の光起電性のサブセルと等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセルよりも大きいバンドギャップを有する材料を含む。前記多接合太陽電池の前記トンネルダイオードは、砒化ガリウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウム、及び砒化アルミニウムガリウムから成るグループから選択される半導体材料を含む。前記第１の光起電性のサブセル及び前記第２の光起電性のサブセルはｎ−ｏｎ−ｐサブセルであり；前記第１層及び前記デルタドープ層は、ＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のｎ型ドープ半導体材料であり、前記第２層は、ＩＶ族又はＶＩ族のｐ型ドープ半導体材料である。
【０００６】
別の態様では、デルタドープ相互接続トンネル接合を形成する方法が提供され、前記方法は：トンネルダイオードの第１層をエピタキシャル成長させる工程であって、前記第１層に第１ドーパントを使用する工程と；前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程と；前記第１ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型の第２ドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程であって、前記デルタドープ層内の前記第２ドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記第１ドーパントの濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達する工程と；前記トンネルダイオードの第２層をエピタキシャル成長させる工程であって、前記第２層に、前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントと相補の関係にあるアクセプタ／ドナー型の第３ドーパントを使用する工程とを含む。デルタドープ相互接続トンネル接合を形成する前記方法は更に：前記堆積させる工程の後に、追加層を、前記第１ドーパントを使用してエピタキシャル成長させる工程を含む。前記方法は更に：基板を用意する工程と；第１の光起電性のサブセルをエピタキシャル成長させる工程と；第２の光起電性のサブセルをエピタキシャル成長させる工程とを含み；前記第１の光起電性のサブセルは前記基板の上に成長させ、前記トンネルダイオードの前記第１層は前記第１の光起電性のサブセルの上に成長させ、前記第２の光起電性のサブセルは、前記トンネルダイオードの前記第２層の上に成長させる。前記第１の光起電性のサブセルは、前記第２の光起電性のサブセルよりも小さいバンドギャップを有する材料を含む。前記トンネルダイオードは、前記第１の光起電性のサブセルと等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセルよりも大きいバンドギャップを有する材料を含む。前記デルタドープ層内の前記ドーパント濃度は、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記第１ドーパントの前記濃度の略１０倍高い。前記デルタドープ層は、１０２０ｃｍ−３よりも高いドーパント濃度を有する。前記デルタドープ層の幅は略２０オングストロームである。前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントは、アクセプタ型の、且つＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、前記第３ドーパントは、ドナー型の、且つＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである。
【０００７】
別の態様では、プロセスにより形成されるデルタドープ層を有する相互接続トンネル接合を有する多接合太陽電池が提供され、前記プロセスは：（ａ）基板を用意する工程と；（ｂ）第１の光起電性のサブセルを前記基板の上にエピタキシャル成長させる工程と；（ｃ）トンネルダイオードの第１層を、前記第１の光起電性のサブセルの上にエピタキシャル成長させる工程であって、前記第１層に、前記第１の光起電性のサブセルの接合部分のアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程と；（ｄ）前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程と；（ｅ）前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記ドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程と；（ｆ）前記トンネルダイオードの第２層を前記デルタドープ層の上にエピタキシャル成長させる工程であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程とを含む。前記多接合太陽電池は更に：（ｇ）前記デルタドープ層を堆積させる前記工程（ｅ）の後で、且つ前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程（ｆ）の前に、前記第１層の追加部分を、前記ドーパントを使用してエピタキシャル成長させる工程を含む。前記工程（ｅ）は：（ｅ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の相補の関係にある前記ドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程である。多接合太陽電池が提供され、前記工程（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）は：（ｄ）前記トンネルダイオードの第２層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上にエピタキシャル成長させる工程であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程であり；（ｅ）前記トンネルダイオードの前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程であり；（ｆ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第２層の上に堆積させる工程であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の相補の関係にある前記ドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程である。前記第１の光起電性のサブセルは、前記第２の光起電性のサブセルよりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含む。多接合太陽電池が提供され、前記トンネルダイオードは、前記第１の光起電性のサブセルと等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセルよりも大きいバンドギャップを有する半導体材料を含む。前記デルタドープ層内の多接合太陽電池デルタドーパント濃度は、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記ドーパントの前記濃度の略１０倍高い。前記デルタドープ層は、１０２０ｃｍ−３を上回るデルタドーパント濃度を有する。前記デルタドープ層の幅は略２０オングストロームである。前記ドーパントは、アクセプタ型の、且つＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、相補の関係にある前記ドーパントは、ドナー型の、且つＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである。
【０００８】
説明される特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において個々に達成することができる、又は更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態に関する更なる詳細は、以下の記述及び図面を参照しながら理解することができる。
【０００９】
添付の図は、太陽電池内のトンネル接合に対応する高濃度ドープ層に関するシステム及び方法の種々の実施形態を描いている。各図に関する簡単な説明は、以下に与えられる。各図において同じ参照番号が付された構成要素は、同じ、又は機能的に同様の構成要素を指している。更に、参照番号の最も左側の桁は、参照番号が初めて現われる図面を指している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する高濃度ドープ層の一つの実施形態における多接合太陽電池の２つのサブセルのバンドギャップを示している。
【図２】図２は、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する高濃度ドープ層の一つの実施形態における多接合太陽電池の２つのサブセルの間の逆バイアス接合を示している。
【図３】図３は、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する高濃度ドープ層の一つの実施形態における多接合太陽電池の２つのサブセルの間の相互接続トンネル接合を示している。
【図４】図４は、多接合太陽電池の２つのサブセルの間のデルタドープ層を、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する高濃度ドープ層内に有する相互接続トンネル接合を示している。
【図５】図５は、デルタドープ層及び対応するドーパント濃度を、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する一つの実施形態の高濃度ドープ層内に有する相互接続トンネル接合を示している。
【図６】図６は、デルタドープ層を有する相互接続トンネル接合を、太陽電池システム及び方法におけるトンネル接合に対応する一つの実施形態の高濃度ドープ層内に有する多接合太陽電池を形成する製造プロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な記述は、本質的に単なる例示に過ぎず、且つ本発明の実施形態を、又はこのような実施形態の適用及び使用を限定するものではない。更に、前掲の技術分野、背景、要約、又は以下の詳細な記述に提示されるいずれの明示的な理論又は暗示的な理論にも拘束されるものではない。
【００１２】
多接合太陽電池は、順に重ねた多数のサブセルにより構成され、各サブセルは、電流発生ｐ−ｎ接合ダイオードである。光がサブセルに入射すると、バンドギャップＥｇのエネルギー、又はバンドギャップＥｇに近いエネルギーを有する光子がｐ−ｎ接合に吸収され、ｐ−ｎ接合により電流に変換される。バンドギャップよりも小さいエネルギーを有する光子は、サブセルを通って、下部サブセルに流れ込むのに対し、バンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光子は普通、余剰熱に変換される。比較的大きいバンドギャップを有する最上部サブセル、及び連続的に小さくなるバンドギャップを有する下部サブセルを使用することにより、光の利用可能なスペクトルのうちのより広いスペクトルを各サブセルにおいて利用して電気に変換することができる。各サブセル内の材料を選択することにより、下部サブセルにおいて利用することができるエネルギーを決定することができる。
【００１３】
例示のために、且つ説明を簡単にするために、以下の図及び記述では、２つのセルを有する多接合太陽電池について記載するが、本明細書において記載されるシステム及び方法は、１個、２個、３個、又は多数個のセルを有する太陽電池に同じように適用することができる。２セル型多接合太陽電池への限定を暗に意味するものではない、又は意図するものではない。
【００１４】
次に、図１を参照するに、一つの非限定的な例では、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）から成る上部セル１０２と、砒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓ）から成る下部セル１０４とを有する２セル型太陽電池１００が示される。これらのセル１０２、１０４は、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板を開始材料としてエピタキシャル成長させ、ｐ型ＧａＩｎＡｓ層、ｎ型ＧａＩｎＡｓ層、及びｎ型ＧａＩｎＰ層を堆積させる。入射光１０８は、２セル型太陽電池１００の上部セル１０２に誘導される。光１０８の一部は反射１２０される。光１０８の一部は上部セル１０２に入射し、吸収され、熱１１０に変換され、特に上部セル１０２のＧａＩｎＰ材料のバンドギャップＥｇ＞１．８７ｅＶよりも大きいエネルギーを有する光１０８の高エネルギー光子１１２が吸収され、熱に変換される。上部セル１０２内のＧａＩｎＰ材料のバンドギャップＥｇ＞１．８７ｅＶに近いエネルギーを有する高エネルギー光子１１２は、ＧａＩｎＰ材料内の電子によって吸収される。追加エネルギーにより、ＧａＩｎＰ結晶格子の価電子帯に詰まった電子が、高エネルギー伝導帯に移動することができ、２セル型太陽電池１００の電流発生に寄与する自由電子１１８を生成する。低エネルギー光子１１４は、実質的に小さいエネルギーしか有していないのでＧａＩｎＰ材料内の電子１１８を自由にすることができず、上部セル１０２を通過して下部セル１０４に流入する。バンドギャップは１．８７ｅＶであるとして示されているが、ＧａＩｎＰのバンドギャップは約１．７５ｅＶ〜約１．９０ｅＶまで変化し得る。
【００１５】
下部セル１０４では、光１０８の一部は、この場合も同じように吸収され、熱１１０に変換され、特に下部セル１０４のＧａＩｎＡｓ材料のバンドギャップＥｇ＞１．３９ｅＶよりも大きいエネルギーを有する低エネルギー光子１１４が吸収され、熱に変換される。下部セル１０４内のＧａＩｎＰ材料のバンドギャップＥｇ＞１．３９ｅＶに近いエネルギーを有する低エネルギー光子１１４は、自由電子１１８に変換される。残りの光子１１６は基板１０６に流入し、この基板では、残りの光子１１６は普通、熱１１０に変換される。バンドギャップは１．３９ｅＶであるとして示されているが、ＧａＩｎＰのバンドギャップは約１．３５ｅＶ〜約１．４３ｅＶまで変化し得る。
【００１６】
各セル１０２、１０４は、電流を発生するｐ−ｎ接合ダイオードから成る。これらのｐ−ｎ接合ダイオードは、ｎ−ｏｎ−ｐ型接合ダイオード、又はｐ−ｏｎ−ｎ型接合ダイオードとすることができる。次に、図２を参照するに、ｎ−ｏｎ−ｐ型接合ダイオード２００から成る２つの積層セルを示している。各セル１０２、１０４は、ｎ型ドープ層２０２及びｐ型ドープ層２０４から成る。電流は、各セル内でｎからｐの方向に、矢印Ｉで示すように発生し、ｎ−ｏｎ−ｐ型接合ダイオード２００から成る２つの積層セルの上部の電気接続Ｖ＋、及び基板１０６の電気接続Ｖ−を通って収集される。両方のセル１０２、１０４内のｐ−ｎ接合の方向を同じ方向にすることにより、上部セル１０２で発生する電流が下部セルを通過し、各セル１０２、１０４は、自由電子１１８の電圧を増幅する。
【００１７】
しかしながら、上部セル１０２のｐ型ドープ層２０４と下部セルのｎ型ドープ層２０２との間の電圧差によって、自由電子１１８が非常に欠乏する空乏領域２０８を有する逆バイアス接合２０６が形成される。ｐ−ｎ接合の電圧−電流グラフ２１０に示すように、正常動作電圧の場合、ほんの僅かな量のリーク電流２１２しか、逆バイアス接合２０６を横切って流れることができない。
【００１８】
次に、図３を参照するに、逆バイアス接合２０６の電流伝達能力を高めるために、相互接続トンネル接合（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）又はＩＣＴＪ３０２を上部セル１０２と下部セル１０４との間にエピタキシャル成長させて多接合太陽電池３００を形成する。多接合太陽電池３００内のＩＣＴＪ３０２は、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓから成る高濃度ドープｐ＋型層３０４、及びＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓから成る高濃度ドープｎ＋型層３０６を含む。量子力学的プロセスを経て、高濃度ドープＩＣＴＪ３０２によって、電子は空乏領域２０８を横切って突き抜けることができるので、或る量のトンネル電流３０８が、トンネル接合の電圧−電流グラフ３１０に示すように、電圧に比例する逆バイアス接合２０６を横切って流れることができる。
【００１９】
ＩＣＴＪ３０２は、上部セル１０２と下部セル１０４との間を流れる大量の電流を流すように構成される。ＩＣＴＪ３０２は、光学的に透過であるので、出来る限り多くの光１０８を、上部セル１０２と下部セル１０４との間を通過させることができる。製造歩留まりを最大にするために、ＩＣＴＪ３０２の構造は、大量生産プロセスに良く見られる僅かな変動による影響を受け易いようにはなっていない。光透過性を高めるために、ＩＣＴＪ３０２は薄く、且つ普通、下部セルに等しい、又は下部セルよりも大きいバンドギャップＥｇを有するようにして、光１０８、特に低エネルギー光子１１４（図１に示す）が捕獲されるのを回避することができ、捕獲されない場合に、これらの光子は下部セル１０４内で自由電子１１８に変換されることになる。しかしながら、ＩＣＴＪ３０２の薄さに関する要求、及びバンドギャップＥｇに関する要求によって、ＩＣＴＪ３０２に導入することができるドーパントの量、又は意図的に導入することができる不純物の量（ＮＡまたＮＤ）が制限される。これらの制限によって今度は、ピークトンネル電流が、近似関係式に従って制限される：
2015201659.tif 000003
上式では、Ｊｐｅａｋは、ＩＣＴＪ３０２を量子トンネル現象によりトンネリングする電子の容積とエネルギーの積であり、Ｅｇは、ＩＣＴＪ３０２を成長させるために使用される材料のバンドギャップであり、ＮＡは、高濃度ドープｐ＋型層３０４のアクセプタドーパント濃度であり、ＮＤは、高濃度ドープｎ＋型層３０６のドナー濃度である。ドーパント濃度を低くし、且つバンドギャップを大きくすると、ＩＣＴＪ３０２内を流れ得るピークトンネル電流が小さくなることに注目されたい。
【００２０】
陸上用途では、入射光１０８を多接合太陽電池３００に集中させ、且つ集光させる。集中照射をこのように強くすると、ＩＣＴＪ３０２を流れる電流が大きくなる。ピーク伝達容量Ｊｐｅａｋを超える場合、ニー電流３１２、又は逆バイアス接合２０６を横切って流れるトンネル電流３０８の量の急激な減少は、トンネル接合の電圧−電流グラフ３１０に示すように変化する。集光器用途では、光１０８の強度は、２０００ｓｕｎｓ（照射強度の単位：ｓｕｎ）、又は２０００×ＡＭ１．５と等価であるとすることができ、地球表面に達する太陽放射のスペクトル及び振幅の指数とすることができる。これは、３０Ａ／ｃｍ２の最小Ｊｐｅａｋに対応する。ＩＣＴＪ３０２は、薄い１５０Ａ（１５０オングストローム）の層（約２０原子層）として成長させるので、このような薄層へのドーピングレベルを良好にモニタリングして、正しいドーパント濃度が確実に達成されるようにする。しかしながら、ドーピングレベルは、製造中に変化し得るので、１００Ａ／ｃｍ２のＪｐｅａｋに対応する設計基準を使用して、正しい歩留まりを製造プロセス中に確保する。
【００２１】
しかしながら、薄い１５０Ａ（１５０オングストローム）の層（約２０原子層）のＩＣＴＪ３０２をエピタキシャル成長させることは難しい。通常の製造プロセスでは、約２０原子層を２０インチ径基板全体に何百万回も堆積させる。１０％の厚さバラツキが標準的に要求される。従って、ＩＣＴＪ３０２の厚さは、製造中に、２０インチ径基板の全領域に亘って、わずか＋又は２原子層の精度で制御される必要がある。更に、ドーパントのピーク量（ＮＡまたＮＤ）は、ドーピング対象の材料のバンドギャップＥｇに反比例する。これにより、ＮＡまたＮＤドーパント濃度は、材料が１．８〜１．９ｅＶのバンドギャップを有する場合には約１０１９ｃｍ−３に、材料が１．４ｅＶのバンドギャップを有する場合には約１０２０ｃｍ−３に制限される。
【００２２】
より小さいバンドギャップを有する材料を使用すると、許容されるドーピングレベルが高くなるが、より小さいバンドギャップを有する材料の光透過性が低くなる。光透過性が低くなると、下部セル１０４において利用することができる光１０８の量、及び透過させて下部セル１０４に到達させる光子のエネルギーの両方が小さくなるので、多接合太陽電池３００のエネルギー生成能力及びエネルギー生成効率が低下する。
【００２３】
より大きいバンドギャップを有する材料を使用すると、透過性が高くなるが、ＩＣＴＪ３０２を形成するためには、ドーピングレベルを厳密に制御して、３０Ａ／ｃｍ２の最小Ｊｐｅａｋ〜１００Ａ／ｃｍ２のＪｐｅａｋを達成する必要がある。ＩＣＴＪ３０２の層にドーピングする直接的な方法は、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳのようなＶＩ族ドーパントのバルクドーピング特性が、ドーピング前に設定される必要がある液体表面原子層濃度、及びバルク混合物の全体溶解度が存在することにより制限されるので制限される。これらの製造上の制約により、ピーク濃度が制限され、ＩＣＴＪ３０２の層を薄く信頼性良く成長させる方法が制限される。Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｎのようなＶＩ族ドーパントは、合計ドーパント濃度を打ち消すドナー及びアクセプタの両方として作用して、これらのドーパントの活性化率を、約１０１８ｃｍ−３の濃度〜１０１９ｃｍ−３の低濃度の範囲に制限する。Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇのようなＩＩ族ドーパントは、格子内を移動し易く、後続のエピタキシャルプロセス中に高濃度領域から遠ざかるように拡散する。これにより、ＩＩ族ドーパントを使用して、ＩＣＴＪ３０２をエピタキシャル成長させるために必要な高ドーパント濃度を達成するという適用可能性が低くなる。
【００２４】
次に、図４を参照するに、デルタドープ層を有する多接合太陽電池４００が示される。デルタドープ層を有する多接合太陽電池４００は、上部セル１０２及び下部セル１０４と、デルタドープ層を有する相互接続トンネル接合、又はδドープＩＣＴＪ４０２とを備える。δドープ層４０４は、約２０オングストロームの幅を持ち、且つ１０２０ｃｍ−３のピークドーパント濃度を有する薄い高濃度ドープ層である。δとは、ディラックデルタ関数に近いδドープ層のドーピングプロファイルの形状を指している。ディラックデルタ関数又はδは、１点で無限大になり、他の全ての点でゼロになる関数である。δドープ層４０４は、δドープＩＣＴＪ４０２内に配置され、実効ＮＡまたＮＤドーパント部分に加わって、δドープＩＣＴＪ４０２層のピークトンネル電流を大きくする。δドープ層４０４は、δドープＩＣＴＪ４０２のトンネル電流伝達能力を、約２倍だけ、δドープ層４０４を持たない図３のＩＣＴＪ３０２よりも大きくする。これは、δドープトンネル接合の電圧−電流グラフ４０８にも示され、このグラフは、逆バイアスδドープＩＣＴＪ４０２に対応するδドープトンネル電流４０６が、δドープ層４０４を持たないＩＣＴＪ３０２に対応するトンネル電流３０８を表わす曲線よりも約２倍の急勾配になることを示している。
【００２５】
次に、図５を参照するに、δドープＩＣＴＪ４０２が拡大図で示されている。高濃度ドープｐ＋型層３０４及び高濃度ドープｎ＋型層３０６が接合して、逆バイアス接合２０６を形成する。ｎ型δドープ層５０２は、高濃度ドープｎ＋型層３０６内で、高濃度ドープｐ＋型層３０４にごく接近するように変位している。ｎ型δドープ層５０２を、高濃度ドープｐ＋型層３０４に接近するように配置することにより、電子が逆バイアス接合２０６を横切って移動する必要がある距離を短くし、電子が逆バイアス接合２０６を横切る前に再結合する機会を減らして、ピークトンネル電流密度を増やしている。ドーパント濃度のグラフ５０４は、δドープＩＣＴＪ４０２内のｐドーパント濃度５０６、ｎドーパント濃度５０８、及びｎ型δドープ濃度５１０に関連するドーパント濃度レベルの概略を示している。ｎ型δドープ濃度５１０の一部は、δドープ層の幅が狭いことによって濃度の測定が難しくなっているので、点線で示すように推定される。
【００２６】
別の実施形態では、ｎ型δドープ層５０２は、高濃度ドープｐ＋型層３０４にじかに隣接する。他の実施形態では、ｎ型δドープ層５０２は、高濃度ドープｎ＋型層３０６内の中心に位置し、下部セル１０４により接近する方向に変位し、下部セル１０４と高濃度ドープｎ＋型層３０６との間に配置される。別の実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２は、ｐ型δドープ層（図示せず）を高濃度ドープｐ＋型層３０４内に含む。更に別の実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２は、高濃度ドープｐ＋型層３０４内のｐ型δドープ層、及び高濃度ドープｎ＋型層３０６内のｎ型δドープ層５０２の両方を利用する。別の実施形態では、ＩＣＴＪ３０２は、下部セル１０４と基板１０６との間に配置される。更に別の実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２は、下部セル１０４と基板１０６との間に配置される。他の実施形態では、一つ以上のδドープＩＣＴＪ３０２、及び／又は一つ以上のδドープＩＣＴＪ４０２は、デルタドープ層を有する多接合太陽電池４００内の隣接するセルの間に配置されるか、又はセルと、これらには限定されないが、電気接続ポイント及び電気接続層を含む他の構造との間に配置される。
【００２７】
これまでの図及び記述では、各セル１０２、１０４を、ｎ−ｏｎ−ｐ型接合ダイオードであるとして、δドープＩＣＴＪ４０２をｐ−ｏｎ−ｎトンネル接合であるとして示してきたが、これは例示のために過ぎない。他の実施形態では、複数のセル１０２、１０４を設け、各セル１０２、１０４を隣接するセル１０２、１０４からδドープＩＣＴＪ４０２によって分離される。他の実施形態では、デルタドープ層を有する多接合太陽電池４００は、ｐ−ｏｎ−ｎ型接合ダイオードである複数のセル１０２、１０４を備え、各セル１０２、１０４を隣接するセル１０２、１０４から、ｎ−ｏｎ−ｐトンネル接合であるδドープＩＣＴＪ４０２によって分離される。
【００２８】
種々の実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２及び各セル１０２、１０４の隣接部分は、同じｐ／ｎ型のドーピングを有し、これらの隣接部分の両方にアクセプタ型ＮＡドーパントを使用するか、又はこれらの隣接部分の両方にドナー型ＮＤドーパントを使用するかのいずれかである。δドープＩＣＴＪ４０２の非隣接部分は、相補の関係にあるｐ／ｎ型のドーピングを有する。例えば、セル１０２、１０４の隣接部分がｐ型半導体材料である場合、δドープＩＣＴＪ４０２の隣接部分もｐ型半導体材料であり、これらの隣接部分の両方が、アクセプタ型ＮＡドーパントを含む。δドープＩＣＴＪ４０２の他方の部分は、相補の関係にあるｎ型半導体材料であり、ドナー型ＮＤドーパントを含む。δドープＩＣＴＪ４０２及びセル１０２、１０４の隣接部分には、同じアクセプタ／ドナー型ドーパントを使用するが、一つの実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２及びセル１０２、１０４の隣接部分には、同じドーパントを使用し、別の実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２及びセル１０２、１０４の隣接部分には、異なるドーパントを使用する。一つの実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２及びセル１０２、１０４の隣接部分には、同じ母体半導体材料を使用する。一つの実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２及びセル１０２、１０４の隣接部分には、異なる母体半導体材料を使用する。一つの実施形態では、δドープＩＣＴＪ４０２の両方の部分には、同じ母体半導体材料を使用する。一つの実施形態では、これらの部分は、異なる母体半導体材料から成る。
【００２９】
次に、図６を参照するに、一つの非限定的な例では、δドープＩＣＴＪ製造プロセスは、Ｇｅ基板１０６を用意する（６０２）ことにより始まる。Ｇｅ基板１０６の上に、ｎ−ｏｎ−ｐＧａＩｎＡｓ下部セル１０４をエピタキシャル成長させる（６０４）。下部セル１０４が完成した後、δドープＩＣＴＪ４０２の高濃度ドープｎ＋型ＧａＩｎＡｓ層３０６のエピタキシャル成長を開始する（６０６）。次に、成長工程６０６を約１分間だけ中断し、Ｓｉ２Ｈ６流を４．５ｘ１０−２マイクロモル／分の流量で、合計ドーズ量４．５ｘ１０−２マイクロモルだけ蒸気雰囲気下で、或る量のＰＨ３と一緒に堆積させて、δドープ層４０４を形成する（６０８）。任意工程として、高濃度ドープｎ＋型層３０６の残りの部分を成長させ続ける（６１０）。次に、高濃度ドープｐ＋型ＧａＩｎＡｓ層３０４をエピタキシャル成長させる（６１２）。最後に、ｎ−ｏｎ−ｐＧａＩｎＰ上部セル１０２をエピタキシャル成長させる（６１４）。
【００３０】
一つの実施形態では、Ｓｉ２Ｈ６ではなく、Ｓｉ２Ｈ４を使用する。一つの実施形態では、セル１０２、１０４はｐ−ｏｎ−ｎセルであり、δドープＩＣＴＪ４０２はｎ−ｏｎ−ｐトンネル接合である。一つの実施形態では、δドープ層４０４は、高濃度ドープｐ＋型ＧａＩｎＡｓ層３０４をエピタキシャル成長させる工程６１２中に堆積させる（６０８）。一つの実施形態では、堆積工程６０８において、δドープ層４０４を、シリコン層を当業者に公知の如く、堆積させる他の方法及びプロセス工程を使用して形成する。
【００３１】
他の実施形態では、Ｐドーパントの各Ｐドーパントは、ＩＩ、ＩＶ、又はＶ族元素のうちの１つの族の元素から選択され、Ｎドーパントの各Ｎドーパントは、ＩＶ族又はＶＩ族元素のうちの１つの族の元素から選択される。更に別の実施形態では、基板、サブセル、及びトンネル接合材料は、半導体材料からそれぞれ選択され、これらの半導体材料は、結晶、多結晶を含むゲルマニウム、シリコンと、二セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むアモルファスシリコン、多結晶薄膜と、薄膜シリコンと、砒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓ）及びリン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）を含む結晶薄膜とを含む。他の実施形態では、基板、サブセル、及びトンネル接合材料は、合金ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＥｒＰ、ＥｒＡｓ、ＥｒＧａＡｓ、ＥｒＩｎＡｓから選択される。
【００３２】
図面に示され、且つ上に記述される本発明の実施形態は、添付の請求項の範囲内で実施することができる多くの実施形態の例示である。δドープ相互接続トンネル接合の多くの他の構成は、開示されるアプローチを利用して考案することができると考えられる。本出願人は、本願から発生する特許の範囲が添付の請求項の範囲によってのみ制限されるものであると考える。
【図１】
2015201659.tif 000004
【図２】
2015201659.tif 000005
【図３】
2015201659.tif 000006
【図４】
2015201659.tif 000007
【図５】
2015201659.tif 000008
【図６】
2015201659.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月30日(2015.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デルタドープ相互接続トンネル接合（４０２）を形成する方法であって：
トンネルダイオードの第１層をエピタキシャル成長させる工程（６０４）であって、前記第１層に第１ドーパントを使用する工程（６０４）と；
前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程（６０６）と；
前記第１ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型の第２ドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記第２ドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記第１ドーパントの濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達する工程（６０８）と；
前記トンネルダイオードの第２層をエピタキシャル成長させる工程（６１２）であって、前記第２層に、前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントと相補の関係にあるアクセプタ／ドナー型の第３ドーパントを使用する工程（６１２）と
を含む方法。
【請求項２】
前記堆積させる工程の後に、前記第１ドーパントを使用して追加層をエピタキシャル成長させる工程（６１０）を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基板（１０６）を用意する工程と；
第１の光起電性のサブセル（１０４）をエピタキシャル成長させる工程と；
第２の光起電性のサブセルをエピタキシャル成長させる工程（６１４）と
を更に含み、
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）を前記基板（１０６）の上に成長させ、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）を前記第１の光起電性のサブセル（１０４）の上に成長させ、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）を前記トンネルダイオード（３０４）の前記第２層の上に成長させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する材料を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する材料を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記デルタドープ層（４０４）内の前記ドーパント濃度が、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）内の前記第１ドーパントの前記濃度の略１０倍高い、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記デルタドープ層が１０２０ｃｍ−３を上回るドーパント濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントは、アクセプタ型の、ＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、前記第３ドーパントは、ドナー型の、ＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである、請求項１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図面に示され、且つ上に記述される本発明の実施形態は、添付の請求項の範囲内で実施することができる多くの実施形態の例示である。δドープ相互接続トンネル接合の多くの他の構成は、開示されるアプローチを利用して考案することができると考えられる。本出願人は、本願から発生する特許の範囲が添付の請求項の範囲によってのみ制限されるものであると考える。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
第１ｐ／ｎ型の半導体材料のトンネルダイオードの第１層（３０４）と；
前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有するデルタドープ層（４０４）であって、前記第１層よりも実質的に薄く、前記第１層のドーパント濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達しており、且つ前記第１層の上に堆積している前記デルタドープ層（４０４）と；
前記トンネルダイオードの前記第１層（３０４）、及び前記デルタドープ層（４０４）と相補の関係にある第２ｐ／ｎ型の半導体材料の前記トンネルダイオード層の第２層（３０６）であって、前記デルタドープ層（４０４）上にエピタキシャル成長させた前記第２層（３０６）と；
前記トンネルダイオードによって電気的に接続された少なくとも２つの光起電性のサブセル（１０２、１０４）と
を備える多接合太陽電池（４００）。
（態様２）
前記デルタドープ層と前記第２層との間に、前記第１ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を更に備えている、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様３）
前記デルタドープ層（４０４）が、相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料と同様のｐ／ｎ型のドーピングを有している、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様４）
前記第１層と前記デルタドープ層（４０４）との間に、相補の関係にある前記第２ｐ／ｎ型の半導体材料の追加層を更に備えている、態様３に記載の多接合太陽電池。
（態様５）
基板と；
前記基板（１０６）の上にエピタキシャル成長させた第１の光起電性のサブセル（１０４）と；
前記トンネルダイオード（４０２）の前記第２層（３０４）の上にエピタキシャル成長させた第２の光起電性のサブセル（１０２）と
を更に備え；前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）が、第１の光起電性のサブセル（１０４）の上にエピタキシャル成長させたものである、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様６）
複数の光起電性のサブセル（１０４、１０２）を更に備え、前記複数の光起電性のサブセルの各々が、デルタドープ層（４０４）を有するトンネルダイオード（４０２）によって分離されている、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様７）
前記デルタドープ層（４０４）内の前記ドーパント濃度が前記第１層の前記ドーパント濃度の略１０倍高い、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様８）
前記デルタドープ層（４０４）の前記ドーパント濃度が１０２０ｃｍ−３よりも高い、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様９）
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１０）
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含んでいる、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１１）
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が砒化ガリウムインジウムを含み、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）がリン化ガリウムインジウムを含んでいる、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１２）
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する材料を含んでいる、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１３）
前記トンネルダイオード（４０２）が、砒化ガリウム、砒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウム、及び砒化アルミニウムガリウムから成るグループから選択される半導体材料を含んでいる、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１４）
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）及び前記第２の光起電性のサブセル（１０２）がｎ−ｏｎ−ｐサブセルであり；前記第１層及び前記デルタドープ層（４０４）がＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のｎ型ドープ半導体材料であり、前記第２層がＩＶ族又はＶＩ族のｐ型ドープ半導体材料である、態様１に記載の多接合太陽電池。
（態様１５）
デルタドープ相互接続トンネル接合（４０２）を形成する方法であって：
トンネルダイオードの第１層をエピタキシャル成長させる工程（６０４）であって、前記第１層に第１ドーパントを使用する工程（６０４）と；
前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程（６０６）と；
前記第１ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型の第２ドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記第２ドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記第１ドーパントの濃度よりも実質的に高いドーパント濃度に達する工程（６０８）と；
前記トンネルダイオードの第２層をエピタキシャル成長させる工程（６１２）であって、前記第２層に、前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントと相補の関係にあるアクセプタ／ドナー型の第３ドーパントを使用する工程（６１２）と
を含む方法。
（態様１６）
前記堆積させる工程の後に、前記第１ドーパントを使用して追加層をエピタキシャル成長させる工程（６１０）を更に含む、態様１５に記載の方法。
（態様１７）
基板（１０６）を用意する工程と；
第１の光起電性のサブセル（１０４）をエピタキシャル成長させる工程と；
第２の光起電性のサブセルをエピタキシャル成長させる工程（６１４）と
を更に含み、
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）を前記基板（１０６）の上に成長させ、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）を前記第１の光起電性のサブセル（１０４）の上に成長させ、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）を前記トンネルダイオード（３０４）の前記第２層の上に成長させる、態様１５に記載の方法。
（態様１８）
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する材料を含む、態様１７に記載の方法。
（態様１９）
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する材料を含む、態様１８に記載の方法。
（態様２０）
前記デルタドープ層（４０４）内の前記ドーパント濃度が、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層（３０６）内の前記第１ドーパントの前記濃度の略１０倍高い、態様１５に記載の方法。
（態様２１）
前記デルタドープ層が１０２０ｃｍ−３を上回るドーパント濃度を有する、態様１５に記載の方法。
（態様２２）
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、態様１５に記載の方法。
（態様２３）
前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントは、アクセプタ型の、ＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、前記第３ドーパントは、ドナー型の、ＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである、態様１５に記載の方法。
（態様２４）
デルタドープ層（４０４）を有する相互接続トンネル接合（４０２）を有する多接合太陽電池であって、
（ａ）基板を用意する工程（６０２）と；
（ｂ）第１の光起電性のサブセルを前記基板の上にエピタキシャル成長させる工程（６０４）と；
（ｃ）トンネルダイオードの第１層を、前記第１の光起電性のサブセルの上にエピタキシャル成長させる工程（６０６）であって、前記第１層に、前記第１の光起電性のサブセルの接合部分のアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６０６）と；
（ｄ）前記トンネルダイオードの前記第１層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程と；
（ｅ）前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第１層内の前記ドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）と；
（ｆ）前記トンネルダイオードの第２層を前記デルタドープ層の上にエピタキシャル成長させる工程（６１２）であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６１２）と
を含むプロセスにより形成される多接合太陽電池。
（態様２５）
（ｇ）前記デルタドープ層を堆積させる前記工程（ｅ）の後で、且つ前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程（ｆ）の前に、前記ドーパントを使用して前記第１層の追加部分をエピタキシャル成長させる工程（６１４）を更に含む、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様２６）
前記工程（ｅ）が：
（ｅ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の前記相補の関係にあるドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）である、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様２７）
前記工程（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）が：
（ｃ）前記トンネルダイオードの第２層を、前記トンネルダイオードの前記第１層の上にエピタキシャル成長させる工程（６０６）であって、前記第２層に、前記トンネルダイオードの前記第１層の前記ドーパントと相補の関係にある異なるアクセプタ／ドナー型のドーパントを使用する工程（６０６）；
（ｄ）前記トンネルダイオードの前記第２層をエピタキシャル成長させる前記工程を中断する工程；及び
（ｅ）相補の関係にある前記ドーパントと同じアクセプタ／ドナー型のデルタドーパントのデルタドープ層を、前記トンネルダイオードの前記第２層の上に堆積させる工程（６０８）であって、前記デルタドープ層内の前記デルタドーパントが、前記トンネルダイオードの前記第２層内の前記相補の関係にあるドーパントの濃度よりも実質的に高いデルタドーパント濃度に達する工程（６０８）である、
態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様２８）
前記第１の光起電性のサブセル（１０４）が、前記第２の光起電性のサブセル（１０２）よりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含む、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様２９）
前記トンネルダイオード（４０２）が、前記第１の光起電性のサブセル（１０４）と等しいか、又は前記第１の光起電性のサブセル（１０４）よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料を含む、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様３０）
前記デルタドープ層（４０４）内の前記デルタドーパント濃度が、前記トンネルダイオード（４０２）の前記第１層内の前記ドーパントの前記濃度の略１０倍高い、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様３１）
前記デルタドープ層（４０４）が１０２０ｃｍ−３を上回るデルタドーパント濃度を有している、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様３２）
前記デルタドープ層（４０４）の幅が略２０オングストロームである、態様２４に記載の多接合太陽電池。
（態様３３）
前記ドーパントがアクセプタ型のＩＩ族、ＩＶ族、又はＶ族のドーパントであり、相補の関係にある前記ドーパントがドナー型のＩＶ族又はＶＩ族のドーパントである、態様２４に記載の多接合太陽電池。
【外国語明細書】
2015201659000001.pdf