(57)【要約】  この公開は、超高効率単一および多接合薄膜フィルム太陽電池を対象としている。本公開はまた、複合パラボラ形状金属薄膜集光装置に仕上げられたプラスチックまたは金属薄膜と接合するような、接着剤なしで、信頼性があり、および軽量の基板への冷間圧接接合に用いられる基板にダメージのないエピタキシャルリフトオフ（「ＥＬＯ」）プロセスを対象としている。低コスト太陽電池の製造および組み込まれた集光器に仕上げられた薄膜基板上の太陽強度集中薄型フィルム太陽電池の超高効率を組み合わせることで、本明細書に記載されるように、モジュール自身のコストのさらなる低下だけでなく、基礎構造中の顕著なコストの減少の両方を達成する。
2014523132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と接合した金属接合と、
前記金属接合と接合した活性光起電性領域と、
１つ以上の第１の保護層（この際、少なくとも１つの前記第１の保護層がＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む）と、
ＡｌＡｓ層と、
１つ以上の第２の保護層（この際、少なくとも１つの前記第２の保護層がＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む）と、
ＧａＡｓおよびＩｎＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む第２の基板と、
を含む薄膜フィルム太陽電池。
【請求項２】
２つの第１および／または第２の保護層を含む、請求項１に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項３】
３つの第１および／または第２の保護層を含む、請求項１に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項４】
前記第１の基板がプラスチックまたは金属膜を含む、請求項１に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項５】
前記第１の基板がポリイミドフィルムを含む、請求項４に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項６】
前記金属接合がＡｕ、ＡｇおよびＣｕより選ばれる少なくとも1つの金属を含む、請求項１に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項７】
前記金属接合がＡｕを含む、請求項６に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項８】
前記金属接合がＣｕを含む、請求項６に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項９】
薄膜フィルム太陽電池は太陽光集光器に組み込まれており、前記太陽光集光器は複合パラボラ集光器またはウィンストン集光器から選ばれる形状に成形されている、請求項１に記載の薄膜フィルム太陽電池。
【請求項１０】
第１の基板上に、１つ以上の第１の保護層（この際、少なくとも１つの前記保護層はＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる化合物を含む）を成長させることと、
ＡｌＡｓ層を成長させることと、
１つ以上の第２の保護層（この際、少なくとも１つの前記保護層はＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる化合物を含む）を成長させることと、
前記第２の保護層上に少なくとも１つの活性光起電性セル層を堆積することと、
前記活性光起電性セル層の上部を金属でコートすることと、
第２の基板を金属でコートすることと、
２つの金属表面を互いに押し付けて冷間圧接接合させることと、
前記ＡｌＡｓ層を選択的化学エッチングで除去すること、
を含むエピタキシャルリフトオフ処理を実行する方法。
【請求項１１】
各追加保護層は選択的化学エッチングで除去される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の基板は溶剤で洗浄され、酸化被膜を形成するための処理をされる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の基板がプラスチックまたは金属膜から選ばれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の基板がポリイミドフィルムから選ばれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属接合がＡｕ、ＡｇおよびＣｕより選ばれる少なくとも1つの金属を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属接合がＡｕを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属接合がＣｕを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月１１日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６１／５０５，０１４の利益を主張し、その全体が参照により本願に引用される。
【０００２】
共同研究契約
本開示の対象は、1つ以上の以下の合同大学法人研究協定の参加者の恩恵により、および／または関係して、作成された：ミシガン大学およびグローバルフォトニックエナジーコーポレーション（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。この協定は有効であり、および本開示の対象が準備された日以前に存在し、並びにこの協定の範囲内で着手された活動の結果より作成された。
【０００３】
本開示は、超高効率単一および多接合薄膜フィルム太陽電池を対象としている。本開示はまた、複合パラボラ形状金属薄膜集光装置に仕上げられたプラスチックまたは金属薄膜と接合するような、接着剤なしで、信頼性があり、および軽量の基板への冷間圧接接合に用いられる基板にダメージのないエピタキシャルリフトオフ（「ＥＬＯ」）プロセスを対象としている。
【背景技術】
【０００４】
光電子デバイスは電気的に電磁放射線を生成もしくは検出するか、または周囲の光電磁放射線より電気を生成する材料の光学的、および電気的な特性に依存している。
【０００５】
光電性光電子デバイスは電磁放射線を電気へと変換する。太陽電池は、光起電性（ＰＶ）デバイスとも呼ばれるが、特に電気的な力を生むのに使用される光電性光電子デバイスである。例えば、照明、暖房、若しくは電気回路または計算機、ラジオ、コンピュータまたは遠隔モニタリングまたは通信設備のようなデバイスに電力を供給することのように、日光以外の光源から電気エネルギーを生成することができるＰＶデバイスは、与える負荷を消費するための駆動力として生かされることができる。これらの電力生成の応用はまた、多くの場合はバッテリーまたは他のエネルギー貯蔵デバイスを充電することを含むので、太陽またはその他の光源からの直接照射は有効ではないときでも、駆動を続けることができ、また特定の応用の要求に用いるＰＶデバイスの出力のバランスを取り続けることができる。ここで、用語「負荷抵抗」は任意の電力を消費するまたは貯蔵する回路、デバイス、機器またはシステムを意味する。
【０００６】
その他のタイプの光電性光電子デバイスは光伝導体セルである。この機能中で、信号検出回路は、光吸収に起因する電荷を検出する装置の抵抗を監視する。
【０００７】
その他のタイプの光電性光電子デバイスは光検出器である。動作中、光検出器が電磁放射線にさらされ、供給されたバイアス電圧を有していてもよいとき、光検出器は生成した電流を測定電流検出回路と併せて使用される。ここで記載された検出回路は光検出器へ電圧を供給することができ、光検出器の電磁放射線へ対する電気的な応答を測定することができる。
【０００８】
これらの光電性光電子デバイスの３つの分類は以下で定義される整流作用接合が存在するか否かに従って、またデバイスがバイアスやバイアス電圧として知られる外部供給電圧で駆動されるか否かに従って特徴づけられてもよい。光伝導体セルは整流作用接合を有さず、通常バイアスで駆動される。ＰＶデバイスは少なくとも１つの整流作用接合を有し、バイアス電圧なしで駆動される。光検出器は少なくとも１つの整流作用接合と、常にではないが通常はバイアス電圧で駆動される。一般的な規則では、光導電体セルは回路、装置または機器に電力を供給するが、検出回路を制御するための信号または電流は供給せず、検出回路から情報を出力しない。反対に、光検出器や光伝導体は検出回路を制御するための信号または電流を供給し、若しくは検出回路から情報を出力するが、回路、装置、または機器に電力を供給しない。
【０００９】
伝統的に、光電性光電子デバイスは多数の無機半導体、例えば結晶、多結晶およびアモルファスシリコン、ガリウムヒ素、テルル化カドミウムなどより構成されてきた。ここで「半導体」という用語は電荷キャリアが熱的または電磁的な励起により誘起されたときに電気を通すことができる材料を意味する。「光伝導性」という用語は通常、キャリアが材料中で電荷が通ることができる、すなわち移動できるように、電磁的放射エネルギーが吸収され、電荷キャリアの励起エネルギーに変換されるプロセスに関係する。「光伝導体」および「光伝導性材料」という用語はここでは、電磁放射線を吸収して電荷キャリアを生成する特性より選択された半導体材料を表すのに用いられる。
【００１０】
ＰＶデバイスは入射太陽光を有益な電力に変換することができる能力により特徴づけられてもよい。結晶性シリコンまたはアモルファスシリコンを利用したデバイスは商業的応用を支配しており、２３％以上の効率を達成しているものもある。しかしながら、高効率な結晶性デバイス、特に広い表面積を有するものは、重大な効率を低下させる欠陥なしに大きな結晶を製造することに内在する問題のため、生産することが困難および高価である。一方、高効率なアモルファスシリコンデバイスはまだ安定性の問題に悩まされている。現在の商業的に入手できるアモルファスシリコンセルは４〜８％の安定化された効率を有する。さらに最近の試みでは、許容できる光電変換効率を経済的な製造コストで達成する有機光起電性セルの使用に注目している。
【００１１】
ＰＶデバイスは、光電流×光起電力の最大の積として、標準照射条件下（例えば、１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５スペクトル照射の標準試験条件）での最大電力生成で最適化されても良い。上記のセルの標準照射条件下での電力変換効率は以下の３つのパラメータに依存する。（１）ゼロバイアス下での電流（すなわち短絡回路電流ＩＳＣ）、単位はアンペア、（２）開路状態下での光起電力（すなわち開路電圧ＶＯＣ）、単位はボルト、および（３）曲線因子（ｆｆ）。
【００１２】
ＰＶデバイスは、負荷の両端に接続され光照射されたときに光生成電流を生成する。無限負荷下で照射されたとき、ＰＶデバイスは最大可能電圧、Ｖｏｐｅｎ−ｃｕｒｃｕｉｔ（すなわち、ＶＯＣ）を生成する。電気接点が短絡している状態で照射されるとき、ＰＶデバイスは最大可能電流Ｉｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ（すなわち、ＩＳＣ）を生成する。実際に電力の生成に使用されるとき、ＰＶデバイスは有限抵抗負荷に接続されており、電流と電圧の積、Ｉ×Ｖで与えられる電力を出力する。ＰＶデバイスで生成した最大の全電力は本質的にＩＳＣ×ＶＯＣの積を超えることができない。負荷の値が最大電力抽出のために最適化されるとき、電流および電圧はそれぞれＩｍａｘおよびＶｍａｘの値を有する。
【００１３】
ＰＶデバイスの性能指数は曲線因子（ｆｆ）であり、下記で定義される。
【００１４】
ｆｆ＝｛Ｉｍａｘ  Ｖｍａｘ｝／｛ＩＳＣ  ＶＯＣ｝          （１）
ここで、ＩｓｃおよびＶｏｃは実際の使用では同時には決して得られないので、ｆｆは常に１未満である。それにも関わらずｆｆを１に近づけることで、デバイスはより小さい直列のまたは内部の抵抗を有することになり、その結果、最適状況下で負荷に対してより大きなＩＳＣおよびＶＯＣの積の百分率を送ることになる。Ｐｉｎｃがデバイスの入射電力であるとき、デバイスの電力効率（γＰ）は以下の式により計算することができる。
【００１５】
γＰ＝ｆｆ×（ＩＳＣ×ＶＯＣ）／Ｐｉｎｃ
最適なエネルギーの電磁放射線が半導体有機材料、例えば、有機分子結晶（ＯＭＣ）材料、またはポリマーに入射したとき、フォトンは励起分子状態を作成するために吸収されることができる。これはＳ０＋ｈνΨＳ０＊の記号で表される。ここでＳ０およびＳ０＊はそれぞれ基底分子状態および励起分子状態を意味する。エネルギーの吸収はＨＯＭＯエネルギー準位、Ｂ帯の束縛状態からＬＵＭＯエネルギー準位、Ｂ＊帯への電子の昇位、同時にＬＵＭＯエネルギー帯からＨＯＭＯエネルギー帯へのホールの昇位に関係している。有機薄膜フィルム光伝導体では、生成された分子状態は一般的には励起子（すなわち、電子およびホールのペア）で束縛状態中にあるもので、疑似粒子として輸送されるものであると考えられている。励起子は、他のペアの電子およびホールの再結合とは対照的に、元の電子およびホールが互いに再結合するプロセスを言う対再結合の前にかなりの寿命を有することができる。一般的には２つの異種接合有機薄膜間のドナー−アクセプタ界面で、電子およびホールのペアは分離される。もし電荷が分離しなければ対再結合プロセスで再結合することができ、それらは入射光よりもエネルギーの低い光を発する放射し、または熱を発生させて放射せずに失活することも知られている。光電性光電デバイスでは、これらの結果のいずれかが好ましくない。
【００１６】
電場または接点の不均等性は、ドナー−アクセプタ界面においては励起子を分離させるよりもむしろ失活させ、結果として電流への最終的な寄与はない。それ故、接点から光生成励起子を離した状態で維持することが要求される。これは接合近くの領域への励起子の拡散を限定する効果であり、関連電場は接合近くの励起子の分離により放出される電荷を分離するための機会を増加させる結果となる。
【００１７】
半導体の十分な量を満たす内部生成電場を発生させるための通常の方法は、適切に選択された導電性（特に分子量子エネルギー状態の分布に関して）を有する材料の２つの層を並べることである。これら２つの材料の界面は光起電性接合と呼ばれる。従来の半導体理論では、ＰＶ接合を形成するための材料はｎ型またはｐ型のいずれかとなるように製造されうる。ここでｎ型は多数キャリアの型が電子であることを表す。これは相対的に自由なエネルギー状態である多数の電子を有する材料としてみることができる。ここでｐ型は多数キャリアの型がホールであることを表す。このような材料は相対的に自由なエネルギー状態にある多数のホールを有する。素性の型、すなわち光生成しない、多数キャリア濃度は主に、意図されたまたは意図しないでのいずれかによる欠陥または不純物のドーピングに依存する。不純物の型および濃度が、伝導帯の最低エネルギーと価電子帯の最高エネルギーとの間のギャップ内にある、フェルミエネルギー（またはフェルミ準位）の値を決定する。フェルミエネルギーは、占有確率が１／２と等しくなるエネルギーの値で表される、分子量子エネルギー状態の統計の占有で特徴づけられる。伝導帯最低エネルギーに近いフェルミエネルギーは、電子が主要なキャリアであることを示す。価電子帯最高エネルギーに近いフェルミエネルギーは、ホールが主要キャリアであることを示す。その結果、フェルミエネルギーは主に従来の半導体特性を特徴づけており、原型的なＰＶ構造は伝統的にｐ−ｎ接合であった。
【００１８】
「整流作用」という用語は、とりわけ、界面が非対称な伝導特性を有する、すなわち、界面が一方向の電荷移動を好んで支援することを示す。整流は一般的に最適に選択された材料間のヘテロ接合で生じるビルトイン電場に関連する。
【００１９】
本明細書によって使用され、一般的に当業者により理解されているように、仮に第１のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近いとすると、第１の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）または「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位は、第２のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯよりも「大きい」または「高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は真空準位に対する負のエネルギーとして測定されるので、より高いＨＯＭＯエネルギー準位はより小さい絶対値を有するＩＰ（より小さい負のＩＰ）に対応する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位はより小さい絶対値を有する電子親和力（ＥＡ）（より小さい負のＥＡ）に対応する。真空準位が上にある標準的なエネルギー準位図では、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「より高い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、より低いＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位よりも上述の図の上部により近く表れる。
【００２０】
有機材料においては、「ドナー」および「アクセプタ」という用語は２つの接しているが異なる有機材料のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位の相対的な位置を示す。これは、無機におけるこれらの用語の使用である、「ドナー」および「アクセプタ」は、それぞれ無機ｎおよびｐ型層を成形するために用いられるドーパントの型を示しても良いことと対照的である。有機においては、仮に他と接する片方の材料のＬＵＭＯエネルギー準位がより低いときは、その結果その材料はアクセプタである。反対の場合それはドナーである。外部バイアスの不存在下では、ドナー−アクセプタ接合は、電子にとってはアクセプタ材料へと移動することが、ホールにとってはドナー材料へと移動することがエネルギー的に有利である。
【００２１】
有機半導体の重要な特性はキャリア移動度である。移動度は外部電場に応えて電荷キャリアが導体を通り抜け移動できる容易さを評価する。有機光電性デバイスにおいては、高い電子移動度に起因して電子が優先的に伝導する材料を含む層を電子輸送層、またはＥＴＬと呼ぶことができる。高いホール移動度に起因してホールが優先的に伝導する材料を含む層をホール輸送層、またはＨＴＬと呼ぶことができる。必須ではないが、望ましくは、アクセプタ材料がＥＴＬでドナー材料がＨＴＬである。
【００２２】
従来の無機半導体ＰＶセルは内部電場を設けるためにｐ−ｎ接合を採用している。ＴａｎｇによりＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８，１８３（１９８６）で報告されているように、初期の有機薄膜フィルムセルは従来の無機ＰＶセルに採用されていたものと類似するヘテロ接合を含む。しかしながら、現在ではｐ−ｎ接合の設置に加え、ヘテロ接合のエネルギー準位の補正もまた重要な役割を果たすことが認識されている。
【００２３】
有機Ｄ−Ａヘテロ接合のエネルギー準位の補正は、有機材料の光生成プロセスの基本的な性質に起因して、有機ＰＶデバイスの駆動にとって重要であると考えられている。有機材料の光学励起においては、局在フレンケルまたは電荷輸送励起子が生成される。電気的検出または電流生成が生じるために、束縛励起子は電子およびホールの構成要素に解離させなければならない。上記のプロセスはビルトイン電場により引き起こすことができるが、一般的に有機デバイスに見られるその電場（Ｆ〜１０６Ｖ／ｃｍ）における効率は低い。有機材料における最も効率的な励起子の解離はドナー−アクセプタ（Ｄ−Ａ）界面で生じる。上記界面において、低いイオン化ポテンシャルを有するドナー材料が高い電子親和力を有するアクセプタ材料とヘテロ接合を形成する。ドナーおよびアクセプタ材料のエネルギー準位の並びにもよるが、励起子の解離は上記界面においてエネルギー的に好ましくなることができ、アクセプタ材料中に自由電子ポーラロンおよびドナー材料中に自由ホールポーラロンを生じさせる。
【００２４】
有機ＰＶセルは、従来のシリコンベースのデバイスと比較して多くの潜在的な利点を有している。有機ＰＶセルは軽量で、使用する材料は経済的であり、またフレキシブルなプラスチック薄膜のような低コストの基板上に堆積させてもよい。しかしながら、有機ＰＶデバイスは一般的に相対的に低い量子効率（吸収されたフォトンに対する生成されたキャリアペアの割合、または電磁放射線に対する電力変換効率）を有し、約１％以下である。しかしながら、これはある程度は光伝導プロセス固有の二次的性質に起因するものである。キャリア生成は励起子生成、拡散、およびイオン化または収集を要求する。これらのプロセスの各々に関係する効率γが存在する。下付き文字は以下のように用いられる。Ｐは電力効率、ＥＸＴは外部量子効率、Ａはフォトン吸収、ＥＤは拡散、ＣＣは収集、およびＩＮＴは内部量子効率である。これらの表記を用いると、
γＰ〜γＥＸＴ＝γＡ×γＥＤ×γＣＣ
γＥＸＴ＝γＡ×γＩＮＴ
励起子の拡散長（ＬＤ）は一般的に光吸収長（〜５００Δ）よりもずっと短く（ＬＤ〜５０Δ）、使用する厚さおよびそれ故の抵抗、多数のまたは高度に組み合わされた界面を有するセル、または低い光吸収効率のセルの間でトレードオフを要求する。
【００２５】
等方性吸収媒質を通る電磁放射線の入射束の強度減少は一般的にＩ＝Ｉ０ｅ−αｘで与えられ、ここでＩ０は初期位置（Ｘ−０）での強度、αは吸光係数、ｘはｘ＝０からの深さである。それ故、強度は束が媒質中を通り前進するに従って指数関数的に減少する。それに応じて、吸収媒質の膜厚がより厚いとき、または仮に吸収定数を増加できるときは、より多くの光が吸収される。一般的に、任意の光伝導性媒質の吸収定数は調整できない。ある光伝導性材料、例えば、３，４，９，１０ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、または銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）は、高いバルク低効率に起因して極めて厚い層は好ましくない。
【００２６】
最適に光を再反射または再利用して何回か任意の光伝導性材料の薄膜フィルムを通すことで、任意の光伝導性材料を通る光路は、相当のバルク抵抗の付加を招くことなく、結果として増加させることができる。効率的に電磁束を、光伝導性材料を含むキャビティに収集するおよび届けることができ、さらにまた吸収させるためにキャビティに届けられた束を閉じ込めることができる解決策が必要とされている。
【００２７】
より安価で、より効率的な電力の光生成のためのデバイスは、現在より安価な燃料電池に対して競争力のある太陽電力を作成しようとしてきた。潜在的なコスト抑制に起因して、有機光起電デバイス（ＯＰＶｓ）のため、ＣｕＰｃおよびＰＴＣＢＩのような有機光伝導体を材料とすることが試みられている。上記の高いバルク抵抗はこれらの材料の比較的薄型のフィルムを利用することを好ましくする。しかしながら、極薄膜有機光電性層の使用は、効率的なデバイスの作製に対してその他の障害が存在する。上記で説明されたように、極薄膜光電性層は入射放射線の小さい比を吸収するので、それ故、外部量子効率を制限する。
【００２８】
その他の問題は、超薄型フィルムは電極材料の侵入によるショートのような欠陥の影響をより受けることである。本願に参照により引用される米国特許第６，３３３，４５８号には１つ以上の超薄型フィルムＯＰＶのいくつかの問題に対応する励起子ブロッキング層を含む光電性ヘテロ構造が記載されている。しかしながら、フィルムが有機または無機光伝導体かにかかわらず、極薄膜フィルムによる低光吸収の問題に対処するためのその他の解決策が必要とされている。
【００２９】
太陽エネルギー変換の分野でウィンストン集光器として知られる光集中装置を使用することは一般的である。このような集中装置は高い熱勾配が必要とされているところで熱的太陽光集光装置として主に使用されてきた。それほどではないにせよ、これらは光起電太陽変換デバイスとして使用されてきた。しかしながら、上記の応用は、活性光伝導性媒質上の初期入射光で光吸収が生じると予想されたデバイスを対象としてきたと考えられる。仮に超薄型光伝導性層が使用された場合、多くの集中された放射線が吸収されないであろうことが起こり得る。それはデバイスの周辺環境へ反射されて戻るか、基板に吸収されるか、または仮に基板が透明であった場合は単に透過することができる。それ故、集光装置を単独で使用することは薄型光伝導性層による低光吸収の問題を解決しない。放射線検出のための光集中装置は、光電子増倍（「ＰＭ」）管と共に、チェレンコフまたは他の放射線の検出に使用されてきた。ＰＭ管は本発明のＯＰＶのような固体状態検出器とは全く異なる原理、すなわち光電効果、で駆動する。ＰＭ管においては、光吸収媒質、すなわち金属電極、の中での低光吸収は重要ではないが、ここで開示されるＯＰＶとは異なってＰＭ管は高い駆動電圧を要求する。
【００３０】
光の集束および捕捉は薄膜フィルム光起電性太陽電池および光検出器の性能を向上する重要な手段である。しかしながら、上記のような組み合わせで典型的に使用されるミラーは、銀や金のような金属を利用するが、ミラーのスペクトル吸収に起因して、入射フォトンの大きなロスを結果として得る可能性がある。それ故、薄型フィルム光起電セルまたは光検出器中で光の捕捉が増加するための構造に大きなスペクトル範囲でロスを減少させることを提供することは有利となる。
【００３１】
エピタキシャル成長に続く高価な親基板から「リフトオフ」された分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いた成長の薄型、高効率、ＩＩＩ−Ｖ型半導体太陽電池を発明者は近年実現した。親基板からの活性デバイスエピタキシー（〜２μｍ厚）を分離するために一般的にエッチングにより除かれる「犠牲ＥＬＯ層」を囲んで「保護層」が成長させられたという点から、このようなプロセスは過去２０年以上用いられている従来のＥＬＯ技術とは大きく異なる。このプロセスは米国特許第１３／０９９，８５０号に記載されており、本願ではその全体が参照により引用される。複合保護層構造を使用することで、図１に表されたように、親ウエハーの化学的および表面モルフォロジー的な劣化が取り除かれる。
【００３２】
それに応じて、プロセスを経たウエハーの表面は開始時のウエハーよりもより滑らかにすることができ、その表面の化学的性質はまた変化しないで残されている。それ故、さらに、および同様に最終的に除去しやすいエピタキシャル層の成長のための、再利用前のウエハー再研磨の必要をなくする。それ故、新規の親ウエハーはプロセス中に消耗させるまたは変化させることなく、親基板はいつまでも再利用されることができる。実際、薄型フィルム、単結晶、高効率滞納電池活性領域を含むエピタキシャル活性層のみがウエハー表面全体より除去され、その後に第二の薄型フィルム「ホスト」基板と（コスト、重さ、失敗の可能性を追加する接着剤なしで）冷間圧接される
基板はこのプロセスで使用される材料の中で最も高価であるので、多数の再利用方策は材料コストとしてのウエハーを取り除き、その獲得を主要なコストへと変換し、単結晶のＩＩＩ−Ｖ型太陽電池のコスト構造を根本的に変化させる。仮に太陽電池の極薄膜の活性エピタキシャル層はまた、接着剤を使用せずに、金属または金属化されたプラスチック薄膜と結合される場合、結果として得られたモジュールのコスト、重さおよび形状因子はまた好ましく詰め込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、ＩｎＰ型太陽電池のための、本発明の開示によるＥＬＯを表した概略図である。
【図２】図２は、リフトオフされ、およびＡｕコートＫａｐｔｉｏｎに接合された２インチのＩｎＰエピタキシャル層の写真である。ＩＴＯ接触はショットキー太陽電池を形成する。
【図３】図３は、保護層の使用の有無での、新規のエピ準備ＩｎＰ基板と第一と第二のＥＬＯプロセス後の回収された表面の原子間力顕微鏡の画像である。
【図４】図４は試験データと太陽電池パラメータを表す代表的なＧａＰａ  ＰＶセル層構成である。
【図５】図５は、第４象限の電流と電圧および外部量子効率（挿入図）が２３．９％の効率的な初めて成長させたセルと、再利用ウエハー上で成長させた２２．８％の効率的なセルを表した試験データである。
【図６】図６は本開示によるＩｎＰ材料に適応されたのと同様のＥＬＯプロセスを表す模式図である。
【図７】図７はＡｌＡｓ層およびＡｌＡｓリフトオフ層の３層保護の組み合わせの模式図である。
【図８】図８は本開示による多接合セル構成案の模式図である。
【図９】図９は（ａ）従来のＮ／Ｐトンネル接合、および（ｂ）トンネル障壁の減少を示すＮ／ＥｒＰ／Ｐ接合の模式図である。
【図１０】図１０は冷間圧接接合されたＥＬＯ多接合セルと一体化された反射器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
前述したニーズの少なくともいくつかに対処するための努力として、超高効率の単一接合または多接合薄型フィルム太陽電池が開示される。本開示はまた、複合パラボラ形状金属薄膜集光装置に仕上げられたプラスチックまたは金属薄膜と接合するような、接着剤なしで、信頼性があり、および軽量の基板への冷間圧接接合に用いられる基板にダメージのないエピタキシャルリフトオフ（「ＥＬＯ」）プロセスを対象としている。発明者は低コスト太陽電池の製造および組み込まれた集光器に仕上げられた薄膜基板上の太陽強度集中薄型フィルム太陽電池の超高効率を組み合わせることを開示しており、６Ｗ／ｇｍを超える電力密度で、重いモジュールを（低コストの組み込まれた集光装置を含む）薄膜上の超軽量セルで置き換えることで、モジュール自身のコストのさらなる低下だけでなく、基礎構造中の顕著なコストの減少を結果として得ることができる。
【００３５】
１つの実施態様において、本公開は、
第一の基板と、
前記第１の基板と接合した金属接合と、
前記金属接合と接合した活性光起電性領域と、
１つ以上の第１の保護層と、
ＡｌＡｓ層と、
１つ以上の第２の保護層と、
第２の基板と、ここで、前記第二の基板、
を含む薄膜フィルム太陽電池を対象とする。
【００３６】
その他の実施態様において、本公開は、
第１の基板と、
前記第１の基板と接合した金属接合と、
前記金属接合と接合した活性光起電性領域と、
１つ以上の第１の保護層（この際、少なくとも１つの前記第１の保護層がＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む）と、
ＡｌＡｓ層と、
１つ以上の第２の保護層（この際、少なくとも１つの前記第２の保護層がＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む）と、
ＧａＡｓおよびＩｎＰより選ばれる少なくとも１つの化合物を含む第２の基板と、
を含む薄膜フィルム太陽電池を対象とする。
【００３７】
さらなる実施態様において、本公開は、
第１の基板上に、１つ以上の第１の保護層を成長させることと、
ＡｌＡｓ層を成長させることと、
１つ以上の第２の保護層を成長させることと、
前記第２の保護層上に少なくとも１つの活性光起電性セル層を堆積することと、
前記活性光起電性セル層の上部を金属でコートすることと、
第２の基板を金属でコートすることと、
２つの金属表面を互いに押し付けて冷間圧接接合させることと、
前記ＡｌＡｓ層を選択的化学エッチングで除去すること、
を含むエピタキシャルリフトオフ処理を実行する方法を対象とする。
【００３８】
その他の実施態様において、本公開は、
第１の基板上に、１つ以上の第１の保護層（この際、少なくとも１つの前記保護層はＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる化合物を含む）を成長させることと、
ＡｌＡｓ層を成長させることと、
１つ以上の第２の保護層（この際、少なくとも１つの前記保護層はＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＩｎＡｌＰより選ばれる化合物を含む）を成長させることと、
前記第２の保護層上に少なくとも１つの活性光起電性セル層を堆積することと、
前記活性光起電性セル層の上部を金属でコートすることと、
第２の基板を金属でコートすることと、
２つの金属表面を互いに押し付けて冷間圧接接合させることと、
前記ＡｌＡｓ層を選択的化学エッチングで除去すること、
を含むエピタキシャルリフトオフ処理を実行する方法を対象とする。
【００３９】
上記で説明された主な主題に加え、下記で説明されているように、多数の他の例示的な特徴は本開示に含まれる。先の記述と以下の記述は共に例示のみであることを理解すべきである。
【００４０】
添付図は本明細書に含まれ、一部を構成する。
【００４１】
図１は、ＩｎＰ型太陽電池のための、本発明の開示によるＥＬＯを表した概略図である。
【００４２】
図２は、リフトオフされ、およびＡｕコートＫａｐｔｉｏｎに接合された２インチのＩｎＰエピタキシャル層の写真である。ＩＴＯ接触はショットキー太陽電池を形成する。
【００４３】
図３は、保護層の使用の有無での、新規のエピ準備ＩｎＰ基板と第一と第二のＥＬＯプロセス後の回収された表面の原子間力顕微鏡の画像である。
【００４４】
図４は試験データと太陽電池パラメータを表す代表的なＧａＰａ  ＰＶセル層構成である。
【００４５】
図５は、第４象限の電流と電圧および外部量子効率（挿入図）が２３．９％の効率的な初めて成長させたセルと、再利用ウエハー上で成長させた２２．８％の効率的なセルを表した試験データである。
【００４６】
図６は本開示によるＩｎＰ材料に適応されたのと同様のＥＬＯプロセスを表す模式図である。
【００４７】
図７はＡｌＡｓ層およびＡｌＡｓリフトオフ層の３層保護の組み合わせの模式図である。
【００４８】
図８は本開示による多接合セル構成案の模式図である。
【００４９】
図９は（ａ）従来のＮ／Ｐトンネル接合、および（ｂ）トンネル障壁の減少を示すＮ／ＥｒＰ／Ｐ接合の模式図である。
【００５０】
図１０は冷間圧接接合されたＥＬＯ多接合セルと一体化された反射器の模式図である。
【００５１】
ＥＬＯプロセスの１つの実施形態は、図１に図式として表されている。それは化学的に異なる、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＰより構成される薄い「保護層」、ＡｌＡｓの犠牲層、第２の一組のＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓの保護層、最後に活性光起電性セル層のエピタキシャル成長で始まる。次に、エピタキシャル層の上部は、極薄膜プラスチック（例えば、ＫａｐｔｏｎＴＭ、ＤｕＰｏｎｔ製のポリイミド）親基板と同様に、Ａｕでコートされる。２つのきれいなＡｕ表面をほんの数ｋＰａの圧力で接触させてプレスすることで、
それらは電気的に連続して同じ状態で、その特性が単層の、バルクＡｕフィルムを区別できない接着剤を使用しない冷間圧接接合を形成する。
【００５２】
プラスチック処理と接合されることで、ウエハーはＥＬＯの準備ができている。冷間圧接接合はＥＬＯプロセス（リフトオフ前にエピ層を薄膜基板と取り外せないように取り付け、結果として再利用するために親基板を剥離する）のためだけではなく、太陽電池が最終的にその上に形成される新しいホスト基板との接着にも使用される。
【００５３】
リフトオフに使用される従来の接着剤を冷間圧接により代替することで、いくつかの利点がある。（ｉ）薄膜基板への取り付けがシンプルとなり、製造シーケンスの不可欠な部分となる、（ｉｉ）接着剤層を完全に除去することにより軽量である、（ｉｉｉ）冷間圧接接合の界面はバルクフィルムを区別できないので、熱的および電気的に「透明」である、（ｉｖ）強固および故障に耐性がある。ＨＦ：Ｈ２Ｏ，１：１０のような選択的化学エッチングは４ｎｍから１０ｎｍ厚のＡｌＡｓ犠牲ＥＬＯ層を除去することに使用され、ウエハー全体を光起電エピタキシャル層から分離し、保護層を露出した状態にする。ＡｌＡｓ  ＥＬＯ層に隣接した保護層（この場合はＩｎＰ）はエッチング選択比＞１０８：１を与えるもの、およびＩｎＧａＡｓ保護層表面で停止する第２のウェットエッチング（ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４，３：１）で基板と分離されたエピタキシャル層の両方から取り除かれる。第２の保護層の要求はＩｎＰ表面で急に停止するウェットエッチングで除去することができることである。ＩｎＧａＡｓ層はＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（１：１：１０）、続いてＣ６Ｈ８Ｏ７：Ｈ２Ｏ２（２０：１）を使用してウエハーから除去され、これらの両方はＩｎＰ基板、ＩｎＰ緩衝材、およびエピタキシャル層に対する高い選択性を有し、前のエッチング後に残された残骸または表面凹凸の除去を支援する。太陽電池は、スパッタインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）ショットキー接合により処理されたＫａｐｔｏｎＴＭに付着したエピタキシャル層の上に形成される。結果として得られる、１太陽ＡＭ１．５Ｇ照射下における効率が〜１５％のフレキシブルＩｎＰ−ＩＴＯショットキー太陽電池が図２に表されている。これらの接合されたエピタキシャルシートは剥離せずに＞２００℃へ繰り返し循環させられた。
【００５４】
後続の成長の前に、基板は溶剤洗浄され、意図的な酸化物をＵＶ／オゾンへさらすことで成長させ、その後成長チャンバーへと戻される。このプロセスは、劣化のないＩｎＰウエハーの再利用を実現するために、単一基板に複数回用いられ、これは図３に表されるように、最初に使用される市販のエピ準備ウエハーよりも表面の滑らかさを改善することができ、原則的に何度でも再利用することができる。
【００５５】
発明者は近年このダメージのない再成長プロセスを、親基板の上に作製したＧａＡｓベースの単一ｐ−ｎ接合光起電性セルへと広げ、２３．９％の効率という結果を得た。図４は上述のセルの概略図である。リフトオフプロセスはＩｎＰセルへ使用したものと同じであるが、ＩｎＰで使用された二つの保護層の組み合わせは３層（ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ）の十分に（ＡｌＡｓ犠牲層に対して）格子整合した系へと変更されている。これにより層間のエッチング選択制を改善することができ、同時にＥＬＯプロセスで被った残骸や表面の荒れを除去する。ＡｌＡｓ層はＨＦで除去され、その後にＩｎＧａＰおよびＧａＡｓ保護層はそれぞれＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４（１：１）およびＨ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（３：１：２５）で除去される。
【００５６】
このプロセスに従い、第二のセルは親ウエハー上に成長させられ、２２．８％の効率に達する。第一と第二の成長の間の電力変換効率の僅かな（１％）の低下は、ドライメサ分離エッチング処方の選択に起因し、曲線因子の僅かな減少の結果を得る（図４参照）。さらに、反射防止コーティング膜厚が最適化されておらず、図５で表されるように、外部量子効率および短絡電流を減少させる。しかしながら、コーティング膜厚を最適化したとき、例えば２５％以上のようなより高効率が期待される。
【００５７】
１つの実施態様において、十分に格子整合されたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰの３層に基づく保護層の組み合わせを使用することができる。この３層は、十分な選択比を有する化学エッチングを、保護層を再生可能な方法で除去する、および元の状態（物理的および化学的にダメージがない）表面を露出することが要求される層の間で利用することができる。１つの実施形態において、再成長薄膜フィルムセルは冷間圧接によりＡｕがコートされたプラスチック（ＫａｐｔｏｎＴＭ）基板と接合される。初めて成長させたウエハーでＰＣＥ＝２３．９％、および再利用ウエハーでＰＣＥ＝２２．８％が達成でき、これは次世代太陽光発電ＩＩの２０％計量を超えている（図５参照）。実際のＥＬＯプロセスの装置および方法については図６に表される。
【００５８】
それぞれの再利用の後、親基板およびリフトオフされたエピタキシャル層の両方は、ダメージまたは微妙な劣化を十分に詳しく分析されることができる。これらの手法は、成長と再成長方面の化学的な変化を解析するための光電子分光法（ＸＰＳ）、表面モルフォロジー変化を測定するための原子間力顕微鏡法、走査電子顕微鏡法、および表面接触測定法、エピタキシーのバルク内で被った欠陥の説明のための断面透過電子顕微鏡法、および２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を使用した組成の深さ方向プロファイリングが含まれる。
【００５９】
反射防止コーティングを含む完成されたセルはまた標準照射条件（１太陽、ＡＭ１．５Ｇスペクトル）を使用して電気的に試験されることができる。測定されるパラメータはＰＣＥ、曲線因子（ＦＦ）、開路電圧（ＶＯＣ）、短絡電流（ＪＳＣ）、直列および並列の抵抗を含む。
【００６０】
Ｇａ含有化合物（すなわち、ＧａＡｓ、より少ない量でＩｎＧａＰ）をＨＦへ（２日より長く）長期間さらすことは、除去困難な表面不純物を得る結果となることが見出されている。しかしながら、この反応は７日間以上ＨＦへさらしたＩｎＰ表面では生じない。１つの実施形態において、ＡｌＡｓ犠牲層のすぐ下に配置された歪んだＩｎＰ薄層は、図７に表されるように、表面の忠実性を改善することができる。
【００６１】
ＩｎＰの膜厚は、その後に成長したＰＶ層の品質を下げる可能性がある歪み緩和を抑制するように限定される。ＧａＡｓ上のＩｎＰの重要な膜厚は５〜６の単分子層の間で、〜１．７ｎｍに相当する。この場合、保護層の組み合わせはＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ／ＩｎＰであり、ここで後ろの構造の追加のＩｎＧａＰ層はＧａＡｓに勝る保護の改善を与える。
【００６２】
その他の実施態様において、エッチング選択比および購入時のウエハーの品質の維持は、追加の材料の組み合わせを使用すること、例えばＩｎＡｌＰ層に隣接したＩｎＧａＰ層を代わりに使用することで、実行される。ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＰ構造は、ＩｎＡｌＰはＨＣｌ：Ｈ２Ｏ（１：５）でエッチングでき、ＧａＡｓ（エッチング比＞４００：１）で急に停止するので利点があるが、一方でＩｎＧａＰをエッチングするために使用するＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４（１：１）はＧａＡｓをゆっくりと攻撃して結果として粗くなる。ＡｌＡｓ層に隣接したＩｎＡｌＰ層を代わりに使用することで、ＩｎＡｌＰはＨＦにより攻撃され、リフトオフプロセスを遅延することができる酸化ヒ素の増加を減少する。また、ＩｎＧａＰは、より下のＩｎＡｌＰ層が最後のエッチング段階でだけ除去されることを保証するため、ＧａＡｓエッチング（Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ、３：１：２５）のエッチング停止として使用されてもよい。
【００６３】
追加コストの減少は、ＡｕコートされたＣｕ薄膜のような金属薄膜基板と接合すること、冷間圧接のためのより安い材料の使用（例えば、Ａｕの代替でＡｇ）、ＨＦの消費を減少させること、保護層の膜厚を減少させること、およびリフトオフプロセスを加速することで可能性がある。ＡｌＡｓ犠牲層を溶解させるために使用するＨＦへ長時間さらすことは使用できる金属ホスト基板の選択を制限する。１つの実施態様において、冷間圧接に使用することのできるＣｕ薄膜はＨＦへさらすことへの抵抗を増加させ、それを使用することはＡｕのような不活性金属で薄膜をコートするよりも簡単である。Ｃｕ薄膜を使用することの追加の効果は、集中したセルより熱を引き出すことに利用することができる、高い熱伝導性（〜４Ｗｃｍ−１℃−１）である。
【００６４】
ここでは、図８に表された２つのセルの例示構造に従い、顕著に高効率な多接合（ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ）太陽電池もまた開示される。
【００６５】
従来の多接合セルの成長順序に対して、接着剤のない冷間圧接プロセスを使用した上下逆の接合配置に対応させるため、構成は逆転する。この構成は２５％のＧａＡｓセル構造を含む。この場合、反射性の、全体を覆うオーミック接合はデバイス活性領域を通る入射光の２つの通過を許可するので、ＧａＡｓセルの膜厚は２μｍ（従来の基板に基づくセルの５０％）へと減少される。主な焦点はタンデムＰＶ構造を最大効率となるために最適化し、ＩｎＧａＰセル構成（層厚み、窓層、層組成など）を含み、積層構成要素間のワイドギャップトンネル接合（ＴＪ）を改善し、および多接合セルのために大面積に渡る多数リフトオフプロセスを完成させることである。
【００６６】
太陽電池はｐ型層の上にｎ型材料を成長させることができるが、一方でトンネル接合は異極性で成長させなければならない。炭素は、従来のｐ−ドーパントであるＢｅのように、成長表面へすぐに移動しないので、セルは全てのまたはいくつかのｐ型層へ炭素ドーピングを使用してもよい。タンデムセルは一般的にＧａＡｓセル中の電流により制限されるように、ＩｎＧａＰセル膜厚はＩｎＧａＰとＧａＡｓセルの電流に適合するように調整される必要がある。ＩｎＧａＰ層の膜厚は０．５５から０．８０μｍの範囲であることが期待されている。
【００６７】
効果的なトンネル接合（ＴＪ）は高効率なタンデムセルに必要不可欠である。それは電圧および吸収の両方でほとんどロスがないことを必要とする。３％にもなるであろうＧａＡｓのＴＪ吸収を避けるために、ＭＪセルでＩｎＧａＰ  ＴＪを使用することは有利である。従来のＴＪは急なＰ＋／Ｎ＋接合であり、ここで電子はｎ型側の価電子帯からｐ型側の価電子帯へ直接トンネルする（図９（ａ））。ＭＢＥ成長ワイドギャップＴＪはほとんど働かないが、１太陽照射において生成される輸送電流に対して十分に高いドーピングレベルはＭＢＥを使用して報告されている。
【００６８】
１つの実施態様は、１太陽において数十ｍＶの電圧低下を有するＩｎＧａＰトンネル接合を対象とする。研究はＢｅおよびＳｉが最適なドーパント（達成密度はそれぞれ、３．７×１０１９および１．８×１０１９ｃｍ−３）であると示唆している。しかしながら、仮に減少したトンネル抵抗が要求された場合、例えばＥｒＡｓをＧａＡｓトンネル接合に添加するように、Ｐ＋／Ｎ＋界面の設計された欠陥の使用が可能となる。この場合、図９ｂで表されるようにＥｒＰまたはＬｕＰが使用されてもよい。ＥｒＰまたはＬｕＰは〜４単分子膜厚の、および金属的な半導体表面において、エピタキシャルの島を形成し、およびトンネルプロセスを２つのステップに分け、顕著にトンネル確率を高める。ＥｒＰをＴＪに使用することで、トンネル電流の桁違いな増加を生じさせることができ、作製されたＰＶセルの予想される電流に対してサブｍＶの範囲で電圧降下をもたらす。
【００６９】
単一接合セルの場合のように、各ＥＬＯ再利用サイクルの繰り返しの後に、多接合セルは微視的にまたは化学的に解析されることができる。完成されたセルで、反射防止コーティングを含むものは、最大１０太陽までの強度範囲にわたってだが、標準照射条件（ＡＭ１．５Ｇスペクトル）を使用して電気的に試験することができる。単一接合セルの場合のように、測定されるパラメータはＰＣＥ、曲線因子、開路電圧、短絡電流、直列および並列抵抗を含む。
【００７０】
顕著な追加コストを導入せずに、反射およびフレキシブル基板上に接合された薄型フィルム多接合セルは太陽光集光器と薄膜フィルムセルを統合する固有の機会を提供する。図１０は、ＥＬＯ多接合セルより構成される一片はより大きな、フレキシブルな、反射フィルムの中心に接合されることを表す。フィルムはその後（熱伝導性または能動的に冷却された母材中への配置により）複合パラボラ集光器（例えば、ＣＰＣ、またはウィンストン集光器）の形状に形成される。この形状は受容錐体中へ散光を集めるのと同様に、セルの一片上の焦点に並行太陽光線を集中させる。
【００７１】
一般的に円筒形状のウィンストン型集光器が使用される低レベルの集中（４〜１０Ｘ）は、集中装置を高効率とすること、および顕著な量の散光をセル内へと誘導することができる。一般的な反射体材料における〜２％の多重反射の損失を含み、収集効率はＣＥｆｆ＝ΤＣＰＣγで与えられ、ここでΤＣＰＣはＣＰＣの実効透過率である。散光の補正はγ＝１−（１−１／Ｃ）Ｇｄｉｆｆ／Ｇｄｉｒであり、ここでＣは目的とする集中であり、Ｇｄｉｆｆ／Ｇｄｉｒは全入射光に対する散乱比である。一般的に、雲が低く垂れ込めた日はＧｄｉｆｆ／Ｇｄｉｒ〜０．１１である。その時ＡＭ１．５ＧにおいてＣ＝４、γ＝９０％であり、これはＡＭ１．５Ｄの有能電力に相当する。
【００７２】
４Ｘ  ＣＰＣに関しては、太陽電池の一片の幅が１ｃｍであると仮定すると、開口部はその時４ｃｍ幅×１０ｃｍ深さであり、一家族住宅に使用されるパネルに適合する実用的形状因子を与える。より高い集中においては、集中装置のサイズを大幅に増加させる。例えば、同じ１ｃｍ幅のセルの一片に使用される１０Ｘの集中は幅１０ｃｍで深さ〜５５ｃｍｎ開口部を要求する。集中効率の取るに足らない影響と共に、これは〜４０ｃｍへと減少できる。［２５］必要とされる反射材料は４Ｘの集中では４〜５倍より大きくなり、１０Ｘの集中では８〜１１倍である。
【００７３】
小さい集中の使用の追加効果は、より高い集中が必要とされるよりも、（日々または季節ごとに、集光器の配置に応じて）単軸追跡の使用の許可と、簡易化した電源を備えていない冷却を含む。実際、使用された非常に薄い基板は熱伝導を大幅に単純化する。電源を備えていない冷却Ｃｕヒートシンクと接触して配置された１０Ｘ収集および２５ｍｍ厚さのＫａｐｔｏｎＴＭ基板はたった５〜２０℃の温度上昇の結果を得るので、より積極的な冷却方法の必要がなくなる。
【００７４】
ここで留意すべきことは、ＥＬＯセル技術はまた大きな集中係数のシステムに応用されることができることである。しかしながら、ここで本開示は住居に適したシステムに応用される簡単で経済的なデザインに導くより小さな集中にのみ焦点を当てた。（高いＰＣＥのおかげで）設置面積と同様に、組み込まれた太陽光集光器＋ＥＬＯ多接合集中セル集合体のコスト削減は、集中システムのコストの徹底的な削減が期待されている。
【００７５】
別段の指示がない限り、この特許明細書と特許請求の範囲で使用されている構成要素の量、反応条件、その他を表す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語で修飾されることができると理解される。その結果、それとは反対に支持がない限り、以下の特許明細書と付属する中で特許請求の範囲で説明される数字で表現したパラメータは、本発明で得ようとされる所望の特性によって変化してもよい近似値である。
【００７６】
ここで開示されている特許明細書の考察および発明の実施より、本発明の他の実施形態は当業者にとっては明らかであろう。以下の特許請求の範囲によって表された発明の真の範囲にとって、特許明細書と実施例は、単に例示として見なされることを意味する。
【図１】
2014523132.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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