(57)【要約】  支持要素が半導体薄膜の表面上に構築される、半導体アセンブリについて記載する。約５０ミクロン以下の厚さを有する場合がある、薄い膜の形成に続いて、支持要素が、例えば、めっきによって、または前駆体を塗布し原位置で硬化することによって形成され、例えば、金属、セラミック、ポリマー等であってもよい支持要素をもたらす。これは、その形成に続き薄膜に付着される、剛性もしくは半剛性の事前に形成された支持要素、または薄膜が続いて劈開されるドナーウェハとは対照的である。支持要素を原位置で製作することにより、薄膜を恒久的支持要素に取り付けるように、接着剤を使用することを避けられる場合があり、このような接着剤は、装置を完成させるのに必要な、処理温度および条件を許容できない場合がある。いくつかの実施形態では、このプロセスフローは、薄膜を高温で焼鈍し、その後、その焼鈍に続いて、非晶質シリコン層を薄膜の各面上に形成させることを可能にする。光電池等、薄膜を備える装置が、形成されてもよい。
2014501456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置を製作するための方法であって、
約５０ミクロン以下の厚さを有し、第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を提供することと、
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記薄膜への支持を提供する、恒久的な連続金属支持要素を構築することと、
前記薄膜を備える、光電池を製作することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記薄膜は、約４ミクロンから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記薄膜は、単結晶シリコンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、めっきによって前記恒久的支持要素を形成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、前記薄膜の前記第２の表面を、一時的支持要素に付着することと、
前記恒久的支持要素を構築するステップの後に、前記薄膜の前記第２の表面を、前記一時的支持要素から切り離すことと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体薄膜を提供するステップは、
劈開面を画定するように、半導体ドナー本体の中にイオンを注入することと、
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に起こる、前記劈開面において前記ドナー本体から前記薄膜を劈開することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、１つ、２つ、またはそれ以上の層を、前記薄膜の前記第１の表面上に形成することを、さらに含み、前記１つ、２つ、またはそれ以上の層は、前記完成した装置の中で、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記完成した装置の中で、光が、前記第２の表面において前記薄膜に進入する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、少なくとも８５０℃の温度で、前記薄膜を焼鈍することを、さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
非晶質シリコンの第１の層が、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜の前記第２の表面上に、非晶質シリコンの第２の層を形成することを、さらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非晶質シリコンの第２の層は、前記光電池のエミッタを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
装置を形成するための方法であって、
劈開面を画定するように、半導体ドナー本体にイオンを注入することと、
前記劈開面において前記ドナー本体から、第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を劈開することと、
前記劈開するステップの後、前記薄膜の前記第１の表面上に、ポリマーである恒久的支持要素を構築することと、
光電池を製作することと、を含み、前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、方法。
【請求項１５】
前記薄膜は、単結晶シリコンである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜は、約４ミクロンから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
装置を製作するための方法であって、
劈開面をドナーウェハ内に画定するように、前記ドナーウェハの第１の表面を通って、前記半導体ドナーウェハの中にガスイオンを注入することと、
約５０ミクロン未満の厚さを有する半導体薄膜を、前記劈開面において前記ドナーウェハから劈開することであって、前記劈開するステップ中、前記ドナーウェハの前記第１の表面は、支持要素に恒久的に付着されない、劈開することと、 
前記半導体薄膜を一時的キャリアに付着することと、
めっきによって、前記薄膜上または前記薄膜に渡って、連続金属支持要素を形成することと、
前記一時的キャリアから、前記薄膜および前記金属支持要素を切り離すことと、
光電池を製作することであって、前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、ことと、を含む、方法。
【請求項１８】
装置を製作するための方法であって、
約５０ミクロン以下の厚さを有し、第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を提供することと、
前記薄膜の前記第２の表面を一時的支持要素に付着することと、
前記付着することの後に、前記薄膜の前記第１の表面上に恒久的支持要素を構築することと、
前記一時的支持要素から前記薄膜の前記第２の表面を切り離すことと、
前記薄膜を備える、光電池を製作することと、を含む、方法。
【請求項１９】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、
セラミック混合物を前記第１の表面に塗布することと、
セラミックを備える、前記恒久的支持要素を形成するように、前記混合物を硬化することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、
液体形態のポリマーを前記第１の表面に塗布することと、
前記ポリマーを硬化することと、を含み、前記恒久的支持要素は、前記ポリマーを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記薄膜は、約４ミクロンから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記薄膜は、単結晶シリコンである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記半導体薄膜を提供するステップは、
劈開面を画定するように、半導体ドナー本体の中にイオンを注入することと、
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に起こる、前記劈開面において前記ドナー本体から前記薄膜を劈開することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、１つ、２つ、またはそれ以上の層を、前記薄膜の前記第１の表面上に形成することを、さらに含み、前記１つ、２つ、またはそれ以上の層は、前記完成した装置の中で、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記完成した装置の中で、光が、前記第２の表面において前記薄膜に進入する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、少なくとも８５０℃の温度で、前記薄膜を焼鈍することを、さらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
非晶質シリコンの第１の層が、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記薄膜の前記第２の表面上に、非晶質シリコンの第２の層を形成することを、さらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記非晶質シリコンの第２の層は、前記光電池のエミッタを備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
装置を製作するための方法であって、
約５０ミクロン以下の厚さを有し、第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、単結晶半導体薄膜を提供することと、
８５０℃以上の温度で、前記半導体薄膜を焼鈍することと、
光電池を製作することであって、前記完成した電池は、前記第１の表面と直接接触する第１の非晶質シリコン層と、前記第２の表面と直接接触する第２の非晶質シリコン層とを有する、ことと、を含む、方法。
【請求項３２】
前記薄膜は、約４ミクロンから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の非晶質シリコン層および前記第２の非晶質シリコン層は、両方とも前記焼鈍するステップの後に配置される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の非晶質シリコン層が、前記光電池のエミッタを備えるか、または前記第２の非晶質シリコン層が、前記光電池のエミッタを備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の非晶質シリコン層の少なくとも一部分は、第１の導電型に高濃度にドープされ、前記第２の非晶質シリコン層の少なくとも一部分は、前記第１の導電型に対向する第２の導電型に高濃度にドープされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記半導体薄膜を提供するステップは、
劈開面を画定するように、半導体ドナー本体の中にイオンを注入することと、
前記劈開面において前記ドナー本体から前記薄膜を劈開することと、を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記焼鈍するステップ中に、温度は、少なくとも９００℃に到達する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記焼鈍するステップは、少なくとも６０秒持続する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記焼鈍するステップに続いて、前記薄膜の前記第１の表面上に、または前記薄膜の前記第１の表面に渡って恒久的支持要素を構築することをさらに含み、前記完成した電池の中で、前記第１の非晶質シリコン層は、前記薄膜の前記第１の表面と、前記支持要素との間に配置される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、めっきを含み、前記恒久的支持要素は、金属を備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、
セラミック混合物を前記薄膜の前記第１の表面に塗布することと、
前記セラミック混合物を硬化することであって、前記恒久的支持要素は、セラミックである、硬化することと、を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
反射金属層は、前記恒久的支持要素と前記第１の非晶質シリコン層との間に配置される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
透明導電酸化層は、前記反射金属層と前記第１の非晶質シリコン層との間に配置される、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、両方が本出願の譲受人によって所有される、２０１０年１２月２９日出願の米国特許出願第１２／９８０，４２４号「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｆｏｒｍ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｂｙ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  ａ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ｏｎ  ａ  Ｔｈｉｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｍｉｎａ」（代理人整理番号ＴｗｉｎＰ０５０／ＴＣＡ‐０５９ｘ）、および２０１０年１２月２９日出願の米国特許出願第１２／９８０，４２７号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｆｏｒｍ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａｎ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｌａｍｉｎａ  ａｎｄ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｏｐｐｏｓｉｎｇ  Ｆａｃｅｓ」（代理人整理番号ＴＷＩＮＰ０５７／ＴＣＡ‐０５９ｙ）の優先権を主張し、参照することで本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、薄い半導体膜上に支持要素を構築するための方法に関する。
従来の先行技術の光電池は、ｐｎダイオードを含み、例は図１に示す。空乏ゾーンが、ｐｎ接合に形成され、電場を作成する。入射光子（入射光は矢印によって示す）は、価電子帯から伝導帯まで電子をぶつけ、自由電子正孔対を作成するであろう。ｐｎ接合の電場内では、電子は、ダイオードのｎ領域の方に移行する傾向がある一方、孔はｐ領域の方に移行し、光電流と呼ばれる電流をもたらす。通常、１つの領域のドーパント濃度は、他方のドーパント濃度よりも高いであろうため、接合は、ｐ＋／ｎ−接合（図１に示す通り）またはｎ＋／ｐ−接合のいずれかである。より低濃度ドープの領域は、光電池のベースとして知られる一方、対向する導電型のより高濃度ドープの領域は、エミッタとして知られる。大部分のキャリアは、ベース内で生成され、通常、電池の最も厚い部分となる。ベースおよびエミッタは共に、電池の活性領域を形成する。また、電池は頻繁に、電流の流れを改善するように、ベースと電気的に接触し、かつ同じ導電型の高濃度ドープ接触領域を含む。図１に示す実施例では、高濃度ドープ接触領域はｎ型である。
【０００３】
光電池は、非常に薄くされる場合、構造上の支持を必要とする場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、後に続く特許請求の範囲によって定義され、本セクションの何物も、それらの特許請求の範囲への制限と取られるべきではない。概して、本発明は、ドナー本体からの薄膜の劈開に続いて、薄い膜の表面上に恒久的支持要素を形成するための方法に向けられる。
【０００５】
本発明の第１の態様は、装置を製作するための方法を提供し、方法は、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、約５０ミクロン以下の厚さを有する半導体薄膜を提供することと、薄膜の第１の表面上に恒久的支持要素を構築することと、薄膜を備える、光電池を製作することとを含む。
【０００６】
本発明の別の態様は、装置を形成するための方法を提供し、方法は、劈開面を画定するように、半導体ドナー本体にイオンを注入することと、劈開面においてドナー本体から、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を劈開することと、劈開するステップの後、薄膜の第１の表面上に、恒久的支持要素を構築することと、光電池を製作することであって、薄膜は、光電池のベース領域を備える、こととを含む。
【０００７】
本明細書に記載する本発明の態様および実施形態の各々は、単独で、または互いと組み合わせて使用することができる。
【０００８】
ここで、好ましい態様および実施形態について、添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】先行技術の光電池の断面図である。
【図２ａ】Ｓｉｖａｒａｍらの米国特許出願第１２／０２６５３０号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図２ｂ】Ｓｉｖａｒａｍらの米国特許出願第１２／０２６５３０号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図２ｃ】Ｓｉｖａｒａｍらの米国特許出願第１２／０２６５３０号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図２ｄ】Ｓｉｖａｒａｍらの米国特許出願第１２／０２６５３０号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図３ａ】本発明の実施形態に従う、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明の実施形態に従う、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図３ｃ】本発明の実施形態に従う、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図３ｄ】本発明の実施形態に従う、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図４】本発明の態様に従う方法のステップを示す、フローチャートである。
【図５】本発明の態様に従う方法のステップを示す、フローチャートである。
【図６ａ】本発明の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図６ｂ】本発明の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図６ｃ】本発明の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図６ｄ】本発明の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図６ｅ】本発明の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図７ａ】本発明の別の実施形態に従い、構築されたセラミック支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図７ｂ】本発明の別の実施形態に従い、構築されたセラミック支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図８】本発明の代替の実施形態に従い、構築されたセラミック支持要素を有する、光起電装置を示す断面図である。
【図９ａ】本発明の別の実施形態に従い、構築されたポリマー支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図９ｂ】本発明の別の実施形態に従い、構築されたポリマー支持要素を有する、光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１０ａ】薄い膜の放出がより少ない、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１０ｂ】薄い膜の放出がより少ない、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１０ｃ】薄い膜の放出がより少ない、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１０ｄ】薄い膜の放出がより少ない、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１１ａ】薄い膜の放出がより多い、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１１ｂ】薄い膜の放出がより多い、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１１ｃ】薄い膜の放出がより多い、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【図１１ｄ】薄い膜の放出がより多い、構築された支持要素を有する光起電装置の形成における段階を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の譲受人によって所有され、参照することで本明細書に組み込まれる、２００８年２月５日に出願のＳｉｖａｒａｍらの米国特許出願第１２／０２６５３０号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｆｏｒｍ  ａ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａ  Ｔｈｉｎ  Ｌａｍｉｎａ」は、非堆積半導体材料から形成される薄い半導体膜を備える、光電池の製作について記載している。図２ａを参照すると、Ｓｉｖａｒａｍらの実施形態では、半導体ドナーウェハ２０は、例えば、水素および／またはヘリウムイオンといった、１つ以上の種類のガスイオンを、第１の表面１０を通って注入される。注入されたイオンは、半導体ドナーウェハ内に劈開面３０を画定する。図２ｂに示す通り、ドナーウェハ２０は、第１の表面１０でレシーバー６０に付着される。図２ｃを参照すると、焼鈍によって、薄膜４０を劈開面３０でドナーウェハ２０から劈開させ、第２の表面６２を作成する。Ｓｉｖａｒａｍらの実施形態では、劈開するステップの前後の追加的処理で、指定範囲内のいかなる厚さも可能であるが、約０．２から約１００ミクロンの間の厚さ、例えば、約０．２から約５０ミクロンの間、例えば、約１から約２０ミクロンの間の厚さ、いくつかの実施形態では、約１から約１０ミクロンの間の厚さ、または約４から約２０の間もしくは約５から約１５ミクロンの間の厚さである、半導体薄膜４０を備える光電池を形成する。図２ｄは、いくつかの実施形態において動作中であるように、レシーバー６０が下になるように、反転した構造を示す。レシーバー６０は、本出願の譲受人によって所有され、参照することによって本明細書に組み込まれる、２００８年３月２７日に出願のＨｅｒｎｅｒの米国特許出願第１２／０５７２６５号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｆｏｒｍ  ａ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａ  Ｔｈｉｎ  Ｌａｍｉｎａ  Ｂｏｎｄｅｄ  ｔｏ  ａ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔ」に記載される通り、ドナーウェハ１０よりも５０パーセント以下大きい最大幅、好ましくは、おおよそ同じ幅を有する、個別のレシーバー要素であってもよい。代替的に、複数のドナーウェハは、単一のより大きいレシーバーおよび各ドナーウェハから劈開された薄膜に付着されてもよい。
【００１１】
Ｓｉｖａｒａｍらの方法を使用して、光電池は、スライスされたウェハから形成されるよりむしろ、切り口損失を通してまたは不必要に厚い電池の製作によって、シリコンを浪費することなく、薄い半導体膜から形成され、それゆえ費用が削減される。同じドナーウェハは、複数の薄膜を形成するように再使用し、さらに費用を削減することができ、何らかの他の使用のために複数の薄膜を剥離した後、再販売してもよい。
【００１２】
劈開は、例えば、５００℃以上の温度にまで加熱することによって、最も簡単に達成される。劈開面を画定するように注入するステップによって、単結晶ドナーウェハの結晶格子への損傷を引き起こす場合があることが分かっている。未修復の場合には、この損傷によって電池効率を損なう場合がある。例えば、９００℃、９５０℃以上といった比較的高温の焼鈍が、薄膜の本体の中で大部分の注入損傷を修復するであろう。
【００１３】
図３ａに目を転じると、本発明において、ドナーウェハ２０が、劈開面３０を形成するように、第１の表面１０を通って注入される。第１の表面１０は、真空チャック５４に隣接して置かれてもよい。図３ｂに示す通り、加熱するステップが行われ、薄膜４０が、劈開面でドナーウェハから分離し、第２の表面６２を作成する。図３ａおよび３ｂを参照して、劈開するステップ中、ドナーウェハの第１の表面１０は、恒久的に支持要素に付着されないことに留意されたい。
【００１４】
例えば、９００℃以上での焼鈍が、図３ａの劈開面３０を形成した注入ステップ中に、薄膜４０の結晶格子に引き起こされた損傷を、修復するために行われる。この焼鈍に続いて、薄膜４０は、図３ｃに示す通り、真空チャックから移動して、一時的支持要素５０に付着されてもよい。追加して詳細に記載するであろう通り、例えば、非晶質シリコン層７２、透明導電酸化（ＴＣＯ）層１１０、および反射金属層１２を含む１つ以上の層が、薄膜４０上に堆積される。恒久的支持要素６０は、薄膜４０上に構築され、示す実施形態では、薄膜４０の第２の表面６２に渡って形成される、金属層１２上に直接構築される。支持要素は、原位置で形成される場合には、事前に形成された要素として提供されるよりむしろ、「構築される」とみなされる。例には、例えば、電気めっきまたは無電解めっきといった、めっきによって形成される金属支持要素、セラミック混合物の塗布に続いて、適所での硬化によって形成されるセラミック支持要素、または液体もしくは半液体形態のポリマーを塗布し、かつ適所で硬化することによって形成されるポリマー支持要素を含む。追加の層が、支持要素６０の構築前に、非晶質シリコン層７２上にまたは非晶質シリコン層７２に渡って形成されてもよい。支持要素６０は、薄く脆すぎて、そのような支持なしで多くの取り扱いを乗り切ることができない、薄膜４０への機械的支持を提供するように、十分厚くされるであろう。
【００１５】
図３ｄに目を転じると、支持要素６０の構築に続いて、薄膜４０が、一時的支持要素５０から切り離される。図３ｄは、大部分の実施形態における通り、構築された支持要素６０が下になるように、反転構造を示す。非晶質シリコン層７６およびＩＴＯ層１１２等の追加の層が堆積され、光電池を形成する。
【００１６】
本発明では、その後、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、約５０ミクロン以下の厚さを有する半導体薄膜を提供することと、薄膜の第１の表面上に恒久的支持要素を構築することと、薄膜を備える、光電池を製作することとを含む方法によって、装置が形成される。厚さは、約４ミクロンから約２０ミクロンの間であってもよい。１つ、２つ、またはそれ以上の層が、恒久的支持要素を構築するステップの前に、薄膜の第１の表面上に形成されてもよい。この方法を、図４に図示する。
【００１７】
本発明の態様において、劈開面を画定するように、半導体ドナー本体にイオンを注入することと、劈開面において、ドナー本体から、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を劈開することと、劈開するステップの後、薄膜の第１の表面上に、恒久的支持要素を構築することと、光電池を製作することであって、薄膜は、光電池のベース領域を備えることとによって、装置が形成される。
【００１８】
異なるフローが可能である一方、概して、薄い膜が提供される。大部分の実施形態では、薄い膜は、ウェハまたはボール（ｂｏｕｌｅ）等、より大きい本体から劈開されている。薄膜の１つの表面が、一時的支持部に付着された後、恒久的支持要素が、対向する面上に構築される。その後、付着された面は、一時的支持要素から切り離される。
【００１９】
劈開および損傷の焼鈍のステップに続いて、本発明における通り、支持要素６０を構築することによって、いくつかの有意な利点を提供する。劈開および損傷の焼鈍のステップは、比較的高温で起こる。事前に形成された支持要素は、これら高温のステップの前に、ドナーウェハに付着される場合、任意の介在層のように、薄膜と共に必ず高温にさらされるであろう。多くの材料は、容易には高温を許容することができず、支持要素および薄膜の熱膨張係数（ＣＴＥ）が不適合な場合、加熱および冷却によって、薄い膜を損傷する場合がある、歪みを引き起こすであろう。
【００２０】
さらに、図３ｄの電池が、薄膜４０の両表面上に、高濃度にドープされた非晶質シリコン層７２および７６を含むことに留意されたい。薄膜４０は、非晶質シリコン層７２および７６よりも低濃度にドープされ、光電池のベース領域として機能を果たすであろう。電池のベース領域は、入射光を吸収し、大部分の電荷キャリアが生成される。薄膜４０は非常に薄く、従来の光電池の吸収領域よりもさらに薄い。したがって、薄膜の表面１０および６２の不動態化は、再結合による電荷キャリアの損失を避けるために、特に重要である。非晶質シリコン層７２および７６は、不動態化の効果的な手段であり、それらの使用は、非常に薄い吸収体には有利である。
【００２１】
しかしながら、非晶質シリコンは、劈開および損傷の焼鈍を行うのに必要とされる高温にさらすことができず、このような温度は、非晶質シリコンを結晶化させるであろう。薄膜が任意の支持要素に恒久的に付着される前に、両方の高温ステップ、すなわち劈開することおよび損傷の焼鈍を行うことによって、薄膜４０の両表面は、高温を許容することができない層を後に堆積する際に、接近可能なままである。このような層は、非晶質シリコン層、および例えば、高温でシリコンの中へ拡散する傾向があるであろう、アルミニウムまたは銀をも含み、電池の電気的挙動を改変する。
【００２２】
したがって、方法は、装置を製作するように教示され、方法は、約５０ミクロン以下の厚さを有し、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を提供することと、８５０℃以上の温度で、半導体薄膜を焼鈍することと、光電池を製作することであって、完成した電池は、第１の表面と直接接触する第１の非晶質シリコン層と、第２の表面と直接接触する第２の非晶質シリコン層とを有することと、を含む。本方法のステップを、図５に要約する。
【００２３】
第１または第２の非晶質シリコン層のいずれかが、光電池のエミッタを備える。第１の非晶質シリコン層の少なくとも一部分は、第１の導電型に高濃度にドープされる一方、第２の非晶質シリコン層の少なくとも一部分は、第１の導電型に対向する第２の導電型に高濃度にドープされる。焼鈍するステップに続いて、いくつかの実施形態では、恒久的支持要素は、薄膜の第１の表面上に、または薄膜の第１の表面に渡って構築され、完成した電池の中で、第１の非晶質シリコン層は、薄膜の第１の表面と支持要素との間に配置される。
【００２４】
また、薄膜の表面上に支持要素を構築することによって、事前に形成された支持要素に薄膜を接着するために必要となる、接着剤の使用を避ける。さらに比較的低温にさらされる接着剤は、硬化プロセス中に揮発性物質を抜くであろうが、このような揮発性物質は、支持要素と薄膜との間に閉じ込められ、不完全で不均一な接着をもたらすであろう。
【００２５】
明確にするために、支持要素が、そのドナーからの劈開に続いて、薄膜上に構築される、０．２から１００ミクロンの間の厚さを有する薄膜を含む、光起電アセンブリの詳細な実施例を提供する。完全を期すために、多くの材料、条件、およびステップについて記載する。しかしながら、これら詳細の多くは、修正、増強、または省略することができる一方、結果は、本発明の範囲内に含まれることは理解されるであろう。
【００２６】
実施例：めっきによって形成される支持要素
プロセスは、適切な半導体材料のドナー本体から始まる。適切なドナー本体は、例えば、約２００から約１０００ミクロン以上の厚さである、任意の実際的な厚さの単結晶シリコンウェハであってもよい。他の配向のウェハを使用してもよいが、通常、ウェハは、＜１００＞配向を有する。例えば、来たる注入ステップ中のチャネリングを避けるように、異なる結晶配向が選択されてもよい。代替の実施形態では、ドナーウェハはより厚くてもよく、最大の厚さは、ウェハの取り扱いの実用性によってのみ限定され、例えば、１０，０００ミクロン以上であってもよい。代替的に、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、またはＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ‐ＶもしくはＩＩ‐ＶＩ半導体化合物を含む、他の半導体材料の微結晶シリコン、またはウェハもしくはインゴットであってもよいような、多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）または多結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコンが使用されてもよい。このような状況において、用語多結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）は、通常、およそ１ミリメートル以上のサイズである粒子を有する半導体材料を指す一方、多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）半導体材料は、およそ１０００オングストロームのより小さい粒子を有する。微結晶半導体材料の粒子は、例えば、１００オングストロームほどと非常に小さい。例えば、微結晶シリコンは、完全に結晶性であってもよいか、または非晶質マトリクスの中にこれらの微結晶を含んでもよい。多結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）または多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）半導体は、完全にまたは実質的に結晶性であると理解される。習慣的に使用されるような、用語「単結晶シリコン」が、導電性を増大するドーパント等、時折欠陥または不純物を伴うシリコンを除外しないであろうことは、当業者によって理解されるであろう。
【００２７】
単結晶シリコンを形成するプロセスは、概して、円形ウェハをもたらすが、ドナー本体は、他の形状も有することができる。光起電用途のために、円筒形単結晶インゴットが、しばしば、ウェハを切断する前に、八角形または擬似正方形の断面に機械加工される。ウェハはまた、正方形等、他の形状であってもよい。正方形ウェハは、円形または六角形ウェハとは異なり、ウェハ間に最小限の未使用空隙を伴い、光起電モジュール上で端から端まで整列することができる利点を有する。ウェハの直径または幅は、任意の標準またはあつらえのサイズであってもよい。便宜上、本議論は、半導体ドナー本体としての単結晶シリコンウェハの使用について記載するであろうが、他のタイプまたは材料のドナー本体を使用することができることも理解されるであろう。
【００２８】
図６ａを参照すると、ドナーウェハ２０は、第１の導電型に低濃度から中濃度にドープされる、単結晶シリコンウェハである。本実施例は、比較的低濃度のｎ型ドープウェハ２０について記載するであろうが、本実施形態および他の実施形態では、ドーパント型が逆転することができることは理解されるであろう。ウェハ２０は、約１×１０１５から約１×１０１８ドーパント原子／ｃｍ３の間、例えば、約１×１０１７ドーパント原子／ｃｍ３の濃度にドープされてもよい。ドナーウェハ２０は、例えば、太陽電池級または半導体級シリコンであってもよい。
【００２９】
次のステップでは、イオン、好ましくは、水素または水素およびヘリウムの組み合わせが、前に記載した通り、劈開面３０を画定するように、第１の表面１０を通ってウェハ２０の中に注入される。この注入は、全て本発明の譲受人によって所有され、参照することによって本明細書に組み込まれる、２００８年５月１６日に出願のＰａｒｒｉｌｌらの米国特許出願第１２／１２２１０８号「Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」、もしくは２００９年６月３０日に出願のＲｙｄｉｎｇらの米国特許出願第１２／４９４，２６８号「Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｃｏｏｌｉｎｇ」、または２００９月１１月１９日に出願のＰｕｒｓｅｒらの米国特許出願第１２／６２１，６８９号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  ａ  Ｒｉｂｂｏｎ‐Ｓｈａｐｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ」の教示を使用して行われてもよい。劈開面３０の全体深度は、注入エネルギーを含む、いくつかの要因によって決定される。劈開面３０の深度は、第１の表面１０から約０．２から約１００ミクロンの間、例えば、約０．５から約２０または約５０ミクロンの間、例えば、約１から約１０ミクロンの間、約１もしくは２ミクロンから約５もしくは６ミクロンの間、または約４から約８ミクロンの間とすることができる。代替的に、劈開面３０の深度は、約５から約１５ミクロンの間、例えば、約１１または１２ミクロンとすることができる。
【００３０】
テクスチャ（図示せず）は、反射を最小化するように、第１の表面１０に形成されてもよい。有利な小起伏のあるテクスチャを形成するための方法は、本発明の譲受人によって所有され、参照することで本明細書に組み込まれる、２０１０年３月２３日に出願のＬｉらの米国特許出願第１２／７２９，８７８号「Ｃｒｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｏｗ‐Ｒｅｌｉｅｆ  Ｔｅｘｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌ」の中に開示されている。Ｌｉらの方法は、表面を研磨することを含み、それによって応力を誘発する場合があり、結晶学的に選択的なエッチに核形成点を提供する傾向がある。
【００３１】
図６ｂに目を転じると、テクスチャエッチに続いて、第１の表面１０は、真空チャック５４に隣接して置かれてもよく、真空が、ドナーウェハ２０を適所に保持するように適用されてもよい。真空チャック５４およびドナーウェハ２０は、例えば、クォーツエンベロープ内に取り囲まれていてもよい。
【００３２】
図６ｃを参照すると、熱ステップによって、単結晶シリコン薄膜４０を劈開面においてドナーウェハから劈開させる。本実施例では、劈開は剥離によって達成され、例えば、約３５０から約６５０℃の間、例えば、約５５０℃の温度で達成されてもよい。概して、剥離はより高温でより迅速に進行する。劈開中、圧力が、ドナーウェハ２０を真空チャック５４に押し付けるであろうピストンに取り付けられる板を使用して、印加されてもよい。約１から約１００ｐｓｉの範囲、例えば、４０ｐｓｉの圧力が印加される可能性がある。薄膜４０の厚さは、劈開面３０の深度によって決定される。多くの実施形態では、薄膜４０の厚さは、約１から約１０ミクロンの間、例えば、約２から約５ミクロンの間、例えば、約４．５ミクロンである。他の実施形態では、薄膜４０の厚さは、約４から約２０ミクロンの間、例えば、約１０から約１５ミクロンの間、例えば、約１１ミクロンである。第２の表面６２は、劈開によって作成される。
【００３３】
焼鈍ステップは、注入ステップ中に薄膜４０の本体中の結晶格子に引き起こされた損傷を修復するように、行われてもよい。焼鈍は、薄膜４０が、真空チャック５４上の適所にとどまっている間に、例えば、５００℃以上、例えば、５５０、６００、６５０、７００、８００、８５０℃以上、約９５０℃以上で行われてもよい。構造体は、例えば、約６５０℃で約４５分間、もしくは約８００℃で約１０分間、または約９５０℃で１２０秒以下の間、焼鈍されてもよい。多くの実施形態では、温度は、少なくとも６０秒間、９００℃を超える。
【００３４】
次に薄膜４０は、真空チャック５４から除去される。これは、例えば、図示していないが、真空パドルを使用して成されてもよい。この移動に影響するように、真空パドルが第２の表面６２上に置かれる一方、第１の表面１０上の真空が解放される。真空パドルへの移動に続いて、第２の表面６２は、真空によって保持される一方、第１の表面１０は曝露される。図６ｄを参照すると、その後、薄膜４０は、真空パドルから一時的キャリア５０へ移動する。薄膜４０は、例えば、接着剤を使用して、一時的キャリア５０に付着される。この接着剤は、中程度の温度（最高約２００℃）を許容しなくてはならず、容易に放出可能でなくてはならない。好適な接着剤としては、例えば、炭化水素可溶性である、無水マレイン酸およびロジンを伴うポリエステル、または界面活性剤可溶性のポリイソブチレンおよびロジンが挙げられる。一時的キャリア５０は、例えば、ガラス、金属、ポリマー、シリコン等、任意の好適な材料であってもよい。移動に続いて、第１の表面１０は、接着剤によって一時的キャリア５０に保持されるであろう一方、第２の表面６２は曝露される。
【００３５】
剥離によって引き起こされる損傷を除去するためのエッチステップは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）酸および硝酸の混合によって、またはＫＯＨを使用して、行われてもよい。焼鈍が、全てのまたはほぼ全ての損傷を除去するのに充分であり、このエッチは不必要であると分かる場合がある。最低でも、表面は、薄めたＨＦ溶液、例えば、１０：１のＨＦを２分間を使用して、有機材料および残留酸化物が取り除かれるであろう。この湿式プロセスに続いて、非晶質シリコン層が、第２の表面６２上に堆積される。この層７２は、高濃度にドープされたシリコンであり、例えば、約５０から約３５０オングストロームの間の厚さを有してもよい。図６ｄは、第１の表面１０とドープ層７２との間に、両方と直接接触する、固有またはほぼ固有の非晶質シリコン層７４を含む、実施形態を示す。他の実施形態では、層７４は省略されてもよい。本実施例では、高濃度にドープされたシリコン層７２は、高濃度にドープされたｎ型、すなわち低濃度にドープされたｎ型薄膜４０と同じ導電型である。低濃度にドープされたｎ型薄膜４０は、形成される光電池のベース領域を備え、高濃度にドープされた非晶質シリコン層７２は、ベース領域への電気的接触を提供する。含まれる場合には、層７４は、薄膜４０と高濃度にドープされたシリコン層７２との間の電気的接触を邪魔しないほど、充分に薄い。
【００３６】
ＴＣＯ層１１０は、非晶質シリコン層７４上に形成され、非晶質シリコン層７４と直接接触する。ＴＣＯ１１０用の適切な材料としては、インジウムスズ酸化物およびアルミニウムドープ酸化亜鉛が挙げられる。この層は、例えば、おおよそ約５００から約１５００オングストロームの間の厚さ、例えば、約７５０オングストロームの厚さであってもよい。この厚さは、堆積される反射層からの反射を高めるであろう。いくつかの実施形態では、この層は、実質的にはより薄く、例えば、約１００から約２００オングストロームであってもよい。
【００３７】
分かるであろう通り、完成した装置では、入射光は、第１の表面１０から薄膜４０に進入するであろう。薄膜４０を通過した後、吸収されていない光は、第２の表面６２から薄膜４０を退出し、その後、ＴＣＯ層１１０を通過するであろう。ＴＣＯ層１１０上に形成される反射層１２は、吸収される第２の機会のために、この光を電池の中へと反射し返し、効率を向上させるであろう。導電性の反射金属が、反射層１２のために使用されてもよい。種々の層または積層が使用されてもよい。一実施形態では、反射層１２は、例えば、約３０または５０オングストロームから約１００オングストロームのクロムの非常に薄い層に続いて、約１０００から約３０００オングストロームの銀を、ＴＣＯ層１１０上に堆積することによって形成される。描画しないものの、代替の実施形態では、反射層１２は、約１０００から約３０００オングストロームの厚さを有する、アルミニウムであってもよい。次のステップでは、層はめっきによって形成されるであろう。従来のめっきは、アルミニウム層上に行うことはできないため、アルミニウムが反射層１２に対して使用される場合、１つまたは複数の追加の層が、めっき用にシード層を提供するように追加されなくてはならない。一実施形態では、例えば、約２００から約３００オングストロームの間の厚さの、例えば、チタンの層に続いて、例えば、約５００オングストロームの任意の好適な厚さを有してもよい、例えば、コバルトのシード層となる。
【００３８】
金属支持要素６０は、反射層１２（本実施形態ではクロム／銀の積層）上に、めっきによって形成される。電気めっきによって金属支持要素６０を形成するために、一時的キャリア５０および薄膜４０、ならびに関連する層は、電解質浴の中に浸漬される。電極が反射層１２に取り付けられ、電流が電解質を通過する。電解質浴からのイオンは、反射層１２上に集積し、金属支持要素６０を形成する。金属支持要素６０は、例えば、ニッケルおよび鉄の合金であってもよい。鉄はより安価である一方、ニッケルの熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数により良く合致し、後のステップ中の応力を減少させる。金属支持要素６０の厚さは、所望される通りであってもよい。金属支持要素６０は、光電池が形成するように、構造上の支持を提供するのに十分厚いべきである。より厚い支持要素６０は、内反の傾向がより少ない。対照的に、厚さを最小化することによって、費用が削減される。当業者は、これらの懸念のバランスを取るように、好適な厚さおよび鉄対ニッケルの比率を選択するであろう。厚さは、例えば、約２５から約１００ミクロン、例えば、約５０ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態では、鉄―ニッケル合金は、鉄が約５５から約６５パーセントの間、例えば、鉄６０パーセントである。
【００３９】
図６ｅに目を転じると、金属支持要素６０の構築に続いて、一時的キャリア５０を除去し、第１の表面１０を暴露することができる。図６ｅは、動作中であろう通り、金属支持要素６０が下になるように、反転構造を示す。薄膜４０は、一時的支持要素５０から切り離される。いくつかの実施形態では、例えば、約２２５℃にまで加熱することによって、接着剤を軟化させ、除去を助けるであろう。第１の表面１０は、例えば、洗剤を使用して洗浄され、続いてすすぎ洗いされる。いくつかの場合には、フォトレジスト剥離液等の溶媒が使用されてもよい。一時的支持要素５０もまた、同じ方法を使用して洗浄され、続いて再度使用される。
【００４０】
洗浄に続いて、非晶質シリコン層が、第１の表面１０上に堆積される。この層７６は、高濃度にドープされたシリコンであり、例えば、約５０から約３５０オングストロームの間の厚さを有してもよい。図６ｅは、第１の表面６２とドープ層７６との間に、両方と直接接触する、固有またはほぼ固有の非晶質シリコン層７８を含む、実施形態を示す。他の実施形態では、層７８は省略されてもよい。本実施例では、高濃度にドープされたシリコン層７６は、低濃度にドープされたｎ型薄膜４０の導電型とは反対に、高濃度にドープされたｐ型であり、光電池のエミッタとして機能を果たす。含まれる場合には、層７８は、薄膜４０と高濃度にドープされたシリコン層７６との間の電気的接触を邪魔しないほど、充分に薄い。
【００４１】
透明導電酸化（ＴＣＯ）層１１２は、非晶質シリコン層７６上に形成され、非晶質シリコン層７６と直接接触する。ＴＣＯ１１２向けの適切な材料としては、インジウムスズ酸化物およびアルミニウムドープ酸化亜鉛が挙げられる。この層は、例えば、約７００から約１８００オングストロームの間の厚さ、例えば、約９００オングストロームの厚さであってもよい。いくつかの実施形態では、本発明の譲受人によって所有され、参照することで本明細書に組み込まれる、２０１０年９月３０日に出願のＬｉａｎｇらの米国特許出願第１２／８９４，２５４号「Ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ」の中に記載される通り、非晶質シリコン層７６の屈折率とＴＣＯ層１１２の屈折率との間の屈折率を有する層が、非晶質シリコン層７６上に形成されてもよい。
【００４２】
例えば、銀ペーストの金属線５７が、例えば、スクリーン印刷によってＴＣＯ層１１２上に形成され、例えば、約１８０〜２５０℃の比較的低温で硬化されてもよい。
【００４３】
装置を製作するための方法について記載しており、方法は、約５０ミクロンより少ない厚さを有する単結晶半導体薄膜を提供することと、半導体薄膜を一時的キャリアに付着することと、めっきによって、薄膜上にまたは薄膜に渡って、金属支持要素を形成することと、一時的キャリアから、薄膜および金属支持要素を切り離すことと、光電池を製作することであって、薄膜は、光電池のベース領域を備えることとを含む。
【００４４】
電池のベースを備える、低濃度にドープされたｎ型薄膜４０、および電池のエミッタとして機能を果たす、高濃度にドープされたｐ型非晶質シリコン層７６を含む、光電池が形成された。高濃度にドープされたｎ型非晶質シリコン層７２は、電池のベース領域への優れた電気的接触を提供するであろう。電気的接触は、電池の両面に作られなくてはならない。非晶質シリコン層７６への接触は、ＴＣＯ層１１２を経由して、グリッド線５７によって作られる。金属支持要素６０は、導電性であり、導電層１２およびＴＣＯ層１１０を経由して、ベース接点７２と電気的に接触する。
【００４５】
図６ｅは、光電池および金属支持要素６０を含む、完成した光起電アセンブリ８０を示す。代替の実施形態では、使用するドーパントを変更することによって、高濃度にドープされた非晶質シリコン層７２は、エミッタとして機能を果たす場合がある一方、高濃度にドープされたシリコン層７６は、ベース領域への接点として機能を果たす。入射光（矢印によって表示）は、ＴＣＯ１１２上にあたり、高濃度にドープされたｐ型非晶質シリコン層７６において電池に進入し、第１の表面１０において薄膜４０に進入し、薄膜４０を通って進む。反射層１２は、一部の光を電池の中へ反射し返すのに役立つであろう。本実施形態では、レシーバー要素６０は、基板として機能を果たす。レシーバー要素６０および薄膜４０、ならびに関連する層は、光起電アセンブリ８０を形成する。複数の光起電アセンブリ８０は、形成され、支持基板９０、または代替的に、支持上板（図示せず）に付着することができる。各光起電アセンブリ８０は、光電池を含む。モジュールの光電池は、概して、直列で電気的に接続される。
【００４６】
まさに先ほど記載した実施形態では、テクスチャリングがめっきの前に行われた。他の実施形態では、テクスチャリングは、めっきに続いて行われてもよい。Ｌｉらのテクスチャリング法は、表面応力を導入するように考えられた研磨ステップを必要とし、それによって、エッチング用の核形成点を作成する。テクスチャリングが、めっきに続いて行われる時、めっきによって誘発される応力によって、研磨ステップを不必要にする場合があり、ＴＭＡＨまたはＫＯＨ等、選択的エッチング液での時限エッチングステップが、１ミクロンより少ない山から谷までの高さを有する、錐体を形成するのに十分であってもよいことが分かる場合がある。
【００４７】
実施例：セラミック支持要素
構築された支持要素は、種々のプロセスによって、種々の材料から形成されてもよい。代替の実施形態では、支持要素はセラミックである。セラミック支持要素の製作については、本発明の譲受人によって所有され、参照することで本明細書に組み込まれる、２０１０年６月３０日に出願のＡｇａｒｗａｌらの米国特許出願第１２／８２６，７６２号「Ａ  Ｆｏｒｍｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｄｈｅｒｅｄ  ｔｏ  ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｍｉｎａ」の中により詳細に記載されている。
【００４８】
図７ａに目を転じると、プロセスは、反射金属層または積層１２の形成を通して、先の実施形態において記載したプロセスと同じであってもよい。金属層または積層１２は、例えば、ＴＣＯ１１０上に形成される、例えば、約２０から約１００オングストロームのクロムの非常に薄い層、続いて、例えば、約１０００から約３０００オングストロームの銀の層であってもよい。代替的に、例えば、約１００オングストローム以下のチタンの薄層が、ＴＣＯ層１１０上に堆積され、約１０００から約３０００オングストロームの銀が続いてもよい。他の材料が使用されてもよい。例えば、１００〜３００オングストロームの任意選択のチタンの薄層が、積層１２の最後の層として形成されてもよい。この層は、接着層として機能を果たし、来たる層に優れた接着を提供する。
【００４９】
次に、セラミック粉体、および例えば、液体結合剤といった結合剤を含む、セラミック混合物６４が、金属層または積層１２上に塗布される。セラミック粉体は、例えば、ムライトとしても知られるケイ酸アルミニウム、またはケイ酸ジルコニウムといった任意の好適な材料とすることができる。これらの形態のいずれか、または任意の他の好適なセラミックが使用されてもよい。黒鉛粉末または金属の充填剤等の導電成分が、結果生じるセラミック本体を導電性にさせるように含まれてもよい。例えば、水中の希釈度４０パーセントの純粋なケイ酸ナトリウムといった、ケイ酸ナトリウム溶液が、結合剤として機能を果たしてもよい。一実施例では、混合物は、７５ｇのケイ酸アルミニウムおよび５５ｇの黒鉛粉末（５５ｇ）を、希釈度４０パーセントの液体ケイ酸ナトリウム１３５ｇと混合することによって、形成された。当業者によって理解されるであろう通り、これらの比率は、所望の導電性、硬化条件等を達成するために異なってもよい。他の結合剤、セラミック粉体、または導電成分は、置き換えられてもよい。
【００５０】
セラミック混合物６４は、均一な分布を達成し、妥当な強さのレシーバー要素を作るのに、十分な厚さで塗布されるべきであるが、ガス放出を妨害する傾向があるであろうほど厚くするべきではない。約１から約３ｍｍの厚さ、例えば、約１．６から約２ｍｍの厚さである、完成した厚さが好ましい場合がある。
【００５１】
セラミック混合物６４は、任意の好適な方法、例えば、スキージ、噴霧、またはジェットライターによって、塗布されてもよい。硬化は、ガス放出を可能にするように十分ゆっくりと行われるべきである。混合物が、硬化プロセスの早期に皮層で覆われる場合、揮発性物質は、抜かれることができなくなるであろう。一実施例では、硬化は室温では２４時間行われるが、硬化時間は、硬化温度を上昇させることによって、減少することができる。硬化の後、本実施例におけるセラミック本体６４は、約１．６から約２．０ｍｍの間の厚さであり、損傷を起こすことなく、標準的なウェハ取扱機器によって取り扱われるのに、十分剛性があり十分強い。
【００５２】
硬化に続いて、温度は、例えば、乾燥器の中で、継続的または段階的のいずれかで上昇する。一実施例では、温度は、７５℃、１１０℃、２５０℃にまで、各温度で約２時間の滞留時間を伴い連続的に上昇していくが、当業者は、この連続が変えられるか、または最適化されてもよいことを理解するであろう。Ａｇａｒｗａｌらの実施形態は、５２０℃のピーク硬化温度を記載する。この硬化温度は、非晶質シリコン層７４を結晶化させるであろうし、両方が、シリコンにおいては５２０℃で容易に拡散するため、同様に反射金属層１２におけるアルミニウムまたは銀の使用とは適合しない。セラミック混合物は、硬化温度を上昇させることによって、より低い温度で硬化することができる。セラミック本体６４は、複数の層の適用および硬化によって、蓄積されてもよい。
【００５３】
図７ｂに目を転じると、製作は、先の実施形態における通り継続する。薄膜４０および構築されたセラミック支持要素６４は、一時的キャリア５０から除去され、非晶質シリコン層７８および７６、ＴＣＯ層１１２、ならびにグリッド線５７が、装置を完成させる。構造は、動作中のように、構築されたセラミック支持要素６４が下になるように、反転して示される。完成した装置では、入射光は、第１の表面１０において薄膜４０に進入する。したがって、作成されたアセンブリは、先の実施形態における通り、他の類似のアセンブリを伴い、支持基板または上板上に載置することができる。
【００５４】
代替的に、より高温を許容することができる構造が形成されてもよい。図８に目を転じると、薄膜４０の劈開による第２の表面６２の製作に続いて、かつ損傷の焼鈍に続いて、第２の表面は、第２の表面６２に高濃度にドープされたｎ型領域１６を形成するように、例えば、拡散ドーピングによってドープされてもよい。誘電層２８は、例えば、二酸化シリコンの第２の表面６２上に形成されてもよい。ビア３３が誘電層２８の中に形成され、金属積層１５が誘電層２８上に堆積され、ビア３３の中で第２の表面６２に接触する。金属積層１５は、４００℃を上回る温度を許容することができる、チタン、タングステン、コバルト等の金属層を含んでもよい。このような積層については、Ａｇａｒｗａｌらにより詳細に記載している。このような表面上に構築されるセラミック本体６４は、より高温で、例えば、約５２０℃で硬化することができる。
【００５５】
任意選択の追加の金属層または積層（図示せず）は、薄膜に対向する表面上で、接点を半田付けするのを補助するように、セラミック本体６４の背面上に含まれてもよい。この積層は、例えば、アルミニウムまたは銀に続いて、ＮｉＶまたは別の好適な材料の層であってもよい。
【００５６】
実施例：ポリマー支持要素
別の代替の実施形態では、支持要素はポリマーから形成される。図９ａに目を転じると、プロセスは、金属層または積層１２の形成を通して、先の実施形態（構築されたセラミック本体を有する）において記載したプロセスと同じであってもよい
ポリマー支持要素の形成を開始するために、液体形態のポリマーが、低抵抗層２２に塗布される。ポリマー層６６は、種々の既知の方法のうちのいずれによっても塗布することができる。ポリマー層は、回転し続けてもよく、この場合、層６６の厚さは、適用される容量および回転速度で異なるであろう。この層は、上に噴霧されるか、または任意の他の好適な方法によって塗布されてもよい。乾燥ステップは、例えば、約１２０から約２００℃で数分または数時間行われる。乾燥の後、硬化ステップが、任意の好適な温度で行われる。いくつかの実施形態では、乾燥および硬化ステップは、組み合わせられてもよい。硬化の後、ポリマー層６６は、例えば、約５から約３０ミクロンの間の厚さであってもよい。複数のポリマー層は、例えば、最大１００ミクロン以上の厚さのより厚いポリマー本体を作成するように形成されてもよく、これは硬化時間および温度を低く維持するのに役立つ場合がある。ポリマー支持要素６６を構築し硬化した後、ポリマー支持要素６６および薄膜４０が、一時的キャリア５０から除去され、製作は、先の実施形態における通り完成する。
【００５７】
製作は先の実施形態における通り継続する。図９ｂに目を転じると、一時的支持要素が除去される。構造は、ポリマー支持要素６６が下になるように、反転して示される。非晶質シリコン層７８および７６は、ＴＣＯ層１１２および配線５７のように形成される。完成した装置において、入射光は、第１の表面１０において薄膜４０に進入する。
【００５８】
代替の実施形態（図示せず）では、セラミック支持要素が構築される、先のセクションに記載した通り、ａ）薄膜４０の第２の表面６２に高濃度ドープ領域を形成することによって、非晶質シリコン層７２および７４を置き換えることと、ｂ）アルミニウムまたは銀を、より高温を許容することができる金属で置き換えることとによって、硬化はより高温で行われてもよい。
【００５９】
種々の構築された支持要素について記載してきた。構築された支持要素が、導電性でない場合、支持要素に隣接する電池の領域（高濃度にドープされた非晶質シリコン層、または種々の実施形態においてドーピングによって形成される領域のいずれか）での、高濃度ドープ領域への電気的背接触は、両方が本出願の譲受人によって所有され、両方が参照することで本明細書に組み込まれる、２００８年１２月９日に出願のＰｅｔｔｉらの米国特許出願第１２／３３１，３７６号「Ｆｒｏｎｔ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、および以下、’０６４出願と称する、２００９年３月１９日に出願のＰｅｔｔｉらの米国特許出願第１２／４０７，０６４号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｍａｋｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｏ  ａ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｆａｃｅ  ｏｆ  ａ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌ」を含む、種々の方法を使用して形成することができる。
【００６０】
より多いまたはより少ない薄膜の移動
これまでに記載した実施形態では、ドナーウェハの元の表面は真空チャックに付着され、その後、薄膜の劈開に続いて、劈開された表面は、真空パドルおよび放出された元の表面によって保持され、一時的キャリアへの移動に続いて、元の表面が付着され、劈開された表面は放出され、追加の処理に続いて、元の表面は、一時的キャリアから放出される。このフローにおいて、真空チャックからの元の表面の放出、真空パドルからの劈開された表面の放出、および一時的キャリアからの元の表面の放出と、３つの表面の放出がある。しかしながら、他の選択肢も可能である。
【００６１】
プロセスフローは単純化することができる。図１０ａに目を転じると、一実施形態では、ドナーウェハ２０の第１の表面１０（イオン注入によって前に画定された劈開面３０を含む）は、真空チャック５４に保持される。図１０ｂに目を転じると、薄膜４０の劈開（第２の表面６２を作成する）に続いて、一時的キャリア５０は、例えば、接着剤を使用して、第２の表面６２に付着され、第１の表面１０は真空チャック５４から放出される。一時的支持要素５０が下になるように、反転された構造を示す、図１０ｃに目を転じると、非晶質層７４および７２、ＴＣＯ層１１０、ならびに反射金属層１２は、第１の表面１０上に堆積され、続いて、金属層１２上に支持要素６０が構築される。図１０ｄに示す通り、第２の表面６２が、一時的キャリアから切り離され（構造は、完成した装置の動作中のように、今回は構築された支持要素６０が下になるように、再び反転する）、洗浄に続いて、非晶質層７８および７６、ならびにＴＣＯ層１１２が、第２の表面６２上に形成される。配線５７は、スクリーン印刷によって形成され、硬化される。このプロセスフローは、２つの放出のみ、すなわち、真空チャックからの第１の表面１０、および一時的キャリアからの第２の表面６２の放出に関与する。完成した装置では、入射光が、第２の表面６２において薄膜４０に進入し、第１の表面１０は、電池の背面にある。
【００６２】
他の実施形態では、１つ以上の追加の放出があってもよい。図１１ａに目を転じると、第１の表面１０は、真空チャック５４に保持される。図１１ｂに目を転じると、薄膜４０の劈開に続いて、真空パドル（図示せず）が、薄膜４０を第１の一時的キャリア５０に移動させるように使用される。第１の表面１０が付着される一方、第２の表面６２は曝露される。非晶質層７８および７６、ならびにＴＣＯ層１１２は、第２の表面６２上に堆積される。第２の一時的キャリア５２が、ＴＣＯ層１１２に付着される（第２の表面６２に渡って）。第２の一時的キャリア５２の取り付けに続いて、第１の表面１０が、一時的キャリア５０から切り離される。第２の一時的キャリア５２が下になるように反転された構造を示す、図１１ｃに目を転じると、第１の表面１０は洗浄され、非晶質シリコン層７４および７２、ならびにＴＣＯ層１１０が、第１の表面１０上に形成され、反射金属層１２が続く。金属支持要素６０は、めっきによって金属層１２上に形成される。最後に、図１１ｄに目を転じると、ＴＣＯ層１１２は、第２の一時的キャリアから切り離され、配線５７が、スクリーン印刷によってＴＣＯ層１１２上に形成され、硬化される。このプロセスフローは、４つの放出、すなわち真空チャックからの第１の表面１０の放出、真空パドルからの第２の表面６２の放出、第１の一時的キャリア５０からの第１の表面１０の放出、および第２の一時的キャリア５２からの第２の表面６２の放出に関与する。完成した装置では、入射光が、第２の表面６２において薄膜４０に進入し、第１の表面１０は、電池の背面にある。このフローは、より複雑であるが、ＮｉＦｅで構築された支持要素６０は、全ての堆積ステップが完了した後、プロセスの最後の非常に近くで形成されるという利点を提供する。これにより、より清潔なプロセスを提供し、機器の汚染を避ける場合がある。
【００６３】
種々の実施形態が、明確および完全を期すために、提供されてきた。明らかに、全ての可能な実施形態を一覧として示すのは実際的ではない。本明細書によって情報が与えられる時、本発明の他の実施形態は、当業者には明らかであろう。製作の詳細な方法を本明細書に記載してきたが、同じ構造を形成する、任意の他の方法を使用することもできる一方で、結果は本発明の範囲内に該当する。
【００６４】
上述の詳細な記載は、本発明が取ることができる、多くの形態のうちのいくつかのみについて説明している。この理由から、この発明を実施するための形態は、限定するものではなく、例証することを意図している。本発明の範囲を画定するように意図しているのは、全ての均等物を含む、続く特許請求の範囲のみである。
【図１】
2014501456.tif 000003
【図３ａ】
2014501456.tif 000004
【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2014501456.tif 000006
【図３ｄ】
2014501456.tif 000007
【図６ａ】
2014501456.tif 000008
【図６ｂ】
2014501456.tif 000009
【図６ｃ】
2014501456.tif 000010
【図６ｄ】
2014501456.tif 000011
【図６ｅ】
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【図７ａ】
2014501456.tif 000013
【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
2014501456.tif 000025
【図２ａ】
2014501456.tif 000026
【図２ｂ】
2014501456.tif 000027
【図２ｃ】
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【図２ｄ】
2014501456.tif 000029
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月2日(2013.7.2)
【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】
装置を製作するための方法であって、
約５０ミクロン以下の厚さを有し、第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、半導体薄膜を提供することと、
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記薄膜への支持を提供する、恒久的な連続金属支持要素を構築することと、
前記薄膜を備える、光電池を製作することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記薄膜は、約４ミクロンから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄膜は、前記光電池のベース領域を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記薄膜は、単結晶シリコンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記恒久的支持要素を構築するステップは、めっきによって前記恒久的支持要素を形成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、前記薄膜の前記第２の表面を、一時的支持要素に付着することと、
前記恒久的支持要素を構築するステップの後に、前記薄膜の前記第２の表面を、前記一時的支持要素から切り離すことと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体薄膜を提供するステップは、
劈開面を画定するように、半導体ドナー本体の中にイオンを注入することと、
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に起こる、前記劈開面において前記ドナー本体から前記薄膜を劈開することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、１つ、２つ、またはそれ以上の層を、前記薄膜の前記第１の表面上に形成することを、さらに含み、前記１つ、２つ、またはそれ以上の層は、前記完成した装置の中で、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記完成した装置の中で、光が、前記第２の表面において前記薄膜に進入する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記薄膜の前記第１の表面上に、前記恒久的支持要素を構築するステップの前に、少なくとも８５０℃の温度で、前記薄膜を焼鈍することを、さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
非晶質シリコンの第１の層が、前記薄膜と前記恒久的支持要素との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜の前記第２の表面上に、非晶質シリコンの第２の層を形成することを、さらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非晶質シリコンの第２の層は、前記光電池のエミッタを備える、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
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