(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の太陽電池と比較して高い性能の光起電性装置、および低コストでこのような光起電性装置を製造する方法を提供する。【解決手段】光起電性装置に関し、光電池などの光起電性装置に配置される金属接点、およびこのような金属接点を形成する製造プロセスに関する。これらの金属接点は、アニールプロセスの際に低温で形成されたパラジウムゲルマニウム合金を含有する。幾つかの実施形態では、光電池は、アニールプロセスの際に約２０℃乃至約２７５℃の温度、例えば約１５０℃で約３０分間加熱される。他の実施形態では、光電池は、アニールプロセスの際に約１５０℃乃至約２７５℃の温度で少なくとも約０．５分間加熱される。【選択図】図１Ａ
2012099806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電性装置に金属接点を形成する方法であって：
光電池の吸収層上にパラジウム層を蒸着させるステップと；
前記パラジウム層上にゲルマニウム層を蒸着させるステップと；
前記ゲルマニウム層上に金属キャッピング層を蒸着させるステップと；
前記光電池を約２０℃乃至約２７５℃の範囲の温度に加熱して、前記吸収層と前記金属キャッピング層の間に配置されるパラジウムゲルマニウム合金を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記金属キャッピング層を蒸着させるステップが：
前記ゲルマニウム層上に接着層を蒸着させるステップと；
前記接着層上に導電層を蒸着させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記加熱するステップが、約５分乃至約６０分間実施されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記温度が約１５０℃乃至約２７５℃の範囲であり、前記加熱するステップが少なくとも約３０秒間実施されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、前記温度が約１００℃乃至約１５０℃の範囲であり、前記加熱するステップが約５分乃至約６０分間実施されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記温度が約２０℃乃至約１７５℃の範囲であり、前記加熱するステップが約５分乃至約６０分間実施されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記パラジウム層が約５０Å乃至約３００Åの範囲の厚さを有し、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の範囲の温度で蒸着されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記ゲルマニウム層が約１００Å乃至約１０００Åの範囲の厚さを有し、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の範囲の温度で蒸着されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項２に記載の方法において、前記接着層がチタンまたはチタン合金を含み、少なくとも約２０Åの厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の方法において、前記導電層が金または金合金を含み、少なくとも約１，０００Åの厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記光電池の前記吸収層がｎ型ヒ化ガリウム材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記金属接点が、前記光電池の裏面に配置されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
光起電性装置に金属接点を形成する方法であって：
光電池の吸収層上にパラジウム層を蒸着させるステップと；
前記パラジウム層上にゲルマニウム層を蒸着させるステップと；
前記ゲルマニウム層上に接着層を蒸着させるステップと；
前記接着層上に導電層を蒸着させるステップと；
前記光電池を約１５０℃乃至約２７５℃の範囲の温度に少なくとも０．５分間加熱して、前記吸収層と前記接着層の間に配置されるパラジウムゲルマニウム合金を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
光起電性装置に配置された金属接点において：
光電池の吸収層上に配置されたパラジウムゲルマニウム合金の層と；
前記パラジウムゲルマニウム合金の層上に配置された金属キャッピング層とを具えることを特徴とする金属接点。
【請求項１５】
請求項１４に記載の金属接点において、前記金属キャッピング層が：
前記パラジウムゲルマニウム合金の層上に配置された接着層と；
前記接着層上に配置された導電層とを有することを特徴とする金属接点。
【請求項１６】
請求項１５に記載の金属接点において、前記接着層がチタンを含有することを特徴とする金属接点。
【請求項１７】
請求項１５に記載の金属接点において、前記導電層が金を含有することを特徴とする金属接点。
【請求項１８】
請求項１４に記載の金属接点において、前記パラジウムゲルマニウム合金の層が、約１００Å乃至約１，０００Åの範囲の厚さを有することを特徴とする金属接点。
【請求項１９】
請求項１８に記載の金属接点において、前記パラジウムゲルマニウム合金の層の厚さが、約３００Å乃至約６００Åの範囲内であることを特徴とする金属接点。
【請求項２０】
請求項１５に記載の金属接点において、前記接着層が、少なくとも約２０Åの厚さを有することを特徴とする金属接点。
【請求項２１】
請求項１５に記載の金属接点において、前記導電層が、少なくとも約１，０００Åの厚さを有することを特徴とする金属接点。
【請求項２２】
請求項１４に記載の金属接点において、前記光電池の前記吸収層が、ｎ型ヒ化ガリウム材料を含むことを特徴とする金属接点。
【請求項２３】
請求項１４に記載の金属接点において、前記金属接点が、前記光電池の裏面に配置されることを特徴とする金属接点。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、太陽電池などの光起電性装置、およびこのような光起電性装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料は増大した速度で枯渇しつつあるため、代替的なエネルギ源の必要性がより一層明らかとなりつつある。風、太陽および、流水から得られるエネルギは、再生可能な環境に優しい、石炭、石油、および天然ガスなどの化石燃料に代わるものを提供する。地球上の殆どどこでも容易に利用可能であるため、太陽エネルギはいつか実行可能な代替手段となりうる。
【０００３】
太陽からのエネルギを利用するため、太陽電池の接合は光子を吸収して、電圧を生成すべく接合部の内部電界によって分離する電子正孔対を生成し、その結果、光エネルギを電気エネルギに変換する。生成される電圧は太陽電池を直列に連結することによって増加させることができ、電流は太陽電池を並列に連結することによって増加させることができる。太陽電池は太陽光パネル上で共にグループ化してもよい。インバータを幾つかの太陽光パネルに連結して、ＤＣ電源をＡＣ電源に変換をしてもよい。
【０００４】
それにもかかわらず、最近の装置の低効率レベルに対する現在の太陽電池の生成に掛かる高コストは、太陽電池が主流のエネルギ源となるのを妨げ、太陽電池に適した利用を制限している。従来の光起電性装置の製造プロセスの際、金属接点は多くの場合蒸着プロセスで蒸着され、通常は熱アニールプロセスの際に３００℃を越える温度に加熱される。これらの高温プロセスは通常、時間やエネルギを非常に消費するために費用がかかる。また高温プロセスは多くの場合、光起電性装置内に含まれる感度がよい材料に損傷を与えてしまう。
【０００５】
従って、従来の太陽電池と比較して高い性能の光起電性装置、および低コストでこのような光起電性装置を製造する方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は一般に、光起電性装置などの光電子半導体装置に関し、より具体的には、光電池などの光起電性装置に配置された金属接点、およびこのような金属接点を形成する製造プロセスに関するものである。
【０００７】
一実施形態では、光電池などの光起電性装置に配置された金属接点が提供されており、これは光電池の吸収層の上に配置されたパラジウムゲルマニウム合金の層と、パラジウムゲルマニウム合金の層の上に配置された金属キャッピング層を具える。例えば、このキャッピング層は、パラジウムゲルマニウム合金の層の上に配置された接着層と、接着層の上に配置された導電層を含みうる。幾つかの例では、パラジウムゲルマニウム合金の層は、約３００Å乃至約６００Åといった、約１００Å乃至約１，０００Åの範囲の厚さを有しうる。接着層は少なくとも約２０Åの範囲の厚さを有しうる。導電層は少なくとも約１，０００Åの厚さを有しうる。
【０００８】
他の実施形態では、光起電性装置上に金属接点を形成する方法が提供されており、この方法は、光電池の吸収層上にパラジウム層を蒸着させるステップと、パラジウム層上にゲルマニウム層を蒸着させるステップと、ゲルマニウム層上に金属キャッピング層を蒸着させるステップと、アニールプロセスの際に光電池を約２０℃乃至約２７５℃の温度に加熱するステップとを含む。例えば、キャッピング層を蒸着させるステップは、ゲルマニウム層上に接着層を蒸着させるステップと、接着層上に導電層を蒸着させるステップを含みうる。パラジウム層およびゲルマニウム層は、吸収層と接着層の間に配置されるパラジウムゲルマニウム合金を形成する。幾つかの例では、光電池は、約１００℃乃至約１５０℃というように、約２０℃乃至約１７５℃の温度で約５分乃至約６０分間加熱される、あるいはアニールプロセスにおいて、約１５０℃乃至約２７５℃の温度で少なくとも約０．５分間加熱されうる。
【０００９】
パラジウム層は約５０Å乃至約３００Åの厚さを有し、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の温度で蒸着させることができる。ゲルマニウム層は約１００Å乃至約１０００Åの厚さを有し、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の温度で蒸着させることができる。幾つかの例では、接着層はチタンまたはチタン合金を含有し、少なくとも約２０Åの厚さを有する。他の例では、導電層は金または金合金を含有し、少なくとも約１，０００Åの厚さを有する。他の態様では、光電池の吸収層は多くの場合、ｎ型ヒ化ガリウム材料を含有し、金属接点は光電池の裏面に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上記の本発明の特徴を詳しく理解できるように、上記に簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照になされており、その一部は添付の図面に図示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の代表的な実施形態のみを図示しており、従って、その範囲を限定するとみなすべきではなく、本発明は他の同等に効果的な実施形態も認容しうると理解されたい。
【図１Ａ】図１Ａは、本書に記載の一実施形態による太陽光発電装置の断面図を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本書に記載の一実施形態による太陽光発電装置の断面図を示している。
【図２】図２は、本書に記載の幾つかの実施形態による両面光電池の断面図を示している。
【図３】図３は、本書に記載の他の実施形態による片面光電池の断面図を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、本書に記載の幾つかの実施形態による金属接点の断面図を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本書に記載の幾つかの実施形態による金属接点の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は一般に光起電性装置およびプロセスに関し、より具体的には、光電池、光電池に形成される金属接点、およびこのような光電池および金属接点を形成する製造プロセスに関するものである。この製造プロセスの一部は、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）プロセスによって更に処理されるヒ化ガリウム材料の薄膜をエピタキシャルに成長させるステップを含む。
【００１２】
本書に記載の金属接点の実施形態は、アニールプロセスの際に低温で形成されたパラジウムゲルマニウム合金を含有している。幾つかの実施形態では、光電池は約２０℃乃至約２７５℃の範囲の温度まで加熱することができる。例えば、この電池は、アニールプロセスの際に約２０℃乃至約１７５℃の範囲の温度まで加熱される、および／または約５分乃至約６０分間加熱され、例えば、約１５０℃で約３０分加熱されてもよい。他の実施形態では、アニールプロセスの際に光電池は約１５０℃乃至約２７５℃の範囲の温度に少なくとも約０．５分間、例えば約２５０℃で約１分加熱されうる。
【００１３】
金属接点と共に用いる適切な光電池の幾つかの実施形態が、本書の実施形態に記載されている。この光電池は、ｎ型積層体は正面を向き、ｐ型積層体は電池の裏面となるようにｐ型積層体の上に配置されたｎ型積層体を含む、ヒ化ガリウムベースの電池を含みうる。一実施形態では、光電池は両面の光電池であり、正面に配置されたｎ型金属接点を有し、ｐ型金属接点は電池の裏面に配置される。他の実施形態では、光電池は片面の光電池であり、電池の裏面に配置されたｎ型金属接点とｐ型金属接点を有する。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態は、約１０μｍ／ｈｒ以上、約２０μｍ／ｈｒ以上、約３０μｍ／ｈｒ以上、約１００μｍ／ｈｒ以上または約１２０μｍ／ｈｒ以上を含む約６０μｍ／ｈｒ以上といった、５μｍ／ｈｒよりも速い成長速度で、グループＩＩＩ−Ｖ材料をエピタキシャルに成長させるプロセスを提供している。グループＩＩＩ−Ｖ材料は、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウムインジウム、またはその組み合わせを含むエピタキシャルに成長した層の薄膜である。幾つかの実施形態では、金属接点は、３００℃未満の低温、幾つかの例では２５０℃未満または２００℃未満の温度、例えば約２０℃（またはおよそ室温）乃至約１５０℃の温度で形成されたパラジウムゲルマニウム合金を含みうる。このような新たな手法は、従来の太陽電池と比較した場合に、光起電性装置における優れた性能と柔軟性を可能にできる。
【００１５】
図１Ａは、間に配置された犠牲層１０４によって成長ウエハ１０１と連結したヒ化ガリウムベースの電池１４０を有する太陽光発電装置９０の断面図を示している。様々な組成を含有するエピタキシャル材料の複数の層は、緩衝層１０２、犠牲層１０４、更にはヒ化ガリウムベースの電池１４０内に含まれる層の多くを含む太陽光発電装置９０内に蒸着させられる。エピタキシャル材料の様々な層は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）プロセス、または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）プロセスといった蒸着プロセスによって成長または形成することができる。
【００１６】
本書に記載の他の実施形態では、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）プロセスの際に犠牲層１０４をエッチングし、ヒ化ガリウムベースの電池１４０を成長ウエハ１０１から分離させるために、太陽光発電装置９０を湿式エッチング溶液に曝してもよい。この湿式エッチング溶液は一般にフッ化水素酸を含み、さらに様々な添加物、緩衝剤、および／または界面活性剤を含みうる。湿式エッチング溶液は選択的に犠牲層１０４をエッチングし、ヒ化ガリウムベースの電池１４０および成長ウエハ１０１を保護する。一旦分離すると、図１Ｂに示すようなヒ化ガリウムベースの電池１４０は更に処理されて、本書の幾つかの実施形態に記載するような光電池やモジュールを含む、様々な光起電性装置を形成することができる。
【００１７】
グループＩＩＩ−Ｖ材料は、特にヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウムを含有するエピタキシャルに成長した層の薄膜である。窓層といった幾つかの層は、リン化アルミニウムガリウムインジウム、リン化アルミニウムガリウム、またはその組み合わせを含む、更なる材料を含有しうる。エピタキシャルに成長した層は、高成長率の蒸着プロセスの際にグループＩＩＩ−Ｖ材料が成長することで形成できる。高成長率の蒸着プロセスにより、従来観察されていた５μｍ／ｈｒ未満の蒸着速度と比較して、約１０μｍ／ｈｒ以上、約２０μｍ／ｈｒ以上、約３０μｍ／ｈｒ以上、約１００μｍ／ｈｒ以上または約１２０μｍ／ｈｒ以上を含む約６０μｍ／ｈｒ以上といった、５μｍ／ｈｒよりも高い成長率が可能となる。
【００１８】
このプロセスは、処理システム内で約５５０℃以上の蒸着温度までウエハを加熱するステップと、ヒ化ガリウムの蒸着プロセスのためにウエハをガリウム前駆体ガスおよびヒ化水素などの化学的前駆体を含有する蒸着ガスに曝すステップと、ウエハ上にヒ化ガリウムを含有する層を蒸着させるステップとを含む。高成長率の蒸着プロセスは、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウムインジウム、リン化アルミニウムインジウム、それらの合金、それらのドーパント変形物、またはそれらの組み合わせを含む、様々な材料を蒸着させるために利用できる。蒸着プロセスの幾つかの実施形態では、蒸着温度が約５５０℃乃至約９００℃の範囲内であってもよい。他の例では、蒸着温度は約６００℃乃至約８００℃の範囲内であってもよい。他の例では、蒸着温度は約６５０℃乃至約７５０℃の範囲内であってもよい。他の例では、蒸着温度は約６５０℃乃至約７２０℃の範囲内であってもよい。
【００１９】
一実施形態では、シャワーヘッドに入るまたは通過する前に、ガスマニフォールド内の２、または３以上の化学的前駆体を組み合わせる、あるいは混合することによって蒸着ガスを形成することができる。他の実施形態では、シャワーヘッドを通過した後に、反応領域内の２、または３以上の化学的前駆体を組み合わせる、あるいは混合することによって蒸着ガスを形成することもできる。蒸着ガスはさらに、シャワーヘッドを通過する前か通過した後に前駆体ガスと組み合わせる、あるいは混合することができる、１、または２以上のキャリアガスを含有していてもよい。
【００２０】
蒸着ガスは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、ヒ素、リン、または他の１または複数の化学的前駆体を含有しうる。蒸着ガスは、トリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムといったアルキルガリウム化合物であるガリウム前駆体ガスを含有しうる。蒸着ガスはさらに、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウムといったアルキルアルミニウム前駆体であるアルミニウム前駆体ガスを含有しうる。蒸着ガスはさらに、トリメチルインジウムといったアルキルインジウム化合物であるインジウム前駆体ガスを含有しうる。
【００２１】
幾つかの実施形態では、蒸着ガスはさらにキャリアガスを含む。キャリアガスは、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、水素と窒素の混合、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの組み合わせを含有しうる。多くの例では、キャリアガスは、水素、窒素、または水素と窒素の混合を含有する。蒸着ガスはそれぞれ、約５ｓｃｃｍ（立方センチメートル毎分）乃至約３００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバに与えることができる。キャリアガスは、約５００ｓｃｃｍ乃至約３，０００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバに与えることができる。
【００２２】
他の実施形態では、蒸着ガスは、約３以上、約４以上、約５以上、約６以上、または約７以上のヒ化水素／ガリウム前駆体比でヒ化水素およびガリウム前駆体ガスを含有している。幾つかの例では、ヒ化水素／ガリウム前駆体比は、約５対約１０の範囲内であってもよい。他の実施形態では、グループＩＩＩ−Ｖ材料は、約３０：１、４０：１、５０：１、６０：１、またはそれより高いグループＶ前駆体とグループＩＩＩ前駆体の比率を含む蒸着ガスから形成または成長させることができる。幾つかの例では、蒸着ガスは約５０：１のリン化物／グループＩＩＩ前駆体を有する。
【００２３】
処理システムは、約２０トール乃至約１，０００トールの範囲の内圧を有しうる。幾つかの実施形態では、内圧は、約７６０トール乃至約１，０００トールというように、環境中と同じか環境よりも高くてもよい。幾つかの例では、内圧は約８００トール乃至約１，０００トールの範囲内であってもよい。他の例では、内圧は約８００トール乃至約８５０トールというように、約７８０トール乃至約９００トールの範囲内であってもよい。他の実施形態では、内圧は、約２０トール乃至約７６０トール、好適には約５０トール乃至約４５０トール、より好適には約１００トール乃至約２５０トールの範囲内というように、環境中と同じか環境より低くてもよい。
【００２４】
本書に記載するようなグループＩＩＩ−Ｖ材料を蒸着または形成する蒸着プロセスは、単一ウエハ蒸着チャンバ、複数のウエハ蒸着チャンバ、定常蒸着チャンバ、または連続供給蒸着チャンバ内で実施することができる。グループＩＩＩ−Ｖ材料の成長、蒸着、または形成に利用できる連続供給蒸着チャンバの１つが、同一出願人により双方とも２００９年５月２９日に出願された米国特許第１２／４７５，１３１号および第１２／４７５，１６９号に開示されており、参照により本書に組み込まれる。
【００２５】
一実施形態では、太陽光発電装置９０の形成を開始するため、１以上の緩衝層１０２が成長ウエハ１０１上に形成される。成長ウエハ１０１はｎ型または半絶縁性の材料を含有し、その後に蒸着される１以上の緩衝層と同一または類似した材料を含有しうる。例えば、成長ウエハ１０１は、ヒ化ガリウムまたはｎ型ドープのヒ化ガリウムの緩衝層を生成する場合、ヒ化ガリウムまたはｎ型ドープヒ化ガリウムを含有しうる。ｐ型ドーパントは炭素、マグネシウム、亜鉛、またはその組み合わせから選択され、ｎ型ドーパントはシリコン、セレン、テルル、またはその組み合わせから選択できる。幾つかの実施形態では、ｐ型ドーパント前駆体は、炭素ドーパントとして四臭化炭素（ＣＢｒ４）、マグネシウムドーパントとしてビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、亜鉛ドーパントとしてジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛を含むジアルキル亜鉛化合物を含みうる。他の実施形態では、ｎ型のドーパント前駆体は、シリコンドーパントとしてシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、セレンドーパントとして水素セレン化合物（Ｈ２Ｓｅ）、およびテルルドーパントとしてジメチルテルル、ジエチルテルル、およびジイソプロピルテルルを含むジアルキルテルル化合物を含みうる。
【００２６】
１または複数の緩衝層１０２は、様々なエピタキシャル層が形成されたときに異なる結晶構造に適応できる、成長ウエハ１０１と最後の太陽光発電装置の半導体層の間の媒介を提供することができる。１以上の緩衝層１０２は、約１００ｎｍ乃至約６００ｎｍ、例えば約５００ｎｍの厚さといった厚さに蒸着できる。１以上の緩衝層１０２はそれぞれ、最後の太陽光発電装置の所望の組成に応じて、ヒ化ガリウムなどのグループＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含有しうる。緩衝層１０２はさらに、例えばｎ型ドープのヒ化ガリウムなどのｎ型ドープ材などでドープされてもよい。
【００２７】
犠牲層１０４は緩衝層１０２の上に蒸着することができる。この犠牲層１０４はヒ化アルミニウムまたはヒ化アルミニウム合金などの適切な材料を含有し、約５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、例えば約１０ｎｍといった約３ｎｍ乃至約２０ｎｍの厚さを有するよう蒸着できる。犠牲層１０４はさらに、ｎ型ドープ材、例えばｎ型ドープのヒ化アルミニウムなどでドープできる。犠牲層１０４は剥離層としても知られており、ＥＬＯプロセスの際に成長ウエハ１０１からヒ化ガリウムベースの電池１４０を分離しながら、エッチングして除去される。エッチングされる前に、犠牲層１０４は、ｎ型接触層１０５といったヒ化ガリウムベースの電池１４０内に含まれる、次にエピタキシャルに成長する層について格子構造を形成するためにも利用される。
【００２８】
ヒ化ガリウムベースの電池１４０は、ｐ型ドープのヒ化ガリウム材料を含有するｐ型積層体１３０の上に蒸着した、ｎ型ドープのヒ化ガリウム材料を含有するｎ型積層体１２０を有する。ｎ型積層体１２０およびｐ型積層体１３０はそれぞれ、ヒ化ガリウム材を含む様々な材料の組成の複数の層を個々に含んでいる。一実施形態では、ｎ型積層体１２０は、ｎ型接触層１０５と、ｎ型前窓１０６と、ｎ型前窓１０６に隣接して形成されたｎ型吸収層１０８と、任意に中間層１１４とを有する。ｐ型積層体１３０は、ｐ型エミッタ層１１０と、ｐ型エミッタ層１１０上に形成されたｐ型接触層１１２とを有する。
【００２９】
製造プロセスの際、一実施形態に記載するように、ｎ型接触層１０５または界面層が、犠牲層１０４上に堆積されることがある。このｎ型接触層１０５は、最後の太陽光発電装置の所望の組成に応じて、ヒ化ガリウムなどのグループＩＩＩ−Ｖ材料を含有する。ｎ型接触層１０５はｎ型ドープされ、幾つかの実施形態については、ドーピング濃度は、６×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、例えば約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった、約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３よりも高い範囲であってもよい。ｎ型接触層１０５は、約２５ｎｍ乃至約７５ｎｍ、例えば約５０ｎｍといった、約１０ｎｍ乃至約１，０００ｎｍまたは約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さに形成されうる。ｎ型接触層１０５は、ＥＬＯプロセスの前にヒ化ガリウムベースの電池１４０の一部として、この段階で形成することができる。代替的に、他の実施形態では、ｎ型接触層１０５はＥＬＯプロセスに続く後の段階で形成することができる。ＥＬＯプロセスの前にヒ化ガリウムベースの電池１４０の一部としてｎ型接触層１０５を形成することの利点の１つは、ＥＬＯプロセスの際の犠牲層１０４のエッチングといった後に続く処理のステップ中に、ｎ型接触層１０５が望ましくない損傷または材料の混入からｎ型前窓１０６を保護する効果があることである。
【００３０】
ｎ型前窓１０６は保護層としても知られており、犠牲層１０４、またはある場合には、任意の接触層１０５の上に形成することができる。ｎ型前窓１０６は、アルミニウムガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、その合金、またはそれらの組み合わせといったグループＩＩＩ−Ｖ材料を含有しうる。ｎ型前窓１０６の材料はｎ型ドープされ、幾つかの実施形態については、ドーピング濃度は、３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、例えば約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった、約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高い範囲であってもよい。ｎ型前窓１０６の材料はドープされないでもよい。ヒ化アルミニウムガリウムは、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの分子比の公式、例えばＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの分子比を有しうる。ｎ型前窓１０６は、約５ｎｍ乃至約７５ｎｍ、例えば約３０ｎｍまたは約４０ｎｍの範囲の厚さを有するように蒸着することができる。ｎ型前窓１０６は透過性であり、光子がヒ化ガリウムベースの電池１４０の前面におけるｎ型前窓１０６を通って他の下にある層に通過できるようにしてもよい。
【００３１】
代替的に、ｎ型前窓１０６は、リン化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウムインジウム、その合金、その派生物、またはそれらの組み合わせといった材料を含有しうる。これらのリン化アルミニウムガリウムの組成は約２．２ｅＶといった大きいバンドギャップをもたらし、さらにはｎ型前窓１０６内に用いられた場合に低波長での高い捕集率をもたらす。
【００３２】
吸収層１０８は前窓１０６上に形成することができる。吸収層１０８は、ヒ化ガリウムなどのグループＩＩＩ−Ｖ組成の半導体を含みうる。吸収層１０８は単結晶であってもよい。吸収層１０８は例えばｎ型ドーピングなどの一種類のみドーピングされ、幾つかの実施形態については、ｎ型吸収層１０８のドーピング濃度は、約１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、例えば約１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった範囲内であってもよい。ｎ型吸収層１０８の厚さは、約１，０００ｎｍ乃至約２，０００ｎｍ（約１．０μｍ乃至約２．０μｍ）、例えば２，０００ｎｍといった、約３００ｎｍ乃至約３，５００ｎｍの範囲内であってもよい。
【００３３】
図１Ｂに図示するように、幾つかの実施形態では後窓層とも称されるエミッタ層１１０を吸収層１０８に近接して形成することができる。エミッタ層１１０は、例えばｐ型ドープされてもよい。ｐ型エミッタ層１１０は、ｎ型吸収層１０８とのヘテロ接合を形成するグループＩＩＩ−Ｖ組成の半導体を含みうる。例えば、ｎ型吸収層１０８がヒ化ガリウムを含有する場合、ｐ型エミッタ層１１０は、ヒ化アルミニウムガリウムなどの異なる半導体材料を含有しうる。ｐ型エミッタ層１１０およびｎ型前窓１０６の双方がヒ化アルミニウムガリウムを含有する場合、ｐ型エミッタ層１１０のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの組成は、ｎ型前窓１０６のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓの組成と同一または異なっていてもよい。例えばｐ型エミッタ層１１０は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの分子比を有しうる。ｐ型エミッタ層１１０は単結晶であってもよい。ｐ型エミッタ層１１０は高密度にｐ型ドープされてもよく、幾つかの実施形態については、ｐ型ドープのエミッタ層のドーピング濃度は、約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった、約１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内であってもよい。ｐ型エミッタ層１１０の厚さは、約１００ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内、例えば約３００ｎｍであってもよい。幾つかの実施形態については、ｎ型吸収層１０８は約８００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約１００ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内といった厚さを有しうる。            
【００３４】
幾つかの実施形態では、ｎ型吸収層１０８とｐ型エミッタ層１１０の接点が光子を吸収するｐ−ｎ界面層を生成する。ｎ型吸収層１０８がある材料（ヒ化ガリウムなど）を含有し、ｐ型エミッタ層１１０が吸収層１０８（ヒ化アルミニウムガリウムなど）の材料とは異なるバンドキャップを有する異なる材料を含有している本発明の実施形態では、ｐ−ｎ界面層はヘテロ接合である。本書の実施形態に記載されるようなヘテロ接合は、従来の光起電性材料のホモ接合と比較して、暗電流の減少、電圧生成の向上、および放射再結合の向上があると認められる。光がｐ−ｎ界面層の近くに吸収されて電子正孔対が生成されると、ｐ−ｎ接合によって起こる内部電界が正孔をｐ型ドープ側に、電子をｎ型ドープ側に押しやることがある。この自由電荷の移動によってｎ型吸収層１０８とｐ型エミッタ層１１０の間の電圧差が生じ、これにより、抵抗がこれらの層に接続された端子にわたって連結された場合に電子流が流れることができる。本書に記載された実施形態では、ｐ型エミッタ層１１０の材料はｎ型吸収層１０８の材料よりも大きいバンドギャップを有する。
【００３５】
上述のようなｎ型吸収層１０８およびｐ型エミッタ層１１０ではなく、従来の光起電性半導体装置は通常、ｐ型ドープのベース／吸収層およびｎ型ドープのバック／エミッタ層を有する。ベース／吸収層は一般に、キャリアの拡散距離のために従来の装置ではｐ型ドープである。本発明の実施形態に則って薄いベース／吸収層を製造すると、ｎ型ドープのベース／吸収層への変更が可能となる。ｐ型ドープの層におけるホール移動性と比較して高いｎ型ドープの層のホール移動性は、本書に記載されるようなｎ型吸収層１０８における低いドーピング密度に通ずる。他の実施形態は、ｐ型ドープのベース／吸収層およびｎ型ドープのバック／エミッタ層を利用できる。
【００３６】
代替的に、図１Ｂに示すように、中間層１１４がｎ型吸収層１０８とｐ型エミッタ層１１０の間に形成されうる。中間層１１４はｎ型吸収層１０８とｐ型エミッタ層１１０の間の材料遷移をもたらす。中間層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの分子比の公式、例えばＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの分子比を有するヒ化アルミニウムガリウムを含有し、約１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内、例えば１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３でｎ型ドープされてもよく、ドーパント濃度は、好適にはｎ型吸収層１０８と同一またはほぼ同一である。中間層１１４の一実施形態では、中間層１１４は、ｎ型吸収層１０８とｐ型エミッタ層１１０の間に位置する傾斜層１１５およびｎ型後窓層１１７を有する。この傾斜層１１５はｎ型吸収層１０８の上に形成され、ｎ型後窓層１１７の上にｐ型エミッタ層１１０を形成する前に、ｎ型後窓層１１７が傾斜層１１５の上に形成される。
【００３７】
傾斜層１１５は、ｎ型吸収層１０８に近接するヒ化ガリウムから、ｎ型後窓層１１７に近接するヒ化アルミニウムガリウムまでの傾斜層であってもよい。多くの例では、ヒ化アルミニウムガリウムは、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの分子比の公式、例えばＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの分子比を有しうる。傾斜層１１５の段階的な変化は、放物線状、指数関数的または直線的な変化であってもよい。他の実施形態では、中間層１１４は傾斜層１１５またはｎ型後窓層１１７のみを含む。ｎ型後窓層１１７はさらに、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの分子比の公式、例えばＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの分子比を有するヒ化アルミニウムガリウムを含有する。傾斜層１１５およびｎ型後窓層１１７はそれぞれｎ型ドープすることができ、幾つかの実施形態については、ドーピング濃度は約１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内、例えば１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であってもよく、ドーパント濃度は好適にはｎ型吸収層１０８と同一またはほぼ同一であってもよい。
【００３８】
任意に、ｐ型接触層１１２は、ｐ型エミッタ層１１０上に形成できる。ｐ型接触層１１２は、ヒ化ガリウムのようなグループＩＩＩ−Ｖ組成の半導体を含みうる。ｐ型接触層１１２は一般に単結晶であってｐ型ドープされ、幾つかの実施形態については、ｐ型接触層１１２のドーピング濃度は、約６×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、例えば約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３といった、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より濃くてもよい。ｐ型エミッタ層１１０は、約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍの範囲内、例えば約５０ｎｍの厚さを有しうる。
【００３９】
一旦ｐ型エミッタ層１１０が形成されると、下に位置するベースのｎ型吸収層１０８に達するほど深く、空洞部または凹部（図示せず）をｐ型エミッタ層１１０（または任意にｐ型接触層１１２）に形成することができる。このような凹部は、フォトリソグラフィを利用してマスクをｐ型エミッタ層１１０（または任意にｐ型接触層１１２）に適用し、例えば、湿式または乾式エッチングなどの技術を用いてマスクで覆われていないｐ型エミッタ層１１０（および任意にｐ型接触層１１２）の材料を除去することにより形成できる。この方法では、ヒ化ガリウムベースの電池１４０の裏面を介してｎ型吸収層１０８にアクセスすることができる。
【００４０】
他の実施形態では、対照的な種類のドーピングを上記の層に使用できる、および／または、記載したヘテロ接合およびｐ−ｎ接合を提供する他の材料を使用できる。さらに、他の実施形態では、上述の順番とは異なる順序で層を蒸着または形成することができる。
【００４１】
この方法で作られた太陽光発電装置は、数マイクロメートルの厚さの従来の太陽光ユニットと比較して、著しく薄い吸収層（例えば、５００ｎｍ未満）を有している。吸収層の厚さは、太陽光発電装置における暗電流レベルに比例する（例えば、吸収層が薄いほど、暗電流は小さくなる）。暗電流は、光子が装置に入らないときでさえ、太陽光発電装置または光ダイオードなどの他の同様の感光性装置を通って流れる微電流である。熱電子放出または他の影響の結果としてバックグラウンド電流が起こることもある。感光性の半導体装置における暗電流が低下すると開回路の電圧（Ｖｏｃ）が増加するため、薄い吸収層は所与の光度に対してＶｏｃを増加させやすく、従って効率を高めることができる。吸収層が光を捕捉できる限り、吸収層の厚さが減少するほど性能は高くなる。
【００４２】
吸収層の薄さは、薄膜技術およびＥＬＯの性能によってのみ制限されうる。例えば、吸収層の厚さによって効率は高まるが、吸収層は電流を送達する程度に厚くなくてはならない。しかしながら、高いドーピングレベルにより、非常に薄い吸収層においても電流が流れることが可能となりうる。従って、向上したドーピングを利用して、優れた効率を有する非常に薄い吸収層を製造することができる。従来の光起電性装置は体積再結合の影響を欠点として有していたため、このような従来の装置は吸収層において高ドーピングを利用していない。吸収層のシート抵抗も適切な厚さを決定するときに考慮される。
【００４３】
本書に記載するような薄い吸収層を有する光起電性装置は、数マイクロメートルの厚さを有する従来の太陽電池よりも一般に柔軟である。さらに、本書に記載の薄い吸収層は、従来の太陽電池よりも優れた高い性能を提供する。従って、本発明の実施形態による太陽光発電装置は、従来の太陽電池よりもさらに多くの分野に適応しうる。
【００４４】
図２は両面の光起電性装置である光電池２００の一実施形態を図示しており、光電池２００の反対側に配置された、ｐ型金属接触層２０４およびｎ型金属接触層２０８といった接点をそれぞれ有している。ｎ型金属接触層２０８は前側または太陽側に配置されて光２１０を受け取り、ｐ型金属接触層２０４は光電池２００の裏面に配置される。図１Ｂに示し、本書の実施形態に記載するように、光電池２００はヒ化ガリウムベースの電池１４０から形成することができる。
【００４５】
一実施形態では、ｎ型金属接触層２０８がｎ型接触層１０５上に蒸着され、その後にｎ型金属接触層２０８およびｎ型接触層１０５を通って凹部が形成されて、光電池２００の前側にｎ型前窓１０６が露出する。代替的な実施形態では、凹部がｎ型接触層１０５に最初に形成され、光電池２００の前側にｎ型前窓１０６を露出させてもよい。従って、ｎ型金属接触層２０８は、ｎ型前窓１０６を露出した状態でｎ型接触層１０５の残っている部分に形成される。ｎ型接触層１０５は、約６×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至約１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内といった約３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高いドーパント濃度を有しうるｎ型ドープのヒ化ガリウム材料を含有する。
【００４６】
反射防止コーティング（ＡＲＣ）層２０２は、本発明の実施形態に応じて、露出したｎ型前窓１０６、さらにはｎ型接触層１０５およびｎ型金属接触層２０８の上に配置することができる。ＡＲＣ層２０２は、ＡＲＣ層２０２の表面を通って光が通過できる材料を含有し、表面からの光の反射を防いでいる。例えば、ＡＲＣ層２０２は、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化シリコン、それらの派生物、またはそれらの組み合わせを含有しうる。ＡＲＣ層２０２は、スパッタなどの技術によってｎ型前窓１０６に適用できる。ＡＲＣ層２０２は、約５０ｎｍ乃至約１５０ｎｍといった約２５ｎｍ乃至約２００ｎｍの範囲の厚さを有しうる。
【００４７】
幾つかの実施形態については、ｎ型前窓１０６、ｐ型エミッタ層１１０、および／またはｐ型接触層１１２が、ＡＲＣ層２０２を適用する前に粗面化またはテクスチャ出しされる。ｎ型前窓１０６、ｐ型エミッタ層１１０、および／またはｐ型接触層１１２はそれぞれ、湿式エッチングプロセスまたは乾式エッチングプロセスなどのエッチングプロセスによって粗面化できる。ＡＲＣ層２０２を適用する前にポリスチレン球などの小さい粒子をｎ型前窓１０６の表面に適用することにより、テクスチャ出しすることができる。ｎ型前窓１０６、ｐ型エミッタ層１１０、および／またはｐ型接触層１１２を粗面化またはテクスチャ出しすることにより、異なる屈折率を有するＡＲＣ層２０２とｎ型前窓１０６の間の境界で異なる角度がもたらされる。この方法では、スネルの法則により光子の入射角は非常に大きいため、より多くの入射光子がＡＲＣ層２０２とｎ型前窓１０６の間の境界から反射されずにｎ型前窓１０６内に伝達されうる。従って、ｎ型前窓１０６、ｐ型エミッタ層１１０、および／またはｐ型接触層１１２を粗面化またはテクスチャ出しすると、光の捕捉を増加させることができる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、ｎ型前窓１０６は複数の窓層を含みうる。これらの実施形態について、最も外側の窓層（例えば、光電池２００の前面に最も近い窓層）は、図２に示すように、ＡＲＣ層２０２が適用される前に上述のように粗面化またはテクスチャ出しされうる。一実施形態では、ｎ型前窓１０６は、ｎ型吸収層１０８に近接して位置する第１の窓層（図示せず）と、第１の窓層とＡＲＣ層２０２の間に挟まれた第２の窓層（図示せず）とを含む。第１および第２の窓層はヒ化アルミニウムガリウムなどの上記のようなｎ型前窓１０６に適した材料を含有しうるが、一般には異なる構成である。例えば、第１の窓層はＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを含有し、第２の窓層はＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓを含有しうる。さらに、幾つかの実施形態については、複数の窓層の一部がドープされ、その他の窓層はドープされないでもよい。例えば、第１の窓層はドープされ、第２の窓層はドープされなくてもよい。
【００４９】
ｐ型金属接触層２０４および／またはｎ型金属接触層２０８はそれぞれ、金属または金属合金といった導電性の接触材料を含有する。好適には、ｐ型金属接触層２０４および／またはｎ型金属接触層２０８内に含まれる接触材料は、光電池２００の製造時に利用される処理ステップの際に、半導体層などの他の層を通って拡散しない。通常、ｐ型金属接触層２０４およびｎ型金属接触層２０８はそれぞれ、同一または異なる接触材料の複数の層を有する。接触材料は、１×１０−３Ωｃｍ２未満の特定の接触抵抗を有することが好ましい。好適な接触材料は更に、約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のキャリア濃度で約０．８ｅＶ以上のショットキー障壁高さ（Φｂｎ）を有する。適切な接触材料は、金、銅、銀、アルミニウム、パラジウム、白金、チタン、ジルコニウム、ニッケル、クロム、タングステン、タンタル、ルテニウム、亜鉛、ゲルマニウム、パラジウムゲルマニウム合金、それらの派生物、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含みうる。
【００５０】
本書に記載の幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層２０４および／またはｎ型金属接触層２０８は、フォトレジスト、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷、あるいは抵抗マスク、ワックス、または他の保護材で部分的に覆われた光電池２００の露出した表面に単に蒸着させることによる真空蒸発などの方法によって、光電池２００上に製造することができる。これらの蒸着プロセスの多くは、光電池２００の表面の一部を覆うか保護しながら、光電池２００の表面における覆われていない、保護されていない、あるいは露出した表面に含まれるデザインパターン上に接触部材を蒸着する、めっきする、あるいは形成するステップを含む。幾つかの例では、スクリーン印刷が接触材料を形成するのに最も費用効果が高い場合がある。
【００５１】
幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層２０４は、約１，０００Åといった約５００Å乃至約２，０００Åの範囲の厚さを有する第１の導電層と、約１５，０００Å乃至約２０，０００Åといった約１０，０００Å乃至約２５，０００Åの範囲の厚さを有して第１の導電層の上に配置された第２の導電層と、約１，０００Åといった約５００Å乃至約２，０００Åの範囲の厚さを有して第２の導電層の上に配置された第３の導電層とを有する。一例では、ｐ型金属接触層２０４は、銀またはニッケルを含有して約１，０００Åの厚さを有する第１の導電層と、銅を含有して約１８，０００Åの厚さを有する第２の導電層と、金を含有して約１，０００Åの厚さを有する第３の導電層とを有する。
【００５２】
幾つかの実施形態では、ｎ型金属接触層２０８は、約１，０００Åといった約５００Å乃至約２，０００Åの範囲の厚さを有する第１の導電層と、約１５，０００Å乃至約２０，０００Åといった約１０，０００Å乃至約２５，０００Åの範囲の厚さを有して第１の導電層の上に配置された第２の導電層と、約１，０００Åといった約５００Å乃至約２，０００Åの範囲の厚さを有して第２の導電層の上に配置された第３の導電層とを有する。一例では、ｎ型金属接触層２０８は、金を含有して約１，０００Åの厚さを有する第１の導電層と、銀を含有して約１５，０００Å乃至約２０，０００Åの範囲の厚さを有する第２の導電層と、金、銅、またはアルミニウムを含有して約１，０００Åの厚さを有する第３の導電層とを有する。
【００５３】
他の実施形態では、ｐ型金属接触層２０４は、ｐ型金属接触層２０４内に含まれる１以上の層として形成される反射体層を含みうる。ｐ型金属接触層２０４は、銀、アルミニウム、金、白金、銅、ニッケル、それらの合金、またはそれらの組み合わせの群から選択された材料であってもよい。一例では、ｐ型金属接触層２０４は、銀または銀合金を含有する。他の例では、ｐ型金属接触層２０４は銀を含有する接触層である。反射体層は、約０．０１μｍ乃至約１μｍ、好適には約０．０５μｍ乃至約０．５μｍ、より好適には約０．１μｍ乃至約０．３μｍの範囲の厚さ、例えば約０．２μｍまたは約０．１μｍ（１，０００Å）の厚さを有しうる。反射体層は、物理気相成長（ＰＶＤ）、スパッタリング、電子線蒸着（ｅ−ｂｅａｍ）、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥ−ＡＬＤ、またはＰＥ−ＣＶＤといった気相蒸着プロセスによって、あるいはインクジェット印刷、スクリーン印刷、蒸発、電気めっき、無電解めっき（ｅ−ｌｅｓｓ）、またはそれらの組み合わせを含む他の蒸着プロセスによって蒸着させることができる。
【００５４】
任意に、金属保護層、または金属接着層は、ｐ型金属接触層２０４の上に蒸着させることができる。この金属保護層は、ニッケル、クロム、チタン、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含む材料を含有しうる。金属保護層は、ｐ型ドープのヒ化ガリウムへの優れた密着力を示すことが好ましい。一実施形態の例では、金属保護層は約５Å乃至約２０Åの範囲の厚さに蒸着され、約８０％以上の反射率を有しうる。好適には、金属保護層の材料および蒸着厚さは、ｐ型金属接触層２０４の反射性との干渉を最小限にするように蒸着される。例えば、約８７０ｎｍ乃至約１，０００ｎｍの範囲の波長に対して、ニッケルを含有し約２０Åの厚さを有する膜は約８０％の反射率を有することが確認されており、ニッケルを含有し約１０Åの厚さを有する膜は約９０％の反射率を有することが確認されている。一例では、ニッケルを含有し約１０Åの厚さを有する膜は、金属のｐ型金属接触層２０４の金属保護層として使用される。金属のｐ型金属接触層２０４は、金、銅、銀、ニッケル、アルミニウム、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含有しうる。金属保護層は、スパッタリングプロセスとしても知られている電子線蒸着プロセスまたはＰＶＤプロセスによって蒸着させることができる。
【００５５】
図３は、片面の光起電性装置であって、その結果、本書の他の実施形態に示すように、光電池３００の同じ側に配置された、ｐ型金属接点３０２およびｎ型金属接点３１２といった両方の接点を有する光電池３００が図示されている。図３に示すように、ｐ型金属接点３０２およびｎ型金属接点３１２の双方が光電池３００の裏面にあり、ＡＲＣ層２０２は光３２０を受ける光電池３００の太陽側または正面にある。本書に記載の幾つかの実施形態では、ｐ型金属接点３０２はｐ型金属接触層３０６上に配置されたｐ型金属接触層３０４を含み、ｎ型金属接点３１２はｎ型金属合金の接点３１０上に配置されたｎ型金属接触層３０８を含む。
【００５６】
幾つかの実施形態では、光電池３００は図１Ｂのヒ化ガリウムベースの電池１４０から形成することができる。一例では、抵抗マスクがｐ型接触層１１２の露出した表面に形成され、フォトリソグラフィプロセスの際にパターン化した凹部および孔部を形成することができる。パターン化した凹部および孔部はｐ型接触層１１２、ｐ型エミッタ層１１０、ｎ型後窓層１１７、および傾斜層１１５を通り、ｎ型吸収層１０８内に部分的に延在する。その後、抵抗マスクが除去され、光電池３００の裏面を向いた２次元透視図に見られるように、光電池３００の裏面の露出表面としてｎ型吸収層１０８およびｐ型接触層１１２を露わにする。凹部および孔部の側面はｐ型接触層１１２、ｐ型エミッタ層１１０、ｎ型後窓層１１７、および傾斜層１１５の露出した面、およびｎ型吸収層１０８を部分的に露わにする。
【００５７】
一実施形態では、ｐ型金属接触層３０６はｐ型接触層１１２の露出した部分に形成され、ｎ型金属合金の接点３１０はｎ型吸収層１０８の露出した部分に形成される。その後、ｐ型金属接触層３０６およびｎ型金属合金の接点３１０を含む全ての露出した表面を覆うように、絶縁層２１６が光電池３００の表面の上に蒸着される。次いで、ｐ型金属接触層３０６およびｎ型金属合金の接点３１０の露出した表面は、リソグラフィプロセスによってパターン化した孔部を絶縁層２１６内にエッチングすることで露わになる。幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層３０６およびｎ型金属合金の接点３１０はＥＬＯプロセスの際に成長ウエハ１０１からヒ化ガリウムベースの電池１４０を分離させる前に形成され、絶縁層２１６はＥＬＯプロセスの後に形成される。ｐ型金属接触層３０４はｐ型金属接触層３０６および絶縁層２１６の一部の上に形成することができ、ｎ型金属接触層３０８はｎ型金属合金の接点３１０および絶縁層２１６の他の部分の上に形成され、図３に示すような光電池３００を形成する。幾つかの例では、ｐ型金属接触層３０４およびｎ型金属接触層３０８は、互いに材料が同一の組成の層を含有するよう形成することができ、他の例では、ｐ型金属接触層３０４およびｎ型金属接触層３０８は、同一の金属被覆ステップ中に光電池３００に同時に形成される。
【００５８】
代替的な実施形態では、ｐ型金属接点３０２およびｎ型金属接点３１２の全部または一部が製造され、次いで、ｐ型金属接点３０２とｎ型金属接点３１２の間、およびその周りの凹部の側壁に絶縁層２１６が形成される。他の代替的な実施形態では、ｐ型金属接点３０２およびｎ型金属接点３１２を形成する前に、全部または一部の絶縁層２１６を光電池３００に形成することができる。
【００５９】
ｐ型金属接点３０２およびｎ型金属接点３１２といった全ての接点が光電池３００の裏面にあり、日陰を減少させているにもかかわらず、時間と温度に対する暗電流およびその安定性は、光電池３００などの効率的な光起電性装置を設計する場合には未だに懸念事項となりうる。従って、幾つかの実施形態については、光電池３００の裏面に絶縁層２１６が蒸着されるか形成されうる。この絶縁層２１６は、光電池３００内の暗電流を減少させる効果がある電気的に絶縁した材料またはグラウトを含む。
【００６０】
絶縁層２１６は、酸化シリコン、二酸化けい素、酸窒化けい素、窒化けい素、ポリシロキサンまたはシリコーン、ゾルゲル材料、酸化チタン、酸化タンタル、硫化亜鉛、それらの派生物、またはそれらの組み合わせといった、電気的に絶縁した材料またはグラウトを含みうる。絶縁層２１６は、スパッタリングプロセス、蒸発プロセス、スピンコートプロセス、またはＣＶＤプロセスなどのパッシベーション法によって形成することができる。
【００６１】
他の実施形態では、絶縁層２１６は、ｐ型金属接点３０２とｎ型金属接点３１２の間に起こる電気的短絡をなくすか、大幅に減少させる。絶縁層２１６は、約１ＭΩ乃至約５ＭΩの範囲、またはそれ以上といった少なくとも０．５ＭΩ（ミリオンオーム）以上の電気抵抗を有する、電気的に絶縁したグラウトおよび／または他の電気的に絶縁した材料を含有する。例示的なグラウトまたは他の電気的に絶縁した材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリイミド、ポリウレタン、それらの派生物、またはそれらの組み合わせといった高分子材料を含有しうる。一例では、電気的に絶縁したグラウトは、感光性のポリイミドコーティングを含む。他の例では、電気的に絶縁したグラウトは熱硬化性の高分子材料を含む。
【００６２】
多くの実施形態では、ｎ型金属合金の接点３１０は低温のプロセスで形成することができ、このプロセスは、低温の熱アニールプロセスが続く低温の蒸着プロセスを含む。幾つかの実施形態では、低温の熱アニールプロセスは、約２０℃乃至約２７５℃の範囲の温度で実行される。例えば、一実施形態では、低温の熱アニールプロセスは、約２０℃乃至約１７５℃の範囲といった室温程度に低い温度で実行されるが、他の実施形態では、低温の熱アニールプロセスは、約１５０℃乃至約２７５℃の範囲といった１５０℃程度の温度で実行される。一般にヒ化ガリウム材料との接点を形成するため、接点を形成する処理温度は３００℃乃至４００℃かそれ以上を要し、さらに接触材料の複合冶金を必要とする。
【００６３】
低温の蒸着プロセスによってｎ型金属合金の接点３１０に蒸着される適切な接触材料は、特に、パラジウム、ゲルマニウム、パラジウムゲルマニウム合金、チタン、金、ニッケル、銀、銅、白金、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含みうる。低温の蒸着プロセスの利点の１つは、従来の高温の蒸着（例えば、３００℃、４００℃またはそれ以上）、および従来の処理において接触材料の蒸着ステップが続くアニール処理をなくすことだと考えられており、これは従来の処理技術と比較して、例えばｎ型前窓１０６、ｐ型エミッタ層１１０、および／またはｎ型後窓層１１７といった近接する材料において高濃度のドーパントの保持を可能にすると考えられている。
【００６４】
他の実施形態では、ｎ型金属合金の接点３１０は、パラジウムゲルマニウム合金を含む導体材料の複数の層を含有しうる。ｎ型金属合金の接点３１０は、強力な抵抗接点をその間に設けるべく、ｎ型吸収層１０８とｎ型金属接触層３０８の間に配置される。ｎ型金属合金の接点３１０内のパラジウムゲルマニウム合金は、ｎ型吸収層１０８内のヒ化ガリウム材料からｎ型金属合金の接点３１０にわたり、ｎ型金属接触層３０８までの電位の高伝導性を可能にする。
【００６５】
ｎ型金属合金の接点３１０はさらに、例えばパラジウムゲルマニウム合金の層上に設けられた金属キャッピング層を含む。幾つかの実施形態では、キャッピング層は接着層と高伝導性の層を含みうる。例えば、接着層は、伝導性の層が合金の層に付着できるようにする。幾つかの例では、接着層はチタン、スズ、亜鉛、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含有し、高伝導性の層は金、銀、ニッケル、銅、アルミニウム、それらの合金、またはそれらの組み合わせ、あるいは複数の異なる金属の層および／または合金の層の堆積を含みうる。一例では、ｎ型金属合金の接点３１０はチタンを含有する接着層上に配置された金を含有する高伝導性の層を含み、これはパラジウムゲルマニウム合金の上に配置される。
【００６６】
幾つかの実施形態では、ｎ型吸収層１０８といった下に位置する層の上にパラジウム含有層を蒸着させ、パラジウム含有層の上にゲルマニウム含有層を蒸着させ、次いでゲルマニウム含有層の上にキャッピング層を蒸着させることによって、パラジウムゲルマニウム合金がｎ型金属合金の接点３１０内に形成される。キャッピング層を蒸着させるステップは、例えば、ゲルマニウム層の上に接着層を蒸着させ、接着層の上に高伝導性の層を蒸着させるステップを含みうる。パラジウム含有層、ゲルマニウム含有層、接着層、および高伝導性の層はそれぞれ、ＰＶＤプロセス、室温蒸発法、電気めっきプロセス、または無電解蒸着プロセスによって個々に蒸着するか、形成することができる。例えば、パラジウム層は、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の範囲の温度で蒸着することができる。他の例では、ゲルマニウム層は、蒸着プロセスの際に約２０℃乃至約２００℃の範囲の温度で蒸着することができる。
【００６７】
パラジウムゲルマニウム合金は下に位置する層に含有される様々な材料の上に形成することができるが、強力な抵抗接触がパラジウムゲルマニウム合金と光起電性の吸収層内に見られるｎ型ヒ化ガリウム材料のようなヒ化ガリウム材料の間に形成される。従って、パラジウムゲルマニウム合金は、ｎ型吸収層１０８との抵抗接触として、本書に記載の実施形態に利用される。
【００６８】
パラジウム含有層は、約５０Å乃至約３００Å、例えば約１５０Åといった、約５０Å乃至約５００Åの範囲の厚さを有しうる。ゲルマニウム含有層は、約１００Å乃至約１０００Å、例えば約３００Åといった、約５０Å乃至約１，０００Åの範囲の厚さを有しうる。接着層は、約１０Å乃至約１００Å、または約２０Å乃至約８０Åの範囲の厚さ、例えば約５０Åといった少なくとも約１０Åまたは２０Åの厚さを有しうる。高伝導性の層は、約５００Å乃至約５，０００Å、または約１，０００Å乃至約２，０００Åの範囲の厚さ、例えば約１，５００Åといった少なくとも約５００Åまたは１０００Åの厚さを有しうる。
【００６９】
一例では、ｎ型金属合金の接点３１０は、金属パラジウムまたはパラジウム合金を含み約１５０Åの厚さを有するパラジウム含有層と、金属ゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を含み約３００Åの厚さを有するゲルマニウム含有層と、金属チタンまたはチタン合金を含み約５０Åの厚さを有する接着層と、金属金または金合金を含み約１，５００Åの厚さを有する高伝導性の層とを有するように形成することができる。
【００７０】
次いで、ｎ型金属合金の接点３１０内にパラジウムゲルマニウム合金を形成する方法は、光電池３００を低温の熱アニールプロセスで焼きなましするステップを含む。一実施形態では、低温の熱アニールプロセスは、約２０℃乃至約１７５℃、例えば約１００℃乃至約１５０℃または約１５０℃乃至約２７５℃といった約２０℃乃至約２７５℃の範囲の温度の温度で実施される。アニールプロセスは、幾つかの実施形態では、約５分乃至約６０分間  例えば約３０分、または少なくとも３０秒間行われる。多くの例では、低温の熱アニールプロセスは、約１００℃乃至約１５０℃の範囲の温度で約５分乃至約６０分間実施される。一例では、低温の熱アニールプロセスは、約１２５℃の温度で約３０分間実施される。他の例では、低温の熱アニールプロセスは、約２０℃乃至約１７５℃の範囲の温度で約５分乃至約６０分間実施される。  
【００７１】
他の実施形態では、低温の熱アニールプロセスは、約２００℃乃至約２７５℃、約１５０℃乃至約２７５℃、または約２４０℃乃至２６０℃の範囲の温度で、少なくとも約０．５分間、例えば約１分間実施される。他の例では、低温の熱アニールプロセスは、約２５０℃の温度で約１分間実施される。
【００７２】
本書に記載の幾つかの実施形態では、ｎ型金属合金の接点３１０内に形成されたパラジウムゲルマニウム合金は、パラジウムおよびゲルマニウムの原子がｎ型金属合金の接点３１０内のパラジウムゲルマニウム合金全体に実質的に分配されるように、パラジウムゲルマニウム材料の均一な組成を有しうる。本書に記載の他の実施形態では、ｎ型金属合金の接点３１０内に形成されたパラジウムゲルマニウム合金は、パラジウムゲルマニウム材料の不均一または段階的な組成を有しうる。パラジウムゲルマニウム材料の不均一または段階的な組成は、勾配が最高濃度のゲルマニウムと最低濃度のパラジウムを含むｎ型金属合金の接点３１０の反対側に及ぶように、ｎ型吸収層１０８の最も近くに最高濃度のパラジウムと最低濃度のゲルマニウムを含有する。ｎ型金属合金の接点３１０内に含まれるパラジウムゲルマニウム合金は、約３００Å乃至約６００Å、例えば約４５０Åといった約１００Å乃至約１，０００Åの範囲の厚さを有しうる。
【００７３】
本書に記載の構造に関してｎ型金属合金の接点３１０が本書では説明されているが、低温の接点形成プロセスは更なる光起電性装置の形成に利用することができ、更なる構造の例は２００９年１０月２３日出願の米国特許第１２／６０５，１０８号に見ることができ、これは本書に記載の説明および特許請求の範囲と矛盾しない範囲で参照により本書に組み込まれている。更に、ｐ型金属接触層３０４およびｎ型金属合金の接点３１０は裏面の接点として記載されているが、ｐ型金属接触層３０４およびｎ型金属合金の接点３１０の蒸着プロセスは様々な光起電性構造における前面および裏面の接点双方を形成するために用いることができる。
【００７４】
ｐ型金属接触層３０４およびｐ型金属接触層３０６を含むｐ型金属接点３０２、並びにｎ型金属接触層３０８およびｎ型金属合金の接点３１０を含むｎ型金属接点３１２は、金属または金属合金のような電気的に導電性の材料の接触材料を含む。好適には、ｐ型金属接点３０２および／またはｎ型金属接点３１２内に含まれる接触材料は、光電池３００を製造する際に利用される処理ステップ中に、半導体の層などの他の層を通って拡散しない。通常、ｐ型金属接触層３０６およびｎ型金属接触層３０８はそれぞれ、同一または異なる接触材料の複数の層を含んでいる。接触材料は、１×１０−３Ωｃｍ２未満の特定の接触抵抗を有することが好ましい。好適な接触材料はさらに、約１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のキャリア濃度で約０．８ｅＶ以上のショットキー障壁高さ（Φｂｎ）を有している。ｐ型金属接点３０２および／またはｎ型金属接点３１２内に含有されうる適切な接触材料は、金、銅、銀、アルミニウム、パラジウム、白金、チタン、ジルコニウム、ニッケル、クロム、タングステン、タンタル、ルテニウム、亜鉛、ゲルマニウム、パラジウムゲルマニウム合金、それらの派生物、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含む。
【００７５】
本書に記載の幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層３０６は光電池３００の上に作ることができる。例えば、電池２００におけるｐ型金属接触層２０４および／またはｎ型金属接触層２０８について上述したのと同様の製造方法および実施形態を、光電池３００におけるｐ型金属接触層３０６に利用することができる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層は第１の導電層と、第２の導電層と、第３の導電層とを含み、これらの導電層はｐ型金属接触層２０４について上述したものに対応する層と類似している、および／または同様に形成することができる。さらに、幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層３０６はｐ型金属接触層３０６内に含まれる１以上の層として形成された反射体層を含むことができ、これは、例えばｐ型金属接触層２０４について上述した反射体層と類似している、および／またはそのような反射体層を形成する方法と類似していてもよい。さらに、幾つかの実施形態では、金属保護層、または金属接着層は任意にｐ型金属接触層３０６の上に蒸着することができ、これらはｐ型金属接触層２０４について上述した金属保護層と類似している、および／または同様に形成することができる。
【００７７】
さらに、幾つかの実施形態では、ｐ型金属接触層３０４およびｎ型金属接触層３０８はそれぞれ第１の導電層、第２の導電層、第３の導電層を個々に有しており、これらの導電層は、例えば上記のｎ型金属接触層２０８の対応する層と類似している、および／または同様に形成することができる。
【００７８】
図４Ａは、光起電性装置４０２において金属接点を形成する第１の構造体４００の一実施形態を図示している。金属接点の一例は、図３を参照して上述したｎ型金属合金の接点３１０である。構造体４００は、装置４０２の上に蒸着した４の層を有している。
【００７９】
パラジウム含有層４０４は装置４０２の上に蒸着することができ、例えば幾つかの実施形態における図３について上述したような、装置３００の吸収層１０８といった下に位置する層の上に蒸着することができる。ゲルマニウム含有層４０６は、パラジウム含有層４０４の上に蒸着できる。金属キャッピング層４０７は、ゲルマニウム層４０４の上に蒸着できる。図示した実施形態のように、金属キャッピング層４０７は、ゲルマニウム含有層４０６の上に蒸着した接着層４０８と、接着層４０８の上に蒸着した高伝導性の層４１０とを有する。幾つかの実施形態では、これらの層は上記の手法を用いて、接点３１０に関して上述したような厚さおよび材料を有するように蒸着することができる。
【００８０】
図４Ｂは、図４Ａの第１の構造体４００から形成された結果生じる構造体４２０の一実施形態を図示している。幾つかの実施形態では、構造体４２０は、ｎ型金属合金の接点３１０に関して上述したものと同様に、構造体４００を有する電池を低温の熱アニールプロセスで焼きなましすることにより形成される。
【００８１】
構造体４２０は、パラジウムゲルマニウム合金の層４２２と金属キャッピング層４０７を有する。合金の層４２２は、図４Ａのパラジウム含有層４０４およびゲルマニウム含有層４０６を有する電池に適用したアニールプロセスから得られるパラジウムゲルマニウム合金を含む。例えば、パラジウムゲルマニウム合金の層４２２の特徴は、ｎ型金属接点３１０に関して上述されている。キャッピング層４０７はパラジウムゲルマニウム合金の層４２２の上に位置しており、上記のような接着層４０８と高伝導性の層４１０を有しうる。図３に記載のｎ型金属接触層３０８のような金属接点の層がキャッピング層４０７上に蒸着され、金属接触のための接触層を設けることができる。
【００８２】
前述は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他および更なる実施形態はその根本的な範囲から逸脱することなく想到することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって確定される。
【図１Ａ】
2012099806.tif 000003
【図１Ｂ】
2012099806.tif 000004
【図２】
2012099806.tif 000005
【図３】
2012099806.tif 000006
【図４Ａ】
2012099806.tif 000007
【図４Ｂ】
2012099806.tif 000008
【外国語明細書】
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