(57)【要約】太陽電池構造（１）及びその製造方法であって、構造は、直接バンドギャップを有する半導体材料で作られた伸長ナノワイヤ（２）のアレイを備える。各ナノワイヤ（２）は、少なくとも第１セクション（３）及び第２セクション（４）を有する。上記構成は、各第１セクション（３）の少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層（７）と、各第２セクションの少なくとも一部とのコンタクトを実現する光透過性の第２電極層（３）と、を備える。各ナノワイヤ（２）は、第２電極層（８）とのコンタクトにおける少数キャリアの再結合を最小化するための少数キャリア障壁要素（６）を備える。
2016526304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池構造であって、
直接バンドギャップを有する半導体材料で作られた伸長ナノワイヤのアレイであって、各ナノワイヤが少なくとも第１セクション及び第２セクションを有する、アレイと、
各ナノワイヤの底端で各第１セクションの少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層と、
各ナノワイヤの上端で各第２セクションの少なくとも一部とのコンタクトを実現する光透過性の第２電極層と、を備え、
各ナノワイヤは、前記第２電極層との前記コンタクトにおける少数キャリアの再結合を最小化するための少数キャリア保護要素を備えることを特徴とする太陽電池構造。
【請求項２】
前記第１電極層の上面は複数の凹部を有し、前記ナノワイヤはこれらの凹部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池構造。
【請求項３】
前記第１電極層の下面も複数の凹部を有し、前記第１電極層の前記上面及び前記下面に関連する前記凹部は、均一且つ交互に分散されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池構造。
【請求項４】
前記凹部は少なくとも１００ｎｍの深さであることを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽電池構造。
【請求項５】
前記少数キャリア保護要素は、各ナノワイヤの上面に隣接し、少なくとも前記ナノワイヤの長手方向に延びる空乏領域を備え、前記ナノワイヤの前記上面と前記空乏領域の上側境界との間の距離は１８０ｎｍを下回ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項６】
前記少数キャリア保護要素は、前記第２電極層との前記コンタクトにおける高い方のドーパントレベルから前記第１セクションへ向かう低い方のドーパントレベルへの、前記第２セクションの段階的なドーパントプロファイルを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項７】
前記少数キャリア保護要素は、多数キャリアが通ることを可能にしつつ少数キャリアを反射するヘテロ接合障壁を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項８】
前記ヘテロ接合障壁は、半導体障壁を備えることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池構造。
【請求項９】
前記ヘテロ接合障壁は、誘電体障壁を備えることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池構造。
【請求項１０】
前記少数キャリア保護要素は、前記第２電極層とのコンタクトを形成するショットキー接合を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１１】
前記第２電極層と各第２セクションの前記少なくとも一部との間の前記コンタクトはオーミックコンタクトであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１２】
各ナノワイヤは前記第１セクションと前記第２セクションとの間に配された第３セクションを有し、前記第１セクションと前記第２セクションとは相補的な極性を有し、前記第１セクション及び前記第２セクションのドーピングレベルは１×１０18／ｃｍ3を上回り、前記第３セクションのドーピングレベルは前記第１セクション及び前記第２セクションのドーピングレベルよりも低いことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１３】
前記第１電極層と前記第２電極層とを電気的に分離する絶縁層を備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１４】
前記ナノワイヤは、実質的に軸方向のみに延びることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１５】
前記ナノワイヤは、実質的に軸方向と放射方向との両方に延びることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１６】
前記第２セクションの長さは１８０ｎｍ未満であり、前記第１セクションの長さは前記第２セクションの長さを上回ることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池構造。
【請求項１７】
前記ナノワイヤは放射状パッシベーション層によって囲まれることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１８】
前記第１セクションと前記第２セクションとの少なくとも一方は、ヘテロ接合を作製する２つの異なる半導体材料を備えることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項１９】
前記第１電極層は透明であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項２０】
前記第１電極層は、前記第１セクションと前記第１電極層との界面で反射性を有することを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項２１】
前記絶縁層は前記ナノワイヤを少なくとも放射状に囲み、前記ナノワイヤの少なくとも１つの上端は前記絶縁層に対して凹んでいることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池構造。
【請求項２２】
前記ナノワイヤは実質的に垂直に配置され相互に平行であることを特徴とする請求項１乃至２１の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項２３】
前記第１電極層の下に配置された接着層を備え、当該接着層は支持基板に結合されることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項２４】
前記第２電極層の上に配置された接着層を備え、当該接着層は支持基板に結合されることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項に記載の太陽電池構造。
【請求項２５】
直接バンドギャップを有する半導体材料において伸長ナノワイヤのアレイを備える太陽電池構造を製造するための方法であって、
材料の層の上に第１構造を準備するステップであって、前記第１構造は前記ナノワイヤのアレイ及びポリマー剤を備え、前記ナノワイヤのアレイは前記ポリマー剤に完全に埋め込まれている、ステップと、
前記埋め込まれたナノワイヤを有する前記ポリマー剤を前記材料の層から分離するステップと、
各ナノワイヤの少なくとも第１先端が前記ポリマー剤から突出するように前記ポリマー材料の一部を除去するステップと、
各ナノワイヤの前記突出する先端を覆う導電層を準備するステップと、
前記導電層の下に接着層を準備するステップと、
溶剤を用いて前記ポリマー剤を完全に除去するステップと、
電気的絶縁層を堆積するステップと、
各ナノワイヤの第２先端を露出させるステップと、
光透過性導電層を堆積するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２６】
各ナノワイヤの第２先端を露出させる前記ステップは、各ナノワイヤの前記第２先端の上面だけが露出されるように前記電気的絶縁層の一部を除去することを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記材料の層は基板であり、前記方法は、
実質的に１次元のナノワイヤのアレイを成長させるステップをさらに有し、
各ナノワイヤについて、
第１サブステップにおいて、１×１０18／ｃｍ3を上回るドーピングレベルと第１極性とを有する前記ナノワイヤの第１セクションが前記基板から成長させられ、
第２サブステップにおいて、１×１０18／ｃｍ3を下回るドーピングレベルを有する前記ナノワイヤの更なるセクションが前記第１セクション上に成長させられる、
ことを特徴とする請求項２５又は２６に記載の方法。
【請求項２８】
第３サブステップにおいて、１×１０18／ｃｍ3を上回り、前記第１極性とは相補的な第２極性を有する前記ナノワイヤの第２セクションが前記更なるセクションの上にさらに成長させられ、前記第２セクションの長さは１８０ｎｍ未満であり、当該長さは前記第１セクションの長さを下回ることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第４サブステップにおいて、前記第２セクションの上に前記ナノワイヤの別のセクションを成長させるステップをさらに有し、前記別のセクションは前記光透過性導電層の堆積の前に除去されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノワイヤを外側から放射状にパッシベーションするステップをさらに有することを特徴とする請求項２７乃至２９の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
太陽電池構造であって、
直接バンドギャップを有する半導体材料で作られた伸長ナノワイヤのアレイと、
各ナノワイヤの底端で第１セクションの少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層と、
各ナノワイヤの上端で第２セクションの少なくとも一部とのコンタクトを実現する光透過性の第２電極層と、を備え、
前記ナノワイヤに対向する前記第１電極層の上面は複数の凹部を有し、前記ナノワイヤの前記底端はこれらの凹部に配置されることを特徴とする太陽電池構造。
【請求項３２】
前記第１電極層の下面も複数の凹部を有し、前記第１電極層の前記上面及び前記下面に関連する前記凹部は、均一且つ交互に分散されることを特徴とする請求項３１に記載の太陽電池構造。
【請求項３３】
前記複数の凹部は少なくとも１００ｎｍの深さであることを特徴とする請求項３１又は３２に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は主に、直接バンドギャップを有する半導体材料に作られた伸長ナノワイヤのアレイを備える太陽電池構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の市場は現在、２つの競合する技術、すなわちシリコンベース太陽電池及び薄膜太陽電池によって席巻されている。本出願について、太陽電池は、自身の電気コンタクト及び電流拡散層を含む、光起電用途に設計された単一ダイオードと解釈される。
【０００３】
（特に材料純度及びパッシベーションに関して）魅力的な材料特性、洗練され単純なプロセス技術及び原材料の低価格は、シリコンベース太陽電池を推進してきた。なぜなら、これは比較的高い効率を比較的低いコストに組み合わせるからである。構造的に、Ｓｉベース太陽電池は、幅広いオプションを示しうる。例として、Ｓｉウェハは約２００μｍの厚さであってもよく、テキスチャード加工の表面及び（例えばＳｉＮｘによる）反射防止コーティングを有する。ウェハはしばしば、太陽に対向する浅いエミッタと、Ａｌ又は他のｐ型ドーパントの拡散状態によって生成される背面電界とを有するｐ型である。多数のＳｉ太陽電池は典型的に、大電流に起因する抵抗損失を最小化するために直列に接続される。ウェハベースシリコンの主な欠点は、単結晶であろうと多結晶であろうと、太陽電池が、製造中に比較的大量のエネルギー及び材料を使用し、長い資本回収時間を要することである。ここで、単結晶という用語は、連続した、すなわち壊れていない結晶格子を有するシリコンを指し、多結晶という用語は、小さなシリコン結晶を備える材料を指す。さらに、ちょうど約２５％のエネルギー効率である今日のチャンピオン記録をはるかに超える効率の向上に関して、シリコンは明確なロードマップを有しない。
【０００４】
他方の大幅な市場シェアは、「薄膜」太陽電池技術によって獲得され、現在で最も成功したものは、テルル化カドミウム（ＣａＴｅ）太陽電池である。薄膜太陽電池技術において、シリコンよりも強い光吸収特性を有する材料が、（ガラスのような）低コスト基板上で平坦膜に堆積される。膜の厚さは従来のＳｉベース太陽電池の厚さの約１％である。太陽電池は、基板そのものではなく、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）やスパッタリングによって、典型的に基板の上に堆積される材料で作製されるので、薄膜技術は通常、ウェハのフォームファクタによって制限されず、大判に作られうる。さらに、薄膜エミッタは典型的にＳｉエミッタよりも低い導電性を有するので、透明導電酸化物（ＴＣＯ）が太陽対向面に堆積されなければならない。Ｓｉベース太陽電池と比較して、薄膜技術は、大きな基板が採用されうるので、低い材料消費量及びスケールアドバンテージのようなコスト面の利点を与えるが、劣った材料品質に起因してＳｉベース太陽電池よりも低い効率となる。
【０００５】
上述の欠点、特に製造時の大量のエネルギー及び材料使用は、集光性がＩＩＩ−Ｖ半導体材料の使用により伝達される太陽電池によって著しく改善する。具体的に、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ半導体の単結晶薄膜で作られた太陽電池によって、低い材料使用量と対になった高い変換効率が得られる。実際に、これらの電池のエネルギー効率はチャンピオン電池に対して２８％を上回る。
【０００６】
太陽電池用途でのＧａＡｓの使用への参照を続けると、ＧａＡｓは、そのバンドギャップ及び高いフォトン吸収の理想的な特性に起因して単接合太陽電池について最適な材料である。製造面の検討に関して、ＧａＡｓは、フッ酸における低いエッチングレートに起因して、単接合太陽電池用途における適切な材料である。ＧａＡｓはまた、高効率タンデム太陽電池、すなわち各接合が異なる波長の光に合わせられる複数のｐｎ接合を含む太陽電池について基本材料の１つである。これらは典型的にＧｅ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ及び関連材料に基づき、４０％を優に上回る効率にこの技術を到達させる道筋を示す。この文脈において、これらの極度な効率レベルはすでに宇宙用途のバルク平面ＩＩＩ−Ｖタンデム太陽電池について達成されている。
【０００７】
集光性のためにＩＩＩ−Ｖ半導体材料を採用する文脈において、太陽電池のエネルギー効率の向上における更なる進展は、ナノワイヤ（伸長ナノサイズ構造）ベース太陽電池の使用により実現される。例として、好適にはアレイに集約されたＧａＡｓナノワイヤ太陽電池は、同じ材料の薄膜太陽電池と比較して、ほとんど１桁分、材料の使用を低減しうる。このようなナノワイヤの直径はしばしば１５０〜２００ｎｍであり、その長さは１〜３μｍに亘る。これらのナノワイヤは典型的にＧａＡｓで作られるが、ＩｎＰや直接バンドギャップを有する他の適切な化合物でも作られる。とりわけ、ナノワイヤベース太陽電池は、タンデム電池設計に多数のオプションを与える。この技術の相対的な未成熟さにもかかわらず、直接太陽光にさらされたＩＩＩ−Ｖナノワイヤで観察される大きな短絡電流は、材料使用量に対する光収集能力の観点で、ナノワイヤが平坦膜よりも明らかに優れていることを示す。このようなナノワイヤの一例は、ウォーレンティン（Wallentin）らの「光線光学限界を超えることによる１３．８％効率を実現するＩｎＰナノワイヤアレイ太陽電池（InP Nanowire Array Solar Cells Achieving 13.8% Efficiency by Exceeding the Ray Optics Limit）」という名称の科学記事に開示されている。
【０００８】
以下のことは採用される材料に係わらず成り立つが、構造的に、ｐｎ接合の位置に基づいて、太陽電池用途について少なくとも２つの異なるタイプのナノワイヤが区別されうる。第１タイプは、軸方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤであり、すなわちｐｎ接合を横切る電流の主方向がナノワイヤの軸方向に一致するようにｐｎ接合が構成される。第２タイプは、放射方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤであり、すなわち接合を横切る電流の少なくとも一部がナノワイヤの軸方向に直交するようにｐｎ接合が構成され、その結果として電流の当該部分に対応する接合の面積は、接合の他の部分の面積よりも大きい。さらに、接合は、本質的に放射対称性を有する。上記及び少なくともＧａＡｓの場合に関連して、放射方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤは広く知れ渡っている。
【０００９】
太陽電池に用いられる最新の半導体ナノワイヤは、典型的に、しばしばウェハと呼ばれる高コストの基板から成長させられ、その後に太陽電池の残り部分がこの基板に統合される。特にＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖウェハの場合に、この技術は非常に高価である。これに関連して、最も一般的なケースは、ナノワイヤが、それが成長させられ統合される基板と同一又は同様であることである。例えば、ＧａＡｓナノワイヤは、ＧａＡｓウェハに成長させられる。さらに、製造コストを低減するために、ＩＩＩ−Ｖナノワイヤ、例えばＩｎＰやＧａＡｓは、従来のシリコンウェハである基板に成長させられてもよい。ここで、通常やはりシリコンウェハに成長させられるシリコンベース半導体ナノワイヤは周知技術であるが、これらの製造及び太陽電池への統合に関するこれまでに得られた知識はＩＩＩ−Ｖ及び他の材料の半導体ナノワイヤの分野へ容易に転換可能ではないことに留意する価値がある。上記背景に応じて、そして製造コストを低減するために、ナノワイヤが除去された後の基板をリサイクルするための様々な方式が提案されている。
【００１０】
ウェハベース太陽電池技術（シリコンウェハとＧａＡｓウェハの両方）に関する別の欠点は、ウェハエリアそのものが電池エリアを規定し、次いで電池エリアが電流レベルに関することである。よって、エミッタ又は透明導電体のような導電拡散層における抵抗損失を最小化するために、追加の金属化が必要になりうる。これに関連して、そして上記で概説されたように、薄膜ベース太陽電池技術において、最終基板は典型的にパッシブ且つ非導電、例えばガラスであり、その結果、電流レベルを低減するために薄膜のセグメント化が可能である。これは、太陽電池で到達される電流レベルから、使用される基板の物理サイズを分離し、その結果として複数の利点、それぞれ例えばスケールメリットの出現や、エミッタ又は透明導電層における抵抗損失の最小化のために電流レベルを個別調整する可能性が生じる。さらに、金属化グリッドの必要性が排除されうる。
【００１１】
半導体基板に統合されるナノワイヤベース太陽電池の別の問題は、異なるように調整された別個の太陽電池が基板自体に製造されない限り、ナノワイヤを透過中の光が半導体基板で吸収されると熱として浪費されることである。これは、異種の材料の統合における既知の困難さを考慮するとかなりの挑戦である。
【００１２】
ウェハ／基板ベース太陽電池に関連する上述の欠点の少なくとも一部は、最終製品において結晶ウェハなしで済まされうるという前提の下で、ナノワイヤベース太陽電池によって解決されうる。これは、一部の点で、ナノワイヤを結晶基板から分離することによって（及び好適にはその後に基板を再使用することによって）、又は構造の製造の連鎖において基板の使用を徹底的に避けることによって行われうる。例えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２０１１／０５０５９９、ＰＣＴ／ＳＥ２０１３／０５０５９４に開示されたエアロタキシのような基板フリーな成長技術及び／又は国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２０１３／０５０３８９に開示された液体ベースのナノワイヤ配列技術（これらの文献の内容は参照によってその全体が本明細書に組み込まれる）を利用することによって、又はワイヤを基板から機械的に分離することによって、ワイヤは、その代わりに、移送材料、通常はポリマーや他のこれに類似した材料の内部に配列されうる。しかし、このような基板フリーのワイヤの配列を維持することの重大な問題は、満足のいくように定着される必要がなおも存在することである。
【００１３】
同じ文脈において、ナノワイヤの制御されたコンタクト生成の更なる問題が生じる。具体的に、配列面／基板から典型的には非結晶の新たな基板へワイヤを移送するために必要なポリマー膜は、通常安価な方法で堆積され、結果として膜厚にばらつきを生じる。通常、ナノワイヤが埋め込まれる膜の一部は、その後に除去される。膜の非規則性並びにナノワイヤのサイズ及び感度を前提とすると、ナノワイヤの当初の配列が維持されるべきであるならば、主に機械的方法を通じて行われる上記の除去が、高度の注意なしには達成できないことは明らかである。ついで、これは、電極によってナノワイヤにコンタクト生成する処理ステップを複雑にする。
【００１４】
ナノワイヤベース太陽電池の更なる側面は、先行技術に属する平面太陽電池と比較して高い表面対体積比である。これは特に、ＩＩＩ族及びＶ族の多くの直接バンドギャップ化合物半導体についてそれぞれ真である。ここで、その理想バンドギャップ及び相対的な技術成熟度に起因して、ＧａＡｓは太陽電池材料として特に興味があるが、その表面が非常に粗悪であることはよく主張されている。具体的に、表面状態の高密度は表面を空乏化し、少数キャリアの再結合を生じさせる。例として、ＧａＡｓで作られた従来の平面太陽電池では、典型的に、表面誘導再結合を効率的に低減する少数キャリアを反射するようにＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ等のヘテロ構造のパッシベーション層が平坦表面に成長させられる。表面への影響は、それらがｐｎ接合によって交差するならばいっそう重大である。ナノワイヤベース太陽電池について、追加の表面積がナノワイヤの側壁に見つかり、表面の大部分を占める。したがって、軸方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤについて、すべての接合が側壁表面に交差する。これは、主張された粗悪な表面を有するＧａＡｓのような材料について特に有害である。したがって、ＧａＡｓナノワイヤ太陽電池及び多くの他のＩＩＩ−Ｖ太陽電池に関する大半の先行研究は、放射方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤに集中してきた。この構成では、表面に露出するｐｎ接合は少なく、空乏領域が太陽放射に直交するので、粗悪な表面の結果である材料の短い有効ライフタイムがキャリアを収集する能力へ与える影響は少ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記背景で、効率を向上しつつ太陽電池における材料の使用量を低減することに関して、軸方向だけでなく放射方向に与えられたｐｎ接合を有するナノワイヤを有するナノワイヤアレイは有望な候補のように思われる。しかし、この点について複数の未解決な疑問がなおも回答されるべきである。明らかに、この点について実行可能な解決策を実現するために満たす必要がある基準の一部は、高いスループット及び信頼性である。さらに、新規な構造のエネルギー効率は、任意のレートで、市場で現在利用可能な標準的な太陽電池のものと一致すべきである。更なる挑戦は、ナノワイヤの配列を維持すること並びに上部コンタクト及び下部コンタクトの観点でコンタクト生成要件を満たすことである。これは特に、ナノワイヤを当初の基板から分離するために用いられる任意の支持材料よりもナノワイヤが著しく短い場合に真である。最後に、新たな、そして好適には低コストの基板への分離済みナノワイヤの後続の制御された統合は大きな挑戦のままである。
【００１６】
したがって、本発明の１つの目的は、現在の技術関連する欠点の一部を少なくとも軽減する太陽電池構造を提供することである。本発明の背後にある全体的な目的は、例えばＩＩＩ−Ｖ直接バンドギャップ半導体の高い太陽電池変換効率を薄膜太陽電池の低い製造コストに組み合わせる構造を提供することである。特に、直接バンドギャップ半導体ナノワイヤは、平坦膜のものに近い光収集能力を１桁近く少ない材料で実現できる。しかし、このような実演は高価な基板に統合されたナノワイヤで実行されてきており、低コスト高効率なナノワイヤ太陽電池について必要な構造的要素をとらえていない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的は、独立請求項に係る太陽電池構造、従属請求項に係るその実施形態及び太陽電池構造を製造する方法を備える発明的思想によって実現される。
【００１８】
具体的に、本発明の１つの側面は、太陽電池構造であって、直接バンドギャップを有する半導体材料で作られた伸長ナノワイヤのアレイであって、各ナノワイヤが少なくとも第１セクション及び第２セクションを有する、アレイと、各ナノワイヤの底端で各第１セクションの少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層と、各ナノワイヤの上端で各第２セクションの少なくとも一部とのコンタクトを実現する光透過性の第２電極層と、を備え、各ナノワイヤは、上記第２電極層との上記コンタクトにおける少数キャリアの再結合を最小化するための少数キャリア保護要素を備えることを特徴とする太陽電池構造を提供する。
【００１９】
本発明のこの側面は、ナノワイヤのうち太陽に最も近い部分における少数キャリア損失に関する問題を解決する。ＩＩＩ−Ｖ半導体において、フォトンの大部分は、半導体材料の最初の１００〜２００ｎｍで吸収され、これはまたＧａＡｓやＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ半導体から作られたナノワイヤの適切に設計されたアレイについても真である。従来の平面太陽電池では、（太陽に対向する）上部コンタクトは上面全体の面積（または、接合面積）と比較して非常に小さな面積を有し、その結果、コンタクトの再結合特性は、ほとんどの表面積の再結合特性とは別々に扱われうる。ナノワイヤ太陽電池では、これらの面積が各ナノワイヤの観点から本質的に同じであるので、接合面積と、太陽に対向する透明導電体とのコンタクトを作るナノワイヤの面積とは同様である。よって、表面特性の問題とコンタクト機能とは、ナノワイヤ太陽電池において密接に結びついている。初期の実験で、研究者は、太陽に対向するエミッタ層での少数キャリア損失は主に高ドープ材料内での損失に起因すると結論付けた。しかし、近年のモデリング及び実験的研究に基づいて、本発明の発明者らは、上部コンタクトにおける少数キャリアの無限に近い再結合が性能を極度に制限しうると結論付けた。よって、本発明は、本明細書で総括的に少数キャリア保護要素と呼ばれる、これらの損失を最小化するための機能的要素又は構造を含む。この機能的要素は、ｐｎ接合ダイオードの空乏領域の上端の上で延びる半導体セクションの長さに関する制限を含んでもよい。これはまた、上面からキャリアに向けた表面電界を与える段階的なドーパントプロファイルであってもよい。機能的要素はまた、少数キャリアが反射され、化学的に改良された面に遭遇するが、多数キャリアが障壁に遭遇しない又は透明導電体をトンネルできるように配された半導体障壁又は誘電体障壁のいずれかであるヘテロ接合障壁を含んでもよい。
【００２０】
１つの実施形態で、本発明は、直接バンドギャップを有する半導体材料に作られた伸長ナノワイヤのアレイを備える太陽電池構造に関し、各ナノワイヤは少なくとも第１セクション及び第２セクションを有し、第１セクションは第１極性及び少なくとも１×１０18／ｃｍ3を上回るドーピングレベルを有し、上記構造は、各第１セクションの少なくとも１つの部分とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層と、各第２セクションの少なくとも１つの部分とのコンタクトを実現する光透過性の第２電極層と、第１電極層の下に配置された、場合によっては導電性を有する接着層と、第１電極層と第２電極層とを電気的に分離する絶縁層とさらに備え、各ナノワイヤはナノワイヤの上面に隣接し、ナノワイヤの少なくとも長手方向に延びる空乏領域を備え、ナノワイヤの上面と上記空乏領域の上側境界との間の距離は１８０ｎｍを下回る。
【００２１】
本発明の第２側面は、直接バンドギャップを有する半導体材料において伸長ナノワイヤのアレイを備える太陽電池構造を製造するための方法であって、
材料の層の上に第１構造を準備するステップであって、前記第１構造は前記ナノワイヤのアレイ及びポリマー剤を備え、前記ナノワイヤのアレイは前記ポリマー剤に完全に埋め込まれている、ステップと、
前記埋め込まれたナノワイヤを有する前記ポリマー剤を前記材料の層から分離するステップと、
各ナノワイヤの少なくとも第１先端が前記ポリマー剤から突出するように前記ポリマー材料の一部を除去するステップと、
各ナノワイヤの前記突出する先端を覆う導電層を準備するステップと、
前記導電層の下に接着層を準備するステップと、
溶剤を用いて前記ポリマー剤を完全に除去するステップと、
電気的絶縁層を堆積するステップと、
各ナノワイヤの第２先端を露出させるステップと、
光透過性導電層を堆積するステップと、
を有することを特徴とする方法に関する。
【００２２】
本発明の第３側面は、太陽電池構造であって、直接バンドギャップを有する半導体材料で作られた伸長ナノワイヤのアレイと、各ナノワイヤの底端で第１セクションの少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する第１電極層と、各ナノワイヤの上端で第２セクションの少なくとも一部とのコンタクトを実現する第２光透過性電極層と、を備え、前記ナノワイヤに対向する前記第１電極層の上面は複数の凹部を有し、前記ナノワイヤの前記底端はこれらの凹部に配置されることを特徴とする太陽電池構造に関する。
【００２３】
本発明の第２側面及び第３側面では、ある表面又は母材（例えば、ウェハ若しくは液体間の界面又はポリマー膜）から別のものへ移送される場合にナノワイヤの配列を維持するための構造及び方法を提供することに関する問題が解決される。特に、問題は、配列を支持する当初の材料を何も維持せずに移送を実行するための手段に関する。これは、配列を維持するために用いられる最初の材料は、ＩＩＩ−Ｖウェハの場合のようにしばしば高価であるか、ウェハからワイヤを取得するのに適しうる多くのポリマー材料のように長時間の太陽露光に適さないか、やはりウェハからワイヤを取得するのに適しうる多くのポリマー材料のようにナノワイヤに対して厚すぎるので、重要である。ナノワイヤのうち太陽から最も遠いセクションとのオーミックコンタクトを作る導電体の特定の構造によって配列は維持される。この巻きついた後側コンタクト構造は、配列を維持するために用いられる当初の材料全てが最終太陽電池の他のより適した材料（コスト及び機能）に取り換えられるのにもかかわらず統合を通じて配列が維持されるように、ナノワイヤに機械的支持を与える。
【００２４】
今までのナノワイヤ太陽電池の思想、特にＩＩＩ−Ｖ材料で作られるものは、アクティブ又は導電性の基板を使用してきたが、本発明は、１つの単一基板に複数の接続された太陽電池を統合することを可能にし、結果として、スケールアドバンテージ及び金属化層からの低減された損失を生じる。
【００２５】
この直後に本発明の有利な効果及び利点が本発明の様々な側面に関して提示される。
【００２６】
ナノワイヤの上面と空乏領域の上側境界との間の距離を短く維持することによって、少なくとも従来の構造と同じエネルギー効率である本発明の太陽電池構造が実現される。これは、軸方向だけでなく放射方向に与えられたｐｎ接合を有する構造について真である。高ドープ領域の範囲におおよそ一致するナノワイヤの上面からｐｎ接合の上側境界までの距離が１８０ｎｍを下回るならば、ウォーレンティンらは、電流が、観察される最大電流の約７０％及び電流のシミュレーションされたピーク値の大きな比率にさえに低減されることを示した（特に図３ｂを参照）。この損失は、将来の高効率ナノワイヤベース太陽電池に実施されるならば、主流の多結晶シリコン太陽電池技術でさえ容易に得られるレベルに効率を制限し、このような電池の将来の商業的展望を非常に制限するだろう。ナノワイヤの上面と空乏領域の上側境界との間の距離は、ワイヤの上部の近くの任意の高ドープ領域の厚さによって制御される。この領域は、電流応答を維持するために短く、１つの実施形態では１５０ｎｍ未満に維持されるべきである。更なる実施形態では、高ドープ領域の厚さは、１８０ｎｍ未満である。任意のレートで、この厚さは２４０ｎｍを上回るべきではない。これは、配列を維持し機械的支持を与えるために用いられる層がナノワイヤの長さよりも遥かに厚く、２４０ｎｍよりも大きな不均一性を有しうるので、ウェハフリーのナノワイヤベース太陽電池に対して重要な問題である。
【００２７】
ワイヤの最上部からフォト収集接合の上側境界までの距離を最小化する極端な方法は、上側コンタクトとしてショットキー接合を与えることである。この場合に、空乏領域の上側境界はコンタクト界面に対応する。
【００２８】
さらに、このような層の薄型化は最終的に非常に高い耐性を有しなくてはならない。また、ナノワイヤの移送に用いられる層は、厳しい環境における信頼性のような統合の他の側面に対して最良の選択である可能性は低い。本発明によって、底部導電層の構造的設計を導入すること及び組み合わせられる場合にワイヤを支持しウェット剥離ステップ中でさえも配列を維持できる結合剤を使用することによって、安価なウェット剥離プロセスを用いた任意のこのようなポリマー層の除去が可能となる。以降の統合は、太陽電池の困難な耐性要件を満たすための維持された配列及び向上した制御を有する追加の薄層の使用を可能にする。
【００２９】
得られる太陽電池構造は最適な基板に容易に移送可能であり、溶剤によってポリマー剤が完全に除去されるので、移送ポリマーにより生じる部材の跡による最終構造の汚染のリスクが低減することが明らかである。
【００３０】
さらに、ワイヤ間の任意の間隔を有する構造が実現され、すなわちナノワイヤの配列を維持するために密に詰まったワイヤアレイは必須ではない。
【００３１】
最後に、本発明は明らかに特定の基板又はナノワイヤの提供方法を対象とするものでないので、得られる構造は任意の特定のサイズ及び形状に個別調整されてもよいことが明らかである。
【００３２】
実施形態の更なる利点及び特徴は、図面と合わせて以下の詳細な説明を読んだ場合に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】、
【図２】一方で、図１Ａ及び図１Ｂは本発明の様々な実施形態に係るナノワイヤベース太陽電池の軸方向の実施例を示し、他方で、図２は本発明の様々な実施形態に係るナノワイヤベース太陽電池の放射方向の実施例を示す。図１Ａ及び図１Ｂの軸方向の実施例は３つのセクションのナノワイヤ２を有し、図２の放射方向の実施例も３つのセクションのナノワイヤを有するが、一番下のセクションは軸方向だけに延びる。
【図３】、
【図４】、
【図５】、
【図６】、
【図７】、
【図８】、
【図９】、
【図１０】、
【図１１】、
【図１２】、
【図１３】、
【図１４】、
【図１５】図３〜図１５は、本発明の太陽電池構造の非限定的な製造方法のステップを示す。
【図１６】、
【図１７】、
【図１８】、
【図１９】、
【図２０】図１６〜図２０は、太陽電池を直列に接続する手法を説明する。
【図２１】図２１で、大きなモジュールでの多重直列接続が示される。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
好適な実施形態が示される添付の図面を参照して本発明が以下に十分に記載される。しかし、本発明は多くの異なる形式で実施されてもよく、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密且つ完全であり、本発明の範囲を当業者へ十分に伝えるように提供される。ナノワイヤ２の構造への参照符号はワイヤのいくつかのみに示されるが、太陽電池構造１のすべてのナノワイヤ２が好適には性質の観点で同一であることが理解されよう。概して、図面を通じて示される同一又は対応する要素は同じ参照符号で参照される。
【００３５】
図１Ａは、本発明のある実施形態に係る太陽電池構造１を示す。図１Ａに示されるように、各ナノワイヤ２は、実質的に軸方向のみに延び、ナノワイヤ２の後端又は下端に第１セクション３を有し、ナノワイヤ２の太陽対向端に第２セクション４を有する。第１セクション３は好適に、第１極性の高ドープセクションであり、第２セクション４は好適に、相補的な第２極性の高ドープセクションである。第１電極層７は、各ナノワイヤ２の底端で各第１セクション３の少なくとも一部とのオーミックコンタクトを実現する。第２光透過性電極層８は、各ナノワイヤの上端で各第２セクション４の少なくとも一部とコンタクトを行う。第３セクション５は、上記第１セクション３と上記第２セクション４との間に配されてもよく、第１セクション３と第２セクション４とは相補的な極性を有し、第１セクション３及び第２セクション４のドーピングレベルは１×１０18／ｃｍ3を上回り、第３セクション５のドーピングレベルは第１セクション３及び第２セクション４のドーピングレベルよりも低い。第３セクション５は好適に、第１セクション３と同じ極性を有する。ドーピングレベル要件は、低温でオーミックコンタクト形成が可能であることである。代替の構造的に同一な実施形態では、第１セクション３及び第２セクション４のドーピングレベルは５×１０18／ｃｍ3を上回る。パッシブな非結晶支持基板９は、本実施形態では底部運搬器（carrier）として配され、結合材１０、例えば接着剤によって取り付けられる。代替の構成では、図１Ｂの実施形態に示されるように、その代わりに、支持基板９は基板１の上側に配されてもよい。図１Ｂは、ほとんどの側面が図１Ａの実施形態に類似する実施形態を示すので、したがって、図１Ａに関して与えられた総括的な記載は図１Ｂの実施形態にも適用可能である。
【００３６】
したがって、図１Ａの構造が得られる。構造１はさらに、ナノワイヤ２の太陽対向端と第２電極層８との間のコンタクトでの少数キャリアの再結合を最小化するためにナノワイヤ２の上端に少数キャリア保護要素を含む。
【００３７】
１つの実施形態では、図１Ａに図示されるように、ここで作製された従来の空乏領域６の上側境界が、ナノワイヤ２の上部の高ドープ第２セクション４の下限に実質的に一致することがわかる。ｐｎ接合の上側境界を適切に配置するため、及びエミッタにおける損失を最小化するために、第２セクション４についての長さ要件Ｌ２は、それが１８０ｎｍ未満であることである。空乏領域６及びコンタクトへの構造的長さ要件は、少数キャリア保護要素の一例であり、少数キャリア再結合に起因するエミッタでの損失を最小化することを目的とする。本明細書において長さはナノワイヤ２の軸方向の寸法と解釈される。これにより達成される好ましい効果は、独立請求項に関する説明に関連して既に詳細に説明された。
【００３８】
これも図１Ａに見られうるように、第１電極層７の上面は複数の凹部１１を有し、ナノワイヤ２はこれらの凹部１１に配置される。さらに、第１電極層７の下面も複数の凹部１２を有してもよく、第１電極層７の上面に関連する凹部１１及び下面に関連する凹部１２は、均一且つ交互に分散される。これにより、構造の機械的安定性が向上する。図１Ａに図示される実施形態では、ナノワイヤ２は実質的に垂直に配置され、相互に平行である。これによって、ナノワイヤ２と第１電極層との間の良好なコンタクトの可能性が向上するので、構造のロバスト性が向上する。好適には、後述の構造を移送するプロセスにおいてナノワイヤ２に十分な安定性を与えるために、各凹部１１の深さＬ３は、１００ｎｍ以上であるべきである。
【００３９】
ある実施形態では、第２セクション４の長さＬ２は１８０ｎｍ未満であり、第１セクション３の長さＬ１は第２セクション４の長さＬ２を上回る。上述のように、太陽に最も近いワイヤセクション、すなわち第２セクション４に対する長さ要件は、エミッタにおける損失を最小化することである。太陽から最も遠くにある第１セクション３に対する長さ要件は、アレイの機械的安定性に関する。これはまた、後部コンタクトからセルのベース領域の少数キャリアを遮蔽する背面電界層を形成するために十分な長さである必要がある。さらに、第１セクション３の長さ要件及びドーピング要件は、ワイヤと導電層との間のコンタクト面全体へショットキー空乏層なしにオーミックコンタクトが作られうるようなものである。明らかに、第１セクション３と第２セクション４との少なくとも一方は、ヘテロ接合を作製する２つの相異なる半導体材料を含んでもよい。これらの反対の高ドープセクションに加え、これらの間に配置されて、少なくとも低ドープ第３セクション５が存在する。このセクションは、キャリア収集／抽出に最適化される。
【００４０】
別の実施形態では、少数キャリア保護要素の代替の例が実施される。この例では、ヘテロ接合障壁が実施され、多数キャリアが通ることを可能にしつつ少数キャリアを反射するように構成される。（このようなヘテロ接合は図面に示されないが、ナノワイヤ２の上部に位置するだろう。）このようなヘテロ接合障壁は、少数キャリアミラーとして機能するように構成される。ヘテロ接合は、半導体障壁、例えばＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰを備えてもよいし、誘電体障壁を備えてもよい。
【００４１】
さらに別の実施形態では、少数キャリア保護要素は、ナノワイヤ２の第２セクション４と第２電極層８との間のコンタクトにおいて、ショットキー結合、好適にはｐ型ショットキー結合によって実施される。
【００４２】
太陽電池構造１の別の実施形態では、少数キャリア保護要素は、ナノワイヤの第２セクション４のドーピング障壁によって実施される。具体的に、第２セクション４は、第２電極層８とのコンタクトにおける高い方のドーパントレベルから第１セクション３へ向かう下方向への低い方のドーパントレベルへの段階的なドーパントプロファイルで構成される。
【００４３】
図２に図示されるように、ナノワイヤ２は、２次元、すなわち放射方向にも実質的に延びてもよい。
【００４４】
更なる実施形態では、本発明のナノワイヤ２は放射状パッシベーション層によって囲まれる。総括的なレベルでは、少数キャリアの低減された面再結合が実現される。特に、これらの層なしのＧａＡｓ電池の電荷キャリアは不十分に再結合し、このような電池の開回路電圧は低いだろう。
【００４５】
さらに別の実施形態では、太陽電池構造から光が抜け出うるように第１電極層７は透明である。これは、異なる材料の更なる太陽電池の上にナノワイヤ２の太陽電池１をスタッキングすることを可能にし、これによって熱化損失が最小化される。有利には、これらの更なる太陽電池は、本発明のナノワイヤベース太陽電池とは別個に製造されてもよい。代替として、第１電極層７は、第１セクション３と第１電極層７との界面で反射性を有してもよい。そして、上記層７は透過光に対してミラーとして機能し、結果として高い量子効率となり、または代替として、同量の吸収光に対して短い長さのナノワイヤ２を使用するオプションを与え、結果として更なる材料節約となる。
【００４６】
更なる実施形態では、絶縁層１３は、ナノワイヤ２を少なくとも放射状に囲み、ナノワイヤ２の少なくとも１つは上記絶縁層１３に対して凹んでいる。よって、ナノワイヤ２との電極８のコンタクトは、好適には、各半導体ナノワイヤ２の上面のみに作られるか、上述のように、半導体ナノワイヤ２の側面にできるだけ少なく接する。さらに、最終デバイス構造において半導体ナノワイヤ２の上端の上に絶縁シェルが延びることを可能にすることの利点は、ナノワイヤ２の長さの変化又は他のプロセス変動に起因するプロセス変動の影響を低減する。最終デバイス構造は、処理中に除去される金属触媒粒子を組み込むことによって実現されてもよい。代替の実施形態では、半導体ナノワイヤ２の上端の上に延びるパッシベーションシェルはまた、コア‐シェルナノワイヤ２に用いられてもよい。
【００４７】
図３〜図１５は本発明の太陽電池構造１の非限定的な製造方法のステップを示す。特に、図３〜図５は状況を説明する目的を有し、図６〜図１５は本発明の１つの実施形態に係る方法の主なステップを対象とする。
【００４８】
具体的に、図３で、半導体基板３０、好適には（１１１）Ｂ  ＧａＡｓ基板３０にＭＯＣＶＤによって成長させられた直径１５０〜２００ｎｍの例示のＧａＡｓナノワイヤ２が示される。成長は、金属粒子３１、例えばＡｕによって媒介されてもよい。ナノワイヤ２は（１１１）Ｂ方向に成長し、よって、これらは基板３０に垂直に配列される。まず、ｐ型セクションが成長させられ、その後に、ｐｎ接合（不図示）がナノワイヤの上部の近く、理想的にはワイヤの上部から１８０ｎｍ以内に位置するようにｎ型ＧａＡｓセクションが成長させられる。ワイヤの全長は典型的に１〜３μｍである。ナノワイヤ２のうち基板３０に最も近い部分（第１成長層）は、ｐ型高ドープ材料に値する典型的に５００ｎｍのセクションを備え、後で非アロイオーミックコンタクト形成及び背面電界を可能にする。ｐ型ドーピングは、Ｚｎ又はＣを備えうる。ワイヤの最上部３１は、ワイヤの残りとは異なる材料組成の犠牲材料（例えば、ここでＶＬＳ触媒粒子が用いられうる。）である。したがって、これをナノワイヤ２から選択的に除去でき、これによって将来の凹部が作製される。基板３０上の成長は、基板３０のマスク層を用いて行われてもよいし、用いずに行われてもよい。
【００４９】
図４において、ポリマー材料４０が基板３０に堆積される。ポリマーの堆積は典型的にスプレー塗布によって行われる。これは、ナノワイヤ２の高さ（１〜３μｍ）のよりも遥かに大きな厚さ（例えば、＞２５μｍ）のポリマー膜４０を残す。さらに、後続のハンドリングを容易にするために、フレーム４１が加えられてもよい。フレーム４１の縁の上に膜４０をスプレー塗布することによって、ポリマー膜４０は後の段階でより容易にハンドリングされうる。
【００５０】
適切に乾燥した後、膜４０の縁を剥がし、ウェハから膜４０を徐々にローリング／プリングすることによって、プリマ―材料が除去される。フレーム４１（又は何らかの他の一時的なハンドル）は、膜４０が丸まるか損傷するリスクを低減する。膜４０を剥がした後、図５の中間構造が得られ、ナノワイヤ２は、前側において膜４０に深く埋め込まれ、後側において表面に又はその近くに現れる。
【００５１】
図３〜図５の上記方法のステップは、ワイヤ２の長軸がポリマー膜４０の２つの本質的に平行な面に直交するように、且つナノワイヤ２がポリマー膜４０の面の少なくとも一方の近くに又はその面にあるように、ポリマー膜４又は同様の材料に、本質的に配列されたナノワイヤ２を実現する唯一の方法として解釈されるべきでないことが理解されよう。例えば、ナノワイヤ２は、上述のエアロタキシによって成長させられ、その後に、上述の液体ベースの配列技術を用いて配列されてもよい。用いられる方法に係わらず、本発明の方法のステップの開始点は、大よそ配列されたナノワイヤ２が、図５に示されるもののように基板フリーのポリマー膜に利用可能であることである。
【００５２】
以下に、本発明の１つの実施形態に係る方法の主なステップを対象とする図６〜図１５が詳細に説明される。
【００５３】
図６に説明され、移送されるワイヤが落ちるのを避けるためだけでなく、良好な電気コンタクトを可能にするために極めて重要な最終構造のための重要なステップは、後側に実行される短いエッチングステップである。エッチング、例えばＯ2アッシュは、エッチングが完了するとナノワイヤ２が膜４０から１００〜５００ｎｍだけ突出するように、ポリマー膜４０を選択的にエッチングする。凸部の長さは大きくてもナノワイヤ２の低い方の周辺高ドープ領域の長さに対応すべきことに留意されたい。
【００５４】
図７に示されるように、例えば希釈ＨＣｌ内又は緩やかなＡｒスパッタによる短い自然酸化エッチングステップが、コンタクト及び電流拡散層７のスパッタ堆積の前に実行されている。例えば、層７は、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ堆積であってもよく、Ｔｉ層は薄い接着層（２〜２０ｎｍ）であってもよく、Ａｕは電流の大部分を伝える（１００〜２５０ｎｍ）。しかし、堆積は、好適には、平坦化せず、結果として、ナノワイヤの側部に部分的にナノワイヤ２の間の被覆が実現される。図面から読み取られうるが、それによって各ナノワイヤ２は第１電極層７の凹部１１に配され、これは太陽電池構造１のナノワイヤへ、特にこれらの製造ステップへ、優れた支持及び配列を与える。電流拡散層７はまた、ナノワイヤ２で吸収されない光のミラーであってもよい。他の材料も使用されてもよく、ミラー作用が必要なければ、例えばスタッキングされた太陽電池における上部層又は中間層として電池が用いられるならば、透明導電酸化物が用いられてもよい。
【００５５】
背面金属化の後、図８に示されるように、膜は、事前堆積された接着層１０を有する支持基板９に結合される。この目的のために様々な材料が検討され、構造内に存在する他の材料に基づいて適切に選択されうる。ＰＤＭＳ又は他のシリコーン材料が検討されうる。接着層１０は乾燥又は硬化される。
【００５６】
図９に示される本発明に係る方法の重要なステップは、第１ポリマー層全体が後で、例えばウェット溶剤で溶解されることである。上述のように、これは、薄型化ステップにおける耐性の問題を解決し、また真空エッチングプロセスのよりも高いコスト効率を有する。これは、ポリマー層がナノワイヤ２よりも遥かに大きな厚さを有してもよく、必ずしも均一な厚さでないので、必要とされる。よって、この厚い層の背面エッチング又は薄型化は、高い歩留まり及び低いコストを有するコンタクト作製及び統合の成功に対して困難である。ワイヤ及びオーミックコンタクト／電流拡散層が適切に露出していないならば、ワイヤ配列及び層スタックの機械的完全性は、層の溶解中に維持されない。さらに、層の溶解は、ナノワイヤ２の移送に適切な材料が長期間の信頼性若しくは電気的パッシベーション特性又は後のプロセスステップとの互換性を同時に満たす必要がないことを保証する。溶解ステップについて、ナノワイヤ２移送ポリマーと接着層１０とが化学的に異なることがしばしば有利である。
【００５７】
ポリマー層の溶解に続いて、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の原子層堆積（ＡＬＤ）が行われる（図１０）。この膜１３は、２５０Ｃ以下で堆積され、特にスタック内の他の既存の層と互換性を有する温度で堆積される。代替の誘電体、またはＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等のような誘電体の組み合わせもＡＬＤ又は他の堆積方法で堆積されうる。この堆積１３の厚さは典型的に約５０ｎｍであるが、他の厚さが排除されるべきではない。例えば、誘電体１３によって間隔が完全にふさがれるほどの厚さを誘電体が有するならば、当該構造は図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示された上述の平面オプションと同等である。代替の実施形態では、スピンオンガラスやＢＣＢ、さらにはフォトレジストのような様々なスピンオン誘電体が用いられてもよい。
【００５８】
図１１に図示される次のステップで、およそ適切な厚さで当該構造にフォトレジスト１００がスピンコートされる。特に後側基板９及び結合剤１０が絶縁体である場合に、複数のセルの開回路電圧を直列接続するために、（例えばレーザによる）照射が実行されてもよい。これは後述される。フォトレジストの厚さ１００は、これがナノワイヤ２の犠牲上部３１を部分的に覆うように調整される。
【００５９】
上部コンタクト生成のためにナノワイヤ２を露出するように、理想的にはフッ素系エッチャントを含みうるドライエッチングを用いて、ＡＬＤ誘電体１３がエッチングされ（図１２）、その後、フォトレジスト１００が剥がされる（図１３）。スピンオン誘電体のような代替の誘電体が用いられたならば、他のエッチング化学又はプロセスが実行されうるが、フォトレジストマスクの有無にかかわらず、ウェット又はドライ化学における一般的な概念の短いバックエッチングが実行される。
【００６０】
その後、ナノワイヤ２の犠牲部分３１が選択エッチングによって除去される（図１４）。ワイヤの犠牲部分３１がＡｕ粒子であるならば、シアン化カリウムプロセスが用いられうる。
【００６１】
最後に、図１５において、ＴＣＯ（透明導電酸化物）８が堆積される。例えばＡＬＤプロセスによって堆積されるＡｌＺｎＯ層は、示されるようにナノワイヤ２の間の間隔を完全に埋めるように、図１５のように良好なコンフォーマル被覆を与えうる。これは、層の機械的安定性を向上し、ＴＣＯ８のシート抵抗を低減する。これに代えて、他の（低温）ＴＣＯ膜８、例えばスパッタリングされたＩＴＯが検討されてもよい。平面トポグラフィを生じるために、これは導電ポリマーと組み合わせられうる。
【００６２】
代替の実施形態では、代わりに、又は追加して、支持基板９が構造１の上面に結合される。このような実施形態では、基板９は、少なくとも太陽電池構造１によって収集されることが意図される光に対して、透過的でなければならない。図１Ｂはこのような太陽電池構造１がどのように見えうるかの例を示す。第１導電層７を覆うように堆積された後側層１４がなおも存在しうる。場合によっては第１電極層７の下に例えばガラスの（図８の基板９のような）更なる基板が存在しうる。これは、製造中の一時的な基板であってもよいし、剛性サンドイッチ構造を与えるための最終的な追加の基板であってもよい。
【００６３】
太陽電池結合剤１０及び基板９は導電体であってもよく、例えばスクリーン印刷によって上部金属化グリッドの追加によって、単純な上部及び下部のコンタクト形成を可能にする。このような解決策は、通常のウェハベース太陽電池用途における場合のような単純な電池タブリングを可能にする。しかし、背面基板９が非導電体（例えば、ガラス）であるならば、背面側における単純なタブリングを実行できない。さらに、このような構成において、薄型電流拡散層に追加して後側に金属グリッドを置くことができないので、後側の電流拡散層を通じた抵抗損失が大きすぎる。このような構成では、電池の前面だけのタブリング及び電流低減が要件となる。電流は、電池面積を低減することによって低減されうる。例えば、１つの共有された非導電性基板９上のナノワイヤ２のアレイは、複数の小さな電池に分割され、同じ基板９上のモジュールになるように直列接続されてもよい。図１６〜図２０において、このようなフローの一例が概説される。大面積の電池は、直列接続された複数の電池に変換される。図１６〜図２０に、このような直列接続を実行するために必要な３つのステップが示される、例えば、後側の導電体分離Ａがレーザカットによって行われうる。レーザ露光によってフォトレジストが取り除かれたエリアでＡＬＤ誘電体をドライエッチングすることによって前側から後側への導電体接続Ｂが実現されうる。強吸収ナノワイヤ２及び取り囲むＴＣＯ膜を燃焼するが金属層を無傷にするように波長及びパワーが調整されたレーザによって前側導電体分離Ｃが実現されうる。オプションとして、分離Ｃは、フォトレジストを適用し、ＴＣＯ８をエッチングすることによって行われてもよい。ワイヤの除去は必須ではない。
【００６４】
図２１において、大きなモジュール上の複数のＡＢＣ直列接続が示される。ＡＢＣ接続の間の分離は、前側導電体又は後側導電体の制限するシート導電性によって決定される。縁の周りの上部導電体及び底部導電体の両方をアクティブエリアから分離する縁分離Ｄによってシーケンスが終了される。すなわち、これは縁の周りのＡＣスクライブと同等である。モジュールの結合ボックスへのコネクタは、例えば示されるエリアにおいて、モジュールの何れかの端部で適用されうる。これらのエリアは、直接の半田付けがＴＣＯに適用されえない限り、スクリーン印刷されてもよい。
【００６５】
図面及び明細書において、本発明の典型的な好適な実施形態が説明されてきた。特定の用語が用いられるが、これらは総括的かつ説明のためだけに用いられており、限定を目的としない。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲で説明される。
【図３】
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【図２１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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