(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜を基板に接合させる方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｅ）を具備する：
水性液体と水に不溶な液体との界面に、前記薄膜を浮かべる工程（Ａ）、
ここで、前記薄膜の一方の面は親水性であり、
前記一方の面と反対側の他方の面は撥水膜を具備し、および
前記一方の面が水性液体に接し、かつ前記他方の面が水に不溶な液体に接するように、前記薄膜が浮かべられており、
前記基板を、前記水性液体に浸漬する工程（Ｂ）、
前記水性液体内において、前記基板を前記薄膜の前記一方の面に積層させる工程（Ｃ）、
前記基板が前記薄膜に積層した状態を維持しながら、積層された前記基板および前記薄膜を前記水に不溶な液体に浸漬し、前記薄膜を前記基板に密着させる工程（Ｄ）、および
前記基板を前記薄膜に積層させた状態を維持しながら、前記水に不溶な液体から積層された前記基板および前記薄膜を取り出し、前記薄膜を前記基板に接合する工程（Ｅ）。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、以下の工程Ｓａおよび工程Ｓｂをさらに具備する方法：
前記工程（Ａ）の前に、容器を用意する工程Ｓａ、
ここで、前記容器は、第１部分、第２部分、および仕切り板を具備しており、
前記仕切り板は、第１部分および第２部分の間に設けられ、
前記仕切り板は、前記容器の底面に接しておらず、それによって連通路が設けられ、
前記第１部分の上部分が、前記水性液体によって満たされており、
前記第１部分の下部分および前記第２部分が、前記水に不溶な液体によって満たされており、
および
前記工程（Ｄ）と前記工程（Ｅ）との間に、前記基板を前記薄膜に積層させた状態を維持しながら、前記基板および前記薄膜を、前記連通路を通して前記第１部分から前記第２部分へと移動させる工程Ｓｂ。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、以下の工程Ｓａおよび工程Ｓｂをさらに具備する方法：
前記工程（Ａ）の前に、容器を用意する工程Ｓａ、
ここで、前記容器は、第１部分、第２部分、および仕切り板を具備しており、
前記仕切り板は、第１部分および第２部分の間に設けられ、
前記仕切り板は、前記容器の底面に接しておらず、それによって連通路が設けられ、
前記第１部分の上部分が、前記水に不溶な液体によって満たされており、
前記第１部分の下部分および前記第２部分が、前記水性液体によって満たされており、
および
前記工程（Ｂ）と前記工程（Ｃ）との間に、前記基板を、前記連通路を通して前記第２部分から前記第１部分へと移動させる工程Ｓｂ。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記薄膜は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を具備する。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記基板は、親水性である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を基板に接合する方法に関する。本発明は、特に太陽電池薄膜を基板に接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２、および非特許文献１は、エピタキシャルリフトオフ法を開示している。エピタキシャルリフトオフ法は、ＧａＡｓ犠牲基板上に形成された２〜３μｍの厚みを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体太陽電池薄膜を基板から剥がす工程、および当該ＩＩＩ−Ｖ族半導体太陽電池薄膜を別の基板に接合する工程を具備している。
【０００３】
より具体的には、エピタキシャルリフトオフ法において、ＧａＡｓ犠牲基板上に、ＡｌＡｓ層、Ｇａ0.3Ａｌ0.7Ａｓ層、またはＡｌＡｓ0.98Ｐ0.02層のような犠牲層が形成される。当該犠牲層上に、例えばＧａＡｓ薄膜、ＧａＩｎＰ薄膜、またはＩｎＧａＡｓ薄膜で作製されたＩＩＩ−Ｖ族半導体太陽電池薄膜が形成される。その後、ＧａＡｓ基板は、ワックスのような接着性樹脂を用いて、接合用基板に接合される。
【０００４】
次に、接合された２枚の基板は、フッ化水素酸または塩酸に浸漬される。フッ化水素酸または塩酸によって犠牲層がエッチングされる速度は、太陽電池薄膜がエッチングされる速度と比較して極めて大きい。従って、犠牲層のみがエッチングされ、太陽電池薄膜はＧａＡｓ犠牲基板から剥離される。剥離された太陽電池薄膜は、必要に応じて、別の基板に接合される。
【０００５】
エピタキシャルリフトオフ法により、ＧａＡｓ犠牲基板は再利用され得る。よって、用いられるＧａＡｓ犠牲基板の量が低減され、太陽電池が安価に製造され得る。プラスチック基板に、エピタキシャルリフトオフ法により製造された太陽電池薄膜が接合され、軽量な太陽電池を得る。人工衛星に搭載される部品には軽さが求められるので、プラスチック基板に接合された太陽電池は人工衛星には好適である。
【０００６】
エピタキシャルリフトオフ法は、大きい面積を有する太陽電池薄膜を短時間に剥離する技術を必要とする。なぜなら、小さい面積を有する太陽電池薄膜を犠牲基板に複数回接合する場合よりも、大きい面積を有する太陽電池薄膜を基板に一度に接合することがより効率的であるからである。犠牲層がエッチングされる時間が短いほど、太陽電池を製造するために必要な時間が短縮される。
【０００７】
非特許文献２および非特許文献３は、大きい面積を有するＧａＡｓ太陽電池薄膜をＧａＡｓ基板から短時間で剥離する方法を開示している。
【０００８】
図１１（ａ）は、非特許文献２に開示されている方法を示す。犠牲層７０２および太陽電池薄膜７０３を具備する犠牲基板７０１が、ワックスのような接着剤により接合用シート７０４に接着される。接合用シート７０４の先端におもり７０７が固定される。そして、犠牲層７０２がフッ酸水溶液７０５に曝され、犠牲層７０２をエッチングする。おもり７０７の重力７０８が、接合用シート７０４を鉛直下方向に引っ張る。基板７０１から剥離した太陽電池薄膜７０３は鉛直下方向に曲げられ、犠牲層７０２はフッ酸水溶液７０５に曝されやすくなる。この結果、太陽電池薄膜７０３が基板７０１から剥離される。
【０００９】
犠牲基板７０１から太陽電池薄膜７０３を剥離するために必要とされる時間は、おもり７０７を用いない場合に必要とされる時間に比べて短い。従って、大きい面積を有する太陽電池薄膜７０３が、基板７０１から短時間で剥離され得る。
【００１０】
図１１（ｂ）は、非特許文献３が開示している方法を示す。おもり７０７を用いて接合用シート７０４を引っ張ることに代えて、図１１（ｂ）では、シリンダー８０６を用いて接合用シート８０４が巻き取られる。
【００１１】
具体的には、犠牲層８０２および太陽電池薄膜８０３を具備する基板８０１が、接合用シート８０４に、ワックスのような接着剤により接着される。次に、接合用シート８０４の先端８０９がシリンダー８０６に固定される。犠牲層８０２がフッ酸水溶液８０５に曝され、犠牲層８０２をエッチングして太陽電池薄膜８０３を基板８０１から剥離する。シリンダー８０６を時計回りに回転させながら、基板８０１が左方向に移動し、基板８０１から太陽電池薄膜８０３を剥離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４７７４１９４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／００３８６７８号明細書
【特許文献３】特開２００６−２８６８２３号公報
【特許文献４】実開平０５−０２２５５７号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／０４５９０８号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】M. Konagai et al., Journal Crystal Growth 45(1978)277-280
【非特許文献２】J. J. Schermer et al., Applied Physics Letters 76(2000)2131-2133
【非特許文献３】J. J. Schermer et al., Physica Status Solidi 202(2005)501-508
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
エピタキシャルリフトオフ法は、太陽電池薄膜が接合用基板にワックスのような接着剤により固定されることを必要とする。固定後にワックスが不要になる場合、当該ワックスは除去されることを必要とする。
【００１５】
エピタキシャルリフトオフ法を用いて剥離される太陽電池薄膜は、２〜３μｍの厚みしか有さない。ワックスが除去されるときに、太陽電池薄膜の表面が化学的および機械的に損傷され得る。
【００１６】
おもりまたはシリンダーを用いて太陽電池薄膜を基板から剥離する方法は、おもりの位置および重さ、ならびにシリンダーの回転速度の正確な組み合わせおよび設定を必要とする。誤った設定は、太陽電池薄膜の切断及び破断をもたらす。
【００１７】
本発明の目的は、薄膜を、ワックスのような接着剤を用いず、かつ機械的または化学的損傷を与えることなく、接合用基板に接合する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、薄膜を基板に接合させる方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｅ）を具備する：
水性液体と水に不溶な液体との界面に、前記薄膜を浮かべる工程（Ａ）、
ここで、前記薄膜の一方の面は親水性であり、
前記一方の面と反対側の他方の面は撥水膜を具備し、および
前記一方の面が水性液体に接し、かつ前記他方の面が水に不溶な液体に接するように、前記薄膜が浮かべられており、
前記基板を、前記水性液体に浸漬する工程（Ｂ）、
前記水性液体内において、前記基板を前記薄膜の前記一方の面に積層させる工程（Ｃ）、
前記基板が前記薄膜に積層した状態を維持しながら、積層された前記基板および前記薄膜を前記水に不溶な液体に浸漬し、前記薄膜を前記基板に密着させる工程（Ｄ）、および
前記基板を前記薄膜に積層させた状態を維持しながら、前記水に不溶な液体から積層された前記基板および前記薄膜を取り出し、前記薄膜を前記基板に接合する工程（Ｅ）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の方法は接着剤を必要としないので、本発明の方法は薄膜を損傷しない。
【００２０】
薄膜は２つの液体の界面に浮くので、大きい面積を有する薄膜は損傷なしに、接合用基板に接合され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）〜１（ｅ）は、実施の形態１による薄膜を基板に接合する方法を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）および２（ｂ）は、実施の形態１による薄膜を基板に接合する方法に用いる容器を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜３（ｄ）は、実施の形態１による薄膜を基板に接合する方法を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）〜４（ｄ）は、実施の形態１による薄膜を基板に接合する方法を示す模式図である。
【図５】図５は、実施の形態１による薄膜が形成された基板を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）および６（ｂ）は、実施の形態１による吸着治具を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）〜７（ｃ）は、実施の形態１による吸着治具を示す模式図である。
【図８】図８は、実施の形態２による太陽電池薄膜が形成された基板を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）〜９（ｃ）は、実施の形態２による接合した薄膜へ上部電極を作製する方法を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）〜１０（ｆ）は、実施例１における、薄膜への上部電極の形成方法および太陽電池薄膜の評価方法を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）および１１（ｂ）は、従来例のエピタキシャルリフトオフ法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施の形態１）
図１〜図４は、実施の形態１による薄膜を基板に接合する方法を示す。薄膜の例は、参照符号１０３により表される太陽電池薄膜である。図５は、薄膜を具備する基板を示す。図６および図７は、真空吸着治具を示す。これらの図を参照しながら、本実施の形態を説明する。
【００２３】
（予備工程）
図５で示されるように、犠牲基板１０１が準備される。犠牲層１０２および太陽電池薄膜１０３が、犠牲基板１０１の表面に積層されている。
【００２４】
犠牲基板１０１の材料の例はＧａＡｓである。犠牲層１０２の材料の例はＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘは０．６以上１以下を表す）である。少量のＳｉ、Ｐ、およびＺｎが犠牲層１０２に含まれ得る。
【００２５】
太陽電池薄膜１０３の材料の例は、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素から構成される化合物半導体である。例えば、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、またはＩｎＧａＡｓが用いられ得る。
【００２６】
犠牲基板１０１に犠牲層１０２および太陽電池薄膜１０３を形成するために、有機金属化学気相蒸着法（metal-organic chemical vapor deposition method；以下、「ＭＯＣＶＤ法」）または分子線エピタキシー法（molecular beam epitaxy method；以下、「ＭＢＥ法」）が用いられ得る。
【００２７】
太陽電池薄膜は、ｐ型半導体薄膜およびｎ型半導体薄膜を具備する。ｐ型半導体薄膜は、ｎ型半導体薄膜に接合している。これにより、これらの２つの薄膜の間には、ｐ−ｎ接合が形成されている。
【００２８】
太陽光スペクトルを幅広い範囲にわたって吸収するために、複数のｐ−ｎ接合が形成されていることが好ましい。
【００２９】
実施の形態１では、太陽電池薄膜１０３の最表面は親水性であることを必要とする。ここで、「固体表面が親水性である」とは、当該固体表面における純水の静的接触角が９０度未満であることを意味する。酸素プラズマまたはオゾンガスの照射は、太陽電池薄膜１０３の最表面を親水性にする。
【００３０】
（工程１）
図１（ａ）に示されるように、吸着治具１０６を用いて太陽電池薄膜１０３が吸着される。
【００３１】
図６は、吸着治具１０６の一例を示す。図６（ａ）は吸着治具１０６の平面模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。吸着治具１０６は、円形の凸面４０１を具備している。凸面４０１は貫通孔４０２を具備している。
【００３２】
凸面４０１は、凸面４０１の中心を貫通し、かつ凸面４０１に垂直な線Ｚ−Ｚに対して軸対称である。２Ｒは円形の凸面４０１の直径を表す。Ｈは凸面の中心と凸面の周囲との間の高低差を表す。２Ｒ／Ｈの値は１０００以上１００００未満であることが好ましい。
【００３３】
太陽電池薄膜１０３は凸面４０１に配置される。その後、吸い込み口１０７から空気が吸引され、太陽電池薄膜１０３を凸面４０１に密着する。このようにして、太陽電池薄膜１０３、犠牲層１０２、および犠牲基板１０１は凸形状に変形する。
【００３４】
図７は、吸着治具１０６の他の例を示す。図７（ａ）は吸着治具１０６の平面模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図７（ａ）に示されるように、Ｘ方向はＡ−Ａ線に平行な方向である。Ｙ方向はＢ−Ｂ線に平行な方向である。
【００３５】
図７（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ断面図では、吸着治具１０６は凸面４０３を具備する。一方、図７（ｃ）に示すように、Ｂ−Ｂ断面図では、吸着治具１０６は平面４０４である。図６の場合と同様に、２Ｒ／Ｈの値は１０００以上１００００未満であることが好ましい。
【００３６】
（工程２）
図１（ｂ）に示されるように、吸着治具１０６によって真空吸着された基板１０１は、エッチング液１０８に浸漬される。犠牲層１０２がＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘは０．６以上１以下を表す）である場合、塩酸およびフッ酸水溶液がエッチング液１０８として用いられ得る。
【００３７】
基板１０１は凸状であるので、犠牲層１０２はエッチング液１０８に曝されやすい。太陽電池薄膜１０３は犠牲基板１０１から剥離されやすい。犠牲基板１０１は自重によって太陽電池薄膜１０３から剥離する。従来技術とは異なり、おもりのような外力の厳密な制御は必要とされない。
【００３８】
この結果、図１（ｃ）に示されるように、基板１０１は太陽電池薄膜１０３から剥離し、重力により落下する。
【００３９】
（工程３）
工程３では、太陽電池薄膜１０３の裏面１１９に撥水処理が行われる。「固体表面が撥水性である」とは、当該固体表面に滴下した純水の静的接触角が９０度以上であることを意味する。
【００４０】
図１（ｄ）は、撥水処理の例を示す。撥水処理剤を含有する液体１１０に、吸着治具１０６に取り付けられた太陽電池薄膜１０３を浸漬する。このようにして、撥水処理剤が裏面１１９に吸着し、撥水膜１１１を形成する。その後、基板１０３は他の液体に浸漬され、洗浄される（図示せず）。この結果、太陽電池薄膜１０３の裏面１１９は撥水性になる。
【００４１】
撥水処理剤の例は、炭化水素基（ＣＨ3（ＣＨ2）n；ｎは２以上１７以下の整数を表す）またはフッ化炭素基（ＣＦ3（ＣＦ2）n；ｎは０以上７以下の整数を表す）を有するシランカップリング剤である。具体的には、ＣＨ3（ＣＨ2）nＳｉＣｌ3、ＣＨ3（ＣＨ2）nＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）3、およびＣＨ3（ＣＨ2）nＳｉ（ＯＣＨ3）3（ｎは２〜１７の整数を表す）が用いられ得る。ＣＦ3（ＣＦ2）nＣ2Ｈ4ＳｉＣｌ3、ＣＦ3（ＣＦ2）nＣ2Ｈ4Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3、およびＣＦ3（ＣＦ2）nＣ2Ｈ4Ｓｉ（ＯＣＨ3）3も用いられ得る（ｎは０〜７の整数を表す）。
【００４２】
太陽電池薄膜１０３の材料がＧａＡｓである場合、炭化水素基またはフッ化炭素基を有するメルカプタンが用いられ得る。具体的には、ＣＨ3（ＣＨ2）nＳＨ（ｎは２以上１７以下の整数を表す）、およびＣＦ3（ＣＦ2）nＣ2Ｈ4ＳＨ（ｎは０以上７以下の整数を表す）が用いられ得る。
【００４３】
液体１１０に浸漬することに代えて、太陽電池薄膜１０３の面１１９が上述したシランカップリング剤またはメルカプタンの蒸気に曝され得る。
【００４４】
（工程４）
図１（ｅ）に示されるように、吸着治具１０６によって真空吸着された太陽電池薄膜１０３は、水性液体１１３と液体１１４を含有する容器１１６に浸漬される。液体１１４は水に不溶である。その後、太陽電池薄膜１０３の吸着が停止される。容器１１６は、工程５において詳細に説明される。
【００４５】
吸着をやめると、太陽電池薄膜１０３は凸面４０１から脱離し、水性液体１１３と水に不溶な液体１１４との間の液／液界面に浮く。太陽電池薄膜１０３の表面は水性液体１１３に接している。太陽電池薄膜１０３の裏面１１９は撥水膜１１１を介して水に不溶な液体１１４に接している。
【００４６】
図１（ｅ）に示される状態では、以下の等式が充足される：
（太陽電池薄膜１０３の自重）＝（太陽電池薄膜１０３が水性液体１１３から受ける浮力）＋（太陽電池薄膜１０３が水に不溶な液体１１４から受ける浮力）＋（太陽電池薄膜１０３が撥水膜１１１から受ける力）。
【００４７】
実施の形態１では、裏面１１９が水に不溶な液体１１４に向いている。太陽電池薄膜１０３は液／液界面に安定にとどまる。
【００４８】
推測であるが、太陽電池薄膜１０３が液／液界面に安定に浮く理由は以下の通りである。
【００４９】
親水性の固体表面は、水に不溶な液体に接触しているよりも、水性液体に接触している方がエネルギー的に安定である。逆に、撥水性の固体表面は、水性液体に接触しているよりも、水に不溶な液体に接触している方がエネルギー的に安定である。液／液界面に浮いている太陽電池薄膜１０３の全体が水に不溶な液体１１４側に移動した場合、太陽電池薄膜１０３の親水性の面が水に不溶な液体１１４に接触することになる。これは、エネルギー的に不安定である。反対に、液／液界面に浮いている太陽電池薄膜１０３全体が水性液体１１３に移動すると、撥水膜１１１が形成されている面が水性液体に接触する。これは、エネルギー的に不安定である。
【００５０】
液／液界面に浮いている太陽電池薄膜１０３が裏返されると、太陽電池薄膜１０３は、エネルギー的に不安定になる。なぜなら、太陽電池薄膜１０３の親水性の面が水に不溶な液体１１４に接触し、かつ撥水膜１１１が形成されている面が水性液体１１３に接触するからである。
【００５１】
上記のようなエネルギー的安定性の観点から、水に不溶な液体１１４に撥水膜１１１を介して裏面１１９が接し、かつ水性液体１１３に表面が接するように、太陽電池薄膜１０３は液／液界面に浮く。
【００５２】
水性液体１１３の例は、無機塩が溶解した水溶液、有機塩が溶解した水溶液、または純水である。水に不溶な液体１１４の例は、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、またはウンデカンのようなアルカン、クロロホルム、１−クロロブタン、または２−クロロブタタンのような塩素系有機溶剤、またはこれらの混合物である。
【００５３】
水に不溶な液体１１４が水性液体１１３よりも大きい密度を有する場合、図１（ｅ）に示すように、水に不溶な液体１１４は水性液体１１３の下に位置する。
【００５４】
逆に、水に不溶な液体１１４が水性液体１１３よりも小さい密度を有する場合、水に不溶な液体１１４は水性液体１１３の上に位置する。この場合、太陽電池薄膜１０３の裏面１１９が水性液体に接し、かつ表面が水に不溶な液体１１４に接する。
【００５５】
（工程５）
工程５では、液／液界面に浮いている太陽電池薄膜１０３が接合用の基板１１５（以下、接合用基板１１５という）に接合される。
【００５６】
図２（ａ）は、工程５において用いられる容器１１６の立体模式図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。
【００５７】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、容器１１６は、水性液体１１３および水に不溶な液体１１４を含有する。容器１１６は、第１部分１１６Ｌ、第２部分１１６Ｒ、および仕切り板１１７を備える。仕切り板１１７は、第１部分１１６Ｌおよび第２部分１１６Ｒの間に設けられている。仕切り板１１７は容器１１６の底面に接触していない。水に不溶な液体１１４は、第１部分１１６Ｌおよび第２部分１１６Ｒを自由に往来し得る。
【００５８】
第１部分１１６Ｌの上部分は、水性液体１１３によって満たされている。第１部分１１６Ｌの下部分および第２部分１１６Ｒは、水に不溶な液体１１４によって満たされている。第１部分１１６Ｌにおいて形成された液／液界面に、図１（ｅ）において説明された太陽電池薄膜１０３が浮いている。
【００５９】
図３（ａ）に示されるように、接合用基板１１５を第１部分１１６Ｌの上部から水性液体１１３に浸漬する。接合用基板１１５は親水性であることを必要とする。
【００６０】
接合用基板１１５の例は、
（ｉ）ガラス基板、窒化シリコン基板、またはセラミックス基板のような無機材料基板、
（ｉｉ）酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜のような酸化膜または窒化膜が形成された基板、
（ｉｉｉ）ナイロン樹脂基板、ポリアクリレート樹脂基板、またはポリメチルメタアクリレート樹脂基板のような親水性の樹脂基板、
（ｉｖ）酸素プラズマまたはオゾンガスによって表面が親水化された樹脂基板、または
（ｖ）表面に金属薄膜を具備する基板
である。
【００６１】
（ｉｖ）における樹脂の例は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、またはポリ塩化ビニル樹脂である。
【００６２】
（ｖ）における金属の例は、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＣｕである。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示されるように、接合用基板１１５が太陽電池薄膜１０３の表面に積層される。その後、接合用基板１１５および太陽電池薄膜１０３は水に不溶な液体１１４に浸漬される。このようにして、接合用基板１１５が太陽電池薄膜１０３の表面に密着する。
【００６４】
さらに、図３（ｃ）に示されるように、接合用基板１１５および太陽電池薄膜１０３は、仕切り板１１７の下を通って第２部分１１６Ｒに移動する。
【００６５】
最後に、図３（ｄ）に示されるように、接合用基板１１５および太陽電池薄膜１０３は、第２部分１１６Ｒの上部から取り出される。このようにして、太陽電池薄膜１０３が接合用基板１１５に接合される。
【００６６】
図４（ａ）〜４（ｄ）は、水に不溶な液体１１４が第１部分１１６Ｌを満たし、かつ水性液体１１３が第２部分１１６Ｒを満たす例を示す。
【００６７】
図４（ａ）に示されるように、親水性の接合用基板１１５を第２部分１１６Ｒの上部から水性液体１１３に浸漬する。接合用基板１１５は、仕切り板１１７の下を通って第２部分１１６Ｒから第１部分１１６Ｌに移動する。
【００６８】
次に、図４（ｂ）に示されるように、接合用基板１１５が太陽電池薄膜１０３に積層される。その後、図４（ｃ）に示されるように、接合用基板１１５および太陽電池薄膜１０３は水に不溶な液体１１４に浸漬される。
【００６９】
最後に、図４（ｄ）に示されるように、接合用基板１１５および太陽電池薄膜１０３は、第１部分１１６Ｌの上部から取り出される。このようにして、太陽電池薄膜１０３が接合用基板１１５に接合される。
【００７０】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２で用いられる犠牲基板を示す。この基板は、太陽電池薄膜１０３上に電極１０４が形成されていることを除き、実施の形態１による基板と同じである。
【００７１】
電極１０４は、太陽電池薄膜１０３とオーミック接合している。電極１０４の表面は親水性である。太陽電池薄膜１０３の表面がｎ型のＧａＡｓから構成される場合には、ＡｕＧｅ合金膜、Ｎｉ膜、およびＡｕ膜がｎ型のＧａＡｓからこの順に、真空蒸着によって貼り合わされた積層金属膜が、電極１０４として用いられ得る。必要に応じて、不活性ガス雰囲気中で、４００℃〜４５０℃の温度下での熱処理が行われる。真空蒸着の後には、Ａｕ膜は親水性を有する。Ａｕ膜の表面にＴｉ膜が形成され得る。
【００７２】
太陽電池薄膜１０３がｐ型のＧａＡｓから構成される場合には、当該ｐ型のＧａＡｓの表面上に、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、およびＡｕ膜がこの順に真空蒸着によって貼り合わされた積層金属膜が、電極１０４として用いられ得る。Ａｕ膜の表面にＴｉ膜が形成され得る。
【００７３】
太陽電池薄膜１０３は、実施の形態１の場合と同様に接合用基板１１５に接合される。但し、実施の形態２では、接合用基板１１５の表面はＡｕ膜から構成される電極を具備する。そして、接合用基板１１５の電極の当該Ａｕ膜に、太陽電池薄膜１０３が密着する。このようにして、電極１０４は、接合用基板１１５が具備する電極に電気的に接続される。
【００７４】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、接合用基板１１５に接合した太陽電池薄膜１１３の表面に上部電極１１８を形成する方法を示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、いずれも、上側図面および下側図面を含む。上側図面はいずれも平面図である。下側図面はいずれも、対応する上側図面におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００７５】
図９（ａ）は、接合用基板１１５が接合された太陽電池薄膜１０３を示す。太陽電池薄膜１０３の表面は撥水膜１１１を具備する。
【００７６】
図９（ｂ）に示されるように、撥水膜１１１の表面に、酸素プラズマまたはオゾンガスが照射され、撥水膜１１１を除去する。当該照射に代えて、接合用基板１１５は、３５０以上４００℃以下で加熱され、撥水膜１１１を除去し得る。
【００７７】
次に、図９（ｃ）に示されるように、太陽電池薄膜１０３の表面に上部電極１１８が形成される。上部電極１１８のパターンは、フォトリソグラフィー法を用いて形成され得る。上部電極１１８の線幅と線間隔とが１ｍｍ以上の場合は、メタルマスクを通して金属薄膜を蒸着することによって金属パターンが形成される。上部電極１１８には、太陽電池薄膜１０３とオーミック接合することができる材料が選択される。
【００７８】
電極１０４および上部電極１１８が周辺機器に電気的に接合される。太陽光が太陽電池薄膜１０３の表面を照射すると、当該周辺機器に電力が供給される。
【００７９】
（実施例）
実施例では、ＧａＡｓ犠牲基板に形成された太陽電池薄膜を、接合用基板であるシリコン基板に接合した。
【００８０】
実験方法および結果を以下に示す。
【００８１】
（１ａ．太陽電池薄膜１０３が形成されたＧａＡｓ基板の準備）
４インチの直径および６００μｍの厚みを有するｐ型ＧａＡｓ基板を用意した。当該ｐ型ＧａＡｓ基板には、３×１０18ｃｍ-3の濃度を有するＺｎがドープされていた。当該ｐ型ＧａＡｓ基板上に、表１に示される材料を下から上へと順にＭＯＣＶＤ法により積層し、太陽電池薄膜１０３を形成した。表１は、当該太陽電池薄膜１０３に用いられる材料、膜厚、およびドーパントを示す。表１におけるＡｌＡｓ層は犠牲層１０２である。
【００８２】
【表１】
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【００８３】
次に、当該太陽電池薄膜１０３の最上層のＧａＡｓ層の上に、１００ｎｍの厚みを有するＧｅＡｕ合金（Ｇｅ：Ａｕ＝１２ｗｔ％：８８ｗｔ％）から構成される膜を抵抗加熱蒸着法によって形成した。
【００８４】
さらに、３０ｎｍの厚みを有するＮｉ膜、および２５０ｎｍの厚みを有するＡｕ膜を、電子ビーム蒸着法によって順に形成した。その後、太陽電池薄膜を、窒素雰囲気中、４００℃で１０分熱処理し、太陽電池薄膜と電極との間をオーミック接続した。
【００８５】
（１ｂ．接合用基板の準備）
５インチの直径を有するシリコン基板を準備した。当該シリコン基板の表面の全体に、１０ｎｍの厚みを有するＴｉ膜および１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ膜を順に真空蒸着法によって形成した。
【００８６】
（２．太陽電池薄膜のシリコン基板への接合）
実施の形態１と同様に、太陽電池薄膜をシリコン基板に接合した。シリコン基板上のＡｕ電極が、太陽電池薄膜のＡｕ電極に向かい合うように、これらを接合した。
【００８７】
接合の概略を以下に示す。
【００８８】
図７（ａ）〜７（ｃ）に示される真空吸着治具を用いた。２Ｒの値は１１０ｍｍであり、Ｈの値は１００μｍであった。貫通孔４０２の直径は３００μｍであった。貫通孔４０２の数は１７５個であった。貫通孔４０２が形成されている凸面４０１の材質はＳｉＣであった。
【００８９】
図１（ａ）に示されるようにＧａＡｓ犠牲基板を吸引しながら、図１（ｂ）に示されるように１０Ｎの塩酸水溶液を含有するガラス容器に、太陽電池薄膜付きの当該ＧａＡｓ基板を浸漬した。その後、ガラス容器を７０℃で１０分間加熱した。この結果、図１（ｃ）に示されるように、ＡｌＡｓから構成される犠牲層１０２がエッチングされ、太陽電池薄膜１０３がＧａＡｓ犠牲基板１０１から剥離した。
【００９０】
次に、純水を含有するガラス容器に太陽電池薄膜１０３を浸漬し、太陽電池薄膜１０３の表面に付着している塩酸を除去した。その後、太陽電池薄膜１０３を純水から取り出した。窒素ガスを太陽電池薄膜１０３に吹きかけ、太陽電池薄膜１０３の表面に付着している純水を除去した。
【００９１】
１ｖｏｌ％のヘキサデカンチオールが溶解したエタノールに、吸着治具に吸着された太陽電池薄膜１０３を６時間浸漬し、図１（ｄ）に示されるように、太陽電池薄膜１０３の裏面１１９に撥水膜１１１を形成した。その後、当該エタノールから太陽電池薄膜１０３取り出した。窒素ガスを太陽電池薄膜１０３に吹きかけ、太陽電池薄膜１０３の表面に付着しているエタノールを除去した。
【００９２】
次に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示される容器１１６を用意した。水性液体１１３として純水を用いた。水に不溶な液体１１４として１,４−ジクロロブタンを用いた。
【００９３】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される真空吸着治具によって吸着しながら、太陽電池薄膜１０３を第１部分１１６Ｌから浸漬し、太陽電池薄膜１０３が純水／１，４−ジクロロブタンの界面にほぼ並行になるように、太陽電池薄膜１０３を配置した。
【００９４】
次に、真空吸着を止め、太陽電池薄膜１０３を真空吸着治具から脱離した。このようにして、太陽電池薄膜１０３を水／１，４−ジクロロブタン界面に浮かべた。太陽電池薄膜１０３のＡｕ膜は水に接し、太陽電池薄膜１０３の最下層のＧａＡｓ膜は、撥水膜１１１を介して１，４−ジクロロブタンに接した。
【００９５】
その後、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示されるように、シリコン基板１１５に太陽電池薄膜を接合した。シリコン基板１１５上のＡｕ電極が、太陽電池薄膜１０３のＡｕ電極に向かい合うように、これらを接合した。シリコン基板１１５および太陽電池薄膜１０３を、ピンセットを用いて、第２部分１１６Ｒの上部から取り出した。最後に、シリコン基板１１５および太陽電池薄膜１０３を３５０℃で１時間加熱した。
【００９６】
シリコン基板１１５に接合された太陽電池薄膜１０３は、１００ｍｍの直径を有していた。光学顕微鏡で太陽電池薄膜１０３を観察した。膜の傷、割れ、および破れは観察されなかった。
【００９７】
（３．上部電極の形成）
図１０（ａ）〜（ｅ）は、シリコン基板１１５に接合された太陽電池薄膜１０３に、上部電極６０９を作製する方法を示す。
【００９８】
図１０（ａ）は、シリコン基板６０２のＡｕ電極６０３上に接合された太陽電池薄膜６０１を示す。太陽電池薄膜６０１はシリコン基板６０２の中心に配置された。
【００９９】
図１０（ｂ）に示される第１メタルマスク６０４をシリコン基板６０２に密着させた。第１メタルマスク６０４は、４つの長方形状の貫通スリット６０５を具備した。貫通スリット６０５は、１ｍｍの長さの短辺を有していた。４つの貫通スリット６０５は等間隔で平行に配置されていた。さらに、４つの貫通スリット６０５は、８０ｍｍの直径を有する円に内接していた。
【０１００】
図１０（ｃ）に示すように、第１メタルマスク６０４を介して、５０ｎｍの厚みを有するＴｉ膜、１５０ｎｍの厚みを有するＰｔ膜、および５０ｎｍの厚みを有するＡｕ膜を、電子ビーム蒸着法で順に太陽電池薄膜６０１上に形成した。このようにして、太陽電池薄膜６０１上に、貫通スリット６０５に対応した上部電極６０６を形成した。
【０１０１】
同様に、図１０（ｄ）に示される第２メタルマスク６０７をシリコン基板６０２に密着させた。図１０（ｅ）に示すように、５０ｎｍの厚みを有するＴｉ膜、１５０ｎｍの厚みを有するＰｔ膜、および５０ｎｍの厚みを有するＡｕ膜を電子ビーム蒸着法で順に形成した。このようにして、貫通スリット６０８に対応した上部電極６０９を形成した。
【０１０２】
第２メタルマスク６０７は２つの貫通スリット６０８を有していた。貫通スリット６０８は、８０ｍｍの直径および２ｍｍの幅を有する半円環の形状を有していた。
【０１０３】
（４．太陽電池薄膜の評価）
図１０（ｆ）は、図１０（ｅ）に示される太陽電池薄膜６０１の電気特性を評価する方法を示す。
【０１０４】
Ａｕ電極６０３および上部電極６０９に、それぞれ、プローブ６１０および６１１を接触させた。これらのプローブ６１０、６１１を電流−電圧評価装置６１２に電気的に接続した。
【０１０５】
太陽光の疑似光源から１００ｍＷ／ｃｍ2の強度を有する光を太陽電池薄膜６０１に照射し、電流−電圧特性を調べた。この結果、シリコン基板に接合した太陽電池薄膜は、以下の特性を有していた。
【０１０６】
開放電圧：０．９Ｖ
短絡電流：１４ｍＡ／ｃｍ2
フィルファクター：０．８
変換効率：１０％
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の接合方法は、ＩＩＩ族−Ｖ族の太陽電池を、軽量で曲げることのできるプラスチック基板に接合する方法を提供し得る。当該太陽電池は、車、飛行機、船舶、または人工衛星のような移動体に具備され得る。
【図１】
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【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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【図１１】
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