(57)【要約】【課題】  多接合マルチスペクトルソーラーコンバータを提供する。【解決手段】  本開示は、太陽エネルギを電気に変換するための多接合マルチスペクトルソーラーコンバータおよびその製造方法について記載したものである。太陽スペクトルの１つまたは複数の領域に対する感度のあるＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、ダイアモンドまたは任意の基板上で加工され、コンバータは、接合部と平行な太陽光線で照明される１から数千の接合部を含む大きさにすることができるものである。好ましい実施形態では、高い変換効率を得られるように、隣り合った接合部同士を高導電性層で電気的に直列に接続し、コンバータでの直列抵抗を小さくする。バンドギャップの違った、異なる基板を有するいくつかのコンバータをまとめて、紫外から赤外までの太陽エネルギのマルチスペクトルならびに多接合変換が可能な複合コンバータを形成する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の少なくとも２つの隣接する層によって、入射する太陽光線を電気に変換するためのソーラーコンバータであって、各層が少なくとも１つの接合部を含み、少なくとも１つの層が、隣接する層と格子整合することを必要とせずに少なくとも１つの他の層に結合される、ソーラーコンバータ。
【請求項２】
前記層のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つのエネルギバンドギャップに特化した第１のタイプの接合部を少なくとも１つ含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記層のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの第１のエネルギバンドギャップに特化した第１のタイプの接合部と、前記第１のタイプとは異なるエネルギバンドギャップに特化した少なくとも１つの他のタイプの接合部とを有する、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
各層が少なくとも１０個の個別の接合部を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項５】
各層が少なくとも１００個の個別の接合部を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記コンバータが少なくとも１０個の多接合層を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記コンバータが少なくとも１００個の多接合層を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項８】
単位面積当たりの接合部の密度が、１ｃｍ２当たり少なくとも１０００個である、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記接合部は入射太陽光線に対して平行に配置され、そうすることによって前記接合部のそれぞれが前記入射する太陽光線のほぼ同じ量の太陽エネルギで照射される、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記接合部が電気的に直列に接続されている、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１１】
各層が他のどの層からも独立して個別に処理／作製される、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１２】
第１の層と少なくとも１つの他の層とが、異なる基板から処理／作製される、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１３】
前記接合部が半導体製造技術によって作製される、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１４】
前記接合部が有機的成長によって作製される、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１５】
第１の層は、少なくとも１つのバンドギャップのエネルギを捕捉し、少なくとも１つのこれよりも低いバンドギャップのエネルギを、第１の層よりも下にある少なくとも１つの層まで通過させる、請求項１に記載のソーラーコンバータ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのバンドギャップが少なくとも１．８ｅＶである、請求項１５に記載のソーラーコンバータ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのバンドギャップが少なくとも１．４ｅＶである、請求項１５に記載のソーラーコンバータ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのバンドギャップが少なくとも１．１ｅＶである、請求項１５に記載のソーラーコンバータ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのバンドギャップが少なくとも０．６ｅＶである、請求項１５に記載のソーラーコンバータ。
【請求項２０】
前記接合部はそれぞれ、ｎ＋型のキャリアでドープされた第１の壁と、ｐ＋型のキャリアでドープされた第２の壁とを含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２１】
前記壁で挟まれた領域がｎ型のキャリアでドープされる、請求項２０に記載のコンバータ。
【請求項２２】
前記壁で挟まれた領域がｐ＋型のキャリアでドープされる、請求項２０に記載のコンバータ。
【請求項２３】
前記第１の壁および前記第２の壁が、入射する太陽光線に対して垂直に配置されている、請求項２０に記載のコンバータ。
【請求項２４】
前記第１の壁および前記第２の壁が、接合部の層の名目上の平面に対して垂直に配置される、請求項２０に記載のコンバータ。
【請求項２５】
前記接合部の幅が、前記入射する太陽光線によって前記接合部で生成される少数キャリアの拡散距離よりも狭い、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２６】
前記幅が、前記幅の全体に広がる高電界を有する、請求項２５に記載のコンバータ。
【請求項２７】
第１の接合部と少なくとも１つの他の接合部とが同一幅である、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２８】
第１の接合部と少なくとも１つの他の接合部とが異なる幅である、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２９】
第１の層と少なくとも１つの他の層とが同じ厚さである、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３０】
第１の層と少なくとも１つの他の層とが異なる厚さである、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３１】
少なくとも２つのコンバータを有し、前記少なくとも２つのコンバータは、少なくとも２つのバンドギャップが同時に吸収されて変換されるように積層されている、請求項１に記載の複合コンバータ。
【請求項３２】
各コンバータは、接合部の幅が少なくとも１つのエネルギのバンドギャップに合わせて最適化されている、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３３】
各バンドギャップが、それぞれの別個のコンバータで吸収されて変換される、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３４】
前記少なくとも２つのコンバータが、最前部から最後部までバンドギャップの最も高い方から最も低い方の順に整列配置され、最前部のコンバータで変換されなかった太陽光線は、干渉されることなく後続のコンバータで変換されるように通り抜ける、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３５】
前記コンバータがすべて、電気的に直列に接続されている、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３６】
前記少なくとも２つのコンバータをそれぞれに隣接するコンバータとゆるく結合し、そうすることによって各コンバータの熱膨張率の相違により前記複合コンバータの前記配置がずれることはなくなる、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３７】
前記少なくとも２つのコンバータがファブリ・ペローキャビティによって分離され、前記太陽光線は特定のスペクトル波長で複数回反射する、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項３８】
前記ファブリ・ペローキャビティが、酸化ケイ素の層によって決まるキャビティ空間を有する、請求項３７に記載の複合コンバータ。
【請求項３９】
前記酸化ケイ素の層が、各コンバータで、少なくとも１つのエネルギバンドギャップの吸収を最大にするように、さまざまな厚さを有する、請求項３７に記載の複合コンバータ。
【請求項４０】
前記複合コンバータと一体化された少なくとも１つのラジエータをさらに有し、そうすることによって、前記複合コンバータが太陽光照度の複数倍で照射された際に、２５０℃未満の温度に維持される、請求項３１に記載の複合コンバータ。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのラジエータが受動的冷却を有する、請求項４０に記載の複合コンバータ。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのラジエータが能動的冷却を有する、請求項４０に記載の複合コンバータ。
【請求項４３】
前記太陽光線を集束させて、太陽光線をコンバータで変換する前の複数倍の太陽光照度に等しい強度まで集光するフレネルレンズをさらに有する、請求項１に記載の複合コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギを電気に変換するための多接合マルチスペクトルコンバータ（ｍｕｌｔｉ−ｓｐｅｃｔｒａｌ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）装置およびその製造方法に関し、特に、変換可能なエネルギの９５％よりも多くを含む、紫外から赤外までの全スペクトルにわたって、集光された太陽光線を電気エネルギに変換するのに直列に接続された数千個の接合部を用いる装置および方法に関する。
【０００２】
本発明は、連邦政府関連機関または州当局からの出資を受けたものではない。
【背景技術】
【０００３】
＜多接合マルチスペクトルコンバータ＞
エムコア（Ｅｍｃｏｒｅ）ら（エムコア（Ｅｍｃｏｒｅ）、ｗｗｗ．ｅｍｃｏｒｅ．ｃｏｍ、２００６）によって開発され、最近、「Ｒ．マッコーネル（Ｒ．ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ）ら、「米国における次世代光起電力技術（Ｎｅｘｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ）」、第１９回欧州ＰＶ太陽エネルギ見本市（１９ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  ＰＶ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）、パリ、フランス、ｐ１、６月（２００４年）」として報告されたＩｎＧａＰ、ＧａＡｓおよびＧｅという３つの異なる半導体で形成される多接合マルチスペクトルコンバータは、最終的には３８％という変換効率の壁を打ち破り、近い将来に効率が５０％になると見込まれている。導電性結晶層によって直列に接続された３つの接合部を含む上記の３材料コンバータでは、紫外域（ＩｎＧａＰのバンドギャップ１．９ｅＶで判断）から可視域（ＧａＡｓのバンドギャップ１．４ｅＶで判断）を経て赤外域（Ｇｅのバンドギャップ０．６５ｅＶで判断）までの太陽エネルギを変換することができる。この構造に到達すると、入射太陽光線はまず１．９ｅＶの光子の大半を変換しながら一番上のＩｎＧａＰ接合部を貫通した後、１．４ｅＶの光子の大半を変換しながらＧａＡｓ接合部を横断して、最終的には０．６５ｅＶの光子の大半を電子と正孔に変換する０．６５ｅＶの接合部に至る。通常、接合部の結晶化度が高くなればなるほど、接合部の組み換えプロセスが少なくなり、これらの電子正孔対によって生成される電流が多くなる。あるいは、接合部の直列抵抗を小さくすることでも電流が増す。要するに、この実用性すなわち接合部の変換効率は主に、接合部の結晶化度と直列抵抗によって決まる。
【０００４】
スペクトル範囲が広く、接合部の高結晶化度が格子間でほぼ完璧に一致することが、太陽光変換にＩｎＧａＰ、ＧａＡｓおよびＧｅを選択した主な理由である。この３材料系が成功したことで、これよりも製造コストを抑えられる他の多材料系の探求へとつながった。実際、変換効率が高く製造コストの低いコンバータを探し求めることは、太陽光変換の分野では「至高の目標」である。革新はこうした探求であふれている。Ｊ．ウー（Ｊ．Ｗｕ）らによって最近開発され、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０、３９６７、（２００２年）」で報告されているＩｎ１−ｘＧａｘＮ系には、成長時に変化させて紫外域から赤外域までの太陽スペクトル全体をカバーする一連の連続グレードのバンドギャップを得られる組成物「ｘ」が含まれている。これには将来性があるが、実現可能な製造工程にするには分子線エピタキシャル（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ）（ＭＢＥ）成長にコストがかかりすぎる上、将来的に実現可能な効率的なコンバータにするには接合部の結晶化度が不完全すぎる。
【０００５】
＜製造＞
接合部の結晶化度については何年にもわたって改善がなされてきたが、コンバータの製造コストはさほど抑えられていない。従来型のコンバータを作るための結晶性材料からなる大きなシートは高コストであり、これが依然として従来型のコンバータの製造コストの高さを左右している。それとは正反対に、コンバータに薄膜および有機シートを用いる場合のコストの低さは魅力的（Ｍ．グリーン（Ｍ．Ｇｒｅｅｎ）、「第３世代の太陽光発電（Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）」、シュプリンガー（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）、ベルリン（２００３年）およびＳ．Ｒ．フォッレスト（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ）、Ｎａｔｕｒｅ、４２８、９１１（２００４年）参照）であるが、効率の低さがゆえに、単位エネルギの変換コストという観点ではほとんど削減できない。単位エネルギの変換にあたってコスト効率を増すのに必要なのがコンバータの非常に小さなエリアのみであるという前提で、単位コストを抑えるひとつの方法として、可能な限り結晶化度を高くして作製したソーラーコンバータの小さなエリアに、太陽光を数百倍を超えて集光することがあげられる。こうした太陽光の集光は、薄膜または有機コンバータよりもさらに低コストのプラスチック製フレネルレンズまたは反射体を用いて作ることができる。
【０００６】
従来のコンバータは、接合部の厚さ、タイプ、構成、材料、接合部数、冷却機構または太陽光線の入射角に合わせて最適化されたものではないため、集光光線の変換に用いられることはほとんどない。たとえば、米国特許第７，０７１，４０７号、米国特許第５，４０５，４５３号、米国特許第７，１２６，０５２、米国特許第７，１２２，７３４号及び米国特許第６，２５２，２８７には、接合部に法線入射する拡散太陽光線だけを変換するよう設計された厚さ数ミクロン（μｍ）の３材料接合部が詳細に開示されている。太陽光の１００倍を超える大きさの集光光線のエネルギをすべて吸収するには、非常に厚い接合部層が必要であるが、従来のプロセスで厚い層を作製するのはコスト効率のよいものではない。
【０００７】
米国特許第４，３３５，５０３号、米国特許第４，２９５，００２号、米国特許第４，１３１，９８４号及び米国特許第３，９６９，７４６号には、接合部に対して平行に入射する集光光線を吸収する複数の接合部を作製するためのＶ溝技術が開示されている。しかしながら、これらの文献に開示されたコンバータでは接合部の数が少なすぎて、５００倍を超える太陽光強度まで集光した光線を利用することはできない。
【０００８】
米国特許第５，２４６，５０６号及び米国特許第４，２７１，３２８号には、多結晶性材料および非晶質材料で製造された多くの接合部のスタックが開示されているが、これらは変換効率が低すぎて、数倍よりも多い太陽光強度までの集光をしても有利ではない。
【０００９】
米国特許第６，３７２，９８０号、米国特許第６，３４０，７８８号及び米国特許第６，１７４，２９６号にはそれぞれ、高い結晶秩序（ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｒｄｅｒ）のタンデム接合部が開示されているが、いずれも数百倍の太陽光強度の集光を利用してコストを削減するのに合わせた複数の接合部の構成と複数のスペクトル帯域の最適化に欠けている。
【００１０】
米国特許第４，３７６，８７２号には、直列に接続された多くの接合部を有するＶ溝形の太陽電池が開示されているが、接合部は紫外から赤外スペクトルまでをカバーするよう複数のスペクトル帯域に合わせて最適化されたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，０７１，４０７号
【特許文献２】米国特許第５，４０５，４５３号
【特許文献３】米国特許第７，１２６，０５２号
【特許文献４】米国特許第７，１２２，７３４号
【特許文献５】米国特許第６，２５２，２８７号
【特許文献６】米国特許第４，３３５，５０３号
【特許文献７】米国特許第４，２９５，００２号
【特許文献８】米国特許第４，１３１，９８４号
【特許文献９】米国特許第３，９６９，７４６号
【特許文献１０】米国特許第５，２４６，５０６号
【特許文献１１】米国特許第４，２７１，３２８号
【特許文献１２】米国特許第６，３７２，９８０号
【特許文献１３】米国特許第６，３４０，７８８号
【特許文献１４】米国特許第６，１７４，２９６号
【特許文献１５】米国特許第４，３７６，８７２号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｒ．マッコーネル（Ｒ．ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ）ら、「米国における次世代光起電力技術（Ｎｅｘｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ）」、第１９回欧州ＰＶ太陽エネルギ見本市（１９ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  ＰＶ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）、パリ、フランス、ｐ１、６月（２００４年）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０、３９６７、（２００２年）
【非特許文献３】Ｍ．グリーン（Ｍ．Ｇｒｅｅｎ）、「第３世代の太陽光発電（Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）」、シュプリンガー（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）、ベルリン（２００３年）
【非特許文献４】Ｓ．Ｒ．フォッレスト（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ）、Ｎａｔｕｒｅ、４２８、９１１（２００４年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
集光された太陽放射とともに使用するための従来技術の多接合マルチスペクトルコンバータは、以下のとおり、スペクトル範囲、接合部厚の最適化、接合部数、接合部構成、太陽光線の入射角、及び低コストでの製造の点で制約がある。
１．スペクトル範囲は、ＩｎＧａＰで１．９ｅＶ、ＧａＡｓで１．４ｅＶ、Ｇｅで０．６５ｅＶのバンドギャップに限定される。
２．複数の接合部の厚さは、集光光線のすべての光子を吸収するには不十分な数ミクロン（μｍ）に限定される。
３．３材料（ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓおよびＧｅ）コンバータは、３種類の材料に限定される。
４．多接合コンバータは、３つの接合部に限定される。
５．多接合コンバータは、限定的な変換効率しか提供できない結晶化度に限定される。
６．接合部構成は、接合部を順に積層した平坦な構成に制限される。
７．太陽光線の入射角は、平坦な接合部に対する法線入射に制限される。
８．太陽光線は、５００未満の太陽光の集光に制限される。
９．コンバータを作製する際の製造工程は、低効率の薄膜または有機ソーラーコンバータの大きなシートにおける製造時以外、低コストでの大量生産にあたって制限される。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、紫外域から赤外域までの太陽スペクトル全体をカバーするための多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００１５】
別の目的は、集光した太陽光線全体を吸収するのに最適な接合部の厚さの多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００１６】
別の目的は、紫外域から赤外域までの太陽スペクトル全体をカバーするのに必要とされるだけの異なる材料を用いた多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００１７】
別の目的は、高い変換効率を達成するのに必要なだけの接合部を有する多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００１８】
別の目的は、接合部の結晶化度が高い変換効率を達成するのに必要なだけの高さの多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００１９】
別の目的は、垂直接合構成にすることで、すべての接合部が同じ量の太陽放射で同時に照射されて高い変換効率が達成される多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００２０】
別の目的は、すべての接合部に対して平行に太陽光線が入射して高い変換効率が達成される多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００２１】
別の目的は、高い変換効率と単位エネルギの変換時における低いコストを達成するのに必要なだけの集光太陽光を受光する多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【００２２】
別の目的は、低コストで大量生産可能な、変換効率の高い多接合マルチスペクトルコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、いくつかの一般的な態様を含み、必要があれば、その各々に本明細書に開示したおよび／または開示していない特徴を含む別の特徴を組み合わせることが可能であり、これらの組み合わせは上記の態様についてのより一層詳細な任意の実施形態を表すものとなる。
【００２４】
本発明によれば、太陽放射の変換によって電気エネルギを生成するための多接合マルチスペクトルコンバータであって、それぞれが少なくとも１つのエネルギバンドギャップに特化したタイプのものであってもよい、１つまたは複数の接合部を含むコンバータが提供される。
【００２５】
マイクロチップ（ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）と同様に、変換効率を高めるべく高結晶化度のウエハ（ｗａｆｅｒ）基板上に１つの接合部から数千個の接合部まで含むよう加工することができる。各接合部は、高結晶化度の微量ドープのｎ層またはｐ層を挟んだ、薄くて平行な２つの高ドープの（ｎ＋およびｐ＋）層からなる光起電性接合部のマイクロ構造である。
【００２６】
処理された各基板から多くのコンバータを得ることができる。異なる基板を、太陽スペクトルの異なる成分に対して感度のある、異なったエネルギバンドギャップの、異なったコンバータを組み立てるために用いることができる。
【００２７】
このようにして、いくつかの異なるコンバータを一緒にまとめれば、太陽スペクトルの紫外（約２ｅＶ）から赤外（約０．６５ｅＶ）成分のエネルギを変換できるマルチスペクトル感度を有する複合コンバータが形成される。
【００２８】
本発明では、以下の事項を重視している。（ａ）高効率の光起電性接合部の作製。（ｂ）これらの接合部数千個をマイクロチップまたはさいころの形（ｄｉｅ  ｆｏｒｍ）での大量生産と、太陽スペクトル全体をカバーするために必要とされるだけの異なるコンバータを一緒にまとめた集光太陽光を変換するための複合コンバータの形成。本発明によれば、数千個の平行な接合部を有するコンバータを、バンドギャップの異なる基板上に低コストで大量生産することができ、これをまとめて、集光太陽光線を低単位エネルギコストで変換するマルチスペクトルに対応することのできる複合コンバータにすることができる。
【００２９】
本発明の第１の態様は、太陽電池の少なくとも２つの隣接する層によって、入射する太陽光線を電気に変換するためのソーラーコンバータであって、各層が少なくとも１つの接合部を含み、少なくとも１つの層が、隣接する層と格子整合することを必要とせずに少なくとも１つの他の層に結合できるソーラーコンバータである。
【００３０】
この第１の態様のさまざまな実施形態では、層は、少なくとも１つのエネルギバンドギャップに特化したタイプの接合部を有していてもよい。さまざまな他の実施形態では、層は、少なくとも１つの第１のエネルギバンドギャップに特化した第１のタイプの接合部と、前記第１のタイプとは異なるエネルギバンドギャップに特化した少なくとも１つの他のタイプの接合部とを有していてもよい。
【００３１】
他の実施形態では、各層が少なくとも１０の個別の接合部を含んでもよく、あるいは、少なくとも１００の個別の接合部を含んでもよい。さらに他の実施形態では、コンバータは、少なくとも１０の多接合層を含んでもよく、あるいは、少なくとも１００の多接合層を含んでもよい。さまざまな関連実施形態では、単位面積あたりの接合部密度が、１ｃｍ２当たり少なくとも１０００接合部であってもよい。
【００３２】
特定の実施形態では、接合部を入射太陽光線に対して平行に配置してもよく、これによって、前記入射する太陽光線からのほぼ同じ量の太陽エネルギで各接合部を照射することができる。他の実施形態では、接合部を電気的に直列に接続してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、各層を他のどの層からも独立して個別に加工／作製してもよい。他の実施形態では、第１の層と少なくとも１つの他の層とを異なる基板から加工／作製してもよい。さまざまな他の実施形態では、半導体製造技術または有機的な成長によって接合部を製造することができる。
【００３４】
特定の実施形態では、第１の層で少なくとも１つのバンドギャップのエネルギを捕捉することができ、一方これよりも低い少なくとも１つのバンドギャップのエネルギを、第１の層よりも下にある少なくとも１つの層まで通過させることができる。複数のスペクトルの太陽エネルギを同時に吸収するように、さまざまなレベルの層を積層してもよい。
【００３５】
この実施形態のさまざまな形態では、紫外、可視、赤外および遠赤外スペクトルの太陽エネルギを変換するために、接合部が、少なくとも１．８ｅＶ、１．４ｅＶ、１．１ｅＶ、および／または０．６ｅＶのバンドギャップを有するものであってもよい。半導体基板上で加工する場合、この基板は、ダイアモンド、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＡｓを含んでもよい。
【００３６】
本発明の別の実施形態では、光起電接合部は、垂直なまたは傾斜した壁を含んでもよい。この実施形態の一形態では、１つの壁をｎ＋型のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）でドープし、他の壁をｐ＋型のキャリアでドープすることができる。関連した形態では、これらの壁で挟まれた領域をｎ型またはｐ＋型のキャリアでドープしてもよい。さらに他の関連形態では、第１の壁および／または第２の壁が、入射する太陽光線に対して垂直であってもよく、および／または接合部の層の名目上の平面（ｎｏｍｉｎａｌ  ｐｌａｎｅ）に対して垂直であってもよい。
【００３７】
コンバータは、接合部領域内で均一な高電場と電子正孔対の均一な生成の発生を可能にするように、平行な接合部を形成するための垂直壁を有してもよく、あるいは、単純なインプラント（ｉｍｐｌａｎｔ）を容易に実施して複数の厚い接合部を形成するとともに放射冷却用の金属接触を提供できるように、傾斜壁を有してもよい。
【００３８】
さまざまな他の実施形態では、入射する太陽光線によって接合部で生成される少数キャリアの拡散距離よりも接合部の幅のほうが狭くてもよい。特定の形態では、高電界が接合部の幅全体に延在してもよく、領域全体に延在してもよい。他の特定の形態では、第１の接合部と少なくとも１つの他の接合部とが同一幅であってもよく、異なる幅であってもよい。さまざまな関連形態では、第１の層と少なくとも１つの他の層とが同じ厚さであってもよく、異なる厚さであってもよい。
【００３９】
この第１の態様の特定の実施形態では、複合コンバータは少なくとも２つのコンバータで構成されるものであってもよく、このコンバータは、少なくとも２つのバンドギャップが同時に変換されるように積層されている。
【００４０】
この実施形態の特定の形態では、各コンバータは、特定のエネルギバンドギャップに合わせて最適化された接合部の幅を有してもよい。異なるコンバータは異なる接合部の幅を有することができ、それにより変換効率を最大にすることができる。
【００４１】
他の形態では、少なくとも２つのコンバータが、最も高いバンドギャップから最も低いものの順に最前部から最後部まで整列配置されていてもよく、最前部のコンバータで変換されなかった太陽光線は干渉されることなく後続のコンバータで変換されるよう横断する。
【００４２】
この実施形態のさまざまな形態では、複合コンバータを構成するコンバータを電気的に直列に接続することができ、これによってコンバータ電圧が加算的になる。さらに他の形態では、各コンバータの熱膨張率の相違により複合コンバータの配置がずれることがないように、複合コンバータを構成するコンバータをそれぞれ隣接するコンバータとゆるく結合してもよい。
【００４３】
特定の形態では、複合コンバータの各コンバータをファブリ・ペローキャビティ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｃａｖｉｔｙ）によってそれぞれの隣接するコンバータから分離することができて、入射太陽光線は特定のスペクトル波長で複数回反射する。この実施形態の特定の形態では、ファブリ・ペローキャビティは、酸化ケイ素の層の厚さによって決まるキャビティ間隔を有することができる。特定の他の形態では、各コンバータでの特定の太陽エネルギ吸収を最大にするために酸化ケイ素層の厚さを変えてもよく、それによって、太陽光線の総吸収量が最大になるであろう。
【００４４】
他の形態では、複合コンバータはさらに、複合コンバータと密に一体化された少なくとも１つのラジエータを含んでもよく、これによって、複合コンバータは、太陽光の複数倍で照射された際に、２５０℃未満の温度に維持される。さまざまな関連した形態では、ラジエータは受動的および／または能動的冷却を含んでもよい。
【００４５】
別の実施形態では、集光した太陽光線を変換するのに複合コンバータを用いるとき、太陽光線をコンバータに集束させる低コストの大型フレネルレンズと一体化してもよい。このように集束させる場合、太陽光線は、複数の太陽光に等しい強度を有することができる。
【００４６】
さまざまな実施形態では、複合コンバータは、任意の数の任意のタイプのコンバータを含んでもよく、これによって、太陽光変換での用途に合った所望のスペクトル特性を得ることができる。例えば；
・衛星で使用する場合、宇宙空間に多い紫外エネルギをより多く捕捉するためのバンドギャップの広いコンバータを有する複合コンバータ。
・航空機で使用する場合、他の所から発せられるＨｅ／Ｎｅレーザを変換するためのＧａＡｓコンバータのみを有する複合コンバータ。
・遠隔センサで使用する場合、航空機から発せられるネオジウムレーザエネルギ（Ｎｅｏｄｙｎｉｕｍ  ｌａｓｅｒ  ｅｎｅｒｇｙ）を変換するためのＧｅコンバータを有する複合コンバータ。
・ノートブックコンピュータで使用する場合、拡散太陽エネルギを変換するための３つの異なる接合部（ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓおよびＧｅ）を有する複合コンバータ。
【００４７】
本発明の第２の態様は、基板のエネルギバンドギャップに適した厚さまで基板を薄くし、この基板を、コンバータを形成する複数のさいころ形に区切り、標準的なフォトリソグラフィを用いて基板上に材料トレンチを形成し、トレンチ壁をインプラントして基板上にｎ＋−ｎ−ｐ＋多重接合を形成し、インプラントした壁の上に金属層をデポジットし、真空吸引によって壁を崩壊させ、共晶温度まで加熱して壁を結合してコンバータを形成し、複合コンバータを形成するだけの数の異なるエネルギコンバータを組み立て、さらに、熱放射体を複合コンバータに取り付けることを含む、コンバータの製造方法である。この実施形態の特定の形態では、フレネルレンズを付加してシステムの効率を高めるようにしてもよい。
【００４８】
本発明の第３の態様は、基板のエネルギバンドギャップに適した厚さまで基板を薄くし、この基板をｐ＋ドープ層にインプラントし、共晶金属薄層をデポジットし、基板を別のガラスホルダに移して基板の反対側を露出させ、この第２の側をｎ＋ドープ層にインプラントし、金属薄層をデポジットし、基板を複数のさいころ形に区切り、ガラスキャリアからさいころ形を取り外し、複合コンバータを形成するだけの数の異なるエネルギコンバータを組み立て、さらに、熱放射体を複合コンバータに取り付けることを含む、コンバータの製造方法を含む。この実施形態の特定の形態では、フレネルレンズを付加してシステムの効率を高めるようにしてもよい。
【００４９】
別の実施形態は、基板のエネルギバンドギャップに適した厚さまで基板を薄くし、この基板を、コンバータを形成する複数のさいころ形に区切り、標準的なフォトリソグラフィを用いて基板上に材料トレンチを形成し、トレンチ壁をインプラントして基板上にｎ＋−ｎ−ｐ＋多重接合を形成し、インプラントした壁の上に金属層をデポジットし、プレストレッチしたエラストマーキャリア上に基板を移し、エラストマーキャリアのプレストレッチを解放して壁を崩壊させ、共晶温度まで加熱して壁を結合してコンバータを形成し、複合コンバータを形成するだけの数の異なるエネルギコンバータを組み立て、さらに、熱放射体を複合コンバータに取り付けることを含む、コンバータの製造方法である。この実施形態の特定の形態では、フレネルレンズを付加してシステムの効率を高めるようにしてもよい。
【００５０】
さらに別の実施形態は、基板のエネルギバンドギャップにふさわしい厚さまで基板を薄くし、この基板を、コンバータを形成する複数のさいころ形に区切り、標準的なフォトリソグラフィを用いて基板上にＶ溝の材料トレンチを形成し、Ｖ溝のトレンチ壁をインプラントして基板上にｎ＋−ｎ−ｐ＋多重接合を形成し、インプラントした壁の上に金属層をデポジットし、インプラントした壁を電気めっきして放熱冷却器との熱的接触を形成し、複合コンバータを形成するだけの数の異なるエネルギコンバータを組み立て、熱放射体を複合コンバータに取り付けることを含む、コンバータの製造方法である。この実施形態の特定の形態では、フレネルレンズを付加してシステムの効率を高めるようにしてもよい。
【００５１】
さらに別の実施形態は、約数ミクロン（μｍ）厚のシリコンエピ層を含むシリコン・オン・インシュレータ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）（ＳＯＩ）基板から開始し、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってエピ層の上に格子マッチング用のＳｉＧｅのバッファ層を成長させ、ＭＯＣＶＤによってＳｉＧｅ層の上に約０．０１ミクロン（μｍ）厚でｎ＋型の層を成長させ、ＭＯＣＶＤによってｎ＋型層の上にｎ型層を成長させて約５ミクロン（μｍ）厚のｎ型接合領域を形成し、ＭＯＣＶＤによってｎ型接合領域のｎ型層の上に約０．０１ミクロン（μｍ）厚のｐ＋型層を成長させてｎ＋−ｎ−ｐ＋接合を形成し、すべてのＭＯＣＶＤ成長を繰り返して２０のｎ＋−ｎ−ｐ＋接合を積層したものを総厚約１００ミクロン（μｍ）で形成し、共晶金属層をデポジットし、この基板を、それぞれが２０の接合部を含むコンバータを形成する複数のさいころ形に区切り、さいころ形をキャリアに近い側にして基板をプラスチックキャリアに接合し、さいころ形をプラスチックキャリアに付着したまま酸化ケイ素をエッチングしてシリコン基板をＳＯＩ基板から除去し、Ｓｉエピ層およびＳｉＧｅ層をプラスチックキャリア上のさいころ形から除去し、共晶層をダイにデポジットし、余分な共晶金属層をさいころ形のエッジから除去し、さいころ形をプラスチックキャリアから取り外し、５０のダイを順に重ねて一緒にまとめて１，０００の接合部からなるスタックを形成し、このスタックを２７０℃まで加熱してスタック内に共晶結合を形成し、ＭＯＣＶＤで成長させた、異なる半導体（例えばＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＳｉおよびＧｅ）について上記のステップを繰り返して異なるエネルギのコンバータを形成し、異なるエネルギのコンバータをまとめて複合コンバータを形成し、熱放射体を複合コンバータに取り付けることを含む、コンバータの製造方法である。こうして、複合体は、フレネルレンズと一緒に組み立てて変換システムにすることができる状態になる。
【００５２】
この態様のさまざまな実施形態では、基板は、ダイアモンド、ＳｉＣ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＩｎＡｓであってもよい。
【発明の効果】
【００５３】
利点についての以下の説明は、本発明の範囲を限定したり、あるいは、本発明のあらゆる形態が以下の利点をすべて有すると示唆したりすることを意図したものではない。本明細書の残りの部分から明らかなように、本発明は、さまざまな特徴を提供するものである。これらの特徴を異なる組み合わせで併用することも可能である。こうした異なる組み合わせを実施形態と呼ぶ。ほとんどの実施形態は、ここに開示した特徴をすべて含むものではない。単純な実施形態の中には、これらの特徴のうち極めて限られたものだけを含み得るものもある。こうした実施形態は、以下に述べる利点のうちのただ１つまたはほんの数個を含むかもしれない。他の好ましい実施形態では、これらの特徴のうちのさらに多くを組み合わせ、以下の利点のうちのさらに多くを反映するであろう。これらの特徴の多くを取り入れた特に好ましい実施形態は、これらの利点のすべてではないにしてもほとんどを有することになる。さらに、本発明の特定の実施形態に固有のものであるが本明細書には開示していない別の利点も、本発明を実施または慎重に検討した者にとっては明らかとなるであろう。
【００５４】
本発明の上記の目的および他の目的は、本明細書に記載のコンバータ装置およびシステムによって達成されて、従来のソーラーコンバータや、太陽発電所、地域共同体の太陽エネルギ変換、家庭用太陽エネルギ発電機、商業ビル用の太陽発電機、工業プラントおよび自動車車両、さらには、例えば携帯電話、ＰＣ、ノートブックおよびＰＤＡなどの携帯用電子機器の太陽発電機といった分野でのそのようなコンバータを用いる際に内在する課題を解決する。
【００５５】
特に、多接合マルチスペクトルコンバータは、その性質上、可能な限り変換効率を高めるための、製造に結晶性が最高の材料を少量しか必要としない小さな小型装置である。したがって、第１の利点のうちのひとつは、単純な従来式のマイクロエレクトロニクスプロセスで、単結晶ウエハ基板上にコンバータがコスト効率よく大量に製造されることである。
【００５６】
次の利点は、結晶基板上に製造された内部量子効率が最も高い接合部を千を超える数で含む点である。この多接合構造には、高い変換効率の達成に対して、コンバータの直列抵抗の数に対する許容度が大きいという利点がある。
【００５７】
第３の利点は、エネルギバンドギャップの範囲が約３．５ｅＶから約０．２ｅＶのどのような結晶基板上でも、紫外から赤外に及ぶ太陽スペクトルの異なる部分に対して、異なる分光感度特性を持つコンバータを得るために、同じプロセスを用いてコンバータを製造することができることにある。このことは、エネルギの異なるコンバータ（３材料コンバータの場合のようなちょうど３つだけではない）を必要なだけ多くまとめて、紫外から赤外までの太陽光線のエネルギ成分全体を変換できる複合コンバータとして組み立てることに繋がる。
【００５８】
第４の利点は、すべての接合部が同じ日射強度で同時に照射されて高い変換効率を達成する、コンバータの垂直接合構造である。これは、高い変換効率を達成するためにすべての接合部に平行に太陽光線が入射することの利点に繋がる。
【００５９】
第５の利点は、単位エネルギの変換当たりの高い変換効率および低コストを達成するのに必要な、できるだけ多くの集光太陽光をコンバータで受光できることにある。
【００６０】
第６の利点は、単純な処理ステップ、結合方法および組立手順で、変換効率の高い複合（多接合、マルチスペクトルの）コンバータを低コストで大量生産できることであり、それらはいずれも商業化が可能である。この利点がゆえに、化石燃料設備を設置する場合に匹敵する大きな規模で太陽光変換設備を設置する際の単位コストが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】多接合コンバータ１００と垂直壁を有する光起電接合部１１０とを含む垂直壁を有する多接合コンバータを示す。
【図２】多接合コンバータ１００と傾斜壁を有する光起電接合部１６０とを含む傾斜壁を有する多接合コンバータを示す。
【図３】垂直壁を有する光起電接合部１１０と、そのエネルギバンド図２００とを含む垂直壁を有する光起電接合部を示す。
【図４】傾斜壁を有する光起電接合部１６０と、そのエネルギバンド図２００とを含む傾斜壁を有する光起電接合部を示す。
【図５】垂直接合部１１０を有する立体の多接合コンバータ１００と、そのエネルギバンド図２６０とを含む垂直壁を有する多接合コンバータの立体図である。
【図６】傾斜接合部１６０を有する立体の多接合コンバータ１００と、そのエネルギバンド図２６０とを含む傾斜壁を有する多接合コンバータの立体図である。
【図７】半導体ＧａＰ３１０、ＩｎＧａＰ３２０、ＧａＡｓ３３０、Ｓｉ３４０、Ｇｅ３５０の分光感度特性および波長に対して太陽スペクトル３００を示したプロットを含む太陽スペクトルグラフである。
【図８】ＧａＰ４１０コンバータ、ＩｎＧａＰ４２０コンバータ、ＧａＡｓ４３０コンバータ、Ｓｉ４４０コンバータ、Ｇｅ４５０コンバータを有する複合コンバータ４００を含む複合コンバータを示す。
【図９】電子−正孔対生成率対異なるコンバータのコンバータ表面からの距離のグラフ（４１０〜４５０）を含むコンバータタイプに対するキャリア生成を示す。
【図１０】結晶基板５００上に製造されたコンバータ１００を含む、結晶基板上に製造されたコンバータを示す。
【図１１】インプラントによって形成された垂直壁を有するコンバータ１００を含む垂直壁をインプラントして製造されたコンバータを示す。
【図１２】インプラントによって垂直壁を有するコンバータ１００を製造するためのリグ６００を含む垂直壁を有するコンバータを製造するためのリグを示す。
【図１３】垂直壁同士を融合させてコンバータ１００を形成するための脱気リグ６００を含むコンバータ形成用の脱気リグを示す。
【図１４】インプラントによって形成された傾斜壁を有するコンバータ１００を含む傾斜壁をインプラントして製造されたコンバータを示す。
【図１５】複合コンバータ４００およびラジエータ８００を含むラジエータを有する複合コンバータを示す。
【図１６】複合コンバータ４００、ラジエータ８００、フレネルレンズ９００を含むフレネルレンズと一体化された複合コンバータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
＜図１：垂直壁を有する多接合コンバータ＞
図１は、垂直壁を有する多接合コンバータ１００の２次元図であり、３つの光起電接合部１１０を示す。このコンバータは、それぞれが高ドープｎ＋層１２０と高ドープｐ＋層１４０とで高結晶性ｎ層１３０を挟んで形成された同一の接合部１１０を、千を超える数で並列に含むことができる。
【００６３】
＜図２：傾斜壁を有する多接合コンバータ＞
図２は、傾斜壁を有する多接合コンバータ１００の２次元図であり、３つの光起電接合部１６０を示す。このコンバータは、それぞれが高ドープｎ＋層１２０と高ドープｐ＋層１４０とで高結晶性ｎ層１３０を挟んで形成された同一の接合部１６０を、千を超える数で含むことができる。
【００６４】
＜図３：垂直壁を有する光起電接合部＞
図３は、高ドープｎ＋層１２０と高結晶性ｎ層１３０と高ドープｐ＋領域１４０とが、共晶の、または従来型の導電性金属であってもよい、２つの金属層１５０の間に挟まれて構成された、垂直壁を有する単一の光起電接合部１１０を詳細に示した図である。
【００６５】
また、同図には、入射太陽光線２１０が電子２２０および正孔２３０を生成することを示す、接合部１１０に対応するエネルギバンドダイヤグラム２００も示してある。
【００６６】
＜図４：傾斜壁を有する光起電接合部＞
図４は、高ドープｎ＋層１２０と高結晶性ｎ層１３０と高ドープｐ＋領域１４０とが、共晶の、または従来型の導電性金属であってもよい、２つの金属層１５０の間に挟まれて構成された、傾斜壁を有する単一の光起電接合部１６０を詳細に示した図である。
【００６７】
また、同図には、入射太陽光線２１０が電子２２０および正孔２３０を生成することを示す、接合部１６０に対応するエネルギバンドダイヤグラム２００も示してある。
【００６８】
本発明では、製造に用いる基板のタイプに応じて、垂直接合と傾斜接合のどちらでも利用して多接合コンバータを形成する。たとえば、Ｓｉ基板を用いる場合には、傾斜壁のためのＶ溝をＳｉ表面のエッチングで容易に形成できるため、単に傾斜壁をインプラントするだけで容易に傾斜接合を作ることができる。また、ＧａＰ基板、ＩｎＧａＰ基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板を用いる場合には、垂直壁のインプラントを利用する。実際のところ、どのような基板でも傾斜壁のインプラントを行わずに垂直壁のインプラントを利用することができる。インプラントにＶ溝を用いると、垂直壁にインプラントする場合よりも準備の工程が少なくてすむが、それ以外はどちらのタイプの壁のインプラントも容易である。
【００６９】
＜図５：垂直壁を有する多接合コンバータの立体図＞
図５は、垂直壁を有する多接合コンバータ１００の詳細な立体図であり、垂直接合部１１０、高ドープｎ＋層１２０、低ドープｎ接合部層１３０、高ドープｐ＋層１４０、及び金属接続層１５０の、異なる層の相対厚さを示す。また、同図には、多接合コンバータ１００に対応するエネルギバンドダイヤグラム２６０も示してある。
【００７０】
＜図６：傾斜壁を有する多接合コンバータの立体図＞
図６は、傾斜壁を有する多接合コンバータ１００の詳細な立体図であり、傾斜接合部１６０、高ドープｎ＋層１２０、低ドープｎ接合部層１３０、高ドープｐ＋層１４０、及び金属接続層１５０の、異なる層の相対厚さを示す。また、同図には、多接合コンバータ１００に対応するエネルギバンドダイヤグラム２６０も示してある。
【００７１】
＜図７：太陽スペクトルグラフ＞
図７は、マルチスペクトルコンバータ１００に集光した太陽スペクトル３００の、波長に対する分光放射照度のプロットであり、ＧａＰ  ３１０基板、ＩｎＧａＰ  ３２０基板、ＧａＡｓ  ３３０基板、Ｓｉ  ３４０基板と、Ｇｅ  ３５０基板上に作られた、異なるコンバータの分光感度特性が重なっている。エネルギ応答の異なるこれらの５つのコンバータは、これらのコンバータで変換されない太陽エネルギを極めてわずかしか残さずに、紫外から赤外までの太陽スペクトルの全エネルギ成分を変換している。
【００７２】
＜図８：複合コンバータ＞
図８は、電気的に直列に接続されて電圧が加算的な、数千接合の複合コンバータ４００を形成している、ＧａＰコンバータ４１０、ＩｎＧａＰコンバータ４２０、ＧａＡｓコンバータ４３０、Ｓｉコンバータ４４０、Ｇｅコンバータ４５０を有する複合コンバータ４００である。同図には、ワイヤボンド４６０および外部負荷４７０も示してある。
【００７３】
＜図９：キャリア生成とコンバータタイプの関係＞
図９は、高エネルギバンドギャップコンバータでは、その厚さを、エネルギ光子の大半を電子−正孔対に変換するために大きくする必要がない旨を示している、電子−正孔対の生成率対異なるコンバータのコンバータ表面からの距離のグラフを示す。ただし、低活性の光子を変換する場合は、低エネルギバンドギャップコンバータ（Ｓｉコンバータ４４０およびＧｅコンバータ４５０など）は、ＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、及びＧａＡｓ４３０の場合よりもかなり厚くしなければならなかった。
【００７４】
＜図１０：結晶基板上に組み立てられたコンバータ＞
図１０は、結晶基板ウエハ５００上に組み立てられた多接合コンバータ１００のバッチ（ｂａｔｃｈ）を示す。これらのコンバータ１００は、ストリート（ｓｔｒｅｅｔ）５１０およびアベニュー（ａｖｅｎｕｅ）５２０で、従来のフォトリソグラフィによって、複合コンバータ４００に組み立てるのに適したサイズに完全に区切られている。
【００７５】
＜図１１：垂直壁をインプラントして製造されたコンバータ＞
図１１は、２つのインプラント５７０および５８０をサポートするために、材料のアイランド部５３０とトレンチ５４０とをエッチングしてどのように光起電接合部１１０の垂直壁を作製するかを示す。同図には、トレンチの深さ５５０と幅５６０も示してある。
【００７６】
背の高い壁（例えばＳｉ４４０コンバータやＧｅ４５０コンバータの壁など）をインプラントする必要がある場合、トレンチの背の高い壁を容易にインプラントできるようにするためには、トレンチを広く作らなければならない。ＧａＰコンバータ、ＩｎＧａＰコンバータ、ＧａＡｓコンバータ（４１０、４２０、及び４３０）の壁を高くする（１０ミクロン（μｍ）以下で十分であろう）が必要ない場合、従来のフォトリソグラフィを容易に利用して通常のインプラントの用意をすることができる。
【００７７】
＜図１２：垂直壁を作製するためのリグ＞
図１２は、Ｏリング６３０を用いて処理済みウエハ５００を封入する金属板６１０とガラス製カバープレート６２０とで形成された特別なリグ固定具（ｒｉｇ  ｆｉｘｔｕｒｅ）６００を示す。ガラス基板５９０上の区切られたコンバータ１００を含む処理済みウエハ５００を、溶剤６４０とそれに続いて封入されたウエハに導入されるすすぎ水で洗浄し、エッチング後の接合部１１０を解放する。
【００７８】
＜図１３：コンバータ形成用の脱気リグ＞
図１３は、接合部の壁を接触させたままエッチング後の接合部１１０をすべて融合させるために、真空排出口６２０を介して溶剤６４０とすすぎ水をすべて吸い出して脱気される特別なリグ固定具６００を示す。
【００７９】
＜図１４：傾斜壁をインプラントして製造されたコンバータ＞
図１４は、図１１に示すようなトレンチを使用する必要なく壁のインプラント７６０および７７０を可能にするよう、Ｓｉ基板にエッチングされてコンバータ１００の傾斜壁を形成するＶ溝を示す。この傾斜壁構成は、Ｓｉ基板の上にコンバータを製造する場合のみのものである。同図には、材料の高さ７３０とＶ溝の幅７４０も示してある。
【００８０】
＜図１５：ラジエータを有する複合コンバータ＞
図１５は、ラジエータ８００と統合された複合コンバータ４００を詳細に示し、金属板８１０によってコンバータ４００をラジエータフィン８２０に統合してコンバータからの熱を空間に放出することを示している。
【００８１】
＜図１６：フレネルレンズと一体化された複合コンバータ＞
図１６は、複合コンバータ４００と、ラジエータ８００と、太陽光線９１０をコンバータ４００に集光するフレネルレンズ９００とを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８２】
＜多接合コンバータ１００＞
図１〜図５に示されるように、多接合コンバータ１００は、それぞれが高ドープ（１０１９／ｃｍ３）のｎ＋半導体層１２０と、高結晶化度で低ドープ（１０１６／ｃｍ３）のｎ型半導体層１３０と、高ドープ（１０１９／ｃｍ３）のｐ＋半導体層１４０とで製造された、千から数千の光起電接合部１１０を含んでもよい。隣接するｎ＋層とｐ＋層との間に薄い金属層または共晶金属層１５０を形成し、コンバータ１００の全体としての直列抵抗を低減する。
【００８３】
好ましい実施形態では、図１および図５から推察できるように、すべての接合部１１０を並列に配置し、電気的に直列に接続して接合部の電圧が加算的になるようにして、多接合コンバータ１００を製造する。
【００８４】
この好ましい実施形態の第１の要素は、多接合コンバータ１００の接合領域およびドープ層が、コンバータの初期製造に伴う高コストという犠牲を払ってでも、可能な限り最高の内部量子効率になるように結晶秩序が最も高いという点である。この分野での専門家および熟練者には明らかなように、高量子効率に起因する高い変換効率はエネルギ変換における最終的な単位コストの低さにつながるであろう。
【００８５】
この好ましい実施形態の第２の要素は、集束された太陽光線を合焦できる１ｃｍ×１ｃｍのマイクロチップ（またはさいころ形）構成の中のコンバータ１００に千を超える平行な接合部が製造される点である。この分野での専門家および熟練者には明らかなように、こうした構成を用いると高価なウエハが製造に効率的に利用され、かつ、高い変換効率を達成するためのコンバータ１００における直列抵抗の低さに対する要件がゆるくなる。これは、高い変換効率を維持するのにはコンバータの低い電流で十分だからである。
【００８６】
この好ましい実施形態の第３の要素は、図７に示すように、紫外域から赤外域までの太陽スペクトル全体をカバーするのにバンドギャップの違った、異なる半導体基板を用いてコンバータ１００を作製でき、半導体ＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０を用いる５つのコンバータを含む真のマルチスペクトルコンバータ４００を構成できる点である。
【００８７】
この好ましい実施形態の第４の要素は、従来型のフォトリソグラフィを用いるコスト効率的な製造方法につながる、垂直壁を有するコンバータまたは傾斜壁を有するコンバータのいずれかで従来のインプラントを用いてコンバータ１００を作製する点である。
【００８８】
＜光起電接合部１１０＞
本発明の光起電接合部は、垂直壁光起電接合部１１０または傾斜壁光起電接合部１６０として作製できるものであり、図３および図４に示すようにいずれも同一のエネルギバンドギャップダイヤグラム２００を有する。これらの接合部（１１０および１６０）のドーピング構造も同一である。これは、ｎ＋ドープ層とｐ＋ドープ層とでｎドープ層を挟んで作製されるｎ＋−ｎ−ｐ＋である。いずれの層も結晶化度が最も高いものである。
【００８９】
この接合構造の第１の要素は、ｎ＋−ｎ−ｐ＋構造のｎ層での少数キャリア（正孔）拡散距離がｎ＋−ｐ−ｐ＋構造のｐ層での少数キャリア（電子）拡散距離よりもかなり短い場合ですら、ｎ＋−ｐ−ｐ＋構造よりもｎ＋−ｎ−ｐ＋構造のほうが表面の再結合がはるかに少ないため、量子効率が高いことにある。
【００９０】
この接合構造の第２の要素は、その量子効率が、ｎ層の少数キャリア（正孔）拡散距離よりもかなり狭い約１０ミクロン（μｍ）というｎ＋−ｎ−ｐ＋構造のｎ層１３０の幅でさらに高められることにある。また、このようにｎ層１３０の幅が狭いがゆえに、コンバータ１００の所望の直線寸法である長さ１ｃｍ以内に千を超える接合部を作製することができる。
【００９１】
この接合構造の第３の要素は、そのｎ＋層およびｐ＋層が商業的なインプラントによって厚さ１００オングストローム以下まで容易に作製されることにある。
【００９２】
この接合部構造の第４の要素は、接合部の高電場領域がｎ層１３０の幅全体にわたって延在し、プロセスでの量子効率が高まることにある。
【００９３】
＜複合コンバータ４００＞
太陽のスペクトル３００では、波長に対して太陽放射照強度をプロットした図７に示すように、ソーラーパワーの９８％以上が紫外から赤外までのスペクトル領域に入る。たとえばＳｉ基板３４０で作製されたコンバータのように、コンバータ１００を１つしか使用しないと、太陽スペクトル全体３００から出るすべてのソーラーパワーを変換することはできないであろう。図７から、太陽から発せられるすべてのソーラーパワーを変換するには、紫外から赤外スペクトルでの５つの異なるスペクトル領域に応答する５つのコンバータが必要であることが明らかに分かる。
【００９４】
このマルチスペクトルコンバータ４００の第１の要素は、これをバンドギャップの違った、異なる半導体基板で作製して、図７に示すような紫外域から赤外域までの太陽スペクトル全体をカバーして、図８に示すように半導体ＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０を用いた５つの（またはそれよりも多い）コンバータを含む真のマルチスペクトルコンバータ４００の構成を可能にすることができる点にある。
【００９５】
このマルチスペクトルコンバータ４００の第２の要素は、５つのコンバータすなわちＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０がいずれも、同一のｎ＋−ｎ−ｐ＋構造と同一の製造工程で作製されることにある。
【００９６】
このマルチスペクトルコンバータ４００の第３の要素は、５つのコンバータすなわちＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０がいずれも、結晶化度が最も高い市販の基板を用いて作製されることにある。
【００９７】
このマルチスペクトルコンバータ４００の第４の要素は、５つのコンバータすなわちＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０がいずれも、組み合わせ変換効率を現在の３９％よりも大きくできることにある。
【００９８】
＜複合コンバータ４００の組成＞
図８に示す複合コンバータ４００の組成は、半導体ＧａＰ４１０、ＩｎＧａＰ４２０、ＧａＡｓ４３０、Ｓｉ４４０、Ｇｅ４５０を用いた、５つまたはこれよりも多いコンバータを含む。多くの他の半導体タイプを利用して太陽スペクトル全体をカバーすることができ、これらの半導体を図５および図６に示したものと同じ多接合コンバータ１００に容易に作製できることは、この分野で経験のある人にとっては明らかである。さらに、上述したものに加えてどのような半導体を用いても図３および図４に示したものと同じ光起電接合部１１０も作製できよう。
【００９９】
複合コンバータ４００の組成の第１の要素は、コンバータをいくつでも直列接続して複合コンバータ４００を形成してもよい点である。
【０１００】
複合コンバータ４００の組成の第２の要素は、図８に示すように、エネルギバンドギャップの違った、異なるコンバータをすべて、各コンバータの端で単純なワイヤボンディング４６０で接続することにある。単純なワイヤボンディングはまた、複合コンバータ４００を外部負荷４７０に接続するのにも用いられる。
【０１０１】
複合コンバータ４００の組成の第３の要素は、最も広いバンドギャップコンバータであるＧａＰ４１０を最前部の位置に実装して太陽光線を最初に受光し、最も低い（ｌｏｗｅｓｔ）バンドギャップコンバータであるＧｅ４５０を最後部に実装する点にある。このような異なるコンバータの配置は、ＧａＰコンバータ４１０がまず、図９に示すように一番貫通し難い放射である紫外太陽エネルギを変換し、より貫通し易い赤外線を最後部のＧｅコンバータ４５０までさらに貫通させてから電気エネルギに変換するように最適化されている。このように、太陽光線が複合コンバータ構造４００を横切る際に１つのコンバータがもうひとつのコンバータに干渉することなく、異なる波長のすべての太陽エネルギが効率的に変換されることになる。
【０１０２】
複合コンバータ４００の組成の第４の要素は、図９に示すように、各コンバータタイプの入射方向での厚さが、コンバータ表面からの入射距離に対する電子正孔生成率に基づいて最適化されることにある。よって、ＧａＰコンバータ４１０が最も薄く（約５ミクロン（μｍ）で十分であろう）、Ｇｅコンバータ４５０が最も厚い（約１００ミクロン(μｍ)で十分であろう）。他のコンバータの厚さは、これらの厚さ限界の間になる。
【０１０３】
複合コンバータ４００の組成の第５の要素は、周囲温度よりも高い温度での熱膨張率の相違により複合コンバータ４００の配置がゆがむことがないように、隣接するコンバータがしっかりと結合されてはいない点にある。コンバータに用いる、異なる材料の膨張率が、温度に対してかなり違うため、これは極めて重要である。
【０１０４】
複合コンバータ４００の組成の第６の要素は、隣接するコンバータの隣り合った表面が平行なファブリ・ペローミラーとして機能する状態で、隣接するコンバータがＳｉ酸化物の薄い層によって分離されて非対称のファブリ・ペローキャビティを形成している点である。酸化物の厚さを適切にすると、前側のコンバータのバンドギャップに対応する波長での増加的干渉が発生させられ、キャビティ内でその波長での複数の反射が生じる。この状況は、隣接するコンバータ内でのこの波長での太陽光線の吸収を最大にするため、結果としてさらに薄いコンバータを用いて複合コンバータ４００を構成することになる。これは、一方では高価な結晶性材料をよりよく活用する上で重要であり、他方では、薄い層しか必要としないため、コンバータ壁のインプラントを単純化する上で重要である。
【０１０５】
複合コンバータ４００の組成の第７の要素は、紫外から赤外までのスペクトルの太陽エネルギ全体を変換するのに、バンドギャップの異なるコンバータがもっと多く必要になった場合、さらに多くのコンバータを単純に平行に追加して複合コンバータを形成してもよいため、各コンバータの高さが厚い必要がない点にある。
【０１０６】
＜ラジエータと一体化された複合コンバータ＞
太陽光線を複合コンバータ４００に集光すると、その温度が上昇して変換効率が下がることになり、千を超える太陽光強度をコンバータに集光すると、冷却しない限りコンバータが破壊されてしまう。適切なレベルまで冷却を提供するコストを保つために、本発明者らの好ましい実施形態は、図１４に示すように金属板８１０をインタフェースとして用いて複合コンバータと密に一体化された金属ラジエータ８００を有する。
【０１０７】
ラジエータ８００の第１の要素は、複合コンバータの維持する必要のある温度に応じて、そのラジエータフィン８２０を、コンバータからの熱を大気中に発散させるのに必要な数と大きさで作製できる点にある。一般に、現場に容易に設置できるよう携帯式になっている小型のラジエータを用いて、２００℃未満の温度を保つことができる。
【０１０８】
＜複合コンバータの能動的冷却＞
別の好ましい実施形態では、複合コンバータ４００を用いて、大きな反射体により集光した数千倍の太陽光強度を数キロワットの電力に変換する。この状況では、循環用の冷却材を用いた能動的冷却が必要になる。これには、図１４に示すような冷却材循環用の管を単にラジエータ６００に直接取り付ければよい。適度な能動的冷却には、水を循環させるだけで十分であろう。かなりの能動的冷却をするのであれば、液体窒素を循環させる必要があることもある。この場合は、複合コンバータを真空ジャケット内に封入して水の凝縮を防止しなければならない。
【０１０９】
＜太陽の集光＞
複合コンバータ４００を用いる最もコスト効率のよい方法は、これを大きくて低コストのプラスチックフレネルレンズ９００と一体化することである。このレンズは、図１５に示すように太陽光線９１０をコンバータ４００に集束する。使用するフレネルレンズのサイズは、変換効率が急激に落ちはじめてコンバータの完全性が崩れる温度である２００℃を超える温度まで過剰に加熱されることなく、冷却された複合コンバータが扱うことのできる太陽光強度の倍率によって決まる。図１４に示すような放射冷却があれば、太陽光線を約１，０００倍の太陽光強度まで集光するフレネルレンズのサイズで十分であろう。しかしながら、このレンズは紫外線照射に備えて硬化しておく必要がある。一般には、アクリルポリマーよりはポリカーボネートポリマーが好ましい。
【０１１０】
１，０００倍を超える太陽光強度の集光光線を変換するには、金属製の反射体が好ましく、これには上述した能動的冷却が必要になろう。
【０１１１】
＜垂直壁多接合コンバータ＞
好ましい実施形態では、多接合コンバータ１００に図５に示すような垂直壁を用いて、接合領域１３０内で電子正孔対を均一に生成できるように平行な接合部１１０を形成する。これらの垂直壁は、以下のようないくつかの重要な目的を果たす：
・接合部のｎ層１３０内に均一な高電場を提供する。
・まとめて複合コンバータにしやすくする独立した構造を提供する。
・どのような半導体基板でも、特にＧａＰ３１０、ＩｎＧａＰ３２０、ＧａＡｓ３３０、Ｓｉ３４０およびＧｅ３５０で、容易に加工される構造を提供する。
【０１１２】
＜傾斜壁多接合コンバータ＞
別の好ましい実施形態において、多接合コンバータ１００は、特に、入射方向に厚い接合部を作製する際に、図６に示すような傾斜壁を用いて、複数の接合部を有利に形成する。これらの傾斜壁は、以下のようないくつかの重要な目的を果たす：
・厚い接合部を作製するための傾斜壁をインプラントする単純な手段を提供する。
・まとめて複合コンバータにしやすくする独立した構造を提供する。
・傾斜壁を作製するために（１００結晶方位）−Ｓｉ基板のＶ溝エッチングを用いて低コストで加工される構造を提供する。
・傾斜壁は、図６に示すような接合部間金属接触をデポジットするための単純な支持材にもなる。
・これらの接合部間金属接触は、放射のためのフィンを接合部の近くに直接接続することにより、コンバータ１００の複数の接合部を冷却する効果的な手段となる。
【０１１３】
＜多接合マルチスペクトルコンバータの応用＞
任意の数とタイプのコンバータ１００を用いて、特定の用途に合った所望のスペクトル特性を有する最適化した複合コンバータ４００を自由自在に組み立てることができる。たとえば：
・衛星で使用する場合、何キロワットもの電力を生成するために、１０，０００倍の太陽光強度をコンバータに集光する大きな反射体を用いて複合コンバータを構成することができる。
・衛星で使用する場合、紫外スペクトルの多い集光光線を変換するために、主にバンドギャップの広いコンバータで複合コンバータを作ることができる。
・航空機のプラットフォームで使用する場合、他の所からコンバータに向けて発せられるＨｅ／Ｎｅレーザからの特定のレーザエネルギを変換して何キロワットもの電気を生成するために、ＧａＡｓコンバータだけを用いて複合コンバータを作ることができる。
・遠隔センシングのために立ち入りが難しい場所に設置した遠隔センサで使用する場合、航空機から複合コンバータに向けて発せられるネオジウムレーザエネルギを変換するために、Ｇｅコンバータだけを用いて複合コンバータを作ることができる。
・ノートブック（ｎｏｔｅｂｏｏｋ）で使用する場合には、拡散太陽エネルギをノートブックでの用途に十分な電力に変換するための３種類の光起電接合部（ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓおよびＧｅ）を用いた複合コンバータ。
【０１１４】
＜製造＞
コンバータ１００をコスト効率のよいものとするには、その製造は簡単でなければならず、加工処理ステップも単純かつ低コストでなければならない。本発明では、コンバータの製造工程は特にこれらの２つの要件を満たす。というのは、図１０に示すように、９００を超える多接合コンバータ１００を単一の約１５．２４ｃｍ（６インチ）のウエハ基板上で加工処理するためである。これは、さいころ形コンバータを分離するためのストリート５１０とアベニュー５２０を形成する単純な従来のフォトリソグラフィを用いて、このウエハ上で９００を超える１ｃｍ×０．２ｃｍのさいころ形コンバータを加工できることを示している。異なる半導体ウエハ基板（ＧａＰ３１０、ＩｎＧａＰ３２０、ＧａＡｓ３３０、Ｓｉ３４０、およびＧｅ３５０）が同じ要領で加工されるため、５つの異なるウエハタイプのバッチを加工処理して、５つの異なるバンドギャップタイプのそれぞれが９００を超えるコンバータが得られる。フォトリソグラフィによる加工処理の分野で経験がある者にとっては、５つのウエハからなるバッチの加工処理はささいなものである。
【０１１５】
好ましい実施形態では、垂直壁コンバータ１００を製造するための主な加工処理ステップは以下のとおりである：
１．取り扱いのためにｎ型半導体ウエハをガラス基板５９０に結合する。
２．ウエハをそのバンドギャップに合った厚さまでラップし研磨する。
３．ウエハをエッチング処理してさいの目切を作り、その上にコンバータ１００を形成する（そのうちの１つを図１０に示す）。
４．図１０に示すように、エッチング処理でさいの目切にトレンチ５４０を作り、材料アイランド部５３０を形成する。
５．トレンチのアスペクト比を、トレンチの深さ５５０対トレンチの幅５６０の、材料アイランド部５３０の壁にインプラント５７０および５８０を作るのに適した値にする。
６．すべてのさいの目切の材料アイランド部の壁をインプラントする。
７．インプラントを覆う共晶金属薄層１５０を成膜する。
８．リグ６００内の１つの処理済みコンバータ１００の一例である図１１に示すように、垂直壁を製造するために処理済みウエハ５００をリグ６００に配置する。
９．Ｏリング６３０を用いて金属板６１０とガラスカバー６２０との間にリグ６００内の処理済みウエハ５００を封止する。
１０．溶剤６４０を導入した後、すすぎ水をリグ６００に入れて処理済みコンバータ１００をガラス基板５９０から剥がす。
１１．真空開口６５０を介して溶剤とすすぎ水をリグ６００から排出する。
１２．排液時に処理済みコンバータ１００の壁を一緒に融合させてコンバータ１００を形成する。
１３．リグ６００内の処理済みウエハ５００を約２７０℃まで加熱し、隣接する壁同士を結合してコンバータ１００を形成する。
【０１１６】
別の好ましい実施形態では、垂直壁コンバータ１００を製造するための第２の方法における主な加工処理ステップは以下のとおりである：
１．取り扱いのために半導体ウエハをガラス基板５９０に結合する。
２．ウエハをそのバンドギャップに合った厚さまでラップし研磨する。
３．ウエハをエッチング処理してさいの目切を作り、その上にコンバータ１００を形成する（そのうちの１つを図１０に示す）。
４．図１０に示すように、エッチング処理でさいの目切にトレンチ５４０を作り、材料アイランド部５３０を形成する。
５．トレンチのアスペクト比を、トレンチの深さ５５０対トレンチの幅５６０の、材料アイランド部５３０の壁にインプラント５７０および５８０を作るのに適した値にする。
６．すべてのさいの目切の材料アイランド部の壁をインプラントする。
７．インプラントを覆う共晶金属薄層１５０を成膜する。
８．処理済みウエハ５００を事前延伸させたエラストマー基板に移す。
９．エラストマー基板の事前延伸を解放し、コンバータ１００の壁同士を融合させる。
１０．エラストマー基板上の処理済みウエハ５００を約２７０℃まで加熱し、隣接する壁同士を結合してコンバータ１００を形成する。
１１．コンバータ１００をエラストマー基板から取り外す。
【０１１７】
別の好ましい実施形態では、垂直壁コンバータ１００を製造するための第３の方法における主な加工処理ステップは以下のとおりである：
１．取り扱いのためにｎ型半導体ウエハをガラス基板５９０に結合する。
２．ウエハをそのバンドギャップに合った厚さまでラップし研磨する。
３．ウエハの一方の表面をｎ＋層１２０にインプラントする。
４．インプラントしたｎ＋層に共晶金属１５０を成膜する。
５．ウエハをもうひとつのガラス基板に移してウエハの他の表面を露出させる。
６．ウエハの第２の表面をｐ＋層１４０にインプラントする。
７．インプラントしたｐ＋層１４０に共晶金属１５０を成膜する。
８．約１ｃｍ×０．１ｃｍのさいの目切にウエハをエッチング処理する。
９．さいの目切を基板から取り除く。
１０．さいの目切の間に平らな共晶金属表面を挟んで複数のさいの目切を積層し、多接合コンバータ１００を形成する。
１１．加工処理済みのさいの目切のスタックを約２７０℃まで加熱して、隣接した壁同士を結合し、コンバータ１００を形成する。
【０１１８】
別の好ましい実施形態では、垂直壁コンバータ１００を製造するための第４の方法における主な加工処理ステップは以下のとおりである：
１．２ミクロン（μｍ）厚のＳｉエピ層を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハから開始する。
２．ＭＯＣＶＤによってＳｉエピ層の上に格子整合用のＳｉＧｅ層を成長させる。
３．ＭＯＣＶＤによってＳｉＧｅ層の上にｎ＋型半導体層を成長させる。
４．ＭＯＣＶＤによってｎ＋型層の上にｎ型半導体層を成長させる。
５．ＭＯＣＶＤによってｎ型層の上にｐ＋型半導体層を成長させる。
６．ステップ３〜５を２０回繰り返し、２０のｎ＋−ｎ−ｐ＋接合部のスタックを形成する。
７．２０の接合部からなるスタックに共晶金属を成膜する。
８．基板を、それぞれが２０のｎ＋−ｎ−ｐ＋接合部を含むさいの目切に区切る。
９．さいの目切をプラスチックキャリアに近い側にして基板をプラスチックキャリアに移す。
１０．酸化物をエッチングしてＳＯＩ基板からＳｉ基板を除去する。
１１．Ｓｉ層およびＳｉＧｅ層を選択的エッチングで除去する。
１２．プラスチックキャリア上のさいの目切に金属共晶層を成膜する。
１３．余分な共晶金属をさいの目切のエッジから取り除く。
１４．さいの目切をプラスチックキャリアから取り外す。
１５．２０個のさいの目切からなるスタックを約２７０℃まで加熱して、隣接する壁同士を結合し、１，０００の接合部からなるコンバータを形成する。
１６．ステップ１〜１５を、ＭＯＣＶＤによって成長させた、異なる半導体（例えばダイアモンド、ＡｌＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＩｎＡｓなど）で繰り返して、エネルギの異なるコンバータを形成する。
１７．エネルギの異なるさいの目切のコンバータを一緒にワイヤボンディングで組み立てて、複合コンバータを形成する。
【０１１９】
さらに別の好ましい実施形態では、傾斜壁コンバータ１００を製造するための方法における主な加工処理ステップは以下のとおりである：
１．取り扱いのために半導体ウエハをガラス基板７００に結合する。
２．ウエハをそのバンドギャップに合った厚さまでラップし研磨する。
３．ウエハをエッチング処理してさいの目切を作り、その上にコンバータ１００を形成する（そのうちの１つを図１３に示す）。
４．図１３に示すように、エッチング処理でさいの目切にＶ溝のトレンチ７２０を作り、材料アイランド部７１０を形成する。
５．トレンチのアスペクト比を、トレンチの深さ７３０対トレンチの幅７４０の、材料アイランド部７１０の壁にインプラント７６０および７７０を作るのに適した値にする。
６．すべてのさいの目切に材料アイランド部の壁をインプラントする。
７．インプラントを覆う共晶金属薄層１５０を成膜し、図６に示すようなコンバータ１００を形成する。
８．電極板とＶ溝トレンチを熱伝導性金属で埋め、コンバータ１００から熱を放散させる。
９．コンバータ１００を基板７００から取り外す。
【符号の説明】
【０１２０】
以下は、添付の図面にて参照符号を振った物体を表示するものである。
＜多接合マルチスペクトル太陽エネルギコンバータ＞
１００  多接合コンバータ
本文中、コンバータ、多接合コンバータ、垂直壁コンバータ、傾斜壁コンバータという用語は、若干同義的に用いられている。一般的な太陽電池について論じる場合は、コンバータを用いる。コンバータに１つまたは複数の接合部がある場合、コンバータを用いる。垂直壁を用いて作られた多接合コンバータについて論じる場合、垂直壁コンバータを用いる。傾斜壁で多接合を作る場合、傾斜壁コンバータを用いる。
１１０  光起電接合部、接合部または垂直壁のある接合部
１２０  ｎ＋ドープ層
１３０  ｎドープ接合部層
１４０  ｐ＋ドープ層
１５０  薄い金属層または共晶金属層
１６０  傾斜壁のある光起電接合部
２００  太陽光線を受ける接合部のエネルギバンド
２１０  入射太陽エネルギ
２２０  太陽エネルギによって生成された接合部における電子
２３０  太陽エネルギによって生成された接合部における正孔
２４０  エネルギバンドのフェルミ準位
２５０  太陽エネルギによって生成される出力電流
２６０  多接合コンバータのエネルギバンド図
３００  太陽スペクトル
３１０  ＧａＰ半導体またはＧａＰ基板またはＧａＰコンバータの分光感度特性
３２０  ＩｎＧａＰ半導体またはＩｎＧａＰ基板またはＩｎＧａＰコンバータの分光感度特性
３３０  ＧａＡｓ半導体またはＧａＡｓ基板またはＧａＡｓコンバータの分光感度特性
３４０  Ｓｉ半導体またはＳｉ基板またはＳｉコンバータの分光感度特性
３５０  Ｇｅ半導体またはＧｅ基板またはＧｅコンバータの分光感度特性
４００  複合コンバータ
４１０  ＧａＰコンバータ
４２０  ＩｎＧａＰコンバータ
４３０  ＧａＡｓコンバータ
４４０  Ｓｉコンバータ
４５０  Ｇｅコンバータ
４６０  コンバータ間の電気配線接続
４７０  外部負荷
５００  処理済みウエハ
５１０  エッチングしたストリート
５２０  エッチングしたアベニュー
５３０  垂直壁材料アイランド部
５４０  エッチングした垂直壁トレンチ
５５０  エッチングした垂直壁トレンチの深さ
５６０  エッチングした垂直壁トレンチの幅
５７０  垂直壁の第１のインプラント
５８０  垂直壁の第２のインプラント
５９０  ガラス基板
６００  製造用リグ
６１０  金属板
６２０  ガラス製カバープレート
６３０  Ｏリング
６４０  溶剤またはすすぎ用の水の溶液
６５０  真空出口
＜傾斜壁コンバータ製造＞
７００  傾斜壁コンバータ用ガラス基板
７１０  傾斜壁材料アイランド部
７２０  エッチングした傾斜壁トレンチ
７３０  エッチングした傾斜壁トレンチの深さ
７４０  エッチングした傾斜壁トレンチの幅
７５０  傾斜壁材料アイランド部の頂部の幅
７６０  傾斜壁の第１のインプラント
７７０  傾斜壁の第２のインプラント
８００  ラジエータ
８１０  インタフェース金属板
８２０  ラジエータフィン
９００  フレネルレンズ
９１０  太陽光線
９２０  集光または集束された太陽光線
【図１】
2009117814.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図９】
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【図５】
2009117814.tif 000009
【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009117814.tif 000014
【図１３】
2009117814.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2009117814.tif 000017
【図１６】
2009117814.tif 000018
【外国語明細書】
2009117814000001.pdf