(57)【要約】【課題】改良された多接合ソーラーセルを提供する。【解決手段】多接合ソーラーセルは、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、この第１のサブセル上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、この第２のサブセル上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーと、このインターレイヤー上に配置され、中間サブセルに対して格子不整合され、且つ第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、これら第１、第２及び第３のソーラーサブセルを支持する薄い（約２−６ミル）基板及び／又は堅個なカバーガラスと、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーセルを製造する方法において、
第１基板を準備するステップと、
ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を第１基板上に堆積するステップと、
前記一連の層の上部に代用基板を取り付けるステップと、
前記第１基板を除去するステップと、
前記代用基板を所定の厚みへと薄くするステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
半導体材料の前記一連の層は、第１、第２及び第３のソーラーサブセルを含む三重接合ソーラーセルを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記取り付けるステップは、前記ソーラーセルを前記代用基板に接着することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記代用基板は、サファイアウェハである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
代用基板を薄くする前記ステップは、研磨、ラッピング又はエッチングにより行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記一連の半導体層の上に金属接触層を堆積し、そして該金属接触層の上部に前記代用基板を取り付けるステップを更に備えた、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体材料の層を通して前記金属接触層の上部へ開口をエッチングするステップを更に備えた、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属接触層に電気導体を溶接して、前記ソーラーセルへの電気的接触部を形成するステップを更に備えた、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電気導体は、隣接ソーラーセルへの電気的接続を形成する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記代用基板は、導電性であり、そして前記基板は、前記ソーラーセルへの電気的接触を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記ソーラーセルをガラス支持部材に取り付けるステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
半導体材料の一連の層を堆積する前記ステップは、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルを前記基板上に形成する段階と、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルを前記第１のサブセルの上に形成する段階と、前記第２のバンドギャップより大きな第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーを前記第２のサブセルの上に形成する段階と、前記第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルを形成して、前記第３のサブセルが前記第２のサブセルに対して格子不整列となるようにする段階と、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の基板は、ＧａＡｓで構成される、請求項１に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項１４】
前記第１のソーラーサブセルは、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐエミッタ領域及びＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐベース領域で構成される、請求項２に記載のソーラーセルを製造する方法。
【請求項１５】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰエミッタ領域及びＧａＡｓベース領域で構成される、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＡｓで構成される、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
堅個なカバーガラス上に前記ソーラーセルを取り付けるステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記代用基板を薄くするステップは、前記代用基板全体を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、
前記第１のサブセル上に配置され、前記第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、
前記第２のサブセル上に配置され、前記第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーと、
前記インターレイヤー上に配置され、前記中間サブセルに対して格子不整合され、且つ第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、
前記第１、第２及び第３のソーラーサブセルを支持する堅個なカバーガラスと、
を備えた多接合ソーラーセル。
【請求項２０】
前記第１のソーラーサブセルは、最上部のセルであり、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成される、請求項１９に記載の多接合ソーラーセル。
【請求項２１】
前記第２のソーラーサブセルは、ＩｎＧａＰ及びＩｎ0.015ＧａＡｓで構成される、請求項１９に記載の多接合ソーラーセル。
【請求項２２】
前記グレーディングインターレイヤーは、ＩｎＧａＡｌＡｓで構成される、請求項１９に記載の多接合ソーラーセル。
【請求項２３】
前記第３のソーラーサブセルは、Ｉｎ0.30ＧａＡｓで構成される、請求項１９に記載の多接合ソーラーセル。
【請求項２４】
前記グレーディングインターレイヤーは、ＩｎxＧａ1-xＡｌＡｓで構成され、ｘは、バンドギャップが１．５０ｅＶで一定のままとなるようなものである、請求項１９に記載の多接合ソーラーセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーセル半導体デバイスの分野に係り、より詳細には、反転型メタモルフィックソーラーセルのような、堅個なキャリアに取り付けられる集積半導体構造体に係る。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルとも称される光電池は、過去数年間に利用できるようになった最も重要な新規エネルギー源の１つである。ソーラーセルの開発には著しい努力が注がれた。その結果、ソーラーセルは、現在、多数の商業向け及び消費者向け用途で使用されている。この領域では著しい進歩がなされたが、より精巧な用途のニーズを満足するためのソーラーセルに対する要求が、重要と歩調を合わせていない。データ通信に使用される衛星のような用途は、電力及びエネルギー変換特性の改善を伴うソーラーセルの需要を劇的に高めた。
【０００３】
衛星及び他の宇宙関連用途において、衛星電源システムのサイズ、質量及びコストは、使用するソーラーセルの電力及びエネルギー変換効率に依存する。換言すれば、ペイロードのサイズ及びオンボードサービスの利用性は、供給される電力量に比例する。従って、ペイロードが、より精巧になるにつれて、オンボード電源システムの電力変換装置として働くソーラーセルは、次第に重要度が増す。
【０００４】
ソーラーセルは、しばしば、垂直の多接合構造で製造されて、水平アレーで配置され、個々のソーラーセルが直列に一緒に接続される。アレーの形状及び構造、並びにそれに含まれるセルの数は、希望の出力電圧及び電流によって、一部分、決定される。
【０００５】
時々、ウェハ及びデバイスの厚みを減少することが必要になる。例えば、ホトダイオードでは、基板の厚みを減少することで、熱伝導路を減少し、ホトダイオードが高い速度においてより多くの光を取り扱えるようにする。宇宙用の光電池では、厚みを減少する効果は、発射時のペイロード重量の減少である。
【０００６】
基板を薄くすることは、処理中及び使用中に、何らかの他の支持手段をデバイスの層に与えねばならないことを意味する。又、デバイス層における残留歪（成長、熱的不整合、等による）は、それ自体、層の曲率として現れるが、これは、層に与えられる支持体を、カーブした表面に従順に取り付けるように柔軟に保持しながら、その支持体に逆符号の歪を合体することで補正することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
米国特許第６，９５１，８１９号に説明され、且つM. W. Wanlass氏等の“Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters” (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005) に説明されたような反転型メタモルフィックソーラーセル構造体は、重要な新規のソーラーセル構造体で、ソーラーセルの基板を薄くするための１つの解決策を与える。しかしながら、このような従来技術に説明された構造は、材料及び製造ステップの適切な選択に関する多数の実際的な問題を提起する。
【０００８】
本発明以前に、従来技術に開示された材料及び製造ステップは、商業的に価値ある、製造可能で、エネルギー効率のよいソーラーセルを形成するのに充分なものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１．発明の目的
本発明の目的は、改良された多接合ソーラーセルを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、改良された反転型メタモルフィックソーラーセルを提供することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、厚みが約２ないし６ミルの薄い基板に取り付けられた薄膜として反転型メタモルフィックソーラーセルを製造する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、カバーガラス上に取り付けられた薄膜として反転型メタモルフィックソーラーセルを製造する方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、厚みが約２ないし６ミルの薄い基板に取り付けられた薄膜として反転型メタモルフィックソーラーセルを提供することである。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、カバーガラス上のみに取り付けられた薄膜として反転型メタモルフィックソーラーセルを提供することである。
【００１５】
本発明の付加的な目的、効果及び新規な特徴は、当業者であれば、以下の詳細な説明を含むこの開示から、及び本発明の実施により、明らかとなろう。本発明は、好ましい実施形態を参照して以下に説明するが、本発明は、それに限定されるものではない。又、当業者であれば、ここに開示され請求される本発明の範囲内に包含される付加的な適用、修正及び他の分他での実施形態が明らかとなろう。
【００１６】
２．発明の特徴
簡単に且つ一般的に述べると、本発明は、第１基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を第１基板上に堆積し、一連の層の上部に代用基板を取り付け、第１基板を除去し、そして代用基板を所定の厚みへと薄くすることにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。
【００１７】
別の態様において、本発明は、第１基板を準備し、ソーラーセルを形成する半導体材料の一連の層を第１基板上に堆積し、一連の層の上部に代用基板を取り付け、第１基板を除去し、堅個なカバーガラス上にソーラーセルを取り付け、そして代用基板を除去することにより、ソーラーセルを製造する方法を提供する。
【００１８】
別の態様において、本発明は、第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、この第１のサブセル上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、この第２のサブセル上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーと、このインターレイヤー上に配置され、中間セルに対して格子不整合され、且つ第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、これら第１、第２及び第３のソーラーサブセルを支持する堅個なカバーガラスと、を備えた多接合ソーラーセルを提供する。
【００１９】
別の態様において、本発明は、（ｉ）第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、この第１のサブセル上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、この第２のサブセル上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーと、このインターレイヤー上に配置され、中間セルに対して格子不整合され、且つ第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、この第３のソーラーサブセル上に配置された金属接触層と、を含む第１のソーラーセル；（ii）第１のバンドギャップを有する第１のソーラーサブセルと、この第１のサブセル上に配置され、第１のバンドギャップより小さい第２のバンドギャップを有する第２のソーラーサブセルと、この第２のサブセル上に配置され、第２のバンドギャップより大きい第３のバンドギャップを有するグレーディングインターレイヤーと、このインターレイヤー上に配置され、中間セルに対して格子不整合され、且つ第２のバンドギャップより小さい第４のバンドギャップを有する第３のソーラーサブセルと、この第３のソーラーサブセル上に配置された金属接触層と、を含む第２のソーラーセル；及び（iii）第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルの第１のソーラーサブセルとの間に電気的接触をなすために第１のソーラーセルの金属接触層に結合された導体、を備えたソーラーセル構成体を提供する。
【００２０】
本発明のこれら及び他の特徴及び効果は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から完全に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、例示的な態様及びその実施形態を含めて、以下に詳細に説明する。添付図面及び以下の説明を参照すれば、同じ参照番号を使用して、同じ又は機能的に同様の要素を識別すると共に、実施形態の主たる特徴を非常に簡単な図で示すものである。更に、添付図面は、実施形態の各特徴を示すものでも要素の相対的な寸法を示すものでもなく、又、正しい縮尺でもない。
【００２２】
図１は、基板上に３つのサブセルＡ、Ｂ及びＣを形成した後の本発明による多接合ソーラーセルを示す。より詳細には、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又は他の適当な材料である基板１０１が示されている。Ｇｅ基板の場合には、基板上に適当な核生成層１０２が堆積される。基板又は核生成層１０２の上には、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４が更に堆積される。次いで、層１０４上には接触層１０５が堆積され、そしてこの接触層には窓層１０６が堆積される。次いで、ｎ＋エミッタ層１０７及びｐ型ベース層１０８より成るサブセルＡが窓層１０６上に堆積される。
【００２３】
多接合ソーラーセル構造は、格子定数及びバンドギャップ要件を受ける周期表にリストされたIII属からＶ族元素の適当な組み合わせにより形成できることに注意されたい。III属は、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔ）を含む。IV属は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）を含む。Ｖ属は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）を含む。
【００２４】
好ましい実施形態では、エミッタ層１０７は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成され、そしてｐ型のベース層１０８は、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成される。前記式におけるカッコ内のＡｌ項は、Ａｌが任意の成分であり、この場合は、０％ないし３０％の範囲の量で使用されてもよいことを意味する。
【００２５】
ベース層１０８の上には、再結合ロスを減少するために使用される背面フィールド（ＢＳＦ）層１０９が堆積される。
【００２６】
このＢＳＦ層１０９は、ベース／ＢＳＦ界面付近の領域から少数キャリアを駆動して、再結合ロスの影響を最小にする。換言すれば、ＢＳＦ層１０９は、ソーラーサブセルＡの背面での再結合ロスを減少し、それにより、ベースにおける再結合を減少する。
【００２７】
ＢＳＦ層１０９の上には、一連の強くドープされたｐ型及びｎ型層１１０が堆積され、これは、サブセルＡをサブセルＢに接続する回路素子であるトンネルダイオードを形成する。
【００２８】
このトンネルダイオード層１１０上には、窓層１１１が堆積される。サブセルＢに使用される窓層１１１も、再結合ロスを減少するように働く。又、窓層１１１は、その下に横たわる接合のセル面の不動態化を改善する。当業者に明らかなように、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよい。
【００２９】
窓層１１１の上には、セルＢの層、即ちエミッタ層１１２、及びｐ型ベース層１１３が堆積される。これら層は、ＩｎＧａＰ及びＩｎＧａ0.015Ａｓで各々構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。
【００３０】
セルＢの上には、ＢＳＦ層１０９と同じ機能を果たすＢＳＦ層１１４が堆積される。このＢＳＦ層１１４の上には、層１１０と同様に、ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード１１５が堆積され、この場合も、セルＢをセルＣに接続するための回路素子を形成する。
【００３１】
好ましくはＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐで構成されるバリア層１１６ａが、トンネルダイオード１１５上に、約１．０ミクロンの厚みまで堆積される。このようなバリア層は、中間及び上部サブセルＢ及びＣへ成長する方向とは逆に、或いは下部サブセルＡへと成長する方向に、貫通転位が伝播するのを防止するように意図される。
【００３２】
バリア層１１６ａ上には、メタモルフィック層１１６が堆積される。この層１１６は、組成的に段階的にグレード付けされる一連のＩｎＧａＡｌＡｓ層で、サブセルＢからサブセルＣへ格子定数の遷移を達成するよう意図された単調に変化する格子定数をもつものであるのが好ましい。層１１６のバンドギャップは、中間サブセルＢのバンドギャップより若干大きな値に一致する１．５ｅＶである。
【００３３】
一実施形態では、Wanless氏等の論文に示唆されているように、段階的グレードは、９つの組成的にグレード付けされたＩｎＧａＰ段階を含み、その各段階層は、厚みが０．２５ミクロンである。好ましい実施形態では、層１１６は、単調に変化する格子定数をもつＩｎＧａＡｌＡｓ、又はより詳細には、バンドギャップが１．５０ｅＶで一定となるようにｘが選択されるＩｎxＧａ1-xＡｌＡｓ、の９つの層で構成される。層の数、及び各層の組成及び格子定数は、他の成長又は構造上の要件に基づいて適当に調整されてもよい。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＡｓメタモルフィック層１１６の上に任意の第２のバリア層１１６ｂを堆積してもよい。この第２のバリア層１１６ｂは、典型的に、バリア層１１６ａとは若干異なる組成を有する。
【００３５】
バリア層１１６ｂの上には、窓層１１７が堆積され、この窓層は、サブセル‘Ｃ’における再結合ロスを減少するように動作する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００３６】
窓層１１７の上には、セルＣの層、即ちｎ＋エミッタ層１１８及びｐ型ベース層１１９が堆積される。これら層は、ＩｎＧａＰ及びＧａ（Ｉｎ）Ａｓで各々構成されるのが好ましいが、格子定数及びバンドギャップ要件が一致する他の適当な材料を使用してもよい。
【００３７】
セルＣの上には、ＢＳＦ層１２０が堆積され、このＢＳＦ層は、ＢＳＦ層１０９及び１１４と同じ機能を遂行する。
【００３８】
最終的に、ＢＳＦ層１２０には、ｐ＋接触層１２１が堆積される。
【００３９】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、このセル構造において付加的な層（１つ又は複数）を追加又は除去してもよいことが明らかであろう。
【００４０】
図２は、ｐ＋半導体接触層１２１の上に金属接触層１２２が堆積された次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。金属は、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｇ／Ａｕであるのが好ましい。
【００４１】
図３は、金属層１２２の上に接着剤層１２３が付着された次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。接着剤は、一時的な接着剤でも、永久的なものでもよい。永久的な結合は、例えば、取り付けられる基板への共融又は熱的圧縮結合の場合には、金属層それ自体によるものでもよい。
【００４２】
図４は、上述した接着方法を使用して、代用基板が取り付けられる次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。代用基板は、厚みが１ｍｍまでのサファイア又はガラスのような一時的な基板でよい。或いは、導電性及び／又は熱伝導性のシリコン又はゲルマニウムウェハのような永久的な基板でもよい。又、ゲルマニウムを基板として使用すると、ソーラーセルのIII−Ｖ半導体層と基板との間に熱膨張一致を許し、基板／デバイス層の歪み及びクラックを減少することができる。
【００４３】
図５Ａは、基板１０１、バッファ層１０３及びエッチング停止層１０４を除去する一連のラッピング及び／又はエッチングステップによりオリジナル基板が除去される次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。エッチング剤は、成長基板に依存する。
【００４４】
図５Ｂは、図の最下部に代用基板１２４が来る方向から図５Ａのソーラーセルを見た図５Ａのソーラーセルの別の断面図である。
【００４５】
図６Ａは、ソーラーセルが実施されるウェハの上面図である。
【００４６】
セル１により詳細に示されるように、各セルには、セルの表面上の導電性格子線５０１（図１０の断面図により詳細に示す）、相互接続バス線５０２、及びセルの上部に外部から電気的接触をするための接触パッド５０３がある。
【００４７】
図６Ｂは、図６Ａに示す４つのソーラーセルをもつウェハの底面図である。ここに示す実施形態では、背面全体が、層１２２を表す接触金属でカバーされる。
【００４８】
図７は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して各セルの周囲でチャンネル５１０がエッチングされ、各セルを分離すると共に、底部接触層に電気的接続された接触パッド領域を形成するような次の処理ステップの後の図６Ａのウェハを示す上面図である。このようなパッドエリアの使用は、図１５を参照して以下に説明する。
【００４９】
図８は、図５Ｂのソーラーセルの簡単な断面図で、代用基板１２４の上の幾つかの上部層及び下部層を示す図である。
【００５０】
図９は、ＨＣＬ／Ｈ2Ｏ溶液によりエッチング停止層１０４が除去される次の処理ステップの後の図８のソーラーセルを示す断面図である。
【００５１】
図１０は、接触層１０５の上にホトレジストマスク（図示せず）を配置して格子線５０１形成する次の一連の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。格子線５０１は、接触層１０５上に蒸着により堆積され、リソグラフ的にパターン化及び堆積される。マスクが離昇されて、金属格子線５０１が形成される。
【００５２】
図１１は、格子線をマスクとして使用し、クエン酸／過酸化物エッチング混合物を使用して表面を窓層１０６までエッチングする次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【００５３】
図１２は、格子線５０１をもつウェハの「頂部」（太陽に向かう）側の全面に反射防止（ＡＲＣ）誘電体被覆層１３０が付着される次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【００５４】
図１３は、燐化物及び砒化物のエッチング剤を使用して金属層１２２までチャンネル５１０又は半導体構造体の一部分がエッチングされて、ソーラーセルを構成するメサ構造を残すような本発明による次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。図１３の断面図は、図７のＡ−Ａ平面から見たものである。
【００５５】
後続の図は、（ｉ）薄くした基板上に取り付けられた薄いセル（図１４Ａ）、（ii）カバーガラスと共に薄くした基板上に取り付けられた薄いセル（図１４Ｂ）、及び（iii）カバーガラス上に取り付けられた薄いセル（図１６Ｂ）を含めて、堅個な支持体上の薄い反転型メタモルフィックソーラーセルの本発明の種々の実施形態を示す。
【００５６】
図１４Ａは、代用基板１２４が、研磨、ラッピング、又はエッチングのプロセスにより約２−６ミルの好ましい厚みまで薄くされた後の本発明による次のプロセスステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。次いで、ソーラーセルの右側部分が掘られるか又はサイズカットされて、薄い基板１２４ａの上に露出金属層１２２を残し、これを使用して、ソーラーセルの背面に対する接触パッドを形成することができる。地上用途に使用されるソーラーセルのような、本発明の第１の実施形態では、ソーラーセルの最終構造が、図示されたように、完成される。この第１の実施形態の変形において、接着剤１２３及び代用基板１２４ａは導電性であり、従って、底部の金属接触部１２２が基板１２４ａに電気的に結合され、基板は、次いで、ソーラーセルの背面に対する電気的接触部として働く。このような変形では、層１２２を接触パッドとして使用することは不要である。
【００５７】
図１４Ｂは、カバーガラスが追加される本発明の第２の実施形態による次の処理ステップの後の図１４Ａのソーラーセルの断面図である。ＡＲＣ層１３０に接着剤が塗布され、そして接着剤にカバーガラスが取り付けられる。カバーガラスと共に、薄くした基板に取り付けられた薄いソーラーセルのこのような実施形態は、典型的に、宇宙の用途又は他の過酷な環境に意図されたソーラーセルに使用される。層１２２に接触がなされてもよいし、或いは別の変形では、接着剤１２３及び代用基板１２４ａが導電性であって、底部金属接触部１２２が基板１２４ａに電気的に結合され、この基板は、ソーラーセルに対する電気的接触部として働く。
【００５８】
図１５は、金属層１２２を接触パッドとして使用して２つの隣接するソーラーセル「セル１」及び「セル２」の結合を示す。セル１のチャンネル５１０は、金属接触層１２２の一部分を露出させる。次いで、ワイヤ５１２が、セル１の層１２２とセル２の電気的接触パッド５１１との間に溶接され又はワイヤボンディングされる。接触パッド５１１は、セル２の接触層１０５と電気的接触をなし、セル２に電気的に結合する。このような電気的構成は、セルを直列に接続できるようにする。
【００５９】
図１６Ａは、ＡＲＣ層１３０及びこれに取り付けられたカバーガラスに接着剤が塗布される本発明の第３の実施形態による次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルの断面図である。
【００６０】
図１６Ｂは、研磨、ラッピング又はエッチングにより代用基板１２４が完全に除去されて、堅個なカバーガラスに取り付けられた薄いメタモルフィックソーラーセルの最終的デバイス構造を生じさせる本発明の第３の実施形態による次の処理ステップの後の図１４Ａのソーラーセルの断面図である。
【００６１】
又、上述した素子の各々、或いはその２つ以上は、上述した形式の構造とは異なる他の形式の構造にも有用に適用できることを理解されたい。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態は、上部及び下部の電気接触部を伴うサブセルの垂直スタックを使用しているが、これらサブセルは、金属接触部により、サブセル間の横方向導電性半導体層に接触されてもよい。このような構成は、３端子、４端子、及び一般的には、ｎ端子のデバイスを形成するように使用できる。これらサブセルは、これら付加的な端子を使用して回路が相互接続されて、各サブセルに得られる光発生電流密度の大部分を効率的に使用して、光発生電流密度が典型的に種々のサブセルにおいて異なるにも関わらず、多接合セルのための高い効率を導くことができる。
【００６３】
上述したように、本発明は、１つ以上のホモ接合セル又はサブセル、即ちｐ−ｎ接合がｐ型半導体とｎ型半導体の間に形成され、その両方が同じ化学的組成及び同じバンドギャップを有し、ドーパント種及び形式のみが異なるようなセル又はサブセルを使用することができる。ｐ型及びｎ型のＩｎＧａＰをもつサブセルＡは、ホモ接合サブセルの一例である。或いは又、本発明は、１つ以上のヘテロ接合セル又はサブセル、即ちｐ−ｎ接合を形成するｐ型及びｎ型領域に異なるドーパント種及び形式を使用するのに加えて、ｐ型及びｎ型領域に半導体材料の異なる化学的組成を有し、及び／又はｐ型領域に異なるバンドギャップエネルギーを有するｐ型半導体とｎ型半導体の間にｐ−ｎ接合が形成されるようなセル又はサブセルを使用することができる。
【００６４】
窓又はＢＳＦ層の組成は、格子定数及びバンドギャップ要件を受ける他の半導体化合物を使用してもよく、そしてＡｌＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｌＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＳＳｅ及び同様の材料を含んでもよく、それでも本発明の精神内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ソーラーセルの層を形成する処理ステップの終りにおける本発明によるソーラーセルの拡大断面図である。
【図２】背面接触金属化が適用された本発明による次の処理ステップの後の図１のソーラーセルを示す断面図である。
【図３】接着剤が塗布された本発明による次の処理ステップの後の図２のソーラーセルを示す断面図である。
【図４】代用基板が取り付けられた本発明による次の処理ステップの後の図３のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ａ】オリジナル基板が除去された本発明による次の処理ステップの後の図４のソーラーセルを示す断面図である。
【図５Ｂ】図の最下部に代用基板が示された図５Ａのソーラーセルの別の断面図である。
【図６Ａ】本発明によるソーラーセルが製造されたウェハの上面図である。
【図６Ｂ】本発明によるソーラーセルが製造されたウェハの下面図である。
【図７】本発明による次の処理ステップの後の図６Ｂのウェハを示す上面図である。
【図８】バッファ層がエッチング除去された本発明による次の処理ステップの後の図５Ｂのソーラーセルを示す断面図である。
【図９】本発明による次の処理ステップの後の図８のソーラーセルの断面図である。
【図１０】本発明による次の処理ステップの後の図９のソーラーセルを示す断面図である。
【図１１】本発明による次の処理ステップの後の図１０のソーラーセルを示す断面図である。
【図１２】ＡＲＣ層が堆積される本発明による次の処理ステップの後の図１１のソーラーセルを示す断面図である。
【図１３】メサエッチング分離が行われた本発明の第１実施形態による次の処理ステップの後の図１２のソーラーセルを示す断面図である。
【図１４Ａ】代用基板が希望の厚みへと薄くされた本発明の第１の実施形態による次の処理ステップの後の図１３のソーラーセルを示す断面図である。
【図１４Ｂ】カバーガラスがソーラーセルに接着された本発明の第２の実施形態による次の処理ステップの後の図１４Ａのソーラーセルを示す断面図である。
【図１５】第１セルから隣接ソーラーセルへの電気的接続がなされる本発明の態様による次の処理ステップの後の図１４Ａのソーラーセルを示すソーラーセルアレーの一部分の断面図である。
【図１６Ａ】カバーガラスを構造体に接着するという次の処理ステップの後の本発明の第３の実施形態における図１３のソーラーセルの断面図である。
【図１６Ｂ】基板を除去するという次の処理ステップの後の図１６Ａのソーラーセルの断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１：基板
１０２：核生成層
１０３：バッファ層
１０４：エッチング停止層
１０５：接触層
１０６：窓層
１０７：ｎ＋エミッタ層
１０８：ｐベース層
１０９：ＢＳＦ層
１１０：ｐ型及びｎ型層（トンネルダイオード層）
１１１：窓層
１１２：ｎ＋エミッタ層
１１３：ｐベース層
１１４：ＢＳＦ層
１１５：ｐ＋＋／ｎ＋＋トンネルダイオード
１１６ａ：バリア層
１１６：グレーディングインターレイヤー（メタモルフィックバッファ層）
１１６ｂ：バリア層
１１７：窓層
１１８：ｎ＋エミッタ層
１１９：ｐベース層
１２０：ＢＳＦ層
１２１：ｐ＋接触層
１２２：金属接触層
１２３：接着剤層
１２４、１２４ａ：代用基板
５０１：格子線
５０２：相互接続バス線
５０３：接触パッド
５１０：チャンネル
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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