BR112015011887B1

BR112015011887B1 - célula fotovoltaica e método de fabricação de célula fotovoltaica

Info

Publication number: BR112015011887B1
Application number: BR112015011887-9A
Authority: BR
Inventors: Shunichi Sato; Nobuhiko Nishiyama
Original assignee: Ricoh Company, Ltd
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2021-01-12
Also published as: CN104937727B; US10008627B2; US20160343898A1; EP2923384A4; WO2014081048A1; TW201431109A; BR112015011887A2; EP2923384A1; EP2923384B1; CN104937727A; JP2014123712A; US20150333214A1; TWI495140B; US9450138B2

Abstract

CÉLULA FOTOVOLTAICA E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CÉLULA FOTOVOLTAICA. Um método de fabricação de célula fotovoltaica inclui depositar uma primeira camada tampão para executar relaxamento de rede em um primeiro substrato de silício; depositar uma primeira célula de conversão fotoelétrica na primeira camada tampão, a primeira célula de conversão fotoelétrica sendo formada com um semicondutor composto incluindo uma junção pn, e a primeira célula de conversão fotoelétrica tendo uma constante de rede que é mais elevada do que aquela de silício; conectar um substrato de suporte à primeira célula de conversão fotoelétrica para formar um primeiro corpo em camadas; e remover a primeira camada tampão e o primeiro substrato de silício a partir do primeiro corpo em camadas.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um método de fabricação de célula fotovoltaica.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Semicondutores compostos têm níveis diferentes de constantes de rede e energia de abertura de banda de acordo com a composição de material. Portanto, uma célula fotovoltaica de múltiplas junções é produzida, pela qual a faixa de comprimento de onda de luz solar é dividida entre uma pluralidade de células fotovoltaicas de modo que a eficiência de conversão de energia seja aumentada.

[0003] Atualmente, um exemplo típico de uma célula fotovoltaica de múltiplas junções é uma célula fotovoltaica de junção tripla (1.9eV/1.4eV/0.67eV) incluindo célula Ge/célula Ga(In)As/célula GaInP utilizando um material correspondente de rede, fornecido em um substrato de germânio (Ge) tendo substancialmente a mesma constante de rede que aquele de arsenieto de gálio (GaAs).

[0004] A eficiência de uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto é aproximadamente duas vezes aquela de uma célula fotovoltaica de silício (Si) . Entretanto, uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto tem um substrato de custo elevado ou um substrato de tamanho pequeno, e é desse modo significativamente mais cara do que uma célula fotovoltaica de silício. Por conseguinte, uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto é utilizada para fins especiais, principalmente para uso em espaço.

[0005] Além disso, recentemente, uma célula fotovoltaica concentrada é formada por combinar uma lente de condensação barata feita de plástico e uma célula pequena de uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto. Por conseguinte, a quantidade de uso de um semicondutor composto caro é reduzida em comparação com uma célula fotovoltaica de placa plana típica formada sem utilizar uma lente de condensação. Tal célula fotovoltaica concentrada pode ser fabricada em um custo mais baixo e é usada praticamente como uma célula fotovoltaica para fins gerais diferentes de propósitos especiais como descrito acima.

[0006] Entretanto, o custo de geração de energia de uma célula fotovoltaica ainda permanece elevado, e, portanto é imperativo reduzir ainda mais o custo. Desse modo, estudos estão sendo realizados para aumentar a eficiência de conversão de energia e reduzir o custo de fabricação.

[0007] Como exemplo de redução de custo, estudos estão sendo conduzidos para produzir uma célula fotovoltaica com um semicondutor composto em um substrato de Si que custa menos aproximadamente em um dígito e cuja área pode ser feita grande (vide, por exemplo, documento não de patente 1) . Entretanto, um substrato de Si e uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto têm constantes de rede diferentes, e um deslocamento pode ocorrer devido ao relaxamento de rede. Desse modo, uma camada tampão é fornecida entre o substrato de Si e a camada de célula fotovoltaica para relaxar a constante de rede (realizando relaxamento de rede), para fazer com que a diferença na constante de rede relaxe tanto quanto possível na camada tampão, e, portanto reduzir o deslocamento no semicondutor composto.

[0008] Além disso, é proposto um método de formar uma camada de célula fotovoltaica em cada do substrato de Si e o substrato GaAs, colando esses juntos por um método de ligação direta e removendo o substrato de GaAs, e formando uma célula fotovoltaica de junção dupla no substrato de Si (vide, por exemplo, documentos não de patente 2 e 3).

[0009] Além disso, é proposto um método de fabricar uma célula fotovoltaica por um método de corte inteligente que envolve implantar íons H+, etc., dentro de um substrato semicondutor e desprender uma camada fina a partir do substrato começando a partir de parte onde íons foram implantados. Após implantar os íons, um substrato de Si é ligado juntamente com um substrato Ge, um substrato GaAs, ou um substrato InP através de SiO2. A seguir, por um processo de aquecimento, o substrato Ge, o substrato GaAs, ou o substrato InP é desprendido, e uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto é formada em um substrato de gabarito constituído por uma camada Ge, uma camada GaAs, ou uma camada InP fornecida no substrato de Si (vide, por exemplo, documentos não de patente 4, 5 e 6).

[00010] Entretanto, pelos métodos acima de fabricar uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto, um substrato GaAs caro ou substrato InP é usado, e, portanto, a célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto não pode ser fabricada em baixo custo.

[00011] Como descrito acima, por métodos de fabricação convencionais, a célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto não pode ser fabricada em baixo custo.

[00012] Documento não de patente 1: Yamaguchi e outros, Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2002), pág. 860-863.

[00013] Documento não de patente 2: The Japan Society of Applied Physics Autum proceedings, 2010, 15p-NC-4.

[00014] Documento não de patente 3: The Japan Society of Applied Physics Springs proceedings, 2012, 17p-DP3-6.

[00015] Documento não de patente 4: Appl. Phys. Lett. 92, 103503 (2008) .

[00016] Documento não de patente 5: Proceedings of the IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy conversion (2006), pág. 776-779.

[00017] Documento não de patente 6: Appl. Phys. Lett. 91, 012108, (2007) .

[00018] Documento de patente 1: publicação de patente em aberto japonesa número S61-219182.

[00019] Documento de patente 2: publicação de patente em aberto japonesa no. 2006-216896.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[00020] A presente invenção foi feita em vista dos problemas acima descritos, e é um objetivo de pelo menos uma modalidade da presente invenção fornecer um método de fabricação de célula fotovoltaica para fabricar uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto, em baixo custo.

[00021] Um aspecto da presente invenção provê um método de fabricação de célula fotovoltaica que inclui depositar uma primeira camada tampão para executar relaxamento de rede em um primeiro substrato de silício; depositar uma primeira célula de conversão fotoelétrica na primeira camada tampão, a primeira célula de conversão fotoelétrica sendo formada com um semicondutor composto incluindo uma junção pn, e a primeira célula de conversão fotoelétrica tendo uma constante de rede que é mais elevada do que aquela de silício; conectar um substrato de suporte à primeira célula de conversão fotoelétrica para formar um primeiro corpo em camadas; e remover a primeira camada tampão e o primeiro substrato de silício a partir do primeiro corpo em camadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00022] As figuras 1A e 1B ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma primeira modalidade;

[00023] As figuras 2A e 2B ilustram o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a primeira modalidade;

[00024] A figura 3 ilustra o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a primeira modalidade;

[00025] A figura 4 ilustra um corpo em camadas de acordo com uma modificação da primeira modalidade, em que um substrato de Si e uma camada tampão são removidos por um método de levantamento;

[00026] As figuras 5A e 5B ilustram um método de corte inteligente de acordo com uma modificação da primeira modalidade;

[00027] As figuras 6A e 6B ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma segunda modalidade;

[00028] As figuras 7A e 7B ilustram o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade;

[00029] A figura 8 é uma vista em seção transversal de uma célula fotovoltaica de acordo com uma modificação da segunda modalidade;

[00030] A figura 9 ilustra um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma terceira modalidade;

[00031] A figura 10 ilustra o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade;

[00032] As figuras 11A e 11B ilustram o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade;

[00033] as figuras 12A e 12B ilustram o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade;

[00034] a figura 13 ilustra o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade;

[00035] as figuras 14A e 14B ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma quarta modalidade;

[00036] as figuras 15A e 15B ilustram o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade; e

[00037] a figura 16 ilustra o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[00038] As modalidades da presente invenção são descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo.

Primeira modalidade

[00039] As figuras 1A até 3 ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma primeira modalidade.

[00040] Primeiramente, como ilustrado na figura 1A, uma camada tampão 11, uma camada de contato 12, uma célula GaInP 20, uma camada de junção de túnel 13, uma célula GaAs 30, e uma camada de contato 14, são sequencialmente formadas em um substrato de Si 10. Um corpo em camadas 100 ilustrado na figura 1A é feito assumindo que luz solar entra a partir do lado inferior como visto na figura 1A.

[00041] O substrato de Si 10 pode ser, por exemplo, um substrato feito de um cristal único de silício não dopado. Como o substrato de Si 10, por exemplo, uma pastilha de silício tendo um tamanho de 8 polegadas ou 12 polegadas pode ser usada. Observe que o substrato de Si 10 não é limitado ao acima, e qualquer tipo de substrato pode ser usado.

[00042] A camada tampão 11 é formada por depositar, em um lado do substrato de Si 10, duas camadas, isto é, uma camada de germânio de silício (SiGe) e uma camada de germânio (Ge) . A camada SiGe e a camada Ge podem ser formadas, por exemplo, por um método CVD (Deposição de vapor químico).

[00043] A camada SiGe inclui um defeito que é causado pela diferença na constante de rede do cristal Si e cristal Ge, e portanto, a camada SiGe se torna uma camada na qual a diferença na constante de rede é relaxada (relaxamento de rede é realizado). A camada SiGe é depositada no substrato de Si 10 para relaxar a diferença entre a constante de rede da camada de semicondutor composto a ser formada posteriormente e a constante de rede do substrato de Si 10. Além disso, a camada Ge é depositada na camada SiGe, porque a camada Ge tem uma constante de rede que é próxima àquela da camada de semicondutor composto a ser formada posteriormente.

[00044] Como descrito acima, a diferença na constante de rede é relaxada na camada SiGe, e portanto a camada Ge formada na camada SiGe é crescida quase sem distorção. Devido aos motivos acima, no lado traseiro do substrato de Si 10, uma camada SiGe é formada, e no lado posterior da camada tampão 11, uma camada Ge é formada.

[00045] Observe que a camada tampão 11 pode não ser formada para ter uma estrutura de duas camadas de uma camada SiGe e uma camada Ge, porém pode ser formada para ter uma estrutura na qual a razão de silício e germânio é continuamente alterada. Por exemplo, primeiramente, uma camada SiGe tendo uma razão elevada de silício pode ser formada em um lado do substrato de Si 10, e a razão de Ge pode ser gradualmente aumentada de modo que uma camada de Ge seja obtida no lado traseiro, para formar a camada tampão 11.

[00046] A camada de contato 12 é principalmente uma camada a ser depositada na camada tampão 11 para conexão ôhmica com uma camada de metal 17 (vide a figura 3) a ser formada posteriormente, e por exemplo, uma camada de arsenieto de gálio (GaAs) é usada como a camada de contato 12. Por exemplo, a camada GaAs usada como a camada de contato 12 pode ser formada na camada tampão 11 por um método MOCVD (Deposição de vapor químico orgânico de metal).

[00047] A camada GaAs usada como a camada de contato 12 tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela da camada Ge posicionada na camada mais superior da camada tampão 11. Portanto, é possível causar crescimento de cristal de uma camada GaAs usada como a camada de contato 12, na campada tampão 11. Observe que é possível causar crescimento de cristal de uma camada GaInAs tendo uma composição que casa-rede Ge, como a camada de contato 12.

[00048] A célula GaInP 20 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga), índio (In) e fósforo (P) como matérias primas. A célula GaInP 20 inclui uma camada n 21 e uma camada p 22. Por exemplo, a célula GaInP 20 é formada por um método MOCVD, por sequencialmente depositar a camada n 21 e a camada p 22 na camada de contato 12.

[00049] Como o dopante da camada n 21, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 22, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado.

[00050] Na primeira modalidade, a composição de Ga, In e P é ajustada de modo que a abertura de banda da célula GaInP 20 se torne 1.9 eV. Além disso, a célula GaInP 20 tem uma constante de rede que é significativamente próxima à o constante de rede (aproximadamente 5.65 A) da camada GaAs usada como a camada de contato 12. A composição de Ga, In e P é ajustada de modo que a célula GaInP 20 possa crescer em cristal na camada de contato 12.

[00051] Observe que entre a camada n 21 e a camada de contato 12 (lado incidente à célula GaInP 20), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInP 20 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 22 (entre a camada p 22 e a camada de junção de túnel 13), uma camada BSF (campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInP 20 pode ser formada.

[00052] A camada de junção de túnel 13 é fornecida entre a célula GaInP 20 e a célula GaAs 30, e inclui uma camada n e camada p que foram dopadas em uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 21 e a camada p 22 da célula GalnP 20 e uma camada n 31 e uma camada p 32 da célula GaAs 30. A camada de junção de túnel 13 é uma camada de junção, que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada p 22 da célula GaInP 20 e a camada n 31 da célula GaAs 30 (por junção de túnel).

[00053] Por exemplo, a camada de junção de túnel 13 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente uma camada AlGaAs (camada p) e uma camada GaInP (camada n) na ordem mencionada na superfície da célula GaInP 20. A camada p e a camada n da camada de junção de túnel 13 são preferivelmente formadas com um material tendo uma abertura de banda maior do que aquela da célula GaInP 20. Isso é para evitar que a luz que foi transmitida através da célula GaInP 20 seja absorvida na camada de junção de túnel 13.

[00054] Observe que a camada de junção de túnel 13 tem uma constante de rede que é significativamente próxima à o constante de rede (aproximadamente 5.65 A) da camada GaAs. A composição de Ga, In e P é ajustada de modo que a camada de junção de túnel 13 possa crescer em cristal na célula GaInP 20.

[00055] A célula GaAs 30 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga) e arsênico (As) como matérias primas. A célula GaAs 30 inclui a camada n 31 e a camada p 32. Por exemplo, a célula GaAs 30 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente a camada n 31 e a camada p 32 na camada de junção de túnel 13.

[00056] Como o dopante da camada n 31, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 32, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado.

[00057] Observe que a célula GaAs 30 tem uma constante o de rede de aproximadamente 5.65 A, e, portanto, a célula GaAs 30 pode crescer em cristal na camada de junção de túnel 13.

[00058] Observe que entre a camada n 31 e a camada de junção de túnel 13 (lado incidente à célula GaAs 30), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaAs 30 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 32 (entre a camada p 32 e a camada de contato 14), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaAs 30 pode ser formada.

[00059] A camada de contato 14 é principalmente uma camada a ser depositada na célula GaAs 30 para conexão ôhmica com um eletrodo a ser formado posteriormente (camada de metal 15A), e por exemplo, uma camada de arsenieto de gálio (GaAs) é usada como a camada de contato 14. Por exemplo, a camada GaAs usada como a camada de contato 14 pode ser formada na célula GaAs 30 por um método MOCVD.

[00060] Observe que a camada de contato 14 é constituída por uma camada GaAs, e portanto, a constante de rede é aproximadamente 5.65 A e pode crescer em cristal na célula GaAs 30.

[00061] Como descrito acima, o corpo em camadas 100 ilustrado na figura 1A é formado por depositar sequencialmente no substrato de Si 10 e camada tampão 11, a camada de contato 12 que constitui o lado incidente de luz, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula GaAs 30, e a camada de contato 14, na ordem mencionada.

[00062] Por conseguinte, a célula GaInP 20 (1.9 eV) tendo uma abertura de banda larga é disposta mais próxima ao lado incidente de luz, do que a célula GaAs 30 (1.4 eV). Isso é para absorver a luz de comprimento de onda curto na célula GaInP 20 no lado incidente de luz, e absorver a luz tendo um comprimento de onda relativamente longo que foi transmitido através da célula GaInP 20, na célula GaAs 30.

[00063] A seguir, como ilustrado na figura 1B, um substrato de suporte 80 é preparado, e a camada de metal 15A é formada na camada de contato 14, e uma camada de metal 15B é formada no substrato de suporte 80. As camadas de metal 15A, 15B são filmes finos feitos de um metal como ouro (Au) ou prata (Ag), e podem ser formadas por um método de deposição a vapor ou um método de sublimação catódica. Além disso, o substrato de suporte 80 pode ser, por exemplo, um filme feito de plástico.

[00064] Observe que o objeto formado por formar a camada de metal 15A na camada de contato 14 do corpo em camadas 100 ilustrado na figura 1A é mencionado como um corpo em camadas 100A.

[00065] A seguir, como ilustrado na figura 2A, o corpo em camadas 100A é virado de cabeça para baixo, e uma camada de ligação 16 é usada para ligar a camada de metal 15A do corpo em camadas 100A com a camada de metal 15B formada na superfície do substrato de suporte 80.

[00066] A camada de ligação 16 é formada por exemplo, por aplicar na superfície da camada de metal 15A ou camada de metal 15B, um matéria de junção como um agente de epóxi condutivo formado, por exemplo, por incluir nanopartículas de prata (Ag) em resina de epóxi. A camada de ligação 16 é formada, por exemplo, por aplicar o material de junção na superfície da camada de metal 15A da camada de metal 15B por impressão de tela.

[00067] Um corpo em camadas 100B como ilustrado na figura 2A é formado por unir juntas a camada de metal 15A e a camada de metal 15B utilizando a camada de ligação 16 como descrito acima. Nesse caso, a camada de ligação 16 é aquecida de modo que a camada de metal 15A e a camada de metal 15B sejam fundidas juntas pela camada de ligação 16. O corpo em camadas 100B inclui o corpo em camadas 100A, a camada de ligação 16, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80.

[00068] Observe que a camada de metal 15A, a camada de ligação 16, e a camada de metal 15B são usadas como o eletrodo inferior (eletrodo do lado posterior) da célula fotovoltaica.

[00069] A seguir, o substrato de Si 10 é removido a partir do corpo em camadas 100B por cauterizar o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 do corpo em camadas 100B ilustrado na figura 2A. Por conseguinte, um corpo em camadas 100C como ilustrado na figura 2B é formado. O corpo em camadas 100C é formado por remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 a partir do corpo em camadas 100B ilustrado na figura 2A.

[00070] A cauterização do substrato de Si 10 e a camada tampão 11 é realizada, por exemplo, por um processo de cauterização úmida utilizando uma solução de cauterização incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico ou ácido acético. A solução de cauterização pode ser uma solução misturada incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico e ácido acético. A composição da solução de cauterização pode ser apropriadamente determinada de acordo com a razão de composição de Si e Ge incluída na camada tampão 11.

[00071] Observe que a solução de cauterização não dissolve a camada de contato 12 (camada GaAs), a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13 (AlGaAs/GaInP), a célula GaAs 30, a camada de contato 14, a camada de metal 15A, a camada de ligação 16, a camada de metal 15B, ou o substrato de suporte 80. Desse modo, a cauterização úmida pode ser realizada no substrato de Si 10 e a camada tampão 11 por impregnar o corpo em camadas 100B na solução de cauterização.

[00072] Observe que a cauterização deve ser realizada, por exemplo, por proteger com uma camada de proteção, as superfícies laterais do substrato de Si 10, camada tampão 11, a camada de contato 12, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula GaAs 30, a camada de contato 14, a camada de metal 15A, a camada de ligação 16, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80, e a superfície do substrato de suporte 80 (superfície inferior na figura 2A). uma camada de proteção não será usada quando não há necessidade de proteção no processo de cauterização acima.

[00073] Além disso, nesse caso, uma descrição é dada de uma modalidade na qual tanto o substrato de Si 10 como a camada tampão 11 são removidas por cauterização. Entretanto, por remover a camada tampão 11 com o uso de uma solução para seletivamente cauterizar somente a camada tampão 11, o substrato de Si 10 pode ser removido a partir do corpo em camadas 100B. Como tal solução de cauterização, por exemplo, uma solução de ácido nitrofluorídrico (uma solução misturada de ácido fluorídrico e ácido nítrico) pode ser usada. Observe que água pode ser adicionada à solução de ácido nitrofluorídrico para diluir a solução.

[00074] Por último, uma camada de metal 17 é formada na superfície superior da camada de contato 12 do corpo em camadas 100C. a camada de metal 17 é formada na parte da superfície superior da camada de contato 12. Isso é porque a camada de metal 17 se torna o eletrodo superior da célula fotovoltaica.

[00075] A camada de metal 17 pode ser formada, por exemplo, por um método de levantamento. A camada de metal 17 é formada por formar um meio de resistência na superfície superior da camada de contato 12 ilustrada na figura 2B, em áreas diferentes da área onde a camada de metal 17 ilustrada na figura 3 deve ser formada, depositar a vapor metal como Au ou Ag a partir de cima do meio de resistência, e então remover o meio de resistência.

[00076] Observe que uma camada de contato 12C ilustrada na figura 3 é formada por formar a camada de metal 17 (vide a figura 3) na superfície superior da camada de contato 12 ilustrada na figura 2B, e então utilizar essa camada de metal 17 como uma máscara na remoção de partes da camada de contato 12 (vide a figura 2B) diferente da parte posicionada imediatamente abaixo da camada de metal 17.

[00077] A camada de contato 12C pode ser feita, por exemplo, utilizando um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H2O) , como a solução de cauterização úmida. O líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H2O) não dissolve o GaInP na célula GaInP 20, e portanto, o processo de cauterização úmida pode ser parado na célula GaInP 20.

[00078] De acordo com o acima, um corpo em camadas 100D ilustrado na figura 3 pode ser produzido. O corpo em camadas 100D é uma célula fotovoltaica incluindo duas células de conversão fotoelétrica, isto é, a célula GaInP 20 (1.9 eV) e a célula GaAs 30 (1.4 eV) . Isto quer dizer, o corpo em camadas 100D é uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto.

[00079] No corpo em camadas 100D, a camada tampão 11 é um exemplo de uma primeira camada tampão, e a célula GaInP 20 e a célula GaAs 30 são exemplos de uma primeira célula de conversão fotoelétrica. Além disso, o corpo em camadas 100B ilustrado na figura 2B é um exemplo de um primeiro corpo em camadas, e o substrato de Si 10 é um exemplo de um primeiro substrato de silício. A primeira célula de conversão fotoelétrica é uma célula de múltiplas junções na qual duas células de conversão fotoelétrica são empilhadas em série entre si na direção de pilha. A célula de múltiplas junções pode incluir três ou mais células de conversão fotoelétrica que são empilhadas em série entre si na direção da pilha.

[00080] De acordo com o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a primeira modalidade descrita acima, o corpo em camadas 100B (vide a figura 2A) é produzido por formar a camada tampão 11 no substrato de Si 10, e formar a camada de contato 12, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula GaAs 30, e a camada de contato 14, na camada tampão 11.

[00081] A seguir, após remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 a partir do corpo em camadas 100B, a camada de metal 17 é formada na camada de contato 12, e a camada de contato 12C é formada a partir da camada de contato 12 .

[00082] Isto quer dizer, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a primeira modalidade, a camada tampão 11 para relaxar a diferença na constante de rede de silício e camada de semicondutor composto, é formada no substrato de Si barato 10, de modo que a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula GaAs 30, e a camada de contato 14 possam ser formadas no substrato de Si 10.

[00083] A seguir, no processo de fabricação, a camada tampão 11 e o substrato de Si 10 são removidos do corpo em camadas 100B (vide a figura 2A) por cauterização úmida.

[00084] Por conseguinte, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 100D) feito de um semicondutor composto pode ser fabricado em baixo custo.

[00085] Além disso, um filme antirreflexo pode ser formado na superfície incidente de luz (a parte não coberta pela camada de contato 12C ou a camada de metal 17) na superfície superior da célula GaInP 20 da célula fotovoltaica (corpo em camadas 100D) ilustrada na figura 3.

[00086] Observe que na descrição acima, como a camada tampão 11, uma camada tendo uma estrutura de duas camadas incluindo uma camada SiGe e uma camada Ge é usada, ou uma camada SiGe na qual a razão de Ge aumenta à medida que a distância a partir da superfície do substrato de Si 10 aumenta, é usada.

[00087] Entretanto, a camada tampão 11 pode ser formada por depositar diretamente uma camada de Ge no substrato de Si 10 por um método CVD, causando um defeito na camada de Ge por executar um processo de ciclagem térmica (TCA) de modo que uma estrutura que relaxa a diferença na constante de rede de Si e Ge seja formada na camada de Ge, e executar um processo de achatamento na superfície da camada de Ge. Em tal camada tampão 11, um processo de cauterização úmida pode ser realizado utilizando uma solução de cauterização incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico, ou ácido acético.

[00088] Além disso, como um método diferente, após crescer uma camada de GaAs no substrato de Si 10, TCA é realizado, e então uma camada de rede super tensionada como GaInAs/GaAs ou GaInAs/GaPAs é crescida, para ser usada como a camada tampão 11.

[00089] A camada tampão 11 formada com tal camada de rede super tensionada é submetida à cauterização com o uso de um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2), e água (H2O), e portanto uma camada de GaInP deve ser formada como uma camada de parar cauterização no limite entre a camada tampão 11 e a camada de contato 12 .

[00090] A camada de GaInP não é dissolvida por um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4), peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H2O), e portanto a cauterização da camada de rede super tensionada pode ser parada na camada de GaInP. A seguir, a camada de GaInP pode ser cauterizada por um líquido misturado de ácido clorídrico (HC1) e água (H2O). a camada de contato 12 (GaAs) não é dissolvida por um líquido misturado de ácido clorídrico (HCl) e água (H2O), e portanto, a camada de GaInP atuando como a camada de parar cauterização pode ser removida seletivamente.

[00091] Além disso, a camada tampão 11 pode ter uma composição diferente daquela acima. A camada tampão 11 pode ter qualquer outra composição, desde que o relaxamento de rede ocorra de acordo com a inconsistência na rede entre o substrato de Si 10, a camada de contato 12, a célula de GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula de GaAs 30, e a camada de contato 14. Por gerar um deslocamento na camada tampão 11, uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto tendo alta qualidade com menos deslocamento, pode ser formada na camada tampão 11.

[00092] Além disso, o substrato de suporte 80 pode ser um substrato de vidro e um substrato de Si, ao invés de um filme feito de plástico.

[00093] Além disso, na descrição acima, a célula fotovoltaica é uma célula fotovoltaica de junção dupla incluindo a célula GaInP (1.9 eV) e a célula GaAs 30 (1.4 eV) ; entretanto, uma célula fotovoltaica de junção tripla formada por adicionar uma célula tendo uma abertura de banda de 1.0 eV é ainda mais preferível em termos de melhorar adicionalmente a eficiência de quantum.

[00094] Como exemplo de uma célula tendo uma abertura de banda de 1.0 eV, uma célula GaInNAs (Sb) ou uma célula de rede super GaPAs/GaInAs pode ser usada.

[00095] Além disso, na primeira modalidade, um material correspondente de rede GaAs é usado; entretanto, um material correspondente de rede Ge pode ser usado. Nesse caso, a constante de rede do material correspondente de rede Ge é levemente mais elevado do que aquele do material correspondente de rede GaAs, e portanto a composição do material correspondente de rede Ge deve ser apropriadamente ajustada. Observe que ao invés da célula GaAs 30, é possível usar uma célula feita de GaInAs na qual a composição de In é aproximadamente 1%. A superfície mais externa da camada tampão 11 é Ge, que pode ser feita mais facilmente.

[00096] Além disso, a célula fotovoltaica fabricada pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a primeira modalidade não é limitada a uma célula fotovoltaica de um tipo de junção dupla ou um tipo de junção tripla. Por exemplo, uma célula fotovoltaica usando uma célula de camada única tendo uma composição de uma célula de (Al)GaInP, uma célula GaAs, uma célula GaInAs, uma célula GaInNAs (Sb), uma célula GaInPAs. Uma célula InP, uma célula AIInAs, etc., pode ser fabricada. Além disso, uma célula fotovoltaica de um tipo de junção quádrupla ou mais pode ser fabricada.

[00097] De acordo com a primeira modalidade descrita acima, uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto pode ser formada utilizando o substrato de Si 10, sem utilizar um substrato de semicondutor composto, e uma célula fotovoltaica de eficiência elevada pode ser produzida em baixo custo.

[00098] Além disso, a camada tampão 11 que executa relaxamento de rede é removida no estágio de fabricação e, portanto, a camada tampão 11 incluindo muitos defeitos não é incluída no produto final da célula fotovoltaica (corpo em camadas 100D), e uma célula fotovoltaica tendo elevada eficiência e elevada confiabilidade pode ser fabricada.

[00099] Na célula fotovoltaica descrita no documento não de patente 1, há possibilidade de que os defeitos aumentem durante operação e a eficiência deteriore com o tempo, e portanto a confiabilidade pode diminuir.

[000100] Enquanto isso, na célula fotovoltaica fabricada pelo método de fabricação de acordo com a primeira modalidade, a camada tampão 11 para relaxar a diferença na constante de rede não permanece no produto final da célula fotovoltaica e, portanto, uma célula fotovoltaica tendo elevada confiabilidade pode ser fabricada.

[000101] Além disso, o substrato de Si 10 é removido, e a célula fotovoltaica (corpo em camadas 100D) é ligado juntamente com o substrato de suporte 0 feito de um filme de plástico, e portanto uma célula fotovoltaica leve e flexível pode ser fabricada.

[000102] Observe que (AI)GaInP abrange tanto uma composição incluindo AI como uma composição não incluindo Al, e portanto Al é expresso como (Al). Isto quer dizer, (Al)GaInP é uma expressão incluindo tanto AlGaInP como GaInP.

[000103] Similarmente, GaInNAs (Sb) é uma expressão incluindo tanto GaInNAsSb como GaInNAs. Ga(IN)As é uma expressão incluindo tanto GaInAs como GaAs. Além disso, (Al)GaInP(As) é uma expressão incluindo AlGaInP, GaInPAs e GaInP. Além disso, GaIn(P)As é uma expressão incluindo GaInPAs e GaInAs.

[000104] Observe que o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 podem ser removidas por um método diferente de cauterização úmida como descrito acima. Por exemplo, um método de levantamento ou um método de corte inteligente pode ser realizado, que inclui cauterizar seletivamente o AlAs utilizando uma camada de sacrifício AlAs, e separar o substrato a partir da parte da célula.

[000105] O método de levantamento é descrito, por exemplo, em Proceedings of the 29th IEEE Photovoltaic specialists conference (2010) pág. 412-417. O método de corte inteligente é frequentemente usado para fabricar um substrato SOI, e é descrito, por exemplo, em Applied Physics Letter 92, 103503 (2008) .

[000106] A figura 4 ilustra um corpo em camadas 100E de acordo com uma modificação da primeira modalidade, em que o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 são removidos por um método de levantamento.

[000107] Como ilustrado na figura 4, em um caso onde um método de levantamento é realizado, no corpo em camadas 100E, uma camada de sacrifício 110 constituída por, por exemplo, uma camada AlAs, é formada entre a camada tampão 11 e a camada de contato 12. Em comparação com outros materiais, a camada AlAs tem uma velocidade de cauterização significativamente rápida. Portanto, por exemplo, por impregnar a camada de AlAs em umas solução medicinal de ácido sulfúrico, a camada de sacrifício 110 é seletivamente cauterizada a partir das superfícies laterais, e a camada tampão 11 e a camada de contato 12 são separadas entre si. Por conseguinte, o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 podem ser removidas.

[000108] As figuras 5A e 5B ilustram um método de corte inteligente de acordo com uma modificação da primeira modalidade.

[000109] Como ilustrado na figura 5A, em um caso onde um método de corte inteligente é realizado, em um corpo em camadas 100F, um substrato de Si 111 é incluído ao invés do substrato de Si 10 do corpo em camadas 100B ilustrado na figura 2A. no método de corte inteligente, antes de unir juntas a camada de metal 15A e a camada de metal 15B com o uso da camada de ligação 16 (vide a figura 1B), um implantador de íons é usado para implantar aproximadamente 3.5E16 íons/cm2 através de 1E17 íons/cm2 de íons de hidrogênio (H+), no substrato de Si 111. Após unir a camada de metal 15A e a camada de metal 15B com o uso da camada de ligação 16, tratamento de calor é realizado em aproximadamente 400°C até 600°C, de modo que desprendimento ocorra em uma parte de injeção de íon de hidrogênio 111A como ilustrado na figura 5B, e o substrato de Si 111 é separado em uma camada de Si fina 111B e um substrato de Si 111C.

[000110] Subsequentemente, a camada de Si 111B e a camada tampão 11 são removidas por realizar, por exemplo, um processo de cauterização úmida utilizando uma solução de cauterização incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico, e ácido acético.

[000111] Nesse caso, o substrato de Si 111C pode ser reutilizado. Esse método pode ser realizado do mesmo modo na segunda até quarta modalidades descritas abaixo.

Segunda modalidade

[000112] Um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma segunda modalidade envolve usar, como um substrato de suporte, um substrato de Si no qual uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício é formada. Nesse caso, a abertura de banda da célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício é 1.1 eV, e a abertura de banda da célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto é 1.7 eV. Observe que uma célula GaInPAS é usada como a célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto.

[000113] As figuras 6A até 7B ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma segunda modalidade. Nas figuras 6A até 7B, os elementos que são iguais àqueles descritos na primeira modalidade são indicados pelos mesmos numerais de referência, e descrições dos mesmos são omitidas ou simplificadas.

[000114] Primeiramente, como ilustrado na figura 6A, a camada tampão 11, a camada de contato 12, uma célula GaInPAs 220, uma camada de junção de túnel 213, e uma camada de ligação 214A são sequencialmente formadas no substrato de Si 10. Nesse caso, um corpo em camadas 200 ilustrado na figura 6A é feito assumindo que luz de sol entre a partir do lado inferior como visto na figura 6A.

[000115] A célula GaInPAs 220 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga),índio (In), fósforo (P), e arsênico (As) como matérias primas. A célula GaInPAs 220 inclui uma camada n 221 e uma camada p 222. A célula GaInPAs 220 tem substancialmente a mesma constante de rede que a camada Ge que é a camada mais superior da camada tampão 11 e a camada de contato 12 (camada GaAs) .

[000116] Por exemplo, a célula GaInPAs 220 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente a camada n 221 e a camada p 222 na camada de contato 12.

[000117] Como o dopante da camada n 221, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se_) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 222,por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. Na segunda modalidade, a composição de Ga, In, P e As é ajustada, de modo que a abertura de banda da célula GaInPAs 220 se torne 1.7 eV.

[000118] Além disso, a célula GaInPAs 220 tem uma constante de rede que é significativamente próxima à o constante de rede (aproximadamente 5.65 A) da camada GaAs usada como a camada de contato 12. A composição de Ga, In, P e As é ajustada de modo que a célula GaInPAs 220 possa crescer em cristal na camada de contato 12. A constante de rede de GaInPAs usada como a célula GaInPAs 220 é substancialmente do mesmo valor que a constante de rede de GaAs.

[000119] Observe que entre a camada n 221 e a camada de contato 12 (lado incidente à célula GaInPAs 220), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInPAs 220 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 222 (entre a camada p 22 e a camada de junção de túnel 213), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInPAs 220 pode ser formada.

[000120] A camada de junção de túnel 213 é fornecida entre a célula GaInPAs 220 e a camada de ligação 214A, e inclui uma camada n e camada p que foram dopadas em uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 221 e camada p 222 da célula GaInPAs 220 e uma camada n-Si 232 e uma camada p-Si 231 de uma célula de silício 230 descrita abaixo. A camada de junção de túnel 213 é uma camada de junção, que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada p 222 da célula GaInPAs 220 e a camada n-Si 232 da célula de silício 230 (por junção de túnel).

[000121] Por exemplo, a camada de junção de túnel 213 inclui uma camada AlGaAs (camada p) e uma camada GaInP (camada n) ou uma camada p e uma camada n formadas por uma camada GaAs. Por exemplo, a camada de junção de túnel 213 é formada por um método MOCVD, por sequencialmente depositar uma camada p e uma camada n na superfície da célula GaInPAs 220 na ordem mencionada.

[000122] Observe que a camada de junção de túnel 213 tem uma constante de rede que é significativamente próxima à constante de rede da célula GaInPAs 220 (aproximadamente 5.65 o A). A composição é ajustada de modo que a camada de junção de túnel 213 possa crescer em cristal na célula GaInPAs 220.

[000123] A camada de ligação 214A é principalmente uma camada a ser depositada na camada de junção de túnel 213 para reduzir a resistência entre a célula GaInPAs 220 e a célula de silício 230. Por exemplo, uma camada de arsenieto de gálio (n-GaAs) tipo n é usada. A camada n-GaAs atuando como a camada de ligação 214A pode ser formada na camada de junção de túnel 213, por exemplo, por um método MOCVD. Como o dopante para fazer a camada um tipo n, por exemplo, silício (Si), selênio (Se) ou telúrio (Te) pode ser usado.

[000124] Observe que a camada de ligação 214A tem uma constante de rede que é significativamente próxima à constante de rede da camada de junção de túnel 213 e a célula o GaInPAs 220 (aproximadamente 5.65 A). A composição é ajustada de modo que a camada de ligação 214A possa crescer em cristal na camada de junção de túnel 213.

[000125] Como descrito acima, o corpo em camadas 200 ilustrado na figura 6A é formado por sequencialmente depositar, no substrato de Si 10 e camada tampão 11, a camada de contato 12 que constitui o lado incidente de luz, a célula GaInPAs 220, a camada de junção de túnel 213, e a camada de ligação 214A, na ordem mencionada.

[000126] Além disso, como ilustrado na figura 6A, além do corpo em camadas 200, uma camada de ligação 214B é formada na superfície superior da célula de silício 230. Nesse caso, a célula de silício 230 inclui um substrato de Si tipo p (substrato p-Si) 231 e uma camada de silício do tipo n (n-Si) 232 .

[000127] A camada n-Si 232 é formada por misturar impurezas como fósforo (P) a partir de um lado da camada p-Si 231 (lado superior como visto na figura 6A) e causar crescimento de cristal. A célula de silício 230 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício.

[000128] Observe que a camada n-Si 232 pode ser formada por implantar impurezas como fósforo (P) a partir de um lado da camada p-Si 231 (lado superior como visto na figura 6A).

[000129] A camada de ligação 214B é principalmente uma camada a ser depositada na célula de silício 230 para reduzir a resistência entre a célula GaInPAs 220 e a célula de silício 230. Por exemplo, uma camada de silício tipo n (camada n-Si) é usada. A camada n-Si atuando como a camada de ligação 214B pode ser formada por misturar impurezas com fósforo (P) a partir do lado superior da camada n-Si 232 e causando crescimento de cristal. A camada n-Si atuando como a camada de ligação 214B pode ser igual à camada n-Si 232; entretanto, a camada n-Si atuando como a camada de ligação 214B preferivelmente tem uma densidade mais elevada do que aquela da camada n-Si 232.

[000130] A seguir, como ilustrado na figura 6B, o corpo em camadas 200 é virado de cabeça para baixo em um estado oposto àquele ilustrado na figura 6A, e a camada de ligação 214A do corpo em camadas 200 e a camada de ligação 214B na superfície superior da célula de silício 230 são ligadas juntas.

[000131] Nesse processo de junção, um processo de limpeza e um processo de ativação de superfície são realizados nas superfícies da camada de ligação 214A do corpo em camadas 200 e a camada de ligação 214B na superfície superior da célula de silício 230, para unir diretamente juntas a camada de ligação 214A e a camada de ligação 214B. observe que o processo de ativação de superfície pode ser realizado por um processo de plasma de nitrogênio (N2) , e o processo de junção pode ser realizado, por exemplo, em um estado onde a camada de ligação 214A e a camada de ligação 214B são aquecidas a 150°C em uma atmosfera a vácuo.

[000132] Nesse caso, o corpo em camadas obtido por empilhar o corpo em camadas 200 e a célula de silício 230 como ilustrado na figura 6B, é mencionado como um corpo em camadas 200A.

[000133] A seguir, o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 são removidos a partir do corpo em camadas 200A por cauterizar o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 do corpo em camadas 200A ilustrado na figura 6B, de modo que um corpo em camadas 200B ilustrado na figura 7A seja obtido. O corpo em camadas 200B é formado por remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 a partir do corpo em camadas 200A ilustrado na figura 6B.

[000134] A cauterização do substrato de Si 10 e camada tampão 11 é realizada, por exemplo, por um processo de cauterização úmida utilizando uma solução de cauterização incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico ou ácido acético, similar à primeira modalidade.

[000135] Observe que a solução de cauterização acima não dissolve a camada de contato 12 (camada GaAs), a célula GaInPAs 220, a camada de junção de túnel 213 (AlGaAs/GaInP, ou GaAs), a camada de ligação 214A (camada GaAs), ou a camada de ligação 214B (camada GaAs). Entretanto, a solução de cauterização acima dissolve a célula de silício 230.

[000136] Desse modo, a cauterização deve ser realizada por proteger, camada de proteção, as superfícies laterais do substrato de Si 10, camada tampão 11, a camada de contato 12, a célula GaInPas 220, a camada de junção de túnel 213, a camada de ligação 214A, a camada de ligação 214B, e a célula de silício 230, e a superfície da célula de silício 230 (superfície inferior na figura 6A), e então impregnar o corpo em camadas 200A na solução de cauterização. Uma camada de proteção não será usada quando não há necessidade de proteção no processo de cauterização acima.

[000137] Além disso, nesse caso, uma descrição é dada de uma modalidade na qual tanto o substrato de Si 10 como a camada tampão 11 são removidas por cauterização. Entretanto, por remover a camada tampão 11 com o uso de uma solução para seletivamente cauterizar somente a camada tampão 11, o substrato de Si 10 pode ser removido a partir do corpo em camadas 200B. Como tal solução de cauterização, por exemplo, uma solução de ácido nitrofluorídrico (uma solução misturada de ácido fluorídrico e ácido nítrico) pode ser usada. Observe que água pode ser adicionada à solução de ácido nitrofluorídrico para diluir a solução.

[000138] Por último, como ilustrado na figura 7B, a camada de metal 17 é formada na superfície superior da camada de contato 12 do corpo em camadas 200C ilustrado na figura 7A, e uma camada de metal 233 é formada na superfície inferior da camada p-Si 231. Similar à camada de metal 17, a camada de metal 233 pode ser formada por depositar a vapor metal como Au ou Ag na superfície inferior da camada p-Si 231. A camada de metal 233 é o eletrodo inferior da célula fotovoltaica (corpo em camadas 200C) de acordo com a segunda modalidade.

[000139] Além disso, a camada de contato 12C ilustrada na figura 7B é igual à camada de contato 12C da primeira modalidade, que é formada por formar a camada de metal 17 (vide a figura 7B) na superfície superior da camada de contato 12 ilustrada na figura 7A, e então utilizar essa camada de metal 17 como uma máscara na remoção de partes da camada de contato 12 (vide a figura 7A) diferente da parte posicionada imediatamente abaixo da camada de metal 17.

[000140] A camada de contato 12C pode ser feita, por exemplo, utilizando um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) e água (H2O) , como a solução de cauterização úmida. O líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) e água (H2O) não dissolve o GaInP na célula GaInPAs 220, e portanto o processo de cauterização úmida pode ser parado na célula GaInPAs 220.

[000141] De acordo com o acima, um corpo em camadas 200C ilustrado na figura 7B pode ser produzido. O corpo em camadas 200C é uma célula fotovoltaica incluindo duas células de conversão fotoelétrica, isto é, a célula GaInPAs 220 (1.7 eV) e a célula de silício 230 (1.1 eV). Isto quer dizer, o corpo em camadas 200C é uma célula fotovoltaica de junção dupla incluindo uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto e uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício.

[000142] No corpo em camadas 200C, a camada tampão 11 é um exemplo de uma primeira camada tampão, e a célula GaInPAs 220 é um exemplo de uma primeira célula de conversão fotoelétrica. Além disso, o corpo em camadas 200A ilustrado na figura 6B é um exemplo de um primeiro corpo em camadas, e o substrato de Si 10 é um exemplo de um primeiro substrato de silício. Além disso, a célula de silício 230 é um exemplo de uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício.

[000143] De acordo com o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade descrita acima, a célula GaInPAs 220 (1.7 eV) tendo uma abertura de banda larga é disposta mais próxima ao lado incidente de luz, do que a célula de silício 230 (1.1 eV). Isso é para absorver a luz de comprimento de onda curto na célula GaInPAs 220 no lado incidente de luz, e absorver a luz tendo um comprimento de onda relativamente longo que foi transmitido através da célula GaInPAs 220, na célula de silício 230.

[000144] A eficiência de conversão de energia de uma célula fotovoltaica de junção dupla incluindo 1.7 eV/1.1 eV é estimada ser aproximadamente o mesmo nível que aquela de uma célula fotovoltaica de junção tripla incluindo 1.9 eV/1.4 eV/0.67 eV (vide, por exemplo, The Japan Society of Applied Physics Autumn proceedings, 2010, 15p-NC-4).

[000145] Em consideração do portador na interface de junção, as medidas para perda de luz, e a facilidade de casamento de corrente, a célula fotovoltaica de junção dupla é mais prática do que a célula fotovoltaica de junção tripla.

[000146] De acordo com o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade descrita acima, o corpo em camadas 200 (vide a figura 6A) é feito por formar a camada tampão 11 no substrato de Si barato 10, e formar a camada de contato 12, a célula GaInPAs 220, a camada de junção de túnel 213, e a camada de ligação 214A, na camada tampão 11.

[000147] Além disso, a camada de ligação 214A do corpo em camadas 200 e camada de ligação 214B formada na superfície superior da célula de silício 230 são ligadas juntas, de modo que o corpo em camadas 200A (vide a figura 6B) incluindo a célula GaInPAs 220 e a célula de silício 230 seja feito.

[000148] A seguir, após remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 11 a partir do corpo em camadas 200A e obter o corpo em camadas 200B (vide a figura 7A), a camada de metal 17 é formada na camada de contato 12 do corpo em camadas 200B. além disso, a camada de contato 12C é formada a partir da camada de contato 12, desse modo fabricando a célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade (corpo em camadas 200C, vide a figura 7B).

[000149] Isto quer dizer, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade, uma célula fotovoltaica incluindo uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto pode ser produzida sem utilizar um substrato de semicondutor composto. Portanto, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade, uma célula fotovoltaica de eficiência elevada pode ser produzida em baixo custo.

[000150] Além disso, a camada tampão 11, que realiza relaxamento de rede para cancelar a inconsistência na constante de rede entre o substrato de Si 10 e a célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto, é removida, e não é incluída no produto final da célula fotovoltaica (corpo em camadas 200C). Portanto, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 200C) tendo confiabilidade elevada pode ser fornecida.

[000151] Na célula fotovoltaica fabricada pelo método de fabricação de acordo com a segunda modalidade, a camada tampão 11 que relaxa a diferença na constante de rede não permanece no produto final da célula fotovoltaica, e portanto uma célula fotovoltaica tendo confiabilidade mais elevada do que a célula fotovoltaica descrita no documento não de patente 1 pode ser fabricada.

[000152] Além disso, de acordo com o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 200C) com a qual elevada eficiência pode ser obtida por uma estrutura de junção dupla, pode ser facilmente fabricada.

[000153] Observe que um filme antirreflexo pode ser formado na superfície incidente de luz (a parte não coberta pela camada de contato 12C da camada de metal 17) na superfície superior da célula GaInPAs 220 da célula fotovoltaica (corpo em camadas 200C) ilustrada na figura 7B.

[000154] Além disso, a célula fotovoltaica de acordo com a segunda modalidade pode ser modificada como ilustrado na figura 8.

[000155] A figura 8 é uma vista em seção transversal de uma célula fotovoltaica de acordo com uma modificação da segunda modalidade.

[000156] Uma célula fotovoltaica 200D ilustrada na figura 8 não inclui a camada de junção de túnel 213 ilustrada na figura 7B, e a camada de ligação 214A e a camada de ligação 214B são mecanicamente conectadas por um elemento de fixação 280. Como o elemento de fixação 280, por exemplo, um Conjunto de nanopartículas de Paládio (Pd) pode ser usado.

[000157] O conjunto de nanopartículas de paládio é para fazer com que nanopartículas condutivas sejam auto-dispostas na interface de junção, com o uso do arranjo de separação de um copolímero de bloco. Arranjos Nano de Pd, Au, Pt, Ag, etc., são possíveis. Uma solução diluída de um copolímero de bloco é revestido por rotação, o copolímero de bloco é induzido a ser auto-disposto, e o copolímero de bloco é exposto a uma solução aquosa incluindo íons de metal como Pd2+ (íons de paládio), de modo que íons de metal sejam seletivamente formados no copolímero de bloco. A seguir, plasma de Ar (argônio) é radiado, de modo que o gabarito de copolímero de bloco seja removido, e um conjunto de nanopartículas que é auto-disposto, é formado. Luz é transmitida através de partes sem nanopartículas. Utilizando um conjunto de nanopartículas de paládio, luz que foi transmitida através da célula GaInPAs 220 pode ser eficientemente guiada até a célula de silício 230.

[000158] Em um estado onde um conjunto de nanopartículas de paládio é formado na camada de ligação 214A ou camada de ligação 214B, a camada de ligação 214A e a camada de ligação 214B são ligadas juntas, de modo que uma célula fotovoltaica de semicondutor composto seja produzida.

[000159] O elemento de fixação 280 é um exemplo de uma unidade de fixação. Como descrito acima, o método de ligação de superpor mecanicamente dois corpos em camadas com o uso do elemento de fixação 280 é mencionado como empilhamento mecânico.

[000160] Observe que o elemento de fixação 280 não é limitado a um conjunto de nanopartículas de paládio; o elemento de fixação 280 pode ser um conjunto de nanopartículas incluindo outros metais (por exemplo, Au (ouro)), ou outro meio mecânico.

[000161] Como descrito acima, na célula fotovoltaica de acordo com a modificação da segunda modalidade, a camada de ligação 214A e a camada de ligação 214B são ligadas pelo elemento de fixação 280 e, portanto, não há necessidade de fornecer a camada de junção de túnel 213 (vide a figura 7B) entre a célula GaInPAs 220 e a camada de ligação 214A, ao passo que a célula GaInPAs 220 é diretamente ligada no topo da camada de ligação 214A.

[000162] Como descrito acima, um corpo em camadas incluindo a célula de silício 230 e o corpo em camadas incluindo a célula GaInPAs 220 podem ser conectados por empilhamento mecânico.

[000163] De acordo com a segunda modalidade, a abertura de banda da célula de conversão fotoelétrica feita do semicondutor composto é 1.7 eV como descrito acima. Entretanto, a abertura de banda da célula de conversão fotoelétrica feita do semicondutor composto pode ser 1.4 eV até 1.9 eV.

Terceira modalidade

[000164] Um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma terceira modalidade é um método de fabricar uma célula fotovoltaica de junção quádrupla incluindo quatro células de conversão fotoelétrica feitas de um semicondutor composto. Na célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade, duas das quatro células de conversão fotoelétrica têm uma constante de rede diferente a partir daquela das outras duas das quatro células de conversão fotoelétrica. Desse modo, a célula fotovoltaica de junção quádrupla é fabricada por fabricar duas células de conversão fotoelétrica em cada de dois substratos de Si, e então unir os dois substratos de Si.

[000165] As figuras 9A até 13 ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade. Nas figuras 9A até 13, os elementos que são iguais àqueles descritos na primeira modalidade são indicados pelos mesmos numerais de referência, e descrições dos mesmos são omitidas ou simplificadas.

[000166] Primeiramente, os corpos em camadas 300A e 300B ilustrados na figura 9 são feitos.

[000167] O corpo em camadas 300A é feito por sequencialmente formar uma camada tampão 311A, uma camada de contato 312A, uma célula GaInAs 340, uma camada de junção de túnel 313A, uma célula GaInPAs 350, e uma camada de ligação 314A, em um substrato de Si 10A.

[000168] Além disso, o corpo em camadas 300B é feito por sequencialmente formar uma camada tampão 11B, uma camada de contato 12B, uma célula GaInP 20, uma camada de junção de túnel 13, uma célula GaAs 30, uma camada de junção de túnel 313B, e uma camada de ligação 314B em um substrato de Si 10B.

[000169] O corpo em camadas 300A ilustrado na figura 9 é feito assumindo que luz solar entre a partir do lado superior como visto na figura 9, e o corpo em camadas 300B ilustrado na figura 9 é feito assumindo que luz solar entre a partir do lado inferior como visto na figura 9.

[000170] Primeiramente, uma descrição é dada do corpo em camadas 300A. O substrato de Si 10A incluído no corpo em camadas 300A é igual ao substrato de Si 10 da primeira modalidade.

[000171] A camada tampão 311A é formada por diretamente depositar uma camada Ge no substrato de Si 10A por um método CVD, e causando um defeito na camada Ge por executar um processo de ciclagem térmica (TCA) de modo que uma estrutura que relaxe a diferença na constante de rede de Si e Ge seja formada na camada Ge. Subsequentemente, um processo de achatamento é realizado na superfície da camada Ge.

[000172] A seguir, na camada Ge na qual a camada de achatamento foi realizada, uma camada GaAs é formada por um método MOCVD. Além disso, na camada GaAs, uma camada inclinada de composição feita de AIInAs é formada por um método MOCVD, de modo que relaxamento adicional de rede seja realizado.

[000173] Especificamente, como a camada inclinada de composição feita de AIInAs, a razão de composição de In na camada é gradualmente aumentada (em um modo inclinado), a partir de AlAs tendo uma constante de rede que é substancialmente igual aquela de GaAs, para composição de AIInAs tendo uma constante de rede que levemente excede aquela de InP. A seguir, a razão de composição de In é levemente reduzida pouco antes da camada mais superior da camada inclinada de composição AIInAs, de modo que a constante de rede da camada inclinada de composição AIInAs é reduzida para uma constante de rede que é substancialmente igual àquela de InP. A seguir, como a camada mais superior da camada inclinada de composição feita de AIInAs, uma camada tendo uma razão de composição fixa de In é formada, pelo que aproximadamente a mesma constante de rede que aquela de InP o (aproximadamente 5.87 A) pode ser obtida.

[000174] Isto quer dizer, como a camada tampão 311A, uma camada incluindo uma camada Ge, uma camada GaAs, e uma camada inclinada de composição feita de AIInAs, é formada no substrato de Si 10A.

[000175] Além disso, a camada de contato 312A é formada por depositar uma camada de GaInAs por um método MOCVD na camada tampão 311A. observe que a camada GaInAS formada como a camada de contato 312A tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela de InP, e a composição de Ga, In, As é ajustada de modo que a camada GaInAs possa crescer em cristal na camada tampão 311A.

[000176] A célula GaInAs 340 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto incluindo gálico (Ga), índico (In) e arsênico (As) como matérias primas, e a célula GaInAs 340 inclui uma camada n 341 e uma camada p 342. Por exemplo, a célula GaInAs 340 é formada por depositar sequencialmente a camada p 342 e a camada n 341 na camada de contato 312A por um método MOCVD.

[000177] Como o dopante da camada n 341, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 342, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. Na terceira modalidade, a composição de Ga, In, As é ajustada, de modo que a abertura de banda da célula GaInAs 340 se torna 0.7 eV.

[000178] Observe que a célula GaInAs 340 tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela de InP, e a composição de Ga, In, As é ajustada de modo que a célula GaInAs 340 possa crescer em cristal na camada de contato 312A.

[000179] Observe que entre a camada n 341 e a camada de junção de túnel 313A (lado incidente à célula GaInAs 340), uma camada de janela tendo uma abertura maior que aquela da célula GaInAs 340 pode ser formada. Além disso, abaixo da camada p 342 (entre a camada p 342 e a camada de contato 312A), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior que aquela da célula GaInAs 340 pode ser formada.

[000180] A camada de junção de túnel 313A é fornecida entre a célula GaInAs 340 e a célula GaInPAs 350 e inclui uma camada n e uma camada p que são dopadas por uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 341 e camada p 342 da célula GaInAs 340, e uma camada n 351 e a camada p 352 da célula GaInPAs 350. A camada de junção de túnel 313A é uma camada de junção que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada n 341 da célula GaInAs 340 e camada p 352 da célula GaInPAs 350 (por junção de túnel) .

[000181] Por exemplo, a camada de junção de túnel 313A é formada por depositar a camada n e a camada p da camada AlGaInAs na ordem mencionada na superfície da célula GaInAs 340 por um método MOCVD.

[000182] Observe que a camada de junção de túnel 313A tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela de InP, e a composição de Al, Ga, In, As é ajustada de modo que a camada de junção de túnel 313A possa crescer em cristal na célula GaInAs 340.

[000183] A célula GaInPAs 350 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga), índio (In), fósforo (p) e arsênico (As) como matérias primas. A célula GaInPAs 350 inclui a camada n 351 e a camada p 352. Por exemplo, a célula GaInPAs 350 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente a camada p 352 e a camada n 351 na camada de junção de túnel 313A.

[000184] Como o dopante da camada n 351, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 352, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. Na terceira modalidade, a composição de Ga, In, P e As é ajustada, de modo que a abertura de banda da célula GaInPAs 350 se torne 1.0 eV.

[000185] Observe que a célula GaInPAs 350 tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela de InP, e a composição de Ga, In, P e As é ajustada de modo que a célula GaInPAs 350 pode crescer em cristal na camada de junção de túnel 313A.

[000186] Observe que entre a camada n 351 e a camada de ligação 314A (lado incidente à célula GaInPAs 350), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInPAs 350 pode ser formada. Além disso, abaixo da camada p 352 (entre a camada p 352 e a camada de junção de túnel 313A), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura mais larga do que aquela da célula GaInPAs 350 pode ser formada.

[000187] A camada de ligação 314A é principalmente uma camada a ser ligada com a camada de ligação 314B para conectar o corpo em camadas 300A e o corpo em camadas 300B, e uma camada a ser depositada na célula GaInPAs 350 para reduzir a resistência entre a célula GaInPAs 350 do corpo em camadas 300A e a célula GaAs 30 do corpo em camadas 300B.

[000188] Por exemplo, como a camada de ligação 314A, uma camada n-InP fina que foi dopada em alta densidade, é usada. Por exemplo, a camada n-InP usada como a camada de ligação 314A pode ser formada na célula GaInPAs 350 por um método MOCVD.

[000189] Observe que a camada de ligação 314A tem uma constante de rede que é significativamente próxima à constante de rede de InP. A composição é ajustada de modo que a camada de ligação 314A possa crescer em cristal na célula GaInPAs 350.

[000190] Como descrito acima, o corpo em camadas 300A ilustrada na figura 9 é formado por sequencialmente depositar, no substrato de Si 10A e a camada tampão 311A, a camada de contato 312A que está no lado distante com relação à direção incidente de luz, a célula GaInAs 340, a camada de junção de túnel 313A, a célula GaInPAs 350, e a camada de ligação 314A, na ordem mencionada.

[000191] Por conseguinte, a célula GaInPas 350 (1.0 ev) tendo uma abertura de banda larga é produzida mais próxima ao lado incidente de luz, do que a célula GaInAs 340 (0.7 eV).

[000192] Observe que na terceira modalidade, o substrato de Si 10A e a camada tampão 311A são exemplos de um primeiro substrato de silício e uma primeira camada tampão, respectivamente. A célula GaInAs 340 e a célula GaInPAs 350 são exemplos de uma primeira célula de conversão fotoelétrica, e são também exemplos de uma célula formada com um material correspondente de rede InP. Além disso, a camada de ligação 314A é um exemplo de uma primeira camada de junção.

[000193] A seguir, uma descrição é dada do corpo em camadas 300B. no corpo em camadas 300B, o substrato de Si 10B, a camada tampão 11B, a camada de contato 12B, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, e a célula GaAs 30, são iguais ao substrato de Si 10, a camada tampão 11, a camada de contato 12, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, e a célula GaAs 30 da primeira modalidade, respectivamente.

[000194] No corpo em camadas 300B, a camada de junção de túnel 313B e a camada de ligação 314B são depositadas na célula GaAs 30.

[000195] A camada de junção de túnel 313B é fornecida entre a célula GaAs 30 e a camada de ligação 314B, e inclui uma camada n e uma camada p que são dopadas por uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 31 e camada p 32 da célula GaAs 30. A camada de junção de túnel 313B é uma camada de junção que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada p 32 da célula GaAs 30 e a camada de ligação 314B (por junção de túnel).

[000196] Por exemplo, a camada de junção de túnel 313B inclui uma camada p e uma camada n de acordo com uma camada GaAs. A camada de junção de túnel 313B é formada por depositar a camada p e a camada n na ordem mencionada na superfície da célula GaAs 30 por um método MOCVD.

[000197] Observe que a camada de junção de túnel 313B tem uma constante de rede que é significativamente próxima o àquela da camada GaAs (aproximadamente 5.65 A) e a composição é ajustada de modo que a camada de junção de túnel 313B possa crescer em cristal na célula GaAs.

[000198] A camada de ligação 314B é principalmente uma camada a ser ligada com a camada de ligação 314A para conectar o corpo em camadas 300A e o corpo em camadas 300B, e uma camada a ser depositada na camada de junção de túnel 313B para reduzir a resistência entre a célula GaAs 30 e a camada de junção de túnel 313B do corpo em camadas 300B e célula GaInPAs 350 do corpo em camadas 300A.

[000199] Por exemplo, como a camada de ligação 314B, uma camada de arsenieto de gálio tipo n (n-GaAs) é usada. Por exemplo, a camada GaAs usada como a camada de ligação 314B pode ser formada na camada de junção de túnel 313B por um método MOCVD.

[000200] Observe que a camada de ligação 314B tem uma constante de rede que é significativamente próxima àquela da o camada GaAs (aproximadamente 5.65 A) e a composição é ajustada de modo que a camada de ligação 314B possa crescer em cristal na camada de junção de túnel 313B.

[000201] Observe que entre a camada n 21 da célula GaInP 20 e a camada de contato 12B (lado incidente à célula GaInP 20), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInP 20 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 22 (entre a camada p 22 e a camada de junção de túnel 13), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInP 20 pode ser formada.

[000202] Observe que entre a camada n 31 da célula GaAs 30 e a camada de junção de túnel 13 (lado incidente à célula GaAs 30), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaAs 30 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 32 (entre a camada p 32 e a camada de junção de túnel 313B), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaAs 30 pode ser formada.

[000203] Na terceira modalidade, o substrato de Si 10B e a camada tampão 11B são exemplos de um segundo substrato de silício e uma segunda camada tampão, respetivamente. A célula GaInP 20 e a célula GaAs 30 são exemplos de uma segunda célula de conversão fotoelétrica, e são também exemplos de uma célula formada com um material correspondente de rede GaAs. Além disso, a camada de ligação 314B é um exemplo de uma segunda camada de junção.

[000204] A seguir, como ilustrado na figura 10, o corpo em camadas 300A é virado de cabeça para baixo, e a camada de ligação 314A e a camada de ligação 314B são ligadas juntas, para unir diretamente o corpo em camadas 300A com o corpo em camadas 300B. um corpo em camadas que é obtido por conectar o corpo em camadas 300A e o corpo em camadas 300B como ilustrado na figura 10, é mencionado como um corpo em camadas 3 0 0C. o corpo em camadas 300C é um exemplo de um segundo corpo em camadas.

[000205] Nesse processo de junção, um processo de limpeza e um processo de ativação de superfície são realizados nas superfícies da camada de ligação 314A do corpo em camadas 300A e a camada de ligação 314B do corpo em camadas 300B para unir diretamente juntas a camada de ligação 314A e a camada de ligação 314B. Observe que o processo de ativação de superfície pode ser realizado por um processo de plasma de nitrogênio (N2) e o processo de junção pode ser realizado, por exemplo, em um estado onde a camada de ligação 314A e a camada de ligação 314B são aquecidas a 150°C em um vácuo.

[000206] A seguir, o substrato de Si 10A e a camada tampão 311A são removidos a partir do corpo em camadas 300C por cauterizar o substrato de Si 10A e a camada tampão 311A do corpo em camadas 300C ilustrado na figura 10, de modo que um corpo em camadas 300D ilustrado na figura 11A seja obtido. O corpo em camadas 300D é formado por remover o substrato de Si 10A e a camada tampão 311A a partir do corpo em camadas 300C ilustrado na figura 10.

[000207] A cauterização do substrato de Si 10A e a camada tampão 311A é realizada, por exemplo, por cauterizar as camadas de Ge no substrato de Si 10A e a camada tampão 311A, com uma solução misturada (solução misturada de HF:HNO3:CH3COOH) incluindo ácido fluorídrico (HF), ácido nítrico (HNO3) , e ácido acético (CH3COOH) . Além disso, a camada GaAs e a camada inclinada de composição AlInAs na camada tampão 311A devem ser cauterizadas com uma solução misturada (solução misturada H2SO4:H2O2:H2O) incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) e água (H2O) .

[000208] Nesse caso, a solução misturada incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H20) dissolve o GaInAs na camada de contato 312A, e portanto por fornecer uma camada de parar cauterização como uma camada GaInP entre a camada tampão 311A e a camada de contato 312A, o processos de cauterização úmida pode ser parado.

[000209] Observe que a cauterização deve ser realizada por proteger, com uma camada de proteção, as porções diferentes da superfície do substrato de Si 10A do corpo em camadas 300C (superfície superior como visto na figura 10), e então impregnar o corpo em camadas 300C na solução cauterizada.

[000210] Isso quer dizer, as superfícies laterais do substrato de Si 10A, a camada tampão 311A, a camada de contato 312A, a célula GaInAs 340, a camada de junção de túnel 313A, a célula GaInPAs 350, a camada de ligação 314A, a camada de ligação 314B, a camada de junção de túnel 313B, a célula GaAs 30, a camada de junção de túnel 13, a célula GaInP 20, a camada de contato 12B, a camada tampão 11B, o substrato de Si 10B, e a superfície do substrato de Si 10B (superfície inferior como visto na figura 10) devem ser protegidas por uma camada de proteção, e então o corpo em camadas 300C deve ser impregnado na solução de cauterização. Uma camada de proteção não será utilizada quando não há necessidade de proteção no processo de cauterização acima.

[000211] Além disso, nesse caso, uma descrição é dada de uma modalidade na qual tanto o substrato de Si 10A como a camada tampão 311A são removidos por cauterização. Entretanto, por remover a camada tampão 311A com o uso de uma solução para seletivamente cauterizar somente a camada tampão 311A, o substrato de Si 10A pode ser removido a partir do corpo em camadas 300C. Como tal solução de cauterização, por exemplo, uma solução de ácido nitrofluorídrico (uma solução misturada de ácido fluorídrico e ácido nítrico) pode ser usada. Observe que a água pode ser adicionada à solução de ácido nitrofluorídrico para diluir a solução.

[000212] A seguir, como ilustrado na figura 11B, um substrato de suporte 80 é preparado, e uma camada de metal 315A é formado na camada de contato 312A do corpo em camadas 300D (vide a figura 11A) e uma camada de metal 15B é formada no substrato de suporte 80.

[000213] As camadas de metal 315A, 15B são filmes finos feitos de um metal como ouro (Au) ou prata (Ag), e podem ser formadas por um método de deposição de vapor ou um método de sublimação catódica. Além disso, o substrato de suporte 80 pode ser, por exemplo, um filme feito de plástico.

[000214] Observe que um corpo em camadas obtido por formar a camada de metal 315A na camada de contato 312A do corpo em camadas 300D (vide a figura 11A) como ilustrado na figura 11B é mencionado como um corpo em camadas 300E. o corpo em camadas 300E é um exemplo de um terceiro corpo em camadas.

[000215] A seguir, como ilustrado na figura 12A, o corpo em camadas 300E (vide a figura 11B) é virado de cabeça para baixo, e uma camada de ligação 316 é usada para unir a camada de metal 315A do corpo em camadas 300E com a camada de metal 15B formada na superfície do substrato de suporte 80.

[000216] A camada de ligação 316 é igual à camada de ligação 16 da primeira modalidade, e é formada por aplicar, na superfície da camada de metal 315A ou a camada de metal 15B, um material de junção como um agente de epóxi condutivo formado, por exemplo, por incluir nanopartículas de prata (Ag) em resina de epóxi. A camada de ligação 316 é formada, por exemplo, por aplicar o material de junção na camada de metal 315A ou camada de metal 15B por impressão de tela.

[000217] Um corpo em camadas 300F como ilustrado na figura 12A é formado por unir juntas a camada de metal 315A e a camada de metal 15B utilizando a camada de ligação 316 como descrita acima. Nesse caso, a camada de ligação 316 é aquecida de modo que a camada de metal 315A e a camada de metal 15B sejam fundidas juntas pela camada de ligação 316. O corpo em camadas 300F inclui o corpo em camadas 300E (vide a figura 11B), a camada de ligação 316, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80.

[000218] Observe que a camada de metal 315A, a camada de ligação 316, e a camada de metal 15B são usadas como o eletrodo inferior (eletrodo do lado posterior) da célula fotovoltaica.

[000219] A seguir, o substrato de Si 10B e a camada tampão 11B são removidos do corpo em camadas 300F por cauterizar o substrato de Si 10B e a camada tampão 11B do corpo em camadas 300F ilustrado na figura 12A. Por conseguinte, um corpo em camadas 300G como ilustrado na figura 12B é formado. O corpo em camadas 300G é obtido por remover o substrato de Si 10B e a camada tampão 11B a partir do corpo em camadas 300F ilustrado na figura 12A.

[000220] A cauterização da camada tampão 11B pode ser realizada do mesmo modo que a cauterização da camada tampão 11 da primeira modalidade, por exemplo, por um processo de cauterização úmida utilizando uma solução de cauterização incluindo ácido fluorídrico, ácido nítrico ou ácido acético.

[000221] Observe que a cauterização deve ser realizada por proteger, com uma camada de proteção, as porções diferentes da superfície do substrato de Si 10B do corpo em camadas 300F (superfície superior como visto na figura 12A), e então impregnar o corpo em camadas 300F na solução de cauterização.

[000222] Isto quer dizer, as superfícies laterais do substrato de Si 10B, a camada tampão 11B, a camada de contato 12B, a célula GaInP 20, a camada de junção de túnel 13, a célula GaAs 30, a camada de junção de túnel 313B, a camada de ligação 314B, a camada de ligação 314A, a célula GaInPAs 350, a camada de junção de túnel 313A, a célula GaInAs 340, a camada de contato 312A, a camada de metal 315A, a camada de ligação 316, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80, e a superfície do substrato de suporte 80 (superfície inferior como visto na figura 12A) devem ser protegidas por uma camada de proteção, e então o corpo em camadas 300F deve ser impregnado na solução de cauterização. Uma camada de proteção não será usada quando não há necessidade de proteção no processo de cauterização acima.

[000223] Além disso, nesse caso, uma descrição é dada de uma modalidade na qual tanto o substrato de Si 10B como a camada tampão 11B são removidos por cauterização. Entretanto, por remover a camada tampão 11B com o uso de uma solução para seletivamente cauterizar somente a camada tampão 11B, o substrato de Si 10B pode ser removido a partir do corpo em camadas 300F. Como tal solução de cauterização, por exemplo, uma solução de ácido nitrofluorídrico (uma solução misturada de ácido fluorídrico e ácido nítrico) pode ser usada. Observe que água pode ser adicionada à solução de ácido nitrofluorídrico para diluir a solução.

[000224] Por último como ilustrado na figura 13, uma camada de metal 17 é formada na superfície superior da camada de contato 12B do corpo em camadas 300G (vide a figura 12B). A camada de metal 17 é formada na parte da superfície superior da camada de contato 12B (vide a figura 12B). Isso é porque a camada de metal 17 se torna o eletrodo superior da célula fotovoltaica.

[000225] A camada de metal 17 pode ser formada, por exemplo, por um método de levantamento. A camada de metal 17 é formada por formar um meio de resistência na superfície superior da camada de contato 12B ilustrada na figura 12B, em áreas diferentes da área onde a camada de metal 17 ilustrada na figura 13 deve ser formada, depositando a vapor metal como Au ou Ag acima de meio de resistência, e então removendo o meio de resistência.

[000226] Observe que uma camada de contato 12C ilustrada na figura 3 é formada por formar a camada de metal 17 (vide a figura 13) na superfície superior da camada de contato 12B ilustrada na figura 12B, e então utilizar essa camada de metal 17 como uma máscara na remoção de partes da camada de contato 12B (vide a figura 12B) diferente da parte posicionada imediatamente abaixo da camada de metal 17.

[000227] A camada de contato 12C pode ser feita, por exemplo, por utilizar um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) e água (H2O) , como a solução de cauterização úmida.

[000228] De acordo com o acima, um corpo em camadas 300H ilustrado na figura 13 pode ser feito. O corpo em camadas 300H é uma célula fotovoltaica incluindo quatro células de conversão fotoelétrica a partir da direção incidente de luz, isto é, a célula GaInP 20 (1.9 eV), a célula GaAs 30 (1.4 eV), a célula GaInPas 350 (1.0 eV), e a célula GaInAs 340 (0.7 eV) . Isto quer dizer, o corpo em camadas 300H é uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto.

[000229] Um documento (Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2009) pág. 1090-1093) descreve que em uma célula fotovoltaica de junção quadrupla, o equilíbrio de aberturas de banda de aproximadamente 1.9 eV/1.4 eV/1.0 eV/0.7 eV é preferível.

[000230] Além disso, um documento (Applied physics, volume 79, no. 5, 2010, pág. 436) descreve que uma combinação de 1.9 eV/1.4 eV/1.0 eV e uma combinação de 1.7 eV/1.2 eV/0.67 eV são mais preferíveis do que a presente célula de junção tripla (1.9 eV/1.4 eV/0.67 eV) descrita no documento.

[000231] Incidentalmente, é difícil realizar uma combinação de aberturas de banda como descrito acima, com um único substrato. Isso é porque a célula fotovoltaica de junção quadrupla e a célula fotovoltaica de junção tripla incluem células de conversão fotoelétrica tendo constantes de rede diferentes.

[000232] Enquanto isso, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade, células de conversão fotoelétrica tendo constantes de rede diferentes (340 e 350; e 20 e 30) são formadas em substratos Si separados 10A e 10B. Além disso, as células de conversão fotoelétrica tendo constantes de rede diferentes (340 e 350; e 20 e 30) formadas em substratos Si separados 10A e 10B, são ligados juntos por um método de ligação direta, para fabricar uma célula fotovoltaica.

[000233] Desse modo, de acordo com a terceira modalidade, uma célula fotovoltaica incluindo células de conversão fotoelétrica de constantes de rede diferentes, pode ser facilmente fabricada.

[000234] Observe que na terceira modalidade, uma descrição é dada de uma modalidade de fabricar uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 300H) incluindo uma combinação de aberturas de banda de 1.9 eV/1.4 eV/1.0 eV/0.7 eV.

[000235] Entretanto, a combinação de aberturas de banda não é limitada desse modo. Por alterar a composição de materiais em cada célula de conversão fotoelétrica, o equilíbrio da abertura de banda pode ser alterado. Portanto, por alterar a composição de materiais em camada célula de conversão fotoelétrica, o equilíbrio das aberturas de banda pode ser otimizado.

[000236] Por exemplo, um documento (Progress in Photovoltaics 10, 2002, pág. 323-329) descreve que em uma célula fotovoltaica de junção quadrupla, a combinação de 2.1eV/1.5eV/1.1eV/0.8eV é preferível.

[000237] Na célula fotovoltaica (corpo em camadas 300H) de acordo com a terceira modalidade, uma célula AlGaInP é formada por adicionar Al à célula GaInP 20, de modo que a abertura de banda possa ser ajustada em 2.1 eV.

[000238] Além disso, uma célula GaInPAs é formada por adicionar In e P à célula GaAs 30, de modo que a abertura de banda possa ser ajustada em 1.5 eV.

[000239] Além disso, por ajustar a composição da célula GaInPAs 350, a abertura de banda pode ser ajustada em 1.1 eV.

[000240] Além disso, uma célula GaInPAs é formada por adicionar P à célula GaInAs 340, de modo que a abertura de banda possa ser ajustada em 0.8 eV.

[000241] A eficiência de conversão de energia da célula fotovoltaica de junção quadrupla (corpo em camadas 300H tendo uma combinação de 1.9 eV/1.4 eV/1.0 eV/0.7 eV, de acordo com uma modalidade), é mais elevada do que aquela de uma célula fotovoltaica de junção tripla tendo uma combinação de 1.9 eV/1.4 eV/0.67 eV.

[000242] Desse modo, de acordo com a terceira modalidade, uma célula fotovoltaica de semicondutor composto de eficiência elevada pode ser produzida em baixo custo, sem utilizar um substrato de semicondutor composto.

[000243] Além disso, na terceira modalidade, uma descrição é dada de um caso de unir juntos um material correspondente de rede GaAs com um material correspondente de rede InP; entretanto, um material correspondente de rede Ge pode ser usado ao invés de um material correspondente de rede GaAs. Nesse caso, a constante de rede do material correspondente de rede Ge é levemente mais elevado do que a constante de rede do material correspondente de rede GaAs; e portanto, a composição do material correspondente de rede Ge deve ser apropriadamente ajustado. Observe que ao invés da célula GaAs 30, uma célula feita de GaInAs tendo uma composição In de aproximadamente 1% pode ser usada. A superfície mais externa da camada tampão 11 é Ge, que pode ser feita mais facilmente.

[000244] Além disso, as camadas tampão 11B, 211A, que são para realizar relaxamento de rede para eliminar uma inconsistência na constante de rede do substrato de Si 10 e as células de conversão fotoelétrica feitas de semicondutor composto (20, 30, 340, 350), incluem muitos defeitos (defeitos de rede). Portanto, se as camadas tampão 11B, 311A forem incluídas no produto final, um centro de recombinação pode ser formado, que pode deteriorar a eficiência.

[000245] Entretanto, as camadas tampão 11B, 311A são removidas em um procedimento médio do método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade, e não são incluídas no produto final (corpo em camadas 300H).

[000246] Portanto, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a terceira modalidade, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 300H) tendo elevada confiabilidade pode ser fabricada.

[000247] Na célula fotovoltaica fabricada pelo método de fabricação de acordo com a terceira modalidade, as camadas tampão 11B, 311A para realizar a diferença na constante de rede não permanecem no produto final da célula fotovoltaica e, portanto é possível fabricar uma célula fotovoltaica tendo confiabilidade mais elevada do que a célula fotovoltaica descrita no documento não de patente 1.

[000248] Além disso, de acordo com a terceira modalidade, os substratos de Si 10A, 10B são removidos, e células de conversão fotoelétrica (20, 30, 340, 350) feitas de um semicondutor composto são ligadas juntas com o substrato de suporte 80 feito de um filme de plástico e, portanto, uma célula fotovoltaica leve e flexível pode ser fabricada.

[000249] Na descrição acima, a célula GaInAs 340 e a célula GaInPAs 350 são formadas como exemplos de células formadas com um material correspondente de rede InP. Isto quer dizer, o material correspondente de rede InP pode ser expresso como GaIn(P)As.

[000250] Além disso, na descrição acima, a célula GaInP 20 e a célula GaAs 30 são formadas como exemplos de células formadas com um material correspondente de GaAs. Ao invés da célula GaInP 20, uma célula formada de um material expresso por (A1)GaInP(As) pode ser usada.

[000251] Observe que um filme antirreflexo pode ser formado na superfície incidente de luz (a parte não coberta pela camada de contato 312A ou a camada de metal 17) na superfície superior da célula GaInP 20 da célula fotovoltaica (corpo em camadas 100D) ilustrado na figura 13.

[000252] Além disso, similar à modificação (vide a figura 8) da segunda modalidade, a camada de ligação 314A e camada de ligação 314B podem ser conectadas por um elemento de fixação. Nesse caso, a camada de junção de túnel 313B é desnecessária.

Quarta modalidade

[000253] Um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma quarta modalidade é para fabricar uma célula fotovoltaica de junção tripla incluindo três células de conversão fotoelétrica de uma célula AlInAs (1.9eV)/uma célula GaInPAs (1.3eV)/uma célula GaInAs (0.9 eV).

[000254] As figuras 14A até 16 ilustram um método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com uma quarta modalidade.

[000255] Primeiramente, como ilustrado na figura 14A, uma camada tampão 411, uma camada de contato 412, uma célula AlInAs 420, uma camada de junção de túnel 413A, uma célula GaInPAs 430, uma camada de junção de túnel 413B, uma célula GaInAs 440, e uma camada de contato 414 são sequencialmente depositadas no substrato de Si 10.

[000256] Um corpo em camadas 400 ilustrado na figura 14A é feito assumindo que luz solar entra a partir do lado inferior como visto na figura 14A.

[000257] O substrato de Si 10 é igual ao substrato de Si 10 da primeira modalidade.

[000258] A camada tampão 11 é formada por depositar diretamente uma camada Ge no substrato de Si 10 por um método CVD, e causando um defeito na camada Ge por executar um processo de ciclagem térmica (TCA) de modo que uma estrutura para relaxar a diferença na constante de rede de Si e Ge seja formada na camada Ge. Subsequentemente, um processo de achatamento é realizado na superfície da camada Ge.

[000259] A seguir, na camada Ge na qual a camada de achatamento foi realizada, uma camada GaAs é formada por um método MOCVD. Além disso, na camada GaAs, uma camada inclinada de composição feita de AlInAs é formada por um método MOCVD, de modo que relaxamento adicional de rede é realizado.

[000260] Especificamente, como a camada inclinada de composição feita de AlInAs, a razão de composição de In na camada é gradualmente aumentada (em um modo inclinado), a o partir de AlAs (constante de rede: aproximadamente 5.65 A) tendo uma constante de rede que é substancialmente igual àquela de GaAs, para AlInAs tendo uma constante de rede que o levemente excede 5.8 A. A seguir, a razão de composição de In é levemente reduzida pouco antes da camada mais superior da camada inclinada de composição de AlInAs, de modo que a constante de rede da camada inclinada de composição de AlInAs o seja reduzida para 5.8 A. A seguir, como a camada mais superior da camada inclinada de composição feita de AlInAs, uma camada tendo uma razão de composição fixa de In é o formada, pelo que uma constante de rede de 5.8 A pode ser obtida.

[000261] Isto quer dizer, como a camada tampão 411, uma camada incluindo uma camada Ge, uma camada GaAs, e uma camada inclinada de composição feita de AlInAs, é formada no substrato de Si 10.

[000262] Além disso, a camada de contato 412 é principalmente uma camada a ser depositada na camada tampão 411 para conversão ôhmica com uma camada de metal 17 (vide a figura 16) a ser formada posteriormente. A camada de contato 412 é formada por depositar uma camada GaInAs na camada tampão 411 por um método MOCVD.

[000263] A célula AlInAs 420 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo alumínio (Al), índio (In), e arsênico (As) como matérias primas. A célula AlInAs 420 inclui uma camada n 421 e uma camada p 422. Por exemplo, a célula AlInAs 420 é formada por um método MOCVD, por sequencialmente depositar a camada n 421 e a camada p 422 na camada de contato 412.

[000264] Como o dopante da camada n 421, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 22, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. No quarto exemplo, a composição de Al, In e As é ajustada de modo que a abertura de banda da célula AlInAs 420 se torne 1.9 eV.

[000265] A constante de rede da célula AlInAs 420 é o ajustada aproximadamente em 5.8 A, e a célula AlInAs 420 pode crescer em cristal na camada tampão 411.

[000266] Observe que entre a camada n 421 e a camada de contato 412 da célula AlInAs 420 (lado incidente à célula AlInAs 420), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula AlInAs 420 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 422 (entre a camada p 422 e a camada de junção de túnel 413A), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula AlInAs 420 pode ser formada.

[000267] A camada de junção de túnel 413A é fornecida entre a célula AlInAs 420 e a célula GaInPAs 430, e inclui uma camada p e uma camada n de AlInAs que foram dopadas em uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 421 e camada p 22 da célula AlInAs 420 e uma camada n 31 e uma camada p 432 da célula GaInPAs 430. A camada de junção de túnel 413A é uma camada de junção, que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada p 422 da célula AlInAs 420 e a camada n 431 da célula GaInPAs 430 (por junção de túnel).

[000268] Por exemplo, a camada de junção de túnel 413A é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente uma camada AlInAs tipo p e uma camada AlInAs tipo n na ordem mencionada na superfície da célula AlInAs 420. A camada p e a camada n da camada de junção de túnel 413A são preferivelmente formadas com um material tendo uma abertura de banda maior do que aquela da célula AlInAs 420. Isso é para evitar que a luz que foi transmitida através da célula AlInAs 420 seja absorvida na camada de junção de túnel 413A.

[000269] Observe que a composição da camada de junção de túnel 413A é ajustada de modo que sua constante de rede se torne aproximadamente 5.8 A, e a camada de junção de túnel 413A possa crescer em cristal na célula AlInAs 420.

[000270] A célula GaInPAs 430 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga), índio (In), fósforo (P) e arsênico (As) como matérias primas. A célula GaInPAs 430 inclui a camada n 431 e a camada p 432. Por exemplo, a célula GaInPAs 430 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente a camada n 431 e a camada p 432 na camada de junção de túnel 413A.

[000271] Como o dopante da camada n 431, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 432, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. Na quarta modalidade, a composição de Ga, In, P e As é ajustada de modo que a abertura de banda da célula GaInPAs 430 se torne 1.3 eV.

[000272] A composição da célula GaInPAs 430 é ajustada de modo que a constante de rede se torne aproximadamente 5.8 o A, e a célula GaInPAs 430 pode crescer em cristal na camada de junção de túnel 413A.

[000273] Além disso, entre a camada n 431 da célula GaInPAs 430 e a camada de junção de túnel 413A (lado incidente à célula GaInPAs 430), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInPAs 430 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 432 (entre a camada p 432 e a camada de junção de túnel 413B), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInPAs 430 pode ser formada.

[000274] A camada de junção de túnel 413B é fornecida entre a célula GaInPAs 430 e a célula GaINAs 440, e inclui uma camada n e uma camada p que foram dopadas em uma densidade mais elevada do que aquela da camada n 431 e camada p 432 da célula GaInPAs 430 e uma camada n 441 e uma camada p 442 da célula GaInAs 440. A camada de junção de túnel 413B é uma camada de junção, que é fornecida de modo que uma corrente flua entre a camada p 432 da célula GaInPAs 430 e a camada n 441 da célula GaInAs 440 (por junção de túnel).

[000275] Por exemplo, a camada de junção de túnel 413B é formada por um método MOCVD, por depositar uma camada AlGaInAs tipo p e uma camada AlGaInAs tipo n na ordem mencionada na superfície da célula GaInPAs 430. A camada p e a camada n da camada de junção de túnel 413B são preferivelmente formadas com um material tendo uma abertura de banda maior do que aquela da célula GaInPAs 430. Isso é para evitar a luz que foi transmitida através da célula GaInPAs 430 seja absorvida na camada de junção de túnel 413B.

[000276] Observe que a composição da camada de junção de túnel 413B é ajustada de modo que sua constante de rede se o torne aproximadamente 5.8 A, e a camada de junção de túnel 413B possa crescer em cristal na célula GaInPAs 430.

[000277] A célula GaInAs 440 é uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto, incluindo gálio (Ga), índio (In), e arsênico (As) como matérias primas. A célula GaInAs 440 inclui a camada n 441 e a camada p 442. Por exemplo, a célula GaInAs 440 é formada por um método MOCVD, por depositar sequencialmente a camada n 441 e a camada p 442 na camada de junção de túnel 413B.

[000278] Como o dopante da camada n 441, por exemplo, silício (Si) ou selênio (Se) pode ser usado. Além disso, como o dopante da camada p 442, por exemplo, zinco (Zn) ou magnésio (Mg) pode ser usado. No quarto exemplo, a composição de Ga, In e As é ajustada de modo que a abertura de banda da célula GaInAs 440 se torne 0.9 eV.

[000279] A composição da célula GaInAs 440 é ajustada de modo que a constante de rede se torne aproximadamente 5.8 o A, e a célula GaInAs 440 possa crescer em cristal na camada de junção de túnel 413B.

[000280] Além disso, entre a camada n 441 da célula GaInAs 440 e a camada de junção de túnel 413B (lado incidente à célula GaInAs 440), uma camada de janela tendo uma abertura maior do que aquela da célula GaInAs 440 pode ser formada. Além disso, acima da camada p 442 (entre a camada p 442 e a camada de contato 414), uma camada BSF (Campo de superfície posterior) tendo uma abertura mais larga do que aquela da célula GaInAs 440 pode ser formada.

[000281] A camada de contato 414 é principalmente uma camada a ser depositada na célula GaInAs 40 para conexão ôhmica com um eletrodo (camada de metal 415A) a ser formado posteriormente. Por exemplo, uma camada de arsenieto índio gálio (GaInAs) é usada como a camada de contato 414. Por exemplo, a camada GaInAs atuando como a camada de contato 41 pode ser formada na célula GaInAs 440 por um método MOCVD.

[000282] Observe que a composição da camada de contato 414 é ajustada de modo que sua constante de rede se torne o aproximadamente 5.8 A, e a camada de contato 41 pode crescer em cristal na camada de junção de túnel 413B.

[000283] Como descrito acima, o corpo em camadas 400 ilustrado na figura 14A é formado por depositar sequencialmente no substrato de Si 10 e a camada tampão 411, a camada de contato 412 que é o lado incidente de luz, a célula AlInAs 420, a célula GaInPAs 430, a célula GaInAs 440, e a camada de contato 41, na ordem mencionada.

[000284] Por conseguinte, a célula AlInAs 420 (1.9 eV) tendo a abertura de banda mais larga é fornecida mais próxima ao lado incidente de luz, do que a célula GaInPAs 430 (1.3 eV) e a célula GaInAs 440 (0.9 eV).

[000285] Além disso, a célula GaInPAs 430 (1.3 eV) é fornecida mais próxima ao lado incidente de luz, do que a célula GaInAs 440 (0.9 eV).

[000286] A seguir, como ilustrado na figura 14B, um substrato de suporte 80 é preparado, e uma camada de metal 415A é formada na camada de contato 414, e uma camada de metal 15B é formada no substrato de suporte 80. As camadas de metal 415A, 15B são filmes finos feitos de um metal como ouro (Au) ou prata (Ag) , e podem ser formadas por um método de deposição a vapor ou um método de sublimação catódica. Além disso, o substrato de suporte 80 pode ser, por exemplo, um filme feito de plástico.

[000287] Observe que o objeto formado por formar a camada de metal 415A na camada de contato 414 do corpo em camadas 400 ilustrado na figura 8A é mencionado como um corpo em camadas 400A.

[000288] A seguir, como ilustrado na figura 15A, o corpo em camadas 400A é virado de cabeça para baixo, e uma camada de ligação 16 é usada para unir a camada de metal 415A do corpo em camadas 400A com a camada de metal 15B formada na superfície do substrato de suporte 80.

[000289] A camada de ligação 16 é formada, por exemplo, por aplicar na superfície da camada de metal 415A ou a camada de metal 15B, um material de junção como um agente epóxi condutivo formado, por exemplo, por incluir nanopartículas de prata (Ag) em resina epóxi. A camada de ligação 16 é formada, por exemplo, por aplicar o material de junção na camada de metal 415A ou a camada de metal 15B por impressão de tela.

[000290] Um corpo em camadas 400B como ilustrado na figura 15A é formado por unir juntas a camada de metal 415A e a camada de metal 15B utilizando a camada de ligação 16 como descrita acima. Nesse caso, a camada de ligação 16 é aquecida de modo que a camada de metal 415A e a camada de metal 15B sejam fundidas juntas pela camada de ligação 16. O corpo em camadas 400B inclui o corpo em camadas 400A, a camada de ligação 16, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80.

[000291] Observe que a camada de metal 415A, a camada de ligação 16, e a camada de metal 15B são utilizadas como o eletrodo inferior (eletrodo do lado posterior) da célula fotovoltaica.

[000292] A seguir, o substrato de Si 10 e a camada tampão 411 são removidas a partir do corpo em camadas 400B por cauterizar o substrato de Si 10 e a camada tampão 411 do corpo em camadas 400B ilustrado na figura 15A. Por conseguinte, um corpo em camadas 400C como ilustrado na figura 15B é formado. O corpo em camadas 400C é formado por remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 411 a partir do corpo em camadas 400B ilustrado na figura 15A.

[000293] A cauterização do substrato de Si 10 e camada tampão 411 é realizada, por exemplo, por cauterizar as camadas Ge no substrato de Si 10 e camada tampão 411, com uma solução misturada (solução misturada de HF:HNO3:CH3COOH) incluindo ácido fluorídrico (HF), ácido nítrico (HNO3) , e ácido acético (CH3COOH). Além disso, a camada GaAs e a camada inclinada de composição AlInAs na camada tampão 411 devem ser cauterizadas com uma solução misturada (solução misturada H2SO4:H2O2:H2O) incluindo ácido sulfúrico (H2SO4), peróxido de hidrogênio (H2O2) e água (H2O) .

[000294] Nesse caso, a solução misturada incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H20) dissolve o GaInAs na camada de contato 412, e portanto por fornecer uma camada de parar cauterização como uma camada GaInP entre a camada tampão 411 e a camada de contato 412A, o processos de cauterização úmida pode ser parado.

[000295] Observe que a cauterização deve ser realizada por proteger, com uma camada de proteção, as porções diferentes da superfície do substrato de Si 10 do corpo em camadas 400B (superfície superior como visto na figura 15A), e então impregnar o corpo em camadas 400B na solução cauterizada.

[000296] Isso quer dizer, as superfícies laterais do substrato de Si 10, a camada tampão 411, a camada de contato 412, a célula AlINAs 420, a camada de junção de túnel 413A, a célula GaInPAs 430, a camada de junção de túnel 413B, a célula GaInAs 440, a camada de contato 414, a camada de metal 415A, a camada de ligação 16, a camada de metal 15B, e o substrato de suporte 80 e a superfície do substrato de suporte 80 (superfície inferior como visto na figura 15A) devem ser protegidos por uma camada de proteção, e então o corpo em camadas 400B deve ser impregnado na solução de cauterização. Uma camada de proteção não será usada quando não há necessidade de proteção no processo de cauterização acima.

[000297] Além disso, nesse caso, uma descrição é dada de uma modalidade na qual tanto o substrato de Si 10 como a camada tampão 411 são removidos por cauterização. Entretanto, por remover a camada tampão 411 com o uso de uma solução para seletivamente cauterizar somente a camada tampão 411, o substrato de Si 10 pode ser removido a partir do corpo em camadas 400B. Como tal solução de cauterização, por exemplo, uma solução de ácido nitrofluorídrico (uma solução misturada de ácido fluorídrico e ácido nítrico) pode ser usada. Observe que a água pode ser adicionada à solução de ácido nitrofluorídrico para diluir a solução.

[000298] Por último uma camada de metal 17 é formada na superfície superior da camada de contato 412 do corpo em camadas 400C ilustrado na figura 15B. A camada de metal 17 é formada na parte da superfície superior da camada de contato 412. Isso é porque a camada de metal 17 se torna o eletrodo superior da célula fotovoltaica.

[000299] A camada de metal 17 pode ser formada, por exemplo, por um método de levantamento. A camada de metal 17 é formada por formar um meio de resistência na superfície superior da camada de contato 412 ilustrada na figura 15B, em áreas diferentes da área onde a camada de metal 17 ilustrada na figura 16 deve ser formada, depositando por vapor o metal como Au ou Ag a partir de cima do meio de resistência, e então removendo o meio de resistência.

[000300] Observe que uma camada de contato 412C ilustrada na figura 16 é formada por formar a camada de metal 17 (vide a figura 16) na superfície superior da camada de contato 412 ilustrada na figura 15B, e então utilizando essa camada de metal 17 como uma máscara na remoção de partes da camada de contato 412 (vide a figura 15B) diferente da parte posicionada imediatamente abaixo da camada de metal 17.

[000301] A camada de contato 412C pode ser feita, por exemplo, por utilizar um líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H2O) , como a solução de cauterização úmida. Para parar a solução de cauterização úmida formada pelo líquido misturado incluindo ácido sulfúrico (H2SO4) , peróxido de hidrogênio (H2O2) , e água (H2O), uma camada GaInP pode ser fornecida entre a célula AlInAs 420 e a camada de contato 412C.

[000302] De acordo com o acima, um corpo em camadas 400D ilustrado na figura 16 pode ser produzido. O corpo em camadas 400D é uma célula fotovoltaica incluindo três células de conversão fotoelétrica, isto é, a célula AlInAs 420 (1.9 eV), a célula GaInPAs 430 (1.3 eV) e a célula GaInAs 30 (0.9 eV). Isto quer dizer, o corpo em camadas 400D é uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto.

[000303] No corpo em camadas 400D, a camada tampão 411 é um exemplo de uma primeira camada tampão, e a célula AlInAs 420, a célula GaInPAs 430 e a célula GaInAs 440 são exemplos de uma primeira célula de conversão fotoelétrica. Além disso, o corpo em camadas 400B ilustrado na figura 15A é um exemplo de um primeiro corpo em camadas, e o substrato de Si 10 é um exemplo de um primeiro substrato de silício.

[000304] De acordo com o método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade descrita acima, o corpo em camadas 400B (vide a figura 15A) é feito por formar a camada tampão 111 no substrato de Si 10, e formar a célula AlInAs 420, a camada de junção de túnel 413A, a célula GaInPAs 430, a camada de junção de túnel 413B, a célula GaInAs 440, e a camada de contato 414, na camada tampão 411.

[000305] A seguir, após remover o substrato de Si 10 e a camada tampão 411 a partir do corpo em camadas 400B, a camada de metal 17 é formada na camada de contato 412, e a camada de contato 412C é formada a partir da camada de contato 412.

[000306] Isto quer dizer, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade, a camada tampão 411 para relaxar a diferença na constante de rede de silício e camada de semicondutor composto, é formada no substrato de Si barato 10, de modo que a célula AlInAs 420, a camada de junção de túnel 413A, a célula GaInPAs 430, a camada de junção de túnel 413B, a célula GaInAs 440, e a camada de contato 14 podem ser formadas no substrato de Si 10.

[000307] A seguir, no processo de fabricação, o substrato de Si 10 e a camada tampão 411 são removidos do corpo em camadas 400B (vide a figura 15A) por cauterização úmida do substrato de Si 10 e camada tampão 411.

[000308] Por conseguinte, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 400D) feito de um semicondutor composto pode ser fabricado em baixo custo.

[000309] Um documento (Progress in Photovoltaics 10, 2002, pág. 323-329) descreve que em uma célula fotovoltaica de junção tripla, a combinação de 1.9eV/1.3eV/0.9 eV é preferível.

[000310] Entretanto, a célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto incluído em tal célula fotovoltaica de junção tripla tem uma constante de rede que é diferente daquela de silício. Portanto, é difícil formar a célula de conversão fotoelétrica em um substrato de silício.

[000311] Enquanto isso, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade, no substrato de Si 10, é fornecida a camada tampão 11 para anular a diferença na constante de rede de Si e o semicondutor composto, e três células de conversão fotoelétrica (420, 430, 440) são causadas para crescer em cristal na camada tampão 11.

[000312] Desse modo, de acordo com a quarta modalidade, não há necessidade de formar uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto em um substrato tendo a mesma constante de rede que aquela de um semicondutor composto como um substrato GaAs e um substrato InP.

[000313] Na quarta modalidade, uma constante de rede predeterminada que corresponde com aquela do semicondutor composto é realizada pela camada tampão 11 formado no substrato de Si 10. A seguir, três células de conversão fotoelétrica (420, 430, 440) são induzidas para crescer em cristal na camada tampão 11. Portanto, uma célula fotovoltaica incluindo uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor composto pode ser fabricada em baixo custo, sem utilizar um substrato caro como um substrato GaAs e um substrato InP.

[000314] Uma estrutura na qual a camada tampão 11 tendo uma constante de rede predeterminada que casa com aquela do semicondutor composto é formada no substrato de Si 10, pode atuar como um pseudo substrato de um substrato caro como um substrato GaAs e um substrato InP.

[000315] A eficiência de conversão de energia de uma célula fotovoltaica de junção tripla tendo uma combinação de aberturas de banda de 1.9 eV/1.3 eV/0.9 eV de acordo com a quarta modalidade, é mais elevada do que aquela de uma célula fotovoltaica de junção tripla padrão tendo uma combinação de aberturas de banda de 1.9 eV/1.4 eV/0.66 eV.

[000316] Desse modo, de acordo com a quarta modalidade, uma célula fotovoltaica de eficiência elevada, baixo custo feita de um semicondutor composto pode ser produzida, sem utilizar um substrato semicondutor composto como um substrato GaAs e um substrato InP.

[000317] Além disso, a camada tampão 11 que é para realizar relaxamento de rede para eliminar uma inconsistência na constante de rede do substrato de Si 10 e as células de conversão fotoelétrica feitas de um semicondutor composto (420, 430, 440), inclui muitos defeitos (defeitos de rede). Portanto, se a camada tampão 11 for incluída no produto final, um centro de recombinação pode ser formado, que pode deteriorar a eficiência.

[000318] Entretanto, a camada tampão 11 é removida em um procedimento médio do método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade, e não é incluído no produto final (corpo em camadas 400D).

[000319] Portanto, pelo método de fabricação de célula fotovoltaica de acordo com a quarta modalidade, uma célula fotovoltaica (corpo em camadas 400D) tendo elevada confiabilidade pode ser fabricado.

[000320] Na célula fotovoltaica fabricada pelo método de fabricação de acordo com a quarta modalidade, a camada tampão 11 para relaxar a diferença na constante de rede não permanece no produto final da célula fotovoltaica e, portanto, é possível fabricar uma célula fotovoltaica tendo confiabilidade mais elevada do que a célula fotovoltaica descrita no documento não de patente 1.

[000321] Além disso, de acordo com a quarta modalidade, o substrato de Si 10 é removido, e células de conversão fotoelétrica (420, 430, 440) feitas de um semicondutor composto são ligadas juntas com o substrato de suporte 80 feito de um filme de plástico e, portanto, uma célula fotovoltaica leve e flexível pode ser fabricada.

[000322] Além disso, um filme antirreflexo pode ser formado na superfície incidente de luz (a parte não coberta pela camada de contato 412C ou a camada de metal 17) na superfície superior da célula AlInAs 420 da célula fotovoltaica (corpo em camadas 400D) ilustrada na figura 16.

[000323] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um método de fabricação de célula fotovoltaica é fornecido, pelo qual uma célula fotovoltaica feita de um semicondutor composto pode ser fabricado em baixo custo.

[000324] O método de fabricação de célula fotovoltaica não é limitado às modalidades específicas descritas aqui, e variações e modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção.

[000325] O presente pedido é baseado em e reivindica o benefício de prioridade do pedido de patente de prioridade japonesa no. 2012-257829, depositado em 26 de novembro de 2012 e pedido de patente de prioridade japonesa no. 2013-187295, depositado em 10 de setembro de 2013, cujos teores na íntegra são pelo presente incorporados aqui a título de referência.

Claims

1. Método de fabricação de célula fotovoltaica caracterizado pelo fato de compreender: depositar uma primeira camada tampão (11) para executar relaxamento de rede em um primeiro substrato de silício (10); depositar uma camada de contato (12) na primeira camada tampão (11); depositar uma primeira célula de conversão fotoelétrica (20, 30) na camada de contato (12), a primeira célula de conversão fotoelétrica sendo formada com um composto semicondutor incluindo uma junção pn, e a primeira célula de conversão fotoelétrica (20, 30) tendo uma constante de rede que é mais elevada do que aquela de silício; conectar um substrato (80) de suporte à primeira célula de conversão fotoelétrica para formar um primeiro corpo em camadas; e remover a primeira camada tampão (11) e o primeiro substrato de silício (10) a partir do primeiro corpo em camadas para expor a camada de contato (12) em uma superfície do primeiro corpo em camadas.

2. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira célula de conversão fotoelétrica (20, 30) é uma célula de múltiplas junções na qual pelo menos duas células de conversão fotoelétrica são empilhadas, que são empilhadas em série entre si em uma direção de pilha.

3. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira célula de conversão fotoelétrica (20, 30) é formada com um material tendo uma constante de rede que está entre uma constante de rede de GaAs e uma constante de rede de InP.

4. Método de fabricação de célula fotovoltaica caracterizado pelo fato de que compreende: depositar uma primeira camada tampão (311A) para executar relaxamento de rede em um primeiro substrato de silício (10A); depositar uma primeira camada de contato (312A) na primeira camada tampão (311A); depositar uma primeira célula de conversão fotoelétrica (340, 350) na camada de contato (312A) para formar um primeiro corpo em camadas (300A), a primeira célula de conversão fotoelétrica sendo formada com um composto semicondutor incluindo uma junção pn, e a primeira célula de conversão fotoelétrica tendo uma constante de rede que é mais elevada do que aquela de silício; depositar uma segunda camada tampão (11B) para executar relaxamento de rede em um segundo substrato de silício (10B); depositar uma segunda camada de contato (12B) na segunda camada tampão (11B); depositar uma segunda célula de conversão fotoelétrica (20, 30) na segunda camada de contato, a segunda célula de conversão fotoelétrica sendo formada com um composto semicondutor incluindo uma junção pn, e a segunda célula de conversão fotoelétrica tendo uma constante de rede que é mais elevada do que aquela de silício e diferente daquela da primeira célula de conversão fotoelétrica; formar um segundo corpo em camadas (300C) por unir a primeira célula de conversão fotoelétrica do primeiro corpo em camadas (300A) e a segunda célula de conversão fotoelétrica, o segundo corpo em camadas incluindo o primeiro substrato de silício, a primeira camada tampão, a primeira célula de conversão fotoelétrica, a segunda célula de conversão fotoelétrica, a segunda camada tampão e o segundo substrato de silício; remover a primeira camada tampão (311A) e o primeiro substrato de silício (10A) para expor a primeira camada de contato (312A); conectar um substrato de suporte (80) à primeira célula de conversão fotoelétrica para formar um terceiro corpo em camadas (300F); remover a segunda camada tampão (11B) e o segundo substrato de silício (10B) para expor a segunda camada de contato (12B).

5. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: depositar uma primeira camada de junção na primeira célula de conversão fotoelétrica após formar a primeira célula de conversão fotoelétrica; e depositar uma segunda camada de junção na segunda célula de conversão fotoelétrica, em que a formação do segundo corpo em camadas inclui unir a primeira célula de conversão fotoelétrica e a segunda célula de conversão fotoelétrica por unir a primeira camada de junção e a segunda camada de junção.

6. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: depositar uma primeira camada de junção na primeira célula de conversão fotoelétrica após formar a primeira célula de conversão fotoelétrica; e depositar uma segunda camada de junção na segunda célula de conversão fotoelétrica, em que a formação do segundo corpo em camadas inclui unir a primeira célula de conversão fotoelétrica e a segunda célula de conversão fotoelétrica por unir mecanicamente a primeira camada de junção e a segunda camada de junção por metal.

7. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que uma dentre a primeira célula de conversão fotoelétrica e a segunda célula de conversão fotoelétrica é uma célula formada com um material correspondente de rede GaAs ou um material correspondente de rede Ge, e outra dentre a primeira célula de conversão fotoelétrica e segunda célula de conversão fotoelétrica é uma célula formada com um material correspondente de rede InP.

8. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a segunda célula de conversão fotoelétrica é uma célula de múltiplas junções na qual pelo menos duas células de conversão fotoelétrica são empilhadas, que são empilhadas em série entre si em uma direção de pilha.

9. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma parte da primeira camada tampão é uma camada Ge ou uma camada SiGe.

10. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a primeira camada tampão é uma camada de rede super tensionada incluindo GaAs.

11. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a remoção da primeira camada tampão e o primeiro substrato de silício, ou a remoção da segunda camada tampão e o segundo substrato de silício inclui cauterizar seletivamente uma camada de sacrifício fornecida entre uma camada tampão e uma célula de conversão fotoelétrica.

12. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a remoção da primeira camada tampão e o primeiro substrato de silício, ou a remoção da segunda camada tampão e do segundo substrato de silício, inclui implantar íons de hidrogênio em um substrato de Si e executar desprendimento em temperatura elevada.

13. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato de suporte é um filme feito de plástico.

14. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato de suporte é um substrato de silício e o substrato de silício inclui uma célula de conversão fotoelétrica feita de um semicondutor de silício.

15. Método de fabricação de célula fotovoltaica, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira célula de conversão fotoelétrica é formada com um material tendo energia de abertura de banda de 1.4 eV até 1.9 eV.