JP2012054388A - Method of manufacturing thin film compound solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜化合物太陽電池の製造方法に関し、特に、1以上のpn接合が形成された化合物半導体層を有する薄膜化合物太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film compound solar cell, and particularly to a method for manufacturing a thin film compound solar cell having a compound semiconductor layer in which one or more pn junctions are formed.
従来の薄膜化合物太陽電池は、以下の図10〜図14に示されるように製造される。図10〜図14は、従来の薄膜化合物太陽電池の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。 Conventional thin film compound solar cells are manufactured as shown in FIGS. FIGS. 10-14 is typical sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of the conventional thin film compound solar cell.
まず、図10に示されるように、基板101上に、化合物半導体層120としてエッチングストップ層104、第1コンタクト層105、エミッタ層106、ベース層107、および第2コンタクト層108をこの順に積層する。このようにして形成される各層のうち、第1コンタクト層105、エミッタ層106、ベース層107、第2コンタクト層108が最終的に太陽電池を構成する層となる。
First, as shown in FIG. 10, an
次に、図11に示されるように、第2コンタクト層108の全面に裏面電極110を形成する。そして、図12に示されるように、裏面電極110上に両面粘着型の両面熱発泡シート114を貼り合わせ、さらに補強材としてガラス基板115を貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 11, the
そして、図13に示されるように、基板101およびエッチングストップ層104をエッチングにより除去し、第1コンタクト層105を露出させる。次に、第1コンタクト層105をパターニングすることにより、図14に示されるように、セルの領域を確定し、さらにセルを電気的に分離するためのメサエッチングを行なう。そして最後に、パターニングされた第1コンタクト層105上に表面電極116を形成することにより、セル化を行なう。
Then, as shown in FIG. 13, the
このように従来の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板をエッチングにより除去していたため、基板の厚みが厚みほど製造コストが高くなるという問題があった。このような問題を解決するための手法として、エピタキシャルリフトオフと呼ばれる技術がある。 As described above, the conventional method of manufacturing a thin film compound solar cell has a problem that the manufacturing cost increases as the thickness of the substrate increases because the substrate is removed by etching. As a technique for solving such a problem, there is a technique called epitaxial lift-off.
エピタキシャルリフトオフとは、基板と化合物半導体層との間にAlAsからなる犠牲層を作製し、かかる犠牲層をエッチャントによって除去することにより、基板と化合物半導体層とを分割するというものである。たとえば特許文献1、特許文献2、および非特許文献1には、エピタキシャルリフトオフにより基板と化合物半導体層とを分割する方法が開示されている。
The epitaxial lift-off means that a sacrificial layer made of AlAs is formed between the substrate and the compound semiconductor layer, and the sacrificial layer is removed by an etchant to divide the substrate and the compound semiconductor layer. For example,
特許文献1に記載のエピタキシャルリフトオフは、AlAsからなる犠牲層にエッチャントが染み込むための領域が非常に狭い。このため、犠牲層のエッチングが進行して犠牲層の中心部にいくにつれて新鮮なエッチャントが犠牲層の側面に行渡りにくくなり、特にウエハの中心部ではエッチングレートが極端に遅くなる。
The epitaxial lift-off described in
したがって、ウエハのサイズが大きくなると、基板と化合物半導体層とを分割するための時間が相当長くなるという問題がある。しかも、一度犠牲層によって分割した基板が、化合物半導体層と接触すると、接触した箇所が付着して剥離できないという問題もあった。 Therefore, when the size of the wafer is increased, there is a problem that the time for dividing the substrate and the compound semiconductor layer is considerably increased. In addition, when the substrate once divided by the sacrificial layer comes into contact with the compound semiconductor layer, there is also a problem that the contacted portion adheres and cannot be peeled off.
また、非特許文献1には、化合物半導体層にフィルムを貼り付け、かかるフィルムに錘を取り付けることにより、犠牲層の界面に強制的に隙間を形成した上でエピタキシャルリフトオフをする技術が開示されている。このように錘付のフィルムを化合物半導体層に貼り付けることにより、エッチャントが犠牲層の側面に染み込みやすくなる。
Non-Patent
しかしながら、非特許文献1のエピタキシャルリフトオフでは、犠牲層のエッチングが進むと化合物半導体層が割れるという問題があった。この原因はおそらく、エッチングが進んだときに犠牲層にかかる応力が大きくなることによるものと考えられる。すなわち、エッチングの前後で錘や化合物半導体層の自重は常に一定であるが、エッチングにより犠牲層の側面から除去されると、犠牲層の断面積は徐々に小さくなるため、犠牲層にかかる単位面積あたりの応力は徐々に増加し、この応力に耐えられなくなったときに化合物半導体層が割れるものと推察される。
However, the epitaxial lift-off of Non-Patent
特許文献2に開示されるエピタキシャルリフトオフも、化合物半導体層の自重により、犠牲層に隙間を作り、もってその隙間からエッチャントを染み込ませるというものである。しかし、上述の非特許文献1と同様の理由により、化合物半導体層が割れやすいという問題があった。
The epitaxial lift-off disclosed in
また、非特許文献1および特許文献2のいずれのエピタキシャルリフトオフも、化合物半導体層を水平にしてエッチングを行なう必要があることから、量産するには広い場所を必要とし、大量生産には適していなかった。
In addition, since the epitaxial lift-off in both
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイズが大きい基板であっても、犠牲層のエッチングレートが低下することなく短時間でエッチングでき、かつ化合物半導体層が割れにくく、しかも大量生産に適した薄膜化合物太陽電池の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the current situation as described above, and the object of the present invention is that even a large-sized substrate can be etched in a short time without decreasing the etching rate of the sacrificial layer, And it is providing the manufacturing method of the thin film compound solar cell which a compound semiconductor layer cannot break easily, and is suitable for mass production.
本発明の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板上に、犠牲層および1以上のpn接合を有する化合物半導体層を形成するステップと、化合物半導体層の側面をエッチングにより除去するステップと、化合物半導体層上に裏面電極を形成するステップと、裏面電極上に補強材および熱収縮性材料を貼り合わせるステップと、熱収縮性材料を加熱するステップと、犠牲層をエッチングを用いて除去することにより、基板を剥離するステップと、熱収縮性材料を剥離して補強材を露出させるステップと、補強材上に補強基板を貼り合わせるステップと、化合物半導体層を構成するエッチングストップ層を除去するステップと、化合物半導体層を構成する第1コンタクト層をパターニングするステップと、パターニングされた第1コンタクト層上に表面電極を形成するステップと、補強基板を剥離するステップとを含み、熱収縮性材料は、熱を加えるとその中心方向に収縮する材料であることを特徴とする。 The method for manufacturing a thin film compound solar cell according to the present invention includes forming a compound semiconductor layer having a sacrificial layer and one or more pn junctions on a substrate, removing a side surface of the compound semiconductor layer by etching, and a compound semiconductor. Forming a back electrode on the layer; bonding a reinforcing material and a heat-shrinkable material on the back electrode; heating the heat-shrinkable material; and removing the sacrificial layer using etching. Peeling the substrate, peeling the heat-shrinkable material to expose the reinforcing material, bonding the reinforcing substrate on the reinforcing material, removing the etching stop layer constituting the compound semiconductor layer, Patterning a first contact layer constituting the compound semiconductor layer, and on the patterned first contact layer And forming a surface electrode, and a step of separating the reinforcing substrate, heat-shrinkable material, characterized in that it is a material which shrinks in the center direction when the application of heat.
熱収縮性材料は、長尺状のフィルムであって、その面内の一方向の収縮力が大きい材料であることが好ましく、熱収縮性PETフィルムであることがより好ましい。熱収縮性材料は、熱膨張係数の異なる材料を、両面粘着剤を介して貼り合わされたものであることが好ましい。 The heat-shrinkable material is a long film, preferably a material having a large shrinkage force in one direction in the plane, and more preferably a heat-shrinkable PET film. The heat-shrinkable material is preferably a material obtained by bonding materials having different thermal expansion coefficients via a double-sided adhesive.
熱収縮性材料を加熱するステップにおいて、加熱する温度は40℃以上100℃以下であることが好ましい。補強基板を剥離するステップの後に、表面電極を焼成するステップを含むことが好ましい。 In the step of heating the heat-shrinkable material, the heating temperature is preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. Preferably, the method includes a step of firing the surface electrode after the step of peeling the reinforcing substrate.
本発明は、上記のような構成を有することにより、犠牲層のエッチングレートが低下することないため短時間でエッチングでき、化合物半導体層が割れずに、しかも大量生産に適した薄膜化合物太陽電池の製造方法を提供する。 The present invention has a structure as described above, so that the etching rate of the sacrificial layer does not decrease, so that the etching can be performed in a short time, the compound semiconductor layer does not break, and the thin film compound solar cell suitable for mass production. A manufacturing method is provided.
以下、本発明の薄膜化合物太陽電池の製造方法を図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。 Hereinafter, the manufacturing method of the thin film compound solar cell of this invention is demonstrated using drawing. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.
<薄膜化合物太陽電池の製造方法>
本発明の薄膜化合物太陽電池の製造方法は、基板1上に、犠牲層3および1以上のpn接合を有する化合物半導体層20を形成するステップと(図1)、該化合物半導体層20の側面をエッチングにより除去するステップと(図2)、該化合物半導体層20上に裏面電極10を形成するステップと(図3)、該裏面電極10上に補強材11および熱収縮性材料13を貼り合わせるステップと(図4)、該熱収縮性材料13を加熱するステップと、犠牲層3をエッチングを用いて除去することにより(図5)、基板1を剥離するステップと(図6)、熱収縮性材料13を剥離して補強材11を露出させるステップと(図7)、補強材11上に補強基板15を貼り合わせるステップと(図8)、化合物半導体層20を構成するエッチングストップ層4を除去するステップと、化合物半導体層20を構成する第1コンタクト層5をパターニングするステップと、パターニングされた第1コンタクト層5上に表面電極16を形成するステップと、補強基板15を剥離するステップと(図9)を含み、熱収縮性材料13は、熱を加えるとその中心方向に収縮する材料であることを特徴とする。
<Method for Manufacturing Thin Film Compound Solar Cell>
The method for manufacturing a thin film compound solar cell of the present invention includes a step of forming a
上記のような各ステップを用いて薄膜化合物太陽電池を作製することにより、犠牲層3のエッチングを効率的に行なうことができる。すなわち、化合物半導体層20に熱収縮性材料13を貼り付けて加熱することにより、熱収縮性材料13がカールするとともに、これに追随して化合物半導体層がカールする。このような状態で犠牲層3をエッチングすることにより、犠牲層3の界面が広がる方向に力が作用し、犠牲層3の側面に新たなエッチャントが導入されやすくなる。このようにエッチャントを導入することにより、エッチングが進みやすくなり、エッチングによって犠牲層3を除去する時間を短縮することができる。
Etching of the
本発明の製造方法は、従来技術のように、化合粒半導体層の重みを利用したり、重りをつけたりすることがないことから、犠牲層の界面に過度な応力がかからないので、基板から剥離した化合物半導体層が割れにくい。以下においては、図面を参照しつつ本発明の薄膜化合物太陽電池の製造方法を構成する各ステップを説明する。 Since the manufacturing method of the present invention does not use the weight of the compound-granulated semiconductor layer or apply a weight as in the prior art, it does not apply excessive stress to the interface of the sacrificial layer, and thus peeled off from the substrate. The compound semiconductor layer is difficult to break. Below, each step which comprises the manufacturing method of the thin film compound solar cell of this invention is demonstrated, referring drawings.
(化合物半導体層を形成するステップ)
図1は、基板上に化合物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。図1に示されるように、基板1上に、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いて、バッファ層2、犠牲層3、エッチングストップ層4、第1コンタクト層5、エミッタ層6、ベース層7、および第2コンタクト層8の順に、結晶成長させる。以下において、エッチングストップ層4、第1コンタクト層5、エミッタ層6、ベース層7、および第2コンタクト層8のことを総称して「化合物半導体層20」と記す。
(Step of forming a compound semiconductor layer)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state after a compound semiconductor layer is formed on a substrate. As shown in FIG. 1, a
ここで、本発明における基板1は、その上に形成するバッファ層2の下地となるものである。このため、基板1は、バッファ層2と格子定数が近いことが好ましい。このような基板の材料としては、たとえばゲルマニウム(Ge)や、ガリウム砒素(GaAs)等を挙げることができる。
Here, the board |
また、本発明における犠牲層3は、エッチングされやすい半導体であればいかなるものをも用いることができる。ここで、本発明の「犠牲層」は、基板と化合物半導体層との間に設けられるものであって、その層をエッチングなどで除去することにより、基板と化合物半導体層とを分割するために設けられるものである。このような犠牲層3に用いる半導体としては、AlAsを挙げることができる。これらの中でもAlAsからなる犠牲層3を用いる場合、犠牲層3をエッチングするためのエッチャントとしては、たとえばフッ酸と水とを1対10の比率で混合したフッ酸水溶液を用いることが好ましい。後述するステップで、犠牲層3をエッチングして除去することにより、基板1と化合物半導体層20とを分離する。
The
本発明におけるエッチングストップ層4は、犠牲層3がエッチングされるときに化合物半導体層20の太陽電池を構成する各層がエッチャントに曝されないようにするために保護するものである。このようなエッチングストップ層4を構成する材料としては、たとえばInGaPを挙げることができる。
The
本発明におけるエミッタ層6およびベース層7は、化合物半導体層20の構成のうちのpn接合の構造をなすものである。この部分に太陽光が照射されることにより、キャリアが生じて電流が発生する。
The
(化合物半導体層の側面をエッチングにより除去するステップ)
図2は、化合物半導体層の側面の一部をエッチングで除去した後の状態を示す模式的な断面図である。化合物半導体層20の側面をエッチング液でエッチングすることにより、図2に示されるように、犠牲層3の表面の一部を露出させる。このように化合物半導体層20の側面をエッチングにより除去することにより、各太陽電池セルが電気的に分離されて、太陽電池セルの領域が確定する。また、犠牲層3が露出することにより、エッチング液が犠牲層3に伝わりやすくなり、犠牲層3をエッチングしやすくなる。
(Step of removing the side surface of the compound semiconductor layer by etching)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state after part of the side surface of the compound semiconductor layer is removed by etching. By etching the side surface of the
ここで、化合物半導体層20の側面をエッチングする方法としては、まず第2コンタクト層8上に保護膜9を塗布し、化合物半導体層20よりも少し狭い領域の保護膜9をフォトリソグラフィにより残し、それ以外の保護膜9を取り除くという方法がある。そして、保護膜9でマスキングした領域以外の化合物半導体層20をエッチング液でエッチングすることにより、図2に示されるように、化合物半導体層20の側面をエッチングすることができる。その後、保護膜9を除去する。
Here, as a method of etching the side surface of the
(裏面電極を形成するステップ)
図3は、第2コンタクト層上に裏面電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。図3に示されるように、保護膜9でエッチングされなかった領域の第2コンタクト層8を、メタルマスク等でパターニングした上で、蒸着することにより第2コンタクト層8上に裏面電極10を形成する。裏面電極に用いられる材料としては、Au/Ag、Ti/Pd/Ag等を挙げることができる。ここで、上記「Au/Ag」とは、第2コンタクト層8側から順に、Au層とAg層とをこの順に形成することを意味する。
(Step of forming the back electrode)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state after the back electrode is formed on the second contact layer. As shown in FIG. 3, the
(熱収縮性材料を貼り合わせるステップ)
図4は、裏面電極上に補強材を介して熱収縮性材料を貼り合わせた後の状態を示す模式的な断面図である。図4に示されるように、裏面電極10上に粘着材料付きの補強材11を貼り合わせる。さらに、補強材11の上にUVを照射すると剥離しやすくなる剥離テープ12を貼り合わせる。そして、剥離テープ12上に、熱収縮性材料13を貼り合わせる。以上のようにして裏面電極10上に補強材11および熱収縮性材料13を形成する。なお、補強材11と熱収縮性材料13との間に剥離テープ12を設ける場合を説明したが、必ずしも剥離テープを間に設ける必要はない。
(Step of bonding heat shrinkable material)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state after a heat-shrinkable material is bonded onto the back electrode via a reinforcing material. As shown in FIG. 4, a reinforcing
ここで、熱収縮性材料13としては、長尺状のフィルムを用いることが好ましい。長尺状のフィルム状を用いる場合、その面内の一方向の収縮力が大きい材料であることが好ましい。すなわち、長尺状のフィルムの面内の一方向を縦方向とし、該縦方向に直交する方向を横方向とすると、縦方向の収縮力と横方向の収縮力とが異なることが好適である。このような材料の熱収縮性材料13を用いることにより、面内の全方向で一様にフィルムが収縮してしまうことを防止し、もって熱収縮性材料13自体に皴が発生するのを抑制することができる。これによりエピ層に与えるダメージを緩和し、ウェハを高温に曝すことなく低温で熱収縮性材料13をカールさせることができる。
Here, as the heat-
このような熱収縮性材料としては、ポリエチレンテレフタラート(PET:Polyethylene Terephthalate)フィルム、トリアセチルセルロース(TAC:Tri Acetyl Cellulose)フィルムを用いることが好適である。中でもコストの面から熱収縮性PETフィルムを用いることが好ましい。ここで、「熱収縮性PETフィルム」とは、PETフィルムを面内のある一方向に延伸することによって形成されたものである。この熱収縮性PETフィルムに熱を加えると、面内のある一方向に特に収縮することになる。 As such a heat-shrinkable material, it is preferable to use a polyethylene terephthalate (PET) film or a triacetyl cellulose (TAC) film. Among them, it is preferable to use a heat-shrinkable PET film from the viewpoint of cost. Here, the “heat-shrinkable PET film” is formed by stretching a PET film in one in-plane direction. When heat is applied to the heat-shrinkable PET film, the heat-shrinkable PET film is particularly shrunk in one direction in the plane.
また、熱収縮性材料に熱を加えたときにカールしやすくするという観点からは、熱膨張係数の異なる材料を、両面粘着材を介して貼り合わせたものを用いてもよい。この場合、熱膨張係数の高い材料、すなわち熱を加えたときに膨張しやすい材料を化合物半導体層20側にすることが好ましい。これにより熱収縮性材料に熱が加わったときに、化合物半導体層20に対し、基板1から剥離する方向に引っ張り応力を生じさせることができ、もって犠牲層3のエッチングを早めることができる。
Further, from the viewpoint of facilitating curling when heat is applied to the heat-shrinkable material, materials obtained by bonding materials having different thermal expansion coefficients through a double-sided adhesive material may be used. In this case, a material having a high thermal expansion coefficient, that is, a material that easily expands when heat is applied is preferably provided on the
このような熱収縮性材料は、長尺状のフィルムを用いる場合、15μm以上150μm以下の膜厚であることが好ましく、より好ましくは50μm以上100μm以下である。このような膜厚のものを用いることにより、フィルムを貼り付けるときに気泡が混入することなく均一に貼り合わせることができる。 When such a heat-shrinkable material uses a long film, the film thickness is preferably 15 μm or more and 150 μm or less, more preferably 50 μm or more and 100 μm or less. By using a film having such a thickness, it is possible to uniformly bond the film without mixing bubbles when the film is bonded.
(熱収縮性材料を加熱するステップ)
図3に示されるように、熱収縮性材料13を貼り合わせた上で、オーブンに投入して加熱する。これにより熱収縮性材料13が熱により収縮し、化合物半導体層20の中心方向に向かって引っ張り応力が生じる。ここで、熱収縮性材料13の収縮力が大きいと、ウエハが反ってしまったり、化合物半導体層20が熱収縮性材料13に追随せずに剥離してしまったりする。このため、熱収縮性材料13が剥離しない程度であって、かつ収縮力が大きい条件に熱収縮性材料13を加熱することが好ましい。
(Step of heating the heat-shrinkable material)
As shown in FIG. 3, the heat-
熱収縮性材料13が剥離することなく、かつ収縮力を高めるという観点からは、40℃以上100℃以下の温度に加熱することが好ましく、たとえば熱収縮性材料13としてPETフィルムを用いる場合は、60℃に加熱することが好ましい。40℃未満であると、熱収縮性材料13が十分に収縮しないことにより、エッチングの速度が十分に向上せず、逆に100℃を超えると、テープに用いられる粘着材が変質するという問題が生じる。
From the viewpoint of increasing the shrinkage force without peeling off the heat-
(基板を剥離するステップ)
図5は、エッチングにより犠牲層を除去しているときの状態を示す模式的な断面図である。図5に示されるように、熱収縮性材料13を付着させた化合物半導体層20をエッチャントに浸漬させることにより、犠牲層3の外側から内側に向かってエッチングされる。そして、犠牲層3のエッチングが進行して、化合物半導体層20が基板1から離れるにしたがって、熱収縮性材料13が収縮して化合物半導体層20がカールしやすくなる。このように化合物半導体層20がカールすることにより、犠牲層3にエッチャントが触れやすくなり、エッチングが早まり基板1から化合物半導体層20を剥離しやすくなる。なお、エッチャントとしては上述したように、フッ酸と水とを1対10の比率で混合したフッ酸水溶液を用いることが好ましい。
(Step of peeling the substrate)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state when the sacrificial layer is removed by etching. As shown in FIG. 5, the
このときフッ酸水溶液の温度が高いほど犠牲層3のエッチング速度も速くなるが、エッチャントの温度を上げすぎると、熱収縮性材料13や補強材11等が剥離することがあるため、エッチャントの液温は40℃程度であることが好ましい。
At this time, the etching rate of the
図6は、エッチングにより犠牲層を除去した後の状態を示す模式的な断面図である。図6に示されるように、犠牲層3のエッチングが完了したときに、基板1と化合物半導体層20とが分離される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state after the sacrificial layer is removed by etching. As shown in FIG. 6, when the etching of the
(補強材を露出させるステップ)
図7は、熱収縮性材料を剥離した後の状態を示す模式的な断面図である。図6に示されるウエハの剥離テープ12に対し、UVを照射することにより、剥離テープ12とともに熱収縮性材料13を剥離し、補強材11を露出させる。このとき、図7に示されるように化合物半導体層20と裏面電極10と補強材11とからなるウエハとなる。
(Step of exposing the reinforcing material)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state after the heat-shrinkable material is peeled off. By irradiating the peeling
(補強基板を貼り合わせるステップ)
図8は、補強材上に補強基板を貼り合わせた後の状態を示す模式的な断面図である。上記で露出させた補強材11に対し、図8に示されるように、両面熱発泡シート14を貼り付けた上で、さらに両面熱発泡シート14の上に補強基板15を貼り合わせる。このようにして補強基板15を貼り合わせることにより、後の第1コンタクト層5をパターニングするステップなどでの作業性を向上させることができる。ここで、補強基板15としては、たとえばガラスを好適に用いることができる。
(Step of attaching the reinforcing substrate)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state after a reinforcing substrate is bonded onto a reinforcing material. As shown in FIG. 8, the double-sided thermal foamed
(エッチングストップ層を除去するステップ)
上記で補強基板15を貼り合わせた上で、図8に示されるエッチングストップ層4をエッチングを用いて除去する。これにより第1コンタクト層5をパターニングしやすいように露出させる。
(Step of removing the etching stop layer)
After bonding the reinforcing
(第1コンタクト層をパターニングするステップ)
次に、第1コンタクト層5に対し、メサエッチングを行なうことにより、第1コンタクト層5を一定のパターンにパターニングし、太陽電池セルを電気的に分離する。このような第1コンタクト層5のパターニングは、メサエッチングのみに限られるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。
(Step of patterning the first contact layer)
Next, mesa etching is performed on the
(表面電極を形成するステップ)
そして、パターニングされた第1コンタクト層5上に、表面電極16を形成することによりセル化を行なう。ここで、表面電極16に用いられる材料としては、Ti/Pd/Ag等を挙げることができる。
(Step of forming surface electrode)
Then, a cell is formed by forming a
(補強基板を剥離するステップ)
図9は、補強基板を剥離した後の状態を示す模式的な断面図である。最後に、図9に示されるように、補強材11、両面熱発泡シート14、および補強基板15を剥離することにより、本発明の化合物半導体太陽電池を作製する。
(Step of peeling the reinforcing substrate)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state after the reinforcing substrate is peeled off. Finally, as shown in FIG. 9, the reinforcing
(表面電極を焼成するステップ)
上記の補強基板15を剥離するステップの後に、表面電極16を焼成するステップを含むことが好ましい。ここで、焼成は、たとえば350℃で30分行なうことが好ましい。このような条件で表面電極16を焼成することにより、表面電極16の電極抵抗を低減することができる。
(Step of firing the surface electrode)
It is preferable to include a step of firing the
本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法は、上記のような各ステップを含むことにより、サイズが大きい基板であっても、犠牲層のエッチングレートが低下することなく短時間でエッチングでき、かつ化合物半導体層が割れにくく、しかも大量生産に適している。 The method for producing a compound semiconductor solar cell of the present invention includes the steps as described above, so that even a large substrate can be etched in a short time without decreasing the etching rate of the sacrificial layer, and the compound The semiconductor layer is hard to break and is suitable for mass production.
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
(化合物半導体層を形成するステップ)
本実施例では、図1に示されるように、厚みが400μmのGaAsからなる基板上に、MOCVD法を用いてAlGaAsからなるバッファ層2、10nmの厚みのAlAsからなる犠牲層3、化合物半導体層20を形成した。ここで、化合物半導体層20は、InGaPからなるエッチングストップ層4、GaAsからなる第1のコンタクト層5、InGaPからなるエミッタ層6およびベース層7、AlGaAsからなる第2のコンタクト層8をこの順に形成したものである。ここで、エミッタ層6とベース層7との接合面がpn接合となる。
(Step of forming a compound semiconductor layer)
In this embodiment, as shown in FIG. 1, on a substrate made of GaAs having a thickness of 400 μm, a
(化合物半導体層の側面をエッチングにより除去するステップ)
次に、図2に示されるように、化合物半導体層20の第2コンタクト層8の表面に、レジスト材料である保護膜9を塗布し、フォトリソグラフィを用いて第2コンタクト層8よりも若干広い領域だけ保護膜9を残し、それ以外の領域の保護膜9を取り除く。そして、保護膜9でマスキングした領域以外の化合物半導体層20の側面をエッチング液でエッチングすることにより、犠牲層3を露出させる。
(Step of removing the side surface of the compound semiconductor layer by etching)
Next, as shown in FIG. 2, a
(裏面電極を形成するステップ)
次に、図3に示されるように、第2コンタクト層8を、メタルマスク等でパターニングした上で、Au層とAg層とをこの順で蒸着することにより、第2コンタクト層8上に厚み3μmのAu/Agからなる裏面電極10を形成した。
(Step of forming the back electrode)
Next, as shown in FIG. 3, the
(熱収縮性材料を貼り合わせるステップ)
次いで、図4に示されるように、裏面電極10上に補強材11、および剥離テープ12を貼り合わせた。ここで、補強材11としては、熱発泡シート(製品名:熱発泡シート(日東電工株式会社製))を用い、剥離テープ12としては、UV感光性のUV剥離テープを用いた。そして、剥離テープ12上に、熱収縮性材料13として厚み50μmの熱収縮性PETフィルムを貼り合わせた。
(Step of bonding heat shrinkable material)
Next, as shown in FIG. 4, the reinforcing
(熱収縮性材料を加熱するステップ)
上記で熱収縮性材料13を貼り合わせたものをオーブンに投入して60℃に加熱した。これにより熱収縮性材料13が熱により収縮し、化合物半導体層20の中心方向に向かって引っ張り応力が加わった。
(Step of heating the heat-shrinkable material)
What bonded the heat-
(基板を剥離するステップ)
次に、図5に示されるように、熱収縮性材料13を付着させた化合物半導体層20をエッチャントに浸漬させた。エッチャントとしては、フッ酸と水とを1対10の比率で混合したフッ酸水溶液を用い、エッチャントの液温を40℃とした。犠牲層3のエッチングが進行するにつれて、化合物半導体層20のカールが強くなったため、エッチャントが犠牲層3の側面に触れさせることができた。このため最後までエッチング速度が衰えることなく犠牲層3をエッチングした。
(Step of peeling the substrate)
Next, as shown in FIG. 5, the
(補強材を露出させるステップ)
次に、図6に示される剥離テープ12に対し、UVを照射して剥離テープ12とともに熱収縮性材料13を剥離し、補強材11を露出させて、図7に示される形状のウエハとした。
(Step of exposing the reinforcing material)
Next, UV is irradiated to the peeling
(補強基板を貼り合わせるステップ)
そして、上記で露出させた補強材11に対し、図8に示されるように、両面熱発泡シート14(製品名:熱発泡シート(日東電工株式会社製))を貼り付けた上で、さらに両面熱発泡シート14の上にガラスからなる補強基板15(ガラス基板)を貼り合わせた。
(Step of attaching the reinforcing substrate)
Then, as shown in FIG. 8, a double-sided thermal foam sheet 14 (product name: thermal foam sheet (manufactured by Nitto Denko Corporation)) is attached to the reinforcing
(エッチングストップ層を除去するステップ)
上記で補強基板15を貼り合わせた上で、図8に示されるエッチングストップ層4をエッチングを用いて除去した。
(Step of removing the etching stop layer)
After bonding the reinforcing
(第1コンタクト層をパターニングするステップ)
次に、第1コンタクト層5に対し、メサエッチングを行なうことにより、第1コンタクト層5を一定のパターンにパターニングし、太陽電池セルを電気的に分離した。
(Step of patterning the first contact layer)
Next, mesa etching was performed on the
(表面電極を形成するステップ)
そして、パターニングされた第1コンタクト層5上に、Ti/Pd/Agからなる表面電極16を形成することによりセル化を行なった。
(Step of forming surface electrode)
A cell was formed by forming a
(補強基板を剥離するステップ)
そして、図9に示されるように、補強材11、両面熱発泡シート14、および補強基板15を剥離した。
(Step of peeling the reinforcing substrate)
And as FIG. 9 shows, the reinforcing
(表面電極を焼成するステップ)
最後に、表面電極16を350℃で30分間焼成した。これにより、表面電極16の電極抵抗を低減した。以上の各ステップにより、本発明の化合物半導体太陽電池を作製した。
(Step of firing the surface electrode)
Finally, the
以上の各ステップからなる本実施例の化合物半導体太陽電池の製造方法は、従来の化合物半導体太陽電池よりも、犠牲層を短時間でエッチングでき、かつ化合物半導体層が割れにくく、しかも大量生産に適していた。 The manufacturing method of the compound semiconductor solar cell of the present embodiment comprising the above steps can etch the sacrificial layer in a shorter time than the conventional compound semiconductor solar cell, and the compound semiconductor layer is less likely to break, and is suitable for mass production. It was.
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,101 基板、2 バッファ層、3 犠牲層、4,104 エッチングストップ層、5,105 コンタクト層、6,106 エミッタ層、7,107 ベース層、8,108 コンタクト層、9 保護膜、10,110 裏面電極、11 補強材、12 剥離テープ、13 熱収縮性材料、14,114 両面熱発泡シート、15,115 補強基板、16,116 表面電極、20,120 化合物半導体層、115 ガラス基板。
1, 101 substrate, 2 buffer layer, 3 sacrificial layer, 4,104 etching stop layer, 5,105 contact layer, 6,106 emitter layer, 7,107 base layer, 8,108 contact layer, 9 protective film, 10, DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記化合物半導体層の側面をエッチングにより除去するステップと、
前記化合物半導体層上に裏面電極を形成するステップと、
前記裏面電極上に補強材および熱収縮性材料を貼り合わせるステップと、
前記熱収縮性材料を加熱するステップと、
前記犠牲層をエッチングを用いて除去することにより、前記基板を剥離するステップと、
前記熱収縮性材料を剥離して前記補強材を露出させるステップと、
前記補強材上に補強基板を貼り合わせるステップと、
前記化合物半導体層を構成するエッチングストップ層を除去するステップと、
前記化合物半導体層を構成する第1コンタクト層をパターニングするステップと、
パターニングされた前記第1コンタクト層上に表面電極を形成するステップと、
前記補強基板を剥離するステップとを含み、
前記熱収縮性材料は、熱を加えるとその中心方向に収縮する材料である、薄膜化合物太陽電池の製造方法。 Forming a sacrificial layer and a compound semiconductor layer having one or more pn junctions on a substrate;
Removing a side surface of the compound semiconductor layer by etching;
Forming a back electrode on the compound semiconductor layer;
Bonding a reinforcing material and a heat shrinkable material on the back electrode;
Heating the heat shrinkable material;
Peeling the substrate by removing the sacrificial layer using etching;
Peeling the heat shrinkable material to expose the reinforcement;
Bonding a reinforcing substrate on the reinforcing material;
Removing an etching stop layer constituting the compound semiconductor layer;
Patterning a first contact layer constituting the compound semiconductor layer;
Forming a surface electrode on the patterned first contact layer;
Peeling the reinforcing substrate,
The said heat-shrinkable material is a manufacturing method of a thin film compound solar cell which is a material which shrinks in the center direction when heat is applied.
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