JP6652578B2 - 薄膜はんだ接合 - Google Patents
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Description
［関連出願］
本願は、２０１１年４月２９日に出願された米国仮出願第６１／４８１，０７７号と、２０１１年１０月１４日に出願された米国仮出願第６１／５４７，２１１号とに対する利益及び優先権を主張し、これらの開示が全体として参照により本願に援用される。
［技術分野］
本発明は、層転写に関し、より具体的には、はんだ接合を介した基板上への薄膜材料の層転写に関する。
［背景情報］
本発明は、概して、光電子工学分野及び電子工学分野で使用されるウエハ及び基板の構築に関する。具体的には、本発明は、太陽電池、ＬＥＤ、ＬＤ、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用の半導体基板の製造に使用される薄膜半導体材料の転写を容易にするためのウエハ接合及び分割の技術に関する。
［概要］
本発明は、太陽電池のための新規な装置、システム、及び方法である。例示的な実施形態は、キャリア基板にはんだ接合された単結晶シリコン又はゲルマニウム層を備えた単結晶太陽電池装置に関わる。はんだ接合層は、過渡液相接合であってもよい。過渡液相接合は、過渡液相接合の個々の成分よりも高い融解温度を有する金属間領域を生成し得る。
本願は、２０１１年４月２９日に出願された米国仮出願第６１／４８１，０７７号と、２０１１年１０月１４日に出願された米国仮出願第６１／５４７，２１１号とに対する利益及び優先権を主張し、これらの開示が全体として参照により本願に援用される。
［技術分野］
本発明は、層転写に関し、より具体的には、はんだ接合を介した基板上への薄膜材料の層転写に関する。
［背景情報］
本発明は、概して、光電子工学分野及び電子工学分野で使用されるウエハ及び基板の構築に関する。具体的には、本発明は、太陽電池、ＬＥＤ、ＬＤ、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用の半導体基板の製造に使用される薄膜半導体材料の転写を容易にするためのウエハ接合及び分割の技術に関する。
［概要］
本発明は、太陽電池のための新規な装置、システム、及び方法である。例示的な実施形態は、キャリア基板にはんだ接合された単結晶シリコン又はゲルマニウム層を備えた単結晶太陽電池装置に関わる。はんだ接合層は、過渡液相接合であってもよい。過渡液相接合は、過渡液相接合の個々の成分よりも高い融解温度を有する金属間領域を生成し得る。
例示的な実施形態は、以下のうちの１つ又は複数を含んでもよい：はんだ接合層は、クロム及びチタンのうちの一方の層の間に挟まれた錫及びインジウムのうちの一方の層を有してもよい。単結晶ドナー層は、様々なエピタキシャル成長させて転写された構成要素を含んでもよい。はんだ接合層は、下部電気的接点を提供する埋め込み導電層を提供してもよい。はんだ接合層は、ベース太陽電池領域における光吸収のための光反射も提供してもよい。金属間合金層は、２つの金属層が相互拡散するときに形成されてもよい。金属間合金層は、純粋な形態の２つの金属層のうちのいずれよりも著しく高い融点を有してもよい。過渡液相接合層は、ニッケル及び銅のうちの一方の間に挟まれた錫及びインジウムのうちの一方を含み、金属間領域を形成してもよい。
別の例示的な実施形態は、単結晶太陽電池の構築方法に関わる。この方法は、単結晶シリコンドナー基板を提供することと、シリコンドナー基板上に多孔質層を形成することとを含んでもよい。太陽電池は、シリコンドナー基板の多孔質層上でのエピタキシャル成長を含む手段によって構築されてもよい。はんだ接合層は、構築された太陽電池及び／又はキャリア基板上に堆積されてもよい。ドナー基板は、はんだ接合層を介してキャリア基板に接合される。ドナー基板は、多孔質層で切断される。はんだ接合層によりキャリアに接合された太陽電池は、さらなる構築を経てもよい。
本発明は、太陽電池のための新規な装置、システム、及び方法である。例示的な実施形態は、キャリア基板にはんだ接合された単結晶シリコン又はゲルマニウム又はＩＩＩ−Ｖ又はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ドナー層を有する単結晶太陽電池装置に関わる。はんだ接合層は、過渡液相接合であってもよい。過渡液相接合は、過渡液相接合の個々の成分よりも高い融解温度を有する金属間領域を生成し得る。
例示的な実施形態は、以下のうちの１つ又は複数を含んでもよい：はんだ接合層は、クロム及びチタンのうちの一方の層の間に挟まれた錫及びインジウムのうちの一方の層を有してもよい。単結晶ドナー層は、エピタキシャル成長させて転写された様々な構成要素を含んでもよい。はんだ接合層は、下部電気的接点を提供する埋め込み導電層を提供しても
よい。はんだ接合層は、ベース太陽電池領域における光吸収のための光反射も提供してもよい。金属間化合物層は、２つの金属層が相互拡散するときに形成されてもよい。金属間化合物層は、純粋な形態の２つの金属層のうちのいずれかよりも著しく高い融点を有してもよい。過渡液相接合層は、ニッケル、チタン、又は銅のうちの１つの間に挟まれた錫及びインジウムのうちの一方を含み、金属間領域を形成してもよい。
よい。はんだ接合層は、ベース太陽電池領域における光吸収のための光反射も提供してもよい。金属間化合物層は、２つの金属層が相互拡散するときに形成されてもよい。金属間化合物層は、純粋な形態の２つの金属層のうちのいずれかよりも著しく高い融点を有してもよい。過渡液相接合層は、ニッケル、チタン、又は銅のうちの１つの間に挟まれた錫及びインジウムのうちの一方を含み、金属間領域を形成してもよい。
別の例示的な実施形態は、単結晶太陽電池の構築方法に関わる。この方法は、単結晶シリコンドナー基板を提供することと、シリコンドナー基板上に多孔質層を形成することとを含み得る。太陽電池は、シリコンドナー基板の多孔質層上でのエピタキシャル成長を含む手段によって構築されてもよい。はんだ接合層は、構築された太陽電池及び／又はキャリア基板上に堆積されてもよい。ドナー基板は、はんだ接合層を介してキャリア基板に接合される。ドナー基板は、多孔質層で切断される。はんだ接合層によりキャリアに接合された太陽電池は、さらなる構築を経てもよい。
さらに別の例示的な実施形態は、化合物半導体単結晶太陽電池の構築方法に関わる。この方法は、単結晶ゲルマニウム、ＧａＡｓ、又はＩｎＰドナー基板を提供することと、その後のエピタキシャル成長のためのテンプレート層を画定するためにドナー基板内にインプラント層を形成することとを含んでもよい。はんだ接合層は、テンプレート層に近接し、ドナー基板の上に堆積されてもよい。テンプレート層を有するドナー基板は、はんだ接合層を介してキャリア基板に接合される。ドナー基板は、イオン注入層で切断される。キャリアにはんだ接合層により接合されたテンプレート層は、例えば、単接合ＧａＡｓ太陽電池又は二重接合ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ太陽電池などの化合物半導体太陽電池の、その後のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能する。
本発明は、本発明の上記目的又は特徴のうちの１つ以上を満たさなければならないシステム又は方法に限定されることを意図されていない。本発明は、本明細書に記載の例示的又は主な実施形態に限定されないことに留意することも重要である。当業者による変更及び置換は、本発明の範囲内であるとみなされ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲による以外は限定されない。
本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、図面と共に以下の詳細な説明を読むことによってより理解されるであろう。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されたシリコン層が転写された装置の断面図である。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って完成された装置の断面図である。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って装置を構築するために使用された例示的な工程のフローチャートである。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されたゲルマニウム層が転写された装置の断面図である。
本発明の例示的な過渡液相接合の実施形態による接合の断面図である。
本発明の例示的な過渡液相接合の実施形態に従って接合された装置の断面図である。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されたシリコン層が転写された装置の断面図である。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って完成された装置の断面図である。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って装置を構築するために使用された例示的な工程のフローチャートである。
本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されたゲルマニウム又はＩＩＩ−Ｖ層が転写された装置の断面図である。
［好ましい実施形態の詳細な説明］
［概要］
現在、世界の太陽光発電市場は、多結晶及び単結晶の２つの形態の、自立結晶シリコンウエハから作られた太陽電池が独占している。これらのうち、単結晶シリコンは、パフォーマンスがより高い電池を可能にするだけでなく、より高価な技術でもある。１００ミクロンをはるかに下回る厚さの極薄型単結晶太陽電池は、少なくとも２つの重要な利点を有し得る。第一に、シリコン材料の使用量、特に製造されたシリコンウエハ当たり約１５０ミクロンのカーフロス（鋸損失）を回避する薄型シリコン製造技術の場合の使用量が、標準的な単結晶シリコン太陽電池に比べて大幅に少ない。これだけで単結晶シリコン太陽電池のコストを大幅に減らすことができる。第二に、薄型単結晶シリコン太陽電池は、再結合体積がより低いという利点をもたらすことで、開回路電圧（Ｖｏｃ）がより高くなるとともに、それにより、セル効率がより高くなり、ワットあたりのコストがより低くなる。
［概要］
現在、世界の太陽光発電市場は、多結晶及び単結晶の２つの形態の、自立結晶シリコンウエハから作られた太陽電池が独占している。これらのうち、単結晶シリコンは、パフォーマンスがより高い電池を可能にするだけでなく、より高価な技術でもある。１００ミクロンをはるかに下回る厚さの極薄型単結晶太陽電池は、少なくとも２つの重要な利点を有し得る。第一に、シリコン材料の使用量、特に製造されたシリコンウエハ当たり約１５０ミクロンのカーフロス（鋸損失）を回避する薄型シリコン製造技術の場合の使用量が、標準的な単結晶シリコン太陽電池に比べて大幅に少ない。これだけで単結晶シリコン太陽電池のコストを大幅に減らすことができる。第二に、薄型単結晶シリコン太陽電池は、再結合体積がより低いという利点をもたらすことで、開回路電圧（Ｖｏｃ）がより高くなるとともに、それにより、セル効率がより高くなり、ワットあたりのコストがより低くなる。
これらの利点にもかかわらず、シリコンの厚さが１００ミクロンを下回る単結晶シリコン太陽電池は、これまでのところ実現可能と証明されていない。１００ミクロンを下回る自立シリコンウエハは、壊れやすく、低コストの自動電池処理技術で処理できないとみなされ得る。これまでのところ、このアプローチは、ある程度の成功を実証しているものの、一般的に太陽電池効率は低く、一般的に非標準的で複雑な電池処理技術が必要とされる。
２０１１年１月１９日に出願された“Ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｔｈｉｎ Ｃｅｌｌ”と題された米国特許出願１３／００９，８４４に記載されているような導電性接合層を使った層転写を介して製造された薄型単結晶シリコン太陽電池については、導電性接合層が金属はんだであると有益かもしれない。これには、複数の利点がある。第一に、はんだ接合層は、接合温度で液体であるので、ミクロン規模のトポロジ又は粗さに適合することができる。これにより、以下の接合処理がもたらされ得る。（ａ）剛性接合層が使用される場合に、通常肉眼で見える隙間（非接合領域）の発生につながる、接合されるウエハの一方又は両方の表面上の小さな粒子に強い。（ｂ）低コストのキャリア基板が微細な平坦化の費用の削減に起因してミクロン規模の粗さを有している可能性があることを考慮すると、低コストの太陽電池の用途にとって重要となり得る、接合される層の粗さに強い。（ｃ）完成した太陽電池の集光能力を強化するために行われ得る、接合される太陽電池表面の意図的なテクスチャード加工と両立し得る。第二に、はんだ接合層は、非常に速くかつ強力な接合を形成できる。第三に、はんだ接合層は、最終的な薄膜太陽電池の基礎となることになる後部反射器の形成と両立でき、薄型太陽電池内の光子収集を高める。
はんだ接合は、単結晶ゲルマニウム基板上に成長させたＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層に基づく高効率多接合太陽電池にさらなる利点を提供する。これらは、今日までに製造された最も効率的な太陽電池であるが、その高コストにより、現在のところはニッチ市場である、集光式太陽光発電での用途に制限されている。より安価な多接合太陽電池は、この技術の広範な導入を可能にするであろう。現在のところ、単結晶ゲルマニウム基板は、この基板の上部のみが、太陽電池の動作に寄与するにもかかわらず、多接合太陽電池のコストの大半を占めている。単結晶ゲルマニウムドナー基板の劈開面を画定するためのイオン注入と組み合わせた場合、単結晶ゲルマニウムドナー基板は何度も再利用できるため、はんだ接合は、薄型単結晶ゲルマニウム膜の安価なキャリア基板への転写を可能にし、多接合太陽電池のコストを低減することができる。シリコン転写及びはんだ接合と同様に、転写
ゲルマニウム層及びはんだ接合に関して達成することができる利点は、前述したように、複数ある。
ゲルマニウム層及びはんだ接合に関して達成することができる利点は、前述したように、複数ある。
はんだ接合は、単結晶ＧａＡｓ基板上に成長させることができる高効率の単接合又は多接合太陽電池にさらなる利点を提供することができる。例えば、今日までに製造された最も効率的な単接合太陽電池は、ＧａＡｓ基板上で成長させられた（Ｂｒｅｎｄａｎ Ｍ．
Ｋａｙｅｓ， ＨｕｉＮｉｅ，Ｒｏｓｅ Ｔｗｉｓｔ， Ｓｙｌｖｉａ Ｇ． Ｓｐｒｕｙｔｔｅ， Ｆｒａｎｋ Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ， Ｉｓｉｋ Ｃ． Ｋｉｚｉｌｙａｌ
ｌｉ，及びＧｒｅｇｇ Ｓ． Ｈｉｇａｓｈｉ，ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１１）。しかしながら、ＧａＡｓ基板を再利用する高収率の方法が発見されない限り、ＧａＡｓ基板の高コストは、その用途を制限し得る。単結晶ＧａＡｓドナー基板における劈開面を画定するためのイオン注入と組み合わせた場合、はんだ接合は、安価なキャリア基板上に薄型単結晶ＧａＡｓ膜の転写を可能にする。これは、後続の太陽電池エピタキシーのテンプレートとして機能する。単結晶ＧａＡｓドナー基板は何回も再利用することができるので、はんだ接合によって、単接合又は多接合ＩＩＩ−Ｖ太陽電池のコストが低減される。シリコン転写及びはんだ接合と同様に、転写ＧａＡｓ層及びはんだ接合に関して達成され得る利点は、前述したように、複数ある。
［例示的なはんだの実施形態］
図１（ａ−ｋ）を参照すると、例示的な太陽電池装置が、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶シリコンドナー基板１０２は、太陽電池の第１の部分と、分離のために後で使用される多孔質領域とを構築するために使用され得る。ドナー基板１０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されなくてもよい。ドナー基板１０２は、例えば、１５０〜１０００ミクロンの厚さを有してもよい。ドナー基板１０２の直径は、１００〜３００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されなくてもよい。ドナー基板１０２は、ドープｐ型又はドープｎ＋であってもよく、あるいは多孔質シリコンの形成中に照明を当てられる場合、より低濃度ドープのｎ型であってもよい。
［多孔質層の形成］
例示的な実施形態によれば、ドナー基板１０２は、ｐ型であってもよく、１オームセンチメートル程度を下回る抵抗率を有してもよい。デュアル多孔質層１０４は、ドナー基板１０２の表面上に形成されてもよい。上部多孔質層は、気孔率がより低く、後続のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能してもよい。下部多孔質層は、気孔率がより高く、後続の分割を可能にしてもよい。分割面を作成するための例示的なアプローチは、当該技術分野では公知であり、例えば、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，
ＪＳＡＰ Ｉｎｔ． Ｊｕｌｙ ２００１， Ｎｏ． ４， ｐｐ． １０−１６に記載されている。多孔質層１０４はまた、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉに記載されているように、短時間の熱酸化により安定化させてもよく、Ｈ２下でアニールにより封止されてもよい。
Ｋａｙｅｓ， ＨｕｉＮｉｅ，Ｒｏｓｅ Ｔｗｉｓｔ， Ｓｙｌｖｉａ Ｇ． Ｓｐｒｕｙｔｔｅ， Ｆｒａｎｋ Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ， Ｉｓｉｋ Ｃ． Ｋｉｚｉｌｙａｌ
ｌｉ，及びＧｒｅｇｇ Ｓ． Ｈｉｇａｓｈｉ，ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１１）。しかしながら、ＧａＡｓ基板を再利用する高収率の方法が発見されない限り、ＧａＡｓ基板の高コストは、その用途を制限し得る。単結晶ＧａＡｓドナー基板における劈開面を画定するためのイオン注入と組み合わせた場合、はんだ接合は、安価なキャリア基板上に薄型単結晶ＧａＡｓ膜の転写を可能にする。これは、後続の太陽電池エピタキシーのテンプレートとして機能する。単結晶ＧａＡｓドナー基板は何回も再利用することができるので、はんだ接合によって、単接合又は多接合ＩＩＩ−Ｖ太陽電池のコストが低減される。シリコン転写及びはんだ接合と同様に、転写ＧａＡｓ層及びはんだ接合に関して達成され得る利点は、前述したように、複数ある。
［例示的なはんだの実施形態］
図１（ａ−ｋ）を参照すると、例示的な太陽電池装置が、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構築されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶シリコンドナー基板１０２は、太陽電池の第１の部分と、分離のために後で使用される多孔質領域とを構築するために使用され得る。ドナー基板１０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されなくてもよい。ドナー基板１０２は、例えば、１５０〜１０００ミクロンの厚さを有してもよい。ドナー基板１０２の直径は、１００〜３００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されなくてもよい。ドナー基板１０２は、ドープｐ型又はドープｎ＋であってもよく、あるいは多孔質シリコンの形成中に照明を当てられる場合、より低濃度ドープのｎ型であってもよい。
［多孔質層の形成］
例示的な実施形態によれば、ドナー基板１０２は、ｐ型であってもよく、１オームセンチメートル程度を下回る抵抗率を有してもよい。デュアル多孔質層１０４は、ドナー基板１０２の表面上に形成されてもよい。上部多孔質層は、気孔率がより低く、後続のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能してもよい。下部多孔質層は、気孔率がより高く、後続の分割を可能にしてもよい。分割面を作成するための例示的なアプローチは、当該技術分野では公知であり、例えば、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，
ＪＳＡＰ Ｉｎｔ． Ｊｕｌｙ ２００１， Ｎｏ． ４， ｐｐ． １０−１６に記載されている。多孔質層１０４はまた、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉに記載されているように、短時間の熱酸化により安定化させてもよく、Ｈ２下でアニールにより封止されてもよい。
多孔質Ｓｉ分割層を形成するための例示的な処理の詳細は以下の通りである。０．０１〜０．０２オームセンチメートルの間の抵抗率を有するｐ型（１００）配向の単結晶Ｓｉ基板を、一部フッ化水素酸と、一部水と、一部イソ−プロピルアルコールとからなる溶液中に浸漬させてもよい。基板ホルダーは、電気的に絶縁されていて、強制的に電流をウエハ周辺部ではなく基板を通過させる。基板は、一方がウエハの前面に対向し、他方が背面に対向する２つのシリコン電極と直列で一直線上にある。電極は、基板の直径以上であり、基板の直径の少なくとも１０％の距離だけ基板から離間されている。２つの異なる電圧を電極間に印加すると、異なる電流密度にて２つの異なる多孔質シリコン層１０４が形成される。その第１層は、０．５〜２ミクロンの深さまで２〜１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度
でエッチングすることができ（エッチング時間は約０．５〜５分）、気孔率が低い（約２５％）。第２層は、第１層の下に埋設され、０．２５〜２ミクロンの深さまで４０〜２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でエッチングすることができ（エッチング時間は約２〜３０秒）、気孔率が高い。第２層は、以下でさらに詳細に説明される、後続する洗浄、エピタキシー、及び接合の後に劈開面を画定する。エッチング後、ウエハを硫酸と過酸化水素水との混合液中に浸漬させてもよく、約８０〜１４０°Ｃまで、１０分間、自己発熱させてもよい。例えば、ＳＣ−１、ＳＣ−２、フッ化水素酸、塩酸、又はイソ−プロピルアルコールなどの他の標準的な半導体洗浄液も用いてもよい。ウエハはその後、シリコン成長装置にロードされてもよい。
［さらなるエピタキシャル成長］
図１ｂを参照すると、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、１０１８ｃｍ−３程度を超えるレベルまでの例えばホウ素を介したその場ドーピングでｐドープされたエピタキシャルシリコン膜１１４は、次いで、例えば、９００°Ｃを超える温度で、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）又はトリクロロシラン（ＴＣＳ）などのような前駆体と共に、例えば大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）又は低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を使用して、多孔質領域の上に成長させてもよい。その場ドーピングによるシリコンエピタキシーのための処理は当該技術分野において非常によく知られている。ｐ型その場ドーピングに使用される典型的な前駆体は、ジボランである。このｐ型領域１１４は、太陽電池のエミッタとして機能し得る。多孔質シリコン上に高品質なエピタキシャル領域を成長させる方法は、当該技術分野でよく知られており、エピタキシャル成長前に、例えば、Ｈ２雰囲気下でアニール工程などのような、露出面の細孔を封止する工程を含んでもよい。続いて、例えば３〜３０ミクロンの厚さの１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３のレベルまでの、例えばヒ素又はリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャル膜１１２を、その後成長させてもよく、これは太陽電池の基礎（吸収）領域として機能することになる。［テクスチャード加工］
図１ｃを参照すると、エピタキシャル膜１１２の露出面は、太陽電池の集光能力を向上させるために、テクスチャード加工表面１１１を形成するようにエッチングされてもよい。このテクスチャード加工は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｖｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｐｖｃｄｒｏｍ／ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ／ｔｅｘｔｕｒｉｎｇに記載されているようにＮａＯＨ、ＫＯＨ、又はＴＭＡＨの湿式エッチングを介してもよいし、又は例えばプラズマエッチング、又はサンドブラストなどの他の手段によってもよい。テクスチャード加工表面の山から谷までの深さは、例えば、１００ナノメートル〜５ミクロン程度であってもよい。テクスチャード加工は、図１ｃ以降に完全に規則正しいものとして図示されているものの、より一般的には、部分的又は完全に不規則である。例えば、ピラミッド状のテクスチャード加工表面については、ピラミッドの大きさが大きく異なり得る。
［裏面ドーピング］
図１ｄを参照すると、ベース領域１１２よりもより過剰にドープされたｎ型シリコン層１１７は、標準的な処理を用いて、例えば、ＰＯＣｌ３拡散源と共に、拡散によって表面１１１上に形成されてもよい。ドーピングが１０１７〜１０１９ｃｍ−３の間とすることができる一方で、この層の厚みは、例えば０．１〜１ミクロンとすることができる。この層は、層転写（後述）に続く太陽電池のベース接触領域（裏面フィールド領域とも称される）として機能し得る。
［裏面パッシベーション］
図１ｅを参照すると、パッシベーション層１１８は、ｎ型シリコン層１１７の表面上に配置される。パッシベーション層１１８は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのシリコン太陽電池を、不動態化するために使用される標準的な膜のいずれであってもよい。パッシベーション層１１８は、例えばプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は、ＳｉＯ２の場合には、ｎ型シリコン層１１７の熱酸化などの一般的な方法を介して堆積させてもよい。
［裏面接触］
図１ｆを参照すると、接触層１１９は、パッシベーション層１１８上に配置される。接触層は、銀（Ａg）又は銅（Ｃｕ）を含んでもよく、例えば、蒸着、スパッタリング、ス
クリーン印刷、又はメッキなどの標準的な方法を介して堆積させてもよい。パッシベーション層１１９が電気絶縁性である場合、接触層１１９は、太陽電池と電気的に接触するためにパッシベーション層１１８の一部を貫通する必要がある可能性がある。このことは、次の２つの方法のいずれかによって達成され得る：（ａ）接触層堆積の前に、パッシベーション層１１８を（フォトリソグラフィーなどを介して）パターニングし、接触層１１９のｎ型シリコン層１１７と接触するための開口部１２０を提供する、又は（ｂ）例えば、Ｅ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒｌｏｅｃｈｎｅｒ， Ｒ． Ｐｒｅｕ， Ｒ． Ｌｕｅｄｅｍａｎｎ， ａｎｄ Ｓ． Ｗ． Ｇｌｕｎｚ， “Ｌａｓｅｒ−Ｆｉｒｅｄ Ｒｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，”Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ： Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０（２００２）２９に記載されているような例えばレーザーアニール（図示せず）などの方法によりパッシベーション層１１８を介して接触層１１９を燃焼させる。
［ドナー上への接合層の堆積］
図１ｇを参照すると、導電性金属接合層１０６は、ドナー基板及び太陽電池部の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層１０６は、接着を促進するために薄い層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）と、この薄い層に続く低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）とから構成されてもよい。例えば、接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層はＳｎ又はＩｎであってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであって、これらに限定されない当該技術分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されてもよく、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図１ｈを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板１０２は、キャリア基板１０８に接合されてもよい。キャリア基板１０８は、例えば、安価な金属級シリコン、又は、例えば鋼、又はコバール（登録商標）又はインバー（登録商標）などの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金などの金属、又は、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミックス、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板１０８は、ドナー基板１０２と同一又は似たような大きさであってもよいし、あるいは複数の太陽電池を支持するような大きなものであってもよい。キャリア基板１０８は、硬質であって、厚さが、例えば１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。その代わりに、キャリア基板１０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板１０８は、例えば１００ミクロンを下回る厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板１０８は導電性であってもよい。キャリア基板１０８の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ドナー基板１０２のＣＴＥとほぼ一致されて、ドナー基板のＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥとの間の不一致に起因する過度な応力をドナー太陽電池領域に生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板１０８のＣＴＥは、室温で約６〜１０ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよい。キャリア基板１０８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低微小粗さ（好ましくは＜１．０ミクロンの二乗平均平方根の粗さ）とを有してもよい。導電性金属接合層１０６は、キャリア基板１０８の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層１０６は、低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）が続く接着（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）を促進するために薄い層で構成されてもよい。例えば、（低温金属とキャリア基板との間の）接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎ、若しくはＳｎ−又はＩｎ−を含むはんだ合金であってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷法などのこれらに限定されない、当該
技術分野で公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されてもよく、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダーなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前にほぼ整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力で、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触されてもよい。ウエハが接触された後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力が印加されてもよい。この力が維持されている間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００°Ｃであってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合させてもよく、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。ウエハ対が実質的に低融点金属の融点以下に冷却された後、現在接合されたウエハ対は、実質的に平面となり得る接合界面１０７を含む。
［切断］
図１ｉを参照すると、ドナー基板１０２は、多孔質層１０４内のドナー基板１０２を切断することにより、キャリア基板１０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去されてもよい。分離は、機械的な力のみを介してもよいし、又は他のさまざまな方法で強化されてもよい。例えば、楔形装置（図示せず）を使用して、多孔質領域１０４の露出した外端での分離を誘発してもよい。Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉに記載されているように、別の例では、分離は、多孔質シリコン層１０４の端部に向けられた高圧水ジェットを適用することで強化されてもよい。さらに別の例では、例えばＨＦ／Ｈ２０２などの湿式酸溶液を、多孔質領域１０４に当ててもよく、端部から多孔質領域１０４を侵食させて分離を強化してもよい。さらに別の例では、シリコンドナー基板１０２のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有するキャリア基板１０８の場合について、熱アニールが使用されることで、接合されたウエハ対の応力を誘起して、多孔質Ｓｉ層１０４内で分離をもたらし、その応力を緩和してもよい。なお、上記の例の分離は、個々に、又は様々な組み合わせで使用され得ることが理解されるべきである。
［上側処理］
図１ｊを参照すると、キャリア基板１０８と太陽電池部とがドナー基板１０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板１０８に結合された太陽電池部上で生じてもよい。以降の図はまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転されている。選択的に、太陽電池の部分の多孔質層１０４は、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ、又はＮｏｂｕｈｉｋｏ Ｓａｔｏｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖ． １４２ ｎ．９ ｐ． ３１１６−２２に記載されているように湿式酸エッチングで、又はＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液中でのエッチングを介して、又は研磨を介して、除去されてもよい。例えば、多孔質層１０４は、室温で例えば３０〜９０分間４５％濃度のＫＯＨ溶液中で浸漬させることで除去されてもよい。あるいは、多孔質表面の粗さは、太陽電池による光捕獲を高め得るので、多孔質層１０４の一部又は全体を無傷のまま残すことが有利であり得る。上面太陽電池の処理は、すべて太陽電池の製造の分野で周知のように、粗面化（図示せず）、表面安定化、及び反射防止コーティングの堆積（図示しない）も含んでもよい。また、分割後、ドナー基板１０２は、次のウエハの生産サイクルで再利用するために処理されてもよい。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおけるその後の多孔質層の形成のための劈開面の研磨、湿式
エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。例えば、この処理は、例えば室温で３０〜９０分間、４５％濃度のＫＯＨ溶液への浸漬を介して、多孔質層１０４を除去することを含み得る。
でエッチングすることができ（エッチング時間は約０．５〜５分）、気孔率が低い（約２５％）。第２層は、第１層の下に埋設され、０．２５〜２ミクロンの深さまで４０〜２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でエッチングすることができ（エッチング時間は約２〜３０秒）、気孔率が高い。第２層は、以下でさらに詳細に説明される、後続する洗浄、エピタキシー、及び接合の後に劈開面を画定する。エッチング後、ウエハを硫酸と過酸化水素水との混合液中に浸漬させてもよく、約８０〜１４０°Ｃまで、１０分間、自己発熱させてもよい。例えば、ＳＣ−１、ＳＣ−２、フッ化水素酸、塩酸、又はイソ−プロピルアルコールなどの他の標準的な半導体洗浄液も用いてもよい。ウエハはその後、シリコン成長装置にロードされてもよい。
［さらなるエピタキシャル成長］
図１ｂを参照すると、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、１０１８ｃｍ−３程度を超えるレベルまでの例えばホウ素を介したその場ドーピングでｐドープされたエピタキシャルシリコン膜１１４は、次いで、例えば、９００°Ｃを超える温度で、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）又はトリクロロシラン（ＴＣＳ）などのような前駆体と共に、例えば大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）又は低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を使用して、多孔質領域の上に成長させてもよい。その場ドーピングによるシリコンエピタキシーのための処理は当該技術分野において非常によく知られている。ｐ型その場ドーピングに使用される典型的な前駆体は、ジボランである。このｐ型領域１１４は、太陽電池のエミッタとして機能し得る。多孔質シリコン上に高品質なエピタキシャル領域を成長させる方法は、当該技術分野でよく知られており、エピタキシャル成長前に、例えば、Ｈ２雰囲気下でアニール工程などのような、露出面の細孔を封止する工程を含んでもよい。続いて、例えば３〜３０ミクロンの厚さの１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３のレベルまでの、例えばヒ素又はリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャル膜１１２を、その後成長させてもよく、これは太陽電池の基礎（吸収）領域として機能することになる。［テクスチャード加工］
図１ｃを参照すると、エピタキシャル膜１１２の露出面は、太陽電池の集光能力を向上させるために、テクスチャード加工表面１１１を形成するようにエッチングされてもよい。このテクスチャード加工は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｖｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｐｖｃｄｒｏｍ／ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ／ｔｅｘｔｕｒｉｎｇに記載されているようにＮａＯＨ、ＫＯＨ、又はＴＭＡＨの湿式エッチングを介してもよいし、又は例えばプラズマエッチング、又はサンドブラストなどの他の手段によってもよい。テクスチャード加工表面の山から谷までの深さは、例えば、１００ナノメートル〜５ミクロン程度であってもよい。テクスチャード加工は、図１ｃ以降に完全に規則正しいものとして図示されているものの、より一般的には、部分的又は完全に不規則である。例えば、ピラミッド状のテクスチャード加工表面については、ピラミッドの大きさが大きく異なり得る。
［裏面ドーピング］
図１ｄを参照すると、ベース領域１１２よりもより過剰にドープされたｎ型シリコン層１１７は、標準的な処理を用いて、例えば、ＰＯＣｌ３拡散源と共に、拡散によって表面１１１上に形成されてもよい。ドーピングが１０１７〜１０１９ｃｍ−３の間とすることができる一方で、この層の厚みは、例えば０．１〜１ミクロンとすることができる。この層は、層転写（後述）に続く太陽電池のベース接触領域（裏面フィールド領域とも称される）として機能し得る。
［裏面パッシベーション］
図１ｅを参照すると、パッシベーション層１１８は、ｎ型シリコン層１１７の表面上に配置される。パッシベーション層１１８は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのシリコン太陽電池を、不動態化するために使用される標準的な膜のいずれであってもよい。パッシベーション層１１８は、例えばプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は、ＳｉＯ２の場合には、ｎ型シリコン層１１７の熱酸化などの一般的な方法を介して堆積させてもよい。
［裏面接触］
図１ｆを参照すると、接触層１１９は、パッシベーション層１１８上に配置される。接触層は、銀（Ａg）又は銅（Ｃｕ）を含んでもよく、例えば、蒸着、スパッタリング、ス
クリーン印刷、又はメッキなどの標準的な方法を介して堆積させてもよい。パッシベーション層１１９が電気絶縁性である場合、接触層１１９は、太陽電池と電気的に接触するためにパッシベーション層１１８の一部を貫通する必要がある可能性がある。このことは、次の２つの方法のいずれかによって達成され得る：（ａ）接触層堆積の前に、パッシベーション層１１８を（フォトリソグラフィーなどを介して）パターニングし、接触層１１９のｎ型シリコン層１１７と接触するための開口部１２０を提供する、又は（ｂ）例えば、Ｅ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒｌｏｅｃｈｎｅｒ， Ｒ． Ｐｒｅｕ， Ｒ． Ｌｕｅｄｅｍａｎｎ， ａｎｄ Ｓ． Ｗ． Ｇｌｕｎｚ， “Ｌａｓｅｒ−Ｆｉｒｅｄ Ｒｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，”Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ： Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０（２００２）２９に記載されているような例えばレーザーアニール（図示せず）などの方法によりパッシベーション層１１８を介して接触層１１９を燃焼させる。
［ドナー上への接合層の堆積］
図１ｇを参照すると、導電性金属接合層１０６は、ドナー基板及び太陽電池部の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層１０６は、接着を促進するために薄い層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）と、この薄い層に続く低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）とから構成されてもよい。例えば、接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層はＳｎ又はＩｎであってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであって、これらに限定されない当該技術分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されてもよく、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図１ｈを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板１０２は、キャリア基板１０８に接合されてもよい。キャリア基板１０８は、例えば、安価な金属級シリコン、又は、例えば鋼、又はコバール（登録商標）又はインバー（登録商標）などの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金などの金属、又は、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミックス、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板１０８は、ドナー基板１０２と同一又は似たような大きさであってもよいし、あるいは複数の太陽電池を支持するような大きなものであってもよい。キャリア基板１０８は、硬質であって、厚さが、例えば１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。その代わりに、キャリア基板１０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板１０８は、例えば１００ミクロンを下回る厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板１０８は導電性であってもよい。キャリア基板１０８の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ドナー基板１０２のＣＴＥとほぼ一致されて、ドナー基板のＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥとの間の不一致に起因する過度な応力をドナー太陽電池領域に生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板１０８のＣＴＥは、室温で約６〜１０ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよい。キャリア基板１０８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低微小粗さ（好ましくは＜１．０ミクロンの二乗平均平方根の粗さ）とを有してもよい。導電性金属接合層１０６は、キャリア基板１０８の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層１０６は、低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）が続く接着（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）を促進するために薄い層で構成されてもよい。例えば、（低温金属とキャリア基板との間の）接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎ、若しくはＳｎ−又はＩｎ−を含むはんだ合金であってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷法などのこれらに限定されない、当該
技術分野で公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されてもよく、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダーなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前にほぼ整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力で、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触されてもよい。ウエハが接触された後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力が印加されてもよい。この力が維持されている間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００°Ｃであってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合させてもよく、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。ウエハ対が実質的に低融点金属の融点以下に冷却された後、現在接合されたウエハ対は、実質的に平面となり得る接合界面１０７を含む。
［切断］
図１ｉを参照すると、ドナー基板１０２は、多孔質層１０４内のドナー基板１０２を切断することにより、キャリア基板１０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去されてもよい。分離は、機械的な力のみを介してもよいし、又は他のさまざまな方法で強化されてもよい。例えば、楔形装置（図示せず）を使用して、多孔質領域１０４の露出した外端での分離を誘発してもよい。Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉに記載されているように、別の例では、分離は、多孔質シリコン層１０４の端部に向けられた高圧水ジェットを適用することで強化されてもよい。さらに別の例では、例えばＨＦ／Ｈ２０２などの湿式酸溶液を、多孔質領域１０４に当ててもよく、端部から多孔質領域１０４を侵食させて分離を強化してもよい。さらに別の例では、シリコンドナー基板１０２のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有するキャリア基板１０８の場合について、熱アニールが使用されることで、接合されたウエハ対の応力を誘起して、多孔質Ｓｉ層１０４内で分離をもたらし、その応力を緩和してもよい。なお、上記の例の分離は、個々に、又は様々な組み合わせで使用され得ることが理解されるべきである。
［上側処理］
図１ｊを参照すると、キャリア基板１０８と太陽電池部とがドナー基板１０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板１０８に結合された太陽電池部上で生じてもよい。以降の図はまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転されている。選択的に、太陽電池の部分の多孔質層１０４は、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ、又はＮｏｂｕｈｉｋｏ Ｓａｔｏｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖ． １４２ ｎ．９ ｐ． ３１１６−２２に記載されているように湿式酸エッチングで、又はＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液中でのエッチングを介して、又は研磨を介して、除去されてもよい。例えば、多孔質層１０４は、室温で例えば３０〜９０分間４５％濃度のＫＯＨ溶液中で浸漬させることで除去されてもよい。あるいは、多孔質表面の粗さは、太陽電池による光捕獲を高め得るので、多孔質層１０４の一部又は全体を無傷のまま残すことが有利であり得る。上面太陽電池の処理は、すべて太陽電池の製造の分野で周知のように、粗面化（図示せず）、表面安定化、及び反射防止コーティングの堆積（図示しない）も含んでもよい。また、分割後、ドナー基板１０２は、次のウエハの生産サイクルで再利用するために処理されてもよい。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおけるその後の多孔質層の形成のための劈開面の研磨、湿式
エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。例えば、この処理は、例えば室温で３０〜９０分間、４５％濃度のＫＯＨ溶液への浸漬を介して、多孔質層１０４を除去することを含み得る。
図１ｋを参照すると、金属接触線１１６が、例えば、スクリーン印刷を介して、太陽電池の表面上に構築され得る。キャリア基板１０８の裏面上の金属コーティング１１８はまた、キャリア基板１０８への、ひいては、キャリア基板１０８を介して太陽電池のｐ＋エミッタ領域１１０への、電気的接続の強化のために利用され得る。このコーティングは、例えば、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、又は電気／無電解メッキに限定されない方法を使用して堆積されてもよい。一方又は両方の金属接点材料１１６及び１１８を適用後、構造体は、例えば、１００〜３００°Ｃの温度でアニールされてもよい。このアニールは、例えば、フォーミングガスの雰囲気下で行われてもよい。
［完成した太陽電池］
図２を参照すると、キャリア基板１０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｎ型エピタキシャル成長させたシリコン１１２は、太陽電池のベース領域をもたらし得る。ｐ＋エピタキシャル成長させた領域１１４は、太陽電池のエミッタ領域をもたらし得る。埋め込み導電層１０６は、ｎ＋ベース接触領域１１７に下部電気接点をもたらし得る。導電層１０６は、ベース領域においてより完全な光吸収のための光反射をもたらし得る。シリコンとその下の導電層１０６との間のインターフェースがテクスチャード加工されているため、反射光のリダイレクションにより、非常に効果的な集光がもたらされ得る。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｖｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｐｖｃｄｒｏｍ／ｄｅｓｉｇｎ／ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ−ｒｅａｒ−ｒｅｃｌｅｃｔｏｒｓにおいてランバート後部反射器について記載されているように、太陽電池の上部表面に対して実質的に垂直な方向から離れる光のリダイレクションは、全内部反射を促進する。
［完成した太陽電池］
図２を参照すると、キャリア基板１０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｎ型エピタキシャル成長させたシリコン１１２は、太陽電池のベース領域をもたらし得る。ｐ＋エピタキシャル成長させた領域１１４は、太陽電池のエミッタ領域をもたらし得る。埋め込み導電層１０６は、ｎ＋ベース接触領域１１７に下部電気接点をもたらし得る。導電層１０６は、ベース領域においてより完全な光吸収のための光反射をもたらし得る。シリコンとその下の導電層１０６との間のインターフェースがテクスチャード加工されているため、反射光のリダイレクションにより、非常に効果的な集光がもたらされ得る。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｖｅｄｕｃａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｐｖｃｄｒｏｍ／ｄｅｓｉｇｎ／ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ−ｒｅａｒ−ｒｅｃｌｅｃｔｏｒｓにおいてランバート後部反射器について記載されているように、太陽電池の上部表面に対して実質的に垂直な方向から離れる光のリダイレクションは、全内部反射を促進する。
この薄型シリコン電池のアプローチによって、（例えば、１５０ミクロン又はそれ以上の厚さのシリコンウエハ全体が太陽電池を形成するために使用される場合に）バルク単結晶シリコン太陽電池の典型的な高い電気変換効率が可能になる可能性があるが、比較的高価で高品質な単結晶シリコンの使用の劇的な減少による有意なコスト削減が必要である。この利点は、比較的高価な単結晶シリコンドナーウエハ１０２を複数回再利用することによって実現され得る。この構造の別の利点は、薄いベース領域の再結合の量が低いことに起因する、高い開回路電圧であり、より高い電池効率をもたらし得る。
代替の実施形態では、ベース及びエミッタの構成を逆転できるため、配置されたセルにおいてｎ＋ベース接触領域は太陽に面し、ｐ＋エミッタは（太陽から離れた）ベース領域の下にある。この場合には、図２を参照すると、キャリア基板１０８上のセルは、ｎ型エピタキシャル成長させたシリコンベース領域１１２を有することができ、ｎ＋エピタキシャル成長させた領域１１４が、ベース接触領域を提供することができる。埋め込み導電層１０６は、ｐ＋エミッタ領域１１７に下部電気接点を提供する。図１ｄを参照すると、１ｅ１８ｃｍ−２よりも高いレベルにドープされたｐ＋シリコンエミッタ層１１７は、例えば、ジボラン拡散源を用いる、標準的な処理を用いて拡散により表面１１１上に形成されてもよい。あるいは、１ｅ１８ｃｍ−２よりも高いレベルにドープされたｐ＋シリコンエミッタ層１１７は、例えば、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、又は当該分野で一般的な他の方法で、表面１１１へのアルミニウムの蒸着と、その後に続く例えば１〜６０分間の、例えば６００〜９００℃のアニールとによって、表面１１１上に形成されてもよい。このアニール工程は、Ｓｉの一部を、Ａｌ層の少なくとも一部と共に合金にする。Ｓｉ中のＡｌがｐ型ドーパントであり、この結果、ｐ＋エミッタ層が形成される。
さらに別の代替の実施形態では、ドーピングタイプを、ベース領域がｐ型、エミッタ領域がｎ＋、かつベース接触領域がｐ＋になるように、反転させることができる。この実施
形態では、エミッタが太陽電池の（太陽光に面する）上面にあり、ベース接触領域がベースの下にあって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。あるいは、ベース接触領域が太陽電池の（太陽に面する）上面にあり、エミッタ領域がベースの下であって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。エミッタ領域がベース領域の下にある後者の実施形態では、合金化されたシリコン−アルミニウム層は、（ｐ型エピタキシャルシリコンエミッタ１１４を置き換える）ｐ型エミッタ領域を作成するために利用され得る。本実施形態では、ｎ＋前面電界及びｎ型ベース領域は、多孔質層１０４上で成長され、セルテクスチャード加工が行われ、アルミニウムが表面１１１上に堆積される。その後、アルミニウムはシリコンで合金にされ、高濃度にドープされたｐ＋エミッタとバック接点とを同時に作成する。ウエハ接合と太陽電池処理とは、その後、図１（ｆ−ｊ）に示すように、かつ図２に似たセル構造を伴って進み、セルの後方にアルミニウムドープエミッタを残し、そして前面にｎ＋前面電界を残す。
形態では、エミッタが太陽電池の（太陽光に面する）上面にあり、ベース接触領域がベースの下にあって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。あるいは、ベース接触領域が太陽電池の（太陽に面する）上面にあり、エミッタ領域がベースの下であって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。エミッタ領域がベース領域の下にある後者の実施形態では、合金化されたシリコン−アルミニウム層は、（ｐ型エピタキシャルシリコンエミッタ１１４を置き換える）ｐ型エミッタ領域を作成するために利用され得る。本実施形態では、ｎ＋前面電界及びｎ型ベース領域は、多孔質層１０４上で成長され、セルテクスチャード加工が行われ、アルミニウムが表面１１１上に堆積される。その後、アルミニウムはシリコンで合金にされ、高濃度にドープされたｐ＋エミッタとバック接点とを同時に作成する。ウエハ接合と太陽電池処理とは、その後、図１（ｆ−ｊ）に示すように、かつ図２に似たセル構造を伴って進み、セルの後方にアルミニウムドープエミッタを残し、そして前面にｎ＋前面電界を残す。
セルを相互連結するために上面配線した後、セル及び／又はキャリア基板は、例えば、図示しないＥＶＡなどの保護ポリマーフィルムで覆われてもよい。太陽電池構造は、例示の目的のためであり、本発明は開示された構造に限定されないことに留意すべきである。様々な装置を構築してもよく、熱又は電子ビーム蒸着、ＤＣ又はＲＦスパッタリング、電気メッキ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、スピンコーティング法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、スクリーン印刷、又は任意の他の適切な技術を含む様々な技術によって材料を堆積することができる。材料は、堆積後に、又は追加の材料又は反応物質が堆積されるか、又は近接して配置された後に、アニール又は化学反応を起こさせることができる。
［例示的な構築方法］
図３を参照すると、例示的なはんだ接合装置３００の構築は、以下の工程を含み得る。前述のようなドナー基板を設ける（ブロック３０２）。一つ以上の多孔質層をドナー基板上に形成する（ブロック３０４）。太陽電池又は装置を、例えば、エピタキシャル成長（ブロック３０６）、テクスチャード加工（ブロック３０８）、及び／又は裏面ドーピング（ブロック３１０）又はその他前述の工程により、ドナー基板の多孔質層の上部上に構築又は部分的に構築する。はんだ接合層をドナー基板上に堆積させる（ブロック３１２）。キャリア基板を、例えば、またはんだ接合層を堆積させることによって準備する（ブロック３１４）。太陽電池又は装置及びドナー基板をキャリア基板にはんだ接合する（ブロック３１６）。太陽電池又は装置及びキャリア基板を、前述のように切断処理により、ドナー基板から除去する（ブロック３１８）。太陽電池又は装置をさらに完了まで処理し（ブロック３２０）、分離したドナー基板を再利用のために処理してもよい。例示的な構築方法は、例えば、他の実施形態を組み込むように修正してもよいが、前述の実施形態で説明したような裏面パッシベーション及び接触に関連付けられた工程に限定されない。
［例示的なはんだの実施形態］
図４（ａ−ｆ）を参照すると、例示的な太陽電池装置は、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するものの、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶ゲルマニウムドナー基板４０２は、太陽電池の第１の部分と分離のために後で使用される劈開面とを構築するために使用されてもよい。ドナー基板４０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されない。ドナー基板４０２は、ゲルマニウムに限定されず、例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＰであってもよいが、それらに限定されるものではない。ドナー基板４０２は、例えば、１５０〜１０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板４０２の直径は、約５０〜２００ｍｍの標準的なウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。
［劈開面の形成］
図４ａを参照すると、例示的な実施形態に従って、ドナー基板４０２は、高用量の水素
（Ｈ又はＨ２の形態）及び／又は、例えば、１０１６〜２ｘ１０１７イオン／ｃｍ２のヘリウム原子、が注入されて劈開面４０４を画定してもよい。より具体的には、注入は、２×１０１６〜５×１０１６／ｃｍ２程度の注入用量のＨ２によるものであってもよい。注入エネルギーは、劈開面６０４の深さを画定し、例えば、１００〜１０００ＫｅＶであってもよい。例えばホウ素などの他の注入種は、単独又は上記との組み合わせで、同様に有用となり得る。
［拡散障壁の堆積］
図４ｂを参照すると、拡散障壁４０５は、ドナー基板４０２の表面上に配置されている。拡散障壁４０５は、好ましくは導電性であり、例えば、シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、タングステン及びチタンタングステンを含む。拡散障壁４０５は、転送されたゲルマニウム層への、接合層及びキャリア基板からの後続処理工程中の不純物の拡散を阻止するのに十分な厚さと緻密さを必要とする可能性がある。
［ドナー上への接合層の堆積］
図４ｃを参照すると、導電性金属接合層４０６は、拡散障壁４０５の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層４０６は、接着を促進するための薄い層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）と、それに続く低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）とから構成され得る。例えば、接着を促進するための薄い層は、Ｃｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎであってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図４ｄを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板４０２は、キャリア基板４０８に接合されてもよい。キャリア基板４０８は、例えば、鋼、又は例えばコバール（登録商標）、インバー（登録商標）、モリブデン、タングステンなどの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金などの金属、又は、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミック、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板４０８は、ドナー基板４０２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するようなより大きなものであってもよい。キャリア基板４０８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板４０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板４０８は、例えば１００ミクロン以下の厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板４０８は、導電性であってもよい。キャリア基板のＣＴＥを、ゲルマニウムのＣＴＥにほぼ一致させて、シリコン太陽電池領域にゲルマニウムのＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥと間の不一致に起因する過度な応力を生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板４０８のＣＴＥは、室温で約６〜１２ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよい。キャリア基板４０８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低い微小粗さとを有してもよい（好ましくは１．０ミクロンの二乗平均平方根未満の粗さ）。導電性金属接合層４０６は、キャリア基板４０８の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層４０６は、低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロン厚）が続く接着（例えば、１０〜５０ｎｍ厚）を促進するために薄層で構成されてもよい。例えば、接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎ、若しくはＳｎ−又はＩｎ−を含むはんだ合金であってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該分野で公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ Ｓ
Ｂ６ｅボンダーなどのツールにて達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力の、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後に、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工、から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合することができるが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。
［切断］
図４ｅを参照すると、ドナー基板４０２は、劈開面で剥離を誘導するのに十分な高い温度にドナー基板４０２をさらすことにより、キャリア基板４０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去され得る。例えば、この温度は２００℃を上回ってもよい。より具体的には、３００Ｃ〜４００Ｃの範囲であってもよい。
［さらなる処理］
図４ｆを参照すると、キャリア基板４０８と太陽電池部とが、ドナー基板４０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板４０８に結合された太陽電池部上で生じ得る。それ以降の図もまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転される。選択的に、太陽電池の部分の残存する剥離層４０４は、湿式酸エッチング又は研磨によって除去され得る。次に、Ｇｅ及び／又はＩＩＩ−Ｖ層のエピタキシャル成長が行われ、その結果、例えば、Ｒ． Ｒ． Ｋｉｎｇ， Ｄ． Ｃ． Ｌａｗ， Ｋ． Ｍ． Ｅｄｍｏｎｄｓｏｎ， Ｃ． Ｍ． Ｆｅｔｚｅｒ， Ｇ． Ｓ． Ｋｉｎｓｅｙ， Ｈ． Ｙｏｏｎ， Ｒ． Ａ． Ｓｈｅｒｉｆ， ａｎｄ Ｎ． Ｈ． Ｋａｒａｍ， “４０” Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０（２００７）１８３５１６に記載のトンネル接合によって接続された多接合太陽電池を得る。最後に、上面太陽電池処理は、太陽電池製造の技術分野で周知である反射防止コーティングの堆積（図示せず）と金属接触線の形成とを含んでもよい。また、分割後、ドナー基板４０２は処理されて、次のウエハの生産サイクルで再利用され得る。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおける後続する劈開面の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含み得る。
［完成した太陽電池］
図４ｆを参照すると、キャリア基板４０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｐ型ゲルマニウム４０９は、はんだ接合を介してキャリア基板４０８に接合される。ｎ型ゲルマニウム４１０は拡散によって形成され、太陽電池の下部接合部を画定する。拡散は、例えばリンや砒素などのドーパントの導入により、ＭＯＣＶＤチャンバ内のその場で発生し得る。次に、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層４１１が、下部接合部に１つ以上のＩＩＩ−Ｖ接合部を接続するトンネル接合を組み込む。ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、及びＮの合金を含み得る。
［例示的な構築方法］
図３を参照すると、例示的なはんだ接合装置３００の構築は、以下の工程を含み得る。前述のようなドナー基板を設ける（ブロック３０２）。一つ以上の多孔質層をドナー基板上に形成する（ブロック３０４）。太陽電池又は装置を、例えば、エピタキシャル成長（ブロック３０６）、テクスチャード加工（ブロック３０８）、及び／又は裏面ドーピング（ブロック３１０）又はその他前述の工程により、ドナー基板の多孔質層の上部上に構築又は部分的に構築する。はんだ接合層をドナー基板上に堆積させる（ブロック３１２）。キャリア基板を、例えば、またはんだ接合層を堆積させることによって準備する（ブロック３１４）。太陽電池又は装置及びドナー基板をキャリア基板にはんだ接合する（ブロック３１６）。太陽電池又は装置及びキャリア基板を、前述のように切断処理により、ドナー基板から除去する（ブロック３１８）。太陽電池又は装置をさらに完了まで処理し（ブロック３２０）、分離したドナー基板を再利用のために処理してもよい。例示的な構築方法は、例えば、他の実施形態を組み込むように修正してもよいが、前述の実施形態で説明したような裏面パッシベーション及び接触に関連付けられた工程に限定されない。
［例示的なはんだの実施形態］
図４（ａ−ｆ）を参照すると、例示的な太陽電池装置は、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するものの、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶ゲルマニウムドナー基板４０２は、太陽電池の第１の部分と分離のために後で使用される劈開面とを構築するために使用されてもよい。ドナー基板４０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されない。ドナー基板４０２は、ゲルマニウムに限定されず、例えば、ＧａＡｓ又はＩｎＰであってもよいが、それらに限定されるものではない。ドナー基板４０２は、例えば、１５０〜１０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板４０２の直径は、約５０〜２００ｍｍの標準的なウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。
［劈開面の形成］
図４ａを参照すると、例示的な実施形態に従って、ドナー基板４０２は、高用量の水素
（Ｈ又はＨ２の形態）及び／又は、例えば、１０１６〜２ｘ１０１７イオン／ｃｍ２のヘリウム原子、が注入されて劈開面４０４を画定してもよい。より具体的には、注入は、２×１０１６〜５×１０１６／ｃｍ２程度の注入用量のＨ２によるものであってもよい。注入エネルギーは、劈開面６０４の深さを画定し、例えば、１００〜１０００ＫｅＶであってもよい。例えばホウ素などの他の注入種は、単独又は上記との組み合わせで、同様に有用となり得る。
［拡散障壁の堆積］
図４ｂを参照すると、拡散障壁４０５は、ドナー基板４０２の表面上に配置されている。拡散障壁４０５は、好ましくは導電性であり、例えば、シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、タングステン及びチタンタングステンを含む。拡散障壁４０５は、転送されたゲルマニウム層への、接合層及びキャリア基板からの後続処理工程中の不純物の拡散を阻止するのに十分な厚さと緻密さを必要とする可能性がある。
［ドナー上への接合層の堆積］
図４ｃを参照すると、導電性金属接合層４０６は、拡散障壁４０５の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層４０６は、接着を促進するための薄い層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）と、それに続く低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロンの厚さ）とから構成され得る。例えば、接着を促進するための薄い層は、Ｃｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎであってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図４ｄを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板４０２は、キャリア基板４０８に接合されてもよい。キャリア基板４０８は、例えば、鋼、又は例えばコバール（登録商標）、インバー（登録商標）、モリブデン、タングステンなどの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金などの金属、又は、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミック、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板４０８は、ドナー基板４０２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するようなより大きなものであってもよい。キャリア基板４０８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板４０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板４０８は、例えば１００ミクロン以下の厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板４０８は、導電性であってもよい。キャリア基板のＣＴＥを、ゲルマニウムのＣＴＥにほぼ一致させて、シリコン太陽電池領域にゲルマニウムのＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥと間の不一致に起因する過度な応力を生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板４０８のＣＴＥは、室温で約６〜１２ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよい。キャリア基板４０８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低い微小粗さとを有してもよい（好ましくは１．０ミクロンの二乗平均平方根未満の粗さ）。導電性金属接合層４０６は、キャリア基板４０８の表面上に堆積されてもよい。一実施形態では、接合層４０６は、低融点金属のより厚い層（例えば、０．５〜５ミクロン厚）が続く接着（例えば、１０〜５０ｎｍ厚）を促進するために薄層で構成されてもよい。例えば、接着を促進するための薄い層はＣｒ又はＴｉであってもよく、低融点金属のより厚い層は、Ｓｎ又はＩｎ、若しくはＳｎ−又はＩｎ−を含むはんだ合金であってもよい。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該分野で公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ Ｓ
Ｂ６ｅボンダーなどのツールにて達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力の、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後に、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工、から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合することができるが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。
［切断］
図４ｅを参照すると、ドナー基板４０２は、劈開面で剥離を誘導するのに十分な高い温度にドナー基板４０２をさらすことにより、キャリア基板４０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去され得る。例えば、この温度は２００℃を上回ってもよい。より具体的には、３００Ｃ〜４００Ｃの範囲であってもよい。
［さらなる処理］
図４ｆを参照すると、キャリア基板４０８と太陽電池部とが、ドナー基板４０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板４０８に結合された太陽電池部上で生じ得る。それ以降の図もまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転される。選択的に、太陽電池の部分の残存する剥離層４０４は、湿式酸エッチング又は研磨によって除去され得る。次に、Ｇｅ及び／又はＩＩＩ−Ｖ層のエピタキシャル成長が行われ、その結果、例えば、Ｒ． Ｒ． Ｋｉｎｇ， Ｄ． Ｃ． Ｌａｗ， Ｋ． Ｍ． Ｅｄｍｏｎｄｓｏｎ， Ｃ． Ｍ． Ｆｅｔｚｅｒ， Ｇ． Ｓ． Ｋｉｎｓｅｙ， Ｈ． Ｙｏｏｎ， Ｒ． Ａ． Ｓｈｅｒｉｆ， ａｎｄ Ｎ． Ｈ． Ｋａｒａｍ， “４０” Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０（２００７）１８３５１６に記載のトンネル接合によって接続された多接合太陽電池を得る。最後に、上面太陽電池処理は、太陽電池製造の技術分野で周知である反射防止コーティングの堆積（図示せず）と金属接触線の形成とを含んでもよい。また、分割後、ドナー基板４０２は処理されて、次のウエハの生産サイクルで再利用され得る。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおける後続する劈開面の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含み得る。
［完成した太陽電池］
図４ｆを参照すると、キャリア基板４０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｐ型ゲルマニウム４０９は、はんだ接合を介してキャリア基板４０８に接合される。ｎ型ゲルマニウム４１０は拡散によって形成され、太陽電池の下部接合部を画定する。拡散は、例えばリンや砒素などのドーパントの導入により、ＭＯＣＶＤチャンバ内のその場で発生し得る。次に、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層４１１が、下部接合部に１つ以上のＩＩＩ−Ｖ接合部を接続するトンネル接合を組み込む。ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、及びＮの合金を含み得る。
なお、太陽電池構造は、例示の目的のためであり、本発明は、開示された構造に限定されないことに留意すべきである。様々な装置を構築してもよく、材料は、熱又は電子ビーム蒸着、ＤＣ又はＲＦスパッタリング、電気メッキ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、スピンコーティング法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、スクリーン印刷、又は任意の他の適切な技術を含む様々な技術によって堆積することができる。材料を、堆積後、又は追加の材料
又は反応物質が堆積されるか又は近接して配置された後に、アニール又は化学反応させることができる。
［例示的な過渡液相（ＴＬＰ）接合の実施形態］
前の実施形態で説明したようなはんだ接合は、おそらく層転写後に太陽電池処理の熱収支を制約することによって最終的な太陽電池の効率を制限する可能性があり得る。例えば、純Ｓｎはんだが接合層に使用されると仮定した場合、液体のＳｎが上層のシリコン層の完全性を攻撃及び／又は損なうことに起因して、Ｓｎの融点を越える後の層転写処理工程のいずれも許容されることができない場合がある。これは、今度は、例えば、太陽電池への接点の品質を制限し、（低抵抗接触をもたらすのに十分と思われる上部接触金属の堆積後に接触アニールを妨げる可能性がある。いくつかの技術は２００℃の低い接触アニールを許容するものの、最も主流なセル処理接触アニールははるかに高く、一般的なはんだの融点をはるかに越えている。
又は反応物質が堆積されるか又は近接して配置された後に、アニール又は化学反応させることができる。
［例示的な過渡液相（ＴＬＰ）接合の実施形態］
前の実施形態で説明したようなはんだ接合は、おそらく層転写後に太陽電池処理の熱収支を制約することによって最終的な太陽電池の効率を制限する可能性があり得る。例えば、純Ｓｎはんだが接合層に使用されると仮定した場合、液体のＳｎが上層のシリコン層の完全性を攻撃及び／又は損なうことに起因して、Ｓｎの融点を越える後の層転写処理工程のいずれも許容されることができない場合がある。これは、今度は、例えば、太陽電池への接点の品質を制限し、（低抵抗接触をもたらすのに十分と思われる上部接触金属の堆積後に接触アニールを妨げる可能性がある。いくつかの技術は２００℃の低い接触アニールを許容するものの、最も主流なセル処理接触アニールははるかに高く、一般的なはんだの融点をはるかに越えている。
１つの解決法は、はんだ接合処理をＴＬＰ（過渡液相）接合処理と置き換えることであってもよい。この処理では、少なくとも２つの金属が、接合処理において利用される。図５ａに関して、表面金属層５００は、例えばＳｎ又はＩｎなどの低融点金属であり、接合される面を形成する。上部金属層５２０と、接合される基板との間に位置する金属下地層５１０は、より高い融点を有し、例えばＮｉやＣｕである。表面金属層と金属下地層との組み合わせは、２つの層が相互拡散される金属間化合物合金層を形成することができ、この金属間化合物合金層が、純粋な形で表面金属層の融点よりも著しく高い融点を有するように慎重に選択される。
実質的にすべてのウエハの表面が確実に接触するのに十分な圧力で、表面金属層５００が接触するように、ウエハが、まとめられて、その後、表面金属層の融点まで又はそれを越えて加熱されると、表面金属層は、溶融し、その結果、表面金属層の厚さの合計が十分である限り、はんだ接合に特有の利益である、表面粗さ、質感、及び粒子との一致をもたらす。
非常に激化した相互拡散が、固体の領域と液体の領域との間で起きることは、液体−固体金属インターフェースに特有である。したがって、いったん表面金属層５００が溶融されると、それらは金属下地層５１０と相互拡散し、急速に金属間領域を形成する。例えば、Ｓｎ及びＮｉをそれぞれ表面金属層及び金属下地層に使用する場合、Ｎｉ３Ｓｎ４の金属間領域が形成され得る。Ｎｉ３Ｓｎ４が８００℃に近い融点を有するため、たとえ接合温度が低下していない場合でも、迅速に固化する。したがって、少なくとも１つは低融点の液体である、２種以上の金属の相互拡散からの、高融点の、固体金属間の形成は、等温的に発生する。金属下地層５１０が十分な厚さのものである場合には、表面金属層５００の全体がこの処理で消費され、もはや液体金属は残らない。図５ｂを参照すると、表面金属層の融点よりもはるかに高い再溶融温度を有する金属間金属接合層５３０が形成されている。金属下地層５１０の部分は、金属間層５３０の形成後に残ることがある。
ＴＬＰ接合処理を提供するために使用される金属のスタックは、キャリア及び／又はドナー基板上の特定の対称性に限定されるものではない。一実施形態では、低融点金属に挟まれた高融点金属のスタックは、例えば、ドナー基板又はキャリア基板上に完全に堆積されてもよい。各ドナー又はキャリアの意図された接合面は、前述したように、それぞれドナー又はキャリア基板上に堆積された金属の堆積スタックに、接合されてもよい。金属のスタックは、２つの金属の相互拡散に限定されず、２種以上の金属を使用して相互拡散領域をもたらしてもよい。
別の例では、低融点金属の層は、キャリア及びドナー基板の両方上に堆積されてもよい。高融点金属の層は、キャリア及びドナー基板の一方の上に堆積されてもよい。前述した
ように、それぞれの堆積された金属を伴うキャリア及びドナー基板は、その後、接合されてもよい。別の例では、低融点金属の層は、キャリア又はドナー基板の一方の上に堆積されてもよい。高融点金属の層は、他のそれぞれのキャリア又はドナー基板上に堆積されてもよい。高融点金属表面及び低融点金属表面は、溶融及び接合処理で一体化されてもよい。この処理は、ドナー又はキャリア基板のいずれかの予備接合処理温度に基づいて設計されてもよい。例えば、低融点金属の上方のドナー基板の予備接合処理温度は、ドナー基板上に、かつキャリア基板上にのみ低融点金属を堆積させないようにするのに有利となり得る。
ように、それぞれの堆積された金属を伴うキャリア及びドナー基板は、その後、接合されてもよい。別の例では、低融点金属の層は、キャリア又はドナー基板の一方の上に堆積されてもよい。高融点金属の層は、他のそれぞれのキャリア又はドナー基板上に堆積されてもよい。高融点金属表面及び低融点金属表面は、溶融及び接合処理で一体化されてもよい。この処理は、ドナー又はキャリア基板のいずれかの予備接合処理温度に基づいて設計されてもよい。例えば、低融点金属の上方のドナー基板の予備接合処理温度は、ドナー基板上に、かつキャリア基板上にのみ低融点金属を堆積させないようにするのに有利となり得る。
低融点金属をちょうど超える融解温度又は低融点金属及び高融点金属の両方を超える溶融温度を有する金属間領域によって、利点が達成され得る。一部の用途では、低融点金属を超える接合温度を確保するために金属間領域ですべての低融点金属を確実に消費できることは有利となり得る。同様に、低融点金属及び高融点金属の両方を超える接合温度を確保するために金属間領域で低融点金属及び高融点金属の両方を確実に消費できることも有利となり得る。
この実施形態は、さらに説明するように、処理の３つの部分：ドナー上への接合層の堆積、キャリア基板の準備、及び接合を除いて、先に上述した例示的なはんだの実施形態と同一又は類似とすることができる。
［ドナー上への接合層の堆積］
図６ａを参照すると、導電性金属接合層６０１及び６０４は、ドナー基板６０２の表面及び太陽電池部の上に堆積され得る。ベース領域６１２よりもより高濃度にドープされたｎ型シリコン層６１７は、例えば、ＰＯＣｌ３拡散源のような標準的な処理を使用して形成されてもよい。ドーピングが１０１７〜１０１９ｃｍ−３の間とすることができる一方で、この層の厚さは、例えば、０．１〜１ミクロンとすることができる。図６ａにおけるすべての他の層は、先に例示的なはんだの実施形態に関連して詳細に記載されている。一実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＳｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＮｉ層であってもよい。別の実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＩｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２ ５ミクロンの厚さのＣｕ層であってもよい。金属層６０１は、上記のＴＬＰ接合における金属下地層に相当する一方、金属層６０４は、上記のＴＬＰ接合における表面金属層に対応する。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野における公知の手段によって堆積されてもよい。接着を促進するための薄層（例えば１０〜５０ｎｍの厚さ）は、金属層６０１とドナー基板との間に堆積されてもよいことに留意されたい。例えば、この層は、例えばスパッタリングや蒸着などであってこれらに限定されない方法によって堆積された、Ｃｒ又はＴｉであってもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。接着層に加えて、他の層を使用して、様々な他の装置又は太陽電池層への接着層及び／又は金属接合層の拡散を低減又は防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図６ｂを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板６０２は、キャリア基板６０８に接合され得る。キャリア基板６０８のすべての詳細、及びそのための選択肢は、例示的なはんだの実施形態において、上記により詳細に記載されている。図６ｂを参照すると、導電性金属接合層６０１及び６０４は、キャリア基板６０８の表面上に堆積され得る。一実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＳｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＮｉ層であってもよい。別の実施形態では、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＩｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さの
Ｃｕ層であってもよい。金属層６０１は、上記のＴＬＰ接合における金属下地層に相当する一方、金属層６０４は、上記のＴＬＰ接合における表面金属層に対応している。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野における公知の手段によって堆積されてもよい。接着を促進するための薄層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）は、金属層６０１とドナー基板との間に堆積されてもよいことに留意されたい。例えば、この層は、例えば、スパッタリングや蒸着などであってこれらに限定されない方法によって堆積されたＣｒ又はＴｉであってもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダーなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力にて、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、表面金属層６０４がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよく、表面金属層６０４がＩｎである場合、例えば、この温度は単に１５７〜２００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、低融点金属は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面にて、任意の非平面トポロジに適合することになるが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。
［ドナー上への接合層の堆積］
図６ａを参照すると、導電性金属接合層６０１及び６０４は、ドナー基板６０２の表面及び太陽電池部の上に堆積され得る。ベース領域６１２よりもより高濃度にドープされたｎ型シリコン層６１７は、例えば、ＰＯＣｌ３拡散源のような標準的な処理を使用して形成されてもよい。ドーピングが１０１７〜１０１９ｃｍ−３の間とすることができる一方で、この層の厚さは、例えば、０．１〜１ミクロンとすることができる。図６ａにおけるすべての他の層は、先に例示的なはんだの実施形態に関連して詳細に記載されている。一実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＳｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＮｉ層であってもよい。別の実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＩｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２ ５ミクロンの厚さのＣｕ層であってもよい。金属層６０１は、上記のＴＬＰ接合における金属下地層に相当する一方、金属層６０４は、上記のＴＬＰ接合における表面金属層に対応する。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野における公知の手段によって堆積されてもよい。接着を促進するための薄層（例えば１０〜５０ｎｍの厚さ）は、金属層６０１とドナー基板との間に堆積されてもよいことに留意されたい。例えば、この層は、例えばスパッタリングや蒸着などであってこれらに限定されない方法によって堆積された、Ｃｒ又はＴｉであってもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。接着層に加えて、他の層を使用して、様々な他の装置又は太陽電池層への接着層及び／又は金属接合層の拡散を低減又は防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図６ｂを参照すると、太陽電池の第１の部分を含むドナー基板６０２は、キャリア基板６０８に接合され得る。キャリア基板６０８のすべての詳細、及びそのための選択肢は、例示的なはんだの実施形態において、上記により詳細に記載されている。図６ｂを参照すると、導電性金属接合層６０１及び６０４は、キャリア基板６０８の表面上に堆積され得る。一実施形態において、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＳｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＮｉ層であってもよい。別の実施形態では、金属層６０４が、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さのＩｎ層であってもよい一方で、金属層６０１は、例えば、０．２〜５ミクロンの厚さの
Ｃｕ層であってもよい。金属層６０１は、上記のＴＬＰ接合における金属下地層に相当する一方、金属層６０４は、上記のＴＬＰ接合における表面金属層に対応している。これらの層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野における公知の手段によって堆積されてもよい。接着を促進するための薄層（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）は、金属層６０１とドナー基板との間に堆積されてもよいことに留意されたい。例えば、この層は、例えば、スパッタリングや蒸着などであってこれらに限定されない方法によって堆積されたＣｒ又はＴｉであってもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダーなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力にて、例えば窒素又は空気の雰囲気下の、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、表面金属層６０４がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよく、表面金属層６０４がＩｎである場合、例えば、この温度は単に１５７〜２００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜３０秒の短い間だけ維持されてもよい。低融点金属が液相である間、低融点金属は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面にて、任意の非平面トポロジに適合することになるが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。
図６ｃを参照すると、一旦、表面金属層６０４が液化すると、表面金属層６０４と金属下地層６０１とが適切に選択されたと仮定した場合、金属の相互拡散は、接合温度をはるかに越える融点を有する、固体金属間層６０６の迅速な形成につながることになる。この金属間層は、現段階で２つの基板を結合する。相対的な厚さの層６０４及び６０１の適切な選択で、金属間形成後は、液体金属は全く残らないことになる。Ｎｉ Ｓｎ ＴＬＰ接合の場合、Ｎｉ原子の総数に対するＳｎ原子の総数の比が、結果として生じるＮｉ−Ｓｎ化合物の比（例えば、Ｓｎ４Ｎｉ３について４：３）以下であるときに、接合後、液体金属が残らないように表面金属層の完全な消費が生じることになる。いくつかの実施形態では、金属下地層６０１の一部が、新しく形成された金属間層６０６（図６ｃには図示なし）の上及び／又は下に残ることになる。
この後、切断及びすべての例示的な後続の工程は、例示なはんだの実施形態において上記に詳細に記載した通りである。様々な実施形態は、先に上述したＴＬＰ接合の実施形態で議論された置換または変形を伴う例示的なはんだの実施形態の例示的な装置及び構築方法と同一又は同様とすることができる。
［例示的なはんだの実施形態］
図７（ａ−ｊ）を参照すると、例示的な太陽電池装置が、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶シリコンドナー基板７０２は、太陽電池の第１の部分と、分離のために後で使用される多孔質領域とを構築するために使用され得る。ドナー基板７０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよいが、それらに限定されるものではない。ドナー基板７０２は、例えば、１５０〜２０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板７０２の直径は１０
０〜３００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。あるいは、例えば結晶Ｓｉ太陽電池に一般的に使用されているような一辺が約５”又は６”の正方形又は半正方形の基板を使用してもよい。ドナー基板７０２は、ドープｐ型又はドープｎ＋であってもよく、あるいは多孔質シリコンの形成中に照明される場合、より低濃度ドープのｎ型であってもよい。
［多孔質層の形成］
例示的な実施形態によれば、ドナー基板７０２は、ｐ型で、１オームセンチメートル程度を下回る抵抗率を有し得る。図１ａを参照すると、二重多孔質層７０４は、ドナー基板７０２の表面上に形成され得る。上部多孔質層は、気孔率がより低くてもよく、後続のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能し得る。下部多孔質層は、気孔率がより高くてもよく、後続の分割を可能にでき得る。分割面を作成するための例示的なアプローチは、当該技術分野で公知であり、例えば、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ， ＪＳＡＰ Ｉｎｔ． Ｊｕｌｙ ２００１， Ｎｏ． ４， ｐｐ． １０−１６に記載されている。多孔質層７０４はまた、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉで説明されているように、短時間の熱酸化により安定化されてもよいし、Ｈ２下でアニールにより封止されてもよい。
［例示的なはんだの実施形態］
図７（ａ−ｊ）を参照すると、例示的な太陽電池装置が、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶シリコンドナー基板７０２は、太陽電池の第１の部分と、分離のために後で使用される多孔質領域とを構築するために使用され得る。ドナー基板７０２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよいが、それらに限定されるものではない。ドナー基板７０２は、例えば、１５０〜２０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板７０２の直径は１０
０〜３００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。あるいは、例えば結晶Ｓｉ太陽電池に一般的に使用されているような一辺が約５”又は６”の正方形又は半正方形の基板を使用してもよい。ドナー基板７０２は、ドープｐ型又はドープｎ＋であってもよく、あるいは多孔質シリコンの形成中に照明される場合、より低濃度ドープのｎ型であってもよい。
［多孔質層の形成］
例示的な実施形態によれば、ドナー基板７０２は、ｐ型で、１オームセンチメートル程度を下回る抵抗率を有し得る。図１ａを参照すると、二重多孔質層７０４は、ドナー基板７０２の表面上に形成され得る。上部多孔質層は、気孔率がより低くてもよく、後続のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能し得る。下部多孔質層は、気孔率がより高くてもよく、後続の分割を可能にでき得る。分割面を作成するための例示的なアプローチは、当該技術分野で公知であり、例えば、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ， ＪＳＡＰ Ｉｎｔ． Ｊｕｌｙ ２００１， Ｎｏ． ４， ｐｐ． １０−１６に記載されている。多孔質層７０４はまた、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉで説明されているように、短時間の熱酸化により安定化されてもよいし、Ｈ２下でアニールにより封止されてもよい。
多孔質Ｓｉ分離層を形成するための例示的な処理の詳細は以下の通りである。０．０１〜０．０２オームセンチメートルの間の抵抗率を有するｐ型（１００）配向の単結晶Ｓｉ基板を、一部フッ化水素酸と、一部水と、一部イソプロピルアルコールとからなる溶液中に浸漬させてもよい。基板は、一方がウエハの前面に対向し、他方が背面に対向する、例えばシリコン又はダイヤモンドから形成された、２つの電極と直列で一直線上にある。基板ホルダーは、電気的に絶縁され、強制的に電流をウエハ周辺部ではなく基板を主に通過させる。電極は、基板の直径の少なくとも１０％の距離だけ基板から離間させてもよい。このような装置に電圧を印加して、溶液中に、基板を通して電流が流れることで、基板の表面に多孔質シリコン層がエッチングされる。２つの異なる電圧が、相次いで、電極間に印加されることで、基板の表面上に２つの異なる多孔質シリコン層７０４を形成してもよい。その第１層は、０．５〜２ミクロンの深さまで２〜１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でエッチングされてもよく（エッチング時間は約０．５〜５分）、気孔率が低い（約２５％）。第２層は、第１層の下に埋設され、０．２５〜２ミクロンの深さまで４０〜２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でエッチングされてもよく（エッチング時間は約２〜３０秒）、気孔率が高い。第２層は、以下でさらに詳細に説明される、後続の洗浄、エピタキシー、及び接合後に劈開面を画定する。エッチング後、ウエハを硫酸と過酸化水素水との混合液中に浸漬させ、約８０〜１４０°Ｃまで、１０分間、洗浄のために、自己発熱させてもよい。例えば、ＳＣ−１、ＳＣ−２、フッ化水素酸、塩酸、又はイソプロピルアルコールなどの他の標準的な半導体洗浄液も用いてもよい。ウエハはその後、シリコン成長装置にロードされてもよい。
［エピタキシャル成長］
図７ｂを参照すると、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、例えば１０１７ｃｍ−３程度を超えるレベルまでのリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャルシリコン膜７１４は、次いで、例えば、９００Ｃを超える温度で、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）又はトリクロロシラン（ＴＣＳ）などのような前駆体と共に、例えば大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）又は低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を使用して、多孔質領域の上で成長されてもよい。その場ドーピングによるシリコンエピタキシャルのための処理は、当該技術分野において非常によく知られている。ｎ型その場ドーピングに使用される典型的な前駆体は、ホスフィンである。このｎ型領域７１４は、太陽電池のベース接触領域、又は前面電界（ＦＳＦ）として機能し得る。多孔質シリコン上に高品質なエピタキシャル領域を成長させる方法は、当該技術分野でよく知られており、例えば、Ｎ． Ｓａｔｏ ａｔ Ｓ． Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ， “Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｔｏ ５０／ｃｍ２ ｉｎ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅ
ｒｓ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ ＥＬＴＲＡＮ（登録商標） Ｐｒｏｃｅｓｓ”， ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９８ ＩＥＥＥ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅに記載されているように、エピタキシャル成長前に、例えば、Ｈ２雰囲気下でアニール工程などの露出面の細孔を封止する工程を含んでもよい。続いて、例えば３〜３０ミクロンの厚さの、１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３のレベルまでの、例えばヒ素又はリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャル膜の７１２を、次に成長させてもよいが、これは太陽電池のベース（吸収）領域として機能することになる。これに続いて、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、例えば、約１０１７ｃｍ−３を超えるレベルまでのホウ素を介したその場ドーピングでｐドープされたエミッタ領域７１７を、次に成長させてもよい。
［裏面パッシベーション］
図７ｃを参照すると、パッシベーション層７１８は、ｐ型シリコン層７１７の表面上に配置されている。パッシベーション層７１８は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのシリコン太陽電池を不動態化するために使用される標準的なフィルムのいずれであってもよい。パッシベーション層７１８は、例えばプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は、ＳｉＯ２の場合、ｐ型のシリコン層７１７の熱酸化、などの当該技術分野で周知の一般的な方法を介して堆積されてもよい。パッシベーション層の厚みは、例えば１〜１００ｎｍの範囲とすることができる。
［裏面接触］
図７ｄを参照すると、接触層７１９は、パッシベーション層７１８上に配置され得る。接触層は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含んでもよく、例えば、蒸着、スパッタリング、（アルミニウム含有ペーストの）スクリーン印刷、又はメッキなどの標準的方法を介して堆積されてもよい。パッシベーション層７１８が電気的に絶縁性である場合において、接触層７１９は、太陽電池に電気的に接触するために、パッシベーション層７１８の一部を貫通する必要がある可能性がある。このことは、以下を含む様々な方法によって達成され得る：（ａ）接触層堆積の前にパッシベーション層７１８を（例えば、フォトリソグラフィーを介して、又はＪｅｎｓ Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０８， １２４５１３に記載されるようなレーザーアブレーションを介して、又は当該技術分野で知られているようにパッシベーション層７１８を介してエッチング可能な切断剤を含有する犠牲ペーストのスクリーン印刷を介して）パターニングし、ｐ型シリコン層７１７に接触するための接触層７１９のための開口部７２０を提供する、又は（ｂ）例えば、Ｅ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒｌｏｅｃｈｎｅｒ， Ｒ． Ｐｒｅｕ， Ｒ． Ｌｕｅｄｅｍａｎｎ， ａｎｄ Ｓ． Ｗ． Ｇｌｕｎｚ， “Ｌａｓｅｒ−Ｆｉｒｅｄ Ｒｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，” Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ： Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０（２００２）２９に記載されているようなレーザーアニールなどの方法により、パッシベーション層７１８を介して、接触層７１９を焼成する。例えばアルミニウムなどのような金属層によって支えられた誘電体層の組み合わせは、完成した太陽電池の裏面用の非常に効果的な反射層を形成できることに留意されたい。例えば、“Ｈｙｂｒｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｂａｃｋ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ” ｂｙ Ｍｕｔｉｔｕ ｅｔ ａｌ． ｉｎＥｎｅｒｇｉｅｓ ２０１０， ３， １９１４−１９３３を参照。上記（ａ）の場合、接触層７１９の堆積後に、（例えば、“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ
Ｏｆ Ｌｏｃａｌ Ａｌ−ＢＳＦ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｐｅｒｃ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ” ｂｙ Ｇｒａｓｓｏ ｅｔ ａｌ， ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２５ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｖａｌｅｎｃｉａ， Ｓｐａｉｎ， ２０１０など
に記載されているように）アニールを実行して、開口部７２０を通してＳｉのＡｌドーピングを発生させることで、接触開口部７２０とつながったシリコン（図示せず）中のｐ＋領域を形成してもよい。これらのｐ＋領域は、例えば、１０１９ｃｍ−２以上ドープされてもよく、シリコンに例えば、１〜１０ミクロンまで延ばしてもよい。これにより、接触抵抗が減少することになる。
［ドナー上への接合層の堆積］
図７ｅを参照すると、導電性金属接合層７０６は、ドナー基板及び太陽電池部の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層７０６は、例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層７０６ａと、それに続く例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層７０６ｂとから構成され得る。例えば、高融点層７０６ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、低融点層７０６ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層７０６ａは、Ｃｕであってもよく、低融点層７０６ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層７０６ａは、低融点層７０６ｂのすべてが、後述するように、金属間化合物層７１１の形成に消費されるのに十分な厚みであってもよい。例えば、層７０６ａは、層７０６ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層７０６Ａの堆積は、例えば、Ｃｒ又はＴｉなど（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）との接着を促進するために薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの全ての層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない当該技術分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図７ｆを参照すると、キャリア基板７０８は、太陽電池の第１の部分を含む、ドナー基板７０２との接合のために準備され得る。キャリア基板７０８は、例えば、安価な金属級シリコン、又は例えば鋼などの金属、又は例えばコバール（登録商標）又はインバー（登録商標）などの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金、又は例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミック、又は、例えば０．１〜２．０ｍｍの厚さの標準的なフロートガラス又はホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板７０８は、ドナー基板７０２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するなど、より大きくてもよい。キャリア基板７０８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板７０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板７０８が例えば１００ミクロン以下の厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板７０８は導電性であってもよい。あるいは、キャリア基板７０８は、絶縁であってもよいが、その表面の一部又はすべての上の金属層でコーティングすることで、薄型Ｓｉ太陽電池との導電性バック接点として機能可能にしてもよい。例えば、キャリア基板７０８は、例えばＮｉ又はＡｌなどの１〜１０ミクロンの厚さの金属層に完全にコーティングされた（カプセル化された）標準フロートガラスとすることができ、そのようなコーティングは、例えば、蒸発、スパッタリング、又は電着によって適用されてもよい。
［エピタキシャル成長］
図７ｂを参照すると、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、例えば１０１７ｃｍ−３程度を超えるレベルまでのリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャルシリコン膜７１４は、次いで、例えば、９００Ｃを超える温度で、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）又はトリクロロシラン（ＴＣＳ）などのような前駆体と共に、例えば大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）又は低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を使用して、多孔質領域の上で成長されてもよい。その場ドーピングによるシリコンエピタキシャルのための処理は、当該技術分野において非常によく知られている。ｎ型その場ドーピングに使用される典型的な前駆体は、ホスフィンである。このｎ型領域７１４は、太陽電池のベース接触領域、又は前面電界（ＦＳＦ）として機能し得る。多孔質シリコン上に高品質なエピタキシャル領域を成長させる方法は、当該技術分野でよく知られており、例えば、Ｎ． Ｓａｔｏ ａｔ Ｓ． Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ， “Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｔｏ ５０／ｃｍ２ ｉｎ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅ
ｒｓ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ ＥＬＴＲＡＮ（登録商標） Ｐｒｏｃｅｓｓ”， ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９８ ＩＥＥＥ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅに記載されているように、エピタキシャル成長前に、例えば、Ｈ２雰囲気下でアニール工程などの露出面の細孔を封止する工程を含んでもよい。続いて、例えば３〜３０ミクロンの厚さの、１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３のレベルまでの、例えばヒ素又はリンを介したその場ドーピングでｎドープされたエピタキシャル膜の７１２を、次に成長させてもよいが、これは太陽電池のベース（吸収）領域として機能することになる。これに続いて、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さの、例えば、約１０１７ｃｍ−３を超えるレベルまでのホウ素を介したその場ドーピングでｐドープされたエミッタ領域７１７を、次に成長させてもよい。
［裏面パッシベーション］
図７ｃを参照すると、パッシベーション層７１８は、ｐ型シリコン層７１７の表面上に配置されている。パッシベーション層７１８は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのシリコン太陽電池を不動態化するために使用される標準的なフィルムのいずれであってもよい。パッシベーション層７１８は、例えばプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又は、ＳｉＯ２の場合、ｐ型のシリコン層７１７の熱酸化、などの当該技術分野で周知の一般的な方法を介して堆積されてもよい。パッシベーション層の厚みは、例えば１〜１００ｎｍの範囲とすることができる。
［裏面接触］
図７ｄを参照すると、接触層７１９は、パッシベーション層７１８上に配置され得る。接触層は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含んでもよく、例えば、蒸着、スパッタリング、（アルミニウム含有ペーストの）スクリーン印刷、又はメッキなどの標準的方法を介して堆積されてもよい。パッシベーション層７１８が電気的に絶縁性である場合において、接触層７１９は、太陽電池に電気的に接触するために、パッシベーション層７１８の一部を貫通する必要がある可能性がある。このことは、以下を含む様々な方法によって達成され得る：（ａ）接触層堆積の前にパッシベーション層７１８を（例えば、フォトリソグラフィーを介して、又はＪｅｎｓ Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０８， １２４５１３に記載されるようなレーザーアブレーションを介して、又は当該技術分野で知られているようにパッシベーション層７１８を介してエッチング可能な切断剤を含有する犠牲ペーストのスクリーン印刷を介して）パターニングし、ｐ型シリコン層７１７に接触するための接触層７１９のための開口部７２０を提供する、又は（ｂ）例えば、Ｅ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒｌｏｅｃｈｎｅｒ， Ｒ． Ｐｒｅｕ， Ｒ． Ｌｕｅｄｅｍａｎｎ， ａｎｄ Ｓ． Ｗ． Ｇｌｕｎｚ， “Ｌａｓｅｒ−Ｆｉｒｅｄ Ｒｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，” Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ： Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０（２００２）２９に記載されているようなレーザーアニールなどの方法により、パッシベーション層７１８を介して、接触層７１９を焼成する。例えばアルミニウムなどのような金属層によって支えられた誘電体層の組み合わせは、完成した太陽電池の裏面用の非常に効果的な反射層を形成できることに留意されたい。例えば、“Ｈｙｂｒｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｂａｃｋ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ” ｂｙ Ｍｕｔｉｔｕ ｅｔ ａｌ． ｉｎＥｎｅｒｇｉｅｓ ２０１０， ３， １９１４−１９３３を参照。上記（ａ）の場合、接触層７１９の堆積後に、（例えば、“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ
Ｏｆ Ｌｏｃａｌ Ａｌ−ＢＳＦ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｐｅｒｃ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ” ｂｙ Ｇｒａｓｓｏ ｅｔ ａｌ， ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２５ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｖａｌｅｎｃｉａ， Ｓｐａｉｎ， ２０１０など
に記載されているように）アニールを実行して、開口部７２０を通してＳｉのＡｌドーピングを発生させることで、接触開口部７２０とつながったシリコン（図示せず）中のｐ＋領域を形成してもよい。これらのｐ＋領域は、例えば、１０１９ｃｍ−２以上ドープされてもよく、シリコンに例えば、１〜１０ミクロンまで延ばしてもよい。これにより、接触抵抗が減少することになる。
［ドナー上への接合層の堆積］
図７ｅを参照すると、導電性金属接合層７０６は、ドナー基板及び太陽電池部の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層７０６は、例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層７０６ａと、それに続く例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層７０６ｂとから構成され得る。例えば、高融点層７０６ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、低融点層７０６ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層７０６ａは、Ｃｕであってもよく、低融点層７０６ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層７０６ａは、低融点層７０６ｂのすべてが、後述するように、金属間化合物層７１１の形成に消費されるのに十分な厚みであってもよい。例えば、層７０６ａは、層７０６ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層７０６Ａの堆積は、例えば、Ｃｒ又はＴｉなど（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）との接着を促進するために薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの全ての層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない当該技術分野において公知の処理によって堆積されてもよい。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図７ｆを参照すると、キャリア基板７０８は、太陽電池の第１の部分を含む、ドナー基板７０２との接合のために準備され得る。キャリア基板７０８は、例えば、安価な金属級シリコン、又は例えば鋼などの金属、又は例えばコバール（登録商標）又はインバー（登録商標）などの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金、又は例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミック、又は、例えば０．１〜２．０ｍｍの厚さの標準的なフロートガラス又はホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、又は他の適切な材料であってもよい。キャリア基板７０８は、ドナー基板７０２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するなど、より大きくてもよい。キャリア基板７０８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板７０８は、可撓性であってもよく、例えば、キャリア基板７０８が例えば１００ミクロン以下の厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板７０８は導電性であってもよい。あるいは、キャリア基板７０８は、絶縁であってもよいが、その表面の一部又はすべての上の金属層でコーティングすることで、薄型Ｓｉ太陽電池との導電性バック接点として機能可能にしてもよい。例えば、キャリア基板７０８は、例えばＮｉ又はＡｌなどの１〜１０ミクロンの厚さの金属層に完全にコーティングされた（カプセル化された）標準フロートガラスとすることができ、そのようなコーティングは、例えば、蒸発、スパッタリング、又は電着によって適用されてもよい。
キャリア基板のＣＴＥは、ドナー基板のＣＴＥにほぼ一致させることで、ドナー基板のＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥとの間の不一致によりドナー太陽電池領域に過度な応力を生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板のＣＴＥは、室温で約６〜１０ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよい。キャリア基板７０８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低い微小粗さ（好ましくは１．０ミクロンの二乗平均平方根未満の粗さ）とを有してもよい。導電性金属接合層７１０は、キャリア基板７０８の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層７１０は、例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層７１０ａと、これに続く例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層７１０ｂとから構成されてもよい。例えば、高融点層７１０ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、低融点層７１０ｂはＳｎであってもよい。あるいは、高融点層７１０ａは、Ｃｕであってもよく、低
融点層７１０ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層７１０ａは、後述するように、低融点層７１０ｂのすべてが金属間化合物層７１１の形成に消費されるのに十分な厚さであってもよい。例えば、層７１０ａは、層７１０ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層７１０ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉ（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）などとの接合を促進するために薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの全ての層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野において公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。金属接合層７１０ｂと７０６ｂとは、例えば、両方ともＳｎなど、同じ材料であってもよく、金属接合層７１０ａ及び７０６ａは、例えば、両方ともＴｉ又は両方ともＮｉなど、同じ材料であってもよいことに留意されたい。
融点層７１０ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層７１０ａは、後述するように、低融点層７１０ｂのすべてが金属間化合物層７１１の形成に消費されるのに十分な厚さであってもよい。例えば、層７１０ａは、層７１０ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層７１０ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉ（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）などとの接合を促進するために薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの全ての層は、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野において公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。金属接合層７１０ｂと７０６ｂとは、例えば、両方ともＳｎなど、同じ材料であってもよく、金属接合層７１０ａ及び７０６ａは、例えば、両方ともＴｉ又は両方ともＮｉなど、同じ材料であってもよいことに留意されたい。
キャリア基板７０８及び／又はドナー基板７０２のＣＴＥは、装置内の他の層のＣＴＥと適合させることで、ドナー基板７０２のＣＴＥとキャリア基板７０８のＣＴＥとの間の不一致によりドナー太陽電池領域に過度な応力を生じさせることなく、太陽電池を形成するのに必要な後続の熱処理工程を可能にしてもよい。例えば、キャリア基板７０８は、約１１ｅ−６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する鋼であってもよい。ドナー基板７０２は、約２．５ｅ−６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するシリコンであってもよい。導電性金属接合層７１０は、その差を補償するように選択されて、張力を低減及び／又はドナー基板７０２を圧縮してもよい。例えば、導電層７１０は、シリコンドナー基板の層の厚さの１／２〜１倍の厚さで約２４ｅ−６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するＡｌを備えることができる。実施形態では、材料のＣＴＥに基づく１つ以上の層に用いられる材料及び／又は装置を構築するために使用される層のスタック内のそれぞれの厚さを選択することにより熱応力を補償してもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダー、又は加熱機械プレスなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力で、例えば窒素又は空気の雰囲気中で、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜６０秒の短い間だけ維持されてもよい。あるいは、温度を、例えば、１〜６０分間維持してもよい。低融点層が液相である間、低融点層は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工、から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合してもよいが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。低融点層が溶融すると、低融点金属層と高融点金属層との間の拡散は、一般的に強化されることになる。図１ｇを参照すると、この結果、高融点及び低融点層７０６ａ、７０６ｂ、７１０ａ、７１０ｂ：例えば、ＮｉｙＳｎｚ（例えば、Ｎｉ３Ｓｎ４）又はＴｉｗＳｎｘ（例えば、Ｔｉ６Ｓｎ５）又はＣｕｕＩｎｖ（例えば、Ｃｕ２Ｉｎ）、の複合成分から構成される金属間化合物層７１１を形成することになり得る。金属間層は、低融点金属層の融点よりも実質的に高い融点を有し得るため、金属層スタックが依然として接合温度にさらされている間でさえ、金属間層は、等温凝固し得る。得られた金属間金属化合物接合層が、構成層の一部よりも融点が高い金属接合のアプローチは、“Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ” ｂｙ Ｗ． Ｄ． ＭａｃＤｏｎａｌｄ ａｎｄ Ｔ． Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ａｎｎａ． Ｒｅｖ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． １９９２．２２：２３−４６で説明されているように、過渡的液相接合と呼ばれている。この処理は、実
質的に低融点層７０６ｂ及び７１０ｂのすべてを消費し得るため、接合された金属結合が低融点金属の融点をはるかに越える温度でも固体で残ることになる。いくつかの高融点層７１０ａ及び／又は７０６ａは、金属間化合物層７１１の形成に消費されずに残り得る。［切断］
図７ｈを参照すると、ドナー基板７０２は、多孔質層７０４内でドナー基板を切断することにより、キャリア基板７０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去され得る。分離は、機械の力のみを介してもよいし、あるいは様々な他の方法で強化されてもよい。例えば、可撓性キャリア基板の場合、基板の機械的撓みにより、多孔質シリコン領域内で分割を発生させることができ、その結果、キャリア基板７０８に接合された太陽電池の第１の部分からドナー基板７０２が分離される。別の例では、楔形装置（図示せず）を使って、多孔質領域７０４の露出した外端での分離を誘発してもよい。別の例では、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉで説明されているように、分離は、多孔質シリコン層７０４の縁部に向け高圧水ジェットを当てることで強化されてもよい。さらに別の例では、例えば、ＨＦ／Ｈ２０２などの湿式酸溶液も多孔質領域７０４にさらして端部から多孔質領域７０４を侵食させ、分離を強化してもよい。さらに別の例では、シリコンドナー基板７０２のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有するキャリア基板７０８の場合について、熱アニールを使用して接合されたウエハ対に応力を誘発することで、多孔質Ｓｉ層７０４内での分離を引き起こして、応力を緩和してもよい。なお、上記の分離の例は、個々に又は様々な組み合わせで使用され得ることを理解すべきである。また、シリコンドナー基板７０２のＣＴＥとは実質的に異なるＣＴＥを有するキャリア基板７０８の場合について、接合温度からの冷却は、接合されたウエハ対に十分な応力を誘発して多孔質Ｓｉ層７０４内部での自動分離を引き起こして応力を緩和することになり得ることに留意すべきである。
［上側処理］
図７ｉを参照すると、キャリア基板７０８と太陽電池部とがドナー基板７０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板７０８に結合された太陽電池部上で生じ得る。本図及び後続の図は、前図から垂直方向に反転されている。選択的に、太陽電池の部分の多孔質７０４層は、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ， ｏｒ ｉｎ Ｎｏｂｕｈｉｋｏ Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖ． １４２ ｎ．９ ｐ．３１１６−２２に記載されているように湿式酸エッチングで、又はＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液中でのエッチングを介して、又は研磨を介して除去され得る。例えば、多孔質層７０４は、室温で例えば３０〜９０分間４５％濃度のＫＯＨ溶液中で浸漬させることで除去され得る。あるいは、多孔質表面の粗さは、太陽電池による光捕獲を高める可能性があるので、多孔質層７０４の一部又は全体を無傷のまま残すことが有利となり得る。上面太陽電池の処理は、粗面化又はテクスチャード加工、表面不動態化、及び反射防止コーティングの堆積などの、太陽電池の製造の分野で周知であるすべての図示しない工程も含んでもよい。また、分割後、ドナー基板７０２は、次のウエハの生産サイクルで再利用するために処理されてもよい。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおけるその後の多孔質層の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。例えば、この処理は、例えば室温で３０〜９０分間、４５％濃度のＫＯＨ溶液への浸漬を介した、多孔質層７０４の除去を含んでもよい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダー、又は加熱機械プレスなどのツールで達成することができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力で、例えば窒素又は空気の雰囲気中で、閉接合チャンバ内で接触させてもよい。ウエハを接触させた後には、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力を維持している間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２〜３００℃であってもよい。この温度は、例えば１〜６０秒の短い間だけ維持されてもよい。あるいは、温度を、例えば、１〜６０分間維持してもよい。低融点層が液相である間、低融点層は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工、から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合してもよいが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。低融点層が溶融すると、低融点金属層と高融点金属層との間の拡散は、一般的に強化されることになる。図１ｇを参照すると、この結果、高融点及び低融点層７０６ａ、７０６ｂ、７１０ａ、７１０ｂ：例えば、ＮｉｙＳｎｚ（例えば、Ｎｉ３Ｓｎ４）又はＴｉｗＳｎｘ（例えば、Ｔｉ６Ｓｎ５）又はＣｕｕＩｎｖ（例えば、Ｃｕ２Ｉｎ）、の複合成分から構成される金属間化合物層７１１を形成することになり得る。金属間層は、低融点金属層の融点よりも実質的に高い融点を有し得るため、金属層スタックが依然として接合温度にさらされている間でさえ、金属間層は、等温凝固し得る。得られた金属間金属化合物接合層が、構成層の一部よりも融点が高い金属接合のアプローチは、“Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ” ｂｙ Ｗ． Ｄ． ＭａｃＤｏｎａｌｄ ａｎｄ Ｔ． Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ａｎｎａ． Ｒｅｖ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． １９９２．２２：２３−４６で説明されているように、過渡的液相接合と呼ばれている。この処理は、実
質的に低融点層７０６ｂ及び７１０ｂのすべてを消費し得るため、接合された金属結合が低融点金属の融点をはるかに越える温度でも固体で残ることになる。いくつかの高融点層７１０ａ及び／又は７０６ａは、金属間化合物層７１１の形成に消費されずに残り得る。［切断］
図７ｈを参照すると、ドナー基板７０２は、多孔質層７０４内でドナー基板を切断することにより、キャリア基板７０８に接合された太陽電池の第１の部分から除去され得る。分離は、機械の力のみを介してもよいし、あるいは様々な他の方法で強化されてもよい。例えば、可撓性キャリア基板の場合、基板の機械的撓みにより、多孔質シリコン領域内で分割を発生させることができ、その結果、キャリア基板７０８に接合された太陽電池の第１の部分からドナー基板７０２が分離される。別の例では、楔形装置（図示せず）を使って、多孔質領域７０４の露出した外端での分離を誘発してもよい。別の例では、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉで説明されているように、分離は、多孔質シリコン層７０４の縁部に向け高圧水ジェットを当てることで強化されてもよい。さらに別の例では、例えば、ＨＦ／Ｈ２０２などの湿式酸溶液も多孔質領域７０４にさらして端部から多孔質領域７０４を侵食させ、分離を強化してもよい。さらに別の例では、シリコンドナー基板７０２のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有するキャリア基板７０８の場合について、熱アニールを使用して接合されたウエハ対に応力を誘発することで、多孔質Ｓｉ層７０４内での分離を引き起こして、応力を緩和してもよい。なお、上記の分離の例は、個々に又は様々な組み合わせで使用され得ることを理解すべきである。また、シリコンドナー基板７０２のＣＴＥとは実質的に異なるＣＴＥを有するキャリア基板７０８の場合について、接合温度からの冷却は、接合されたウエハ対に十分な応力を誘発して多孔質Ｓｉ層７０４内部での自動分離を引き起こして応力を緩和することになり得ることに留意すべきである。
［上側処理］
図７ｉを参照すると、キャリア基板７０８と太陽電池部とがドナー基板７０２から除去されるとすぐに、太陽電池部の種々の分離後の処理及び／又は太陽電池の第２の部分の追加構築が、キャリア基板７０８に結合された太陽電池部上で生じ得る。本図及び後続の図は、前図から垂直方向に反転されている。選択的に、太陽電池の部分の多孔質７０４層は、Ｙｏｎｅｈａｒａ ＆ Ｓａｋａｇｕｃｈｉ， ｏｒ ｉｎ Ｎｏｂｕｈｉｋｏ Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖ． １４２ ｎ．９ ｐ．３１１６−２２に記載されているように湿式酸エッチングで、又はＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液中でのエッチングを介して、又は研磨を介して除去され得る。例えば、多孔質層７０４は、室温で例えば３０〜９０分間４５％濃度のＫＯＨ溶液中で浸漬させることで除去され得る。あるいは、多孔質表面の粗さは、太陽電池による光捕獲を高める可能性があるので、多孔質層７０４の一部又は全体を無傷のまま残すことが有利となり得る。上面太陽電池の処理は、粗面化又はテクスチャード加工、表面不動態化、及び反射防止コーティングの堆積などの、太陽電池の製造の分野で周知であるすべての図示しない工程も含んでもよい。また、分割後、ドナー基板７０２は、次のウエハの生産サイクルで再利用するために処理されてもよい。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおけるその後の多孔質層の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。例えば、この処理は、例えば室温で３０〜９０分間、４５％濃度のＫＯＨ溶液への浸漬を介した、多孔質層７０４の除去を含んでもよい。
図７ｊを参照すると、金属接触線７１６は、例えば、スクリーン印刷を介して、太陽電池の表面上に構築され得る。金属接点材料７１６を適用後、構造体は、例えば、１００〜３００℃の温度でアニールされてもよい。このアニールは、例えば、フォーミングガスの雰囲気下で行われてもよい。金属接点材料７１６の適用の前又は後に、選択的な接触面積ドーピングを行ってもよい。すなわち、接触材料７１６の直下の領域でのｎ型ドーピングを増加させることができ、接触抵抗をより低くできる。このことを実施するための方法は当該技術分野で周知である。
［完成した太陽電池］
図８ａを参照すると、キャリア基板７０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｎ型エピタキシャル成長させたシリコン７１２は、太陽電池のベース領域を提供し得る。ｎ＋エピタキシャル成長させた領域７１４は、太陽電池のベース接触領域を提供し得る。接触層７１９（又は、そのような接触層が存在しない場合、高融点層７０６ａ）は、ｐ＋エミッタ接触領域７１７に下部電気接点を提供し得る。接触層７１９（又は、そのような接触層が存在しない場合、高融点層７０６ａ）は、ベース領域においてより完全な光吸収のための光反射を提供し得る。
［完成した太陽電池］
図８ａを参照すると、キャリア基板７０８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。ｎ型エピタキシャル成長させたシリコン７１２は、太陽電池のベース領域を提供し得る。ｎ＋エピタキシャル成長させた領域７１４は、太陽電池のベース接触領域を提供し得る。接触層７１９（又は、そのような接触層が存在しない場合、高融点層７０６ａ）は、ｐ＋エミッタ接触領域７１７に下部電気接点を提供し得る。接触層７１９（又は、そのような接触層が存在しない場合、高融点層７０６ａ）は、ベース領域においてより完全な光吸収のための光反射を提供し得る。
この薄型シリコン電池のアプローチは、（例えば、１５０ミクロン又はそれ以上の厚さのシリコンウエハ全体が太陽電池を形成するために使用される場合に）バルク単結晶シリコン太陽電池の典型的な高い電気変換効率を可能にし得るが、比較的高価で高品質な単結晶シリコンの使用の劇的な減少による著しいコスト削減を伴う。この利点は、比較的高価な単結晶シリコンドナーウエハ７０２を複数回再利用することによって実現され得る。この構造の別の利点は、薄いベース領域の再結合の量が低いことに起因する、高開回路電圧であり、電池効率がより高くなり得る。
代替の実施形態では、配置されたセルにおいてｎ＋ベース接触領域が埋め込まれると共に太陽に背を向け、ｐ＋エミッタが太陽に面するように、ベース及びエミッタの構成を逆転できる。別の代替の実施形態では、ドーピングタイプを、ベース領域がｐ型、エミッタ領域がｎ＋、かつベース接触領域がｐ＋になるように、反転させることができる。この場合、エミッタが太陽電池の（太陽光に面する）上面上にあり、ベース接触領域がベースの下であって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。あるいは、ベース接触領域が太陽電池の（太陽に面する）上面上にあり、エミッタ領域がベースの下であって導電性接合層に近接するようにセルを構成してもよい。
セルを相互連結するために上面配線した後、セル及び／又はキャリア基板を、例えば、図示しないＥＶＡなどの保護ポリマーフィルムで覆ってもよい。図８ｂを参照すると、絶縁性キャリア基板７０８の場合について、金属接合層領域にて又は金属接合層領域内で停止する１つ又は複数の穴７３０を、基板の裏面（最終的な構成では太陽光に背を向ける側）を通して穿孔してもよい。このような穴は、例えばレーザーアブレーションを使用して掘削することができる。このような穴は、太陽電池の背面に電気的に接触するための経路を可能にし得る。図８ｂをまだ参照すると、キャリア基板７０８の裏面上の金属コーティング７２１をその後使用することで、接合金属７１０ａ又は７１１へのキャリア基板７０８を介した電気的接続も可能になり、接合金属７１０ａ又は７１１自体がセルｐ＋エミッタ領域７１７への電気的経路を提供してもよい。このコーティングは、例えば、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、又は電気／無電解メッキであってそれらに限定されない方法を使用して堆積され得る。太陽電池構造は、例示の目的のためであり、本発明は開示された構造に限定されないことに留意すべきである。熱又は電子ビーム蒸着、ＤＣ又はＲＦスパッタリング、電気メッキ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、スピンコーティング法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、スクリーン印刷、又は任意の他の適切な技術を含む様々な技術によって、様々な装置を構築することができ、材料を堆積することができる。材料は、堆積後に、又は追加の材料又は反応物質が堆積されるか、又は近接して配置された後に、アニール又は化学反応を起こさせることができる。
図９を参照すると、例示的なはんだ接合装置９００の構築は、以下の工程を含み得る。前述のようにドナー基板を設ける（ブロック９０２）。１つ以上の多孔質層をドナー基板上に形成する（ブロック９０４）。ドナー基板の多孔質層の上に、例えば、エピタキシャル成長（ブロック９０６）又は他の前述の工程により、太陽電池又は装置を構築又は部分
的に構築する。はんだ接合層をドナー基板上に配置する（ブロック９１２）。キャリア基板を、例えば、またはんだ接合層を堆積させることによって準備する（ブロック９１４）。太陽電池又は装置及びドナー基板を、キャリア基板にはんだ接合する（ブロック９１６）。太陽電池又は装置及びキャリア基板を、前述のように切断処理により、ドナー基板から除去する（ブロック９１８）。太陽電池又は装置を完成までさらに処理する（ブロック９２０）と共に、分離されたドナー基板を再利用のために処理してもよい。例示的な構築方法は、例えば、前述の実施形態で説明したような裏面パッシベーション及び接触に関連付けられた工程であってそれらに限定されない他の実施形態を組み込むように変更されてもよい。
［ＩＩＩ−Ｖ太陽電池のための例示的なはんだの実施形態］
図１０（ａ−ｆ）を参照すると、例示的な太陽電池装置は、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶ドナー基板１００２は、エピタキシャル成長工程の前の分離に用いられる（後に太陽電池領域のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能する）半導体テンプレート層と劈開面とを構築するために使用され得る。ドナー基板１００２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されるものではない。ドナー基板１００２は、例えば、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、又はＩｎＰであってもよいが、これらに限定されるものではない。ドナー基板１００２は、例えば、１５０〜２０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板１００２の直径は、５０〜２００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。あるいは、例えば一般に、結晶Ｓｉ太陽電池に使用されるような、一辺が約５”又は６”の、正方形又は半正方形の基板を使用してもよい。
［劈開面の形成］
図１０ａを参照すると、例示的な実施形態によれば、ドナー基板１００２に、高用量の（Ｈ又はＨ２の形態における）水素及び／又は例えば、１０１６〜２×１０１７イオン／ｃｍ２のヘリウム原子を注入して、半導体テンプレート層１００２ａを画定する劈開面１００４を画定してもよい。より具体的には、注入は、３×１０１６〜５×１０１６／ｃｍ２程度の注入量のＨ２であってもよい。注入エネルギーは、劈開面１００４の深さを規定し、例えば、深さ１０〜５０００ｎｍの劈開面を形成するために、例えば、２０〜８００ＫｅＶであってもよい。より具体的には、注入エネルギーは、１００〜１８０ＫｅＶ程度であってもよい。例えばホウ素などの他の注入種は、単独の場合であっても上記との組み合わせであっても、同様に有用となり得る。
［拡散障壁の堆積］
図１０ｂを参照すると、拡散障壁１００５は、テンプレート層１００２ａの表面上に配置されている。拡散障壁１００５は導電性であってもよく、例としては、シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、タングステン及びチタンタングステンを含んでいる。半導体テンプレート層１００２ａへの低抵抗の電気接触を可能にするには、拡散障壁１００５の堆積前に、テンプレート層１００２ａの表面上に、例えばＰｄ又はＡｕ又はＡｇの層などの、薄い金属接触層（図示せず）を堆積する必要がある可能性がある。例えば、１０〜５０ｎｍの厚さのそのような層は、例えば、スパッタリング又は蒸着によって、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度よりも低い温度にて、例えば、約２５０℃よりも低い温度にて、堆積させることができる。拡散障壁１００５は、十分な厚さと密度とを有する必要があり、それにより、続いて転写された半導体テンプレート層１００２ａへの接合層及びキャリア基板からの後続の処理工程中の不純物の拡散を阻止することが可能になる。拡散層の析出温度は、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度より低くなければならず、例えば、約２５０℃未満である。別の実施形態では、拡散障壁１００５は、例えば、ＰＥＣＶＤ（再び、劈開面１００４においてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度、例えば、約２５０℃未満に
よって堆積された、例えば酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの絶縁材料であってもよい。この場合、障壁層を介して電気的接触を提供する必要がある。このことは、後述するように金属接合層１００６の堆積の前に（例えば、フォトリソグラフィーを通じて、又はＪｅｎｓ Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０８， １２４５１３に記載されているように、レーザーアブレーションにより）障壁層１００５をパターニングすることによって実現され得る。
［ドナー上への接合層の堆積］
図１０ｃを参照すると、導電性金属接合層１００６は、拡散障壁の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層１００６は、例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層１００６ａと、それに続く例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層１００６ｂとから構成されてもよい。例えば、高融点層１００６ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、低融点層１００６ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層１００６ａは、Ｃｕであってもよく、低融点層１００６ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層１００６ａは、後述するように、低融点層１００６ｂのすべてが金属間化合物層１０１１の形成にて消費されるように十分な厚さであってもよい。例えば、層１００６ａは、層１００６ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層１００６ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉなど（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）の接着を促進するための薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの層は全て、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野で公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図１０ｄを参照すると、キャリア基板１００８は、テンプレート層１００２ａを含むドナー基板１００２との接合のために準備され得る。キャリア基板１００８は、導電性であってもよく、例えば、金属級シリコンなどの半導体、鋼などのような金属又は例えば、コバール（登録商標）、インバー（登録商標）、モリブデン、タングステンなどの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミックス、又は他の適切な材料であってもよい。あるいは、キャリア基板は、絶縁であってもよいが、その表面の一部又はすべてを金属層でコーティングすることで、完成した太陽電池との導電性バック接点として機能させることを可能にしてもよい。例えば、キャリア基板１００は、例えばＮｉ又はＡｌなどの１〜１０ミクロンの厚さの金属層に完全にコーティングされた（カプセル化された）標準フロートガラス又はホウケイ酸ガラスとすることができ、そのようなコーティングは、例えば、蒸発、スパッタリング、又は電着によって適用され得る。キャリア基板１００８は、ドナー基板１００２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するようなより大きなものであってもよい。キャリア基板１００８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板１００８は、可撓性であってもよく、例えば、１００ミクロンを下回る厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板のＣＴＥは、半導体テンプレート層１００２ａのＣＴＥにほぼ一致させてもよく、その結果、ゲルマニウム（又は他の転写半導体層）のＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥとの間の不一致に起因して配置された転写半導体層又は任意の半導体層に過度な応力を生じさせることなく、太陽電池の後続の形成に必要な後続の熱処理工程を可能にできる。例えば、キャリア基板のＣＴＥは、室温で約５〜１０ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよく、室温で４〜６ｐｐｍ／°Ｋの範囲にＣＴＥを有するＧａＡｓ又はＧｅからなる半導体テンプレート層に対しほぼ一致させてもよい。キャリア基板１００８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低い微小粗さ（好ましくは１．０ミクロンの二乗平均平方根未満の粗さ）とを有してもよい。導電性金属接合層１０１０は、キャリア基板１００８の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層１０１０は、例えば、０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層１０１０ａと、それに続く例えば、０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層１０１０ｂとから構成されてもよい。例えば、高融点層１０１０ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、
低融点層１０１０ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層１０１０ａをＣｕとすることができ、低融点層１０１０ｂをＩｎとすることができる。高融点層１０１０ａは、後述されるように、低融点層１０１０ｂのすべてが金属間化合物層１０１１の形成にて消費されるように十分な厚さであってもよい。例えば、層１０１０ａは、層１０１０ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層１０１０ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉ（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）などの接着を促進するための薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの層は全て、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷であってこれらに限定されない、当該技術分野で公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。金属接合層１０１０ｂ及び１００６ｂは、同じ材料、例えば両方ともＳｎであってもよいこと、そして、金属接合層１０１０ａ及び１００６ａは、同じ材料、例えば、両方ともＴｉ又は両方ともＮｉであってもよいことに留意されたい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダー、又は加熱機械プレスなどのツールにて達成されることができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力にて、例えば窒素又は空気の雰囲気において閉接合チャンバ内で接触されてもよい。ウエハを接触させた後に、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力が維持されている間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２℃を上回ってもよく、あるいは、低融点金属がＩｎである場合、この温度は１５６℃を上回ってもよい。しかしながら、この温度は、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度より低くてもよく、例えば、約２５０℃未満であってもよい。この温度は、例えば１〜６０秒の短い間だけ維持されてもよい。あるいは、温度は、例えば、１〜６０分間維持されてもよい。低融点層が液相である間、低融点層は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合してもよいが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。低融点層が溶融すると、低融点金属層と高融点金属層との間の拡散は、一般的に強化されることになる。図４ｅを参照すると、この結果、高融点層及び低融点層１００６ａ、１００６ｂ、１０１０ａ、１０１０ｂ：例えば、ＮｉｙＳｎｚ（例えば、Ｎｉ３Ｓｎ４）又はＴｉｗＳｎｘ（例えば、Ｔｎ６Ｓｎ５）又はＣｕｕＩｎｖ（例えば、Ｃｕ２Ｉｎ）、の複合成分から構成される金属間層１０１１を形成することになり得る。金属間化合物層は、低融点金属層の融点よりも実質的に高い融点を有し得るため、金属層スタックが依然として接合温度にさらされている間でさえ、金属間化合物層は、等温凝固し得る。得られた金属間金属接合層が、構成層の一部よりも高い融点を有する金属接合のこのアプローチは、“Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ” ｂｙ Ｗ． Ｄ． ＭａｃＤｏｎａｌｄ ａｎｄ Ｔ． Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ａｎｎａ． Ｒｅｖ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． １９９２．２２：２３−４６で説明されているように、過渡的液相接合と呼ばれている。この処理は、実質的に低融点層１００６ｂと１０１０ｂとのすべてを消費し得るため、接合された金属結合が低融点金属の融点をはるかに越える温度でも固体で残ることになる。この処理は、いくつかの高融点層１０１０ａ及び／又は１００６ａを、金属間化合物層１０１１の形成に消費させずに残し得る。
的に構築する。はんだ接合層をドナー基板上に配置する（ブロック９１２）。キャリア基板を、例えば、またはんだ接合層を堆積させることによって準備する（ブロック９１４）。太陽電池又は装置及びドナー基板を、キャリア基板にはんだ接合する（ブロック９１６）。太陽電池又は装置及びキャリア基板を、前述のように切断処理により、ドナー基板から除去する（ブロック９１８）。太陽電池又は装置を完成までさらに処理する（ブロック９２０）と共に、分離されたドナー基板を再利用のために処理してもよい。例示的な構築方法は、例えば、前述の実施形態で説明したような裏面パッシベーション及び接触に関連付けられた工程であってそれらに限定されない他の実施形態を組み込むように変更されてもよい。
［ＩＩＩ−Ｖ太陽電池のための例示的なはんだの実施形態］
図１０（ａ−ｆ）を参照すると、例示的な太陽電池装置は、本発明の例示的なはんだ接合の実施形態に従って構成されている。本明細書に開示されている様々な実施形態は太陽装置に関するが、本発明の実施形態は、太陽装置に限定されず、様々な超小型電子装置及び光電子装置の構築に使用されてもよいことに留意すべきである。単結晶ドナー基板１００２は、エピタキシャル成長工程の前の分離に用いられる（後に太陽電池領域のエピタキシャル成長のためのテンプレートとして機能する）半導体テンプレート層と劈開面とを構築するために使用され得る。ドナー基板１００２は、例えば、（１００）又は（１１１）表面配向であってもよく、それらに限定されるものではない。ドナー基板１００２は、例えば、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、又はＩｎＰであってもよいが、これらに限定されるものではない。ドナー基板１００２は、例えば、１５０〜２０００ミクロン程度の厚さを有してもよい。ドナー基板１００２の直径は、５０〜２００ｍｍ程度の標準ウエハサイズであってもよいが、それに限定されるものではない。あるいは、例えば一般に、結晶Ｓｉ太陽電池に使用されるような、一辺が約５”又は６”の、正方形又は半正方形の基板を使用してもよい。
［劈開面の形成］
図１０ａを参照すると、例示的な実施形態によれば、ドナー基板１００２に、高用量の（Ｈ又はＨ２の形態における）水素及び／又は例えば、１０１６〜２×１０１７イオン／ｃｍ２のヘリウム原子を注入して、半導体テンプレート層１００２ａを画定する劈開面１００４を画定してもよい。より具体的には、注入は、３×１０１６〜５×１０１６／ｃｍ２程度の注入量のＨ２であってもよい。注入エネルギーは、劈開面１００４の深さを規定し、例えば、深さ１０〜５０００ｎｍの劈開面を形成するために、例えば、２０〜８００ＫｅＶであってもよい。より具体的には、注入エネルギーは、１００〜１８０ＫｅＶ程度であってもよい。例えばホウ素などの他の注入種は、単独の場合であっても上記との組み合わせであっても、同様に有用となり得る。
［拡散障壁の堆積］
図１０ｂを参照すると、拡散障壁１００５は、テンプレート層１００２ａの表面上に配置されている。拡散障壁１００５は導電性であってもよく、例としては、シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、タングステン及びチタンタングステンを含んでいる。半導体テンプレート層１００２ａへの低抵抗の電気接触を可能にするには、拡散障壁１００５の堆積前に、テンプレート層１００２ａの表面上に、例えばＰｄ又はＡｕ又はＡｇの層などの、薄い金属接触層（図示せず）を堆積する必要がある可能性がある。例えば、１０〜５０ｎｍの厚さのそのような層は、例えば、スパッタリング又は蒸着によって、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度よりも低い温度にて、例えば、約２５０℃よりも低い温度にて、堆積させることができる。拡散障壁１００５は、十分な厚さと密度とを有する必要があり、それにより、続いて転写された半導体テンプレート層１００２ａへの接合層及びキャリア基板からの後続の処理工程中の不純物の拡散を阻止することが可能になる。拡散層の析出温度は、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度より低くなければならず、例えば、約２５０℃未満である。別の実施形態では、拡散障壁１００５は、例えば、ＰＥＣＶＤ（再び、劈開面１００４においてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度、例えば、約２５０℃未満に
よって堆積された、例えば酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの絶縁材料であってもよい。この場合、障壁層を介して電気的接触を提供する必要がある。このことは、後述するように金属接合層１００６の堆積の前に（例えば、フォトリソグラフィーを通じて、又はＪｅｎｓ Ｍｕｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０８， １２４５１３に記載されているように、レーザーアブレーションにより）障壁層１００５をパターニングすることによって実現され得る。
［ドナー上への接合層の堆積］
図１０ｃを参照すると、導電性金属接合層１００６は、拡散障壁の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層１００６は、例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層１００６ａと、それに続く例えば０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層１００６ｂとから構成されてもよい。例えば、高融点層１００６ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、低融点層１００６ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層１００６ａは、Ｃｕであってもよく、低融点層１００６ｂは、Ｉｎであってもよい。高融点層１００６ａは、後述するように、低融点層１００６ｂのすべてが金属間化合物層１０１１の形成にて消費されるように十分な厚さであってもよい。例えば、層１００６ａは、層１００６ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層１００６ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉなど（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）の接着を促進するための薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの層は全て、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷などであってこれらに限定されない、当該技術分野で公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行され、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。
［キャリア基板の準備］
図１０ｄを参照すると、キャリア基板１００８は、テンプレート層１００２ａを含むドナー基板１００２との接合のために準備され得る。キャリア基板１００８は、導電性であってもよく、例えば、金属級シリコンなどの半導体、鋼などのような金属又は例えば、コバール（登録商標）、インバー（登録商標）、モリブデン、タングステンなどの低ＣＴＥ鉄−ニッケル合金、例えば多結晶窒化チタンアルミニウムなどの導電性セラミックス、又は他の適切な材料であってもよい。あるいは、キャリア基板は、絶縁であってもよいが、その表面の一部又はすべてを金属層でコーティングすることで、完成した太陽電池との導電性バック接点として機能させることを可能にしてもよい。例えば、キャリア基板１００は、例えばＮｉ又はＡｌなどの１〜１０ミクロンの厚さの金属層に完全にコーティングされた（カプセル化された）標準フロートガラス又はホウケイ酸ガラスとすることができ、そのようなコーティングは、例えば、蒸発、スパッタリング、又は電着によって適用され得る。キャリア基板１００８は、ドナー基板１００２と同一又は類似の大きさであってもよいし、複数の太陽電池を支持するようなより大きなものであってもよい。キャリア基板１００８は、硬質であって、厚さが、例えば、１００〜５００ミクロンの範囲であってもよい。あるいは、キャリア基板１００８は、可撓性であってもよく、例えば、１００ミクロンを下回る厚さの鋼箔であってもよい。キャリア基板のＣＴＥは、半導体テンプレート層１００２ａのＣＴＥにほぼ一致させてもよく、その結果、ゲルマニウム（又は他の転写半導体層）のＣＴＥとキャリア基板のＣＴＥとの間の不一致に起因して配置された転写半導体層又は任意の半導体層に過度な応力を生じさせることなく、太陽電池の後続の形成に必要な後続の熱処理工程を可能にできる。例えば、キャリア基板のＣＴＥは、室温で約５〜１０ｐｐｍ／°Ｋ未満であってもよく、室温で４〜６ｐｐｍ／°Ｋの範囲にＣＴＥを有するＧａＡｓ又はＧｅからなる半導体テンプレート層に対しほぼ一致させてもよい。キャリア基板１００８は、例えば、２ミクロン未満の山から谷の表面粗さと、局所的な低い微小粗さ（好ましくは１．０ミクロンの二乗平均平方根未満の粗さ）とを有してもよい。導電性金属接合層１０１０は、キャリア基板１００８の表面上に堆積され得る。一実施形態では、接合層１０１０は、例えば、０．５〜５．０ミクロンの厚さの高融点金属層１０１０ａと、それに続く例えば、０．５〜５．０ミクロンの厚さの低融点金属層１０１０ｂとから構成されてもよい。例えば、高融点層１０１０ａは、Ｎｉ又はＴｉであってもよく、
低融点層１０１０ｂは、Ｓｎであってもよい。あるいは、高融点層１０１０ａをＣｕとすることができ、低融点層１０１０ｂをＩｎとすることができる。高融点層１０１０ａは、後述されるように、低融点層１０１０ｂのすべてが金属間化合物層１０１１の形成にて消費されるように十分な厚さであってもよい。例えば、層１０１０ａは、層１０１０ｂより５０％厚くてもよい。さらに、高融点層１０１０ａの堆積は、例えばＣｒやＴｉ（例えば、１０〜５０ｎｍの厚さ）などの接着を促進するための薄層の堆積によって先行されてもよい。これらの層は全て、例えば、熱蒸着、スパッタリング、電着、又はスクリーン印刷であってこれらに限定されない、当該技術分野で公知の処理によって堆積され得る。堆積は、異なる金属層の堆積の間で酸素含有雰囲気にさらされないように実行されて、異なる金属層の間に自然酸化物が形成されることを防止してもよい。金属接合層１０１０ｂ及び１００６ｂは、同じ材料、例えば両方ともＳｎであってもよいこと、そして、金属接合層１０１０ａ及び１００６ａは、同じ材料、例えば、両方ともＴｉ又は両方ともＮｉであってもよいことに留意されたい。
［接合］
ウエハ接合は、例えばＥＶＧ（電子視野グループ）５１０ボンダー、又はＳＵＳＳ ＳＢ６ｅボンダー、又は加熱機械プレスなどのツールにて達成されることができる。一実施形態において、ドナーウエハとキャリアウエハとは、ほぼ同じ大きさであり、接合ツール内で、例えば、横方向のオフセット１ｍｍ以下で、接触する前に実質的に整列させられる。ウエハは、例えば０．０１〜１気圧のバックグラウンド圧力にて、例えば窒素又は空気の雰囲気において閉接合チャンバ内で接触されてもよい。ウエハを接触させた後に、例えば０．１〜１ＭＰａの力を加えてもよい。この力が維持されている間、接触ウエハ対のピーク温度を、低融点金属の融点より高くしてもよい。例えば、低融点金属がＳｎである場合、この温度は２３２℃を上回ってもよく、あるいは、低融点金属がＩｎである場合、この温度は１５６℃を上回ってもよい。しかしながら、この温度は、劈開面１００４にてドナー基板の分割を引き起こすことになる温度より低くてもよく、例えば、約２５０℃未満であってもよい。この温度は、例えば１〜６０秒の短い間だけ維持されてもよい。あるいは、温度は、例えば、１〜６０分間維持されてもよい。低融点層が液相である間、低融点層は、（ａ）ドナー又はキャリアウエハの表面粗さ、（ｂ）接合界面における粒子、又は（ｃ）表面テクスチャード加工から生じる接合界面で、任意の非平面トポロジに適合してもよいが、このようなトポロジは、ドナー及びキャリアウエハの一方又は両方上の低融点金属層の合計厚よりも薄いことを条件とする。低融点層が溶融すると、低融点金属層と高融点金属層との間の拡散は、一般的に強化されることになる。図４ｅを参照すると、この結果、高融点層及び低融点層１００６ａ、１００６ｂ、１０１０ａ、１０１０ｂ：例えば、ＮｉｙＳｎｚ（例えば、Ｎｉ３Ｓｎ４）又はＴｉｗＳｎｘ（例えば、Ｔｎ６Ｓｎ５）又はＣｕｕＩｎｖ（例えば、Ｃｕ２Ｉｎ）、の複合成分から構成される金属間層１０１１を形成することになり得る。金属間化合物層は、低融点金属層の融点よりも実質的に高い融点を有し得るため、金属層スタックが依然として接合温度にさらされている間でさえ、金属間化合物層は、等温凝固し得る。得られた金属間金属接合層が、構成層の一部よりも高い融点を有する金属接合のこのアプローチは、“Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ” ｂｙ Ｗ． Ｄ． ＭａｃＤｏｎａｌｄ ａｎｄ Ｔ． Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ａｎｎａ． Ｒｅｖ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． １９９２．２２：２３−４６で説明されているように、過渡的液相接合と呼ばれている。この処理は、実質的に低融点層１００６ｂと１０１０ｂとのすべてを消費し得るため、接合された金属結合が低融点金属の融点をはるかに越える温度でも固体で残ることになる。この処理は、いくつかの高融点層１０１０ａ及び／又は１００６ａを、金属間化合物層１０１１の形成に消費させずに残し得る。
例示的な一実施形態では、１μｍのＳｉドナー基板１００２が、Ｔｉの高融点層１０１０ａ、及びＳｎの低融点層１０１０ｂを有する２μｍの金属間化合物層を用いて、コバールのキャリア基板１００８に接合されている。接合処理は、高融点層１０１０ａ内に低融
点層１０１０ｂを完全に又は実質的に混合させることができるように、最低温度を使用するように設計され得る。したがって、この処理は、すべての低融点層１０１０ｂを使用し、金属間化合物層の形成後の、より弱い、低融点残留層を防止することができる。この例では、５００Ｎ初期圧力を１５００Ｎ／分のレートで、最大９０００Ｎまで上昇させ、１分間保持した。摂氏４５０度の接合温度が３０Ｃ／分の速度で得られ、１０秒間維持され、その後、摂氏１００度の温度まで冷却させることができ得る。この処理は、Ｔｉ６Ｓｎ５層の形成へのＳｎ層の完全な反応をもたらすことができる。他の温度及び持続時間を材料の他の組み合わせについて最適化することにより、低融点層１０１０ｂの完全な利用が可能になり得る。
［切断］
図１０ｅを参照すると、ドナー基板１００２は、劈開面にて剥離を誘導するのに十分な高い温度にドナー基板１００２をさらすことにより、キャリア基板１００８に接合された半導体テンプレート層１００２ａから除去され得る。例えば、この温度は２５０℃を上回ってもよい。より具体的には、３００℃〜４００℃の範囲であってもよい。
［太陽電池の形成］
図１０ｆを参照すると、キャリア基板１００８と半導体テンプレート層１００２ａとが、ドナー基板１００２から除去されるとすぐに、様々な処理工程が実行されて、キャリア基板１００８の上に太陽電池を形成してもよい。それ以降の図もまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転されている。選択的に、イオン注入及び分離処理のために粗くかつ損傷している可能性があるテンプレート層１００２ａの表面は、湿式酸エッチング又は研磨によって除去されてもよく、除去量は、最大で例えば約３００ｎｍであってもよい。次に、化合物半導体層１０１０は、当該技術分野で周知の、例えばＭＯＣＶＤ又はＭＢＥにより成長されてもよく、単一接合太陽電池、例えば、ＧａＡｓ太陽電池、を形成してもよい。あるいは、例えば、Ｒ． Ｒ． Ｋｉｎｇ， Ｄ． Ｃ． Ｌａｗ，
Ｋ． Ｍ． Ｅｄｍｏｎｄｓｏｎ， Ｃ． Ｍ． Ｆｅｔｚｅｒ， Ｇ． Ｓ． Ｋｉｎｓｅｙ， Ｈ． Ｙｏｏｎ， Ｒ． Ａ． Ｓｈｅｒｉｆ， ａｎｄ Ｎ． Ｈ． Ｋａｒａｍ， “４０％ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０（２００７）１８３５１６に記載のトンネル接合によって接続された多接合太陽電池を成長させることができる。最後に、上面太陽電池処理は、太陽電池製造の技術分野で周知である反射防止コーティング（図示せず）の蒸着と金属接触線の形成とを含んでもよい。また、分割後、ドナー基板１００２は処理されて、次のウエハの生産サイクルで再利用され得る。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおける後続する劈開面の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。
［完成した太陽電池］
図１０ｆを参照すると、キャリア基板１００８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。例えばＧａＡｓの、ｐ型半導体テンプレート層１００２ａは、はんだ接合を介してキャリア基板１００８に接合される。１つ以上の太陽電池接合部を備えるＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層１０１０は、半導体テンプレート層１００２ａの上に配置されている。ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、及びＮの合金を含んでもよい
なお、太陽電池構造は、例示の目的のためであり、本発明は、開示された構造に限定されないことに留意すべきである。熱又は電子ビーム蒸着、ＤＣ又はＲＦスパッタリング、電気メッキ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、スピンコーティング法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、スクリーン印刷、又は任意の他の適切な技術を含む様々な技術によって、様々な装置を構築することができると共に、材料を堆積することができる。材料を、堆積後、又は追加の材料又は反応物質が堆積されるか、又は近接して配置された後にアニール又は化学反応させることができる。
点層１０１０ｂを完全に又は実質的に混合させることができるように、最低温度を使用するように設計され得る。したがって、この処理は、すべての低融点層１０１０ｂを使用し、金属間化合物層の形成後の、より弱い、低融点残留層を防止することができる。この例では、５００Ｎ初期圧力を１５００Ｎ／分のレートで、最大９０００Ｎまで上昇させ、１分間保持した。摂氏４５０度の接合温度が３０Ｃ／分の速度で得られ、１０秒間維持され、その後、摂氏１００度の温度まで冷却させることができ得る。この処理は、Ｔｉ６Ｓｎ５層の形成へのＳｎ層の完全な反応をもたらすことができる。他の温度及び持続時間を材料の他の組み合わせについて最適化することにより、低融点層１０１０ｂの完全な利用が可能になり得る。
［切断］
図１０ｅを参照すると、ドナー基板１００２は、劈開面にて剥離を誘導するのに十分な高い温度にドナー基板１００２をさらすことにより、キャリア基板１００８に接合された半導体テンプレート層１００２ａから除去され得る。例えば、この温度は２５０℃を上回ってもよい。より具体的には、３００℃〜４００℃の範囲であってもよい。
［太陽電池の形成］
図１０ｆを参照すると、キャリア基板１００８と半導体テンプレート層１００２ａとが、ドナー基板１００２から除去されるとすぐに、様々な処理工程が実行されて、キャリア基板１００８の上に太陽電池を形成してもよい。それ以降の図もまた、もはや図示されない接合界面で前図から垂直方向に反転されている。選択的に、イオン注入及び分離処理のために粗くかつ損傷している可能性があるテンプレート層１００２ａの表面は、湿式酸エッチング又は研磨によって除去されてもよく、除去量は、最大で例えば約３００ｎｍであってもよい。次に、化合物半導体層１０１０は、当該技術分野で周知の、例えばＭＯＣＶＤ又はＭＢＥにより成長されてもよく、単一接合太陽電池、例えば、ＧａＡｓ太陽電池、を形成してもよい。あるいは、例えば、Ｒ． Ｒ． Ｋｉｎｇ， Ｄ． Ｃ． Ｌａｗ，
Ｋ． Ｍ． Ｅｄｍｏｎｄｓｏｎ， Ｃ． Ｍ． Ｆｅｔｚｅｒ， Ｇ． Ｓ． Ｋｉｎｓｅｙ， Ｈ． Ｙｏｏｎ， Ｒ． Ａ． Ｓｈｅｒｉｆ， ａｎｄ Ｎ． Ｈ． Ｋａｒａｍ， “４０％ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０（２００７）１８３５１６に記載のトンネル接合によって接続された多接合太陽電池を成長させることができる。最後に、上面太陽電池処理は、太陽電池製造の技術分野で周知である反射防止コーティング（図示せず）の蒸着と金属接触線の形成とを含んでもよい。また、分割後、ドナー基板１００２は処理されて、次のウエハの生産サイクルで再利用され得る。この処理は、将来のウエハ製造サイクルにおける後続する劈開面の形成のための劈開面の研磨、湿式エッチング、又はその他の洗浄を含んでもよい。
［完成した太陽電池］
図１０ｆを参照すると、キャリア基板１００８上のセルは、例示的な基本セル構造を有し得る。例えばＧａＡｓの、ｐ型半導体テンプレート層１００２ａは、はんだ接合を介してキャリア基板１００８に接合される。１つ以上の太陽電池接合部を備えるＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層１０１０は、半導体テンプレート層１００２ａの上に配置されている。ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、及びＮの合金を含んでもよい
なお、太陽電池構造は、例示の目的のためであり、本発明は、開示された構造に限定されないことに留意すべきである。熱又は電子ビーム蒸着、ＤＣ又はＲＦスパッタリング、電気メッキ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、スピンコーティング法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、スクリーン印刷、又は任意の他の適切な技術を含む様々な技術によって、様々な装置を構築することができると共に、材料を堆積することができる。材料を、堆積後、又は追加の材料又は反応物質が堆積されるか、又は近接して配置された後にアニール又は化学反応させることができる。
上記の説明においては、説明の目的で、本発明の完全な理解をもたらすために特定の用語を使用した。しかしながら、本発明を実施するために特定の詳細が必要とされないことは当業者には明らかであろう。したがって、上記の本発明の特定の実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。これら実施形態は、網羅的であること又は開示された正確な形態に本発明を限定することを意図していない。明らかに多くの修正及び変形が上記の教示に鑑みて可能である。上記の実施形態は、発明の原理及びその実用的な応用を最もよく説明するために選択され記載された。これらの手順により、他の当業者は、本発明及び様々な変更が加えられた様々な実施形態を最もうまく利用することが可能となるであろう。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲及びその均等物によって定義されることが意図されている。当業者による修正及び置換は、本発明の範囲内にあるとみなされ、本発明の範囲とは、以下の特許請求の範囲によらない限り限定されない。
Claims (12)
- 単結晶太陽電池装置であって、
単結晶ドナー層と、
合金鋼キャリア基板と、
前記単結晶ドナー層を前記合金鋼キャリア基板に接合する金属間化合物層と
を備え、
前記金属間化合物層は、低融点金属層と、前記低融点金属層よりも厚い高融点金属層との過渡液相接合層である、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記高融点金属層は、ニッケル、チタン、及び銅のいずれかの層である、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記低融点金属層は、錫またはインジウムの層である、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記単結晶ドナー層は、さらに、
Ｎ＋エピタキシャル成長されて転写されたシリコンの太陽電池ベース接触領域と、
Ｎ型エピタキシャル成長されて転写されたシリコンの太陽電池ベース領域と、
Ｐ＋エピタキシャル成長されて転写されたシリコンの太陽電池エミッタ領域と
を備える、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記単結晶ドナー層は、さらに、太陽電池ベース接触領域を備え、
前記金属間化合物層は、下部電気的接触を提供する埋め込み導電層を提供する、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記単結晶ドナー層は、さらに、太陽電池ベース領域を備え、
前記金属間化合物層は、前記太陽電池ベース領域における光吸収のための光反射をもたらす、単結晶太陽電池装置。 - 請求項１に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記高融点金属層は、前記低融点金属層よりも５０％厚い、単結晶太陽電池装置。 - 単結晶太陽電池装置であって、
単結晶ドナー層と、
キャリア基板と
を備え、
金属間化合物層が、前記単結晶ドナー層を前記キャリア基板に接合し、
前記金属間化合物層は、Ｔｉ及びＳｎを含む化合物を含み、
前記単結晶ドナー層は、シリコンであり、
前記キャリア基板は、合金鋼であり、
前記金属間化合物層は、Ｓｎの層と、前記Ｓｎの層よりも厚いＴｉの層との過渡液相接合層である、単結晶太陽電池装置。 - 請求項８に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記単結晶ドナー層は、さらに、
エピタキシャル成長されたＮ＋シリコンの太陽電池ベース接触領域と、
エピタキシャル成長されたＮ型シリコンの太陽電池ベース領域と、
エピタキシャル成長されたＰ＋の太陽電池エミッタ領域と
を備える、単結晶太陽電池装置。 - 請求項８に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記単結晶ドナー層は、さらに、太陽電池エミッタを備え、
前記金属間化合物層は、前記太陽電池エミッタへの埋め込まれた電気的経路を提供する、単結晶太陽電池装置。 - 請求項８に記載の単結晶太陽電池装置であって、
前記Ｔｉの層は、前記Ｓｎの層よりも５０％厚い、単結晶太陽電池装置。 - 単結晶太陽電池の構築方法であって、
前記方法は、
単結晶シリコンドナー基板を提供する工程と、
前記シリコンドナー基板上に多孔質層を形成する工程と、
前記シリコンドナー基板の前記多孔質層上にエピタキシャル成長によって太陽電池を構築する工程と、
前記構築された太陽電池及び／又はキャリア基板上に、低融点金属層と、前記低融点金属層よりも厚い高融点金属層とを堆積させる工程と、
前記低融点金属層及び前記高融点金属層を介して前記キャリア基板に前記ドナー基板を接合する工程と、
前記低融点金属層と前記高融点金属層とによる過渡液相接合を生成する工程と、
前記多孔質層にて前記ドナー基板を切断する工程と
を備える、単結晶太陽電池の構築方法。
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