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    • 专利摘要:
    Auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats (1) werden durch epitaktisches Wachstum Schichten hergestellt, die eine obere Zelle (T) bilden sollen. Auf der oberen Zelle werden Schichten hergestellt, die eine untere Zelle (B) bilden sollen. Auf der Oberfläche dieser unteren Zelle wird eine Rückseitenelektrode (9) hergestellt, an der durch Wachs eine Glasplatte (13) zum Anhaften gebracht wird. Daraufhin wird das durch die Glasplatte gehaltene GaAs-Substrat in eine alkalische Lösung getaucht, wodurch es entfernt wird. Anschließend wird auf der oberen Zelle (T) eine Oberflächenelektrode hergestellt. Abschließend wird die Glasplatte von der Rückseitenelektrode getrennt. Auf diese Weise kann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie erhalten werden, bei der der Wirkungsgrad der Wandlung von Licht in elektrische Energie verbessert ist.
    公开号:DE102004019088A1
    申请号:DE102004019088
    申请日:2004-04-20
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Takaaki Yamatokoriyama Agui；Tatsuya Takamoto
    申请人:Sharp Corp；
    IPC主号:H01L31-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie undein Verfahren zu deren Herstellung, genauer gesagt, eine Verbund-Solarbatterie mitmehreren Übergängen sowieein Verfahren zu deren Herstellung.
    [0002] Nachfolgendwerden durch I, III, V Gruppen des Periodensystems bezeichnet.
    [0003] AlsSolarbatterie mit dem höchstenWirkungsgrad und der besten Eignung für Anwendungen im Weltraum isteine III-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit mehreren Übergängen bekannt. Nachfolgendwird ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer derartigenIII-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit mehreren Übergängen beschrieben.
    [0004] AlsErstes wird, wozu auf die 34 Bezug genommenwird, ein Ge-Substrat (oder ein GaAs-Substrat) 101 alsSubstrat verwendet. Auf eine Flächedes Substrats 101 wird Ge epitaktisch aufgewachsen, wobeials AsH3 oder PH3 zugesetztwird, um fürthermische Diffusion von As oder P zu sorgen, damit eine untereZelle BB mit einem pn-Übergang ausGe erzeugt wird.
    [0005] Aufdie untere Zelle BB wird GaAs epitaktisch aufgewachsen, wodurcheine mittlere Zelle MM mit einem pn-Übergang aus GaAs erzeugt wird.Auf die mittlere Zelle MM wird InGaP epitaktisch aufgewachsen, sodass eine obere Zelle Te gebildet wird, die einen pn-Übergangvon InGaP enthält.
    [0006] Aufdiese Weise wird eine III-V-Verbindungshalbleiter-Solarbatterie 110 mitdrei Übergängen mit einemZellenkörperCC erzeugt, bei dem drei pn-Übergänge vonGe/GaAs/InGaP in dieser Reihenfolge von der unteren Seite auf demGe-Substrat 101 in Reihe geschaltet sind.
    [0007] DieBandlückedes die obere Zelle TT bildenden InGaP beträgt ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,1 eV, diejenigedes GaAs der mittleren Zelle ungefähr 1,3 bis ungefähr 1,6 eVund diejenige der Ge der oberen Zelle ungefähr 0,7 eV oder weniger.
    [0008] Sonnenlichttritt von der Seite der oberen Zelle TT aus In-GaP ein und läuft zur unteren Zelle BB ausGe, währendLicht vorgegebener Wellenlängeentsprechend der Bandlückeder oberen Zelle TT, der mittleren Zelle MM und der unteren ZelleBB jeweils absorbiert wird, um in elektrische Energie gewandeltzu werden.
    [0009] Hierbeiist der Wert der Bandlücke(ungefähr 0,7eV oder weniger) des Ge der unteren Zelle hinsichtlich der Funktiondes Wandelns optischer Energie in elektrische Energie relativ klein.Daher wurde die Verwendung eines Materials mit einer Bandlücke vonungefähr0,9 bis ungefähr1,1 eV als Material mit höheremWandlungswirkungsgrad vorgeschlagen.
    [0010] M.Tamura et al. schlagen in "Threadingdislocations in InxGa1-xAs/GaAsheterostructures",J. Appl. Phys. 72(8), 15. Oktober 1992, S. 3398) (Literaturstelle1) InGaAs als ein derartiges Material vor. Bei einer Solarbatterie 110 mitmehreren Übergängen unterVerwendung von InGaAs anstelle von Ge auf einem Ge(oder GaAs)-Substrat 101 wirdeine untere Zelle NN mit einem pn-Übergang von InGaAs durch epitaktischesWachstum hergestellt.
    [0011] Aufder unteren Zelle NN werden die mittlere Zelle MM mit dem pn-Übergangvon GaAs und die obere Zelle TT mit dem pn-Übergangvon InGaP epitaktisch hergestellt.
    [0012] J.F. Geisz et a1. schlagen in "Photocurrent of1 eV GaInNAs lattice-matched to GaAs", J. Crystal Growth 195 (1998), S. 401)(Literaturstelle 2) zu InGaAs hin zusätzlich InGaAsN als Materialzum Ersetzen von Ge vor.
    [0013] Jedochbestehen bei einer Solarbatterie 110 mit mehreren Übergängen miteiner unteren Zelle NN, die InGaAs oder InGaAsN anstelle von Geverwendet, die folgenden Probleme.
    [0014] AlsErstes ist bei einer Solarbatterie mit mehreren Übergängen unter Verwendung von InGaAs (0,9bis 1,1 eV) fürdie untere Zelle NN die Gitterkonstante des Ge(oder GaAs)-Substrats 101 vonder des InGaAs verschieden. Daher kommt es bei der epitaktischenZüchtungvon InGaAs zu einer Versetzung, die aus dem Unterschied der Gitterkonstantezu der der Schicht darunter (GaAs-Substrat oder dergleichen) herrührt, wasnachfolgend als "Fehlanpassungsversetzung" bezeichnet wird.
    [0015] Beieiner Solarbatterie mit mehreren Übergängen unter Verwendung von InGaAsNfür dieuntere Zelle wird der Anteil der M-Atome so gesteuert, dass dieGitterkonstante des InGaAsN zu derjenigen der darunterliegendenSchicht passt. Daher kann bei der epitaktischen Züchtung vonInGaAsN eine Fehlanpassungsversetzung vermieden werden.
    [0016] Esist jedoch zu beachten, dass hinsichtlich zugesetzter N-Atome Löcher unddergleichen existieren. Im Ergebnis, kommt es bei der epitaktischen Züchtung vonInGaAsN zu Defekten, die von N-Atomen herrühren.
    [0017] Wieoben beschrieben, leitet die aus InGaAs oder InGaAsN hergestellteuntere Zelle unter der Erzeugung von Fehlanpassungsversetzungenoder Defekten, weswegen sie keine zufriedenstellende Zellenqualität zeigt.Demgemäß kann nichtdie gewünschteElektrizitätsproduktivität erzieltwerden.
    [0018] Fernerhaben Fehlanpassungsversetzungen oder Defekte in der unteren ZelleNN unerwünschten Einflussauf das GaAs in der mittleren Zelle MM, die epitaktisch auf derunteren Zelle NN hergestellt wird, sowie auf das InGaP der oberenZelle TT, die darauf hergestellt wird.
    [0019] Demgemäß ist auchdie Zellenqualitätdes GaAs und des InGaP beeinträchtigt,wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Energiewandlungverhindert ist.
    [0020] Wieoben beschrieben, tritt Sonnenlicht von oberen Zelle TT ein undläuft zurunteren Zelle BB, währendLicht vorgegebener Wellenlängeabsorbiert wird und in elektrische Energie gewandelt wird.
    [0021] Dabeiwird diejenige Komponente des Sonnenlichts, die nicht von der oberenZelle TT bis zur unteren Zelle BB absorbiert wird, schließlich durch dasGe(oder GaAs)-Substrat 101 absorbiert, und demgemäß kann dieseKomponente nicht effektiv zur Erzeugung von Energie beitragen.
    [0022] ImErgebnis ist eine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischenEnergiewandlung verhindert.
    [0023] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterieund ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, mit denen derWirkungsgrad der Wandlung in elektrische Energie verbessert werdenkann.
    [0024] DieseAufgabe ist hinsichtlich der Solarbatterie durch die Lehre des beigefügten Anspruchs1 und hinsichtlich des Herstellverfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs13 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind GegenstandabhängigerAnsprüche.
    [0025] Beieiner erfindungsgemäßen Solarbatterie istein erster Elektrodenabschnitt direkt auf derjenigen Seite einesZellenkörpersausgebildet, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandt ist.Daher wird, verschieden von der herkömmlichen Struktur, bei derein vorgegebenes Substrat fürepitaktisches Wachstum auf derjenigen Seite des Zellenkörpers angeordnetist, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandt ist, diejenigeKomponente des Sonnenlichts, die in den Zellenkörper eintritt, jedoch nicht durchdiesen absorbiert wird, durch den ersten Elektrodenabschnitt reflektiert.Im Ergebnis verbessert sich der Effekt der Lichteingrenzung, wodurchder Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterieverbessert werden kann.
    [0026] Durchdie Struktur einer Solarbatterie gemäß einem der beigefügten Ansprüche 2 und3 kann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit höherem Freiheitsgrad bei derFormgestaltung erzielt werden.
    [0027] Beimerfindungsgemäßen Herstellverfahren wirddie Schicht, die die erste Zelle bilden soll, die im fertiggestelltenZustand auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite liegt, als Erstes aufeinem Halbleitersubstrat hergestellt, und erst später wirddie Schicht hergestellt, die die zweite Zelle bilden soll und dieauf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandten Seite liegt.Daher wird selbst dann, wenn ein Material mit relativ großer Bandlücke alszweiter Bandlückefür dieSchicht verwendet wird, die die zweite Zelle bilden soll, die Qualität dieserSchicht nicht durch die Schicht, die die erste Zelle bilden soll,beeinträchtigt. Fernerwird, da der erste Elektrodenabschnitt direkt auf der Schicht hergestelltwird, die die zweite Zelle bilden soll, diejenige Komponente desSonnenlichts, die nicht durch die Schichten absorbiert wird, diedie erste und die zweite Zelle bilden sollen, durch diesen erstenElektrodenabschnitt reflektiert. Dies verbessert den Effekt derLichteingrenzung. Im Ergebnis kann der Wandlungswirkungsgrad derVerbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert werden.
    [0028] BeimVerfahren gemäß dem beigefügten Anspruch14 werden Komponenten des Sonnenlichts mit vorgegebenen Wellenlängen durchdie jeweiligen, die Zellen bildenden Schichten entsprechend jeweiligenBandlückenabsorbiert, und daher kann der Wandlungswirkungsgrad weiter verbessertwerden. Durch das Verfahren gemäß einemder Ansprüche15 und 16 wird es möglich,ein Halbleitersubstrat wiederzuverwenden. Durch das Verfahren gemäß dem Anspruch17 wird ebenfalls der Vorteil erzielt, wie er für das Verfahren gemäß dem Anspruch14 er läutert wurde.Beim Verfahren gemäß dem Anspruch18 oder 19 wird insbesondere dann, wenn das Halbleitersubstrat abgetrenntwird, eine Wiederverwendung desselben möglich.
    [0029] Dievorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteileder Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibungder Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungengelesen wird, besser ersichtlich werden.
    [0030] 1 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß einerersten bevorzugten Ausführungsformder Erfindung.
    [0031] 2 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 1 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0032] 3 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 2 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0033] 4 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 3 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0034] 5 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 4 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0035] 6 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 5 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0036] 7 ist eine perspektivischeAnsicht, die das Aussehen einer fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß der erstenAusführungsformzeigt.
    [0037] 8 ist ein Teilschnitt zumVeranschaulichen des Effekts einer Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß der erstenAusführungsform.
    [0038] 9 ist ein Teilschnitt zumVeranschaulichen einer Funktion einer zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, umden Effekt der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der erstenAusführungsformzu demonstrieren.
    [0039] 10 repräsentiert die Strom-Spannungs-Charakteristikeiner Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der ersten Ausführungsform, diedurch einen Solarsimulator erhalten wurde.
    [0040] 11 ist eine Schnittdarstellung,die eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsformder Erfindung zeigt.
    [0041] 12 ist eine Schnittdarstellungeiner zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie,um den Effekt der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der zweitenAusführungsformzu demonstrieren.
    [0042] 13 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß einerdritten bevorzugten Ausführungsformder Erfindung.
    [0043] 14 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 13 dargestell ten Herstellschrittfolgt.
    [0044] 15 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 14 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0045] 16 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 15 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0046] 17 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 16 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0047] 18 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 17 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0048] 19 zeigt eine Strom-Spannungs-Charakteristikder Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der dritten Ausführungsform,die durch einen Solarsimulator erhalten wurde.
    [0049] 20 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß einervierten bevorzugten Ausführungsformder Erfindung.
    [0050] 21 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 20 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0051] 22 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 21 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0052] 23 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 22 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0053] 24 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 23 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0054] 25 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 24 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0055] 26 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß einerfünften bevorzugtenAusführungsformder Erfindung.
    [0056] 27 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 26 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0057] 28 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 27 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0058] 29 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 28 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0059] 30 ist eine perspektivischeAnsicht, die das Aussehen der fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß der fünften Ausführungsformzeigt.
    [0060] 31 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts für eine Verbindungshalbleiter-Solar- batterie gemäß einersechsten bevorzugten Ausführungsformder Erfindung.
    [0061] 32 ist eine Schnittdarstellungzum Veranschaulichen eines Herstellschritts, der auf den in der 31 dargestellten Herstellschrittfolgt.
    [0062] 33 ist eine perspektivischeAnsicht, die das Aussehen der fertiggestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß der sechstenAusführungsformzeigt.
    [0063] 34 ist eine Schnittdarstellung,die eine herkömmlicheSolarbatterie zeigt.
    [0064] 35 ist eine Schnittdarstellung,die eine andere herkömmlicheSolarbatterie zeigt.
    [0065] Nunwird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung beschrieben. Hierbei wird als Beispiel für den Zellenkörper einerVerbindungshalbleiter-Solarbatterie eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit zwei Übergängen miteiner unteren und einer oberen Zelle beschrieben.
    [0066] AlsErstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Als Substrat wirdein GaAs-Substrat (Si-dotiert mit 1 × 1018 cm–3,50 mm Durchmesser) bereitgestellt. Dieses GaAs-Substrat wird ineine vertikale MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)-Vorrichtungeingesetzt.
    [0067] Danachwird, wie es in der 1 dargestellt ist,eine n-InGaP-Schicht 3 miteiner Dicke von ungefähr0,5 μm durchepitaktisches Wachstum auf einer Oberfläche des GaAs-Sub strats 1 hergestellt.Diese InGaP-Schicht 3 bildet eine Zwischenschicht zwischeneinem Zellenkörperaus der InGaP-Schicht unddem GaAs-Substrat 1.
    [0068] Danachwerden auf der InGaP-Schicht 3 durch epitaktisches WachstumEinkristallschichten hergestellt, die eine obere Zelle T bildensollen. Genauer gesagt, werden eine n-GaAs-Schicht T1, eine n-AlInP-Schicht T2,eine n-InGaP-Schicht T3, eine p-InGaP-Schicht T4 und eine p-AlInP-SchichtT5 aufeinanderfolgend hergestellt.
    [0069] Danachwerden auf der AlInP-Schicht T5 eine p-Al GaAs-Schicht 5 und eine n-InGaP-Schicht durchepitaktisches Wachstum aufeinanderfolgend als Tunnelüberganghergestellt.
    [0070] Danachwerden auf der n-InGaP-Schicht 7 verschiedene Einkristallschichtendurch epitaktisches Wachstum hergestellt, die die untere Zelle B bildensollen. Genauer gesagt, werden aufeinanderfolgend eine n-AlInP-SchichtB1, eine n-GaAs-SchichtB2, eine p-GaAs-Schicht B3, eine p-InGaP-Schicht B4 und eine p-GaAs-SchichtB5 hergestellt.
    [0071] Hinsichtlichder Bedingungen fürdas epitaktische Wachstum wird die Temperatur auf ungefähr 700°C eingestellt.Als Materialien zum Züchtender GaAs-Schicht werden TMG (Trimethylgallium) und AsH3 (Arsin)verwendet.
    [0072] AlsMaterialien zum Züchtender InGaP-Schicht werden TMI (Trimethylindium), TMG und PH3 (Phosphin) verwendet. Als Materialien zum Züchten derAlInP-Schicht werden TMA (Trimethylaluminium), TMI und PH3 verwendet.
    [0073] AlsFremdstoff zum Herstellen der n-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schichtwird SiH4 (Monosilan) verwendet. Als Fremdstoffzum Herstellen der p-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schichtwird DEZn (Diethylzink) verwendet.
    [0074] Fernerwerden als Materialien zum Züchten derAlGaAs-Schicht TMI, TMG und AsH3 verwendet, undals Fremdstoff zum Herstellen der p-AlGaAs-Schicht wird CBr4 (Kohlenstofftetrabromid) verwendet.
    [0075] Aufdiese Weise wird der ZellenkörperC einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einer oberen ZelleT und einer unteren Zelle B hergestellt.
    [0076] Danachwird auf eine Oberflächedes ZellenkörpersC (p-GaAs-Schichtder unteren Zelle) durch Dampfabscheidung ein Au-Zn-Film (nicht dargestellt) aufgebracht.Danach wird in einer Stickstoffatmosphäre für ungefähr eine Minute bei einer Temperatur vonungefähr400°C eineWärmebehandlungausgeführt.
    [0077] Danachwird ein Resist (nicht dargestellt) auf die Rückseite des GaAs-Substrats 1 aufgetragenund thermisch gehärtet.Dann wird auf dem Au-Zn-Film durch elektrolytisches Plattieren eineAu-Plattierungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt.
    [0078] Aufdiese Weise wird auf dem ZellenkörperC eine Rückseitenelektrode 9 auseinem Au-Plattierungsfilm hergestellt. Danach wird der auf der Rückseitedes GaAs-Substrats 1 hergestellte Resist entfernt.
    [0079] Anschließend wirdein Ätzschutz 11,z.B. ein Wachs, auf die Rückseitenelektrode 9 aufgetragen, undzur einfacheren Handhabung werden vorübergehend eine Glasplatte 13 unddie Rückseitenelektrode 9 miteinanderverklebt. Danach wird das durch das Glassubstrat 13 gehalteneGaAs-Substrat 1 in eine alkalische Lösung wie Ammoniakwasser getaucht, unddas GaAs- Substrat 1 wirdentfernt.
    [0080] Hierbeiwird das GaAs-Substrat 1 mit einer Dicke von ungefähr 350 μm vollständig abgeätzt und entfernt,da es fürungefähr300 Minuten in die alkalische Lösungeingetaucht bleibt. Das Ätzenwird gestoppt, wenn die InGaP-Schicht 3 als Zwischenschichtfreigelegt ist.
    [0081] Dabeikann das durch das Glassubstrat 13 gehaltene GaAs-Substrat 1 ineine saure Lösungwie HCl eingetaucht werden, um die InGaP-Schicht 3 als Zwischenschichtzu ätzen,um das GaAs-Substrat 1 zu entfernen.
    [0082] Danachwird, durch Ätzenmit einer sauren Lösung,die InGaP-Schicht 3 alsfreigelegte Zwischenschicht entfernt, und es wird die n-GaAs-SchichtT1 der oberen Zelle T freigelegt. Auf diese Weise wird die Fläche desZellenkörpersC (genauer gesagt, die obere Zelle T) freigelegt, wie es in der 3 dargestellt ist.
    [0083] Anschließend wirddurch Photolithografie auf der freigelegten Fläche des Zellenkörpers C(obere Zelle) ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt)zum Herstellen einer Oberflächenelektrode ausgebildet.
    [0084] Danachwird der ZellenkörperC mit dem darauf ausgebildeten Resistmuster gemeinsam mit dem Glassubstrat 13 ineine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt. Durchein Widerstandserwärmungsverfahrenwird ein Au-Film(der 12 Gew.-% Ge enthält)mit einer Dicke von ungefähr100 nm (nicht dargestellt) hergestellt, um das Resistmuster zu bedecken.
    [0085] Anschließend werdendurch ein EB(Elektronenstrahl)-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schichtmit einer Dicke von un gefähr20 nm und eine Au-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 5.000 nm(beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
    [0086] Danachwerden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie aufdem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt.Auf diese Weise wird eine Oberflächenelektrode 15 hergestellt,wie es in der 4 dargestelltist. Anschließendwird, unter Verwendung derselben als Maske, ein Ätzvorgang mit einer alkalischenLösungausgeführt,um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, wodurch die AlInP-Schichtfreigelegt wird (siehe die 6).
    [0087] Danachwird ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) für einenMesa-Ätzvorgangso hergestellt, dass es die Oberflächenelektrode 15 bedeckt.Unter Verwendung des Resistmusters als Maske erfolgt ein Ätzvorgangmit einer alkalischen und einer sauren Lösung, so dass der plattierte,als Rückseitenelektrode 9 dienendeAu-Film freigelegt wird.
    [0088] AlsNächsteswerden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren, ein TiO2-Filmmit einer Dicke von ungefähr55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dickevon ungefähr100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilmeauf der Oberflächeauf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Anschließend wirddurch Entfernen des Wachsens 11 unter Verwendung von z.B.Toluol das Glassubstrat 13 von der Rückseitenelektrode 9 abgetrennt,wie es in der 5 dargestelltist.
    [0089] Schließlich werdendurch Zerschneiden des linienförmiggeformten, plattierten Au-Films entlang den Linien 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterien miteiner Größe von z.B.10 mm × 10mm hergestellt.
    [0090] Die 6 zeigt den Aufbau der aufdiese Weise hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie imSchnitt. Wie es in der 6 dargestelltist, ist im Vergleich zur Struktur einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit einer unteren Zelle, die auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktischesWachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35)bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direktauf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C ausgebildet. Fernerist auf der Oberseite der oberen Zelle T des Zellenkörpers Cdie Oberflächenelektrode 15 ausgebildet.
    [0091] DerZellenkörperC verfügt über dieuntere Zelle B mit einem pn-Übergangaus GaAs (III-V-Verbindung) und eine obere Zelle T mit einem pn-Übergangaus InGaP (III-III-V-Verbindung).
    [0092] DieDicke L1 des ZellenkörpersC beträgtungefähr4 μm, unddie Dicke L2 der Rückseitenelektrode 9 beträgt ungefähr 30 μm. D.h.,dass der ZellenkörperC und die Rückseitenelektrode9 ausreichend dünnsind, um überFlexibilitätzu verfügen,weswegen die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie 10 frei verbogenwerden kann.
    [0093] Beider oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie werdenauf einem GaAs-Substrat 1 für epitaktisches Wachstum Schichtendurch epitaktische Züchtungaufeinanderfolgend hergestellt, die die obere Zelle T bilden sollen,und darauf werden Schichten hergestellt, die die untere Zelle B bildensollen.
    [0094] Danachwird das GaAs-Substrat 1 vom Zellenkörper C getrennt, die Rückseitenelektrode 9 wird direktauf der unteren Zelle B hergestellt, und der Zellenkörper C wirddurch diese Rückseitenelektrode 9 abgestützt. Dadie Rückseitenelektrode 9 direktauf der Oberflächeder unteren Zelle B hergestellt wird, kann der Effekt einer Lichteingrenzung,wenn Sonnenlicht eintritt, verbessert werden.
    [0095] Genauergesagt, werden, wie es in der 8 dargestelltist, bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-SolarbatterieKomponenten des Sonnenlichts, die beim Durchlaufen des Zellenkörpers Cnicht durch diesen absorbiert wurden, schließlich durch die Rückseitenelektrode 9 reflektiert.Daher ist der Effekt der Lichteingrenzung im Zellenkörper C verbessert,und die Komponenten des Sonnenlichts, die durch die Rückseitenelektrode 9 reflektiert werden,tragen zur Energieerzeugung bei. Im Ergebnis kann der Wandlungswirkungsgradder Solarbatterie verbessert werden.
    [0096] Demgegenüber istbei der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterieseitens der unteren Zelle des Zellenkörpers CC das Substrat 101 für epitaktischesWachstum positioniert, wie es in der 9 dargestelltist. Daher werden Komponenten des Sonnenlichts, die beim Durchlaufendes ZellenkörpersCC nicht durch diesen absorbiert wurden, durch das Substrat 101 absorbiert,und daher tragen diese Komponenten zu keiner Energieerzeugung bei.
    [0097] Dieoben beschriebene Solarbatterie wurde unter Verwendung eines Solarsimulatorsbewertet. Nun wird das Ergebnis beschrieben. Ein Solarsimulatorist eine Lichtstrahlungsquelle, die zum Testen von Eigenschaftenund der Zuverlässigkeiteiner Solarbatterie im Labor verwendet wird, wobei die Strahlungsstärke, dieGleichmäßigkeitder Strahlung und der spektrale Verlauf für das Testobjekt eingestellt werden.
    [0098] AlsErstes wurde als Strahlungslichtquelle Bezugs-Sonnenlicht für die Luftmasse(AM = Air Mass) 1,5 G verwendet, und es wurde die Strom-Spannungs-Charakteristikbei Bestrahlung gemessen. Auf Grundlage derselben wurden der Kurzschluss strom,die Leerlaufspannung, der Füllfaktor undder Wandlungswirkungsgrad berechnet.
    [0099] Hierbeiist die Luftmasse das Verhältnisder Pfadlängevon direkt auf die Erde fallendem Sonnenlicht in Bezug zur Pfadlänge vonSonnenlicht, das unter Standardbedingungen (Standard-Atmosphärendruckvon 1013 hPa) vertikal in die Atmosphäre eintritt.
    [0100] DerKurzschlussstrom betrifft den Strom, wie er zwischen zwei Ausgangsanschlüssen derSolarbatteriezelle (Modul) fließt,wenn diese kurzgeschlossen werden. Die Leerlaufspannung betrifftdie Spannung zwischen diesen zwei Ausgangsanschlüssen, wenn diese offen sind.
    [0101] DerFüllfaktorbetrifft den Wert, der dadurch erhalten wird, dass die maximaleAusgangsleistung durch das Produkt aus der Leerlaufspannung und demKurzschlussstrom geteilt wird. Der Wandlungswirkungsgrad betrifftden Wert (Prozent), der durch Teilen der maximalen Ausgangsleistungdurch das Produkt aus der Flächeder Solarbatteriezelle und der Strahlungsstärke erhalten wird.
    [0102] Die 10 zeigt die gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik(I-V-Kurve). Hierbei betrugen der Kurzschlussstrom 10,1 mA, dieLeerlaufspannung 2,39V, der Füllfaktor0,85 und der Wandlungswirkungsgrad 20,5 %.
    [0103] Ausdem Vorstehenden ergibt es sich, dass im Vergleich mit einer herkömmlichenVerbindungshalbleiter-Solarbatterie mit zwei Übergängen, genauer gesagt, jeweilseinem pn-Übergangmit InGaP und GaAs, die auf einem GaAs-Substrat ausgebildet sind,die oben angegebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vergleichbareoder bessere Ergebnisse erzielte.
    [0104] Beider zweiten Ausführungsformwurde zum Klärendes Effekts der Lichteingrenzung, wie er durch die Rückseitenelektrodeerzielt wird, eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit eineranderen Zellenkörperstrukturals beim obigen Beispiel als neues Beispiel bewertet. Dies wirdnachfolgend beschrieben.
    [0105] AlsErstes wird, wie es in der 11 dargestelltist, bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der vorliegendenAusführungsformder ZellenkörperC direkt auf der Oberflächeder Rückseitenelektrode 9 hergestellt.Im ZellenkörperC wird eine p-InGaP-Schicht 21 auf der Rückseitenelektrode 9 hergestellt.Auf der InGaP-Schicht 21 wird eine p-GaAs-Schicht 22 hergestellt,auf der wiederum eine n-GaAs-Schicht 23 hergestelltwird, auf der eine n-InGaP-Schicht 24 hergestellt wird.An einer vorgegebenen Position auf der InGaP-Schicht 24 wirdeine Oberflächenelektrode 15 hergestellt,wobei dazwischen ein Kontakt aus einer n-GaAs-Schicht eingefügt ist.
    [0106] DieVerbindungshalbleiter-Solarbatterie wird durch ein ähnlichesVerfahren wie die oben beschriebene hergestellt. Genauer gesagt,werden als Erstes Schichten von der n-GaAs-Schicht 25 bis zur p-InGaP-Schicht 21 aufeinanderfolgendauf einem vorgegebenen Substrat (nicht dargestellt) hergestellt. Danachwird die Rückseitenelektrode 9 aufder Seite der unteren Zelle hergestellt, und das Substrat wird abgetrennt.
    [0107] Demgegenüber wirdbei der zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterieauf der Oberflächeeines p-GaRs-Substrats 101 eine p-InGaP-Schicht 121 hergestellt,auf der eine p-GaAs-Schicht 122 hergestellt wird, auf derwiederum eine n-GaAs-Schicht 123 und dann eine n-InGaP-Schicht 124 hergestelltwerden. An einer vorgegebenen Position auf der InGaP-Schicht 124 wird eineOberflächenelektrode 115 hergestellt,wobei als Kontakt eine n-GaAs-Schicht 125 eingefügt wird.
    [0108] Diezum Vergleich dienende Verbindungshalbleiter-Solarbatterie wirddadurch hergestellt, dass aufeinanderfolgend verschiedene Schichten durchepitaktisches Wachstum auf das p-GaAs-Substrat 101 aufgewachsenwerden.
    [0109] Dieoben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie und die zumVergleich dienende wurden unter Verwendung des oben beschriebenen Solarsimulatorsbewertet. Bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß der vorliegendenAusführungsformbetrugen der Kurzschlussstrom 19 mA, die Leerlaufspannung 1,03V,der Füllfaktor0,84 und der Wandlungswirkungsgrad 16,4 %.
    [0110] Demgegenüber betrugenbei der zum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterieder Kurzschlussstrom 15 mA, die Leerlaufspannung 1,03V, der Füllfaktor0,84 und der Wandlungswirkungsgrad 13,0 %.
    [0111] Wiees aus dem Vorstehenden erkennbar ist, ist bei der Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegemäß der vorliegendenAusführungsformder Wandlungswirkungsgrad besonders im Vergleich zu dem bei derzum Vergleich dienenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessert,und so ergab es sich, dass der Effekt der Lichteingrenzung durchdie Rückseitenelektrode 9 verbessertwerden konnte.
    [0112] Nunwird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einerdritten Ausführungsformbeschrieben. Hierbei wird als Beispiel eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit drei Übergängen miteiner unteren, einer mittleren und einer oberen Zelle als Zellenkörper derSolarbatterie beschrieben.
    [0113] AlsErstes wird ein Herstellverfahren beschrieben. Als Substrat wirdein GaAs-Substrat (Si-dotiert mit 1 × 1018 cm–3,Durchmesser von 50 mm) bereitgestellt. Das GaAs-Substrat wird ineine vertikale MOCVD-Vorrichtung eingesetzt.
    [0114] Dannwird, wie es in der 13 dargestellt ist,auf dem GaAs-Substrat 1 eine n-AlAs-Schicht 4, dieeine Zwischenschicht bilden soll, mit einer Dicke von ungefähr 0,5 μm durch epitaktischesWachstum hergestellt.
    [0115] Aufder AlAs-Schicht 4 werden durch epitaktisches WachstumSchichten hergestellt, die die obere Zelle T bilden sollen. Genauergesagt, werden eine n-GaAs-Schicht T1, eine n-AlInP-Schicht T2, eine n-InGaP-SchichtT3, eine p-InGaP-Schicht T4 und eine p AlInP-Schicht T5 aufeinanderfolgendhergestellt.
    [0116] Danachwerden als Tunnelübergangeine AlInP-Schicht 5, eine p-AlGaAs-Schicht 5 undeine n-InGaP-Schicht 7 aufeinanderfolgend hergestellt.
    [0117] Danachwerden auf der n-InGaP-Schicht 7 durch epitaktisches WachstumSchichten hergestellt, die die mittlere Zelle M bilden sollen. Genauergesagt, werden eine n-AlInP-Schicht M1, eine n-GaAs-Schicht M2,eine p-GaAs-Schicht M3 und eine pInGaP-Schicht M4 aufeinanderfolgendhergestellt.
    [0118] Danachwerden auf der p-InGaP-Schicht M4 als Tunnelübergang durch epitaktischesWachstum eine p-GaAs-Schicht 6 und eine nGaAs-Schicht 8 aufeinanderfolgendhergestellt.
    [0119] Daraufhinwerden auf der n-GaAs-Schicht 8 durch epitakti sches WachstumSchichten hergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen. Genauergesagt, werden eine n-InP-Schicht B6, eine n-InGaAs-Schicht B7,eine p-InGaAs-Schicht B8, eine p-InP-SchichtB9 und eine p-GaAs-Schicht B10 aufeinanderfolgend hergestellt.
    [0120] Hinsichtlichder Bedingungen fürdas epitaktische Wachstum wird die Temperatur auf ungefähr 700°C eingestellt.Als Materialien zum Züchtender GaAs-Schicht werden TMG (Trimethylgallium) und AsH3 (Arsin)verwendet.
    [0121] AlsMaterialien zum Züchtender InGaP-Schicht werden TMI (Trimethylindium), TMG und PH3 (Phosphin) verwendet. Als Materialien zum Züchten derAlInP-Schicht werden TMA (Trimethylaluminium), TMI und PH3 verwendet.
    [0122] AlsFremdstoff zum Herstellen der n-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schichtwird SiH4 (Monosilan) verwendet. Als Fremdstoffzum Herstellen der p-GaAs-Schicht, der InGaP-Schicht und der AlInP-Schichtwird DEZn (Diethylzink) verwendet.
    [0123] Fernerwerden als Materialien zum Züchten derAlGaAs-Schicht TMI, TMG und AsH3 verwendet, undals Fremdstoff zum Herstellen der p-AlGaAs-Schicht wird CBr4 (Kohlenstofftetrabromid) verwendet.
    [0124] DerZusammensetzungsanteil von In in InGaP beträgt 0,25, und auf der InGaP-Schichtwurde die Morphologie eines Querschraffierungsmusters erkannt, wasdas Vorliegen einer Fehlanpassungsversetzung anzeigt.
    [0125] Aufdiese Weise wurde der ZellenkörperC einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit drei Übergängen miteiner oberen Zelle T, einer mittleren Zelle M und einer unterenZelle B hergestellt.
    [0126] Aufder Oberflächedes ZellenkörpersC (p-GaAs-Schicht der unteren Zelle) wird ein Resistmuster (nichtdargestellt) zum Ausbilden der Rückseitenelektrodehergestellt. Durch Dampfabscheidung wird ein Au-Zn-Film (nicht dargestellt)zum Bedecken des Resistfilms hergestellt.
    [0127] Danachwerden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Au-Zn-Filmdurch ein Abhebeverfahren entfernt. Anschließend erfolgt in einer Stickstoffatmosphäre eineWärmebehandlungfür ungefähr 1 Minutebei einer Temperatur von ungefährt 400°C.
    [0128] Dannwird, mit Ausnahme der Bereiche, in denen der Au-Zn-Film ausgebildetist, ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) hergestellt.Ferner wird auf der Oberflächedes GaAs-Substrats 1 auf derjenigen Seite, auf der derZellenkörperC nicht hergestellt ist, ein Resist (nicht dargestellt) aufgetragen.
    [0129] Danachwird durch elektrolytisches Plattieren auf dem Au-Zn-Film ein Au-Plattierungsfilm(nicht dargestellt) mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt. Durch ein Abhebeverfahrenwerden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Au-Plattierungsfilmentfernt. Demgemäß wird aufdem Zellenkörpereine Rückseitenelektrode 9 ausdem Au-Plattierungsfilm ausgebildet, wie es in der 14 dargestellt ist.
    [0130] Danachwird ein vorgegebenes Resistmuster 17 in einem Bereich,in dem die Rückseitenelektrode 9 ausgebildetist, so hergestellt, dass es diese bedeckt und die Oberfläche desZellenkörpersC im Bereich freilegt, in dem die Rückseitenelektrode nicht ausgebildetist, wie es in der 15 dargestelltist. Unter Verwendung dieses Resistmusters 17 als Maskewird ein Ätzvorgangmit einer alkalischen und einer sauren Lösung ausgeführt, so dass der Teil des freigelegtenZellenkörpersC entfernt wird und die AlAs-Schicht 3 als Zwischenschichtfreigelegt wird. Danach wird das Resistmuster 17 entfernt.
    [0131] Danachwird eine gitterförmigeHarzplatte 19 mit chemischer Beständigkeit über ein eingefügtes Wachs 11 andie Seite der Rückseitenelektrode 9 angeklebt(siehe die 16). Während dieHarzplatte 19 an der Rückseitenelektrode 9 anhaftet,werden der ZellenkörperC und die Rückseitenelektrode 9 in Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht,wodurch die AlAs-Schicht 4 entferntwird, so dass der ZellenkörperC vom GaAs-Substrat 1 getrennt wird. Auf diese Weise wirddas GaAs-Substrat 1 abgetrennt und die n-GaAs-Schicht deroberen Zelle T des ZellenkörpersC freigelegt.
    [0132] Danachwird auf der freigelegten Oberfläche derGaAs-Schicht ein vorgegebenes Resistmuster zum Herstellen einerOberflächenelektrode(nicht dargestellt) hergestellt. Anschließend wird der Zellenkörper C mitdem darauf hergestellten Resistmuster in eine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nichtdargestellt) gemeinsam mit der Harzplatte 19 eingesetzt.
    [0133] Durchein Widerstandserwärmungsverfahrenwird ein Au-Film (der 12 Gew.-% Ge enthält) mit einer Dicke von ungefähr 100 nmso hergestellt, dass er das Harzmuster bedeckt. Anschließend werden durchein EB-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nmund eine Au-Schichtmit einer Dicke von ungefähr5.000 nm (beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
    [0134] Danachwerden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie aufdem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt.Auf diese Weise wird die Oberflächen elektrode 15 hergestellt,wie es in der 17 dargestelltist.
    [0135] Danachwird unter Verwendung der Oberflächenelektrode 15 alsMaske ein Ätzvorgangmit alkalischer Lösungausgeführt,um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, so dass die AlInP-Schichtfreigelegt wird (siehe die 18).
    [0136] AlsNächsteswerden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren ein TiO2-Filmmit einer Dicke von ungefähr55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dickevon ungefähr100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilmeauf der Oberflächeauf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Danach wird durchEntfernen des Wachses 11 unter Verwendung von z.B. Toluoldie Harzplatte 19 von der Rückseitenelektrode 9 getrennt,wie es in der 18 dargestelltist.
    [0137] Anschließend werdendurch Zerschneiden des freigelegten, linienförmigen Au-Plattierungsfilms 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterienmit einer Größe von z.B.10 mm × 10mm hergestellt.
    [0138] Die 18 zeigt den Aufbau derauf diese Weise hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterieim Schnitt. Wie es in der 18 dargestelltist, ist, im Vergleich zur Struktur der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie,bei der die untere Zelle auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktischesWachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35),bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direktauf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C hergestellt.
    [0139] Fernerist die Oberflächenelektrode 15 auf derOberflächeder oberen Zelle T des Zellenkörpers Chergestellt. Die mittlere Zelle M ist zwischen der oberen ZelleT und der unteren Zelle B hergestellt.
    [0140] DerZellenkörperC verfügt über dieuntere Zelle mit einem pn-Übergangvon InGaP (III-III-V-Verbindung), die mittlere Zelle M mit einempn-Übergang vonGaAs (III-V-Verbindung) und die obere Zelle T mit einem pn-Übergangvon InGaP (III-III-V-Verbindung).
    [0141] DieDicke L1 des ZellenkörpersC beträgtungefähr6 μm, unddie Dicke L2 der Rückseitenelektrode 9 beträgt ungefähr 30 μm. D.h.,dass der ZellenkörperC und die Rückseitenelektrode9 ausreichend dünnsind, um überFlexibilitätzu verfügen,und demgemäß kann dieVerbindungshalbleiter-Solarbatterie 10, wie die oben beschriebene,frei verbogen werden.
    [0142] Beider oben beschriebenen Solarbatteriezelle werden auf dem GaAs-Substrat 1 für epitaktischesWachstum aufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die obereZelle mit einer Bandlückevon ungefähr1,7 bis ungefähr2,1 eV bilden sollen.
    [0143] Dannwerden auf der oberen Zelle T aufeinanderfolgend Schichten hergestellt,die die mittlere Zelle M mit einer Bandlücke von ungefähr 1,3 bisungefähr1,6 eV bilden sollen. Ferner werden auf der mittleren Zelle M aufeinanderfolgendSchichten hergestellt, die die untere Zelle B mit einer Bandlücke vonungefähr0,9 bis 1,1 eV bilden sollen.
    [0144] Aufdiese Weise werden bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterieals Erstes diejenigen Schichten hergestellt, die die obere ZelleT bilden sollen, und als Letztes diejenigen, die die untere ZelleB bilden sollen.
    [0145] Daherhat selbst dann, wenn fürdie untere Zelle B ein Material mit größerer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV)als der bei einem herkömmlichenMaterial (ungefähr0,7 eV) verwendet wird, die Qualität der unteren Zelle B keinenEinfluss auf die mittlere Zelle M und die obere Zelle T, und es kannder Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie verbessertwerden. Dies wird nachfolgend detailliert beschrieben.
    [0146] BeimherkömmlichenHerstellverfahren für eineVerbindungshalbleiter-Solarbatterie werden auf einem Ge(oder GaAs)-Substratfür epitaktisches Wachstumals erste Schichten hergestellt, die die untere Zelle bilden sollen,und späterwerden Schichten hergestellt, die die obere Zelle bilden sollen.
    [0147] Hierbeiergeben sich, wenn InGaP mit relativ großer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV) alsMaterial fürdie untere Zelle aufgebracht wird, Fehlanpassungsversetzungen inder InGaP-Schicht, da die Gitterkonstante des Substrats aus Ge oder GaAsverschieden von der von InGaP ist.
    [0148] WennInGaAsN als untere Zelle aufgebracht wird, werden in diesem Defekteaufgrund von N-Atomen erzeugt.
    [0149] DerartigeDefekte oder Fehlanpassungsversetzunge, wie sie in der unteren Zelleerzeugt werden, beeinflussen die GaAs-Schicht, die für die mittlere Zelle epitaktischauf die untere Zelle aufgewachsen wird, und auch die InGaP-Schicht,die die obere Zelle bilden soll. Demgemäß ist die Qualität der mittlerenund der oberen Zelle beeinträchtigt,was es erschwert, den Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatteriezu verbessern.
    [0150] Demgegenüber werdenbei der oben beschriebenen Verbindungs halbleiter-Solarbatterie Schichten,die die obere Zelle bilden sollen, und solche, die die mittlereZelle bilden sollen, aufeinanderfolgend auf die Oberfläche desGaAs-Substrats 1 aufgewachsen, und als Letztes werden diejenigen Schichtenhergestellt, die die untere Zelle bilden sollen.
    [0151] Hierbeiunterscheidet sich die Gitterkonstante des InGaAs, das die untereZeile bilden soll, von der des GaAs der mittleren Zelle. Daher istdie Qualitätder auf der mittleren Zelle hergestellten unteren Zelle vergleichbarmit der bei einer herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie.
    [0152] Andererseitsstimmen die Gitterkonstante des InGaP, das die obere Zelle bildensoll, und diejenige des GaAs, das die mittlere Zelle bilden soll,mit derjenigen des GaAs-Substrats für epitaktisches Wachstum überein.Daher werden in der InGaP-Schicht und der GaAs-Schicht, die aufeinanderfolgendepitaktisch auf das GaAs-Substrat 1 aufgewachsen werden,keine Versetzungen oder Defekte erzeugt.
    [0153] Genauergesagt, hat bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterieselbst dann, wenn die Qualitätder unteren Zelle B vergleichbar mit derjenigen der unteren Zelleeiner herkömmlichenVerbindungshalbleiter-Solarbatterie ist, eine Beeinträchtigungder Qualitätder unteren Zelle keinen Einfluss auf die mittlere Zelle M oderdie obere Zelle T, da diese früherhergestellt werden.
    [0154] ImErgebnis wird selbst dann, wenn für die untere Zelle B ein Materialmit relativ hoher Bandlückewie InGaAs verwendet wird, die Qualität der mittleren Zelle und deroberen Zelle nicht beeinträchtigt, undes kann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterieverbessert werden.
    [0155] Nachfolgendwird eine Auswertung der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie beschrieben,die durch einen Solarsimulator erfolgte. Die 19 zeigt die gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik(I-V-Kurve). Hierbei betrugen der Kurzschlussstrom 10,2 mA, dieLeerlaufspannung 2,49 V, der Füllfaktor0,85 und der Wandlungswirkungsgrad 21,6 %.
    [0156] Ausdiesen Ergebnissen ergibt es sich, dass die oben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterieeine höhereLeerlaufspannung und einen höherenWandlungswirkungsgrad als die herkömmliche Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit zwei Übergängen, nämlich jeweilseinem in InGaAs und GaAs, die auf einem GaAs-Substrat ausgebildetsind.
    [0157] Nunwird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einervierten Ausführungsformbeschrieben. Hierbei wird ein anderes Beispiel einer Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit drei Übergängen miteiner unteren, einer mittleren und einer oberen Zelle eines Zellenkörpers beschrieben.
    [0158] AlsErstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Auf ähnlicheWeise wie bei der ersten Ausführungsformwerden auf einem GaAs-Substrat 1 aufeinanderfolgend Schichtenhergestellt, die die obere Zelle bilden sollen, sowie solche, diedie mittlere Zelle bilden sollen, wie es in der 20 dargestellt ist.
    [0159] Aufder InGaP-Schicht M4 der mittleren Zelle M werden eine p-GaAs-Schicht 6 undeine n-GaAs-Schicht 8 aufeinanderfolgend als Tunnelüberganghergestellt. Danach werden auf der GaAs-Schicht 8 Schichtenhergestellt, die die untere Zelle B bilden sollen.
    [0160] Genauergesagt, werden ein ITO(Indiumzinnoxid)-Film 10, ein CdSFilm B11 und CuInSe2-Film B12 aufeinanderfolgendhergestellt. Der ITO-Film 12 wird z.B. durch Sputtern hergestellt. DerCdS-Film B11 und der CuInSe2-Film B12 werden z.B.durch Dampfabscheidung hergestellt.
    [0161] Aufdiese Weise wird der ZellenkörperC einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vom Typ mit drei Übergangen,nämlichmit der oberen Zelle T, der mittleren Zelle M und der unteren ZelleB hergestellt.
    [0162] Danachwird auf einer Flächedes ZellenkörpersC (p-CuInSe2-Filmder unteren Zelle) ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt)zum Herstellen einer Rückseitenelektrodehergestellt. Ein Mo-Film (nicht dargestellt) wird durch Dampfabscheidungso aufgebracht, dass er das Resistmuster bedeckt.
    [0163] Danachwerden das Resistmuster und der auf diesem vorhandene Mo-Film durchein Abhebeverfahren entfernt. Anschließend wird bei einer Temperaturvon ungefähr400°C für 1 Minuteeine Wärmebehandlungin einer Stickstoffatmosphäreausgeführt.
    [0164] Danachwird außerim Bereich, in dem der Mo-Film ausgebildet ist, ein vorgegebenesResistmuster (nicht dargestellt) hergestellt. Ferner wird ein Resist(nicht dargestellt) auf diejenige Seite des GaAs-Substrats 1 aufgetragen,auf der der ZellenkörperC nicht hergestellt ist.
    [0165] Danachwird durch elektrolytisches Plattieren auf dem Mo-Film eine Au-Plattierungsschicht (nichtdargestellt) mit einer Dicke von ungefähr 30 μm hergestellt. Danach werdendas Resistmuster und der auf ihm vorhandene Au-Plattierungsfilmdurch ein Abhebeverfahren entfernt. Auf diese Weise wird auf demZellenkörpereine Rückseitenelektrode 9 durch Au-Plattierunghergestellt, wie es in der 21 dargestelltist.
    [0166] Anschließend wirdein vorgegebenes Resistmuster 17 im Bereich, in dem dieRückseitenelektrode 9 hergestelltist, so hergestellt, dass es diese bedeckt und die Oberfläche desZellenkörpersC im Bereich freilegt, in dem die Rückseitenelektrode 9 nicht ausgebildetist, wie es in der 22 dargestelltist.
    [0167] UnterVerwendung dieses Resistmusters 17 als Maske wird ein vorgegebener Ätzvorgangso ausgeführt,dass der Teil des freilegten Zellenkörpers C freigelegt wird unddie AlAs-Schicht 3 alsZwischenschicht freigelegt wird. Danach wird das Resistmuster 17 entfernt.
    [0168] Danachwird, wie es in der 23 dargestellt ist,eine gitterförmigeHarzplatte 19 mit chemischer Beständigkeit durch eingefügtes Wachs 11 andie Seite der Rückseitenelektrode 9 angeklebt.Während dieHarzplatte 19 an der Rückseitenelektrode 9 anhaftet,werden der ZellenkörperC und die Rückseitenelektrode 9 ineine Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht,wodurch die AlAs-Schicht 3 entfernt wird, wodurch der Zellenkörper C vomGaAs-Substrat 1 getrennt wird. Auf diese Weise wird das GaAs-Substrat 1 abgetrenntund die n-GaAs-Schicht der oberen Zelle des Zellenkörpers Cwird freigelegt.
    [0169] Danachwird auf der freigelegten Flächeder GaAs-Schicht ein vorgegebenes Resistmuster zum Herstellen einerOberflächenelektrode(nicht dargestellt) hergestellt. Anschließend wird der Zellenkörper C mitdem hergestellten Resistmuster gemeinsam mit der Harzplatte 19 ineine Vakuum-Dampfabscheidungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt.
    [0170] Durchein Widerstandserwärmungsverfahrenwird ein Au-Film (der 12 Gew.-% Ge enthält) mit einer Dicke von ungefähr 100 nmso hergestellt, dass er das Harzmuster bedeckt. Anschließend werden durchein EB-Dampfabscheidungsverfahren eine Ni-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nmund eine Au-Schichtmit einer Dicke von ungefähr5.000 nm (beide nicht dargestellt) kontinuierlich hergestellt.
    [0171] Danachwerden das Resistmuster und der Au-Film und dergleichen, wie aufdem Resistmuster hergestellt, durch ein Abhebeverfahren entfernt.Auf diese Weise wird die Oberflächenelektrode 15 hergestellt,wie es in der 24 dargestelltist.
    [0172] Danachwird unter Verwendung der Oberflächenelektrode 15 alsMaske ein Ätzvorgangmit alkalischer Lösungausgeführt,um die freigelegte GaAs-Schicht zu entfernen, so dass die AlInP-Schichtfreigelegt wird (siehe die 25).
    [0173] AlsNächsteswerden durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahren ein TiO2-Filmmit einer Dicke von ungefähr55 nm und ein MgF2-Film mit einer Dickevon ungefähr100 nm (beide nicht dargestellt) aufeinanderfolgend als Antireflexionsfilmeauf der Oberflächeauf der Sonnenlicht-Eintrittsseite hergestellt. Danach wird durchEntfernen des Wachses 11 unter Verwendung von z.B. Toluoldie Harzplatte 19 von der Rückseitenelektrode 9 getrennt,wie es in der 25 dargestelltist.
    [0174] Anschließend werdendurch Zerschneiden des freigelegten, linienförmigen Au-Plattierungsfilms 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterienmit einer Größe von z.B.10 mm × 10mm hergestellt.
    [0175] Die 25 zeigt den Aufbau derauf diese Weise hergestell ten Verbindungshalbleiter-Solarbatterieim Schnitt. Wie es in der 25 dargestelltist, ist, im Vergleich zur Struktur der herkömmlichen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie,bei der die untere Zelle auf einem vorgegebenen Substrat für epitaktischesWachstum hergestellt ist (siehe z.B. die 34 oder 35),bei der vorliegenden Verbindungshalbleiter-Solarbatterie die Rückseitenelektrode 9 direktauf der unteren Zelle B des Zellenkörpers C hergestellt.
    [0176] Fernerist die Oberflächenelektrode 15 auf derOberflächeder oberen Zelle T des Zellenkörpers Chergestellt. Die mittlere Zelle M ist zwischen der oberen ZelleT und der unteren Zelle B hergestellt. So ist eine Verbindungshalbleiter-Solarbatteriemit drei Übergängen geschaffen,die als Zellenkörper über dieuntere Zelle B, die mittlere M und die obere Zelle T verfügt.
    [0177] Insbesondereverfügtdie untere Zelle B über denCdS-Film B11 und den CuInSe2-Film B12, die durchDampfabscheidung hergestellt wurden, was von der oberen Zelle Tund der mittleren Zelle M verschieden ist, die durch epitaktischeZüchtunghergestellt wurden.
    [0178] Daherverfügtder ZellenkörperC übereine unter Zelle mit einem pn-Übergangvon CuInSe2 (I-III-VI-Verbindung) und CdS(II-VI-Verbindung), eine mittlere Zelle M mit einem pn-Übergangvon GaAs (III-V-Verbindung) und eine obere Zelle T mit einer pn-Übergangvon InGaP (III-III-V-Verbindung).
    [0179] Beider oben beschriebenen Solarbatterie werden auf dem GaAs-Substrat 1 für epitaktisches Wachstumaufeinanderfolgend Schichten hergestellt, die die obere Zelle miteiner Bandlückevon ungefähr 1,7bis ungefähr2,1 eV bilden.
    [0180] Aufdieser oberen Zelle T werden aufeinanderfolgend Schich ten hergestellt,die die mittlere Zelle M mit einer Bandlücke von ungefähr 1,3 bisungefähr1,6 eV bilden sollen. Ferner werden auf dieser mittleren Zelle Maufeinanderfolgend durch Sputtern und Dampfabscheidung, verschiedenvon epitaktischem Wachstum, Schichten hergestellt, die die untereZelle B mit einer Bandlückevon ungefähr0,9 bis 1,1 eV bilden sollen.
    [0181] Aufdiese Weise werden bei der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterieals Erstes diejenigen Schichten hergestellt, die die obere Zellebilden sollen, und als Letztes werden diejenigen Schichten hergestellt,die die untere Zelle bilden sollen. Daher hat selbst dann, wennfür dieuntere Zelle B ein Material mit größerer Bandlücke (ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1 eV)als der eines herkömmlichen Materials(ungefähr0,7 eV) verwendet wird, die Qualität dieser unteren Zelle B keinerleiEinfluss auf die mittlere Zelle M und die obere Zelle T, und eskann der Wandlungswirkungsgrad der Verbindungshalbleiter-Solarbatterieverbessert werden.
    [0182] Fernerkönnen,da die Qualitätder unteren Zelle B keinerlei Einfluss auf die obere Zelle T unddie mittlere Zelle M hat, die Schichten der unteren Zelle B durchein anderes Verfahren als das einer epitaktischen Züchtung hergestelltwerden.
    [0183] Daherkann als Material der Schichten, die die untere Zelle mit relativhoher Bandlücke(0,9 eV bis 1,1 eV) bilden sollen, ein anderes Material als ein einkristallinesMaterial, wie ein polykristalliner CuInSe2-FilmB12, verwendet werden, und demgemäß können die Materialien für die Schichtender unteren Zelle und die Herstellverfahren für diese aus mehr Möglichkeitenausgewähltwerden.
    [0184] Nunwird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gemäß einerfünftenAusführungsformder Erfindung beschrieben. Hierbei wird ein anderes Beispiel einerVerbindungshalbleiter-Solarbatteriemit zwei Übergängen beschrieben.Als Erstes wird das Herstellverfahren beschrieben. Auf ähnlicheWeise wie bei der ersten Ausführungsformwerden auf einem GaAs-Substrat 1 SchichtenT1 bis T5 füreine obere Zelle T sowie Schichten B13, B2, B3, B14 für eine untereZelle B aufeinanderfolgend hergestellt, wobei eine Zwischenschicht(n-AlAs-Schicht 21)eingefügtwird, um einen ZellenkörperC der genannten Solarbatterie mit der oberen Zelle T und der unteren ZelleB zu bilden, wie es in der 26 dargestelltist.
    [0185] Danachwird auf ähnlicheWeise, wie es bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist,auf dem ZellenkörperC eine Rückseitenelektrode 9 auseinem Au-Plattierungsfilm hergestellt, wie es in der 27 dargestellt ist. Anschließend wirdein Filmmaterial 22 mit Erosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Wetterbeständigkeit,wie ein Kapton(registrierte Handelsmarke)Band an die Rückseitenelektrode 9 angeklebt,wie es in der 28 dargestellt ist.Zum Schutz wird ein Wachs 11 auf das Filmmaterial 22 aufgetragen.
    [0186] Dannwird das GaAs-Substrat 1, auf dem der Zellenkörper C hergestelltist, fürungefähr5 Stunden z.B. in ein Lösungsgemischvon Fluorwasserstoffsäureund Wasser (HF:H2O = 1:10) eingetaucht,damit die Zwischenschicht (n-AlAs-Schicht 21) mit einerDicke von ungefähr5 bis 10 nm zwischen dem ZellenkörperC und dem GaAs-Substrat 1 abgeätzt wird und der Zellenkörper C vomGaAs-Substrat 1 (nicht dargestellt) getrennt wird, wiees in der 29 dargestelltist. Die Oberflächedes abgetrennten GaAs-Substrats 1 ist nicht geätzt, sondernin spiegelglattem Zustand gehalten, und daher kann das Substraterneut als ein solches fürepitaktisches Wachstum verwendet werden.
    [0187] Danachwird, auf ähnlicheWeise wie bei der ersten Ausführungsform,eine Oberflächenelektrode 15 aufder Oberflächedes ZellenkörpersC hergestellt. Auf diese Weise wird eine Solarbatterie mit zwei Übergängen hergestellt,wie sie in der 30 dargestelltist.
    [0188] Beider oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterie ist dieRückseitenelektrode 9 aufeinem vorgegebenen Filmelement 22 ausgebildet, und aufihr ist direkt der ZellenkörperC ausgebildet. Die Oberflächenelektrode 15 istauf dem ZellenkörperC hergestellt. Die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit dem Filmelement 22 unddem ZellenkörperC, die miteinander integriert sind, kann direkt als Solarbatterietafelverwendet werden.
    [0189] Beiden oben beschriebenen Ausführungsformenwurde als Rückseitenelektrode 9 hauptsächlich einesolche in Form eines Au-Plattierungsfilms mit einer Dicke von ungefähr 30 μm beschrieben.Für dieDicke der Rückseitenelektrode 9 bestehtjedoch keine Beschränkunghierauf, vorausgesetzt, dass sie ausreichend dick ist, um den Zellenkörper C abzustützen. Daherkann die Rückseitenelektrode 9 eine solcheDicke aufweisen, die ein Verbiegen ermöglicht. Alternativ kann sieeine Dicke aufweisen, die ein Verbiegen abhängig von ihrem Material ermöglicht. Indiesem Fall kann die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit derauf dem ZellenkörperC hergestellten Rückseitenelektrode 9 freiverbogen werden, und es ist der Freiheitsgrad bei der Formgebungverbessert.
    [0190] Nunwird eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit einem Zellenkörper miteiner Oberflächenelektrodeeiner Polarität,die auf einer Lichteintrittsseite ausgebildet ist, und einem transparenten, leitendenFilm auf der Rückseite,der eine Rückseitenelektrodeder anderen Polaritätbilden soll, und mit einer anderen Zelle, die am transparenten,leitenden Film befestigt ist, beschrieben.
    [0191] Beidieser Verbindungshalbleiter-Solarbatterie wird der Zellenkörper, oderder oben genannte andere Zellenkörper,aus einem einkristallinen Dünnfilm,der epitaktisch gezüchtetwurde, hergestellt. Da das fürdas epitaktische Wachstum verwendete Substrat vollständig entferntwird, kann die Verbindungshalbleiter-Solarbatterie dünn gemachtwerden, und ihr Wirkungsgrad kann verbessert werden. Ferner kanndiese Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nur schwer zerstört werden.
    [0192] Zwischendem Zellenkörperaus dem epitaktisch gezüchtetenEinkristall-Dünnfilmund dem anderen Zellenkörper,der diesen hält,ist der transparente, leitende Film ausgebildet, der die Rückseitenelektrodebildet. Daher kann der elektrische Widerstand gegen die Epitaxieschichtausreichend gesenkt werden. Ferner kann, wenn das Haltematerialselbst leitend ist, der elektrische Widerstand zwischen ihm undder Epitaxieschicht weiter gesenkt werden.
    [0193] BevorzugteMaterialien zum Herstellen des transparenten, leitenden Films verfügen über ein Transmissionsvermögen vonmindestens 70 % für Lichtmit einer Wellenlängevon 850 nm oder länger sowieeinen Widerstand von höchstens1 Ω·cm, und zuderartigen Materialien gehörenITO, In2O3, SnO2, ZnO, CdO, TiO2,CdIn2O4, Cd2SnO4 und Zn2SnO4.
    [0194] Wiebereits beschrieben, ist es zum Verbessern des Energieerzeugungswirkungsgradseiner Verbindungshalbleiter-Solar batterie wirkungsvoll, mehrereSolarbatterien (mehrere Übergänge) aus Materialienmit verschiedenen Absorptionswellenlängen übereinander anzuordnen. Genauergesagt, ist es bevorzugt, dass im Zellenkörper der Verbindungshalbleiter-Solarbatterieeine Zelle mit einer pn-Übergangsschichtaus einem Material mit relativ hoher Bandlücke auf der Sonnenlicht-Eintrittsseitevorhanden ist und eine Zelle mit einer pn-Übergangsschicht aus einem Materialmit relativ niedriger Bandlücke aufder Rückseitevorhanden ist, und dass derartige mehrere Zellen durch eine Tunnelübergangsschicht miteinanderverbunden sind.
    [0195] Fernerist es bevorzugt, dass bei einem anderen Zellenkörper, der über den transparenten, leitendenFilm angebracht ist, eine pn-Übergangsschichtaus einem Material mit noch kleinerer Bandlücke als derjenigen der Zelledes Zellenkörpersvorhanden ist.
    [0196] Genauergesagt, ist es bevorzugt, dass im Zellenkörper eine Zelle mit einer pn-Übergangsschichtaus einkristallinem (Al)InGa(As)P-Material (Bandlücke: 1,7bis 2,1 eV) auf der Lichteintrittsseite vorhanden ist und eine Zellemit einer pn-Übergangsschichtaus einkristallinem (Al)(In)GaAs(P)-Material (Bandlücke: 1,3bis 1,6 eV) auf der Rückseitevorhanden ist, und dass mehrere derartige Zellen durch einen Tunnelübergangverbunden sind. Ferner ist es bevorzugt, dass in einem anderen Zellenkörper eine Zellemit einer pn-Übergangsschichtaus einem einkristallinen InGaAs(P)-Material (Bandlücke: 0,7bis 1,2 eV, bevorzugter 0,9 bis 1,1 eV) vorhanden ist.
    [0197] Alsoben genannter anderer Zellenkörperist eine Zelle mit einem GaAs aus einer I-III-VI-Verbindung, z.B.einem CuInGaSeS-Material, bevorzugter. Die Bandlücke des Zellenkörpers beträgt bevorzugt 0,7bis 1,2 eV, bevorzugter 0,9 bis 1,1 eV.
    [0198] Alternativist es bevorzugt, dass im Zellenkörper eine Zelle mit einer pn-Übergangsschichtaus einkristallinem (Al)InGa(As)P-Material (Bandlücke: 1,8bis 2,1 eV) auf der Lichteintrittsseite vorhanden ist und eine Zellemit einer pn-Übergangsschichtaus einkristallinem (Al)(In)GaAs(P)-Material (Bandlücke: 1,4bis 1,6 eV) auf der Rückseitevorhanden ist, und dass mehrere derartige Zellen durch einen Tunnelübergangverbunden sind.
    [0199] Alsanderer oben genannter Zellenkörperist eine Si-Solarbatterie bevorzugt. Als Si-Solarbatterie ist einesolche aus einkristallinem Si bevorzugter, da die Solarbatterieselbst als Substrat dient und hohen Energiewandlungswirkungsgraderzielt.
    [0200] BeimVerfahren zum Herstellen einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mitmehreren Übergängen werden,wenn Schichten, die die Zelle bilden sollen, epitaktisch gezüchtet werden,nachdem eine Zwischenschicht auf einem Halbleitersubstrat hergestelltwurde, die Schichten ausgehend von derjenigen gezüchtet, dieauf der Lichteintrittsseite der Solarbatterie liegt, bis zur Schicht,die auf der Rückseite liegt,wobei die Richtung entgegengesetzt zu der beim herkömmlichenHerstellverfahren ist, so dass die Oberfläche der Zelle, die unten liegensoll, freiliegt.
    [0201] Danachwird auf der Oberflächeder freigelegten Schicht, ein transparenter, leitender Film, der dieRückseitenelektrodeder Verbindungshalbleiter-Solarbatterie bilden soll, hergestellt,und am transparenten, leitenden Film wird ein anderer Zellenkörper mitbestimmter Festigkeit angebracht. Danach wird das Halbleitersubstratfür epitaktisches Wachstumentfernt.
    [0202] DasHalbleitersubstrat wird in der mittleren Schicht zwischen ihm unddem Zellenkörperabgetrennt. So kann es entfernt werden, ohne dass der Zellenkörper undein anderer Zellenkörperbeschädigtwerden. Wenn die Dicke des Verbindungshalbleiters 10 μm oder wenigerist, ist seine Elastizitätverbessert und es ist schwieriger, ihn zu zerstören. Daher kann auf die obenbeschriebene Weise eine schwer zerstörbare Verbindungshalbleiter-Solarbatteriehergestellt werden.
    [0203] Fernerwird das Halbleitersubstrat nicht dünn ausgebildet, sondern eswird vollständigentfernt, so dass eine Zerstörungdes Substrats durch eine Ungleichmäßigkeit der Verbindungshalbleiter-Solarbatterieverhindert werden kann. Ferner kann, da das überflüssige Substrat entfernt wird,das Gewicht der Verbindungshalbleiter-Solarbatterie gesenkt werden, undes kann der Energieerzeugungswirkungsgrad verbessert werden.
    [0204] Wenndie mittlere Schicht, die nach dem Entfernen des Halbleitersubstratsverblieben ist, entfernt wird, wird die Oberfläche des Zellenkörpers freigelegt.Durch Herstellen einer vorgegebenen Oberflächenelektrode oder dergleichenauf der freigelegten Flächekann eine Verbindungshalbleiter-Solarbatterie vom Typ mit mehreren Übergängen erhaltenwerden.
    [0205] Hinsichtlichdes Lösungsmittels,das dazu verwendet wird, das Halbleitersubstrat vom Zellenkörper abzutrennen,ist es bevorzugt, dass es ein solches ist, mit dem das Halbleitersubstratschnell entfernt werden kann, wobei der Lösungsvorgang an der Zwischenschichtgestoppt wird und eine Auflösung desZellenkörpersverhindert wird, weswegen ein Lösungsmittelbevorzugt ist, bei dem die Löslichkeitdes Halbleitersubstrats höherals die der Zwischenschicht ist. Genauer gesagt, ist ein Lösungsmittelbevorzugt, bei dem die Löslichkeitdes Halbleitersubstrats höchstens5 % derjenigen der Zwischenschicht beträgt, wobei 3 % bevorzugter sind.
    [0206] Wennals Material des Halbleitersubstrats GaAs, Ge oder dergleichen verwendetwird, und wenn als Material der Zwischenschicht InGaP, AlInP, AlAsoder dergleichen verwendet wird, ist eine saure Lösung konzentrierterChlorwasserstoffsäurebevorzugt.
    [0207] Wennder oben genannte andere Zellenkörperam transparenten, leitenden Film angebracht wird, sollte der elektrischeWiderstand im Verbindungsabschnitt ausreichend gesenkt werden. Daher wirdder transparente, leitende Film vorzugsweise auf einer Fläche deranderen Zelle hergestellt, und er wird dann unter Einfügung einestransparenten, leitenden Klebers an den transparenten, leitendenFilm auf dem Bauteil geklebt.
    [0208] Alstransparenter, leitender Kleber sollte ein solcher mit einem Transmissionsvermögen vonmindestens 70 % fürLicht einer Wellenlängevon 850 nm oder längerund mit einem Widerstand von 1 Ω·cm oderweniger verwendet werden, und es ist ein Anstrich aus ITO, In2O3, SnO2,ZnO, CdO, TiO2, CdIn2O4, Cd2SnO4 oder Zn2SnO4 geeignet.
    [0209] Nunwird das Verfahren zum Herstellen der Verbindungshalbleiter-Solarbatteriegenauer beschrieben. Als Erstes werden auf ähnliche Weise, wie bei derersten Ausführungsformbeschrieben, auf der Oberflächeeines GaAs-Substrats 1 Schichten C11 bis C15, die eineobere Zelle C1 bilden sollen, die p-AlGaAs-Schicht 5 unddie n-InGaP-Schicht 7, die den Tunnelübergang bilden sollen, sowiedie Schichten C21 bis C24, die die untere Zelle C2 bilden sollen, aufeinanderfolgendhergestellt, wobei eine Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3)eingefügtwird, wie es in der 31 dargestelltist. Auf der Schicht C24 werden eine p-GaAs-Schicht 21 undeine n-GaAs-Schicht 22,die den Tunnelübergangbilden sollen, hergestellt. Auf diese Weise wird ein Zellenkörper C mitder oberen Zelle C1 und der unteren Zelle C2 hergestellt. Auf derOberflächeder n-GaAs-Schicht 22 wird durch Sputtern ein transparenter,leitender Film (ITO-Film 1) 33 (siehe die 33), der eine ohmsche n-Elektrodebilden soll, hergestellt.
    [0210] Danachwerden die Schichten C31 bis C34, die eine Zelle bilden sollen,aufeinanderfolgend auf einem InP-Substrat 30 hergestellt,und es wird ein anderer ZellenkörperCa mit einer Zelle 3 hergestellt, wie es in der 32 dargestellt ist. Aufeiner Oberflächeder n-InP-Schicht C34 der Zelle 3 wird durch Sputtern eintransparenter, leitender Film (ITO-Film 2) 31 (siehedie 33), der eine ohmscheElektrode bilden soll, hergestellt.
    [0211] Danachwird auf den transparenten, leitenden Film 33 (ITO-Film 1)und den transparenten, leitenden Film 31 (ITO-Film 2)ein flüssigerITO-Anstrich aufgebracht, und die mit dem Anstrich versehenen Flächen werdenaneinander zum Anhaften gebracht. Im Anhaftungszustand erfolgt einVorbrennen bei 200°C,und danach ist der ITO-Anstrich getrocknet, und er wird für 60 Minutenbei 400°Cgesintert, wodurch eine ITO-Anstrich-Sinterschicht 32 (siehe die 33) gebildet wird. Die transparenten,leitenden Filme 31 und 33 sowie die ITO-Anstrich-Sinterschicht 32 bildendie Rückseitenelektrode 9.
    [0212] Danachwird das GaAs-Substrat 1 in eine alkalische Lösung eingetaucht,um es zu ätzen,wodurch es entfernt wird. Das GaAs-Substrat 1 mit einer Dickevon 350 μmist nach ungefähr300 Minuten vollständiggeätztund entfernt. Das Ätzenstoppt an der Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3).
    [0213] Danachwird die Zwischenschicht (n-InGaP-Schicht 3) durch einesaure Lösungabgeätzt, wodurchsie entfernt wird und die n-GaAs-Schicht C11, die eine n-Deckschichtbildet, freigelegt ist. Danach wird, durch ähnliche Schritte, wie sie beider ersten Ausführungsformbeschrieben sind, auf der freigelegten Fläche der n-GaAs-Schicht C11eine Oberflächenelektrode 15 hergestellt.Unter Verwendung derselben als Maske wird ein Ätzvorgang mit einer alkalischenLösungausgeführt,wodurch die freigelegte n-GaAs-Schicht C11 entfernt wird und die AlInP-SchichtC12 freigelegt wird.
    [0214] Danachwird ein vorgegebenes Resistmuster (nicht dargestellt) für einenMesa-Ätzvorgangso hergestellt, dass es die Oberflächenelektrode 15 bedeckt.Unter Verwendung dieses Resistmusters als Maske wird ein Ätzvorgangmit einer alkalischen und einer sauren Lösung ausgeführt, so dass Epitaxieschichtenentfernt werden und der transparente, leitende Film 33 freigelegtwird. Durch Ätzenmit einer sauren Lösungwird der freigelegte ITO-Film entfernt, und ferner werden durcheinen vorgegebenen Ätzvorgangdie InGaAsP-Schichten C32 und C31 entfernt, und das InP-Substrat 30 wirdfreigelegt.
    [0215] Dannwird auf der Rückseitedes InP-Substrats 30 durch Dampfabscheidung ein Au-Zn-Filmhergestellt, und durch Wärmebehandlungfür 1 Minute bei400°C ineiner Stickstoffatmosphärewird eine ohmsche Elektrode 34 ausgebildet. Ferner können einTiO2-Film (mit einer Dicke von 55 nm) undein MgF2-Film (mit einer Dicke von 100 nm)kontinuierlich als Antireflexionsfilm durch ein EB-Dampfabscheidungsverfahrenauf der Oberflächehergestellt werden.
    [0216] DurchSpalten in Abschnitten des InP-Substrats 30, die durchden Mesa-Ätzvorgangfreigelegt sind, werden z.B. 12 Verbindungshalbleiter-Solarbatterienmit einer Größe von 10mm × 10mm hergestellt.
    [0217] Die 33 zeigt die Struktur derso hergestellten Verbindungshalbleiter-Solarbatterie im Schnitt.Wie es aus der 33 erkennbarist, ist ein ZellenkörperC auf der Lichteintrittsseite ausgebildet, und ein anderer Zellenkörper Caist auf der davon abgewandten Seite ausgebildet, wobei eine Rückseitenelektrode 9 auseinem transparenten, leitenden Material eingefügt ist.
    [0218] UnterVerwendung von Referenzsonnenlicht mit der Luftmasse (AM) 1,5 Gwurde die oben beschriebene Verbindungshalbleiter-Solarbatterie durcheinen Solarsimulator bewertet, und es wurden die Strom-Spannungs-Charakteristikbeim Bestrahlen, der Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung, derFüllfaktorund der Wandlungswirkungsgrad gemessen.
    [0219] Beiden obigen Ausführungsformenkann die Rückseitenelektrode 9 z.B.durch Drucken oder Sprühen,statt durch das oben beschriebene Plattierungsverfahren, hergestelltwerden.
    [0220] Wennangenommen wird, dass die Rückseitenelektrodedie oben beschriebene Form aufweist, beträgt eine bevorzugte Dicke derselbenungefähr2 bis ungefähr500 μm.
    [0221] Beijeder der oben beschriebenen Verbindungshalbleiter-Solarbatterienwird schließlichdas Substrat fürepitaktisches Wachstum entfernt, weswegen die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Zellenkörper undder Wärmesenkeverbessert wird. Im Ergebnis kann ein Temperaturanstieg des Zellenkörpers derVerbindungshalbleiter-Solarbatterie gering gehalten werden, Fernerkann das entfernte Substrat fürepitaktisches Wachstum wiederverwendet werden, was eine Kostensenkungermöglicht.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie mit: – einemZellenkörper(C) mit mindestens einer einkristallinen pn-Übergangsschicht, in die Sonnenlicht eintritt; – einemersten Elektrodenabschnitt (9), der direkt auf einer Fläche aufder von der Sonnenlicht-Eintrittsseite des Zellenkörpers (C)abgewandten Seite hergestellt ist und eine vorgegebene Dicke zumAbstützen desZellenkörpersaufweist; und – einemzweiten Elektrodenabschnitt (15), der auf einer Fläche aufder von der Sonnenlicht-Eintrittsseite des Zellenkörpers (C)hergestellt ist.
    [2] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenkörper (C) und der erste Elektrodenabschnitt(9) flexibel sind.
    [3] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektrodenabschnitt (9)eine Dicke aufweist, die ein Verbiegen erlaubt.
    [4] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C) über mehrerepn-Übergänge vonVerbindungen mit verschiedenen Bandlücken verfügt; und – die mehrerenpn-Übergangsschichtenso angeordnet sind, dass die Bandlücke von der Seite des ersten Elektrodenabschnittszur Sonnenlicht-Eintrittsseite hin größer wird.
    [5] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, dass zu den mehreren pn-Übergangsschichtendie Folgenden gehören: – eine erstepn-Übergangsschicht(B) einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, dieauf dem ersten Elektrodenab schnitt ausgebildet ist; und – eine zweitepn-Übergangsschicht(T) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer alsdie erste Bandlückeist, die auf der ersten pn-Übergangsschicht(B) ausgebildet ist.
    [6] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren pn-Übergangsschichten die Folgendenaufweisen: – eineerste pn-Übergangsschicht(B) einer III-III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, die aufdem ersten Elektrodenabschnitt ausgebildet ist; – eine zweitepn-Übergangsschicht(M) einer III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer alsdie erste Bandlücke,die auf der ersten pn-Übergangsschicht(B) ausgebildet ist; und – einedritte pn-Übergangsschicht(T) einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, die größer alsdie zweite Bandlückeist, die auf der zweiten pn-Übergangsschicht(M) ausgebildet ist.
    [7] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren pn-Übergangsschichten die Folgendenaufweisen: – eineerste pn-Übergangsschicht(B) einer I-III-VI-Verbindung mit einer ersten Bandlücke, die aufdem ersten Elektrodenabschnitt ausgebildet ist; – eine zweitepn-Übergangsschicht(M) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, die größer alsdie erste Bandlücke,die auf der ersten pn-Übergangsschicht(B) ausgebildet ist; und – einedritte pn-Übergangsschicht(T) einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, die größer alsdie zweite Bandlückeist, die auf der zweiten pn-Übergangsschicht(M) ausgebildet ist.
    [8] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch,dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Elektrodenabschnitt(9) aus einem transparenten, leitenden Film (31, 32, 33)besteht; und – dieVerbindungshalbleiter-Solarbatterie ferner über einen anderen Zellenkörper (CA1)verfügt,der an derjenigen Seite des ersten Elektrodenabschnitts (9) zumAnhaften gebracht ist, die von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandtist.
    [9] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C) über pn-Übergangsschichten verfügt, dieBandlückenaufweisen, die von der Seite des ersten Elektrodenabschnitts (9)zur Seite eines zweiten Elektrodenabschnitts (15), aufder Sonnenlicht eintritt, größer sind;und – derandere Zellenkörper(CA) eine pn-Übergangsschichtmit einer Bandlückeaufweist, die noch kleiner als diejenige des Zellenkörpers (C)ist.
    [10] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenkörper Folgendes aufweist: – eine pn-Übergangsschichtaus einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke; und – eine pn-Übergangsschichtaus einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, diegrößer alsdie erste Bandlückeist; und – derandere Zellenkörper(CA) eine pn-Übergangsschicht(C3) aus einer III-III-V-Verbindung mit einer dritten Bandlücke, diekleiner als die erste Bandlücke ist,aufweist.
    [11] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergangsschicht (C3) des anderenZellenkörpers(CA) eine pn-Übergangsschichtaus einer I-III-VI-Verbindung aufweist.
    [12] Verbindungshalbleiter-Solarbatterie nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellenkörper (C)eine pn-Übergangsschicht (C2)aus einer III-V-Verbindung mit einer ersten Bandlücke aufweist,die auf der von der Sonnenlicht-Eintrittsseite abgewandten Seiteangeordnet ist; und – einepn-Übergangsschicht(C1) einer III-III-V-Verbindung mit einer zweiten Bandlücke, diegrößer als dieerste Bandlückeist, auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite angeordnet ist; und – die andereZelle (CA) aus einer Silicium-Solarbatteriezelle besteht.
    [13] Verfahren zum Herstellen einer Verbindungshalbleiter-Solarbatterie, mitden folgenden Schritten: – Herstelleneiner Schicht (T), die eine erste Zelle mit einer ersten Bandlücke bildensoll, auf einer Fläche einesHalbleitersubstrats (1) durch epitaktisches Wachstum; – Herstelleneiner Schicht (B), die eine zweite Zelle mit einer zweiten Bandlücke, diekleiner als die erste Bandlückeist, bilden soll, auf der Schicht (T), die die erste Zelle bildensoll; – Herstelleneines ersten Elektrodenabschnitts (9) mit vorgegebenerDicke zum Abstützender Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, und der Schicht(B), die die zweite Zelle bilden soll, direkt auf der Letzteren; – Trennender Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat(1); und – Herstelleneines zweiten Elektrodenabschnitts (15) auf einer Fläche derSchicht (T), die die erste Zelle bilden soll, die durch Abtrennendes Halbleitersubstrats freigelegt ist.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen dem Schritt des Herstellens der Schicht (T), die dieerste Zelle bilden soll, und dem Schritt des Herstellens der Schicht(B), die die zweite Zelle bilden soll, ein Schritt des Herstellens einerSchicht (M) ausgeführtwird, die eine dritte Zelle bilden soll, die eine dritte Bandlücke aufweist,die kleiner als die erste Bandlückeaber größer alsdie zweite Bandlückeist.
    [15] Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durchden folgenden Schritt: – Herstelleneiner vorgegebenen Zwischenschicht (3) durch epitaktischesWachstum zwischen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll,und dem Halbleitersubstrat (1); – wobei der Schritt des Abtrennensder Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1)den Schritt des Entfernens des Halbleitersubstrats (1)durch Ätzenund des weiteren Entfernens der Zwischenschicht (3) aufweist.
    [16] Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durchden folgenden Schritt: – Herstelleneiner vorgegebenen Zwischenschicht (3) durch epitaktischesWachstum zwischen der Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll,und dem Halbleitersubstrat (1); – wobei der Schritt des Abtrennensder Schicht (T), die die erste Zelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1)den Schritt des Entfernens der Zwischenschicht durch Ätzen zumAblösendes Halbleitersubstrats (1) beinhaltet.
    [17] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass – imSchritt des Herstellens des ersten Elektrodenabschnitts (9)derselbe aus einem transparenten, leitenden Film (31, 32, 33)hergestellt wird; und – nachdem Schritt des Herstellens des ersten Elektrodenabschnitts (9)und vor dem Schritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die ersteZelle bilden soll, vom Halbleitersubstrat (1) ein Schrittausgeführtwird, bei dem am ersten Elektrodenabschnitt (9) eine Schicht(C3) zum Anhaften gebracht wird, die eine dritte Zelle mit einerBandlücke,die kleiner als die zweite Bandlückeist, bilden soll.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass – zwischender Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat(1) eine vorgegebene Zwischenschicht (31) hergestelltwird; und – derSchritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die erste Zelle bildensoll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernensdes Halbleitersubstrats (1) durch Ätzen und des weiteren Entfernensder Zwischenschicht (3) aufweist.
    [19] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass – zwischender Schicht (C1), die die erste Zelle bilden soll, und dem Halbleitersubstrat(1) durch epitaktisches Wachstum eine vorgegebene Zwischenschicht (3)hergestellt wird; und – derSchritt des Abtrennens der Schicht (C1), die die erste Zelle bildensoll, vom Halbleitersubstrat (1) den Schritt des Entfernensder Zwischenschicht (3) durch Ätzen zum Entfernen des Halbleitersubstrats(1) aufweist.
    [20] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt, bei dem die Schicht (3), die die dritteZelle bilden soll, am ersten Elektrodenabschnitt (9) zumAnhaften gebracht wird, den Schritt des Herstellens eines transparenten,leitenden Films (31) auf einer Fläche der dritten Zelle (CA) unddes Verbindens derselben mit dem ersten Elektrodenabschnitt (9)durch einen transparenten, leitenden Kleber (32) beinhaltet.
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