(57)【要約】【課題】本発明はマルチバンドギャップを備えるナノ結晶シリコン光電池を提供する。【解決手段】本発明は光電池に関する。一つの実施例において、前記光電池は、第１導電層と、前記第１導電層上に形成されるＮ型ドープ半導体層と、前記Ｎ型ドープ半導体層上に形成される第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成されるナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層と、前記ナノ結晶シリコン層上に形成される第２シリコン層と、前記第２シリコン層上に形成されるＰ型ドープ半導体層、及び前記Ｐ型ドープ半導体層上に形成される第２導電層とを備える。第１シリコン層と第２シリコン層の一方がアモルファスシリコンにより形成され、もう一方が多結晶シリコンにより形成される。【選択図】図１
2010062539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池であって、
（ａ）第１導電層と、
（ｂ）前記第１導電層上に形成されるＮ型ドープ半導体層と、
（ｃ）前記Ｎ型ドープ半導体層上に形成される第１シリコン層と、
（ｄ）前記第１シリコン層上に形成されるナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層と、
（ｅ）前記ナノ結晶シリコン層上に形成される第２シリコン層と、
（ｆ）前記第２シリコン層上に形成されるＰ型ドープ半導体層と、
（ｇ）前記Ｐ型ドープ半導体層上に形成される第２導電層と、
を備えることを特徴とする光電池。
【請求項２】
前記第１シリコン層と前記第２シリコン層のうち一方の材質がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であって、且つ、前記第１シリコン層と前記第２シリコン層の他方の材質が多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１に記載の光電池。
【請求項３】
前記ナノ結晶シリコン層は、大きさが約１ｎｍ〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを備えることを特徴とする請求項１に記載の光電池。
【請求項４】
前記第１導電層と第２導電層のうち、少くとも一方の材質が透明導電材料であることを特徴とする請求項１に記載の光電池。
【請求項５】
前記透明導電材料が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載の光電池。
【請求項６】
前記Ｎ型ドープ半導体層の材質がＮ型ドープシリコンであって、前記Ｐ型ドープ半導体層の材質がＰ型ドープシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の光電池。
【請求項７】
光電池の製造方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に第１導電層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１導電層上にＮ型ドープ半導体層を形成するステップと、
（ｄ）前記Ｎ型ドープ半導体層上に第１シリコン層を形成するステップと、
（ｅ）前記第１シリコン層上にナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層を形成するステップと、
（ｆ）前記ナノ結晶シリコン層上に第２シリコン層を形成するステップと、
（ｇ）前記第２シリコン層上にＰ型ドープ半導体層を形成するステップと、
（ｈ）前記Ｐ型ドープ半導体層上に第２導電層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする光電池の製造方法。
【請求項８】
前記ナノ結晶シリコン層を形成するステップは、
（ｉ）前記第１シリコン層上にＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成することと、
（ｉｉ）前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成することと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
光電池であって、
（ａ）第１導電層と、
（ｂ）第２導電層と、
（ｃ）前記第１導電層と第２導電層との間に形成され、マルチバンドギャップを有する光電変換層と、
を備えることを特徴とする光電池。
【請求項１０】
前記光電変換層は、
（ｉ）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層と、
（ｉｉ）多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層と、
（ｉｉｉ）前記アモルファスシリコン層及び前記多結晶シリコン層との間に形成されるＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の光電池。
【請求項１１】
前記Ｓｉリッチ誘電体層の材質はＳｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒化酸化物、Ｓｉリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電池。
【請求項１２】
前記Ｓｉリッチ誘電体層は、大きさが約１ｎｍ〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを備えるナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電池。
【請求項１３】
前記光電変換層は、
（ｉ）前記第１導電層上に形成され、且つ、屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
（ｉｉ）前記第１Ｓｉリッチ誘電体層上に形成され、且つ、屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）を有する第２Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の光電池。
【請求項１４】
前記光電変換層は、更に、前記第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に形成され、屈折率ｎ３（ｎ３＜ｎ２＜ｎ１）を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を含むことを特徴とする請求項１３に記載の光電池。
【請求項１５】
前記各第１Ｓｉリッチ誘電体層、第２Ｓｉリッチ誘電体層及び第３Ｓｉリッチ誘電体層の材質は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１４に記載の光電池。
【請求項１６】
前記光電変換層は、（ｉ）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層と、（ｉｉ）多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層とを含み、
前記第１Ｓｉリッチ誘電体層と第２Ｓｉリッチ誘電体層は、前記アモルファスシリコン層と多結晶シリコン層との間に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の光電池。
【請求項１７】
（ｉ）前記第１導電層と光電変換層との間に形成されるＮ型ドープ半導体層と、
（ｉｉ）前記第２導電層と光電変換層との間に形成されるＰ型ドープ半導体層と、
を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の光電池。
【請求項１８】
前記第１と第２導電層のうち少くとも一方の材質が透明導電材料であることを特徴とする請求項９に記載の光電池。
【請求項１９】
光電池の製造方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に第１導電層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１導電層上にマルチバンドギャップ（ｍｕｌｔｉ−ｂａｎｄ  ｇａｐ）を有する光電変換層を形成するステップと、
（ｄ）前記光電変換層上に第２導電層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする光電池の製造方法。
【請求項２０】
前記光電変換層を形成するステップは、
（ｉ）前記第１導電層上に第１シリコン層を形成することと、
（ｉｉ）前記第１シリコン層上にＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成することと、
（ｉｉｉ）前記Ｓｉリッチ誘電体層上に第２シリコン層を形成することと、
を含み、
前記第１シリコン層と第２シリコン層の一方がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を含み、且つ、前記第１シリコン層と前記第２シリコン層のもう一方が多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記Ｓｉリッチ誘電体層を形成するステップは、更に前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記光電変換層を形成するステップは、
（ｉ）前記第１導電層上に屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成する工程と、
（ｉｉ）前記第１Ｓｉリッチ誘電体層に屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）を有する第２Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記光電変換層を形成するステップは、更に前記第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に屈折率ｎ３（ｎ３＜ｎ２＜ｎ１）を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、（ｉ）前記第１導電層と前記光電変換層との間にＮ型ドープ半導体層を形成するステップ、および（ｉｉ）前記第２導電層と前記光電変換層との間にＰ型ドープ半導体層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ＬＣＤドライバーを利用して駆動・操作し、且つ、バックライトを利用して照明する液晶表示パネルであって、
（ａ）関連情報を表示するための表示領域と、
（ｂ）前記表示領域を取り囲む領域内に設置され、且つ光線の下に露出させて、前記光線の光学エネルギーを電気エネルギーに変換して駆動電力として前記ＬＣＤドライバーに供給する光電池と、
を含み、
前記光電池は、
（ｉ）第１導電層と、
（ｉｉ）第２導電層と、
（ｉｉｉ）前記第１導電層と前記第２導電層との間に形成されるマルチバンドギャップを有する光電変換層と、
を含むことを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項２６】
前記光電変換層は、
（ｉ）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層と、
（ｉｉ）多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層と、
（ｉｉｉ）前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項２５に記載の液晶表示パネル。
【請求項２７】
前記Ｓｉリッチ誘電体層の材質は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２６に記載の液晶表示パネル。
【請求項２８】
前記Ｓｉリッチ誘電体層は、大きさが約１ｎｍ〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層を含むことを特徴とする請求項２７に記載の液晶表示パネル。
【請求項２９】
前記光電変換層は、
（ｉ）前記第１導電層上に形成され、屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
（ｉｉ）前記第１Ｓｉリッチ誘電体層上に形成され、屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）を有する第２Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項２５に記載の液晶表示パネル。
【請求項３０】
前記光電変換層は、更に、前記第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に形成され、屈折率ｎ３（ｎ３＜ｎ２＜ｎ１）を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を含むことを特徴とする請求項２９に記載の液晶表示パネル。
【請求項３１】
前記表示領域は、複数の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ：ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えることを特徴とする請求項２５に記載の液晶表示パネル。
【請求項３２】
ＬＣＤドライバーを利用して駆動・操作し、且つ、バックライトを利用して照明する液晶表示（LCD）パネルを製造する方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に表示領域を形成するステップと、
（ｃ）前記表示領域を取り囲む領域内の前記基板上に光電池を形成するステップと、
を含み、
前記光電池は光線の下に露出され、光学エネルギーを電気エネルギーに変換して、駆動電力として前記ＬＣＤドライバーに供給し、
そのうち、前記光電池を形成するステップは、
（ｉ）第１導電層を形成する工程と、
（ｉｉ）第２導電層を形成する工程と、
（ｉｉｉ）前記第１導電層と第２導電層との間にマルチバンドギャップを有する光電変換層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記光電変換層を形成する工程は、
（ｉ）前記第１導電層上に第１シリコン層を形成する工程と、
（ｉｉ）前記第１シリコン層上にＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成する工程と、
（ｉｉｉ）レーザーアニーリングを完了した前記Ｓｉリッチ誘電体層上に第２シリコン層を形成する工程と、
を含み、
前記第１シリコン層と第２シリコン層の一方がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を含み、且つ、前記第１シリコン層と第２シリコン層のもう一方が多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｓｉリッチ誘電体層を形成する工程は、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記光電変換層を形成する工程は、
（ｉ）前記第１導電層上に屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成する工程、及び
（ｉｉ）前記第１Ｓｉリッチ誘電体層上に屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）を有する第２Ｓｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記光電変換層を形成する工程は、前記第２Ｓｉリッチ誘電体層と前記第２導電層との間に屈折率ｎ３（ｎ３＜ｎ２＜ｎ１）を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
複数のマトリックス方式で配列される画素を含む表示パネルであって、各画素は、
（ａ）関連情報を表示するためのアクティブ領域と、
（ｂ）少なくとも１つのスイッチ素子を有するスイッチ領域と、
（ｃ）前記アクティブ領域とスイッチ領域との間に形成され、マルチバンドギャップを含む光電変換層を備える光電池と、
を含むことを特徴とする表示パネル。
【請求項３８】
前記光電変換層は、（ｉ）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層、（ｉｉ）多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層、および（ｉｉｉ）前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を含むことを特徴とする請求項３７に記載の表示パネル。
【請求項３９】
前記Ｓｉリッチ誘電体層は、大きさが約１ｎｍ〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層を含むことを特徴とする請求項３８に記載の表示パネル。
【請求項４０】
表示パネルを製造する方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上にマトリックス方式で複数の画素を形成するステップと、
を含み、
前記各画素は光電池を含んでおり、前記光電池は光電変換層を有し、前記光電変換層はマルチバンドギャップを備えることを特徴とする方法。
【請求項４１】
前記画素を形成するステップは、
（ｉ）前記基板上の複数のゲートラインに電気的結合される複数のゲート電極を形成し、これらのゲート電極は、空間的に互いに離れ、且つ、各互いに隣接する一対のゲート電極は、アクティブ領域、スイッチ領域及び光電池を規定し、前記ゲート電極は前記スイッチ領域に形成され、前記光電池は前記アクティブ領域と前記スイッチ領域との間に位置することと、
（ｉｉ）前記ゲート電極及び前記基板の余剰領域上にゲート絶縁層を形成することと、
（ｉｉｉ）前記ゲート絶縁層上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を形成し、各スイッチ領域内の前記ゲート電極をカバーすることと、
（ｉｖ）前記アモルファスシリコン層上にドープアモルファスシリコン層を形成することと、
（ｖ）前記ドープアモルファスシリコン層及び前記ゲート絶縁層の余剰領域上に第１導電層を形成することと、
（ｖｉ）前記第１導電層上の各光電池領域にＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成することと、
（ｖｉｉ）各スイッチ領域内にソース電極とドレイン電極を形成することにより、前記基板上に薄膜トランジスタレーを形成することと、
（ｖｉｉｉ）第１導電層上にパッシベーション層を形成して、前記薄膜トランジスタレーと前記Ｓｉリッチ誘電体層をカバーすることと、
（ｉｘ）前記スイッチ領域と前記光電池領域内の前記パッシベーション層上にビアコンタクトを形成することと、
（ｘ）前記スイッチ領域と前記光電池領域との間の領域上の第１部分と、前記光電池領域内の前記Ｓｉリッチ誘電体層上の第２部分を備え、前記第１部分は各スイッチ領域内で前記ビアコンタクトを通じて前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と接触する第２導電層を形成することと、
を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記複数の画素を形成するステップは、更に、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、その中で複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電池に関し、特に、マルチバンドギャップの光電変換層を有する光電池、及び低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ：ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）パネル内におけるその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池または光電池は、光電効果を利用して太陽エネルギー／または光エネルギーを電力に変換する半導体装置である。一般的に、太陽電池は、広い面積のＰ−Ｎ接合（ｐ−ｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）により構成され、シリコン太陽電池を例に説明すると、一層のN型（負型）シリコンと一層のＰ型（正型）シリコンとを有し、前記Ｐ型シリコンが前記N型シリコンに直接接合して形成される。光エネルギーを持つ光子が前記太陽電池に入射する時、前記光子が前記シリコンのバンドギャップよりも低いエネルギーを有する場合、前記光子が前記シリコンを透過するかまたは表面で反射される。一方、前記光子の光エネルギーが前記シリコンのバンドギャップより高い場合、前記シリコンにより吸収され、シリコン半導体内に電子正孔対及び少しの熱量を生じる。
【０００３】
発生した正孔、および電子は、前記Ｐ−Ｎ接合の界面電場により正孔は前記Ｐ型シリコン層の陽極へ移動し、電子は前記シリコン太陽電池内の前記Ｎ型シリコン層の陰極へ移動して、電力を生じる。
【０００４】
太陽電池に用いられる材料は、シリコン、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（例えば、ＧａＡｓ）、ＩＩ−ＶＩ族半導体（例えば、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）、有機／ポリマー材料及びその他を含む。そのうち、最も開発が進んでいるのが、単結晶シリコンウェハ型太陽電池、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）薄膜型太陽電池及びアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜型太陽電池を含むシリコン太陽電池である。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体型太陽電池はゲルマニウム（Ｇｅ）基板上に形成され、且つ、高能率を有するが、コストが非常に高いため人工衛星及び光集積回路のみに運用され、コストの大部分は前記Ｇｅ基板が占める。
【０００６】
さらに、ＩＩＩ−Ｖ族とＩＩ−ＶＩ族半導体型太陽電池は、簡単にシリコンをベースにしたＣＭＯＳや薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）のガラスパネル及び低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）と結合することが難しい。更に、ＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ族半導体型太陽電池を製造する際、深刻な重金属汚染の問題が発生する。
【０００７】
また、アモルファスシリコン薄膜太陽電池のコストは高くないが、効率が低く安定性も高くない。
【０００８】
従って、現状シリコンウェハ型太陽電池が太陽電池市場の主流となっている。
【０００９】
太陽電池はエネルギー変換装置に属するので、その変換効率はＣａｍｏｔ  Ｌｉｍｉｔにより、最大約８５％と考えられる。現在まで市場における太陽電池の最高変換効率は約３３％であり、これらの太陽電池の効率はまだ改善の余地がある。
【００１０】
理論的に、エネルギーが前記吸収材料のバンドギャップより低い光子は、材料に吸収されず、電子正孔対を生成することができない。従って、そのエネルギーは変換できず、前記吸収材料を透過するしかない。エネルギーが前記バンドギャップより高い光子に対して、前記バンドギャップより高い一部のエネルギーのみが有用な電子正孔対に変換されて出力する。さらに大きなエネルギーの光子が吸収される場合、前記バンドギャップより高い余分のエネルギーは前記キャリアの運動エネルギーに変換される。これらの余分の運動エネルギーは、キャリアの運動エネルギーが均衡速度まで緩められるにつれて、光子と格子の相互作用を通じて熱量に変換される。太陽スペクトルは約６０００Ｋの黒体のスペクトルに近く、地球に届く多くの太陽輻射は、エネルギーが前記シリコンバンドギャップより高い光子により構成される。これらのエネルギーが比較的高い光子は、前記太陽電池により吸収されるが、これらの光子と前記シリコンバンドギャップの間のエネルギー差が格子振動（フォノン）を通じて熱量に変換し、有用な電力には変換されない。単一接合（単一バンドギャップ）太陽電池に対して、理論上の最高変換効率が約２８％である。しかし、エネルギーが前記バンドギャップより高い光子のすべてのエネルギーを吸収することができないため、または、これら材料の自由キャリアの吸収によって、前記光子吸収の１００％が電子正孔対に変換されないという材料の本質的な制限により、市場における単結晶シリコンと多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）太陽電池の平均変換効率は約１５％にすぎない。
【００１１】
多重接合（或いはマルチバンドギャップ）太陽電池に対して、個々の単一接合の太陽電池をバンドギャップの逓減順に堆積（直列に接続）し、最上位（トップセル）の電池は高エネルギーの光子を捕獲し、且つ、余剰光子を通過させて、より低いバンドギャップの電池が吸収するようにする。マルチバンドギャップ（或いは多重接合）を利用して、前記バンド間のエネルギーの相互関係を軽減することができ、単一接合（単一バンドギャップ）太陽電池に比べて、格子振動（フォノン）の発生確率を減少させ、熱量の発生を抑え、光電変換効率を改善することができる。しかし、これらの直列に接続される太陽電池は、接合損失及び格子不整合などの問題がある。
【００１２】
従って、当該分野において、上記欠陥及び不完備を改善する課題が依然として残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、マルチバンドギャップを備えるナノ結晶シリコン光電池において、
当該技術分野における上記欠陥及び不備を解決し、接合損失及び格子不整合による光電変換効率を改善し、高性能な光電池を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
最近、高光電効率及びナノ構造が光吸収の波長可調整性を備えるため、量子ドット太陽電池、即ち、第３世代太陽電池が注目を浴びている。シリコンを使用する太陽電池に対して、一部の間接バンドギャップ半導体は、すでにナノ構造を利用して量子閉じ込め効果（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）を実現している。５ｎｍより小さい結晶或いはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のナノ構造を得るために、例えば量子井戸、量子細線及び量子ドットにより生じた量子閉じ込め効果の実現には、必ずエネルギーギャップがシリコンより大きい材料をマトリックス（マトリックス材）或いは障壁として利用しなければならない。周知のように、ナノ構造のサイズが小さくなるにつれて、光の吸収波長が短かくなる。これらのナノ構造において、量子ドット構造は高量子効率という利点がある。
【００１５】
シリコン量子ドットの太陽電池に対して、これらのシリコン量子ドットは、通常、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｙ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の誘電体マトリックス内に埋め込まれる。これらのシリコン量子ドットは、広いマルチバンドギャップ（約４．ｌｅＶ〜１．２ｅＶ）構造を提供することができる。
【００１６】
本発明の一つの態様は、光電池または太陽電池に関する。一つの具体的な実施例において、前記光電池は第１導電層と、第１導電層上に形成されるＮ型ドープ半導体層と、前記Ｎ型ドープ半導体層上に形成される第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に形成されるナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層と、前記ナノ結晶シリコン層上に形成される第２シリコン層と、第２シリコン層上に形成されるＰ型ドープ半導体層と、前記Ｐ型ドープ半導体層上に形成される第２導電層と、を備える。
【００１７】
一つの具体的な実施例において、第１シリコン層と第２シリコン層の一方が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）により形成され、且つ、第１シリコン層と第２シリコン層のもう一方が、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）により形成される。前記Ｎ型ドープ半導体層は、Ｎ型ドープシリコンにより形成され、且つ、前記Ｐ型ドープ半導体層は、Ｐ型ドープシリコンにより形成される。
【００１８】
前記ナノ結晶シリコン層は、大きさが約１〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有する。
【００１９】
第１導電層と第２導電層の内、少くとも一つが透明導電材料により形成される。前記透明導電材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）或いはこれら化合物の組み合わせであってもよい。
【００２０】
本発明のもう一つの態様は、光電池を製造する方法に関する。一つの具体的な実施例において、前記方法は、基板を提供するステップと、前記基板上に第１導電層を形成するステップと、前記第１導電層上にＮ型ドープ半導体層を形成するステップと、前記Ｎ型ドープ半導体層上に第１シリコン層を形成するステップと、前記第１シリコン層上にナノ結晶シリコン層を形成するステップと、前記ナノ結晶シリコン層上に第２シリコン層を形成するステップと、前記第２シリコン層上にＰ型ドープ半導体層を形成るステップと、前記Ｐ型ドープ半導体層上に第２導電層を形成するステップと、を備える。
【００２１】
一つの具体的な実施例において、前記ナノ結晶シリコン層を形成するステップは、第１シリコン層上にＳｉリッチ（Ｓｉ−ｒｉｃｈ）誘電体層を形成し、且つ、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングすることにより、その中に複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含む。
【００２２】
一つの具体的な実施例において、前記Ｎ型ドープ半導体層は、Ｎ型ドープシリコンにより形成され、且つ、前記Ｐ型ドープ半導体層は、Ｐ型ドープシリコンにより形成される。前記ナノ結晶シリコン層は、大きさが約１〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有する。第１シリコン層と第２シリコン層の内の一つがアモルファスシリコンにより形成され、もう一つが多結晶シリコンにより形成される。
【００２３】
第１導電層と第２導電層のうち、少くとも一方が透明導電材料により形成される。前記透明導電材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）或いはこれら化合物の組み合わせであってもよい。
【００２４】
本発明のもう一つの態様は光電池に関する。一つの具体的な実施例において、前記光電池は、第１導電層、第２導電層及び光電変換層を備え、そのうち、前記光電変換層は第１導電層と第２導電層との間に形成される。前記光電変換層は、マルチバンドギャップを備える。第１導電層と第２導電層のうち、少くとも一つが透明導電材料により形成される。一つの具体的な実施例において、前記光電池は、更にＮ型ドープ半導体層とＰ型ドープ半導体層を備える。Ｎ型ドープ半導体層は、前記第１導電層と光電変換層との間に形成され、Ｐ型ドープ半導体層は、前記第２導電層と光電変換層との間に形成される。
【００２５】
一つの具体的な実施例において、前記光電変換層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層及び前記アモルファスシリコン層とポリシリコン層との間に形成されるＳｉリッチ誘電体層を含む。前記Ｓｉリッチ誘電体層の材料は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物或いはこれら化合物の組み合わせであってもよい。前記Ｓｉリッチ誘電体層は、大きさが約１〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン層を含む。
【００２６】
もう一つの具体的な実施例において、前記光電変換層は、第１導電層上に形成され、且つ屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ誘電体層、及び第１Ｓｉリッチ誘電体層上に形成され、且つ屈折率ｎ２を有する第２Ｓｉリッチ誘電体層を含み、そのうち、ｎ２＜ｎ１である。一つの具体的な実施例において、前記光電変換層は、更に第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に形成され、且つ屈折率ｎ３を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を含み、そのうち、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１である。各第１Ｓｉリッチ誘電体層、第２Ｓｉリッチ誘電体層及び第３Ｓｉリッチ誘電体層の構成材料は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物或いはこれら化合物の組み合わせであってもよい。その他の具体的な実施例において、前記光電変換層は、アモルファスシリコン層及び多結晶シリコン層も含み、前記第１Ｓｉリッチ誘電体層と第２Ｓｉリッチ誘電体層は、前記アモルファスシリコン層と多結晶シリコン層との間に形成される。
【００２７】
本発明のもう一つの態様は、光電池の製造する方法に関する。具体的な実施例において、前記方法は、基板を提供するステップと、前記基板上に第１導電層を形成するステップと、第１導電層上にマルチバンドギャップを備える光電変換層を形成するステップと、前記光電変換層上に第２導電層を形成するステップとを含む。
【００２８】
さらに、前記方法は、第１導電層と前記光電変換層との間にＮ型ドープ半導体層を形成するステップ、及び第２導電層と前記光電変換層との間にＰ型ドープ半導体層を形成するステップも含む。
【００２９】
一つの具体的な実施例において、前記光電変換層を形成するステップは、第１導電層上に第１シリコン層を形成する工程と、第１シリコン層上にＳｉリッチ誘電体層を形成する工程と、前記Ｓｉリッチ誘電体層上に第２シリコン層を形成する工程とを含む。第１シリコン層と第２シリコン層の一方がアモルファスシリコン層を含み、もう一方が多結晶シリコン層を含む。前記Ｓｉリッチ誘電体層を形成するステップは、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングすることで、その中に複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を更に含む。
【００３０】
もう一つの具体的な実施例において、前記光電変換層を形成するステップは、屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ誘電体層を第１導電層上に形成される工程、及び屈折率ｎ２を有する第２Ｓｉリッチ誘電体層を第１Ｓｉリッチ誘電体層上に形成される工程を含む。一つの具体的な実施例において、前記光電変換層を形成するステップは、屈折率ｎ３を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に形成される工程を更に含み、そのうち、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１である。
【００３１】
本発明のもう一つの態様は、ＬＣＤドライバーにより駆動操作され、且つ、バックライトにより照明されることができる液晶表示パネル（ＬＣＤ  ｐａｎｅｌ：ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｐａｎｅｌ）に関する。具体的な実施例において、前記液晶表示パネルは、関連情報を表示する表示領域、及び前記表示領域を取り囲む領域内に設置され、光線の下に露出されて、前記光線の光学エネルギーを電気エネルギーに変換する光電池を有し、前記電気エネルギーは駆動電力として前記ＬＣＤドライバーに供給される。前記光電池は、第１導電層、第２導電層及び第１導電層と第２導電層との間に形成される光電変換層を含み、そのうち、前記光電変換層はマルチバンドギャップを備える。一つの具体的な実施例において、前記表示領域は、複数の多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ：ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える。
【００３２】
一つの具体的な実施例において、前記光電変換層は、アモルファスシリコン層、多結晶シリコン層及び前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるＳｉリッチ誘電体層を含む。前記Ｓｉリッチ誘電体層は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物或いはこれらの組み合わせ材料により形成される。一つの具体的な実施例において、前記Ｓｉリッチ誘電体層は、大きさが約１〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン層を備える。
【００３３】
その他の具体的な実施例において、前記光電変換層は、第１導電層上に形成され、且つ屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ誘電体層、及び第１Ｓｉリッチ誘電体層上に形成され、且つ屈折率ｎ２を有する第２Ｓｉリッチ誘電体層を含み、そのうち、ｎ２＜ｎ１である。前記光電変換層は、第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に形成され、且つ屈折率ｎ３を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を更に含むことも可能であって、そのうち、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１である。
【００３４】
本発明のもう一つの態様は、ＬＣＤドライバーにより駆動、操作され、且つ、バックライトにより照明することができる液晶表示パネルを製造する方法に関する。具体的な実施例において、前記方法は、基板を提供するステップと、前記基板上に表示領域を形成するステップと、前記基板上における前記表示領域を取り囲む領域内で光電池を形成し、且つ光に露出させるステップとを含む。このように、前記光電池が光の光学エネルギーを受けとった場合、前記光学エネルギーを電気エネルギーに変換し、駆動電力として前記ＬＣＤドライバーに供給する。前記光電池を形成するステップは、第１導電層を形成する工程、第２導電層を形成する工程、及び第１導電層と第２導電層との間にマルチバンドギャップを備える光電変換層を形成する工程を含む。
【００３５】
一つ具体的な実施例において、前記光電変換層を形成するステップは、第１導電層上に第１シリコン層を形成する工程と、第１シリコン層上にＳｉリッチ誘電体層を形成する工程、及びレーザーアニーリングした前記Ｓｉリッチ誘電体層に第２シリコン層を形成する工程とを含む。第１シリコン層と第２シリコン層の一方がアモルファスシリコン層を含み、もう一方が多結晶シリコン層を含む。一つの具体的な実施例において、前記Ｓｉリッチ誘電体層を形成するステップは、更に、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、その中に複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含む。
【００３６】
その他の具体的な実施例において、前記光電変換層を形成するステップは、第１導電層上に屈折率ｎ１を有する第１Ｓｉリッチ誘電体層を形成する工程、及び第１Ｓｉリッチ誘電体層に、屈折率ｎ２を有する第２Ｓｉリッチ誘電体層を形成する工程を含む。また、前記光電変換層を形成するステップは、前記第２Ｓｉリッチ誘電体層と第２導電層との間に、屈折率ｎ３を有する第３Ｓｉリッチ誘電体層を更に形成する工程を含み、そのうち、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１である。
【００３７】
本発明のもう一つの態様は、マトリックス状に配列される複数の画素を有する表示パネルに関する。各画素は、関連情報を表示するためのアクティブ領域、１つ或いは複数のスイッチ素子を有するスイッチ領域及び前記アクティブ領域とスイッチ領域との間に形成される光電池を含み、そのうち、前記光電池はマルチバンドギャップを有する光電変換層を備える。
【００３８】
具体的な実施例において、前記光電変換層は、アモルファスシリコン層、多結晶シリコン層及び前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるＳｉリッチ誘電体層を含む。前記Ｓｉリッチ誘電体層は大きさが約１〜２０ｎｍの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン層を含む。
【００３９】
本発明のもう一つの態様は、表示パネルを製造する方法に関する。具体的な実施例において、前記方法は、基板を提供するステップと、前記基板上にマトリックス状に複数の画素を形成するステップとを含む。そのうち、各画素に、マルチバンドギャップを有する光電変換層を備える光電池を含む。
【００４０】
具体的な実施例において、前記複数の画素を形成する方法は、（ａ）前記基板上のゲートラインに電気的結合される複数のゲート電極を形成し、前記複数のゲート電極は空間的互いに離れ、且つ、各一対の隣接するゲート電極の間には、アクティブ領域、スイッチ領域及び光電池を定義するステップ、（ｂ）前記複数のゲート電極及び前記基板の残りの領域上にゲート絶縁層を形成するステップ、（ｃ）前記ゲート絶縁層にアモルファスシリコン層を形成し、各スイッチ領域内の各ゲート電極をカバーするステップ、（ｄ）前記アモルファスシリコン層上に不純物をドープしたアモルファスシリコン層を形成するステップ、（ｅ）前記不純物をドープしたアモルファスシリコン層及び前記ゲート絶縁層の残りの領域上に第１導電層を形成するステップ、（ｆ）各光電池領域の第１導電層上にＳｉリッチ誘電体層を設けるステップ、（ｇ）各スイッチ領域内にソース電極とドレイン電極を形成することにより、前記基板上に薄膜トランジスタのアレーを形成するステップ、（ｈ）第１導電層上に前記薄膜トランジスタレーと前記Ｓｉリッチ誘電体層をカバーするパッシベーション層を形成するステップ、（ｉ）ビア（via）を前記スイッチ領域と前記光電池領域内の前記パッシベーション層上に形成するステップ、及び（ｊ）前記スイッチ領域と前記光電池領域との間の領域に第１部分と第２部分を備える第２導電層を形成し、これにより、第１部分が、各スイッチ領域において前記ビアを通じて前記薄膜トランジスタのドレイン電極と接続され、他方第２部分は前記光電池領域内の前記Ｓｉリッチ誘電体層の上に形成されるステップを含む。
【００４１】
前記複数の画素を形成するステップは、更に、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、その中に複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含む。
【００４２】
具体的な実施例において、前記ゲート絶縁層は、酸化シリコン、窒化シリコン或いは窒素酸化シリコンにより形成される。前記不純物をドープしたアモルファスシリコン層は、ｎ＋ドープのアモルファスシリコン或いはｐ＋ドープのアモルファスシリコンを含む。前記パッシベーション層を形成する誘電体材料は、酸化シリコン或いは窒化シリコンを含む。第１導電層と第２導電層のうち、少くとも一つが透明である。一つの具体的な実施例において、第２導電層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）或いはこれら化合物の組み合わせにより形成することが可能である。
【００４３】
図面を参照しながら開示した下記好適な実施例を通じて、本発明の旨及びその他の範囲を理解することができる。然し、開示された革新的な新概念の精神及び範疇を逸脱しない限り、変更と修正を加えることも可能である。
【００４４】
添付された図面は、本発明の一つ或いは複数の具体的な実施例を説明するとともに、本発明に開示された内容と結びつけて本発明の解釈に用いられる。すべての図面において、同一の参考符号を利用して同一或いは類似の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の具体的な実施例による光電池を示す断面図である。
【図２】本発明の具体的な実施例により複数のレーザー誘起ナノ結晶シリコンを有するＳｉリッチ誘電体層を備える光電池を製造する処理過程を示す図であり、中で、（Ａ）は、第１導電層上にＳｉリッチ誘電体層を形成するステップを示し、（Ｂ）は、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングすることにより複数のナノ結晶シリコンを形成するステップを示し、（Ｃ）は、前記Ｓｉリッチ誘電体層上に第２導電層を形成するステップを示す。
【図３】レーザー誘起ナノ結晶シリコンの特性を示し、（Ａ）は、ＴＥＭ画像であって、ナノ結晶シリコンの大きさを示し、（Ｂ）は、レーザー誘起ナノ結晶シリコン内のナノ結晶体の大きさ分布を示す。
【図４】本発明の具体的な実施例による光電池を示す断面図である。
【図５】前記光電池の入射白色光に対する光電流応答を示す図である。
【図６】異なるパワー密度でＳｉリッチ酸化シリコン層に対してレーザーアニーリングする場合の当該光電池の入射白色光に対するフォトルミネセンス応答を示す図である。
【図７】本発明の具体的な実施例による光電池の電流電圧特性を示す図である。
【図８】本発明の具体的な実施例による複数の狭い領域に分けられたマルチバンドギャップを備える光電池のスペクトル特性を示す図である。
【図９】本発明の具体的な実施例による光電池を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の具体的な実施例による光電池を示す断面図である。
【図１１】（Ａ）と（Ｂ）は、本発明の具体的な実施例による一つまたは複数のナノ結晶シリコン光電池を融合した表示パネルを示す図である。
【図１２】本発明の具体的な実施例による複数のナノ結晶シリコン光電池を融合した低温多結晶シリコンパネルを示す断面図である。
【図１３】本発明の他の具体的な実施例による複数のナノ結晶シリコン光電池を融合した低温多結晶シリコンパネルを示す断面図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の具体的な実施例による複数のナノ結晶シリコン光電池を融合した低温多結晶シリコンパネルを製造するための処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本明細書で使われる「太陽電池」は「光電池」と同義語であり、二つとも光電効果を利用して太陽エネルギー／光エネルギーを電力に変換する装置を示す。
【００４７】
以下、様々な略称と略語が使われるが、「ｎｃ−Ｓｉ」はナノ結晶シリコンであり、「ａ−Ｓｉ」はアモルファスシリコン、「ｐｏｌｙ−Ｓｉ」は多結晶シリコン、「Ｓｉ−ｒｉｃｈ」はＳｉリッチ、「ＬＴＰＳ」は低温多結晶シリコン、「ＴＦＴ」は薄膜トランジスタ、「ＰＥＣＶＤ」はプラズマ化学気相成長法、「ＥＬＡ」はエキシマレーザーアニーリングであり、「ＣＬＣ」は連続発振レーザー結晶体である。
【００４８】
以下、図１〜図１４を参照しながら、本発明の具体的な実施例を詳しく説明する。本発明の目的に基づき、以下に説明するような一般的な、具体的な実施例のように一様態において本発明はマルチバンドギャップ（ｍｕｌｔｉ−ｂａｎｄ  ｇａｐ）を備えるナノ結晶シリコンの光電池及び低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）パネルにおけるその応用に関する。
【００４９】
図１は、本発明の具体的な実施例による光電池１００を示す。この例示の具体的な実施例において、光電池１００は、一つの第１導電層１１０、一つの第１導電層１１０上に形成されるＳｉリッチ誘電体層１４０及び一つのＳｉリッチ誘電体層１４０上に形成される第２導電層１７０を備える。Ｓｉリッチ誘電体層１４０は、ＰＥＣＶＤを利用して成膜させることができる。前記Ｓｉリッチ誘電体に対する成膜工程において、シラン（ＳｉＨ４）と一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）（もしくはアンモニアＮＨ３または窒素Ｎ２）ガスの比率例を調整することにより、必要な屈折率範囲のＳｉリッチ誘電体層を得ることができる。このＳｉリッチ誘電体層の屈折率の範囲は、誘電体層内のシリコンのリッチ度を示す。適切なレーザーアニーリングによって、Ｓｉリッチ誘電体層１４０内の余分なシリコン原子を分離、集め、且つナノ結晶シリコンに変換することにより、ナノ結晶Ｓｉリッチ誘電体層（ナノ結晶シリコン層）を形成する。このようにして、異なる屈折率（１．６〜３．７）、異なる厚さ（５０〜５００ｎｍ）及び異なる大きさ（１〜２０ｎｍ）を有するナノ結晶シリコン１４５のＳｉリッチ誘電体層を製造することができる。異なる半導体材料の融点及びエネルギー吸収効率レベルの変化により、レーザー結晶の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコン薄膜を利用しても複数のレーザー誘起ナノ結晶シリコンを形成することができる。
【００５０】
従って、前記レーザー結晶処理によって、光電池１００に約３００〜１０００ｎ  ｍ波長範囲の光線を吸収させるマルチバンドギャップ光吸収構造が構成される。
【００５１】
Ｓｉリッチ誘電体層１４０は、Ｓｉリッチ酸化物（ＳｉＯｘ）、Ｓｉリッチ窒化物（ＳｉＮｙ）、Ｓｉリッチ窒素酸化物（ＳｉＯｘＮｙ）、Ｓｉリッチ炭化物（ＳｉＣｘｚ）を含むものまたはこれら材料の組み合わせにより形成され、そのうち、０＜ｘ＜２．０＜ｙ＜１．３４、且つ、０＜ｚ＜１である。Ｓｉリッチ誘電体層１４０は、単層或いは多層構造に形成することができる。単層或いは多層構造にかかわらず、Ｓｉリッチ誘電体層１４０は、Ｓｉリッチ酸化物薄膜、Ｓｉリッチ窒化物薄膜及びＳｉリッチ窒素酸化物薄膜の三者中の少くとも一つを含む。
【００５２】
第１導電層１１０と第２導電層１７０は、金属、金属酸化物或いはこれら材料の任意の組み合わせにより形成することができる。前記材料は、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、モリブデン、リチウム、タンタル、ネオジム、タングステン、合金、その他或いはこれら材料の組み合わせを含む反射材料により形成することができる。前記金属酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）等を含む透明導電材料により形成することができる。前記金属は、これら反射材料とこれら透明導電材料の組み合わせであっても良い。実施にあたって、第１導電層と第２導電層のうち少なくとも一つが透明導電材料、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等により製造される。周りの光線が前記透明導電材料を透過して前記Ｓｉリッチ誘電体層（感光領域）に届くことができる。
【００５３】
実際、Ｓｉリッチ誘電体層１４０上には、層間誘電体層（ＵＨＡ層）１８０が形成されている。続いて、パターン形成／マスク処理を誘電体層１８０に適応して、その中にビアホール或いは接触孔１８１を形成する。第２導電層１７０が、ビアホール或いは接触孔１８１を貫通してＳｉリッチ誘電体層１４０上に形成される。
【００５４】
個別の単一接合光電池をバンドギャップの逓減順に堆積する従来の多重接合（直列に接続）光電池に比べて、単一接合を有するマルチバンドギャップＳｉナノ結晶光電池は様々な利点を有する。前記従来の多重接合ユニット装置において、最上部のユニットは、高エネルギーの光子を捕獲し、比較的に低いバンドギャップのユニットが吸収できる余剰の光子を通過させる。ただし、これらの直列に接続された光電池は、接合損失及び格子不整合などの欠点があるため、光電変換効率を低下させる。マルチバンドギャップ吸収材料を備える光電池は、より有効に太陽スペクトルを変換することができる。マルチバンドギャップを利用することにより、太陽スペクトルはもっと細かい部分に分割して吸収することができ、各部分に対する熱力学効率の上限が更に高い。
【００５５】
図２は、本発明の一つの具体的な実施例による光電池２００の製造処理を示す図である。先に、図２Ａに示すように、第１導電層２１０上にＳｉリッチ誘電体層２４０を形成する。次に、図２Ｂに示すように、Ｓｉリッチ誘電体層２４０にレーザー２９２のビームを照射することにより、その中に複数のナノ結晶シリコン２４５を形成させる。続いて、図２Ｃに示すように、Ｓｉリッチ誘電体層２４０上に第２導電層２７０（透明層）を形成する。
【００５６】
プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）処理により、約１トル（ｔｏｒｒ）の低圧、且つ、約４００℃より低い温度の条件で、第１導電層２１０上にＳｉリッチ誘電体層２４０を形成することができる。具体的な実施例において、Ｓｉリッチ誘電体層２４０は、約２００℃〜４００℃或いは約３５０℃〜４００℃の温度範囲内に形成することができ、好ましくは約３７０℃の温度で形成することである。通常の温度範囲に対して、およそ１３秒〜２５０秒、好ましくは約２５秒〜１２５秒で、約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの必要な厚さのＳｉリッチ誘電体層２４０を形成する。Ｓｉリッチ誘電体層２４０を形成する処理期間において、シリコン含有比率ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏを調整することにより、Ｓｉリッチ誘電体層２４０の屈折率を制御することができる。具体的な実施例において、シリコン含有比率ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏを、約１：１０〜１０：１の範囲で調整することで、屈折率を少なくとも約１．４７〜３．７の範囲内にさせ、好ましくは、前記シリコン含有比率を約１：５〜１０：１の範囲内にさせて、屈折率を少なくとも約ｌ．７〜３．７の範囲内にする。Ｓｉリッチ誘電体層２４０はその他の方法または処理により形成してもよい。
【００５７】
例えば、エキシマレーザーアニーリング（ＥＬＡ：ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により、Ｓｉリッチ誘電体層２４０のレーザーアニーリングを実現することができる。温度が４００℃より低い温度で、調整可能な周波数、且つ調整可能なレーザーパワーを有するエキシマレーザーを利用することができる。具体的な実施例において、前記ＥＬＡは、約１気圧（７６０トル）或いは約１×ｌ０3Ｐａの圧力と、約４００℃より低い温度で実行される。その他の具体的な実施例において、室温、即ち約２０〜２５℃で前記ＥＬＡを実行する。対応のパラメーターを備えるその他の種類のレーザーアニーリングを利用して本発明を実施してもよい。
【００５８】
前記レーザー波長とレーザーパワーレベルを調整することにより、必要な径のレーザー誘起ナノ結晶シリコンを生成することができる。異なるレーザー種類、例えば、ＥＬＡ、連続発振レーザー結晶化（ＣＬＣ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、固体ＣＷグリーンレーザー等に対して、レーザーの波長は約２６６〜１０２４ｎｍの範囲にある。必要なレーザー誘起ナノ結晶シリコンの直径が約１〜２０ｎｍの範囲内であって、好ましくは、約３〜６ｎｍの範囲である。具体的な実施例において、波長が約２６６〜５３２ｎｍの範囲内で、好ましくは、約３０８ｎｍで、Ｓｉリッチ誘電体層２４０のＥＬＡを実行する。Ｓｉリッチ誘電体層２４０のＥＬＡは、通常、レーザーパワーが約７０〜４４０ｍＪ／ｃｍ2の範囲、好ましくは、約７０〜２００ｍＪ／ｃｍ2の範囲で実行される。他の具体的な実施例において、例えば、波長が約５３２〜１０２４ｎｍの範囲でＳｉリッチ誘電体層２４０のＣＬＣを実行する。その他の具体的な実施例においては、例えば、波長が約５３２ｎｍの固体ＣＷグリーンレーザーでＳｉリッチ誘電体層２４０にアニールを実行する。しかし、前記レーザーパワーが約２００ｍＪ／ｃｍ2を超える場合、Ｓｉリッチ誘電体層２４０の下にある第１導電層が破壊または剥離される。約４ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にある比較的大きいレーザー誘起ナノ結晶シリコンを備えるＳｉリッチ誘電体層２４０を生成するために、好ましくは、レーザーパワーが約２００〜４４０ｍＪ／ｃｍ2の範囲でＳｉリッチ誘電体層２４０のエキシマレーザーアニーリングを実行することがよい。また、約２ｎｍ〜６ｎｍの範囲にある比較的小さいレーザー誘起ナノ結晶シリコンを備えるＳｉリッチ誘電体層２４０を生成するために、好ましくは、レーザーパワーが約７０〜２００ｍＪ／ｃｍ2の範囲でＳｉリッチ誘電体層２４０のＥＬＡを実行することが良い。Ｓｉリッチ誘電体層２４０内のレーザー誘起ナノ結晶シリコン２４５の密度は、約１×１０11／ｃｍ2〜１×１０12／ｃｍ2の範囲にあることが好ましい。
【００５９】
図３はレーザー誘起ナノ結晶シリコンの特性を示す。（Ａ）は、これらのナノ結晶シリコンの大きさを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像であって、（Ｂ）は、直径が約４ｎｍのところでピークを有するレーザー誘起ナノ結晶シリコン内のナノ結晶の大きさの分布を示す図である。
【００６０】
また、図２Ｃを参照すると、この具体的な実施例において、第２導電層２７０は透明である。光線２９５の入射ビームが透明層２７０を透過して、複数のレーザー誘起ナノ結晶シリコン２４５を備えるＳｉリッチ誘電体層２４０に届くと、Ｓｉリッチ誘電体層２４０のマルチバンドギャップと等しいまたは大きいエネルギーを有するビームの光子が吸収される。従って、Ｓｉリッチ誘電体層２４０内に正孔（ｈ＋）と電子（ｅ−）対が生じる。生じた正孔（ｈ＋）と電子（ｅ−）は、それぞれ第２導電層２７０と第１導電層２１０の方向に移動し通過する。負荷が第１導電層２１０と第２導電層２７０に接続されると、電流が前記負荷を流れる。つまり、入射光２９５の光子エネルギーが光電池２００を通じて電力に変換される。
【００６１】
さらに、第１導電層２１０は透明導電材料により構成されてもよい。
【００６２】
上記したステップは、順次に実行しなくてもよく、前記処理も本発明を実施する唯一の方法ではない。
【００６３】
例えば、基板を提供し、前記基板上に第１導電層を形成して、該第１導電層上にＳｉリッチ誘電体層を形成し、該Ｓｉリッチ誘電体層上に第２導電層を形成することによって光電池を製造することができる。その後、前記Ｓｉリッチ誘電体層をレーザーアニーリングすることにより複数のナノ結晶シリコンを形成する。一つの具体的な実施例において、第２導電層の上部からレーザー光線を前記Ｓｉリッチ誘電体層に導いて、前記レーザーアニーリングを実行する。その他の具体的な実施例において、前記基板と第１導電層は、透明導電材料により製造されて、前記基板の底部から直接レーザー光線を前記Ｓｉリッチ誘電体層に導くことにより前記レーザーアニーリングを実行する。代替の具体的な実施例において、前記光電池の上部と底部から二つのレーザー光線をそれぞれ前記Ｓｉリッチ誘電体層に導くことによりレーザーアニーリングを実行する。
【００６４】
図４は本発明の具体的な実施例による光電池バッテリー４００を示す。光電池バッテリー４００は、光電池４０１を含み、光電池４０１に入射された光線４９５の光子エネルギーを電力に変換するのに用いられる。光電池４０１は、第１導電層４１０、第２導電層４７０及び第１導電層４１０と第２導電層４７０との間に形成される一つのＳｉリッチ誘電体層４４０を備える。Ｓｉリッチ誘電体層４４０は、複数のマルチバンドギャップを有するレーザー誘起ナノ結晶シリコン４４５を備える。更に、光電池バッテリー４００は、第１導電層４１０と第２導電層４７０との間に電気的結合され、電力の貯蓄に用いられる充電式バッテリー４８０を備える。さらに、光電池４０１と充電式バッテリー４８０との間に一つの電流計４８５が接続されている。光電池４０１は上記処理により製造することができる。
【００６５】
また、充電式バッテリー４８０の替わりに負荷例えば抵抗を使用する場合、図４に示される配置は光検出器としても利用できる。
【００６６】
図５における曲線５１０は、Ｓｉナノ結晶ＳｉＯｘ光電変換（感光）層を備える光電池が太陽光等の白色光の入射光線に対するスペクトル反応を示す。前記光電池の白色光子に対する反応特性（４００〜６５０ｎｍ）は、前記光電池のＳｉナノ結晶のマルチバンドギャップに基づいている。
【００６７】
図６はＳｉリッチ酸化シリコン（Ｓｉ−ｒｉｃｈ  ＳｉＯｘ）層に対して異なるパワー密度でレーザーアニーリングを行った場合、白色の入射光に対する光電池のフォトルミネセンス反応を示す。曲線６１０、６２０、６３０と６４０は、それぞれレーザーエネルギがー３００ｍＪ／ｃｍ2、３５０ｍＪ／ｃｍ2、４００ｍＪ／ｃｍ2と４４０ｍＪ／ｃｍ2の時のフォトルミネセンス反応を示す。
【００６８】
図７は、本発明の具体的な実施例による光電池の電流電圧特性を示す。曲線７１０と７２０は、それぞれ光電池の暗電流と光電流を示す。該光電特性から、研究・開発された光電池は、従来のP−I−N（正一真性一負）ダイオードより高い感度及び同程度の暗電流レベルを簡単に得られることが分かる。
【００６９】
図８は、本発明の具体的な実施例によるマルチバンドギャップを備える光電池のスペクトル特性を示す。前記マルチバンドギャップは、複数の狭い領域に分けられ、それぞれの領域は電力に光電変換される光波長範囲に対応する。
【００７０】
図９は、本発明の具体的な実施例による光電池９００を示す断面図である。具体的な実施例において、光電池９００は、第１導電層９１０と、第１導電層９１０上に形成される第１半導体層９２０と、第１半導体層９２０上に形成される第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０と、第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０上に形成される第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０と、第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０上に形成される第２半導体層９６０と、第２半導体層９６０上に形成される第２導電層９７０とを備える。
【００７１】
具体的な実施例において、第１半導体層９２０と第２半導体層９６０のうち、一つがＮ型ドープ半導体層であって、もう一つがＰ型ドープ半導体層である。例えば、第１半導体層９２０がＮ型ドープ半導体層であって、第２半導体層９６０がＰ型ドープ半導体層である。前記Ｎ型ドープ半導体層はＮ型ドープシリコンを含み、且つ、前記Ｐ型ドープ半導体層はＰ型ドープシリコンを含む。また、その他の半導体材料を用いて本発明を実現することもできる。Ｎ型ドープ半導体層９２０及びＰ型ドープ半導体層９６０は、例えば注入プロセス、ＰＥＣＶＤプロセス等の標準処理により形成されることができる。
【００７２】
その他の具体的な実施例において、第１半導体層９２０と第２半導体層９６０のうちの一つがアモルファスシリコンにより形成され、もう一つが多結晶シリコンにより形成される。例えば、第１半導体層９２０が多結晶シリコンにより形成されると、第２半導体層９６０がアモルファスシリコンにより形成される。第１半導体層９２０と第２半導体層９６０は、微結晶シリコン、単結晶シリコン或いはこれら材料の任意の組み合わせにより形成することができる。
【００７３】
第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０は屈折率ｎ１を有し、且つ、第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０は屈折率ｎ２を有し、ここで、ｎ２＜ｎ１である。第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０及び第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０のうち少くとも一つが複数のマルチバンドギャップを有するナノ結晶シリコンを備える。上述したレーザーアニーリング処理或いはＣＶＤ処理を用いて、複数のナノ結晶シリコンを形成することができる。第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０と第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０の形成材料は、同一の材料または全く異なる材料、例えばＳｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物等であってもよい。具体的な実施例において、第１Ｓｉリッチ誘電体層９３０と／または第２Ｓｉリッチ誘電体層９４０が、マルチバンドギャップを有するナノ結晶シリコン層（ナノ結晶Ｓｉリッチ誘電体層）である。
【００７４】
第１導電層９１０と第２導電層９７０は、金属、金属酸化物或いはこれら材料の任意の組み合わせにより形成されることができる。前記材料は、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、モリブデン、リチウム、タンタル、ネオジム、タングステン、合金、その他或いはこれら材料の任意の組み合わせを含む反射材料であってもよい。前記金属酸化物は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等を含む透明導電材であってもよい。前記材料は、反射材料と透明導電材の組み合わせであってもよい。実施にあたって、少なくとも第１導電層と第２導電層の一方が透明導電材料、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等により製造される。前記具体的な実施例において、第２導電層９７０が、透明導電材料により製造される透明導電材層であることが好ましい。
【００７５】
図１０は、本発明の具体的な実施例による光電池１０００を示す。具体的な実施例において、光電池１０００は、第１導電層１０１０と、第１導電層１０１０上に形成されるＮ型ドープ半導体層１０２０と、Ｎ型ドープ半導体層１０２０上に形成される光電変換層１００１と、光電変換層１００１上に位置するＰ型ドープ半導体層１０６０と、Ｐ型ドープ半導体層１０６０上に位置する第２導電層１０７０と、を備える。
【００７６】
Ｎ型ドープ半導体層１０２０はＮ型ドープシリコンを含み、Ｐ型ドープ半導体層１０６０はＰ型ドープシリコンを含む。
【００７７】
光電変換層１００１は、複数のマルチバンドギャップを有するナノ結晶シリコンを備える。具体的な実施例において、光電変換層１００１は、前記マルチバンドギャップを有する単層を備える。前記単層は、複数のマルチバンドギャップを有するシリコンナノ結晶体を備えるナノ結晶シリコンにより形成される。その他の具体的な実施例において、光電変換層１００１は、少なくとも一層のマルチバンドギャップを有する複数のナノ結晶シリコン層を含む多層構造を含む。
【００７８】
前記多層構造について、一つの具体的な実施例において、光電変換層１００１は、Ｎ型ドープ半導体層１０２０上に形成される第１Ｓｉリッチ誘電体副層１０３０と、第１Ｓｉリッチ誘電体副層１０３０上に形成される第２Ｓｉリッチ誘電体副層１０４０と、第２Ｓｉリッチ誘電体副層１０４０上に形成される第３Ｓｉリッチ誘電体副層１０５０とを備える。各第１Ｓｉリッチ誘電体副層１０３０、第２Ｓｉリッチ誘電体副層１０４０及び第３Ｓｉリッチ誘電体副層１０５０は、それぞれ対応する屈折率ｎ１、ｎ２及びｎ３を有し、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１である。代わりの具体的な実施例において、第１Ｓｉリッチ誘電体副層１０３０と第３Ｓｉリッチ誘電体副層１０５０は交換可能である。具体的な実施例において、各第１Ｓｉリッチ誘電体副層１０３０、第２Ｓｉリッチ誘電体副層１０４０及び第３Ｓｉリッチ誘電体副層１０５０は、全てＳｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物或いはこれらの組み合わせを含む。Ｓｉリッチ誘電体層が形成された後、Ｓｉリッチ誘電体層にレーザーアニーリング処理を行って、マルチバンドギャップを有する複数のレーザー誘起ナノ結晶シリコンの単層または多層を形成する。改良された具体的な実施例において、第１半導体層９２０（未図示）は、Ｎ型ドープ半導体層１０２０と前記多層構造との間に形成されることができ、且つ、第２半導体層９６０は、前記多層構造とＰ型ドープ半導体層１０６０との間に形成されることができる。
【００７９】
その他の具体的な実施例において、光電変換層１００１は、Ｎ型ドープ半導体層１０２０上に形成される第１シリコン副層１０３０と、第１シリコン副層１０３０上に形成されるナノ結晶シリコン副層１０４０と、ナノ結晶シリコン副層１０４０上に形成される第２シリコン副層１０５０とを備える。第１シリコン副層１０３０と第２シリコン副層１０５０のうち、一方がアモルファスシリコンにより形成され、もう一方が多結晶シリコンにより形成される。そのため、光電変換層１００１はマルチバンドギャップ、ａ−Ｓｉ／Ｓｉナノ結晶／ｐｏｌｙ−Ｓｉの層状構造を備える。
【００８０】
第１導電層１０１０と第２導電層１０７０は、金属、金属酸化或いはこれら材料の任意の組み合わせにより形成されることができる。前記材料は、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、モリブデン、リチウム、タンタル、ネオジム、タングステン、合金、その他或いはこれら材料の任意の組み合わせを含む反射材料であってもよい。前記金属酸化物は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等を含む透明導電材であってもよい。前記材料は反射材料と透明導電材料の組み合わせであってもよい。実施にあたって、第１導電層と第２導電層の中、少なくとも一方が透明導電材、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等により製造される。
【００８１】
本発明に係る光電池は、例えば、光検出器、タッチパネルを備える表示パネル及び不揮発性記憶装置など、広いスペクトル領域内で様々な応用が可能である。
【００８２】
図１１Ａは、本発明の具体的な実施例による一つまたは複数の光電池（感光器）１１４０と一体化された表示パネル１１０１を示す。表示パネル１１０１は、関連情報を表示するための表示領域１１１０、及び表示領域１１１０の周辺領域に置かれ光線の下に露出される一つ或いは複数の光電池１１４０を備える。一つまたは複数の光電池１１４０は、すべてＳｉリッチ誘電体層を有し、該Ｓｉリッチ誘電体層はマルチバンドギャップを有するナノ結晶シリコンを備え、且つ、当該ユニットは、光エネルギーを電力に変換するのに適する。前記光エネルギーはバックライトと／または周辺光から受けることができる。
【００８３】
表示パネル１１０１は、情報を転送し、且つユーザーからの入力を受信するための表示領域１１２０と、光を検出するための光検出器１１３０と、周辺光を検出するための周辺光検出器１１５０とを備えても良い。これらは、すべて少なくともナノ結晶シリコンのＳｉリッチ誘電体層を備える。
【００８４】
光検出器１１３０と周辺光検出器１１５０は、任意の隅領域に置かれ、周辺光或いはその他の光を検出することができる。一つまたは複数の光電池１１４０は、表示領域１１１０の周辺に設置され、受信された光を電力に変換して、表示パネル１１０１の消費電力を低下させることができる。
【００８５】
表示パネル１１０１はタッチパネル或いは液晶表示パネルであってもよい。
【００８６】
図１１Ｂは、ＬＣＤドライバー１１６０により駆動され、またバックライト１１７０により照明される液晶表示パネル１１０２を示す。液晶表示パネル１１０２は、関連情報を表示するための表示領域１１１０、及び表示領域１１１０の周辺領域に置かれ、且つバックライト１１７０の下に露出された一つまたは複数の光電池１１４０を備える。一つまたは複数の光電池１１４０は、すべて多層構造を含み、該構造はナノ結晶シリコンのＳｉリッチ誘電体層を有し、且つ、当該ユニットは、光エネルギーを電力に変換することが可能である。前記光エネルギーはバックライトと／或いは周辺光から得られる。なお、変換された電力は、駆動電力としてＬＣＤドライバー１１６０に供給される。
【００８７】
本発明で開示される方法は、低温で高効率レーザーアニーリングを利用して発光装置の光電層及び／或いは光検出器の感光層を製造するのに用いられる。本発明の具体的な実施例により製造されたレーザー誘起ナノ結晶シリコンは、前記誘電体層内において、高密度、極めて均質且つ均一なレーザー誘起ナノ結晶シリコンの分布、及び均一なレーザー誘起ナノ結晶シリコンの直径を示している。当該方法は低温エキシマレーザーアニーリング処理を応用する。当該処理は、高温ポストアニーリングは必要なく、且つ、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ：ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）を生産する従来の処理と一致している。本発明に開示された複数の具体的な実施例により製造されたレーザー誘起ナノ結晶シリコンを備えるＳｉリッチ誘電体層は、太陽電池、タッチパネル、周辺光検出器、光検出器に適用し、且つ高品質フルカラー薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）表示装置とも融合する。本発明の複数の具体的な実施例により製造されたレーザー誘起ナノ結晶シリコンは、また、不揮発性メモリ内のストレージノード（storage node）として用いてもよく、比較的に高い記憶能力、耐久性及び操作速度を備える。
【００８８】
図１２は、本発明の具体的な実施例による光電池（或いは感光器）と融合される低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）パネル１２００を示す。低温多結晶シリコンパネル１２００は、マトリックス状に配列される複数の画素を有することができる。図１２において、一つの低温多結晶シリコンパネル１２００の画素のみを示している。当該具体的な実施例において、各画素は、読み出しＴＦＴ１２２１と読み出しＴＦＴ１２２１上に形成される光電池１２０１を備える。
【００８９】
光電池１２０１は３層積層構造を備え、該３層積層構造は、第１導電層１２３０、第２導電層１２７０及び上記二者の間に形成され、複数のナノ結晶シリコン１２４５を含むＳｉリッチ誘電体層１２４０を含む。
【００９０】
読み出しＴＦＴ１２２１は、基板１２１０上に形成される。読み出しＴＦＴ１２２１は、ソース領域１２２２（光電池１２０１の第１導電層１２３０に電気的結合される）、ドレイン領域１２２４及びゲート電極１２２６を備える。ドレイン領域１２２４（ソース領域１２２２）とゲート電極１２２６は、基板１２１０上に形成されるゲート絶縁層１２２０により絶縁分離されている。基板１２１０は、ガラス基板のような透明基板、或いはプラスチック基板のようなフレキシブル基板で形成されても良い。
【００９１】
表示パネル１２００にこのような光電池１２０１を用いる場合、光電池１２０１は周辺光線１２９５に面するように配置される。また、通常は、バックライト１２９６を用いて表示パネル１２００を照明することにより、その上の情報を表示する。バックライト１２９６が光電池１２０１の出力を偏らせることを避けるために、第１導電層１２３０を用いてバックライト１２９６を有効に遮る。
【００９２】
具体的な実施例において、光電池１２０１のＳｉリッチ誘電体層１２４０は、Ｓｉリッチ酸化物、Ｓｉリッチ窒化物、Ｓｉリッチ窒素酸化物、Ｓｉリッチ炭化物等により構成される。前記Ｓｉリッチ酸化物層が約１．７〜３．７範囲の屈折率を有し、且つ、前記Ｓｉリッチ窒化物層が約１．７〜３．７範囲の屈折率を有することが好ましい。また、少なくとも幾つかのナノ結晶シリコンが、約２〜１０ｎｍ範囲の直径を有することが好ましい。Ｓｉリッチ誘電体層１２４０の厚さが約５０〜５００ｎｍの範囲内にある。レーザー誘起ナノ結晶シリコンの密度が約ｌ×ｌ０11〜ｌ×ｌ０12／ｃｍ2の範囲内にあることが好ましい。第２導電層１２７０が透明導電材料、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＨｆＯ等により構成されることが好ましい。
【００９３】
図１２に示すように、ナノ結晶シリコンユニットの充填率は従来のユニットより遙かに高い。それは、光電池１２０１が、読み出しＴＦＴ１２２１が位置されているスイッチ領域をより大きくカバーしたからである。更に、金属電極１２３０は、それぞれ周辺光線及びバックライトをユニット回路及び光電池１２０１に届かないように有効に遮蔽することで、トランジスタ特性がP−I−Nユニット内における場合よりさらに安定する。
【００９４】
図１３は、本発明の具体的な実施例による光電池（或いは感光器）と融合された低温多結晶シリコンパネル１３００を示す。当該具体的な実施例において、各画素は、基板１３１０上にＴＦＴ１３０１、蓄積コンデンサ１３０３、感光器１３０５及び互いに隣接して形成されたアクティブ領域１３０７を備える。感光器１３０５は、第１電極１３５５、第２電極１３７５及びその間に形成されるＳｉリッチ誘電体層１３６５を備える。
【００９５】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ）パネルを製造する処理を説明する具体的な実施例は図１４に示す通りである。
【００９６】
図１４Ａ〜図１４Ｆは、本発明の具体的な実施例による光電池（感光器）と融合したアモルファスシリコン薄膜トランジスタパネルの製造方法１４００を示す。前記方法は下記のステップを含む。先ず、ガラス等により形成される第１基板１４１０を提供する。次に、第１基板１４１０上にゲートラインと電気的結合される互いに離れた複数のゲート電極１４２０を形成する。そのうち、複数のゲート電極１４２０を形成する工程は下記の通りである：先に、スパッタ法により基板１４１０上に金属層を蒸着し；適切な位置に金属層を覆って、前記複数のゲート電極１４２０を定義し；次に、覆われていない金属層の余剰部分を露出させ；前記金属層の覆われていない部分をエッチングし；マスク部分を取り除いて、複数のゲート電極１４２０を形成する。各一対の互いに隣接するのゲート電極１４２０の間にスイッチ領域１４１２と太陽電池領域１４１４を定義する。図１４Ａに示すように、太陽電池領域１４１４はスイッチ領域１４１２と隣接し、その中に対応するゲート電極１４２０が形成されている。ゲート電極１４２０は金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）或いは合金により形成される。
【００９７】
第１基板１４１０及び複数のゲート電極１４２０上に誘電体層（ゲート絶縁薄膜）１４３０を形成する。具体的な実施例において、ゲート絶縁薄膜１４３０は、酸化シリコン、窒化シリコン或いは窒素酸化シリコンにより形成される。
【００９８】
次に、ゲート絶縁層１４３０上にアモルファスシリコン層１４４２を形成して、各スイッチ領域１４１２のゲート電極１４２０をカバーする。続いて、アモルファスシリコン層１４４２上にドープのアモルファスシリコン層１４４４を形成する。図１４Ｂに示すように、ドープのアモルファスシリコン層１４４４は、N＋ドープ（Ｎ型ドープ）のアモルファスシリコン或いはｐ＋ドープ（p型ドープ）のアモルファスシリコンにより形成され、且つ、接触層としている。具体的な実施例において、アモルファスシリコン層１４４２と接触層１４４４は、ＰＥＣＶＤによってアモルファスシリコンとドープアモルファスシリコンを成膜してからパターンを作成する方式により形成される。
【００９９】
なお、図１４Ｂに示すように、酸化シリコンまたは窒化シリコンのゲート絶縁薄膜１４３０、アモルファスシリコン層１４４２及びドープのアモルファスシリコン層１４４４（接触層）を順次に成膜させ、その後、アモルファスシリコン層１４４２とドープのアモルファスシリコン層１４４４は、パターン作成を通じてアモルファスシリコン層１４４２及びドープのアモルファスシリコン層１４４４を形成する。
【０１００】
続いて、図１４Ｃに示すように、ゲート絶縁薄膜１４３０上に金属層１４５０を形成し、且つ、スイッチ領域１４１２内に接触層１４４４を形成する。その後、前記金属層上の各太陽電池領域１４１４にＳｉリッチ誘電体層１４６０を形成する。
【０１０１】
図１４Ｄに示すように、マスク、露出及びエッチング処理は、順次に金属層１４５０に適応されて、スイッチ領域１４１２内の薄膜トランジスタを規定し、そのうち、接触層１４４４はソースポート１４４４ａとドレインポート１４４４ｂに分けられ、且つ、金属層１４５０は、各スイッチ領域１４１２内で第１部分１４５２と第２部分１４５４に分けられる。図１４Ｄに示すように、第１部分１４５２は、ソースポート１４４４ａと信号線に接続され、且つ、第２部分１４５４は、第１部分１４５２と間を隔てて形成され、ドレインポート１４４４ｂに接続される。更に、金属層１４５０上に、第１部分１４５２と第２部分１４５４と間を隔てる第３部分１４５６をそれぞれの太陽電池領域上に形成する。これはあとで述べるように、太陽電池の第１電極として働く。
【０１０２】
図１４Ｅに示すように、その後、それぞれのスイッチ領域１４１２内の全ての薄膜トランジスタ及び各太陽電池領域１４１４内のＳｉリッチ誘電体層１４６０をカバーする保護層（薄膜）１４７０を形成する。続いて、保護層１４７０に対してマスク、露出及びエッチング処理を順次行い、スイッチ素子を前記画素電極に結合（ドレイン電極１４５４を通して）させるための貫通孔１４７２を形成し、且つ、Ｓｉリッチ誘電体層１４６０の被覆を取り除く。この段階において、レーザーアニーリング処理はＳｉリッチ誘電体層１４６０に対して行われ、マルチバンドギャップを有する複数のレーザー誘起ナノ結晶シリコンを形成することができる。
【０１０３】
図１４Ｆに示すように、次のステップは、貫通孔１４７２上に位置する第１部分１４８２、及び、Ｓｉリッチ誘電体層１４６０上に位置する第１部分と離れた第２部分１４８４を有する透明金属層を形成する。第１部分１４８２は薄膜トランジスタのドレイン電極１４５４に接続されて、画素電極とする。前記透明金属層の第２部分１４８４、Ｓｉリッチ誘電体層１４６０及び金属層１４５０の第３部分１４５６が、太陽電池を構成する。前記透明金属層は酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、アモルファス系インジウムスズ酸化物（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ＩＴＯ）、ｐｏｌｙ−ＩＴＯ等を含む透明・導電の材料により形成され、その厚さが約０．０１Ｍ〜３．０μｍの範囲内である。
【０１０４】
上記の説明において、本発明はナノ結晶シリコン、マルチバンドギャップの光電池及びその応用を開示した。前記光電池は、Ｓｉリッチ酸化物層をポストアニーリングすることにより形成されたナノ結晶層を備える。前記ナノ結晶シリコン光電池（或いは感光器）は、組込型液晶表示パネルの応用における安定的、有益で、弾性的、信頼的および機能的素子であってもよく、且つ、大きい充填率、完全なバックライト遮蔽及び調整可能な吸収スペクトルなどの利点を有する。
【０１０５】
以上は本発明の具体的な実施例に対する説明に過ぎず、本発明を開示された精確な形態に制限するものではない。上記した内容を基に様々な修正及び変更を行うことができる。
【０１０６】
具体的な実施例は、選択説明を通じて本発明の原理をより分かりやすく述べると共に、様々な具体的な実施例により当業者に本システムを分かりやすく理解させ、なお、これら具体的な実施例は、すべて特定の使用期待に適している。当業者は、本発明の精神と範疇を逸脱しない限り、その他の具体的な実施例も本発明に含まれる。従って、本発明の範疇は、上述した具体的な実施例ではなく、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【０１０７】
１００  光電池
１１０  第１導電層
１４０  Ｓｉリッチ誘電体層
１４５  ナノ結晶シリコン
１７０  第２導電層
１８０  誘電体層
１８１  接触孔
２００  光電池
２１０  第１導電層
２４０  Ｓｉリッチ誘電体層
２４５  ナノ結晶シリコン
２７０  第２導電層
２９２  レーザー
２９５  光線
４００  光電池バッテリー
４０１  光電池
４１０  第１導電層
４４０  Ｓｉリッチ誘電体層
４４５  ナノ結晶シリコン
４７０  第２導電層
４８０  充電式バッテリー
４８５  電流計
４９５  光線
５１０〜７２０  曲線
９００  光電池
９１０  第１導電層
９２０  第１半導体層
９３０  第１Ｓｉリッチ誘電体層
９４０  第２Ｓｉリッチ誘電体層
９６０  第２半導体層
９７０  第２導電層
１０００  光電池
１００１  光電変換層
１０１０  第１導電層
１０２０  Ｎ型ドープ半導体層
１０３０  第１Ｓｉリッチ誘電体副層
１０４０  第２Ｓｉリッチ誘電体副層
１０５０  第３Ｓｉリッチ誘電体副層
１０６０  Ｐ型ドープ半導体層
１０７０  第２導電層
１１０１  表示パネル
１１０２  液晶表示パネル
１１１０  表示領域
１１２０  表示領域
１１３０  光検出器
１１４０  光電池
１１５０  周辺光検出器
１１６０  ＬＣＤドライバー
１２００  低温多結晶シリコンパネル
１２０１  光電池
１２１０  基板
１２２１  読み出しＴＦＴ
１２２２  ソース領域
１２２４  ドレイン領域
１２２６  ゲート電極
１２３０  第１導電層
１２４０  Ｓｉリッチ誘電体層
１２４５  ナノ結晶シリコン
１２７０  第２導電層
１２９５  周辺光線
１２９６  バックライト
１３００  低温多結晶シリコンパネル
１３０１  薄膜トランジスタ
１３０３  蓄積コンデンサ
１３０５  感光器
１３０７  アクティブ領域
１３１０  基板
１３５５  第１電極
１３６５  Ｓｉリッチ誘電体層
１３７５  第２電極
１４００  方法
１４１０  第１基板
１４１２  スイッチ領域
１４１４  太陽電池領域
１４２０  ゲート電極
１４３０  誘電体層
１４４２  アモルファスシリコン層
１４４４  ドープのアモルファスシリコン層
１４４４ａ  ソースポート
１４４４ｂ  ドレインポート
１４５０  金属層
１４５２  第１部分
１４５４  第２部分
１４５６  第３部分
１４６０  Ｓｉリッチ誘電体層
１４７０  保護層
１４７２  貫通孔
１４８２  第１部分
１４８４  第２部分
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図３】
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