(57)【要約】  光起電力デバイスは、基板、半導体スタックおよび透明トンネル接合を含む。半導体スタックは、第１の透明導電性酸化物層もしくは窓層から選択されたｎ型層、またはその両方を含むｎ型層と、前記ｎ型層上に配置され、本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）からなり、ｘは１〜約４０原子％であるｐ型吸収体層と、を含む。透明トンネル接合は、ｐ＋型にドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅである透明界面層、およびｎ＋型にドープされた透明コンタクト層を備え、界面層はｐ型吸収体層と透明コンタクト層との間に配置されている。両面型の実施形態では、トンネル接合は、透明裏面コンタクトおよび電極を形成し、多接合の実施形態では、トンネル接合は、上部セルと下部セルとの間にダイオードのような接続部を形成している。透明コンタクト層は、アルミニウム、フッ素またはインジウムでドープされた、酸化スズまたは酸化亜鉛を含んでもよい。光起電力デバイスは、電子反射体層および／または光学反射体層も含んでもよい。【選択図】図１
2019530984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは約１原子％〜約４０原子％である]からなる、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は前記吸収体層と前記コンタクト層との間に配置され、そして前記コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む、
を含む、光起電力デバイス。
【請求項２】
前記吸収体層中のＳｅの量は、ｘが約０である最小値から約１５原子％〜約３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項３】
前記界面層は、銅（Ｃｕ）でドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ[ｙは０〜約６０原子％であり得る]を含む、請求項１または２に記載の光起電力デバイス。
【請求項４】
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項５】
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなる、請求項４に記載の光起電力デバイス。
【請求項６】
アルミニウム（Ａｌ）の濃度が約４〜６原子パーセントである、請求項５に記載の光起電力デバイス。
【請求項７】
前記透明コンタクト層の厚さが約０．０２μｍ〜約１．０μｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項８】
前記透明コンタクト層に接触している二次導体を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項９】
前記二次導体は金属グリッドフィンガを含み、前記透明コンタクト層は約０．０２μｍ〜約０．２０μｍの厚さを有する、請求項８に記載の光起電力デバイス。
【請求項１０】
前記第１の透明導電性酸化物層および前記吸収体層は実質的にＺｎを含まない、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項１１】
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項１２】
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、請求項１２に記載の光起電力デバイス。
【請求項１３】
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１２に記載の光起電力デバイス。
【請求項１４】
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項１５】
前記界面層および前記透明コンタクト層は実質的にグラファイトを含まない、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項１６】
前記界面層、前記透明コンタクト層、および前記二次導体は実質的にグラファイトを含まない、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
【請求項１７】
透明基板、
前記透明基板上に配置された、１つまたは複数の層の形態の上部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、上部セルバンドギャップを有する上部セル光起電力吸収体層である、
ｐ＋型にドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅの界面層とｎ＋型にドープされ、透明導電性酸化物を含む透明コンタクト層とを含む、透明トンネル接合、
前記透明トンネル接合上に配置された、１つまたは複数の層の形態の下部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、前記上部セルバンドギャップよりも小さい下部セルバンドギャップを有する下部セル光起電力吸収体層である、ならびに
前記下部セル層上に配置された金属裏面コンタクト
を含む、タンデム型光起電力デバイス。
【請求項１８】
前面および裏面を画定する半導体層スタック、ここで前記半導体スタックは、透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層と、前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層とを含み、前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは約１原子％〜約４０原子％である]からなる、ならびに
ｐ＋型にドープされた界面層およびｎ＋型にドープされた透明コンタクト層を含む透明トンネル接合、ここで前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
を含む両面光起電力デバイス。
【請求項１９】
前記ｐ型半導体吸収体層に隣接した前記ｎ型透明導電性酸化物によって形成されたｐ−ｎ接合、ここで前記ｎ型透明導電性酸化物は実質的に亜鉛を含まず、前記ｐ型半導体吸収体層はカドミウムおよびテルルを含む、および
前記ｐ型半導体吸収体層と前記ｐ＋型界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）
を更に含み、
ここで前記ｐ＋型界面層は亜鉛およびテルルを含み、前記ｎ＋型透明導電性酸化物層はアルミニウムドープ酸化亜鉛を含み、そして前記ｎ＋型透明導電性酸化物層は前記両面光起電力デバイス用の裏面コンタクトである、
請求項１８に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項２０】
前記前面は直射日光を受光するように構成された一次入射光表面であり、前記裏面は間接的な太陽光、拡散された太陽光、または反射された太陽光を受光するように構成された二次入射光表面である、請求項１８または１９に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項２１】
前記裏面を通して入射した光からの追加的な電流の生成により、透明裏面のないデバイスに比較して量子効率が改善されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項２２】
８００〜９００ｎｍの波長の光が、透明な裏面を持たないデバイスにおけるよりもより多く吸収される、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項２３】
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、ここで前記ｎ型層は任意に基板上に配置されていてもよい、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１〜約４０原子％である]からなり、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は前記吸収体層と前記コンタクト層との間に配置され、そして前記コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む
を含む光起電力デバイス。
【請求項２４】
前記吸収体層中のＳｅの量が、ｘが約０である最小値から約１５〜３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項２５】
前記界面層は、銅（Ｃｕ）でドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅを含み、ｙは０〜約６０原子％であり得る、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項２６】
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項２７】
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなる、請求項２６に記載の光起電力デバイス。
【請求項２８】
アルミニウム（Ａｌ）の濃度が約４〜６原子パーセントである、請求項２７に記載の光起電力デバイス。
【請求項２９】
前記透明コンタクト層の厚さが約０．０２μｍ〜約１．０μｍである、請求項２７に記載の光起電力デバイス。
【請求項３０】
前記透明コンタクト層に接触している二次導体を更に備える、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項３１】
前記二次導体は金属グリッドフィンガを備え、前記透明コンタクト層は約０．０２μｍ〜約０．２０μｍの厚さを有する、請求項３０に記載の光起電力デバイス。
【請求項３２】
前記第１の透明導電性酸化物層および前記吸収体層は実質的にＺｎを含まない、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項３３】
前記界面層、前記透明コンタクト層、および前記二次導体は実質的にグラファイトを含まない、請求項３０に記載の光起電力デバイス。
【請求項３４】
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項３５】
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、請求項３４に記載の光起電力デバイス。
【請求項３６】
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項３４に記載の光起電力デバイス。
【請求項３７】
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項３８】
前記界面層および透明コンタクト層は実質的にグラファイトを含まない、請求項２３に記載の光起電力デバイス。
【請求項３９】
透明基板、
前記透明基板上に配置された、１つまたは複数の層の形態の上部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、上部セルバンドギャップを有する上部セル光起電力吸収体層である、
ｐ＋型にドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅの界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含む透明トンネル接合、ここで前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
前記透明トンネル接合上に配置された、１つまたは複数の層の形態の下部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、前記上部セルバンドギャップよりも小さい下部セルバンドギャップを有する下部セル光起電力吸収体層である、、ならびに
前記下部セル層上に配置された金属裏面コンタクト
を含むタンデム型光起電力デバイス。
【請求項４０】
前面および裏面を画定する半導体層スタック、ここで前記半導体層スタックは、透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、および前記ｎ型層上に配置けられたｐ型吸収体層を含み、前記ｐ型吸収体層は、本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１〜約４０原子％である]からなる、
ｐ＋型にドープされた界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含む透明トンネル接合、ここで前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
を含む両面光起電力デバイス。
【請求項４１】
前記ｐ型半導体吸収体層に隣接した前記ｎ型透明導電性酸化物によって形成されたｐ−ｎ接合、ここで前記ｎ型透明導電性酸化物は実質的に亜鉛を含まず、前記ｐ型半導体吸収体層はカドミウムおよびテルルを含む、
前記ｐ型半導体吸収体層と前記ｐ＋型界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）
を更に備え、
ここで前記ｐ＋型界面層は亜鉛およびテルルを含み、前記ｎ＋型透明導電性酸化物層はアルミニウムドープ酸化亜鉛を含み、そして前記ｎ＋型透明導電性酸化物層は前記両面光起電力デバイス用の裏面コンタクトである、
請求項４０に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項４２】
前記前面は直射日光を受光するように構成された一次入射光表面であり、前記裏面は間接的な太陽光、拡散された太陽光、または反射された太陽光を受光するように構成された二次入射光表面である、請求項４０に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項４３】
前記裏面を通して入射した光からの追加的な電流の生成により、透明裏面のないデバイスに比較して量子効率が改善されている、請求項４０に記載の両面光起電力デバイス。
【請求項４４】
波長８００〜９００ｎｍの光が、透明裏面のないデバイスよりもより多く吸収される、請求項４３に記載の両面光起電力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]光起電力デバイスは、光起電力効果を示す半導体材料を用いて光を直流電流に変換することによって電力を発生させる。光子は半導体材料内に吸収されて、電子をより高いエネルギー状態に励起するので、光起電力効果は、光への露出時に電力を生成する。したがって、これらの励起された電子は材料内を移動することができ、それによって電流が発生する。
【０００２】
[0002]一般にセルと呼ばれる光起電力（ＰＶ）デバイス構造の基本ユニットは、小規模の電力のみを生成することができる。したがって、モジュールまたはパネルと呼ばれる、より大きな集積デバイス内で複数のセルを直列または並列に電気的に接続して、複数のセルの間で生成された総電力を集積することができる。光起電力セルは、セルを環境要因から保護するために保護裏面層および封止材料を更に含んでもよい。複数の光起電力モジュールまたはパネルを直列または並列に組み立てて、他のタイプの実用規模の発電所に匹敵するレベルに達する極めて大きな電力を生成できる、光起電力システムまたはアレイを構築することができる。光起電力モジュールに加えて、実用規模のアレイは、取付構造体、インバータを含む電気機器、変圧器、および他の制御システムを更に含む。個々のセルから多数のモジュールを含む実用規模のアレイまでの様々なレベルのデバイスを考慮すると、このような光起電力効果の実装形態は全て、エネルギー変換を達成するための１つまたは複数の光起電力デバイスを含み得る。
【０００３】
[0003]薄膜光起電力デバイスは、典型的には、基板上に形成された、それぞれが異なる機能を担う異なる材料の種々の層から作製される。薄膜光起電力デバイスは、前面電極および裏面電極を含み、光活性半導体層への、またはそれらの間に挟まれた他の層への電気的アクセスを提供する。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]従来の薄膜太陽電池では、光を直流電流に変換するための変換効率は大きくはない。したがって、ＰＶデバイスの分野おいて重要な領域は変換効率の改善である。
[0005]より高い効率を実現するための課題の１つは、オーミックコンタクトおよび電荷キャリア輸送のための、満足のいく裏面コンタクトを形成することが困難なことである。別の課題は、裏面での正孔−電子再結合の低減である。更なる課題は集光を改善させることである。これは、より多くの赤外線（ＩＲ）光子を取り込むことを含めて、広域スペクトルにわたって反射光を収集すること、および集光することを含む。従来の方法を用いて可視光およびＩＲの両方から電荷キャリアを収集することは十分に機能を果たさず非効率である。なぜなら、ＩＲ吸収に必要な吸収体層の厚さでは、電荷キャリア生成が最小限になるか、または空乏領域外で電荷キャリアが生成されるからである。拡散光、および地面ならびに近くの構造物から反射される光は、ソーラーパネルの背面によって反射されて逃げるか、または熱に変換されるので従来のＰＶデバイスでは集光されないが、利用可能な光である。
【０００５】
[0006]変換効率を更に増大させるために開発された多くの改良にもかかわらず、実現可能な最大量の太陽放射を捕捉または回収する一方で、吸収損失を最小化する、薄膜ＰＶデバイスの改善に対する必要性が継続的に存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0007]光起電力デバイスの第１の実施形態における機能層の概略図である。
【図２】[0008]金属グリッドフィンガを追加した、図１の光起電力デバイスの底面図である。
【図３】[0009]図１の例示的な両面型の実施形態の前面（ＳＳ）照射および裏面（ＦＳ）照射についてのＱＥ測定値を示す図である。
【図４】[0010]図１の例示的な両面型の実施形態のＩ−Ｖ曲線である。
【図５】[0011]光起電力デバイスの第２の実施形態における機能層の概略図である。
【図６】[0012]窒化モリブデン（ＭｏＮｘ／Ｍｏ）二層裏面コンタクトと、ＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトを有する図５の例示的実施形態との間のＱＥの比較の図である。
【図７ａ】[0013]厚さ２０ｎｍのＡＺＯ／Ａｕ二層裏面コンタクトを有する図５の例示的実施形態の性能のＩ−Ｖ曲線である。
【図７ｂ】[0014]厚さ１５０ｎｍのＡＺＯ／Ａｕ二層裏面コンタクトを有する図５の例示的実施形態の性能のＩ−Ｖ曲線である。
【図８】[0015]光起電力デバイスの第３の実施形態における機能層の概略図である。
【図９】[0016]多接合の実施形態における機能層の概略図である。
【図１０】[0017]ＭｏＮｘ／Ａｌを基準として規格化した、透明裏面コンタクトのいくつかの変形例の効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0018]光起電力（ＰＶ）デバイスにおいて使用する構造および組成物が提供される。実施形態は、ｎ型透明裏面コンタクト層を有する薄膜光起電力デバイスを提供する。実施形態は、トンネル接合、光学反射体、および／または電子反射体を備える薄膜層を含む。
【０００８】
[0019]添付の図面に関連して以下に提供される詳細な説明は、実施例の説明として意図されており、実施例が構築または利用され得る唯一の形態を表すことを意図していない。本明細書は、実施例の機能、および実施例を用いて動作させるためのステップのシーケンスを述べる。しかし、同一または同等の機能およびシーケンスを、同等の代替例によって達成することができる。
【０００９】
[0020]以下の詳細な説明は、本発明、または本発明の用途および使用を限定することを意図していない。本明細書で使用する場合、単語「例示的」は、「例、実例または例証としての役目を果たすこと」を意味する。したがって、本明細書で「例示的」として説明されたいかなる実施形態も、他の実施形態よりも必ずしも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。本明細書に記載された全ての実施形態は、当業者が本発明を製造または使用することを可能にするために提供されており、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するために提供されるものではない。それに加えて、いかなる前述の技術分野、背景技術、発明の概要、または以下の詳細な説明に示される明示されたまたは暗黙の理論によっても、束縛されることは意図していない。
【００１０】
[0021]本明細書では、第１および第２などの関係語は、ある実体または動作を別の実体または動作から区別するためにのみ使用されてもよく、必ずしもそのような実体または動作間のいかなる実際のそのような関係または順序をも、要求または暗示するものではない。「第１」、「第２」、「第３」などの数字の序数は、単に複数のうちの異なる単数を表し、具体的に規定されていない限り、いかなる順序またはシーケンスも意味しない。いずれの請求項における文章の順序も、請求項の文言によって具体的に規定されていない限り、プロセスステップがそのような順序に従って時間的順序または論理的順序で実行されなければならないことを意味しない。プロセスステップは、特許請求の範囲の文言と矛盾せず、かつ論理的に相反しない限り、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、任意の順序で交換することができる。
【００１１】
[0022]以下の明細書および特許請求の範囲において、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。本明細書で使用する場合、用語「または」は、排他的であることを意図するものではなく、別段の明確な指示がない限り、存在する言及された構成要素のうちの少なくとも１つを指し、言及された構成要素の組み合わせが存在し得る用例を含む。
【００１２】
[0023]以下の実施形態に記載される層のうちの各々は、２つ以上の層またはフィルムから構成されてもよい。各層は、ＰＶデバイスの全部もしくは一部、および／または、層もしくはその下にある材料の、全部もしくは一部を覆うことができる。例えば、「層」は表面の全部または一部と接触する任意の量の材料を意味し得る。層のうちの１つを形成するためのプロセス中に、構築された層は、基板または基板構造の外側表面、典型的には上部表面の上に形成される。基板は、堆積プロセスの中に導入されたベース層と、先の堆積プロセスでベース層上に堆積されてもよい任意の他のまたは追加の層とを含むことができる。層を基板全体に堆積させ、材料の特定の部分を後で、レーザアブレーション、スクライビング、または他の材料除去プロセスによって除去することができる。
【００１３】
[0024]光起電力デバイスの製造は一般に、スパッタリング、スプレー、蒸着、分子線蒸着、熱分解、近接昇華法（ＣＳＳ）、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、電気化学蒸着（ＥＣＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、または蒸気輸送蒸着（ＶＴＤ）を含むがこれらに限定されない、１つまたは複数のプロセスを通して、機能層、または層の前駆体を順次堆積して積重物（スタック）にすることを含む。
【００１４】
[0025]いったん層が形成されると、以降の処理プロセスを通して層の物理的特性を変更することが望ましい場合がある。例えば、処理プロセスステップは、結晶粒構造の欠陥修復であるパッシベーションを含むことができ、更に、層内の周期構造を乱し、例えばシャント経路や短絡などの望ましい電流経路と平行ではあるが分離されている、高抵抗領域、または望ましくない電流経路を形成し得る、材料の結晶粒内の不完全性または欠陥をアニールすることを含んでもよい。
【００１５】
[0026]活性化プロセスは、化学ドーパントを浴溶液、スプレー、または蒸気として半導体層スタックに導入することによってパッシベーションを達成することができる。続いて、化学ドーパントの存在下で層を高温でアニールすると、粒子成長および層の中へのドーパントの取り込みが促進される。多くの材料では、粒径が大きく粒界が少ないほど層の抵抗率が下がり、それにより電荷キャリアはより効率的に流れることが可能になる。化学ドーパントの取り込みにより更に、半導体層の領域はよりｎ型に、またはよりｐ型になり、より多くの可動電荷キャリアを生成することが可能になり得る。これら特徴のそれぞれが、デバイスが生成できる最大電圧を増加させ、望ましくない導電領域を減少させることによって効率が改善する。活性化プロセスにおいて、特定の層についてのアニール温度、化学浴組成、および浸漬時間のプロセスパラメータは、その層の材料に依存する。
【００１６】
[0027]ＰＶデバイスの電力出力は電流（Ｉ、または時にはＪ）と電圧（Ｖ）との積であり、これはＩ−Ｖ曲線によって示すことができる。ゼロ電流または「開回路」では最大電圧が発生し（ＶＯＣ）、ゼロ電圧または「短絡」では最大電流が発生する（ＩＳＣ）。これらの積がワット（Ｗ）で与えられる総潜在的電力（ＰＴ）であるが、これは現実には実現できない。実現可能な最大電力出力（ＰＭＡＸ）は、積ＩＭＰ＊ＶＭＰが最大になるＩＶ曲線上の点によって規定される。フィルファクタ（ＦＦ）は、ＰＭＡＸのＰＴに対する比、すなわち積ＩＭＰ＊ＶＭＰを、積ＩＳＣ＊ＶＯＣで割ったものとして定義される。より高いＦＦは、より効率的なセルを示す。ＰＶデバイスの変換効率は、総潜在的電力（ＰＴ）をＦＦによって割り引いたものの総入力電力（Ｐｉｎ）に対する比であり、数学的には、効率＝（ＩＳＣ＊ＶＯＣ＊ＦＦ）／Ｐｉｎ、と表すことができる。光起電力デバイスの分野における目的の１つは変換効率の改善である。ＣｄＴｅを含む吸収体内の硫黄またはセレンの含有量を増加させると、バンドギャップエネルギーが変化する可能性がある。ＣｄＴｅを主成分とする吸収体において、テルル対比でセレン含有量を０原子パーセント（原子％）から約４０原子％に増加させると、バンドギャップエネルギーが減少し、それにより赤外線吸収が改善され、それにより電流生成量を増加させることができる。
【００１７】
[0028]グレーディングを用いてＣｄＴｅ系合金のバンドギャップを調整して、表面再結合を減少させ、太陽スペクトルの吸収を増加させて、電力変換効率を改善させることができる。勾配は所望の勾配および材料プロファイルを有する材料を堆積することによって形成してもよく、または勾配は、材料の別個の層を堆積し、引き続きアニールを実施して所望の濃度プロファイルを形成することにより形成してもよい。高ドープコンタクト層と接触する側でのバンドギャップアライメントおよび／またはドーピングを最適化するために、各層はｐ−ｎ冶金的接合から離れるにつれて勾配を有する場合がある。
【００１８】
[0029]１つまたは複数のバリア層またはバッファ層を追加して、ドーパントまたは汚染物質が層間で拡散することを抑制してもよい。バッファ層を利用して、半導体の形成中に生じる不規則性の数を減らしてもよい。
【００１９】
[0030]本開示では、層が別の層または基板の「上」に配置されるか、または配置されていると記載されている場合、それらの層は互いに直接接触しているか、またはそれらの層の間に１つ（または複数）の層またはフィーチャを有するかのどちらかであり得ることを理解されたい。更に、用語「上」は、層の互いに対する相対位置を表し、必ずしも「上部」を意味するわけではない。なぜなら上方か下方かの相対位置は見る者に対するデバイスの向きに依存するからである。そのうえ、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、およびこれら用語の変形が便宜上使用されており、特に指示しない限り、構成要素のいかなる特定の向きをも必要としない。しかし、各実施形態または実施例の各々において方向は一貫したままであり、例えば、もしＢがＡの「上」にあり、ＣがＢの「上」にある場合、Ｂは必ずＡとＣの間にあるが、このいずれかと接触しているとは限らない。
【００２０】
[0031]本開示では、ある物体が「隣接する」と記載されている場合、隣接するという用語は、別の物体の「隣にある」こと、かつ他の物体に「直接接触している」ことを意味し、「上」という用語と同義ではないが、１つのオブジェクトが別のオブジェクトの「上」にあり、かつ「隣接している」場合があることを理解されたい。
【００２１】
[0032]本発明において本明細書および特許請求の範囲を通して使用されるような近似表現は、それが関連する基本機能に変化をもたらさない範囲で、許容範囲で変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用することができる。それに応じて、「約」、「およそ」、および「実質的に」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、指定された厳密な値に限定されるべきではない。場合によっては、近似表現は値を測定するための機器の精度に対応し得る。本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲制限は組み合わせかつ／または交換してもよく、文脈または文言が別の指示をしない限り、そのような範囲は特定され、そこに含まれる全ての部分範囲を含む。
【００２２】
[0033]本明細書で使用する場合、用語「透明層」は、約３００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲の波長を有する入射電磁放射の少なくとも７０％の平均透過率を可能にする層を指す。この波長範囲の放射は、それが完全に可視範囲内にあるとは限らない場合があるが、本発明の目的のためには「光」と見なされる。
【００２３】
[0034]本明細書で使用する場合、用語「吸収体層」は、電磁放射の吸収が、吸収体層内の電子を、固体内で特定の原子に結合している低エネルギーの「基底状態」または「価電子帯」から、固体内で動き回ることができるより高い「励起状態」または「伝導帯」へと励起させる半導体層を指す。
【００２４】
[0035]本明細書で使用する場合、用語「有効キャリア密度」は、材料中の正孔および電子の平均濃度を指す。
[0036]本明細書で使用する場合、「ｎ型層」は多数キャリアとして過剰な電子供与体を有する半導体層を指し、一方、「ｐ型層」は、多数キャリアとして過剰な電子受容体（「正孔」としても知られる）を有する半導体層を指す。いずれの場合も、過剰なキャリア（電子または正孔）は、半導体を好適なドーパントで化学的にドープすることによって提供されてもよく、または材料中に存在する固有の欠陥によって生成されてもよい。化学的にドープされたｎ型層およびｐ型層は、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントに加えて他の材料を有することができる。例えば、ＣｄＳｅＴｅのｐ型層は、同じく化学的にドープされたｐ型であるＣｄ、Ｓｅ、およびＴｅから形成された層である。ＰＶデバイスの接合パートナに対しては、ｎ型およびｐ型の層または材料が互いに隣接して共に界面をなしている。一般に、ｐ型材料もしくはｐ型層、またはｎ型材料もしくはｎ型層のいずれかが「吸収体層」として機能し、上述のように、吸収体層において電子が励起され、光起電力効果が発生する。
【００２５】
[0037]ｐ型またはｎ型にドープされた半導体は、それぞれの多数電荷キャリアの密度に基づいて更に特徴付けられる場合がある。境界は厳密ではないが、電子受容体キャリア（すなわち「正孔」）が約１×１０１１ｃｍ−３〜約１×１０１６ｃｍ−３の範囲内に存在する場合、材料は一般にｐ型と考えられ、受容体キャリア密度が約１×１０１６ｃｍ−３より大きい場合はｐ＋型である。同様に、電子供与体キャリアが約１×１０１１ｃｍ−３〜約１×１０１６ｃｍ−３の範囲内に存在する場合、材料はｎ型と考えられ、供与体キャリア密度が約１×１０１６ｃｍ−３より大きい場合はｎ＋型である。境界は厳密ではなく重なり合っていてもよい。なぜなら、キャリア濃度が少なくとも２桁（すなわち１００倍）大きい場合は、絶対キャリア密度に関係なく、層はｐ型に対してｐ＋である（またはｎ型である層に対してｎ＋である）からである。加えて、約１×１０１８ｃｍ−３を超える電荷密度を「＋＋」型と考える場合があり、したがって、＋＋層が＋層の１００倍を超える同型のキャリア密度を有する場合、ｎ型またはｐ型のいずれの層も、第３の層に対して「＋」である同型の層に対して「＋＋」であり得る。
【００２６】
[0038]例示的実施形態が提示されているが、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。１つまたは複数の例示的実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、適用可能性、または構成を多少なりとも限定することを意図していないことも理解されたい。むしろ、詳細な説明は、当業者に本発明の例示的実施形態を実施するためのロードマップを提供する。添付の特許請求の範囲に記述されている本発明の範囲から逸脱しない範囲で、例示的実施形態に記載されている要素の機能および配置に様々な変更を加えることができることを理解されたい。
【００２７】
[0039]以下の説明では、本明細書の一部をなし、例示、具体的実施形態、または例として示される添付の図面を参照する。ここで図面を参照して光起電力デバイスの態様が説明されるが、いくつかの図にわたって類似の番号は類似の要素を表す。
【００２８】
[0040]ＣｄＴｅ太陽電池への安定で低抵抗の裏面コンタクトの形成は困難であり得る。なぜなら、ＣｄＴｅへの裏面コンタクトに使用される典型的な金属は、ＣｄＴｅへの良好なオーミックコンタクトを形成するのに十分に大きな仕事関数を持たず、ショットキー障壁またはブロッキング障壁を形成する傾向があるからである。この障害を克服するための典型的なアプローチは、ＣｄＴｅ−裏面コンタクト界面においてＣｄＴｅにＣｕを高濃度でドープすることによって障壁を低減させるか、または障壁の幅を調節するかのいずれかである。そうすることで初期のデバイス性能を改善することはできるが、時間の経過と共に裏面コンタクト領域からヘテロ接合に向かって銅原子が拡散し、その結果、ＶＯＣが減少し、デバイスの劣化をもたらす。裏面コンタクトの劣化は典型的には、直列抵抗の増加および／またはブロッキング裏面ダイオードの形成に起因してフィルファクタ（ＦＦ）の低下をもたらす。
【００２９】
[0041]より高い効率を実現するための他の課題は、裏面での少数電子の再結合を減少させるために満足のいくオーミック裏面コンタクトを形成することの困難さ、および利用可能な光の全波長を最大限利用することである。より多くのＩＲ光を収集するために、従来技術では、より厚い吸収体層を使用することが示されている。しかし、厚い吸収層に対してさえもＩＲ光は過度に深く侵入するので、これらの波長から生成された電荷キャリアの効率的な収集は、電荷キャリアが接合空乏領域の外側で生成されるので実現できない。
【００３０】
[0042]可視光と併せてＩＲ放射の収集を増加させるための１つの方法は、多接合デバイスを使用することである。多接合太陽電池は、太陽スペクトルのより多くの部分を捕捉することによって、単接合電池よりも高い総変換効率を実現することができる。これらのデバイスは、２つ以上のｐ−ｎ接合を有し、様々な範囲のスペクトルに応答する様々なバンドギャップ特性を持つ材料を有する、モノリシック集積構造体として形成することができる。一次光源が上方からであるデバイスの場合、光がその上に入射する最上部のセルは大きなバンドギャップを有して高エネルギーの短い波長を捕捉し、一方、下部のセルはより小さなバンドギャップを有してより長い波長および反射された光子を捕捉する。多接合デバイスは、２つ（タンデム）またはそれ以上のサブセルを有し、サブセル間にはトンネル接合を有してもよい。
【００３１】
[0043]トンネル接合は様々な目的に役立つ。光起電力セルでは、トンネル接合は、第１のダイオードのｎ端子を第２のダイオードのｐ端子に接続することによって、またはその逆に接続することによって、連続するｐ−ｎ接合間に接続を形成する。トンネル接合層は、光起電力デバイス内でオーミック電気コンタクトとして機能する。
【００３２】
[0044]多接合デバイスにおいてトンネル接合材料としてＣｄＴｅを使用することには課題がある。理由の１つは、ＣｄＴｅを効果的にｐ＋にドープすることが困難なことであり、これにより、いくつかの用途、例えばタンデム型セルにとって、ＣｄＴｅ層にトンネル接合を形成することが問題となる。この課題に対する解決策の１つは、組成変化によってもｐ＋に調整することができるＣｄＴｅと共に使用するのに好適な材料を選択的に合わせて、良好な吸収特性を有するタンデム型電池を作製することである。
【００３３】
[0045]拡散光、および地面ならびに近くの構造物から反射される光は、ソーラーパネルの背面によって反射されて逃げるか、または熱に変換されるので集光されないが、利用可能な光である。この集光の課題に対する解決策の１つは、二面または両面のデバイスを作ることである。その時、光は、光起電力デバイスの一次表面または前面、ならびに二次表面または裏面の両方を通して内部吸収体層内に収集されて電流に変換され得る。しかし、両面型のＣｄＴｅベース薄膜デバイスでは歴史的に、裏面照射での変換の向上は低かった。なぜなら、層構成により、裏面で吸収された光子はヘテロ接合から一定距離を置いて生成されるからである。この問題に対する解決策の１つは、電子反射体層を有する両面デバイスを作ることである。
【００３４】
[0046]両面型の実施形態では、複数の薄膜半導体層（「スタック」）が前側面と裏側面との間に挟まれ、前面が太陽放射に面する「日が当たる」面である。半導体スタックの内部で、前面の最外層はｎ型透明導電性酸化物であり、裏側の最外層は二次透明導電性酸化物であり、これはｐ型またはｎ型であり得る。ｐ型吸収体または界面層へのコンタクトとしてはｐ型透明導電層が好ましいが、それらを作製することは困難である。ｎ型透明導電層は作製がより容易であるが、ｐ型吸収体またはｐ型界面層と接触するためにはトンネル接合を必要とする。ｐ＋型界面層はｎ＋型透明導電性酸化物に隣接している。ｐ型吸収体層はｐ＋型界面層とｎ型透明導電性酸化物との間にある。もちろん、前側面の外側（すなわち前側面の前）または裏側面の外側（すなわち裏側面の後ろ）に更に、基板、スーパーストレート、封入層、反射防止層および／または他の任意選択の層があってもよい。
【００３５】
[0047]光起電力デバイスは、電子反射体（ＥＲＦ）層を含んで、オーミックコンタクトを提供することによって電流の流れを改善して、吸収体層と、界面層または裏面コンタクト層との間の界面で高性能な効率を実現してもよい。電子反射体は、裏面コンタクトに最も近い吸収体層の表面での電子−正孔対の再結合を低減させることによって、吸収体層と裏面コンタクトとの間の電荷損失を低減させる。
【００３６】
[0048]テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはセレン化テルル化カドミウム吸収体層と裏面電流経路との間のＥＲＦ層は、吸収体よりも大きいバンドギャップを有する材料から形成してもよい。その時、バンドギャップがより大きいＥＲＦ層は、電子が移動するにはより高いエネルギーを必要とする伝導帯エネルギー障壁をもたらし、それにより、ＥＲＦ層を横切って裏面コンタクトの中に移動し、そこで正孔と再結合し裏面コンタクトから流出し得る傾向およびエネルギーを有する電子の数が低減する。
【００３７】
[0049]ＥＲＦ層は、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、テルル化マンガン（ＭｎＴｅ）、またはテルル化マグネシウム（ＭｇＴｅ）の層を含んでもよい。代替として、電子反射体層は、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣｄＭｎＴｅ）、もしくはテルル化カドミウムマグネシウム（ＣｄＭｇＴｅ）などの三元化合物の層、または二元化合物と三元化合物との組み合わせ、または適切なバンドギャップ構造を有する他の材料の組み合わせを含んでもよい。これらおよび類似の化合物は総称して、式ＣｄｚＭ（１−ｚ）Ｔｅによって特徴付けることができ、ここで、ＭはＺｎ、ＭｇまたはＭｎを表し、ｚは０〜約９９原子％、典型的には０〜約６０．原子％である。
【００３８】
[0050]いくつかの構造では、ＥＲＦはドーパントを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＥＲＦは、原子基準で最大５％の濃度のテルル化銅（Ｃｕ２Ｔｅ）でドープされたＺｎＴｅの層を含む。代替として、電子反射体層は、ＺｎＴｅまたはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴまたはＣｄＺｎＴｅ）を含む第１の層と、Ｃｕ２Ｔｅを含む第２の層とを有する、異なる組成を有する材料の二層を含むことができる。いくつかの実施形態では、電子反射体は、５ｎｍ〜２５ｎｍの間の厚さ、または約１５ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さであってもよい。
【００３９】
[0051]いくつかの実施形態では、ＥＲＦは、ＥＲＦの厚さにわたってドーパントの勾配を有していてもよい。例えば、Ｃｕ２Ｔｅの濃度は、吸収体／ＥＲＦ接合部で０．０１％であり、ＥＲＦと裏面電極層との間の接合部で５％に増加し得る。ドーパントの勾配は階段状に増加してもよく、または連続的に増加してもよい。電子反射体は、共同所有の米国特許第９，２６９，８４９号でより完全に議論されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【００４０】
[0052]ここで図を参照すると、図１は本発明による光起電力デバイス１００の一実施形態を示し、いくつかの層が示され記載されている。記載された層、使用された材料、および／または光起電力デバイス１００の層を形成するための方法は、本明細書で以下に記載され図に示された本発明の実施形態において、置換されてもよく、記載された層に加えて含まれてもよく、または存在しなくてもよい。層の各々は、単一材料から、単一材料からの多層プロセスから、または複数材料からの多層プロセスから、単層堆積で堆積されてもよいことが更に理解される。
【００４１】
[0053]図１の光起電力デバイス１００は、基板層１１０、第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１２０、第１のｐ型吸収体層１３０、界面層１４０、および透明コンタクト層１５０を含み、透明コンタクト層１５０は裏面コンタクトとして機能する。光起電力デバイスは更に、例えばモジュール内の１つの光起電力セルから隣接するセルへ、またはアレイ内の１つの光起電力モジュールから隣接するモジュールへ、生成された電流を伝達するための電流経路を提供する電気的接続部を含む。代替として、電気的接続部は電流を、光生成電流が電力を供給する外部負荷デバイスに導いてもよい。一実施形態では、第１のＴＣＯ層１２０は、第１の導電性リードが取り付けられる前面電極として機能し、透明コンタクト層１５０は、第２の導電性リードが取り付けられる裏面電極として機能する。
【００４２】
[0054]基板層１１０は、その上に材料の層が配置されて光起電力デバイスが形成される表面を提供する。基板層１１０は、ソーダ石灰ガラス、フロートガラス、または低鉄ガラスなどの任意の好適な基板を含む。代替として、基板層１１０は、ポリマー、セラミック、または光起電力セルのベースを形成するための好適な構造を提供する他の材料を含んでもよい。基板は本発明にとって必須ではないが、以降の薄膜層を適用するための実用的な媒体である。本明細書では層は一般に、前面光が基板を通して入射するスーパーステート構成で説明されているが、基板が裏面コンタクト側にある真の「基板」構成も可能である。
【００４３】
[0055]基板層１１０は、完成デバイスに関しては、内部表面上および外部表面上に様々な表面被覆を有してもよい。基板層１１０には、光の透過率およびデバイス性能を改善させるための追加の外部層が適用されてもよく、これは反射防止被覆および／または防汚被覆を含んでもよい。基板はまた、内部表面上に、例えばバッファ層またはバリア層などの被覆を有してもよい。バリア層を使用して、基板からの、基板の中への、または基板を横切るイオンの拡散を阻止することによって、基板層１１０の化学的安定性を促進してもよい。バリア層は、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、アルミニウムドープ酸化ケイ素、ホウ素ドープ窒化ケイ素、リンドープ窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、またはそれらの組み合わせもしくは合金から形成されてもよい。
【００４４】
[0056]第１のＴＣＯ層１２０は、光起電力デバイスの前面電極として機能して、生成された電流を、隣接する光起電力デバイスを含み得る回路に、例えば、光起電力モジュール内の隣接するセルに伝達する、透明な導電性の材料を提供する。内部被覆は、少なくとも１つの透明導電性酸化物層と共にＴＣＯスタックを構成する。
【００４５】
[0057]第１のＴＣＯ層１２０は、透明導電性酸化物から形成され得る。例示的な透明導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化カドミウム、および酸化ガリウムが挙げられるが、これらに限定されず、これらは、インジウム、フッ素、または他のドーパント、例えば、インジウム酸化ガリウム、インジウム酸化スズ、インジウム酸化亜鉛、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、カドミウム酸化スズ、インジウムドープ酸化カドミウム、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化スズ、ならびにそれらの組み合わせ、およびそれらのドープされた変形物、のような要素でドープされていてもよい。
【００４６】
[0058]図１に示す実施形態では、ｎ型半導体層を形成するためにＴＣＯはドープされる。第１のＴＣＯ層１２０は、基板層１１０または（含まれる場合には）バリア層の上に形成され得る。特定の一実施形態では、第１のＴＣＯ層１２０は、フッ素ドープ酸化スズ層（ＳｎＯ２：Ｆ）と非ドープのＳｎＯ２層との二層を備える。
【００４７】
[0059]ＴＣＯスタックは、第１のＴＣＯ層１２０の表面上に適用された追加の材料層を、例えば、ＴＣＯの電気的機能を促進する、または以降の半導体材料の堆積のために改善された表面を提供する、バッファ層を更に含み得る。一実施形態では、第１のＴＣＯ層の上にバリア層が形成され、バリア層は、酸化スズ、酸化スズ亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛酸硫化物、または亜鉛酸化マグネシウムから選択された材料を含む。一実施形態では、第１のＴＣＯ層１２０は、１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３のキャリア濃度を有するフッ素ドープ酸化スズ層（ＳｎＯ２：Ｆ）、およびＴＣＯ層１２０上に堆積された非ドープの高抵抗ＳｎＯ２バッファ層を備える。ＳｎＯ２バッファ層は約２０ｎｍ〜１００ｎｍの間の厚さを有する。
【００４８】
[0060]いくつかの実施形態では、任意選択のｎ型窓層が第１のＴＣＯ層１２０と第１の吸収体層１３０との間に配置されて、ｐ型吸収体に対するｎ型半導体接合パートナとして機能する。硫化カドミウムおよび他の好適なｎ型窓半導体を使用してもよい。他の構成では、図１に示すように、窓層は任意選択であり、省略することができ、その場合は、ＴＣＯ層１２０がｎ型接合パートナとして機能してもよい。従来の窓層のない薄膜デバイスは、共同所有の米国特許出願公開第２０１６／０１２６３９５（Ａ１）号で、より完全に議論されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【００４９】
[0061]第１の吸収体層１３０は、第１のＴＣＯ層１２０および基板層１１０の上に配置される。第１の吸収体層１３０は、光起電力デバイス１００内にｐ型領域を形成するためのｐ型半導体材料を含む。一実施形態では、第１のＴＣＯ層１２０と第１の吸収体層１３０はｎ−ｐ接合を形成する。第１の吸収体層１３０は、第１のＴＣＯ層１２０を通過する光子を吸収して電荷キャリアを結集させる。第１の吸収体層１３０は、セレンを含むテルル化カドミウム（ＣｄＳｅＴｅ）から形成された三元合金であってもよい。第１の吸収体層１３０のバンドギャップがその中のＳｅの存在によって変化するので、第１の吸収体層１３０においてＣｄＴｅと共にＳｅを使用することにより、バンドギャップ（Ｅｇ）変動に対する更なる制御が提供される。例えば、第１の吸収体層１３０のバンドギャップは、Ｔｅ対比でＳｅ含有量を最大４０原子％まで増加させることによって減少する。一実施形態では、第１の吸収体層１３０の組成は式ＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）で表すことができ、ここでｘは約１〜約４０原子％の間（すなわち、約０．０１〜約０．４０）である。勾配を有する場合、最高濃度は、約１５原子％〜約４０原子％の間（すなわち、約０．１５〜約０．４０）、例えば、約１５原子％〜３０原子％の間（すなわち、約０．１５〜約０．４０）であり得る。第１の吸収体層１３０は、０．５μｍ〜８．０μｍの間の厚さ、または１．０μｍ〜３．５μｍの間の厚さ、または１．８５〜２．２５μｍの間の厚さであってもよい。例示的な一実施形態では、第１の吸収体層１３０は２．１μｍのＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）であり、ここでｘの平均値は２５原子％未満である。
【００５０】
[0062]第１の吸収体層１３０は、光起電力デバイス１００上に堆積された材料層によって形成されてもよく、または、第１の吸収体層１３０は、光起電力デバイス１００上に堆積され、アニーリングなどにより処理されて合金を形成した複数の材料層によって形成されてもよい。第１の吸収体層１３０内には勾配が形成されてもよく、この勾配は濃度の連続的な増加、濃度の段階的な変化などによって表される。そのような勾配は、三元合金の場合には「ｘ」の値が吸収体の厚さ全体にわたって変化するＳｅに、または吸収体中のドーパントに適用され得る。
【００５１】
[0063]界面層は１４０で示される。界面層１４０は、銅、銀、または金で高濃度にｐ＋にドープされたテルル化亜鉛またはテルル化カドミウム亜鉛を含み、式ＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ：Ｄで表すことができ、式中、ｙは０〜約９０原子％、例えば０〜約６０原子％、または約３０原子％〜約６０原子％であってもよく、「Ｄ」は式中のドーパントを表す。
【００５２】
[0064]タンデム型太陽電池の場合、ＣｕでドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ層は、図９に示すように、第１（「上部」）および第２（「下部」）の太陽電池を接続するトンネル接合のｐ＋層を形成する。他の実施形態では、界面層１４０は、異なる貴金属（銀または金など）、Ｖ族材料（窒素、リン、またはヒ素など）、またはこれら両グループからの材料の組み合わせでドープされた、ＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ：Ｄを含む。界面層１４０の厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にある。特定の一実施形態では、界面層１４０は、厚さ２５ｎｍ、原子量で０．０１〜１．０％の銅濃度を有するＣｕでドープされたＺｎＴｅである。
【００５３】
[0065]透明コンタクト層１５０は透明でなければならず、かつ第１の吸収体層１３０に対する裏面コンタクトのための好適な電子的特性と、トンネル接合のｎ＋層として機能する能力とを示さなければならない。所望の電子的特性のなかには、正電荷キャリア（正孔）が透明コンタクト層１５０の中に容易に流入できるように、仕事関数が第１の吸収体層１３０の電子親和力に対して良好に適合していることがある。透明コンタクト層１５０は、高濃度ドープｎ＋である透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む。いくつかの好適なドープ酸化物は、アルミニウム、インジウム、もしくはフッ素でドープされた酸化亜鉛もしくは酸化スズ、またはスズ酸カドミウムを含む。ｎ＋に高濃度にドープが可能な他のＴＣＯも好適であり得る。
【００５４】
[0066]透明コンタクト層１５０は界面層１４０と連係して透明トンネル接合として機能する。両面型の実施形態では、図１および図８に示すように、透明コンタクト層１５０は、裏面に入射した光が透過して吸収体に至ることを可能とし、かつ裏面コンタクトとして機能する。ＯＲＦの実施形態では、図５に示すように、透明コンタクト層１５０は、光を双方向に伝達する。すなわち、第１に吸収体からＯＲＦの反射面まで通過させ、第２に反射光を層１５０を通過させて吸収体層に再び戻す。タンデム型デバイスでは、図９に示すように、高濃度ドープ透明コンタクト層１５０がトンネル接合のｎ＋層を形成し、これが第１の（「上部」）セル４１０と第２の（「下部」）セル４２０とを接続する。
【００５５】
[0067]したがって、透明コンタクト層１５０は２つ以上の目的に役立つ。第１に、透明コンタクト層１５０により、反射光および裏面入射光が光起電力デバイス１００の裏面から入射して、第１の吸収体層１３０によって捕捉されて、電子および正孔を生成することが可能になる。第２に、透明コンタクト層１５０はｎ＋トンネル接合層であり、これが、従来の裏面コンタクト層と裏面電極層との間に生じる意図しない電子／正孔再結合を減少させることにより、第１の吸収体層１３０から裏面電気的接続部への正孔のより効率的な輸送を可能にしている。第３に、透明コンタクト層は多接合デバイスで使用するための透明なオーミックコンタクトを提供する。
【００５６】
[0068]いくつかの実施形態では、透明コンタクト層１５０はＡＺＯであり、アルミニウムのドーピングレベルは２原子％〜８原子％の範囲内であり、厚さは２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。一実施形態では、アルミニウムのドーピングレベルは５原子％であり、透明裏面コンタクト層１５０は約５００ｎｍの厚さである。
【００５７】
[0069]図１の実施形態、および本明細書に記載の他の全ての実施形態では、透明導電層１２０は前面電気コンタクトとして機能し得る透明な導電性の層を指す。同様に、透明コンタクト層１５０も、透明な導電性の層を指し、両面またはＥＲＦの実施形態では裏面電気コンタクトとして機能することもできる。
【００５８】
[0070]図１は、光学的に両面性の光起電力デバイス１００を示す。両面光起電力デバイス１００は、第１のＴＣＯ層１２０を通って前面に入射する光を収集し、かつ透明コンタクト層１５０を通って裏面に入射する光を収集することができる。光起電力デバイス１００の性能は、第１の吸収体層１３０および透明コンタクト層１５０などの層の厚さを調整すること、裏面コンタクト界面を不動態化して電子−正孔再結合を低減させること、および／または二次導体を利用することにより改善できる。そのような一実施形態を図２に示す。
【００５９】
[0071]図２は、二次導体１８０を追加した、図１のデバイスを示す。二次導体１８０は、光が後方から透明コンタクト層１５０を通って光起電力デバイス１００の中に入ることを可能にするように、間隔を空けた一組の金属グリッドフィンガであってもよい。二次導体１８０は、より薄い透明コンタクト層１５０と組み合わせて使用することができる。いくつかの実施形態では、デバイス裏面コンタクトは、本質的に透明コンタクト層１５０と二次導体１８０とからなる。いくつかの実施形態では、二次導体１８０を有する透明コンタクト層１５０は、アルミニウムドープ酸化亜鉛であり、アルミニウムのドープレベルは約５〜６原子％であり、５００ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、透明コンタクト層１５０の厚さは１００ｎｍ〜３００ｎｍの間である。
【００６０】
[0072]いくつかの実施形態では、二次導体１８０は平行なワイヤを備える。いくつかの実施形態では、二次導体１８０は、より多くの電流を運ぶためにスタックを横断する方向により広く、シェーディングおよび掩蔽損失を最小化するために平面を横断する方向により狭い、平行な金属リボンを備える。いくつかの実施形態では、二次導体１８０の組成はＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇから選択される１つまたは複数の材料を含む。いくつかの実施形態では、二次導体１８０の組成は実質的に銅を含まない。いくつかの実施形態では、二次導体１８０は透明コンタクト層１５０内に埋め込まれるか、または部分的に埋め込まれている。いくつかの実施形態では、二次導体１８０は、透明コンタクト層１５０に隣接し、かつ直接接触している。いくつかの実施形態では、裏面は裏面層または封止材を更に備えることができる。いくつかの実施形態では、二次導体１８０は透明コンタクト層１５０と接触して隣接し、裏面層または封止材に埋め込まれているか、または部分的に埋め込まれている。
【００６１】
[0073]いくつかの実施形態では、裏面層、二次導体１８０、透明コンタクト層１５０、および界面層１４０の組成は全て銅を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、裏面層、二次導体１８０、透明コンタクト層、および界面層１４０の組成は全てグラファイトを実質的に含まない。
【００６２】
[0074]量子効率（ＱＥ）は、太陽電池内での電子−正孔対の生成とキャリア収集効率との組み合わせである。ＱＥは、入射フォトンに対する生成された電荷キャリアの比率である。ＱＥ値は、特定の波長の光子によって照射された時に、光電デバイスが生成するであろう電流の量を示す。光電デバイス量子効率（ＱＥ）は太陽スペクトル範囲にわたって積分することができ、ＱＥは百分率値として表すことができる。したがって、ＱＥは、太陽光または他の入射光にさらされた時に、光起電力セルが生成する電流の量を予測することに使用できる。
【００６３】
[0075]図３は、厚さ２．１μｍの第１の（ＣｄＳｅＴｅ）吸収体層１３０と、厚さ５００ｎｍのアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）透明コンタクト層１５０とを有する両面光起電力デバイスの前面（ＳＳ）および裏面（ＦＳ）照射についての量子効率（ＱＥ）測定値を示す。ＱＥ測定は、同一の光源で前面（ＳＳ）と裏面（ＦＳ）とを直接照射することによって行った。曲線の裏面（ＦＳ）照射部分から分かるように、透明コンタクト層１５０（ここではＡＺＯ）を通して、特にスペクトルの赤色および赤外の端部において、８００〜９００ｎｍの間で顕著な裏側ＩＲ光吸収を伴って電流の収集が生じている。これらの結果は、両面太陽電池構成においてＡＺＯを使用できる能力を実証しており、良好なＩＲ吸収を示している。裏面（ＦＳ）収集は、第１の吸収体層１３０および透明コンタクト層１５０などの層の厚さを調整すること、裏面コンタクト界面を不動態化して電子再結合を低減させること、および／または二次導体を利用することにより更に改善できる。図３はまた、薄い吸収体の限界において、裏面（ＦＳ）ＱＥが表面（ＳＳ）ＱＥに収斂することを示している。
【００６４】
[0076]図４は、光起電力デバイスの性能、ならびに典型的なセル性能パラメータの値、例えば電流密度（ＪＱＥ）およびフィルファクタ（ＦＦ）を示す、Ｉ−Ｖ曲線を提示している。図から分かるように、電流密度は２７．８ｍＡであり、ＦＦは７２％である。観察された非整流性のＩ−Ｖ曲線は、ＡＺＯ透明コンタクト層１５０を使用してオーミックトンネル接合が形成され得ることを示す。これにより、第１のｐ＋トンネル接合層を形成するための典型的なＣｄＴｅプロセスと、第２のｎ＋トンネル接合層を形成するための費用効果が優れた製造プロセスとを利用して、実用的なトンネル接合が可能になる。
【００６５】
[0077]図５は例示的な光起電力デバイス２００の図である。図５の光起電力デバイス２００は図１の光起電力デバイスと同様に構成されているが、光学反射体層１６０が追加されている。光学反射体（ＯＲＦ）層１６０は、光起電力セル２００の効率を改善させるために透明コンタクト層１５０上に配置されている。光波長の一部は、第１の吸収体層１３０に吸収されることなく光起電力セル２００を通過する。ＯＲＦ層１６０の目的は、この吸収されない光を第１の吸収体層１３０の中に反射して戻すことであり、そこで光は再び吸収される機会を得てキャリア生成が増加し、それにより効率が増加する。光学反射体層１６０は、金属性のＡｕ、Ａｇ、Ａｌまたは他の好適な材料を含む。例示的な一実施形態では、ＯＲＦ層１６０は、２０ｎｍ〜５００ｎｍの間、典型的には５０ｎｍ〜２００ｎｍの間、例えば７５〜１５０ｎｍの間の厚さの金属性のＡｕ層を備える。いくつかの実施形態では、ＯＲＦは、第２の層として金または銀のいずれかの薄い層を有するアルミニウムの二層として堆積されてもよい。
【００６６】
[0078]図５の実施形態において良好な光伝送と電気的接触の両方を得るために、透明コンタクト層１５０は透明界面層１４０と光学反射体層（ＯＲＦ）１６０との間に配置される。透明コンタクト層１５０と光学反射体層１６０は共に裏面コンタクトを形成する。例示的な一実施形態では、透明コンタクト層１５０は厚さが２０ｎｍ〜１５０ｎｍの間の範囲内にある、５原子％のＡｌドープＺｎＯである。これは、上述のように、任意選択でフッ素ドープＳｎＯ２／ＳｎＯ２の二層であってもよい第１のＴＣＯ層とは異なることに留意されたい。
【００６７】
[0079]図６の曲線は、窒化モリブデン（ＭｏＮｘ／Ｍｏ）二層裏面コンタクトと、ＡＺＯ／Ａｕ二層裏面コンタクトを有する図５の例示的実施形態との間のＱＥの比較である。ＱＥ曲線は、窒化モリブデン（ＭｏＮｘ／ＭｏまたはＭｏＮｘ／Ａｌ）などの金属酸化物裏面コンタクトではなく、ＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトを使用することによって、実現される長波長光において効率の向上を示している。図から分かるように、約０．８〜０．９μｍ（８００〜９００ｎｍ）の間の波長においてＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトによる電流収集が強化されており、ＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトからの光学反射効果を明確に実証している。ＭｏＮｘ上に反射率の高い金属を追加しても、ＡＺＯと比較して吸収率が高いために反射によるいかなる効果をも損なうのでほとんど価値はない。
【００６８】
[0080]図７Ａおよび図７Ｂは、特定の厚さのＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトを有する図５の例示的実施形態の性能を比較するためのＩ−Ｖ曲線を示す。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、開放電圧（ＶＯＣ）、短絡電流密度（ここではＪＳＣと表す）、およびフィルファクタ（ＦＦ）などの典型的なセル性能パラメータの値を提示している。図から分かるように、２０ｎｍと１５０ｎｍのＺｎＯ：Ａｌ裏面コンタクトの間にはＪＳＣの差はほとんど観察されない。この結果は、ＡＺＯの良好な透明性ゆえに、ＡＺＯ層の厚さが電流に大きな影響を与えないことを実証している。加えて、図７Ａおよび図７ＢのＩ−Ｖ曲線を図４と比較すると、光学反射体層１６０を追加してＡＺＯ／Ａｕ裏面コンタクトを形成することで、光学反射体層なしで５００ｎｍ厚のＡＺＯ透明コンタクト層１５０を利用するデバイスよりも、より多くの電流および電圧を発生させることによって良好な性能となったことを示している。
【００６９】
[0081]他の透明コンタクト層も同等な、またはそれよりも良好な性能を示した。図１０は、図５と同様にＯＲＦ１６０を有するが、様々なＯＲＦ／裏面コンタクトの組成を有する追加のＰＶデバイスの効率を比較している。いずれの場合でも、実験組成は、データを正規化するための対照としての役割を果たす１０ｎｍのＭｏＮｘ／Ａｌ裏面コンタクトの数パーセントポイント以内にある。実験的ＯＲＦ／裏面コンタクトは、２０ｎｍの金属酸化物層と１２０ｎｍのアルミニウム金属層との二層である。酸化物層は、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、およびインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）であった。
【００７０】
[0082]図８は例示的な光起電力デバイス３００の図である。光起電力デバイス３００は、図１に示される実施形態と同様の両面型の実施形態であり、任意選択の第１の窓層１８５および任意選択の電子反射体（ＥＲＦ）層１７０が追加されている。任意選択の第１の窓層１８５は第１のＴＣＯ層１２０上に配置され、実質的に透明なｎ型半導体材料、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳＳｅ、ＣｄＳｅ、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ／ＣｄＳ合金、ＺｎＳＯ、硫化カドミウムマグネシウム、または広バンドギャップを有し安定な他の好適な材料から形成することができる。第１の窓層１８５は、第１の透明導電性酸化物層１２０と第１の吸収体層１３０との間に配置される。
【００７１】
[0083]ｎ型の第１の窓層１８５を利用する場合、任意選択の高抵抗率透明（ＨＲＴ）層またはバッファ層を第１のＴＣＯ層１２０と第１の窓層１８５との間に設けて、シャント欠陥を防止すること、またはピンホールもしくは弱いダイオードの影響を減少させることなど、ＴＣＯの電気的機能を促進させてもよく、または、以降の半導体材料の堆積のために改善された表面を提供してもよい。ＨＲＴ層は、ＳｎＯ２と、低抵抗のＳｎＯ２と第１の窓層１８５との間の真性ＳｎＯ２層とを利用する二層であってもよい。または、ＨＲＴ層は第１のＴＣＯ層１２０に対して指定されたグループのうちのいずれか１つであってもよいが、ドーピングされておらず電気抵抗は高い。一実施形態では、ＨＲＴは約２５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さのＺｎＯまたはＳｎＯ２である。一実施形態では、ＨＲＴは約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さのＺｎＯまたはＳｎＯ２である。バッファ層は、例えば、酸化スズ、酸化スズ亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛酸硫化物、または亜鉛マグネシウムで形成してもよい。ｎ型の第１のＴＣＯ層１２０が存在するため、光起電力デバイス２００は第１の窓層１８５を省略してもよい。
【００７２】
[0084]ＥＲＦ層は、第１の吸収体層１３０と、トンネル接合の一部である界面層１４０との間に堆積される。ＥＲＦ層１７０は、上述したように、ＣｄＺｎＴｅ（「ＣＺＴ」）、ＣｄＭｎＴｅ、ＣｄＭｇＴｅ、またはＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）第１の吸収体層１３０よりも大きいバンドギャップを有する同様に好適な材料を含んでもよい。一実施形態では、ＥＲＦ１７０は、テルル化銅（Ｃｕ２Ｔｅ）でドープされたテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）層である。この実施形態では、ＥＲＦ１７０は、最大５原子％の濃度で存在するＣｕ２Ｔｅドーパントを有するＺｎＴｅを主成分とする。ＥＲＦ１７０は、約５ｎｍ〜約２５ｎｍの間の厚さであり得る。
【００７３】
[0085]バンドギャップがより大きいＥＲＦ層１７０は伝導帯エネルギー障壁をもたらし、それを横切って電子が移動するためには、より高いエネルギーが必要となる。これにより、電子が第１の吸収体層１３０を出て、電子が、集結した正孔と再結合し得る透明コンタクト層１５０に向かって移動することがより困難になり、代わりに、電子は第１のＴＣＯ層１２０に向かって反射されて電流収集に寄与し、電荷キャリア再結合が減少する。ＺｎＯ：Ａｌ層での不動態化などによる結晶格子欠陥の最小化もまた、再結合サイトの濃度を減少させることに寄与し、それにより裏面でのエネルギー収集が増加する。一実施形態では、ＥＲＦ層１７０は光学反射体層１６０を有するデバイスで使用される。
【００７４】
[0086]図９は、タンデム型光起電力デバイス４００の一実施形態を示す。光起電力デバイス４００は、図１の光起電力デバイス１００の要素に加えて、追加の層を含む。タンデム型光起電力デバイス４００は、トンネル接合によって接続された第１の（「上部」）セル４１０および第２の（「下部」）セル４２０を備える。タンデム型薄膜太陽電池では、ＴＣＯ前面コンタクトのための望ましい特性は、高いバンドギャップ、入射光の高透過率、高導電率、および低抵抗率を含む。
【００７５】
[0087]第１の（「上部」）セルは、基板層１１０、第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１２０、第１のＴＣＯ層１２０上に配置された任意選択の高抵抗透明（ＨＲＴ）層１９５、任意選択のｎ型の第１の窓層１８５、ｐ型の第１の吸収体層１３０を備える。上部セル４１０と下部セル４２０との間のトンネル接合は、トンネル接合のｐ＋層を形成する高濃度ｐ＋ドープ界面層１４０と、トンネル接合のｎ＋層を形成する高濃度ｎ＋ドープ透明コンタクト層１５０とを含む。いくつかの実施形態では、トンネル接合のｐ＋層は上部セルの最後のｐ＋のＺｎＴｅ層を備え、ｎ＋層はアルミニウムでドープされた酸化亜鉛などの透明導電性酸化物を備える。
【００７６】
[0088]続けて図９を参照すると、第２の（「下部」）セルは、第２の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層２２０、ｎ型の第２の窓層２８５（任意選択）、ｐ型の第２の吸収体層２３０、および金属裏面コンタクト２９０を備える。金属裏面コンタクト２９０は、金、白金、モリブデン、タングステン、タンタル、パラジウム、アルミニウム、クロム、ニッケル、または銀を含んでもよい。第２のセルは、第１のセルを透過した太陽光を受光する。
【００７７】
[0089]一実施形態では、第１のセルはｐ型の第１の吸収体層１３０にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）を利用し、第２のセルは第１の吸収体のバンドギャップよりも低いバンドギャップを有するｐ型の第２の吸収体２３０を利用し、例えばバンドギャップは、第１の吸収体では約１．４〜２．２ｅＶであり、第２の吸収体では約０．６〜１．４ｅＶである。これらのバンドギャップは、当技術分野で公知の方法を用いてドーパントの添加によって、増加または減少させるように選択的に調整できる。例えば、ＣｄＴｅ吸収体にＳｅを使用してバンドギャップを減少させるように調整でき、Ｚｎを使用してバンドギャップを増加させるように調整できる。加えて、ｎ−ｐ接合を備える層に勾配を与えて、接合でのバンドギャップを調整して、表面再結合を大幅に減少させ、かつ太陽スペクトルの吸収を増加させて、電力変換効率を改善させることができる。代替実施形態では、ｎ型吸収体を使用することができ、トンネル接合はその順序を逆にしてもよく、または不要とすることができる。
【００７８】
[0090]光起電力デバイス４００は更に、例えばモジュール内の１つの光起電力セルから隣接するセルへ、またはアレイ内の１つの光起電力モジュールから隣接するモジュールへ、生成された電流を伝達するための電流経路を提供する電気的接続部を含む。代替として、電気的接続部は電流を、光生成電流が電力を供給する外部負荷デバイスに導いてもよい。
【００７９】
[0091]モノリシックに集積され直列接続された二端子デバイスでは、第２のセルはｐ＋／ｎ＋トンネル接合を介して第１のセルに電気的に接続される。
[0092]積層型の並列接続４端子デバイスでは、トンネル接合は光を下部セルに伝達し、トンネル接合のｎ＋層は上部セルの裏面コンタクトとして機能する。一実施形態では、第１の導電性リードが第１のＴＣＯ層１２０に接続され、第２の導電性リードが透明コンタクト層１５０に接続され、第３の導電性リードが第２のＴＣＯ層２２０に接続され、第４の導電性リードが金属裏面コンタクト２９０に接続される。
【００８０】
[0093]本発明の実施形態では、エネルギーバンドギャップが約１．１ｅＶ〜２．１ｅＶの間の範囲内にあるデバイス層と、任意選択の、構造を最適化し界面再結合を減少させるためのヘテロ接合層の組成における勾配と、両面および多接合デバイスに好適な透明裏面コンタクトおよびトンネル接合層と、１つまたは複数のオーミックコンタクトを形成するための、インサイチュで、前面および裏面コンタクトの近くで、スーパーストレートまたは基板上に成長させた高濃度ドープ材料の製造と、電子と正孔の減少した再結合と、費用効果の高い構造の提供と、に対する方法、装置および／または構造が提供される。実施形態において、上述の能力は、組み合わされた場合に、デバイス内の光吸収および電荷キャリアの流れに対する制御を可能にし、よって性能が最適化される。高効率を生成する調整されたタンデム型太陽電池の例が説明される。本開示の方法および構造は、従来技術の薄膜光起電力デバイスと比較して改善された、短絡電流（ＪＳＣ）、開回路電圧（ＶＯＣ）、およびフィルファクタ（ＦＦ）を有する光起電力デバイスを提供することができる。
【００８１】
[0094]本発明の原理および動作モードがその好ましい実施形態にて記載および図示されてきた。しかし、本発明はその範囲から逸脱しない範囲で、具体的に説明および図示されたものとは別の形態で実施されてもよいと理解すべきである。
【図１】
2019530984.tif 000003
【図２】
2019530984.tif 000004
【図３】
2019530984.tif 000005
【図４】
2019530984.tif 000006
【図５】
2019530984.tif 000007
【図６】
2019530984.tif 000008
【図７ａ】
2019530984.tif 000009
【図７ｂ】
2019530984.tif 000010
【図８】
2019530984.tif 000011
【図９】
2019530984.tif 000012
【図１０】
2019530984.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月12日(2019.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１原子％〜４０原子％である]からなる、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は、銅（Ｃｕ）でドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ[ｙは０〜６０原子％であり得る]を含み、前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む、
を含む、光起電力デバイス。
【請求項２】
前記吸収体層中のＳｅの量は、ｘが０である最小値から１５原子％〜３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項３】
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項４】
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなる、請求項３に記載の光起電力デバイス。
【請求項５】
アルミニウム（Ａｌ）の濃度が４〜６原子パーセントである、請求項４に記載の光起電力デバイス。
【請求項６】
前記透明コンタクト層の厚さが０．０２μｍ〜１．０μｍである、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項７】
前記透明コンタクト層に接触している二次導体を更に含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項８】
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項９】
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、請求項８に記載の光起電力デバイス。
【請求項１０】
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項９に記載の光起電力デバイス。
【請求項１１】
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、請求項１に記載の光起電力デバイス。
【請求項１２】
前面および裏面を画定する半導体層スタック、ここで前記半導体スタックは、透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層と、前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層とを含み、前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１原子％〜４０原子％である]からなる、
ｐ＋型にドープされた界面層およびｎ＋型にドープされた透明コンタクト層を含む透明トンネル接合、ここで前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
前記ｐ型半導体吸収体層に隣接した前記ｎ型透明導電性酸化物によって形成されたｐ−ｎ接合、ここで前記ｎ型透明導電性酸化物は実質的に亜鉛を含まず、前記ｐ型半導体吸収体層はカドミウムおよびテルルを含む、ならびに
前記ｐ型半導体吸収体層と前記ｐ＋型界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）
を含み、
ここで前記ｐ＋型界面層は亜鉛およびテルルを含み、前記ｎ＋型透明導電性酸化物層はアルミニウムドープ酸化亜鉛を含み、そして前記ｎ＋型透明導電性酸化物層は前記両面光起電力デバイス用の裏面コンタクトである、
両面光起電力デバイス。
【請求項１３】
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、ここで前記ｎ型層は基板上に配置されている、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）からなり、前記吸収体層中のＳｅの量が、ｘが０である最小値から１５〜３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む
を含む光起電力デバイス。
【請求項１４】
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、請求項１３に記載の光起電力デバイス。
【請求項１５】
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなり、アルミニウム（Ａｌ）の濃度が４〜６原子パーセントである、請求項１４に記載の光起電力デバイス。
【請求項１６】
前記透明コンタクト層の厚さが０．０２μｍ〜１．０μｍである、請求項１３に記載の光起電力デバイス。
【請求項１７】
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、請求項１３に記載の光起電力デバイス。
【請求項１８】
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、請求項１７に記載の光起電力デバイス。
【請求項１９】
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、請求項１７に記載の光起電力デバイス。
【請求項２０】
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、請求項１３に記載の光起電力デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
[0094]本発明の原理および動作モードがその好ましい実施形態にて記載および図示されてきた。しかし、本発明はその範囲から逸脱しない範囲で、具体的に説明および図示されたものとは別の形態で実施されてもよいと理解すべきである。
[発明の態様] 
[１]
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは約１原子％〜約４０原子％である]からなる、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は前記吸収体層と前記コンタクト層との間に配置され、そして前記コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む、
を含む、光起電力デバイス。
[２]
前記吸収体層中のＳｅの量は、ｘが約０である最小値から約１５原子％〜約３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、１に記載の光起電力デバイス。
[３]
前記界面層は、銅（Ｃｕ）でドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅ[ｙは０〜約６０原子％であり得る]を含む、１または２に記載の光起電力デバイス。
[４]
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、１〜３のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[５]
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなる、４に記載の光起電力デバイス。
[６]
アルミニウム（Ａｌ）の濃度が約４〜６原子パーセントである、５に記載の光起電力デバイス。
[７]
前記透明コンタクト層の厚さが約０．０２μｍ〜約１．０μｍである、１〜６のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[８]
前記透明コンタクト層に接触している二次導体を更に含む、１〜７のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[９]
前記二次導体は金属グリッドフィンガを含み、前記透明コンタクト層は約０．０２μｍ〜約０．２０μｍの厚さを有する、８に記載の光起電力デバイス。
[１０]
前記第１の透明導電性酸化物層および前記吸収体層は実質的にＺｎを含まない、１〜９のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[１１]
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、１〜１０のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[１２]
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、１２に記載の光起電力デバイス。
[１３]
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、１２に記載の光起電力デバイス。
[１４]
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、１〜１１のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[１５]
前記界面層および前記透明コンタクト層は実質的にグラファイトを含まない、１〜１４のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[１６]
前記界面層、前記透明コンタクト層、および前記二次導体は実質的にグラファイトを含まない、１〜１５のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
[１７]
透明基板、
前記透明基板上に配置された、１つまたは複数の層の形態の上部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、上部セルバンドギャップを有する上部セル光起電力吸収体層である、
ｐ＋型にドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅの界面層とｎ＋型にドープされ、透明導電性酸化物を含む透明コンタクト層とを含む、透明トンネル接合、
前記透明トンネル接合上に配置された、１つまたは複数の層の形態の下部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、前記上部セルバンドギャップよりも小さい下部セルバンドギャップを有する下部セル光起電力吸収体層である、ならびに
前記下部セル層上に配置された金属裏面コンタクト
を含む、タンデム型光起電力デバイス。
[１８]
前面および裏面を画定する半導体層スタック、ここで前記半導体スタックは、透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層と、前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層とを含み、前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは約１原子％〜約４０原子％である]からなる、ならびに
ｐ＋型にドープされた界面層およびｎ＋型にドープされた透明コンタクト層を含む透明トンネル接合、ここで前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
を含む両面光起電力デバイス。
[１９]
前記ｐ型半導体吸収体層に隣接した前記ｎ型透明導電性酸化物によって形成されたｐ−ｎ接合、ここｆｒ前記ｎ型透明導電性酸化物は実質的に亜鉛を含まず、前記ｐ型半導体吸収体層はカドミウムおよびテルルを含む、
前記ｐ型半導体吸収体層と前記ｐ＋型界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）と
を更に含み、
ここで前記ｐ＋型界面層は亜鉛およびテルルを含み、前記ｎ＋型透明導電性酸化物層はアルミニウムドープ酸化亜鉛を含み、そして前記ｎ＋型透明導電性酸化物層は前記両面光起電力デバイス用の裏面コンタクトである、
１８に記載の両面光起電力デバイス。
[２０]
前記前面は直射日光を受光するように構成された一次入射光表面であり、前記裏面は間接的な太陽光、拡散された太陽光、または反射された太陽光を受光するように構成された二次入射光表面である、１８または１９に記載の両面光起電力デバイス。
[２１]
前記裏面を通して入射した光からの追加的な電流の生成により、透明裏面のないデバイスに比較して量子効率が改善されている、１８〜２０のいずれか一項に記載の両面光起電力デバイス。
[２２]
８００〜９００ｎｍの波長の光が、透明な裏面を持たないデバイスにおけるよりもより多く吸収される、１８〜２１のいずれか一項に記載の両面光起電力デバイス。
[２３]
第１の透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、またはこれら両方を含むｎ型層、ここで前記ｎ型層は任意に基板上に配置されていてもよい、
前記ｎ型層上に配置されたｐ型吸収体層、ここで前記ｐ型吸収体層は本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１〜約４０原子％である]からなり、ならびに
前記吸収体層上に配置された透明トンネル接合、ここで前記透明トンネル接合はｐ＋型にドープされた透明界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含み、前記界面層は前記吸収体層と前記コンタクト層との間に配置され、そして前記コンタクト層は第２の透明導電性酸化物を含む
を含む光起電力デバイス。
[２４]
前記吸収体層中のＳｅの量が、ｘが約０である最小値から約１５〜３０原子％の範囲内の最大値まで変化するような勾配を有する、２３に記載の光起電力デバイス。
[２５]
前記界面層は、銅（Ｃｕ）でドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅを含み、ｙは０〜約６０原子％であり得る、２３に記載の光起電力デバイス。
[２６]
前記透明コンタクト層は、フッ素ドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、スズ酸カドミウム、およびインジウムドープ酸化スズからなる導電性酸化物の群から選択される、２３に記載の光起電力デバイス。
[２７]
前記透明コンタクト層は本質的にＺｎＯおよびＡｌからなる、２６に記載の光起電力デバイス。
[２８]
アルミニウム（Ａｌ）の濃度が約４〜６原子パーセントである、２７に記載の光起電力デバイス。
[２９]
前記透明コンタクト層の厚さが約０．０２μｍ〜約１．０μｍである、２７に記載の光起電力デバイス。
[３０]
前記透明コンタクト層に接触している二次導体を更に備える、２３に記載の光起電力デバイス。
[３１]
前記二次導体は金属グリッドフィンガを備え、前記透明コンタクト層は約０．０２μｍ〜約０．２０μｍの厚さを有する、３０に記載の光起電力デバイス。
[３２]
前記第１の透明導電性酸化物層および前記吸収体層は実質的にＺｎを含まない、２３に記載の光起電力デバイス。
[３３]
前記界面層、前記透明コンタクト層、および前記二次導体は実質的にグラファイトを含まない、３０に記載の光起電力デバイス。
[３４]
前記透明コンタクト層上に配置された光学反射体（ＯＲＦ）層を更に含む、２３に記載の光起電力デバイス。
[３５]
前記ＯＲＦ層は、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択された材料を含む、３４に記載の光起電力デバイス。
[３６]
前記ＯＲＦ層は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有する、３４に記載の光起電力デバイス。
[３７]
前記吸収体層と前記界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）を更に含む、２３に記載の光起電力デバイス。
[３８]
前記界面層および透明コンタクト層は実質的にグラファイトを含まない、２３に記載の光起電力デバイス。
[３９]
透明基板、
前記透明基板上に配置された、１つまたは複数の層の形態の上部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、上部セルバンドギャップを有する上部セル光起電力吸収体層である、
ｐ＋型にドープされたＣｄｙＺｎ（１−ｙ）Ｔｅの界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含む透明トンネル接合、ここで前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
前記透明トンネル接合上に配置された、１つまたは複数の層の形態の下部セルｎ型接合パートナおよびｐ型接合パートナ、ここで少なくとも１つの層が、前記上部セルバンドギャップよりも小さい下部セルバンドギャップを有する下部セル光起電力吸収体層である、、ならびに
前記下部セル層上に配置された金属裏面コンタクト
を含むタンデム型光起電力デバイス。
[４０]
前面および裏面を画定する半導体層スタック、ここで前記半導体層スタックは、透明導電性酸化物層または窓層から選択されたｎ型層、および前記ｎ型層上に配置けられたｐ型吸収体層を含み、前記ｐ型吸収体層は、本質的にＣｄＳｅｘＴｅ（１−ｘ）[ｘは１〜約４０原子％である]からなる、
ｐ＋型にドープされた界面層とｎ＋型にドープされた透明コンタクト層とを含む透明トンネル接合、ここで前記界面層は前記吸収体層と前記透明コンタクト層との間に配置され、そして前記透明コンタクト層は透明導電性酸化物を含む、
を含む両面光起電力デバイス。
[４１]
前記ｐ型半導体吸収体層に隣接した前記ｎ型透明導電性酸化物によって形成されたｐ−ｎ接合、ここで前記ｎ型透明導電性酸化物は実質的に亜鉛を含まず、前記ｐ型半導体吸収体層はカドミウムおよびテルルを含む、
前記ｐ型半導体吸収体層と前記ｐ＋型界面層との間に配置された電子反射体層（ＥＲＦ）
を更に備え、
ここで前記ｐ＋型界面層は亜鉛およびテルルを含み、前記ｎ＋型透明導電性酸化物層はアルミニウムドープ酸化亜鉛を含み、そして前記ｎ＋型透明導電性酸化物層は前記両面光起電力デバイス用の裏面コンタクトである、
４０に記載の両面光起電力デバイス。
[４２]
前記前面は直射日光を受光するように構成された一次入射光表面であり、前記裏面は間接的な太陽光、拡散された太陽光、または反射された太陽光を受光するように構成された二次入射光表面である、４０に記載の両面光起電力デバイス。
[４３]
前記裏面を通して入射した光からの追加的な電流の生成により、透明裏面のないデバイスに比較して量子効率が改善されている、４０に記載の両面光起電力デバイス。
[４４]
波長８００〜９００ｎｍの光が、透明裏面のないデバイスよりもより多く吸収される、４３に記載の両面光起電力デバイス。
【国際調査報告】
2019530984.tif 000014
2019530984.tif 000015
2019530984.tif 000016