(57)【要約】光起電力装置は、基板と、該基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層とを具備し、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するものであり、該半導体層は、前記下部電極層と前記上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、
該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層とを具備し、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するものであり、
該半導体層は、前記下部電極層と前記上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流すことを特徴とする、
光起電力装置。
【請求項２】
バイパスダイオードは、前記半導体層の上面から該半導体層の反対側のインターフェースまで伸びていることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記バイパスダイオードは、上部電極層と下部電極層との間の半導体層に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記バイパスダイオードを含む前記半導体層の局所的な領域では、該局所的な領域の外側の半導体層の領域よりも、結晶化度が高いことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記バイパスダイオードは、前記半導体層の領域よりも、ブレークダウン電圧が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記バイパスダイオードは、前記下部電極層から前記半導体層を通って、該半導体層で光を受け取り、前記上部電極層を部分に分割する光の方向に沿って、該半導体層上に配置されたスクライブラインへと伸びていることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項７】
前記バイパスダイオードは、前記半導体層に代わって前記バイパスダイオードに電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項８】
基板上に下部電極層、該下部電極層上に半導体層、該半導体層上に上部電極層を堆積するステップであって、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するよう構成されていることを特徴とするステップと、
内臓型バイパスダイオードを形成するために前記下部電極層と前記上部電極層との間の半導体層の結晶化度又はドーパントの拡散の少なくとも１つを増加させるステップとを具備し、
該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流すよう構成されることを特徴とする、
光起電力装置を製造する方法。
【請求項９】
前記増加させるステップは、前記半導体層をエネルギー集束ビームに暴露するステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記増加させるステップは、前記上部電極層を別々の部分に分割することも行うエネルギー集束ビームに、前記半導体層を暴露するステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記増加させるステップは、前記上部電極層にスクライブラインを形成し、エネルギー集束ビームを該スクライブライン内の半導体層に導くステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記スクライブラインは、前記上部電極層を別々の部分に分割し、前記エネルギー集束ビームを間隙を介して別々に分られた半導体層の別個のスクライブマークに導く、長く伸ばした線として形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記増加させるステップは、前記半導体層を複数のレーザー光に暴露するステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記増加させるステップは、前記半導体層の局所的な領域内の結晶化度又はドーパントの少なくとも１つ拡散を増大させる最初のエネルギー集束ビームに、前記半導体層を暴露し、該局所的な領域内の結晶化度又はドーパントの少なくとも１つをさらに増大させる次のエネルギー集束ビームに、前記半導体層を暴露するステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記増加させるステップは、第１のエネルギー集束ビームに前記半導体層を暴露することで該半導体層内に前記バイパスダイオードを形成し、第２のエネルギー集束ビームに該半導体層を暴露することで前記バイパスダイオードの逆ブレークダウン電圧を減少させるステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
基板と、
該基板上に光起電力電池が入射光を受ける方向に配置され、電気的に接続された複数の光起電力電池であって、該光起電力電池は該光起電力電池が受けた光に基づいて電流を生じさせることを特徴とする光起電力電池と、
を具備し、
該光起電力電池の各々は、
前記基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、
該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層であって、該半導体層は前記光を吸収して該半導体層の電子を励起することを特徴とする半導体層と、
を具備し、
前記光起電力電池の少なくとも１つの半導体層は、前記光起電力電池の少なくとも１つの下部電極層と上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記光起電力電池の少なくとも１つに逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って該光起電力電池の近傍にある光起電力電池の間に電流を流すことを特徴とする光起電力装置。
【請求項１７】
前記バイパスダイオードは、前記上部電極層と下部電極層との間の少なくとも１つの光起電力電池の半導体層の内部に設置されることを特徴とする請求項１６に記載の光起電力装置。
【請求項１８】
前記バイパスダイオードを含む前記少なくとも１つの光起電力電池の半導体層の局所的な領域には、局所的な領域の外側の半導体層の領域より大きな結晶化度を有する前記バイパスダイオードが含まれることを特徴とする請求項１６に記載の光起電力装置。
【請求項１９】
前記光起電力電池の前記上部電極層は、スクライブラインにより分割され、前記バイパスダイオードは、該スクライブラインから少なくとも１つの前記光起電力電池内の前記半導体層の前記下部電極層に伸びていることを特徴とする請求項１６に記載の光起電力装置。
【請求項２０】
前記バイパスダイオードは、前記少なくとも１つの前記光起電力電池の前記半導体層に代わって前記バイパスダイオードに電流を流すことを特徴とする請求項１６に記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１０年１２月８日に出願され「内臓型バイパスダイオードを有する光起電力モジュール及び内臓型バイパスダイオードを有する光起電力モジュールの製造方法（Photovoltaic  Modules  Having  A  Built-In  Bypass  Diode  And  Methods  For  Manufacturing  Photovoltaic  Modules  Having  A  Built-In  Bypass  Diode）」と題された、米国特許出願番号１２/９６３，４２４（'４２４出願）に基づく優先権を主張する。この'４２４出願は、２０１０年６月８日に出願され「タンデム型半導体層スタックを有する光起電力モジュール及びタンデム型半導体層スタックを有する光起電力モジュールの製造方法（Photovoltaic  Modules  And  Methods  For  Manufacturing  Photovoltaic  Modules  Having  Tandem  Semiconductor  Layer  Stacks）と題された、米国特許出願番号１２/７９６，３７８（'３７８出願）の一部継続出願である。この'３７８出願は、２００９年６月１０日に提出され「タンデム型半導体層スタックを有する光起電力装置（Photovoltaic  Devices  Having  Tandem  Semiconductor  Layer  Stacks）」と題された米国仮特許出願シリアルナンバー６１／１８５，７７０（'７７０出願）、２００９年６月３０日に提出された「複数の半導体層スタックを有する光起電力装置（Photovoltaic  Devices  Having  Multiple  Semiconductor  Layer  Stacks）」と題された米国仮特許出願シリアルナンバー６１／２２１，８１６（'８１６出願）、及び、２００９年８月３日に提出され「複数の半導体層スタックを有する光起電力装置（Photovoltaic  Devices  Having  Multiple  Semiconductor  Layer  Stacks）」と題された米国仮特許出願シリアルナンバー６１／２３０，７９０（'７９０出願）の非仮特許出願であり、これらの特許出願の優先権利益を主張する。上記出願（'４２４出願、'３７８出願、'７７０出願、'８１６出願、及び'７９０出願）は、参照としてそのすべてを本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００２】
本明細書に記載の保護対象は光起電力装置に関する。いくつかの既知の光起電力装置は、シリコンの薄膜の活性部分を有する薄膜ソーラーモジュールを含む。モジュールに入射する光は活性シリコン膜の中へ進む。光がシリコン膜に吸収されれば、光はそのシリコンの中で電子及び正孔を生じさせることができる。この電子及び正孔は電位、及び／又は、モジュールから取り出して外部の電気負荷に流すことのできる電流を生じさせるために用いられる。
【０００３】
光の中の光子は、シリコン膜中の電子を励起し、シリコン膜中の原子から電子を分離させる。光子が電子を励起してこの膜中の原子から電子を分離させるためには、光子は、シリコン膜中のエネルギーバンドギャップを超えるエネルギーを有していなければならない。光子のエネルギーは、この膜に入射する光の波長と関連がある。したがって、光は、シリコン膜のエネルギーバンドギャップ及び光の波長に基づいてこの膜に吸収される。
【０００４】
いくつかの既知の光起電力装置は、互いに重なるように堆積させ、かつ、下部電極と上部電極との間に堆積させた２組以上のシリコン膜を含むタンデム型層スタックを含む。種々の膜は、種々のエネルギーバンドギャップを有することができる。多くの波長の入射光を装置に吸収させることができるので、種々のバンドギャップをもつ種々の膜を用意することによって、装置の効率を高めることができる。例えば、第１の組の膜は、第２組の膜より大きいエネルギーバンドギャップを有していてもよい。第１の組の膜のエネルギーバンドギャップを超えるエネルギーを伴う波長を有する光の一部は、第１の組膜に吸収されて電子と正孔とのペアを生じる。第１の組膜のエネルギーバンドギャップを超えないエネルギーを伴う波長を有する光の一部は、電子と正孔とのペアを生じさせずに、第１の組の膜を通過する。第２の組の膜が低いエネルギーバンドギャップを有する場合は、第１の組の膜を通過する光の少なくとも一部は、第２組の膜に吸収されることがある。
【０００５】
種々の膜に種々のエネルギーバンドギャップを与えるために、シリコン膜にゲルマニウムを混ぜることによって膜のバンドギャップを変えることができる。しかし、膜にゲルマニウムを混ぜることは、製造において必要とすることがある堆積速度を下げる傾向がある。更に、ゲルマニウムを混ぜたシリコン膜は、ゲルマニウムを含まないものよりも光によって劣化する傾向が強い。さらに、ゲルマン（シリコンゲルマニウム合金を堆積させるために使用される原料ガス）は高価で危険である。
【０００６】
ゲルマニウムをシリコン膜に混ぜることに代えて、非晶質のシリコン膜ではなく微晶質のシリコン膜としてシリコン膜を堆積させることによって、光起電力装置中のシリコン膜のエネルギーバンドギャップを低下させることができる。非晶質シリコン膜は、一般に、微晶質の状態で堆積させたシリコン膜よりも大きなエネルギーバンドギャップを有する。いくつかの既知の光起力電装置は、微晶質シリコン膜と連続した非晶質のシリコン膜スタックを有する半導体層スタックを含む。そのような装置においては、接合体におけるキャリア輸送に伴う損失を低減させるために、非晶質シリコン膜を比較的薄い厚さで堆積させる。例えば、入射光によってシリコン原子から励起されて、上部電極又は下部電極に届く前に他のシリコン原子又は他の電子及び正孔に再結合する電子及び正孔の量を減らすために、非晶質シリコン膜を薄い厚さで堆積させることができる。電極に届かない電子及び孔は、光起電力装置によって生じる電圧又は電流に寄与しない。しかし、非晶質シリコン接合体の厚さを薄くすると、非晶質シリコン接合体に吸収される光が少なくなり、シリコン膜における光電流の流れが減少する。結果として、光起電力装置の入射光を電流に変換する効率は、その装置スタック中の非晶質シリコン接合体によって制限される可能性がある。
【０００７】
比較的薄い非晶質シリコン膜を有するいくつかの光起電力装置においては、活性非晶質シリコン膜を有する装置中の光起電力電池の表面積を、その電池の不活性領域と比べて大きくしてもよい。活性領域は、入射光を電力に変換するシリコン膜を含む。一方、非活性領域又は不活性領域は、シリコン膜が存在しない電池の一部分又は入射光を電気に変換しない電池の一部分を含む。装置中の不活性領域に比べて、装置中の光起電力電池の活性領域を増加させることによって、その光起電力装置によって生じる電力を増加させることができる。例えば、活性非晶質シリコン膜を有するモノリシック構造に統合された薄膜光起電力モジュールの電池の幅を大きくすることは、モジュールにおいて太陽光に曝される活性光起電力材料の割合又はパーセンテージを増大させる。活性光起電力材料の割合が増加するにつれて、その装置によって生じる全光電流を増大させることができる。
【０００８】
電池の幅を長くすることによっても、その装置の光透過電極の大きさ又は面積が大きくなる。光透過電極は、装置の電圧又は電流を生じさせるために電池において生成された電子又は正孔を導く電極である。光透過電極の大きさ又は面積が大きくなると、光透過電極の電気抵抗（Ｒ）も増加する。光透過電極を通る電流（Ｉ）も増加することがある。光透過電極を通る電流及び光透過電極の抵抗が増加すると、光起電力装置においてＩ２Ｒ損失のようなエネルギーロスが増加する。エネルギーロスが増加すると、光起電力装置が効率的でなくなり、装置によって生じる電力が小さくなる。したがって、モノリシック構造に統合された薄膜光起電力装置においては、装置中の活性光起力電材料の割合と、装置の透明な導電性電極において生じるエネルギーロスとの間にトレードオフの関係が存在する。
【０００９】
既知の光起電力装置において、光起電力電池は相互に直列に電気接続される。光起電力電池を直列に接続することは、電池の１つに逆バイアスが加えられた状態となった場合、装置にダメージを与える危険性がある。例えば、既知の光起電力装置のいくつかは、いくつかの直列接続された電池の１つが入射光の陰になり（すなわち、陰になった電池）、隣接する電池が光に曝された（すなわち、照射された電池）場合、損傷を受けたり破壊されたりする。照射された電池は、陰になった電池の反対側に電流を生じさせ陰になった電池に電位を生じさせる。電位が、比較的大きい場合、陰になった電池は加熱され損傷を受けることがある。例えば、陰になった電池は、着火し燃焼して装置を故障又は破壊させることがある。
【００１０】
既知の光起電力装置のいくつかは、電池に接続されたバイパスダイオードを含んでいる。このバイパスダイオードにより、陰になった電池をバイパスして電流を流すことができる。例えば、陰になった電池の反対側に蓄積されるはずの電位が照射された電池をつなぐバイパスダイオードを通って流れ、陰になった電池をバイパスする。これらのバイパスダイオードは、電池とは別に形成され、電池が作られた後、電池と接続することができる。例えば、バイパスダイオードは、電池及び／又は電池を形成する基板の下方で電池と接続することができる。このようなバイパスダイオードを設けるためには、追加の処理ステップ、及び／又は追加の部品が必要となる。例えば、追加の製造装置及び／又は追加の処理工程が、バイパスダイオードを形成及び／又は接続するために必要となることがある。バイパスダイオードを設けるために既知の光起電力装置に、追加の部品を加えることがある。電池に１以上の部品を追加することは、電池の効率を下げること、及び／又は、電池故障率の上昇をもたらすことがある。
【００１１】
入射光を電流に変換する際の効率を高め、及び／又は、エネルギーロスを低減する光起電力装置が必要となる。
【発明の概要】
【００１２】
一実施形態において、光起電力装置は、基板と、該基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層とを具備し、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するものであり、該半導体層は、前記下部電極層と前記上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流す。
【００１３】
他の実施形態において、光起電力装置の製造方法は、基板上に下部電極層、該下部電極層上に半導体層、該半導体層上に上部電極層を堆積するステップであって、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するよう構成されていることを特徴とするステップと、内臓型バイパスダイオードを形成するために前記下部電極層と前記上部電極層との間の半導体層の結晶化度又はドーパントの拡散の少なくとも１つを増加させるステップとを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流すよう構成される。
【００１４】
他の実施形態において、光起電力装置は、基板と、該基板上に光起電力電池が入射光を受ける方向に配置され、電気的に接続された複数の光起電力電池であって、該光起電力電池は該光起電力電池が受けた光に基づいて電流を生じさせることを特徴とする光起電力電池とを具備し、該光起電力電池の各々は、前記基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、該下部電極層と該上部電極層との愛大配置された半導体層であって、該半導体層は前記光を吸収して該半導体層の電子を励起することを特徴とする半導体層とを具備し、前記光起電力電池の少なくとも１つの半導体層は、前記光起電力電池の少なくとも１つの下部電極層と上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記光起電力電池の少なくとも１つに逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って該光起電力電池の近傍にある光起電力電池の間に電流を流す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による、光起電力電池の概略図である。
【図２】一実施形態による、図１に示されているテンプレート層の構造を概略的に示したものである。
【図３】他の実施形態による、図１に示されているテンプレート層の構造を概略的に示したものである。
【図４】他の実施形態による、図１に示されているテンプレート層の構造を概略的に示したものである。
【図５】一実施形態による、光起電力装置の概略図及び、この装置の拡大図である。
【図６】一実施形態による、光起電力装置を製造するプロセスのフローチャートである。
【図７】他の実施形態による、光起電力装置の概略図及び、この装置の拡大図である。
【図８】一実施形態による、スクライブシステムの透視図である。
【図９】一実施形態による、図８に示されているスクライブシステムの透視図である。
【図１０】一実施形態による、図９に示されている光起電力装置の線１０−１０に沿う断面図である。
【図１１】一実施形態による、図１０に示されているバイパスダイオードのＩ−Ｖ曲線を示す。
【図１２】一実施形態による、図１０に示されているバイパスダイオードの他のＩ−Ｖ曲線を示す。
【図１３】一実施形態による、光起電力装置を製造するプロセスのフローチャートである。
【００１６】
先の概略、及び、本明細書に記載されている技術の特定の実施形態の下記の詳細な記載は、添付図面と共に読めば一層よく理解されるであろう。本明細書に記載されている技術を図示する目的で特定の実施形態が図面に示されている。しかしながら、本明細書に記載されている技術は、添付図面に示されている装置及び手段に限定されるものではない。さらに、当然のことながら、図面中の構成材が縮尺通りのものではなく、別の構成材に対するある構成材の相対的な大きさを、そのような相対的な大きさでなければならないものとして解釈又は理解してはならない。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、一実施形態による光起電力電池（ＰＶ電池）１００の概略図である。この電池１００は、光起電力モジュールのような光起電力装置（ＰＶ装置）中で電気的に接続された電池１００のうちの１つとすることができる。この電池１００は、基板１０２と、上部電極層１１０及び下部電極層１１２、すなわち電極１１０と１１２との間に配置された上部活性シリコン層スタック１０６及び下部活性シリコン層スタック１０８と、を有する。この上部電極層１１０及び下部電極層１１２とこの上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８とは、基板１０２とカバー層１０４との間に位置する。電池１００は基板構造の光起電力電池である。例えば、電池１００の、基板１０２の反対側にあるカバー層１０４に入射した光は、電池１００の活性シリコン層スタック１０６、１０８により電圧に変換される。光は、電池１００のカバー層１０４及び付加的な層及び構成要素を通り抜け上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８に至る。光は、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８で吸収される。
【００１８】
上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８で吸収された入射光の光子は、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８中の電子を励起し、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８中の原子から電子を分離する。正の電荷、すなわち正孔は、電子が原子から分離するときに発生する。上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８は、異なるエネルギーバンドギャップを有し、入射光の波長スペクトルの異なる部分を吸収する。電子は、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８中にドリフトつまり拡散し、上部電極層１１０及び下部電極層１１２の一方に集められる。上部電極層１１０又は下部電極層１１２に集まった電子は、電池１００に電位差を生じさせる。電池１００に生じた電位差は、別の電池（不図示）に生じた電位差に付加することができる。相互に直列に接続された複数の電池１００に生じた電位差は加算されて電池１００により生じた合計電位差を増加させる。隣り合う電池１００間に電子が流れることにより電流が生じる。電流は電池１００から取り出され外部電気負荷に印加することができる。
【００１９】
電池１００の構成材及び層は、図１に概略的に図示されている。図１に示されている構成材及び層の形状、方向及び相対的大きさは、これに限定することを意図するものではない。基板１０２は、電池１００の底部に位置する。基板１０２、電池１００の他の層及び構成材を機械的に支持する。基板１０２は、非導電性材料のような誘電材料を有することができる。すなわち、非導電性材料のような誘電材料で形成することができる。基板１０２は、約７５０℃未満の軟化点を有する１つ以上の誘電材料のような、比較的低い軟化点を有する誘電体で形成することができる。単なる例として、基板１０２は、ソーダ石灰フロートガラス、低鉄フロートガラス、又は、少なくとも１０重量パーセントの酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含むガラスで形成することができる。他の例において、基板１０２は、フロートガラス又はホウケイ酸塩ガラスのような他の種類のガラスで形成することができる。代替的に、基板１０２は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は酸化アルミニウム（アルミナ、又はＡｌ２Ｏ３）のようなセラミックで形成される。他の実施形態において、基板１０２は、金属のような導電性材料で形成される。単なる例として、基板１０２は、ステンレススチール、アルミニウム又はチタンで形成することができる。
【００２０】
基板１０２は、電池１００の残りの層を機械に支持するのに充分な厚さを有しており、さらに、電池１００を製造及び取り扱う間に電池１００に機械的安定性及び熱安定性を与える。一実施形態において基板１０２の厚さは、少なくとも約０．７ミリメートル〜５．０ミリメートルである。単なる例として、基板１０２は、厚さ約２ミリメートルのフロートガラスの層とすることができる。代替的に、基板１０２は、厚さ約１．１ミリメートルのホウケイ酸ガラスの層とすることができる。他の実施形態において、基板１０２は、厚さ約３．３ミリメートルの、低鉄フロートガラス又は標準的なフロートガラスの層とすることができる。
【００２１】
テクスチャテンプレート層１１４は、基板１０２の上に堆積することができる。代替的に、このテンプレート層１１４が電池１００に含まれることはない。テンプレート層１１４は、電池１００においてテンプレート層１１４の上方に堆積させる１つ以上の層及び構成材にテクスチャを与える、管理された所定の三次元テクスチャを有する層である。一実施形態において、テクスチャテンプレート層１１４は、２０１０年４月１９日に提出された「光起電直電池及び薄膜シリコンの光捕捉を増強する方法(Photovoltaic  Cells  And  Methods  To  Enhance  Light  Trapping  In  Thin  Film  Silicon)」と題された同時係属中の米国特許出願番号第１２／７６２，８８０（８８０出願）に記載された実施形態の１つに従って堆積し、形成することができる。８８０出願に関して、本明細書に記載のテンプレート層１１４は、８８０出願に記載のテンプレート層１３６に類似するものであり、８８０出願に記載し図示した、配列した１以上の構造３００、４００、５００を有する。
【００２２】
図示した実施形態におけるテンプレート層１１４のテクスチャは、テンプレート層１１４の１以上の構造２００、３００、４００（図２〜図４に示す）により、形状及び寸法を定めることができる。テンプレート層１１４は、基板１０２上に堆積する。例えば、テンプレート層１１４は、基板１０２上に直接堆積することができる。
【００２３】
図２は、一実施形態によるテンプレート層１１４のピーク構造２００を概略的に示している。ピーク構造２００は、テンプレート層１１４の上の層に所定のテクスチャを与えるために、ピーク構造２００をテンプレート層１１４に作成する。ピーク構造２００は、テンプレート層１１４の上面２０２に沿った鋭いピークのようにみえるので、構造２００をピーク構造２００と称する。ピーク構造２００は、ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、ピッチ２０６、移行形状２０８及び底部幅（Ｗｂ）２１０を含む１つ以上のパラメータによって定められる。図２に示されているように、ピーク構造２００は、基材１０２から距離が遠くなるにつれて幅が短くなる形状として形成されている。例えば、ピーク構造２００は、基板１０２の位置又は基板１０２の近くに存在する底２１２からいくつかのピーク２１４の方向に行くにつれて寸法が小さくなる。ピーク構造２００は、図２の二次元図において三角形として示されているが、代替的に、三次元的にピラミッド又は円錐の形状とすることもできる。
【００２４】
ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４は、ピーク構造２００間の移行形状２０８からピーク２１４までの距離の平均値又は中央値を意味する。テンプレート層１１４は、例えば、ピーク２１４の底２１２まで又は移行形状２０８の領域まで、略平坦な層として堆積させることができる。ピーク２１４を形成するためにテンプレート層１１４を堆積し続けることができる。底２１２又は移行形状２０８とピーク２１４との間の距離を、ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４とすることができる。
【００２５】
ピッチ２０６は、２つのピーク構造２００のピーク２１４とピーク２１４との間の距離の平均値又は中央値を示す。ピッチ２０６は、２つ以上の方向において略同一とすることができる。例えば、ピッチ２０６は、基板１０２に対して平行に伸びる、２つの垂直方向において同一とすることができる。他の実施形態において、ピッチ２０６は異なる方向では異なることとすることができる。あるいは、ピッチ２０６は、隣接する２つのピーク構造２００の上の他の同様な２つの点の間の距離の平均値又は中央値を示すものであってもよい。移行形状２０８は、ピーク構造２００とピーク構造２００との間のテンプレート層１１４の上面２０２の一般的な形状である。図示した実施形態に示されているように、移行形状２０８は、平坦な「ファセット」の形状とすることができる。あるいは、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０は、ピーク構造２００とテンプレート層１１４の底２１２との間の界面においてピーク構造２００を横切る距離の平均値又は中央値である。底部幅（Ｗｂ）２１０は、２つ以上の方向において略同一とすることができる。例えば、底部幅（Ｗｂ）２１０は、基板１０２に対して平行に伸びる、２つの垂直方向において同一とすることができる。あるいは、底部幅（Ｗｂ）２１０は、異なる方向では異なる幅とすることができる。
【００２６】
図３は、一実施形態によるテンプレート層１１４の谷構造３００を示している。谷構造３００の形状は、図２に示されているピーク構造２００の形状とは異なるが、図２に関する上記パラメータの１つ又はそれ以上によって決定することができる。谷構造３００は、例えば、ピーク高さ（Ｈｐｋ）３０２、ピッチ３０４、移行形状３０６、及び底部幅（Ｗｂ）３０８により定めることができる。谷構造３００は、谷構造３００の上面３１０からテンプレート層１１４に伸びる凹部又はくぼみとして形成されている。谷構造３００は、図３の二次元図において放物形を有するものとして示されているが、三次元的に、円錐、ピラミッド、又は、放物面の形状を有していてもよい。実施において、谷構造３００は、理想的な放物線の形状とわずかに異なっていてもよい。
【００２７】
一般に、谷構造３００は、上面３１０から基材１０２の方向にテンプレート層１１４に伸びるくぼみを有する。谷構造３００は、２つの移行形状３０６の間に位置するテンプレート層１１４の低点３１２すなわち底へと伸びている。ピーク高さ（Ｈｐｋ）３０２は、上面３１０と低点３１２との間の距離の平均値又は中央値を示す。ピッチ３０４は、２つの谷構造３００の同じ位置又は共通する２つの位置の間の距離の平均値又は中央値を示す。ピッチ３０４は、例えば、２つの谷構造３００の間に伸びる移行形状３０６の中央点の間の距離であってもよい。ピッチ３０４は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。ピッチ３０４は、例えば、基板１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同じとすることができる。他の実施形態において、ピッチ３０４は、異なる方向では異なるピッチとすることができる。あるいは、ピッチ３０４は、２つの谷構造３００の２つの低点３１２の間の距離を表すものであってもよい。あるいは、ピッチ３０４は、隣接する２つの谷構造３００の上の他の同様な２つの点の間の距離の平均値又は中央値を表すものであってもよい。
【００２８】
移行形状３０６は、谷構造３００の間の上面３１０の一般的な形状である。図示されている実施形態に示されているように、移行形状３０６は、平坦な「ファセット」の形状とすることができる。あるいは、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）３０８は、隣接する２つの谷構造３００の低点３１２の間の距離の平均値又は中央値を示す。あるいは、底部幅（Ｗｂ）３０８は、２つの移行形状３０６の２つの中央点の間の距離を表すものであってもよい。底部幅（Ｗｂ）３０８は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。底部幅（Ｗｂ）３０８は、例えば、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同じとすることができる。あるいは、底部幅（Ｗｂ）３０８は、異なる方向では異なる幅とすることができる。
【００２９】
図４は、一実施形態によるテンプレート層１１４の円形構造４００を示している。円形構造４００の形状は、図２に示されているピーク構造２００の形状及び図３に示されている谷構造３００の形状とは異なるが、図２及び図３に関する上記パラメータの１つ以上によって定めることができる。円形構造４００は、例えば、ピーク高さ（Ｈｐｋ）４０２、ピッチ４０４、移行形状４０６及び底部幅（Ｗｂ）４０８によって定めることができる。円形構造４００は、テンプレート層１１４の上面４１４の突部であって、テンプレート層１１４の基層膜４１０から上方に伸びる突部として形成される。円形構造４００は、略放物線又は略円形の形状を有していてもよい。実施において、円形構造４００は、理想的な放物線の形状とはわずかに異なっていてもよい。円形構造４００は、図４の二次元図において放物線として示されているが、代替的に、円形構造４００は、放物面、ピラミッド又は円錐の三次元の形状であって、基板１０２から離れるように上方に伸びた形状としてもよい。
【００３０】
一般に、円形構造４００は、基層膜４１０から上方に、かつ、基板１０２から遠ざかるように円形の高点４１２又は円形の頂点の方に突出する。ピーク高さ（Ｈｐｋ）４０２は、基層膜４１０と高点４１２との間の距離の平均値又は中央値を示す。ピッチ４０４は、２つの円形構造４００の同じ位置又は共通する２つの位置の間の距離の平均値又は中央値を示す。ピッチ４０４は、例えば、２つの高点４１２の間の距離であってもよい。ピッチ４０４は、２以上の方向において略同一であってもよい。ピッチ４０４は、例えば、基板１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同一とすることができる。あるいは、ピッチ４０４は、異なる方向では異なっていてもよい。他の例において、ピッチ４０４は、円形構造４００の間に伸びる２つの移行形状４０６の２つの中央点の間の距離を表すものであってもよい。あるいは、ピッチ４０４は、隣接する２つの円形構造４００上の他の同様な２つの位置の間の距離の平均値又は中央値を表すものであってもよい。
【００３１】
移行形状４０６は、円形構造４００の間の上面４１４の一般的な形状である。図示した実施形態に示されているように、移行形状４０６は、平坦な「ファセット」の形状をとることができる。あるいは、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）４０８は、１つの円形構造４００の両側の２つの移行形状４０６の間の距離の平均値又は中央値を示す。あるいは、底部幅（Ｗｂ）４０８は、２つの移行形状４０６の２つの中央点の間の距離を表すものであってもよい。
【００３２】
一実施形態によれば、構造２００、３００、４００のピッチ２０４、３０２、４０２、及び／又は、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、約４００ナノメートル乃至約１５００ナノメートルである。
【００３３】
テンプレート層１１４の中の構造２００、３００、４００のパラメータは、ＰＶ電池１００（図１に示されている）が二重接合又は三重接合部の電池１００であるかどうか、及び／又は、上部層スタック１０６及び／又は下部層スタック１０８（図１に示されている）の中の半導体の膜又は層のどれが電流制限層であるかに応じて異なってもよい。例えば、上部シリコン層スタック１０６及び下部シリコン層スタック１０８は、Ｎ−Ｉ−Ｐ及び／又はＰ−Ｉ−Ｎのドープ非晶質又はドープ微晶質のシリコン層の２つ以上のスタックを含んでいてもよい。上述の１つ以上のパラメータは、Ｎ−Ｉ−Ｐ及び／又はＰ−Ｉ−Ｎスタック中の半導体層のどれが電流制限層であるかに基づいたものとすることができる。例えば、Ｎ−Ｉ−Ｐ及び／又はＰ−Ｉ−Ｎスタック中の層の１つ以上は、光がＰＶ電池１００にぶつかるときにＰＶ電池１００によって生じる電流の量を制限することができる。構造２００、３００、４００のパラメータの１つ以上は、これらの層のどれが電流制限層であるかに基づいていてもよい。
【００３４】
一実施形態において、ＰＶ電池１００（図１に示されている）が上部シリコン層スタック１０６及び／又は下部シリコン層スタック１０８の中に微晶質シリコン層を含んでおり、かつ、その微晶質シリコン層が上部シリコン層スタック１０６及び下部シリコン層スタック１０８の流制限層である場合には、その微晶質シリコン層より下のテンプレート層１１４の中の構造２００、３００、４００のピッチ２０６、３０４、４０４は、約５００ナノメートル〜１５００ナノメートルとすることができる。微晶質シリコン層は、約５００ナノメートル〜１５００ナノメートルの波長を有する赤外線に対応するエネルギーバンドギャップを有する。例えば、ピッチ２０６、４０４、５０４がこの波長にほぼ一致する場合には、構造２００、３００、４００は、５００ナノメートル〜１５００ナノメートルの波長を有する赤外線をより多く反射することができる。構造２００、３００、４００の移行形状２０８、３０６、４０６は、平坦なファセットであってもよい。また、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、ピッチ２０６、３０４、４０４の６０％乃至１００％とすることができる。ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２は、ピッチ２０６、３０４、４０４の２５％乃至７５％とすることができる。例えば、ピッチ２０６、３０４、４０４に対するピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２の比率により、上部シリコン層スタック１０６及び／又は下部シリコン層スタック１０８の中に他の比率に比べてより多くの光を戻すように反射するような、構造２００、３００、４００における散乱角を定めることができる。
【００３５】
他の例において、ＰＶ電池１００（図１に示されている)が、１つの非晶質シリコンである層スタック１０６又は１０８とその他の微晶質半導体層である層スタック１０６又は１０８とを含む場合には、テンプレート層１１４のピッチ２０６、３０４、４０４の範囲は、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８のどれが電流制限スタックであるかに基づいて変化させることができる。上部層スタック１０６が、微晶質のＮ−Ｉ−Ｐ又はＰ−Ｉ−Ｎのドープ半導体層スタックを含み、下部層スタック１０８が、非晶質のＮ−Ｉ−Ｐ又はＰ−Ｉ−Ｎのドープ半導体層スタックを含む場合は、ピッチ２０６、３０４、５０４は、約５００ナノメートル〜１５００ナノメートルとすることができる。一方、下部層スタック１０８が、電流制限スタックである場合は、ピッチ２０６、３０４、５０４は、約３５０ナノメートル〜１０００ナノメートルとすることができる。
【００３６】
図１に示されている電池１００の説明に戻ると、テンプレート層１１４は、８８０出願に記載されている実施形態の１つ以上に従って形成することができる。例えば、テンプレート層１１４は、基板１０２の上に非晶質シリコン層を堆積させ、その後、その非晶質シリコンの上面に置いた二酸化ケイ素球体による反応性イオンエッチングを使用して非晶質シリコンにテクスチャを形成することによって、形成することができる。あるいは、テンプレート層１１４は、基板１０２の上にアルミニウム及びタンタルの二重層をスパッタリングし、次に、テンプレート層１１４を陽極処理することによって形成することができる。他の実施形態において、テンプレート層は、凹凸フッ素ドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）の膜を、常圧化学堆積を使用して堆積させることによって形成することができる。テンプレート層１１４のこれらの膜の１つ以上は、アサヒガラス社又はピルキントンガラス(Pilkington  Glass)のような業者から入手することができる。他の実施形態において、テンプレート層１１４は、基板１０２に静電荷を付加し、次に、その帯電した基板１０２を反対に帯電した粒子が存在する環境に置くことによって形成することができる。静電力により、基板１０２に荷電粒子を引きつけることによってテンプレート層１１４を形成する。粒子は、次の堆積ステップにおいて、その粒子の上に粘着性の「接着剤」層（不図示）を堆積させることによって、又は、粒子及び基板１０２をアニーリングすることによって、基板１０２に永続的に付着する。微粒子材料の例には、炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、ダイヤモンド及びＣＶＤダイヤモンドなどのような、ファセットセラミックス及びダイヤモンド様物質粒子が含まれる。
【００３７】
下部電極層１１２は、テンプレート層１１４の上に堆積させる。下部電極層１１２は、導電性反射層１１６と導電性緩衝層１１８とで構成される。反射層１１６は、テンプレート層１１４の上に堆積させる。例えば、反射層１１６は、テンプレート層１１４の上に直接堆積させてもよい。反射層１１６は、テンプレート層１１４により決定される、テクスチャ化された上面１２０を有する。反射層１１６は、例えば、反射層１１６が大きさ及び／又は形状においてテンプレート層１１４の構造２００、３００、４００（図２乃至図４に示されている）に類似した構造となるように、テンプレート層１１４の上に堆積させてもよい。
【００３８】
反射層１１６は、銀及び／又はチタンのような、反射性の導電性材料を含んでもよいし、又は該材料で形成されてもよい。あるいは、反射層１１６は、アルミニウム又は銀若しくはアルミニウム又は銀を含む合金を含んでいてもよいし、又は、又は該材料で形成されてもよい。反射層１１６は、厚さが約１００ナノメートル〜３００ナノメートルであり、テンプレート層１１４の上に反射層１１６の材料をスパッタリングすることによって堆積させることができる。
【００３９】
反射層１１６は、上部活性シリコン層スタック１０６及び下部活性シリコン層スタック１０８の中へ上方に光を反射させるための導電層及び反射面を提供する。例えば、カバー層１０４に入射して上部活性シリコン層スタック１０６及び下部活性シリコン層スタック１０８を通る部分の光は、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８によって吸収されない可能性がある。この部分の光は、反射した光が上部層スタック１０６及び／又は下部層スタック１０８で吸収されるように、反射層１１６で反射して、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８の中に戻るようにすることができる。反射層１１６のテクスチャ化された上面１２０は、上部活性シリコン層スタック１０６及び下部活性シリコン層スタック１０８の中に光を部分的に又は完全に散乱することによって、吸収又は「補足」される光の量を増やす。ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２、ピッチ２０６、３０４、４０４、移行形状２０８、３０６、４０６、及び／又は底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８（図２乃至図４に示されている）は、入射光の波長の所望の又は所定の範囲に対して上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８の中に補足される光の量を増やすために、変更することができる。
【００４０】
緩衝層１１８は、反射層１１６の上に堆積させるものであり、反射層１１６の上に直接堆積させることができる。緩衝層１１８は、下部活性シリコン層スタック１０８に電気的な接触を与える。例えば、緩衝層１１８は、下部活性シリコン層スタック１０８の活性シリコン層と電気的に結合した透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）材料を含んでいてもよいし、又は、該材料から形成することができる。一実施形態において、緩衝層１１８は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、酸化亜鉛、及び／又はインジウムスズオキシドを含む、一実施形態において、緩衝層１１８は、ＳｎＯ２：Ｆを含む。緩衝層１１８は、約５０ナノメートル〜５００ナノメートルの厚さで堆積させることができるが、異なる厚さを用いてもよい。
【００４１】
一実施形態において、緩衝層１１８は、反射層１１６と下部活性シリコン層スタック１０８との間で化学的バッファとなる。例えば、緩衝層１１８は、電池１００の加工中及び製造中に反射層１１６による下部活性シリコン層スタック１０８に対する化学攻撃を防ぐことができる。緩衝層１１８は、下部層スタック１０８におけるシリコンの汚染を遅延又は防止し、下部層スタック１０８におけるプラズモン吸収ロスを低減することができる。
【００４２】
緩衝層１１８は、反射層１１６と下部活性シリコン層スタック１０８との間で光学的バッファとなる。例えば、緩衝層１１８は、反射層１１６で反射される所定の範囲の波長に基づく厚さで堆積させた光透過層とすることができる。緩衝層１１８の厚さは、特定の波長の光が、緩衝層１１８を通過し、反射層１１６に反射されて、緩衝層１１８を通って下部層スタック１０８の中へ戻るようにすることができる。単なる例として、緩衝層１１８は、約７５ナノメートル〜８０ナノメートルの厚さで堆積させることができる。
【００４３】
下部活性シリコン層スタック１０８は、緩衝層１１８の上方に堆積させるか、又は、緩衝層１１８の上に直接堆積させることができる。一実施形態において、下部層スタック１０８は、約１マイクロメートル〜３マイクロメートルの厚さで堆積させることができるが、下部層スタック１０８は、これとは異なる厚さで堆積させることもできる。下部層スタック１０８は、シリコンの３つの副層１２２、１２４、１２６を含む。一実施形態において、副層１２２、１２４、１２６は、それぞれ、ｎ−ドープ微晶質シリコン膜、真性微晶質シリコン膜、及び、ｐ−ドープ微晶質シリコン膜であり、比較的低い堆積温度でプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積させることができる。例えば、副層１２２、１２４、１２６は、約１６０℃〜２５０℃の範囲の温度で堆積させることができる。比較的低い堆積温度での副層１２２、１２４、１２６の堆積により、１つの副層１２２、１２４、１２６から他の副層１２２、１２４、１２６へのドーパントの拡散を低減することができる。加えて、副層１２２、１２４、１２６に比較的低い堆積温度を用いることで、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８中のそれぞれに内在する副層１２２、１２４、１２６からの水素放出を防ぐのを助けることができる。
【００４４】
あるいは、下層スタック１０８は、比較的高い堆積温度で堆積させることもできる。例えば、下層スタック１０８は、約２５０℃〜３５０℃の範囲内の温度で堆積させることができる。堆積温度が上昇するにつれて、下層スタック１０８中の平均粒子サイズが大きくなり、下部層スタック１０８における赤外線の吸収が増加する可能性がある。したがって、下部層スタック１０８においてシリコン結晶の平均粒子サイズを大きくするために、下部層スタック１０８をより高い温度で堆積させることができる。加えて、より高い温度で下部層スタック１０８を堆積させることは、その後の上部層スタック１０６の堆積中に、下部層スタック１０８を熱的により安定にすることができる。以下に説明するように、上部副層１２６は、ｐ−ドープシリコン膜であってもよい。そのような実施形態においては、約１５０℃〜２５０℃の範囲内の比較的低い温度で上部副層１２６を堆積させる一方で、約２５０℃〜３５０℃の範囲内の比較的高い堆積温度で下部副層１２２及び中間副層１２４を堆積させることができる。あるいは、上部副層１２６は、少なくとも１６０℃の温度で堆積させることができる。ｐ−ドープ上部副層１２６と真性中間副層１２４との間の相互拡散の量を低減するために、ｐ−ドープ副層１２６をより低い温度で堆積させる。あるいは、ｐ−ドープ上部副層１２６は、例えば、約２５０℃〜３５０℃のようなさらに高い堆積温度で堆積させる。
【００４５】
副層１２２、１２４、１２６は、少なくとも１０ナノメートルの平均粒子サイズを有することができる。他の実施形態において、副層１２２、１２４、１２６における平均粒子サイズは、少なくとも約２０ナノメートルである。あるいは、副層１２２、１２４、１２６における平均粒子サイズは、少なくとも約５０ナノメートルである。他の実施形態において、平均粒子サイズは、少なくとも約１００ナノメートルである。任意的に、平均粒子サイズは、少なくとも約１マイクロメートルとすることができる。副層１２２、１２４、１２６における平均粒子サイズは、様々な方法によって測定することができる。例えば、透過型電子顕微鏡（「ＴＥＭ」）を使用して平均粒子サイズを測定することができる。そのような一例において、副層１２２、１２４、１２６の薄いサンプルを得る。例えば、副層１２２、１２４、１２６の１つ以上のサンプルであって、約１マイクロメートル以下の厚さを有するサンプルを得る。電子ビームをサンプルに透過させる。サンプルの全体又は一部分を電子ビームで走査することができる。電子がサンプルを通過するとき、電子はサンプルの結晶構造と相互作用する。電子の透過経路はサンプルによって変化することがある。電子がサンプルを通過した後にその電子を集めて、集めた電子に基づいて画像を生成する。その画像は、サンプルの二次元表示を提供する。サンプル中の結晶粒子は、そのサンプルの非晶質部分とは異なるように見えることがある。この画像に基づいてサンプル中の結晶粒子の大きさを測定することができる。例えば、画像中に出現するいくつかの結晶粒子の表面積を測定して平均することができる。この平均値は、サンプルが得られた位置におけるそのサンプルの結晶粒子サイズの平均値である。この平均値は、例えば、サンプルを得た副層１２２、１２４、１２６における平均結晶粒子サイズとすることができる。
【００４６】
下部副層１２２は、ｎ−ドープシリコンの微晶質層であってもよい。一実施形態において、下部副層１２２は、約２〜３トールの真空圧力で、かつ、約５００〜１０００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）とホスフィン又は三水素化りん（ＰＨ３）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバにおいて堆積させる。下部副層１２２を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約２００〜３００の水素ガスに対して約１のシラン、約０．０１の部ホスフィンとすることができる。
【００４７】
中間副層１２４は、真性シリコンの微晶質層であってもよい。中間副層１２４は、例えば、ドープされていないか、又は１０１８／ｃｍ３未満のドーパント濃度を有するシリコンを含んでいてもよい。一実施形態において、中間副層１２４は、約９〜１０トールの真空圧力で、かつ、約２〜４キロワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバにおいて堆積させる。中間副層１２４を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約５０〜６５の水素ガスに対して約１のシランとすることができる。
【００４８】
上部副層１２６は、ｐ−ドープシリコンの微晶質層とすることができる。あるいは、上部副層１２６は、ｐ−ドープシリコンのプロト結晶層とすることができる。一実施形態において、上部副層１２６は、約２〜３トールの真空圧力で、かつ、約５００〜１０００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）とトリメチルホウ素（Ｂ(ＣＨ３)３又はＴＭＢ）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。上部副層１２６を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約２００〜３００の水素ガスに対して約１のシラン、約０．０１のホスフィンとすることができる。上部副層１２６のシリコンにホウ素をドープするためにＴＭＢを使用することができる。上部副層１２６のシリコンにドープするためにＴＭＢを使用することによって、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）のような異なる種類のドーパントを使用するよりも優れた熱安定性を与えることができる。例えば、シリコンをドープするためにＴＭＢを使用することによって、三フッ化ホウ素又はジボランを使用した場合と比較して、その後の層の堆積中に上部副層１２６から中間副層１２４などの隣接層の中へ拡散するホウ素をより少なくすることができる。単なる例として、上部副層１２６にドープするためにＴＭＢを使用することによって、上部副層１２６にドープするために三フッ化ホウ素又はジボランを使用する場合に比べて、上部層スタック１０６の堆積中に中間副層１２４の中へ拡散するホウ素を少なくすることができる。
【００４９】
３つの副層１２２、１２４、１２６がＮ−Ｉ−Ｐ接合部又は活性シリコン層のＮ−Ｉ−Ｐスタックを形成する。下部層スタック１０８と同様に、３つの副層１２２、１２４、１２６は、約１．１ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。あるいは、下部層スタック１０８は、異なるエネルギーバンドギャップを有することもできる。下部層スタック１０８は、以下に説明する通り、上部層スタック１０６とは異なるエネルギーバンドギャップを有することができる。上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８が異なるエネルギーバンドギャップを有することにより、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８は、異なる波長の入射光を吸収することができる。
【００５０】
一実施形態において、中間反射層１２８は、上部層スタック１０６と下部層スタック１０８との間に堆積させる。例えば、中間反射層１２８は、下部層スタック１０８の上に直接堆積させることができる。あるいは、電池１００に中間反射層１２８は含まれず、上部層スタック１０６が下部層スタック１０８上に堆積される。中間反射層１２８は光を部分的に反射させて上部層スタック１０６に向かわせ、光の一部を中間反射層１２８及び下部層スタック１０８を通り抜けさせる。例えば、中間反射層１２８は、電池１００に入射した、光の波長のスペクトルの部分スペクトルを反射させ上部層スタック１０６中に戻す。
【００５１】
中間反射層１２８は、部分反射材料を含むか、又は、該材料で形成される。中間反射層１２８は、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）、ドープシリコン酸化物又はドープシリコン窒化物から形成することができる。一実施形態において、中間反射層１２８は、厚さ約１０ナノメートル〜２００ナノメートルであるが、異なる厚さを使用することもできる。
【００５２】
上部活性シリコン層スタック１０６は、下部活性シリコン層スタック１０８の上に堆積させる。例えば上部層スタック１０６は、中間反射層１２８又は下部層スタック１０８上に直接堆積させることができる。一実施形態において、上部層スタック１０６は、厚さ約２００ナノメートル〜４００ナノメートルで堆積されるが上部層スタック１０６を異なる厚さで堆積させてもよい。上部層スタック１０６は、シリコンの３つの副層１３０、１３２、１３４を有する。
【００５３】
一実施形態において、副層１３０、１３２、１３４はそれぞれ、比較的低い堆積温度でプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積させた、ｎ−ドープの非晶質（ａ−Ｓｉ：Ｈ）シリコン膜、真性の非晶質（ａ−Ｓｉ：Ｈ）シリコン膜、及び、ｐ−ドープの非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜である。例えば、副層１３０、１３２、１３４は、約１８５℃〜２５０℃の温度で堆積させることができる。他の例において、副層１３０、１３２、１３４は、約１８５℃〜２２５℃の温度で堆積させることができる。代替的に、ｐ−ドープの副層１３４は、ｎ−ドープの副層１３０及び真性の副層１３２を堆積させる温度より低い温度で堆積させる。例えば、ｐ−ドープの副層１３４は、約１２０℃〜２００℃の温度で堆積させる一方、真性の副層１３２及び／又はｎ−ドープの副層１３０少なくとも２００℃の温度で堆積させる。単なる例として、真性の副層１３２及び／又は、ｎ−ドープの副層１３０約２５０℃〜３５０℃の温度で堆積させることができる。
【００５４】
副層１３０、１３２、１３４比較的低い堆積温度で堆積させることによって、下部層スタック１０８中の副層１２２、１２４１２６の間でのドーパントの相互拡散、及び／又は、上部層スタック１０６中の副層１３０、１３２、１３４の間でのドーパントの相互拡散を低減することができる。副層１２２、１２４、１２６の中及びこれらの間のドーパントの拡散、及び、副層１３０、１３２、１３４の中及びこれらの間のドーパントの拡散は、副層１２２、１２４、１２６、及び１３０、１３２、１３４を加熱する温度に基づく。例えば、副層１２２、１２４、１２６、１３０、１３２、１３４の間の相互拡散は、照射する温度が高くなるにつれて増大する。低い堆積温度を用いることにより、副層１２２、１２４、１２６の中、及び／又は副層１３０、１３２、１３４の中へのドーパントの拡散量が減少させることができる。所定の副層１２２、１２４、１２６、１３０、１３２、１３４において低い堆積温度を用いることにより、それぞれ上部層スタック１０６及び下部層スタック中の副層１２２、１２４、１２６、１３０、１３２、１３４に内在する水素放出を低減することができる。
【００５５】
副層１３０、１３２、１３４の、比較的低い堆積温度における堆積は、より高い堆積温度で堆積させた非晶質シリコン層と比較して、上部層スタック１０６のエネルギーバンドギャップを高めることができる。
【００５６】
あるいは、上部層スタック１０６は、比較的高い堆積温度で堆積させることができる。例えば、上部層スタック１０６は、約２５０℃〜３５０℃の温度で堆積させることができる。非晶質シリコンの堆積温度が上昇するにつれて、シリコンのエネルギーバンドギャップが減少する。例えば、層中にゲルマニウムが比較的少ないか又は全くない非晶質シリコン層として副層１３０、１３２、１３４を約２５０℃と３５０℃との間の温度で堆積させた場合、上部層スタック１０６のバンドギャップは、少なくとも１．６５ｅＶとなる。シリコン中のゲルマニウム含有量が０．０１％以下の非晶質シリコンで形成された上部層スタック１０６のバンドギャップは、１．６５ｅＶ〜１．８０ｅＶである。ゲルマニウム含有量は、上部層スタック１０６中のシリコンなどの他の材料に対する上部層スタック１０６中のゲルマニウムの割合又はパーセンテージを表すものとすることができる。上部層スタック１０６のバンドギャップを減少させることにより、副層１３０、１３２、１３４が入射光中の波長のスペクトルの多くの部分を吸収できるようにし、電気的に直列に相互に連結された複数の電池１００によって生じる電流を大きくすることができる。
【００５７】
比較的高い堆積温度で上部層スタック１０６を堆積させることは、上部層スタック１０６の水素含有量を測定することによって確認することができる。一実施形態において、上部層スタック１０６が約２５０℃以上の温度で堆積された場合は、上部層スタック１０６の最終的な水素含有量は約８原子パーセント未満である。上部層スタック１０６のサンプルはＳＩＭＳに入れられる。そして、そのサンプルをイオンビームでスパッタする。イオンビームはサンプルから二次イオンを放出させる。二次イオンを集めて質量分析計を使用して分析する。次いで、質量分析計によってサンプルの分子組成を決定する。質量分析計によってそのサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。
【００５８】
あるいは、フーリエ変換赤外分光法（「ＦＴＩＲ」）を使用して、上部層スタック１０６の最終水素濃度を測定することができる。ＦＴＩＲにおいて、次に、赤外線のビームを上部層スタック１０６のサンプルに通す。サンプルの分子構造及び種が異なれば、赤外線の吸収の程度も異なる。サンプル中の異なる分子種の相対濃度に基づいて、サンプル中の分子種のスペクトルが得られる。このスペクトルからサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。あるいは、いくつかのスペクトルを得て、このスペクトルのグループからサンプル中の水素の原子パーセントを決定する。
【００５９】
以下に説明するように、上部副層１３４は、ｐ−ドープシリコン膜であってもよい。そのような実施形態において、上部副層１３４は、約１５０℃〜２００℃の範囲内の比較的低い温度で堆積させる一方で、下部副層１３０及び中間副層１３２は、約２５０℃〜３５０℃の範囲内の比較的高い堆積温度で堆積させることができる。ｐ−ドープ上部副層１３４は、ｐ−ドープ上部副層１３４と真性中間副層１３２との間の相互拡散の量を減らすために、低い温度で堆積させる。低い温度でｐ−ドープ上部副層１３４を堆積させることによって、上部副層１３４のバンドギャップを高めることができ、及び／又は、上部副層１３４が可視光を透過しやすくするようにできる。
【００６０】
下部副層１３０は、ｎ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、下部副層１３０は、約１〜３トールの真空圧力で、かつ、約５００〜１０００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ２）とシラン（ＳｉＨ４）とホスフィン又は三水素化リン（ＰＨ３）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。下部副層１３０を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約２００〜３００の水素ガスに対して、約１のシラン、約０．０１部のホスフィンとすることができる。
【００６１】
中間副層１３２は、真性シリコンの非晶質層であってもよい。あるいは、中間副層１３２は、真性シリコンの多形性層であってもよい。一実施形態において、中間副層１３２は、約１〜３トルの真空圧力で、かつ、約２００〜４００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。中間副層１３２を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約４〜１２の水素ガスに対して約１のシランとすることができる。
【００６２】
一実施形態において、上部副層１３４は、ｐ−ドープシリコンのプロト結晶層である。あるいは、上部副層１３４は、ｐ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、上部副層１３４は、約２〜３トールの真空圧力で、かつ、約５００〜１０００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）と三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、ＴＭＢ又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。上部副層１３６を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約１００〜２０００の水素ガスに対して約１のシラン、約０．０１のドーパントガスであってもよい。
【００６３】
３つの副層１３０、１３２、１３４は、活性シリコン層のＮＩＰ接合部を形成する。３つの副層１３０、１３２、１３４は、下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップとは異なるエネルギーバンドギャップをもつ。例えば、上部層スタック１０６のエネルギーバンドギャップは、下部層スタック１０８より少なくとも約５０％大きくなることがある。他の例において、上部層スタック１０６は、下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップより少なくとも約６０％大きなエネルギーバンドギャップをもつことがある。あるいは、上部層スタック１０６は、下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップより少なくとも約４０％大きくなることがある。上部層スタック１０６と下部層スタック１０８との間でエネルギーバンドギャップが異なることにより、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８は異なる波長の入射光を吸収することができ、電池１００の入射光を電位及び／又は電流に変換する効率を増大させることができる。
【００６４】
上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップは、偏光解析法を使用して測定することができる。あるいは、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップを得るために、外部量子効率（ＥＱＥ）測定値を使用することができる。ＥＱＥ測定値は、半導体の層又は層スタックの上に入射する光の波長を変化させ、入射する光子を外部回路に届く電子に変換する際の、層又は層スタックの効率を測定することにより取得する。異なる波長において入射光を電子に変換する際の上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８の効率に基づいて、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップを導き出すことができる。例えば、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８のそれぞれは、上部層スタック１０６又は下部層スタック１０８のバンドギャップより大きいエネルギーを有する入射光を変換する場合は、別のエネルギーを有する光を変換する場合よりも、効率がよくなることがある。
【００６５】
上部電極層１１０は、上部層スタック１０６の上に堆積させる。例えば、上部電極層１１０は、上部層スタック１０６の上に直接堆積させることができる。上部電極層１１０は、導電性かつ光透過の材料を含むか、又は、該材料から形成される。例えば、上部電極層１１０は、透明な導電性酸化物から形成することができる。そのような材料の例には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、フッ素をドープした酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）、スズをドープしたインジウムオキシド（ＩＴＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ）が含まれる。上部電極層１１０は、様々な厚さで堆積させることができる。いくつかの実施形態において、上部電極層１１０は、厚さが約５０ナノメートルから２マイクロメートルである。
【００６６】
一実施形態において、上部電極層１１０は、厚さが６０ナノメートル〜９０ナノメートルのＩＴＯ又はＡｌ：ＺｎＯの層で形成される。上部電極層１１０は、電池１００の上部電極層１１０において反射防止（ＡＲ）効果を生じさせる厚さを有する導電性材料と光透過材料との両方として機能することができる。例えば、上部電極層１１０は、上部電極層１１０により反射され、電池１００の活性層から離れてゆく波長の光の割合を比較的少なくするよう入射光を反射させる一方で、伝播する波長の光の割合を比較的大きくするよう入射光を上部電極層１１０を通って伝播させるようにできる。単なる例として、上部電極層１１０は、１つ以上の波長の入射光の約５％以下を反射させてもよい。他の例においては、上部電極層１１０は、入射光の約３％以下を反射させてもよい。他の実施形態においては、上部電極層１１０は、入射光の約２％以下を反射させてもよい。さらに他の例においては、上部電極層１１０は、入射光の約０．５％以下を反射させてもよい。
【００６７】
上部電極層１１０の厚さは、上部電極層１１０を通って上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８へと伝搬する入射光の量を増加させるために調整することができる。比較的薄い上部電極層１１０のシート抵抗は、約２０〜５０オーム／スクエアのように比較的高くてもよいが、このように上部電極層１１０の比較的高いシート抵抗は、以下に説明する通り、上部電極層１１０の幅を減少させることにより補うことができる。
【００６８】
粘着層１３６は、上部電極層１１０の上に堆積させる。例えば、粘着層１３６は、上部電極層１１０の上に直接堆積させてもよい。あるいは、粘着層１３６は電池１００に含まれない。粘着層１３６は、カバー層１０４を上部電極層１１０に固定する。粘着層１３６は、電池１００の中へ湿気が進入するのを防ぐことができる。粘着層１３６は、例えば、ポリビニルブチラール「ＰＶＢ」、ｓｕｒｌｙｎ（サーリン）、又は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）共重合体などの材料を含むことができる。
【００６９】
カバー層１０４は粘着層１３６の上に配置される。あるいは、カバー層１０４は、上部電極層１１０の上に配置される。カバー層１０４は、光透過材料を含むか又は光透過材料で形成される。一実施形態において、カバー層１０４は１枚の強化ガラスである。カバー層１０４において強化ガラスを使用することによって、電池１００を物理的なダメージから保護するのを助けることができる。例えば、強化ガラスカバー層１０４は、雹や他の環境ダメージから電池１００を保護するのに役立てることができる。他の実施形態において、カバー層１０４は、ソーダ石灰ガラス、低鉄強化ガラス又は低鉄焼きなましガラスのシートである。透明の高い低鉄ガラスカバー層１０４を使用することにより、シリコン層スタック１０６及び１０８への光の透過を高めることができる。選択的に、カバー層１０４の上部に反射防止（ＡＲ）コーティング（図示せず）を設けることができる。
【００７０】
図５は、一実施形態による基材構造の光起電装置５００の概略図、及び、その装置５００の拡大図５０２である。この装置５００は、互いに電気的に直列に結合された複数の光起電力電池５０４を含む。この電池５０４は、電池１００（図１に示されている）に類似するものであってもよい。例えば、それぞれの電池５０４は、それぞれ、異なる波長スペクトル部分の光を吸収するタンデム型配置を有していてもよい。図１の概略図は、図５の線１−１に沿った装置５００の横断面図である。装置５００は、互いに電気的に直列に接続された多数の電池５０４を含んでいてもよい。単なる例として、装置５００は、２５個、５０個、１００個、又は、さらに多くの、互いに直接に接続された電池５０４を有していてもよい。最も外側の電池５０４のそれぞれは、複数のリード５０６、５０８の１つに電気的に接続されていてもよい。リード５０６及び５０８は、装置５００の両側の端部５１０と５１２との間に延在する。リード５０６及び５０８は、外部の電気負荷５４２に接続される。装置５００によって生じる電流は、外部の負荷５４２に流される。
【００７１】
上述したように、電池５０４のそれぞれは、いくつかの層を含む。例えば、電池５０４のそれぞれは、基板１０２（図１に示されている）に類似した基板５１２、下部電極層１１２（図１に示されている）に類似した下部電極層５１４、半導体材料のタンデム型層スタック５１６、上部電極層１１２（図１に示されている）に類似した上部電極層５１８、直列シリコン層スタック５１６、上部電極層１１０（図１に示されている)に類似した上部電極層５１８、粘着層１３６（図１に示されている）に類似した粘着層５２０、及び、カバー層１０４（図１に示されている）に類似したカバー層５２２を含む。直列シリコン層スタック５１６は、装置５００に入射する光の波長のスペクトルの異なる部分をそれぞれ吸収又は捕捉する活性シリコン層の上部と下部の接合体スタックを含んでいてもよい。例えば、タンデム型層スタック５１６は、上部活性シリコン層スタック１０６（図１に示されている）に類似した上部層スタック、及び、下部活性シリコン層スタック１０８（図１に示されている）に類似した下部層スタックを含んでいてもよい。タンデム型層スタック５１６中の上部層スタック及び下部層スタックは、中間反射層１２８（図１に示されている)に類似した中間反射層により、お互いに分離していてもよい。
【００７２】
１つの電池５０４の上部電極層５１８は、近隣の又は隣接する電池１００の下部電極層５１４と電気的に接続されている。上述したように、上部電極層５１８及び下部電極層５１４における電子及び正孔の集合は、電池５０４のそれぞれにおいて電位差を生じさせる。電池５０４における電位差は、装置５００の複数の電池５０４にわたる累積的なものであろう。電子及び正孔は、１つの電池５０４の上部電極層５１８及び下部電極層５１４を通って、隣接する電池５０４の対向電極層５１８、５１４へ流れる。例えば、光がタンデム型層スタック５１６に当たったときに、第１の電池５０４の中の電子が下部電極層５１４に流れたならば、その電子は、次に、第１の電池５０４の下部電極層５１４を通って、第１の電池５０４に隣接する第２の電池５０４の上部電極層５１８へ流れる。同様に、正孔が第１の電池５０４の上部電極層５１８へ流れる場合には、その正孔は、第１の電池５０４の上部電極層５１８から第２の電池５０４の下部電極層５１４へ流れる。電流及び電圧は、上部電極層５１８及び下部電極層５１４を通った電子及び正孔の流れによって生じる。電流は外部荷重５４２に流れる。
【００７３】
装置５００は、２００９年９月２９日に提出された「モノリシック構造の統合されたソーラーモジュール（Monolithically-Integrated  Solar  Module）」（'５１０出願」）と題された同時係属中の米国出願番号第１２／５６９，５１０に記載されている１つ又はそれ以上の実施形態に類似した一体的に統合されたソーラーモジュールであってもよい。'５１０出願の全開示内容は、参照として本明細書に組み込まれるものとする。例えば、装置５００の中の下部電極層５１４及び上部電極層５１８の形状、並びに、タンデム型層スタック５１６を作るために、'５１０出願に記載されているようなモノリシック構造の統合されたモジュールとして装置５００を作成することができる。一実施形態において、下部電極層５１４の一部分は、下部分離ギャップ５２４を作るために除去される。下部電極層５１４の一部分は、下部電極層５１４に対してパターニング技術を使用して除去することができる。下部分離ギャップ５２４を作るために、例えば、下部電極層５１４において下部分離ギャップ５２４を削るレーザー光を使用することができる。下部分離ギャップ５２４を作るために下部電極層５１４の一部分を除去した後に、下部電極層５１４の残りの部分は、拡大図５０２の平面に対して横方向に延在する線形の細長片として配置される。
【００７４】
タンデム型層スタック５１６は、タンデム型層スタック５１６が下部分離ギャップ５２４を埋めるように、下部電極層５１４の上に堆積させる。その後、タンデム型層スタック５１６の一部分を除去して、タンデム型層スタック５１６の中に中間層ギャップ５２６を設けるために、タンデム型層スタック５１６を、レーザー光線のようなエネルギーを集束させたビームに暴露させる。中間層ギャップ５２６は、隣接する電池５０４のタンデム型層スタック５１６を分離する。中間層ギャップ５２６を作るためにタンデム型層スタック５１６の一部分を除去した後に、タンデム型層スタック５１６の残りの部分は、拡大図５０２の平面に対して横方向に延在する直鎖細長片として配置される。
【００７５】
上部電極層５１８は、タンデム型層スタック５１６に、及び、中間層ギャップ５２６における下部電極層５１４に堆積させる。一実施形態においては、反射防止（ＡＲ）効果が得られるように調節又は調整された厚さを有する、比較的薄い上部電極層５１８を堆積させることによって、装置５００の変換効率を高めることができる。例えば、上部電極層５１８の厚さ５３８は、上部電極層５１８を通ってタンデム型層スタック５１６の中へ透過する可視光の量が増えるように調節することができる。上部電極層５１８を通って透過する可視光の量は、入射光の波長及び上部電極層５１８の厚さによって変化する。上部電極層５１８の厚さを、１つの波長の光は他の波長の光より多く上部電極層５１８を通って伝播するように定めることができる。単なる例として、上部電極層５１８は、約６０ナノメートル〜９０ナノメートルの厚さで堆積させることができる。
【００７６】
ＰＶ装置５００により生じる全電力を高めることに関して、上部電極層５１８を薄くすることにより得られる反射防止効果により出力電力が増加するので、上部電極層５１８で生じることがあるエネルギー損失のすべてではないまでも、少なくとも一部のエネルギー損失を十分に打ち消すことができる。例えば、電池５０４により生じる光電流のＩ２Ｒ損失の内のいくらかは、上部電極層５１８の抵抗により、比較的薄い上部電極層５１８にて生じるかもしれない。しかし、光電流の量が増加するのは、上部電極層５１８を通り抜ける入射光の量を増加させる波長の入射光に基づいて定めた厚さの上部電極層５１８により生じた光電流だからかもしれない。光電流の量が増加するのは、上部電極層５１８を通り抜ける入射光の量が増えたことによる結果であろう。光電流の増加により、薄い上部電極層５１８の比較的高いシート抵抗によるＩ２Ｒ電力損失を克服又は補償することができる。
【００７７】
単なる例として、タンデム型層スタック５１６中に１つの非晶質シリコン接合部層スタックと１つの微晶質シリコン接合部とを連続して積み重ねた電池５０４において、約１．２５〜１．５ボルトの出力電圧と、１平方センチメートル当たり約１０〜１５ミリアンペアの範囲の電流密度を得ることができる。上部電極層５１８が比較的高いシート抵抗を持っていたとしても、電池５０４の幅５４０を増加することができるので、電池５０４の薄い上部電極層５１８でのＩ２Ｒ損失は十分小さくすることができる。例えば、上部電極層５１８のシート抵抗が、約１５〜３０オーム／スクエア以上のように、１０オーム／スクエア以上であっても、電池５０４の幅５４０が約０．４〜１センチメートルに増やすことができる。装置５００において電池５０４の幅５４０を制御することができるので、薄い上部電極層５１８の上部に導電グリッドを追加又は使用することなく、上部電極層５１８におけるＩ２Ｒ電力損失を低減することができる。
【００７８】
上部電極層５１８の一部分は、上部電極層５１８の中に上部分離ギャップ５２８を作るために除去される。上部分離ギャップ５２８は、電池５０４に隣接する上部電極層５１８の一部を電気的に分離する。上部分離ギャップ５２８は、レーザー光のようなエネルギー収束ビームに上部電極層５１８を暴露することにより作ることができる。上部分離ギャップ５２８の近傍にあるタンデム型層スタック５１６の結晶化度を、エネルギー収束ビームにより局所的に増大させることができる。例えば、上部電極層５１８と下部電極層５１４との間に伸びる垂直部分５３０におけるタンデム型層スタック５１６の結晶化の割合を、エネルギー収束ビームに暴露することにより増大させることができる。加えて、エネルギー収束ビームにより、タンデム型層スタック５１６内のドーパントの拡散を生じさせることができる。タンデム型層スタック５１６の垂直部分５３０は、上部電極層５１８と下部電極層５１４との間で、かつ、上部電極層５１８の左端５３４の下部に配置される。図５に示すように、上部電極層５１８の各ギャップ５２８は、この左端５３４と隣の電池５０４における上部電極層５１８の右端で囲まれている。
【００７９】
タンデム型層スタック５１６と垂直部分５３０の結晶化の割合は様々な方法によって測定することができる。例えば、タンデム型層スタック５１６と垂直部分５３０とにおける、結晶質材料に対する非晶質材料の相対的な体積の比較を得るために、例えば、ラマン分光法を使用することができる。試験を行うことが求められるタンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０の１つ以上を、例えば、レーザー装置からの単色光に暴露させることができる。タンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０の化学物質含有量及び結晶構造に応じて単色光が散乱することになる。光が散乱さするときに、光の周波数（及び波長）が変化する。例えば、散乱光の周波数がずれることがある。散乱光の周波数を測定及び分析する。散乱された光の強度及び／又は周波数のずれに基づいて、試験を行っているタンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０の非晶質材料及び結晶質材料の相対的な体積を決定することができる。これらの相対的な体積に基づいて、検査しているタンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０における結晶化の割合を測定することができる。タンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０のいくつかのサンプルを試験する場合には、この結晶化の割合は、測定したいくつかの結晶化の割合の平均値であってもよい。
【００８０】
他の例において、タンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０の結晶化の割合を測定するために、複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の１つ以上のＴＥＭ画像を得ることができる。検査しているタンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０の１枚以上の薄片を得る。各ＴＥＭ画像中の結晶質材料を表す表面積の割合を各ＴＥＭ画像について測定する。次に、検査しているタンデム型層スタック５１６及び垂直部分５３０における結晶化の割合を測定するために、ＴＥＭ画像中のその結晶質材料の割合を平均化することができる。
【００８１】
一実施形態において、タンデム型層スタック５１６の残りの部分と比較して高められた垂直部分５３０の結晶化度及び／又は拡散は、図５に示されている図形中のタンデム型層スタック５１６の厚さの端から端まで垂直に延在する内臓型バイパスダイオード５３２を形成する。例えば、垂直部分５３０の中のタンデム型層スタック５１６の結晶化の割合及び／又は相互拡散を、タンデム型層スタック５１６の残り部分における結晶化の割合及び／又は相互拡散より大きくすることができる。エネルギー集束ビームのエネルギー及びパルス幅の制御を通じて、個々の電池５０４において電気的短絡を生じさせることなく、個々の電池５０４のいたるところに、内臓型バイパスダイオード５３２を形成することができる。内臓型バイパスダイオード５３２は、装置５００中の電池のいたるところに電気的バイパスを提供する。
【００８２】
内臓型バイパスダイオード５３２がなければ、他の電池５０４が光に暴露されている間に、陰になっているか又はもはや光に暴露されていない電池５０４は、暴露されている電池５０４によって生じる電圧によって逆バイアスされる可能性がある。例えば、光に暴露された電池５０４によって生じる電圧は、陰になった電池５０４の上部電極層５１８及び下部電極層５１４において、陰になった電池５０４の両端で高まる可能性がある。結果として、陰になった電池５０４の温度が上昇し、その陰になった電池５０４の温度が著しく上昇する場合には、その陰になった電池５０４が永続的に破損及び／又は灰になってしまう可能性がある。加えて、内臓型バイパスダイオード５３２を具備しない陰になった電池５０４は、装置５００全体で電圧又は電流が生じることを妨げる可能性がある。
【００８３】
内臓型バイパスダイオード５３２により、光に暴露された電池５０４によって生じる電位は、陰になった電池５０４の上部分離ギャップ５２８の両端に形成されたバイパスダイオード５３２を通って、陰になった電池５０４を迂回することができる。タンデム型層スタック５１６の結晶化度が高められた部分５３０、び／又は、上部電極層５１８と複数層スタック５１６との間の複数層スタック５１６の部分５３０の高められた結晶化度、及び／又は、上部電極層５１８と複数層スタック５１６の中の部分５３０との間の相互拡散により、陰になった電池５０４が逆バイアスされたときに電流が通過するための経路ができる。例えば、バイパスダイオード５３２は、逆バイアスにおいて陰になった電池５０４の大部分よりも低い電気抵抗特性を有するので、陰になった電池５０４の両端の逆バイアスは、バイパスダイオード５３２を通って消散させることができる。
【００８４】
内臓型バイパスダイオードの有無は、個々の電池５０４を遮光する前と後における装置５００の電気出力を比較することによって判断することができる。例えば、装置５００に光を当てて、装置５００によって生じる電圧を測定する。１つ又はそれ以上の電池５０４を遮光しながら、残りの電池５０４に光を当てることができる。装置５００は、リード５０６、５０８を連結することによって短絡させることができる。そして、１時間のような所定時間にわたって装置５００を光に暴露することができる。その後、遮光した電池５０４と遮光しなかった電池５０４との両方に再度光を当てて、装置５００によって生じる電位を測定する。電池５０４の遮光前後における電位差が約１００ミリボルト以内である場合には、装置５００が内臓型バイパスダイオード５３２を含んでいる可能性がある。あるいは、電池５０４を遮光した後の電位が電池５０４を遮光する前の電位より約２００ミリボルト〜１５００ミリボルトぐらい低い場合には、装置５００は、内臓型バイパスダイオード５３２を含んでいない可能性がある。他の実施形態において、特定の電池５０４が内臓型バイパスダイオード５３２を有するかどうかは、電池５０４を電気的に調べることによって判断することができる。光が当らなくて電池５０４が逆バイアスされたときに、その電池５０４が可逆的で非永続的なダイオード降伏を示す場合には、その電池５０４は、内臓型バイパスダイオード５３２を含む。例えば、光を当てずに約−５〜−８ボルトの逆バイアスを電池５０４の上部電極層５１４及び下部電極層５１８の両端にかけたときに、電池５０４が平方センチメートル当たり約１０ミリアンペアを超えるリーク電流を示す場合には、その電池５０４が内臓型バイパスダイオード５３２を含む。
【００８５】
図６は、一実施形態による光起電力装置を製造するプロセス６００のフロー
チャートである。６０２において基板を提供する。例えば、基板１０２（図１に示されている）のような基板を提供することができる。６０４において基板の上にテンプレート層を堆積させる。例えば、基板１０２の上にテンプレート層１１４（図１に示されている）を堆積させることができる。あるいは、プロセス６００のフローは、光起電力装置がテンプレート層を含まないようにするように、経路６０６に沿って６０４を迂回することができる。６０８においてテンプレート層又は基板の上に下部電極層を堆積させる。例えば、テンプレート層１１４又は基材１０２の上に下部電極層１１２（図１に示されている）を堆積させることができる。
【００８６】
６１０において、装置中の各電池の下部電極層を互いから分離するために、下部電極層の一部分を除去する。上述したように、レーザー光線のようなエネルギー集束ビームを使用して下部電極層の一部分を除去することができる。６１２において下部活性シリコン層スタックを堆積させる。例えば、下部電極層１１２（図１に示されている）の上に、下部層スタック１０８（図１に示されている）のようなシリコン層のＮ−Ｉ−Ｐ下部スタックを堆積させることができる。６１４において下部層スタックの上に中間反射層を堆積させる。例えば、下部層スタック１０６の上に中間反射層１２８（図１に示されている）を堆積させることができる。あるいは、プロセス６００のフローは、６１４における中間反射層の堆積を経路６１６に沿って迂回する。６１８において中間反射層又は下部層スタックの上に、活性シリコン層スタックを堆積させることができる。例えば、一実施形態において、中間反射層１２８の上に上部層スタック１０６（図１に示されている）を堆積させる。あるいは、下部層スタックの上に、上部層スタック１０６を堆積させる。
【００８７】
６２０において、装置中の隣接する電池の間において上部層スタック及び下部層スタックの一部分を除去する。例えば、上述したように、隣接する電池５０４（図５に示されている）の間において、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８（図１に示されている）の一部分を除去することができる。６２２において、上部層スタック及び下部層スタックの上に上部電極層を堆積させる。例えば、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８の上に上部電極層１１０（図１に示されている）を堆積させることができる。６２４において、上部電極層の一部分を除去する。例えば、装置５００（図５に示されている）内の隣接する電池５０４の上層電極層１１０を互いから分離するために、上部電極層１１０の一部分を除去する。上述したように、上部電極層１１０の一部分を除去することによって、上部層スタック１０６内に内臓型バイパスダイオードを形成することができる。
【００８８】
６２６において、装置内の最も外側の電池に導電リードを電気的に接続する。例えば、装置５００（図５に示されている）内の最も外側の電池５０４（図５に示されている）とリード５０６、５０８（図５に示されている）を電気的に接続することができる。６２８において、上部電極層の上に粘着層を堆積させる。例えば、上部電極層１１０（図１に示されている）の上に粘着層１３６（図１に示されている）を堆積させることができる。６３０において、粘着層にカバー層を貼り付ける。例えば、粘着層１３６によって、カバー層１０４（図１に示されている）を、電池１００（図１に示されている）の、内在する層及び構成材に連結することができる。６３２において、装置にジョイントボックスを取り付ける。例えば、装置５００から１つ以上のコネクタへ電圧及び／又は電流を送るように構成されたジョイントボックスを、装置５００に取り付けて電気的に接続することができる。
【００８９】
図７は、光起電力装置７００の概略図、及び他の実施形態による装置７００の拡大図である。装置７００は、相互に電気的に直列接続された複数の光起電力電池７０４を含む。電池７０４は、電池１００及び／又は電池５０４（図１および図５に示されている）に類似するものとすることができる。例えば、各電池７０４は、各々異なるスペクトル波長部分の光を吸収する活性半導体層又は接合部である上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８（図１に示されている）のタンデム型構成を有することができる。あるいは、各電池７０４は、光を吸収する単一の半導体層又は接合部を有することもできる。図１に示した概略説明図は、図７の線１−１に沿った断面図である。
【００９０】
装置７００は、相互に電気的に直列接続された多数の電池７０４を含む。単なる例として、装置７００は、相互に直列接続された、２５、又は５０、又は１００以上の電池７０４を有することができる。最も外側の電池７０４の各々に複数のリード線７０６、７０８の一方を電気的に接続することもできる。リード線７０６、７０８は、リード線５０６、５０８（図５に示されている）に類似したものであり、装置７００の両端７１０、７１２間の、装置７００の長さ方向７２４に平行な方向に伸びるものとすることができる。リード線７０６、７０８は、装置７００の両端７２８、７３０に沿ってリード線７０６、７０８が伸びるように、装置７００の幅方向７２６に沿って相互に分離されている。リード線７０６、７０８は、外部の電気負荷７０２に接続される。装置５００で生じた電流は外部負荷５４２に流される。
【００９１】
電池７０４には、光起電力装置７００中に、相互に堆積方向７３２に積み重ねられたいくつかの層が含まれる。堆積方向７３２は、光起電力装置７００中の種々の層又は構成要素が堆積される方向、及び／又は、光起電力装置７００が受光する光の方向を表すことができる。図解した実施形態において、これらの層には、基板７１２、下部電極層７１４、半導体層７１６、上部電極層７１８、粘着層７２０、及びカバー層７２２が含まれる。基板７１２は、基板１０２（図１に示されている）、及び／又は、基板５１２（図５に示されている）に類似したものとすることができる。下部電極層７１４は、下部電極層１１２（図１に示されている）、及び／又は、下部電極層５１４（図５に示されている）に類似したものとすることができる。半導体層７１６は、直列シリコン層スタック５１６（図５に示されている）に類似したものとすることができる。あるいは、半導体層７１６は、は、層スタック５１６とは異なる数の層又は接合部を有することができ、及び／又は、層スタック５１６とは異なる半導体材料で形成することができる。上部電極層７１８は上部電極層１１０（図１に示されている）、及び／又は、上部電極層５１８（図５に示されている）に類似するものとすることができる。粘着層７２０は、粘着層１３６（図１に示されている）、及び／又は、粘着層５２０（図５に示されている）に類似するものとすることができる。カバー層７２２は、カバー層１０４（図１に示されている）、及び／又は、カバー層５２２（図５に示されている）に類似するものとすることができる。
【００９２】
装置５００（図５に示されている）と同様に、'５１０出願に記載された実施形態の１つ以上と類似するモノリシック構造の統合されたソーラーモジュールとすることができる。例えば、下部電極層７１４、上部電極層７１８、及び半導体層７１６の形状を作るために、装置７００は、'５１０出願に記載されたモノリシック構造の統合されたソーラーモジュールとして製造することができる。一実施形態において、下部電極層７１４の一部は、下部電極層７１４内の下部分離ギャップ７３４を作り出すために取り除かれる。下部電極層７１４の一部は、下部電極層７１４にパターニング技法を用いて取り除くことができる。下部分離ギャップ７３４は、下部電極層７１４を相互に電気的に分離又は絶縁された部分に分割し、下部電極層７１４のこの部分は、各々異なる電池７０４に生じるようにすることができる。例えば、レーザー光を下部分離ギャップ７３４を作り出すために用いることができる。図解した実施形態において、下部電極層７１４の一部を取り除き下部分離ギャップ７３４を作り出した後、下部電極層７１４の残りの部分は、長さ方向７２４に平行な方向に伸びる直線状のストリップとして配置される。
【００９３】
半導体層７１６は、図７に示すように、下部分離ギャップ７３４に半導体層７１６を満たすように下部電極層７１４の上に堆積させる。次いで、半導体層スタック７１６にスクライビング又はエッチングを行って、中間層分離ギャップ７３６を作り出す。中間層分離ギャップ７３６は、レーザー光のような、エネルギー集束ビームに半導体層スタック７１６を暴露することにより形成することができる。レーザー光は、光起電力装置７１６の、１以上の他の層又は構成要素より、半導体層スタック７１６に吸収される波長を有することができる。例えば、レーザー光の波長は３５５ナノメートル又は１０６４ナノメートルとすることができる。
【００９４】
レーザー光により、半導体層スタック７１６の一部分を取り除き、半導体層スタック７１６を相互に分離された部分に分割し、半導体層スタック７１６のこの部分が、各々異なる電池７０４に現れるようにする。図解した実施形態において、半導体層スタック７１６の一部分を取り除き中間層分離ギャップ７３６を作り出した後、半導体層スタック７１６の残りの部分は、長さ方向７２４に平行な方向に伸びる直線状のストリップとして配置される。
【００９５】
上部電極層７１８は、半導体層７１６上及び中間層ギャップ７３６内の下部電極層７１４上に堆積される。一実施形態において、上部電極層７１８の厚さ寸法７３８は、装置７００が受光する入射光の１以上の波長に基づく。例えば、堆積方向７３２に平行な方向に測定した上部電極層７１８の厚さ寸法７３８は、半導体層７１６により吸収される光の波長に基づく。一実施形態において、半導体層７１６は、入射光の波長を吸収する１つ以上のエネルギーバンドギャップを有する１つ以上の薄膜を含む。結果として、厚さ寸法７３８は、半導体層７１６のバンドギャップに基づくことができる。
【００９６】
上部電極層７１８は、図７に示すように上部電極層７１８が中間層分離ギャップ７３６を満たすように、半導体層７１６上に堆積させることができる。次いで、上部電極層７１８にスクライビング又はエッチングを行って、上部分離ギャップ７４０を作り出す。上部分離ギャップ７４０は、レーザー光のようなエネルギー集束ビームに上部電極層７１８を暴露することにより形成売ることができる。レーザー光により、上部電極層７１８の一部分を取り除き、上部電極層７１８を相互に分離された部分に分割し、上部電極層７１８のこの部分が、各々異なる電池７０４に現れるようにする。図解した実施形態において、上部電極層７１８の一部分を取り除き上部分離ギャップ７４０を作り出した後、上部電極層７１８の残りの部分は、長さ方向７２４に平行な方向に伸びる直線状のストリップとして配置される。粘着層７２０及びカバー層７２２は、図７に示すように、上部電極層７１８の上に用意される。
【００９７】
図８は、一実施形態による光起電力装置７００の１以上の分離ギャップ７３４、７３６、７４０（図７に示されている）を作り出すためのスクライビングシステム８００の透視図である。スクライビングシステム８００には、電源８０２と制御モジュール８０４とが含まれている。電源８０２は、エネルギー集束ビーム８０６を照射し、下部電極層７１４、半導体層７１６、及び／又は、上部電極層７１８の１以上の部分を取り除く。一実施形態において、電源８０２は、光起電力装置７００に向けて、エネルギー集束ビーム８０６としてのレーザービームを照射するレーザー光源である。制御モジュール８０４は、電源８０２を制御することのできる装置である。例えば、制御モジュール８０４は、オペレーターからの入力を受け、電源８０２をオン・オフし、及び／又は、少なくとも１つの電源８０２又は光起電力装置７００を、相手方に対して相対的に動かす、コンピュータによる処理装置とすることができる。
【００９８】
図８には、上部分離ギャップ７４０を作り出すために上部電極層７１８の一部を取り除くことが示されている。上部分離ギャップ７４０を作り出すために電源８０２は、エネルギー集束ビーム８０６を照射し、電源８０２又は光起電力装置７００のうちの少なくとも１つは、相手方に対して相対的に動く。例えば、コンベア又は他の装置により、光起電力装置７００を電源８０２に対して相対的に動かすことができる。光起電力装置７００、及び／又は、電源８０２が相手方に対して相対的に動いている間、電源８０２は連続的にエネルギー集束ビーム８０６を照射することができる。電源８０２がエネルギーのビーム８０４を照射している間に、電源８０２、及び／又は、光起電力装置７００が動くことより、上部電極層７１８中に連続的にスクライブライン８０８を形成することができる。スクライブライン８０８が、図７及び図８に示す上部分離ギャップ７４０を形成する。
【００９９】
スクライブライン８０８が「連続的に」と称されるのは、一実施形態では、スクライブライン８０８が少なくとも一方向に伸びてゆくからである。例えば、スクライブライン８０８は、光起電力装置の後側７１２から光起電力装置７００の前側７１０に、長さ方向７２４に概ね平行な方向に伸ばすことができる。あるいは、連続的なスクライブライン８０８は、前側７１０と後側７１２との間の短い距離に、及び／又は、異なる方向に、伸ばすことができる。他の実施形態において、スクライブライン８０８は不連続とすることができる。例えばスクライブライン８０８は、１つの側７１０から他の側７１２に引き伸ばさないことも可能であり、１つ以上の方向に伸ばさないようにすることもできる。
【０１００】
図９は、一実施形態によるスクライビングシステム８００の透視図である。上述のように、上部電極層７１８に上部分離ギャップ７４０に形成するクライブライン８０８を連続的に作り出すものとして、図８にスクライビングシステム８００が示されている。レーザー光のようなエネルギー集束ビーム９００を照射しスクライブマーク９０２を作り出すものとして、スクライビングシステム８００が図９に示されている。スクライブライン８０８と同様に、電源８０２がエネルギーのビーム９００を光起電力装置７００に向けたときスクライブマーク９０２が形成される。連続的なスクライブライン８０８及び離散的なスクライブマーク９０２を形成するために用いるエネルギー集束ビーム８０６、９００（図８及び図９に示されている）の波長又はエネルギー、お互いに同じとすることも異なるものとすることもできる。
【０１０１】
図９において、光起電力装置７００の離散的な別々の領域を露出させ、スクライブマーク９０２を形成する、スクライビングシステム８００が示されている。例えば、電源８０２は、電源８０２、及び／又は、光起電力装置７００を相手方に対して相対的に動かすことなく、光起電力装置７００に向けてエネルギー集束ビーム９００を照射することができる。例えば、エネルギー集束ビーム８０６（図８に示されている）はスクライブライン８０８内の上部電極層７１８を取り除き、スクライブライン８０８内の半導体層７１６の直線状のストリップを露出させることができる。次いで、スクライビングシステム８００は、エネルギー集束ビーム９００を１つ以上の場所に照射し、スクライブマーク９０２を形成することができる。一実施形態において、電源８０２は、エネルギー集束ビーム９００を光起電力装置７００に向けて照射して第１のスクライブマーク９０２を形成し、次いで、１以上の電源８０２又は光起電力装置７００が相手方に対して相対的に動き、電源８０２がエネルギー集束ビーム９００を光起電力装置７００に向けて照射して第２のスクライブマーク９０２を形成するなどして、図９に示すスクライブマーク９０２を形成する。
【０１０２】
スクライブマーク９０２は、「離散的」と称したのは、一実施形態において、スクライブマーク９０２が、長さ方向７２４に平行な方向に互いに別々となっているからである。例えば、長さ方向７２４に連続的に伸びるスクライブライン８０８とは対照的に、スクライブマーク９０２は、長さ方向７２４に連続的に伸びるものではなく、長さ方向７２４に互いに別々となっている。他の例において、スクライブライン８０８のそれぞれが幅方向７２６に平行な方向に相互に別々となっていて長さ方向７２４に伸びている一方、スクライブマーク９０２は、長さ方向７２４及び幅方向７２６の両方向で相互に別々となっている。
【０１０３】
図解した実施形態において、スクライブライン８０８は、スクライブライン８０８が、隣接する光起電力電池７０４との外縁を定める点で連続的である。例えば、スクライブライン８０８は、光起電力装置７００の幅方向７２６に隣り合う光起電力電池７０４Ａ及び７０４Ｂのような光起電力電池７０４同士の間に配置される。単一のスクライブライン８０８は、１つの実施形態において、隣り合う光起電力電池７０４同士を分離する。逆に、複数のスクライブマーク９０２を、隣り合う光起電力電池７０４同士の間に配置することができる。例えば、図解した実施形態において、５つのスクライブマーク９０２が光起電力電池７０４Ａと７０４Ｂとの間に配置されている。あるいは、複数のスクライブライン８０８、及び／又は、単一のスクライブマーク９０２で隣り合う光起電力電池７０４同士を分離することもできる。図８及び図９に示したスクライブライン８０８及びスクライブマーク９０２の数は、例示のためのもので、本明細書に開示した実施の形態に示した数に限定するためのものではない。
【０１０４】
エネルギービーム９００は、スクライブマーク９０２にある、及び／又は、その近傍にある半導体層７１６の結晶化度を増大させる。エネルギービーム９００は、半導体層７１６の結晶質材料のレベル、量、パーセンテージ、割合を局所的に高めることができる。例えば、エネルギービーム９００は、スクライブマーク９０２下の半導体層７１６の非晶質半導体材料を多結晶の、又は微晶質の、又はプロト結晶の材料に変換する
ことができる。エネルギービーム９００は、半導体層７１６を加熱することにより、半導体層７１６の結晶化度を増大することができ、それにより、半導体層７１６中の半導体材料の結晶化度を増大する。半導体層７１６の結晶化度を、概ね、半導体層７１６の上面９０４に露出したスクライブマーク９０２から、下部電極層７１６のような、半導体層７１６と半導体層７１６の下で露出している層との間の下部インターフェース９０６まで伸びている領域で増大させることができる。
【０１０５】
エネルギービーム９００は、概ね、上面９０４のスクライブマーク９０２から下部インターフェース９０６まで伸びている領域で、ドーパントを拡散させることができる。例えば、半導体層７１６は、半導体薄膜のＮＩＰ接合部又はＰＩＮ接合部又はこれらの積層部を含むことができる。エネルギービーム９００は、１つの実施の形態において、ＮＩＰ接合部又はＰＩＮ接合部を加熱し、接合部のｎ−タイプドーパント及び／又はｐ−タイプドーパントを接合部の固有層又は固有膜に拡散させる。
【０１０６】
図１０は、一実施形態による、光起電力装置７００の図９に示した線１０−１０に沿った断面図である。以下に説明するように、スクライブライン８０８内の半導体層７１６に向けて照射されたエネルギー集束ビーム９００（図９に示されている）は、半導体層７１６の結晶化度を増大させ、及び／又は、半導体層７１６内のドーパントを拡散させる。半導体層７１６での結晶化度の増大、及び／又は、ドーパントの拡散は、概ね、半導体層７１６の上面９０４のスクライブマーク９０２から、半導体層７１６の下部インターフェース９０６にまで堆積方向７３２に伸びる局所的な領域１０００に生じる。図解した実施形態において、局所的な領域１０００は、この局所的な領域１０００及びその周辺で半導体層７１６の過熱が増大するので、少なくとも幅方向７２６では、スクライブマーク９０２、スクライブライン８０８、及び上部分離ギャップ７４０より少し幅が広くなっている。逆に、局所的な領域１０００は、スクライブマーク９０２、スクライブライン８０８、及び／又は、上部分離ギャップ７４０と同じか又は狭い幅にすることもできる。
【０１０７】
局所的な領域１０００は、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域よりも、結晶化度の量、割合、及びパーセンテージは大きい。例えば、局所的な領域１０００の多結晶の、又は微晶質の、又はプロト結晶の量、割合、及びパーセンテージは、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域にある同じ材料の量、割合、及びパーセンテージよりも、５％又は１０％又は１５％又は２０％又は２５％又は３５％又は５０％又は７５％又はそれ以上大きい。
【０１０８】
半導体層７１６の局所的な領域１０００内に拡散されたドーパントは、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域内に拡散されたドーパントより多い。例えば、半導体層７１６の局所的な領域１０００内のＮＩＰ接合部、及び／又は、ＰＩＮ接合部の固有層にある、ｎ−タイプドーパント、及び／又は、ｐ−タイプドーパントの量は、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域内のｎ−タイプドーパント、及び／又は、ｐ−タイプドーパントの量より、１０倍又は１００倍又は１０００倍又はそれ以上大きい。
【０１０９】
局所的な領域１０００の結晶化度は、種々の方法で測定することができる。例えば、ラマン分光法を、局所的な領域１０００のサンプルと、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域内のサンプルとにおける、非晶質材料の結晶質材料に対する相対的体積を比較するために用いることができる。一実施形態において、レーザー光を局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域に向けて照射し、同一波長又は近似する波長の他のレーザー光を局所的な領域１０００に向けて照射する。レーザー光は、エネルギー集束ビーム８０６、９００（図８及び図９に示されている）よりエネルギー量が少なく、レーザー光は、半導体層７１６又は局所的な領域１０００の結晶化度を顕著に増大させることはない。
【０１１０】
局所的な領域１０００の外側と局所的な領域１０００内の化学的組成及び結晶構造により、単色のレーザー光が散乱することがある。レーザー光が散乱するとき、レーザー光の周波数（及び波長）が変化する。例えば、散乱光の周波数がシフトすることがある。散乱光の周波数を測定し分析する。散乱光の強さ、及び／又は、散乱光の周波数のシフトに基づき、局所的な領域１０００の外側と局所的な領域１０００の内側の半導体層７１６の非晶質材料及び結晶質材料の相対的体積を測定することができる。これらの非晶質材料及び結晶質材料の相対的体積に基づいて、半導体層７１６と局所的な領域１０００とでの結晶質の割合又はパーセンテージを測定する。
【０１１１】
他の例において、１つ以上のＴＥＭ画像により、局所的な領域１０００のサンプルと局所的な領域１０００の外側の半導体層７１６のサンプルとを取得して、半導体層７１６と局所的な領域１０００とでの結晶質の割合を測定することができる。例えば、検査対象の半導体層７１６と局所的な領域１０００の１以上のスライスを取得し、これらのサンプルのＴＥＭ画像を取得することができる。各ＴＥＭ画像中で結晶質材料を表す表面領域のパーセンテージを各ＴＥＭ画像について測定する。次いで、ＴＥＭ画像中の結晶質材料のパーセンテージを平均し、半導体層７１６と局所的な領域１０００とにおける結晶質の割合又はパーセンテージを測定する。
【０１１２】
半導体層７１６の局所的な領域１０００内の結晶化度、及び／又は、ドーパントの拡散度を増大させることにより、半導体層７１６内に内臓型バイパスダイオード１００２を形成する。バイパスダイオード１００２は、図１０の半導体層７１６の１つの局所的な領域１０００に概略的に示されている。バイパスダイオード１００２は、隣接する光起電力電池７０４の上部電極層７１８と下部電極層７１４の間に伸び、これらを電気的に接続する。
【０１１３】
内臓型バイパスダイオード１００２が隣り合う光起電力電池７０４の間になかったとすると、光に暴露された光起電力電池７０４の間にあってこれらと電気的に直列に接続された陰になった光起電力電池７０４は、光に暴露された電池７０４により生じた電圧により逆バイアスされる可能性がある。例えば、図１０において、概略的に示されたバイパスダイオード１００２は光起電力電池７０４Ｂ内に設置されている。このバイパスダイオード１００２は、光起電力電池７０４Ｂの下部電極層７１４と上部電極層７１８との間に伸びこれらに接続されている。バイパスダイオード１００２は、光起電力電池７０４Ｂが逆バイアスされたとき、光起電力電池７０４Ｂをバイパスするために電流を流す経路となる。例えば、バイパスダイオード１００２は、光起電力電池７０４Ｂの半導体層７１６を通り抜けないで、隣の光起電力電池７０４Ａから光起電力電池７０４Ｃへの電流経路となる。
【０１１４】
動作時、光起電力電池７０４Ｂが陰になり、光起電力電池７０４Ａ及び７０４Ｃが光に暴露された場合、逆バイアスが光起電力電池７０４Ｂに生じることがある。例えば、光起電力電池７０４Ｂの下部電極層７１４が光起電力電池７０４Ａの上部電極層７１８に電気的に接続され、光起電力電池７０４Ｂの上部電極層７１８が光起電力電池７０４Ｃの下部電極層７１４に電気的に接続され接続されている。その結果、光起電力電池７０４Ａ及び７０４Ｃで生じた電流により光起電力電池７０４Ｂの上部電極層７１８と下部電極層７１４との間に逆バイアスが生じる。バイパスダイオード１００２は、バイパスダイオード１００２の両端の逆バイアスがブレークダウン電圧を越えたとき、バイパスダイオード１００２が導通状態となり、逆バイアスでバイパスダイオード１００２に電流を流すような、ブレークダウン電圧を有する。バイパスダイオード１００２は、局所的な領域１０００には、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域よりも低い逆バイアス電圧で局所的な領域１０００に電流を流すことができる。例えば、局所的な領域１０００において、結晶化度を大きくすること、及び／又は、ドーパントの相互拡散により、逆バイアスされたとき、光起電力電池７０４内の局所的な領域１０００の外側の半導体層７１６よりも、逆バイアスに対して低い電気抵抗特性を持つ経路ができる。
【０１１５】
一実施例において、バイパスダイオード１００２にかかる逆バイアスがバイパスダイオード１００２のブレークダウン電圧を越えた場合、光起電力電池７０４Ｂ内の下部電極層７１４から上部電極層７１６へ（またはこの反対方向へ）、電流がバイパスダイオード１００２を通って流れることができる。結果として、光起電力電池７０４Ｂにより、光起電力電池７０４Ａ及び７０４Ｃが光に暴露されたことにより生じた逆バイアスが、光起電力電池７０４Ｂの半導体層７１６をバイパスし、光起電力電池７０４Ｂの上部電極層７１６と下部電極層７１４との間に電流が流れることができるようにする。これにより、光起電力電池７０４Ｂを逆バイアスによる焼損又はその他の損傷から保護することができる。さらに、陰になった光起電力電池７０４は、光起電力装置に生じた電流を装置から取り出すのを別の形態で阻止するかもしれないが、１以上の光起電力電池７０４が陰になる一方他の光起電力電池７０４が光に暴露されたとき、このバイパスダイオード１００２により、光起電力装置７００は、発生した電流を外部負荷７００に給電することができる。
【０１１６】
バイパスダイオード１００２及び／又は局所的な領域１０００の存在の有無は、個々の光起電力電池７０４を陰にする前と後での光起電力装置７００の電気出力を比較することで判断することができる。例えば、光起電力装置７００を光に暴露し光起電力装置７００で発生する電流を測定する（「陰にする前の電流」と称する）。次いで、１つ以上の光起電力電池７０４を光の影にし、残りの光起電力電池７０４を光に暴露することができる。そして、リード線７０６、７０８（図７に示されている）を相互に電気的に接続することにより光起電力装置７００を短絡することができる。次に、光起電力装置７００を、１時間のような所定の時間光に暴露する。先に陰になっていた光起電力電池７０４は、他の光に暴露されていた光起電力電池７０４と共に、光に暴露され、光起電力装置７００で発生した電流を再度測定する（「陰にした後の電流」と称する）。陰にする前の電流と陰にした後の電流とが、１００ミリボルトのような所定の相互の閾値以内であれば、光起電力装置７００には、１つ以上の内臓型バイパスダイオード１００２及び／又は局所的な領域１０００が含まれている可能性がある。逆に、陰にする前の電流と陰にした後の電流とが、所定の相互の閾値以内になければ、光起電力装置７００には、バイパスダイオード１００２及び／又は局所的な領域１０００が含まれていない可能性がある。あるいは、所定の閾値は、１０ミリボルト、１０００ミリボルト、等々のような別の値とすることもできる。他の実施形態において、陰にした後の電流が陰にする前の電流より、２００〜１５００ミリボルト低かったら、光起電力装置７００には、バイパスダイオード１００２及び／又は局所的な領域１０００が含まれていない可能性がある。
【０１１７】
１以上の光起電力電池７０４にバイパスダイオード１００２が存在するかどうかは光起電力電池７０４を電気的に調査することにより判断することができる。光起電力電池７０４が、光に暴露されないで逆バイアスされたとき光起電力電池７０４が、可逆的で一時的なダイオードの機能停止を示した場合、光起電力電池７０４には、バイパスダイオード１００２が含まれている可能性がある。例えば、光起電力電池７０４が、光に暴露されないで光起電力電池７０４の上部電極層７１８と下部電極層７１４との間に約−５〜−８ボルトの逆バイアスがかかったとき、１立方センチメーター当たり約１０ミリアンペアより大きな漏れ電流を示した場合、光起電力電池７０４には、バイパスダイオード１００２及び／又は局所的な領域１０００が含まれている可能性がある。
【０１１８】
他の実施形態において、半導体層７１６内の局所的な領域１０００は、エネルギー集束ビーム８０６（図８に示されている）により形成することができ、エネルギー集束ビーム８０６はスクライブライン８０８を形成するためにも用いることができる。例えば、隣り合う光起電力電池７０４の間の上部電極層７１８にスクライブライン８０８を刻むエネルギー集束ビーム８０６は、スクライブライン８０８を作るために光起電力装置７００にレーザー光のパルスを放射するピコ秒レーザーとすることができる。ピコ秒レーザーのパルスにより、半導体層７１６の領域を十分加熱して局所的な領域１０００を形成することができる。局所的な領域１０００には、スクライブライン８０８にあって、半導体層７１６の上部表面９０４とインターフェース９０６との間にある、半導体層７１６の領域を含むことができる。離散的な局所的な領域１０００ではなく、エネルギービーム８０６により形成された局所的な領域１０００は、スクライブライン８０８に類似する連続的及び／又は長く引き伸ばした領域としてもよい。エネルギービーム９００（図９に示されている）のような追加のエネルギー集束ビームを半導体層７１６に照射し、局所的な領域１０００内に結晶化度及び／又はドーパントの相互拡散をさらに増大させることができる。
【０１１９】
図１１は、一実施形態による最初のエネルギー集束ビーム８０６（図８に示されている）に半導体層７１６（図７に示されている）を暴露した後形成されたバイパスダイオード１００２（図１０に示されている）のＩ−Ｖ曲線１１００を示す。Ｉ−Ｖ曲線１１００では、水平軸１１０２が電圧、すなわち、バイパスダイオード１００２に加えたバイアスを示し、垂直軸１１０４がバイパスダイオード１００２に流れる電流を示す。Ｉ−Ｖ曲線１１００は、バイパスダイオード１００２に流れる電流（Ｉ）と、バイパスダイオード１００２に加わる電圧又はバイアス（Ｖ）の変化との関係を示す。
【０１２０】
一実施形態において、Ｉ−Ｖ曲線１１００は、バイパスダイオード１００２（図１０に示されている）流れる電流（Ｉ）と、半導体層７１６（図７に示されている）が最初のエネルギー集束ビーム８０６（図８に示されている）暴露された後ではあるが、次のエネルギー集束ビーム９００（図９に示されている）に半導体層７１６を暴露する前に隣接する光起電力電池７０４（図７に示されている）によりバイパスダイオード１００２に加えられる逆バイアスとの関係を示す。図１１に示す通り、Ｉ−Ｖ曲線１１００は、バイパスダイオード１００２の逆ブレークダウン電圧を示していない。例えば、Ｉ−Ｖ曲線１１００では、バイパスダイオード１００２に加わる逆バイアスの負の値が大きくなるになるにつれて、だんだん水平になってゆき水平軸１１０２と平行な関係に近づいてゆく。バイパスダイオード１００２は、比較的大きな逆バイアス（Ｖ）でブレークダウン電圧を持つことがあるが、光起電力電池７１６内のバイパスダイオード１００２及び／又は半導体層７１６はバイパスダイオード１００２がブレークダウン電圧に到達する前に焼損する可能性がある。例えば、バイパスダイオード１００２に加わる逆バイアスが大きくなりすぎて、バイパスダイオード１００２を加熱しブレークダウン電圧に到達する前に焼損させてしまう可能性がある。バイパスダイオード１００２は、局所的な領域１０００（図１０に示されている）内の結晶化度及び／又はドーパントの相互拡散が低すぎるために、比較的大きなブレークダウン電圧を有するかあるいはブレークダウン電圧を有しないことがある。その結果、最初のエネルギー集束ビーム９００で形成されたバイパスダイオード１００２は、バイパスダイオード１００２に比較的大きな逆バイアスがかかったとき、半導体層７１６をバイパスして電流をバイパスダイオード１００２に流すことができないかもしれない。
【０１２１】
図１２は、一実施形態による、半導体層７１６（図７に示されている）を最初のエネルギー集束ビーム８０６及びそれに続くエネルギー集束ビーム９００（図８及び図９に示されている）に暴露した後に形成されたバイパスダイオード１００２（図１０に示されている）のＩ−Ｖ曲線１２００を示す。Ｉ−Ｖ曲線１１００（図１１に示されている）と同様に、Ｉ−Ｖ曲線１２００では、水平軸１２０２が電圧、すなわち、バイパスダイオード１００２に加えたバイアスを示し、垂直軸１２０４がバイパスダイオード１００２に流れる電流を示す。
【０１２２】
一実施形態において、Ｉ−Ｖ曲線１２００は、バイパスダイオード１００２（図１０に示されている）に流れる電流（Ｉ）と、半導体層７１６（図７に示されている）が最初のエネルギー集束ビーム８０６及びそれに続くエネルギー集束ビーム９００（図８及び図９に示されている）に暴露された後に隣接する光起電力電池７０４（図７に示されている）によりバイパスダイオード１００２に加えられる逆バイアスとの関係を示す。図１２に示すように、Ｉ−Ｖ曲線１２００は、Ｉ−Ｖ曲線１２００は、逆ブレークダウン電圧１２０６を有している。逆ブレークダウン電圧１２０６は、Ｉ−Ｖ曲線１２００がさらに垂直になってきたときにバイパスダイオード１００２に加えられる逆バイアスを示す。例えば、バイパスダイオード１００２に流れる電流（Ｉ）は、逆バイアス（Ｖ）の増加が比較的少ないのに対して比較的大きく増加する。バイパスダイオード１００２を通って流れることができる電流（Ｉ）は、バイパスダイオード１００２に加えられる逆バイアスの負の値が大きくなったとき、著しく大きくなり、バイパスダイオード１００２を含む光起電力電池７０４の半導体層７１６をバイパスして流れることができる。半導体層７１６を最初のエネルギー集束ビーム８０６及びそれに続くエネルギー集束ビーム９００に暴露した後、バイパスダイオード１００２は、バイパスダイオード１００２に少しの逆バイアスがかかったときでも、バイパスダイオード１００２を通って電流が半導体層７１６をバイパスすることができるようにする小さなブレークダウン電圧１２０６を有することができる。例えば、バイパスダイオード１００２を含む局所的な領域１０００は、局所的な領域１０００の外側にある半導体層７１６の領域より小さなブレークダウン電圧１２０６を有することができる。
【０１２３】
図１３は、一実施形態による、光起電力装置を製造するプロセス１３００のフローチャートである。このプロセス１３００は、光起電力装置１００、５００、又は７００（図１、図５、及び図７に示されている）を提供するために用いられる。
【０１２４】
１３０２にて、基板が提供される。例えば、基板１０２（図１に示されている）、基板５１２（図５に示されている）、及び／又は、基板７１２（図７に示されている）が提供されてもよい。
【０１２５】
１３０４にて、テンプレート層を基板の上に堆積させる。例えば、テンプレート層１３４（図１に示されている）を基板１０２、５１２、７１２（図１、図５、及び図７に示されている）の上に堆積してもよい。あるいは、テンプレート層はなしとする。
【０１２６】
１３０６にて、下部電極層をテンプレート層又は基板の上に堆積させる。例えば、下部電極層１３２、５１４、又は７１４（図１、図５、及び図７に示されている）を直接テンプレート層１３４（図１に示されている）の上に堆積させることも、直接基板１０２、５１２、７１２（図１、図５、及び図７に示されている）の上に堆積させることも、テンプレート層１３４又は基板１０２、５１２、７１２の上に堆積させた他の層又は薄膜の上に堆積させることもできる。
【０１２７】
１３０８にて、下部電極層の一部を取り除く。例えば、スクライブライン８０８（図１に示されている）のようなスクライブラインを、下部電極層１３２、５１４、又は７１４（図１、図５、及び図７に示されている）に刻むことができる。スクライブラインは、下部電極層１３２、５１４、又は７１４を別々のセクションに分離する。各セクションは別々の光起電力電池１００、５０４、７０４（図１、図５、及び図７に示されている）に位置している。一実施形態において、下部電極層１３２、５１４、７１４の一部分は、下部電極層１３２、５１４、７１４を、電源８０２（図８に示されている）からのエネルギービーム８０６（図８に示されている）のような、エネルギー集束ビームに暴露することすることで取り除かれる。あるいは、この部分は、化学エッチングのような他のプロセスを用いることにより取り除くことができる。
【０１２８】
１３１０にて、半導体層を下部電極層の上に堆積させる。例えば、１以上の半導体層又は半導体薄膜を下部電極層１３２、５１４、７１４（図１、図５、及び図７に示されている）の上に堆積させて、半導体層スタック１０８又は５１６（図１及び図５に示されている）又は半導体層７１６（図７に示されている）を形成することができる。上述の通り、下部電極層１３２、５１４、７１４の上に堆積させた半導体層には、上述したタンデム型構成のような、互いに積層させた１以上のＮＩＰ接合部又はＰＩＮ接合部を含むことができる。
【０１２９】
１３１２にて、半導体層の一部分を取り除く。例えば、スクライブライン８０８（図８に示されている）のようなスクライブラインを、半導体層スタック１０８又は５１６（図１及び図５に示されている）又は半導体層７１６（図７に示されている）に刻むことができる。スクライブラインは半導体層スタック１０８、５１６又は半導体層７１６を別々のセクションに分離する。各セクションは別々の光起電力電池１００、５０４、７０４（図１、図５、及び図７に示されている）に位置している。一実施形態において、半導体層スタック１０８、５１６又は半導体層７１６の一部分は、半導体層スタック１０８、５１６又は半導体層７１６を、電源８０２（図８に示されている）からのエネルギービーム８０６（図８に示されている）のような、エネルギー集束ビームに暴露することで取り除かれる。あるいは、この部分は、化学エッチングのような他のプロセスを用いることにより取り除くことができる。
【０１３０】
１３１４にて、上部電極層を半導体層の上に堆積させる。例えば、上部電極層１３０、５１８、又は７１８（図１、図５、及び図７に示されている）を、１３１２にて堆積させた半導体層の上に堆積させることができる。
【０１３１】
１３１６にて、上部電極層の一部分を取り除く。例えば、スクライブライン８０８（図８に示されている）のようなスクライブラインを、上部電極層１３０、５１８、又は７１８（図１、図５、及び図７に示されている）に刻むことができる。スクライブラインは上部電極層１３０、５１８、又は７１８を別々のセクションに分離する。各セクションは別々の光起電力電池１００、５０４、７０４（図１、図５、及び図７に示されている）に位置している。一実施形態において、上部電極層１３０、５１８、又は７１８の一部分は、上部電極層１３０、５１８、又は７１８を、電源８０２（図８に示されている）からのエネルギービーム８０６（図８に示されている）のような、エネルギー集束ビームに暴露することで取り除かれる。あるいは、この部分は、化学エッチングのような他のプロセスを用いることにより取り除くことができる。
【０１３２】
１３１８にて、１３１０にて堆積させた半導体層内の結晶化度及び／又はドーパントの相互拡散を増大させる。結晶化度及び／又はドーパントの相互拡散は、半導体層スタック１０８又は５１６（図１及び図５に示されている）又は半導体層７１６（図７に示されている）の局所的な領域１０００（図１０に示されている）のような、離散的な領域で増大させることができる。一実施形態において、半導体層スタック１０８又は５１６又は半導体層７１６の結晶化及び／又はドーパントの相互拡により、バイパスダイオード１００２（図１０に示されている）のような内臓型バイパスダイオードが形成される。
【０１３３】
１３２０にて、光起電力装置内の最も外側の光起電力電池に導電リードを電気的に接続する。例えば、光起電力装置５００又は７００（図５及び図７に示されている）の側面７２８、７３０（図７に示されている）に沿って、最も外側の光起電力電池５０４、７０４（図５及び図７に示されている）にリード線５０６、５０８及び／又はリード線７０６、７０８（図５及び図７に示されている）を電気的に接続することができる。リード線５０６、５０８のうちの１つ、又はリード線７０６、７０８のうちの１つを、最も外側の光起電力電池５０４、７０４うちの１つの上部電極層５１８、７１８（図５及び図７に示されている）に接続することができ、リード線５０６、５０８のうちの他方又はリード線７０６、７０８のうちの他方は、下部電極層５１４、７１４（図５及び図７に示されている）に接続することができる。
【０１３４】
１３２２にて、粘着層を上部電極層の上に堆積させる。例えば、粘着層１３６、５２０、又は７２０（図１、図５、及び図７に示されている）を上部電極層１３０、５１４、又は７１４（図１、図５、及び図７に示されている）の上に堆積させることができる。
【０１３５】
１３２４にて、カバー層を粘着層に取り付ける。例えば、カバー層１０４、５２２、又は７２２（図１、図５、及び図７に示されている）は、粘着層１３６、５２０、又は７２０（図１、図５、及び図７に示されている）に取り付けることができる。カバー層は、光を透過させることができ、入射光を光起電力装置１００、５００、７００（図１、図５、及び図７に示されている）に導くことができるようにする。
【０１３６】
１３２６にて、接合部ボックスを装置に装備する。例えば、光起電力装置１００、５００、７００（図１、図５、及び図７に示されている）からの電位及び／又は電流を取り出すように作られた接合部ボックスは、光起電力装置１００、５００、７００といっしょになって、リード線５０６、５０８及び／又は７０６、７０８（図５、及び図７に示されている）と電気的に接続することができる。接合部ボックスは、光起電力装置１００、５００、７００で生じた電流を外部負荷５４２、７０２（図５、及び図７に示されている）に流すコネクタ又はケーブルを受け入れ又は嵌合するように構成することができる。
【０１３７】
一実施形態において、光起電力装置は、基板と、該基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層とを具備し、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するものであり、該半導体層は、前記下部電極層と前記上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流す。
【０１３８】
他の特徴として、バイパスダイオードは、前記半導体層の上面から該半導体層の反対側のインターフェースまで伸びている。
【０１３９】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、上部電極層と下部電極層との間の半導体層に配置される。
【０１４０】
他の特徴として、前記バイパスダイオードを含む前記半導体層の局所的な領域では、該局所的な領域の外側の半導体層の領域よりも、結晶化度が高い。
【０１４１】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、前記半導体層の領域よりも、ブレークダウン電圧が小さい。
【０１４２】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、前記下部電極層から前記半導体層を通って、該半導体層で光を受け取り、前記上部電極層を部分に分割する光の方向に沿って、該半導体層上に配置されたスクライブラインへと伸びている。
【０１４３】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、前記半導体層に代わって前記バイパスダイオードに電流を流す。
【０１４４】
他の実施形態において、光起電力装置の製造方法は、基板上に下部電極層、該下部電極層上に半導体層、該半導体層上に上部電極層を堆積するステップであって、該半導体層は、入射光を吸収して該半導体層の電子を励起するよう構成されていることを特徴とするステップと、内臓型バイパスダイオードを形成するために前記下部電極層と前記上部電極層との間の半導体層の結晶化度又はドーパントの拡散の少なくとも１つを増加させるステップとを具備し、該バイパスダイオードは、前記下部電極層と前記上部電極層との間に逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って電流を流すよう構成される。
【０１４５】
他の特徴として、前記増加させる動作は、前記半導体層をエネルギー集束ビームに前記半導体層を暴露するステップを具備する。
【０１４６】
他の特徴として、前記増加させる動作は、前記上部電極層を別々の部分に分割することも行うエネルギー集束ビームに暴露するステップを具備する。
【０１４７】
他の特徴として、前記増加させる動作は、前記上部電極層にスクライブラインを形成し、エネルギー集束ビームを該スクライブライン内の半導体層に導くステップを具備する。
【０１４８】
他の特徴として、前記スクライブラインは、前記上部電極層を別々の部分に分割し、前記エネルギー集束ビームを間隙を介して別々に分けられた半導体層の別個のスクライブマークに導く、長く伸ばした線として形成される。
【０１４９】
他の特徴として、前記増加させる動作は、前記半導体層を複数のレーザー光に暴露するステップを具備する。
【０１５０】
他の特徴として、前記増加させる動作は、前記半導体層の局所的な領域内の結晶化度又はドーパントの拡散の少なくとも１つを増大させる最初のエネルギー集束ビームに、前記半導体層を暴露し、該局所的な領域内の結晶化度又はドーパントの拡散の少なくとも１つをさらに増大させる次のエネルギー集束ビームに、前記半導体層を暴露するステップを具備する。
【０１５１】
他の特徴として、前記増加させる動作は、第１のエネルギー集束ビームに前記半導体層を暴露することで該半導体層内に前記バイパスダイオードを形成し、第２のエネルギー集束ビームに該半導体層を暴露することで前記バイパスダイオードの逆ブレークダウン電圧を減少させるステップを具備する。
【０１５２】
他の実施形態において、光起電力装置は、基板と、該基板上に光起電力電池が入射光を受ける方向に配置され、電気的に接続された複数の光起電力電池であって、該光起電力電池は該光起電力電池が受けた光に基づいて電流を生じさせることを特徴とする光起電力電池とを具備し、該光起電力電池の各々は、前記基板上に配置された下部電極層及び上部電極層と、該下部電極層と該上部電極層との間に配置された半導体層であって、該半導体層は前記光を吸収して該半導体層の電子を励起することを特徴とする半導体層とを具備し、前記光起電力電池の少なくとも１つの半導体層は、前記光起電力電池の少なくとも１つの下部電極層と上部電極層との間にのびて該下部電極層と該上部電極層とを接続する内臓型バイパスダイオードを具備し、該バイパスダイオードは、前記光起電力電池の少なくとも１つに逆バイアスが加わったとき、該バイパスダイオードを通って該光起電力電池の近傍にある光起電力電池の間に電流を流す。
【０１５３】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、前記上部電極層と下部電極層との間の少なくとも１つの光起電力電池の半導体層の内部に設置される。
【０１５４】
他の特徴として、前記バイパスダイオードを含む前記少なくとも１つの光起電力電池の半導体層の局所的な領域には、局所的な領域の外側の半導体層の領域より大きな結晶化度を有する前記バイパスダイオードが含まれる。
【０１５５】
他の特徴として、前記光起電力電池の前記上部電極層は、スクライブラインにより分割され、前記バイパスダイオードは、該スクライブラインから少なくとも１つの前記光起電力電池内の前記半導体層の前記下部電極層に伸びている。
【０１５６】
他の特徴として、前記バイパスダイオードは、前記少なくとも１つの前記光起電力電池の前記半導体層に代わって前記バイパスダイオードに電流を流す。
【０１５７】
上記説明が例示的であって限定的でないように意図されていることは理解されるであろう。例えば、上記実施形態（又はその態様）を互いに組み合わせて使用してもよい。さらに、特定の状況又は材料を、保護対象の教示に適合させるために、その範囲から外ることれなく数多くの変形を行うことができる。寸法、材料の種類、様々な構成要素の方向、並びに、ここに記載されている様々な構成要素の数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義するように意図されており、決して限定なものではなく、例示的実施形態に過ぎない。特許請求の範囲の精神及び範囲の内の他の多数の実施形態及び修正は、上記説明を参照した当業者に明らかであろう。したがって、本明細書に記載されている保護対象の範囲は、そのような特許請求の範囲に付与される均等物の全範囲と共に、添付された特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。添付されている特許請求の範囲において、「含む（including）」及び「ここで（in  which）」という用語は、「含む（comprising）」及び「そこにおいて（wherein）」という各用語の平易な英語の同義語として使用されている。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の（first）」、「第２の（second）」及び「第３の（third）」などの用語は、単なるラベルとして使用されており、それらの対象物に数の要件を課すようには意図されていない。さらに、添付の特許請求の範囲はミーンズプラスファンクション形式で書かれてはおらず、特許請求の範囲が特に構成が不明確な機能の記載に続いて「手段」の語を明らかに用いていない限り、米国特許法「35  U.S.C.  §112  第６段落」に基づいて解釈されることを意図するものではない。  
【図１】
2013541225.tif 000003
【図２】
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【図３】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
一実施形態によれば、構造２００、３００、４００のピッチ２０４、３０２、４０２、及び／又は、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、約４００ナノメートル乃至約１５００ナノメートルである。あるいは、構造２００、３００、４００のピッチ２０４、３０２、４０２は、約４００ナノメートル未満あってもよく、約１５００ナノメートル超であってもよい。構造２００、３００、４００のピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２の平均値又は中央値は、対応する構造２００、３００、４００のピッチ２０６、３０４、４０４の約２５％〜８０％であってもよい。あるいは、平均ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２は、ピッチ２０６、３０４、４０４に対して異なる比率であってもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、ピッチ２０６、３０４、４０４と略同一であってもよい。他の実施形態においては、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８が、ピッチ２０６、３０４、４０４と異なっていてもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、２以上の方向において略同一であってもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、例えば、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同じとすることもできる。あるいは、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、異なる方向では異なっていてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
副層１３０、１３２、１３４の、比較的低い堆積温度における堆積は、より高い堆積温度で堆積させた非晶質シリコン層と比較して、上部層スタック１０６のエネルギーバンドギャップを高めることができる。例えば、約１８５℃〜２５０℃の温度で、非晶質シリコン層として、副層１３０、１３２、１３４を堆積させることによって、上部層スタック１０６のバンドギャップを約１．８０ｅＶ〜１．９５ｅＶにすることができる。上部層スタック１０６のバンドギャップを高めることによって、副層１３０、１３２、１３４が入射光中の波長のスペクトルの少ないスペクトル部分を吸収できるようになるが、電池１００において生じる電位差を増大させることもある。
【国際調査報告】
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