(57)【要約】  本発明は、素子におけるオーム接触を生じさせることができる裏面電極と吸収体層の間の界面層を有するサブストレート構造のＩＩ−ＶＩ族半導体化合物を含む薄膜光起電力素子を開示する。本発明は、素子におけるオーム接触を生じさせることができる裏面電極と吸収体層の間のナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む界面層を有するスーパーストレート構造のＩＩ−ＶＩ族半導体化合物を含む薄膜光起電力素子を開示する。【選択図】  図１
2011515852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブストレート構造の光起電力素子であって、
透明又は不透明な基板と、
金属電極層と、
透明導体層と、
ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物を含む吸収体層と、
ウィンド層と、
界面層とを含み、
前記界面層が、ナノ粒子及び／又は焼結ナノ粒子を含み、前記金属電極層と前記吸収体層の間にオーム接触が形成されるように前記金属電極層と前記吸収体層の間に配置されていることを特徴とする光起電力素子。
【請求項２】
前記吸収体層がＣｄＴｅを含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項３】
前記ウィンド層がＣｄＳ半導体を含むことを特徴とする請求項２の光起電力素子。
【請求項４】
前記界面層が複数の層を含み、前記複数の層が少なくとも薄膜を含む層を含み、前記薄膜が、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合粒、ＩＩＩ−Ｖ族化合物及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項５】
前記ナノ粒子及び／又は焼結ナノ粒子がそれぞれ独立に、ＩＩ−ＩＶ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合粒、ＩＩＩ−Ｖ族化合物及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項６】
前記ナノ粒子及び／又は焼結ナノ粒子が独立に、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項５の光起電力素子。
【請求項７】
前記ナノ粒子及び／又は焼結ナノ粒子が独立に、ｙ＞ｘのＣｄｘＴｅｙ及びＣｕドープＺｎＴｅからなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項６の光起電力素子。
【請求項８】
前記界面層が複数の層を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項９】
前記界面層が複数の層を含み、前記複数の層が、ｐドープＺｎＴｅナノ粒子を含む第１層と、ＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１０】
前記界面層が、ＺｎＴｅナノ粒子を含む前記第２層と前記吸収体層の間に配置されたＴｅ金属ナノ粒子を含む第３層を更に含むことを特徴とする請求項９の光起電力素子。
【請求項１１】
前記界面層が複数の層を含み、前記複数の層が、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅナノ粒子を含む第１層と、ＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１２】
前記界面層が前記第２層と前記吸収体層の間に配置された第３層を更に含み、
前記第３層が、Ｔｅ金属ナノ粒子、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙナノ粒子及びＣｄＺｎＴｅナノ粒子からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項１１の光起電力素子。
【請求項１３】
前記界面層が少なくとも３つの層を含み、
第１界面層がｘ＝０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、
第２界面層がｘ≠０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、
前記第１界面層と前記第２界面層の間の第３界面層が０≦ｘ≦１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１４】
前記界面層が複数の層を含み、
前記複数の層が、焼結されたｐドープＺｎＴｅナノ粒子を含む第１層と、焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１５】
前記界面層が焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む前記第２層と前記吸収層の間に配置され、焼結されたＴｅ金属ナノ粒子を含む第３層を更に含むことを特徴とする請求項１４の光起電力素子。
【請求項１６】
前記界面層が複数の層を含み、前記複数の層が、１≦ｘ≦２の焼結されたＣｕｘＴｅナノ粒子を含む第１層と、焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１７】
前記界面層が前記第２層と前記吸収体層の間に配置された第３層を更に含み、
前記第３層が、焼結されたＴｅ金属ナノ粒子、焼結されたｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙナノ粒子及び焼結されたＣｄＺｎＴｅナノ粒子からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項１６の光起電力素子。
【請求項１８】
前記界面層が少なくとも３つの層を含み、
第１界面層がｘ＝０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、
第２界面層がｘ≠０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、
前記第１界面層と前記第２界面層の間の第３界面層が０≦ｘ≦１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１の光起電力素子。
【請求項１９】
前記薄膜が１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属からなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項４の光起電力素子。
【請求項２０】
前記界面層がＴｅ金属薄膜を含むことを特徴とする請求項１９の光起電力素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、その内容が参照により本願に組み込まれる２００８年３月１８日に出願された米国仮出願６１／０７０，００６及び２００８年３月１８日に出願された米国仮出願６１／０６９，９５２の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
石油価格の高騰により、費用効率的な再生可能エネルギーの開発の重要性が高まっている。世界中で太陽エネルギーを採取する費用効率的な太陽電池の開発に多大な努力が行われている。現在、太陽電池が伝統的なエネルギー源に対して費用効率的であるためには、太陽電池は＄１／ワットを十分下回るコストで製造される必要がある。
【０００３】
現在の太陽エネルギー技術は広くは結晶シリコンと薄膜技術に分類される。太陽電池の約９０％はシリコン−単結晶シリコン又は多結晶シリコンから製造される。結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）は、比較的劣った光吸収体であり、材料の相当の厚み（数百ミクロン）を必要とするものの、殆どの太陽電池で光吸収半導体として使用されてきた。にもかかわらず、これは、良好な効率（１３−１８％，理論最大値の１／２〜２／３）の安定な太陽モジュールがもたらされ、マイクロエレクトロニクス産業の知識ベースから発展した生産技術を使用するために、幸便であるとされている。シリコン太陽電池は、＄３．５／ワットの製造コストを伴い、非常に高価である。製造法は成熟し、コスト低減のための修正はできない。
【０００４】
第２世代の太陽電池技術は薄膜に基づく。主な薄膜技術は、アモルファスシリコン、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、カドミウムテルリド（ＣｄＴｅ）である。
【０００５】
１９８０年代はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が唯一の薄膜ＰＶ材料と見られていた。しかし、８０年代の終わり及び１９９０年代の初頭には、アモルファスシリコンは、その低効率性、不安定性から多くの観測者から見放された。しかし、アモルファスシリコン技術は、これらの問題への極めて洗練された解決（多接合の構成）を発展させるように良好に進歩した。現在、７−９％帯の効率の商品としての多接合ａ−Ｓｉモジュールがいくつかの会社により製造されている。カネカ、シャープ、ショットソーラー、Ｅｒｓｏｌ等の多くの会社は、当初平面パネルディスプレイの製造に開発され、商業的に実証されたａ−Ｓｉを成長するためのＣＶＤプロセスを採用することでガラス基板上のアモルファスシリコンを製造している。アプライドマテリアルズなどの装置会社は、ガラス基板上のａ−Ｓｉを製造する完成したシステムを提供している。ａ−Ｓｉ技術での主要な障害は、抵抗率、光起因効率劣化（多接合などのより複雑な電池設計が必要となる）及び工程コスト（製造方法が真空ベースであり、相当に遅い）。ユナイテッドソーラーは、可撓性ステンレス鋼基板上の３重接合ａ−Ｓｉ太陽電池を開発した。しかし、ａ−Ｓｉ太陽電池の製造は高コスト（＞２．５ドル／ワット）である。
【０００６】
二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）の光吸収体から作られる薄膜太陽電池は、１０−１２％の高い変換効率を達成する。ＣＩＧＳ太陽電池の効率の最高記録（１９．９％ＮＲＥＬ）は、他の薄膜技術で達成される効率と比較してかけ離れて高い。これらの記録破りの小面積素子は、資本集約的で極めて高コストの真空蒸着技術を用いて製造されてきた。多くの会社（ホンダ、昭和シェル、ヴュルスソーラー、ナノソーラー、ミアソーレなど）はガラス基板及び可撓性基板上のＣＩＧＳ太陽電池を開発している。しかし、大面積の基板に均一な組成のＣＩＧＳ薄膜を作ることは極めて困難である。この制限は、工程歩留まりにも影響し、当該歩留まりは一般に非常に低い。これらの制限のために、蒸着技術の実施によっては、大型で低コストのＣＩＧＳ太陽電池の商業製品には成功していない。１ドル／ワット未満の製造コストでＣＩＧＳ太陽電池を製造できる見込みは極めて低い。
【０００７】
ＣｄＴｅ薄膜太陽電池は製法が極めて単純で、他のすべての太陽電池技術と比較して最も低い製造コストを達成する可能性がある。１６．５％の効率のＣｄＴｅ太陽電池は、米国立再生可能エネルギー研究所（ＮＲＥＬ）により実証された。アリゾナに基盤を置くファーストソーラーは、１．１２ドル／ワットの製造コストでガラス基板上のＣｄＴｅ太陽電池を製造している。ファーストソーラーは、その年間製造能力を１ＧＷまで上昇させる２００９年にコストを１ドル／ワット未満にできることを見込んでいる。比較的遅い１品毎の製造プロセスのために、ＣｄＴｅ太陽電池の製造コストの更なる低減は容易には達成できない。
【０００８】
従来技術は、３ｍｍ厚のガラス基板にＣｄＴｅを成長し、第２の３ｍｍのカバーガラスで被包することでＣｄＴｅ太陽電池を製造している。このように、遅い１品毎の製造プロセスにより製造される。比較的遅い１品毎の製造プロセスのために、ＣｄＴｅ太陽電池の製造コストの更なる低減は容易には達成できない。更に、これらのＣｄＴｅ太陽電池は非常に重く、太陽電池産業の最も大きいマーケット部分である住居の屋根用途には使用できない。連続的なロールツーロールの工程で製造できて顕著に製造コストを低減する可撓性基板上のＣｄＴｅ太陽電池の開発による革新の機会がある。可撓性太陽電池はまた軽く、このことが、重いガラス基板上のＣｄＴｅの適用ができない住居の屋根への適合性を高める。
【０００９】
従来から、ＣｄＴｅ太陽電池は、ガラス基板などの透明基板を用いたスーパーストレート構成で製造されている。サブストレート構成は、可撓性の金属箔などの不透明基板をＣｄＴｅ素子の大量生産に使用した場合に必要となる。この装置構成の違いにより、従来のバックコンタクト（裏面接点）形成からの相当の変更が必要化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣｄＴｅとスーパーストレートＣｄＴｅ太陽電池における電極材料の電気接触を改善するために、伝統的な物理蒸着手段を用いてＣｄＴｅ上にＺｎＴｅの膜が成長される（その内容が参照により本明細書に組み込まれる１９９７年１０月の第２６回ＩＥＥＥ光起電力専門家会議９月Ｂで発表されたT. A. Gessert, P. Sheldon, X. Li, D. Dunlavy, D. Niles, R. Sasala, S. Albright, B. Zadler著「ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池へのＺｎＴｅバックコンタクトの研究」）。
【００１１】
ＣｄＴｅとスーパーストレート素子の種々の電極材料の接触を改善する他の解決方法は、ＣｄＴｅ上への銅ドープＺｎＴｅの成長である（その内容が参照により本明細書に組み込まれるT. A. Gessert, A. R. Mason, P. Sheldon, A. B. Swartzlander, D. Niles, T. J. Courts著、「薄膜ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のバックコンタクト界面層としてのＣｕドープＺｎＴｅの開発」、Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films、１９９６年５月、Volume 14, Issue 3, pp. 806-812）。
【００１２】
ＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体フィルムへのオーム接触の提供における困難は、その仕事関数によるものであり、ＣｄＴｅよりも高い仕事関数を持つ利用可能な材料は存在しない。従来技術では、この問題は、ＩＩ−ＶＩ族半導体表面を種々の化学エッチャントで処理することを必要とする疑似オーム接触の形成により回避されていた。化学エッチング法は制御が困難で、制御されないと、吸収体半導体の粒界をエッチングする可能性があり、これは、太陽電池の効率を低下させる。サブストレート構造の太陽電池では、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物層表面の従来の処理では薄い層を形成することはできなかった。これは、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物層は金属成長の後に成長されるため、そのような処理のためのアクセスができなかったためである。従って、吸収体層と金属電極層の間のオーム接触の改善により増大した効率を有する改善された太陽電池に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１実施形態では、本発明は、サブストレート構造の光起電力素子であって、透明又は不透明な基板と、金属電極層と、透明導体層と、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物を含む吸収体層と、ウィンド層と、界面層とを含み、前記界面層が、前記金属電極層と前記吸収体層の間にオーム接触が形成されるように前記金属電極層と前記吸収体層の間に配置されていることを特徴とする光起電力素子を開示する。好ましい実施形態では、前記吸収体層がＣｄＴｅを含み、前記ウィンド層がＣｄＳを含む。前記界面層は、ナノ粒子、焼結ナノ粒子及び薄膜からなる群より選ばれる材料を含む。１実施形態では、前記ナノ粒子、焼結ナノ粒子及び薄膜は、ＩＩ−ＩＶ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合粒、ＩＩＩ−Ｖ族化合物及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物からなる群より選ばれる材料を含む。更に好ましい実施形態では、前記ナノ粒子、焼結ナノ粒子及び薄膜は、それぞれ、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属からなる群より選ばれる材料を含む。１実施形態では、前記界面層が複数の層を含み、前記複数の層が、ｐドープＺｎＴｅナノ粒子を含む第１層と、ＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含む。
【００１４】
他の実施形態では、前記界面層が、ＺｎＴｅナノ粒子を含む前記第２層と前記吸収体層の間に配置されたＴｅ金属ナノ粒子を含む第３層を更に含む。
【００１５】
他の実施形態では、前記複数の層が、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅナノ粒子を含む第１層と、ＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含む。この実施形態では、前記第２層と前記吸収体層の間に配置された第３層を含む界面層を有する場合があり、前記第３層は、Ｔｅ金属ナノ粒子、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙナノ粒子及びＣｄＺｎＴｅナノ粒子からなる群より選ばれる材料を含む。
【００１６】
他の実施形態では、前記界面層が少なくとも３つの層を有し、第１界面層がｘ＝０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、第２界面層がｘ＝１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、前記第１界面層と前記第２界面層の間の第３界面層が１≦ｘ≦２の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含む。
【００１７】
他の実施形態では、前記界面層が複数の層を有し、前記複数の層が、焼結されたｐドープＺｎＴｅナノ粒子を含む第１層と、焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層を含む。他の実施形態では、前記界面層が、焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む前記第２層と前記吸収層の間に配置され、焼結されたＴｅ金属ナノ粒子を含む第３層を更に含む。他の実施形態では、前記界面層が複数の層を有し、前記複数の層が、１≦ｘ≦２の焼結されたＣｕｘＴｅナノ粒子を含む第１層と、焼結されたＺｎＴｅナノ粒子を含む第２層とを含む。更に、前記界面層は前記第２層と前記吸収体層の間に配置された第３層を更に有することができ、前記第３層が、焼結されたＴｅ金属ナノ粒子、焼結されたｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙナノ粒子及び焼結されたＣｄＺｎＴｅナノ粒子からなる群より選ばれる材料を含む。
【００１８】
他の実施形態では、前記界面層が少なくとも３つの層を有し、第１界面層がｘ＝０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、第２界面層がｘ＝１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、前記第１界面層と前記第２界面層の間の第３界面層が０≦ｘ≦１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含む。
【００１９】
他の実施形態では、前記界面層は複数の層を含み、前記複数の層は、ｐドープＺｎＴｅ薄膜を含む第１層と、ＺｎＴｅ薄膜を含む第２層を含む。他の実施形態では、前記界面層は、ＺｎＴｅ薄膜を含む前記第２層と前記吸収体層の間に配置されたＴｅ金属薄膜を含む第３層を更に含む。他の実施形態では、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ薄膜を含む第１層と、ＺｎＴｅ薄膜を含む第２層を含む複数の層が存在する。他の実施形態では、前記界面層は、前記第２層と前記吸収層の間に配置された第３層を更に含み、前記第３層は、Ｔｅ金属薄膜、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ薄膜、ＣｄＺｎＴｅ薄膜からなる群より選ばれる材料を含む。
【００２０】
他の実施形態では、前記界面層は少なくとも３つの層を含み、第１界面層がｘ＝０のＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅ薄膜を含み、第２界面層がｘ＝１のＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅ薄膜を含み、前記第１界面層と前記第２界面層の間の第３界面層が０≦ｘ≦１のＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅ薄膜を含む。
【００２１】
他の実施形態では、透明基板、ＴＣＯ層、ウィンド層、吸収層、ナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む界面層及び電極を含むスーパーストレート構造の光起電力素子が開示される。１実施形態では、前記ナノ粒子又は焼結ナノ粒子は、それぞれ、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属からなる群より選ばれる材料を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、オーム接触界面層を有するサブストレート構造の太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２３】
【図２】図２は、ＺｎＴｅ及びｐドープＺｎＴｅ界面層を有するサブストレート構造のＩＩ−ＶＩ族半導体太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２４】
【図３】図３は、ｐドープＺｎＴｅ、ＺｎＴｅ及びｙ＞ｘのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２５】
【図４】図４は、ｐドープＺｎＴｅ、ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ態様電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２６】
【図５】図５は、（１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅである）ＣｕＴｅ、ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２７】
【図６】図６は、（１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅである）ＣｕＴｅ、ＺｎＴｅ及びｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２８】
【図７】図７は、（１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅである）ＣｕＴｅ、ＺｎＴｅ及びＣｄＺｎＴｅ界面層を有するサブストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００２９】
【図８】図８は、界面層を有するスーパーストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００３０】
【図９】図９は、ＺｎＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００３１】
【図１０】図１０は、ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００３２】
【図１１】図１１は、ＺｎＴｅ及びｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するスーパーストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【００３３】
【図１２】図１２は、ＺｎＴｅ及びＣｄＺｎＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池を示す本発明の１実施形態の側面図の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明者により考案された本発明を実施する最良の形態を含む本発明の幾つかの特定の実施形態について詳細に説明する。これらの特定の実施形態の例は添付図面に示されている。これらの特定の実施形態との関連で発明を説明するが、本発明を記載された実施形態に限定することが意図されないことが理解される。反対に、添付請求の範囲に規定される発明の精神及び範囲に含まれ得る代替、改変及び均等のものを包含することが意図されている。後述の記述には、本発明の完全な理解を与えるために多くの特定の詳細が説明される。本発明は、これらの特定の詳細の一部又は全部無しで実施し得る。本明細書及び添付請求の範囲において、「１つ」（「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」）などの単一形は、文脈がそうでないことを明示していない限り、複数物への参照を含む。異なるように定義されない限り、本明細書で使用される技術及び科学用語は本発明が属する技術分野の当業者に通常に理解されるものと同じ意味を有する。
【００３５】
本明細書で使用される「オーム接触層」及び「界面層」は、金属電極と吸収体層の間に位置する１又は複数の層を含む意味を有する。従って、定義から「界面層」は、単一層及び１，２，３，４，５又はそれ以上の層であり得る一組の複数層を含む。「界面層」は、素子の電流電圧（Ｉ−Ｖ）曲線が実質的に直線的で対称となるように準備される。Ｉ−Ｖ特性が実質的に非直線的で非対称の場合は、その層は代わりにブロッキング又はショットキー接触と呼ばれる。１又は複数の層のそれぞれは独立に、薄膜、ナノ粒子、焼結ナノ粒子又はこれら３つの１以上の組合せを含み得る。また、本発明では、異なる化学組成のナノ粒子を含む複数のオーム接触層を連続的に成長させることが考えられる。
【００３６】
本明細書では、金属電極は「バックコンタクト」又は「電極」とも称される。
【００３７】
本明細書における「光起電力素子」により、動作環境において適切なリード及び接続を有して、光を電気に変換できる最小数の層を有する多層構造を意味する。１実施形態では、当該素子は、少なくとも次の層をこの順に有し、この構造は「サブストレート構造」として知られている：基板／電極層／界面層／吸収体層／ウィンド層／ＴＣＯ層。他の実施形態では、光起電力素子は「スーパーストレート構造」を有し、当該素子は少なくとも次の層をこの順に有する：基板／ＴＣＯ／ウィンド層／吸収体層／界面層／電極層。
【００３８】
サブストレート構造では、基板は透明又は不透明であり得る。好ましい実施形態では、基板は金属を含み、不透明である。上記素子は、素子を実用するためのリードや接続などの任意の更なる構造を有し得る。本発明の上記好ましい実施形態は、光起電力素子の層又は成長の順序を制限しない。
【００３９】
本発明に有用なナノ粒子又は焼結ナノ粒子は、Ｉ−ＶＩ、ＩＩ−ＶＩ、ＩＩＩ−Ｖ及びＩＶ−ＶＩ族化合物及びＩＶ族半導体を含む化合物半導体を含む。これは、ＣＩＧＳなどのＩ−ＩＩＩ−ＶＩ化合物も含む。ＣＩＧＳは、０≦ｘ＜１としたときのＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｅであり、ＣＩＳ、ＣＩＳｅ、ＣＩＧＳｅ、ＣＩＧＳＳｅを含むＣＩＧＳと一般に呼ばれる類縁材料が含まれる。本明細書で言うところの球状ナノ粒子は、約１−１００ｎｍ、好ましくは約２−２０ｎｍのサイズを有する。本発明では、本明細書での「ナノ粒子」は球状又は実質的に球状の粒子に限られず、テトラポッド（４本足）、ベントロッド（屈曲棒）、ナノワイヤー、ナノロッド、粒子、中空粒子、単一材料、合金材料、均質材料、混成材料などの種々の形状のナノ構造を含む。ナノ粒子のサイズは可変であるが、粒子がナノロッド状（微小棒状）などの細長い構造の場合は、約１００ｎｍの最大長さを有し、約１−２０ｎｍ、好ましくは５ｎｍの最大径を有することが好ましい。
【００４０】
本発明に従うナノ粒子又は焼結ナノ粒子は、コア（core）／殻（shell）又はコア／殻／殻又はコア／殻／殻／殻構造を有し得る。コア及び／又は殻は、これには限られないが、ＩＩ−ＶＩ族（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＴｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ族（ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳなど）、ＩＶ−Ｖ族化合物及びＩＶ（Ｇｅ，Ｓｉ）物質、及びその合金又はその混合物を含む半導体材料であり得る。ＩＩ型均質構造（その内容が本明細書に組み込まれるS. Kim, B. Fisher, H.J. Eisler, M. Bawendi著、「ＩＩ型量子ドット：ＣｄＴｅ／ＣｄＳｅ（コア／殻）及びＣｄＳｅ／ＺｎＴｅ（コア／殻）均質構造」、J. Am. Chem. Soc. 125 (2003)11466-11467を参照）、及び、合金化された量子ドット（その内容が共に本明細書に組み込まれるX.H. Zhong, Y.Y. Feng, W. Knoll, M.Y. Han著、「極めて狭い蛍光スペクトル幅を有する合金化されたＺｎｘＣｄ１−ｘＳナノ結晶」、J. Am. Chem. Soc. 125 (2003) 13559-13563、及び、R.E. Bailey, S.M. Nie著、「合金化された半導体量子ドット：粒子サイズを変化させずに光学特性を同調する」、J. Am. Chem. Soc. 125 (2003) 7100-7106）が好適と考えられる。ナノ粒子及び焼結ナノ粒子は、コーティング又はこれに結合したリガンドを有し得る。上に列記した物質の多くは量子閉じ込めされている。しかし、本発明はナノ粒子が量子閉じ込めされていることを必要としない。
【００４１】
本発明では、本明細書のナノ粒子が焼結されていても、されていなくても良い。本発明の１実施形態では、ナノ粒子は、製造過程で焼結され、又は、部分的に焼結されており、したがって、素子は、「焼結ナノ粒子」乃至「焼結されたナノ粒子」を含む。ナノ粒子、焼結されたナノ粒子、部分的に焼結されたナノ粒子のサイズを測定する技術及び装置は当業界で公知である。当業者は、焼結工程によりナノ粒子のモルフォロジー、サイズ、形状が変化することを理解する。本発明に従うナノ粒子界面層は、その電気特性を改善するために温度処理（大気中、不活性又は還元雰囲気下、又は、真空中）され得る。他の焼結工程は、レーザー、高速温度処理、フラッシュアニーリング又は類似の技術を含む。
【００４２】
本発明は、サブストレート構造の光起電力素子における１又は複数のＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層と裏面金属電極の間のオーム接触を達成するために、薄膜、ナノ粒子及び／又は焼結されたナノ粒子を含む界面層の使用を開示する。本発明は、スーパーストレート構造の光起電力素子における１又は複数のＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層と裏面金属電極の間のオーム接触を達成するために、ナノ粒子及び／又は焼結されたナノ粒子を含む界面層の使用も開示する。１実施形態では、１≦ｘ≦２としたときのＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙとしたときのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属がＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層と裏面金属電極の間のオーム接触を達成するために使用し得る。ｘ≠ｙとしたときのＣｄｘＴｅｙがｙ＞ｘの化合物、したがって、テルルリッチのＣｄＴｅ化合物であることが好ましい。本明細書におけるＣｄ（ｎ）Ｔｅ（＞ｎ）の表記は、テルルリッチのＣｄＴｅ化合物を意味する。本明細書において「ｐドープＺｎＴｅ：Ｃｕ」と記載したときは、ドーパントがＣｕであることを意味する。
【００４３】
本発明に従う吸収体層は、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物、好ましくは、Ｔｅ含有ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物、より好ましくはＣｄＴｅを含む。吸収体層は、単一層又は複数層を含み得る。吸収体層は、薄膜又はナノ粒子又はその双方を含み得る。
【００４４】
本発明の１実施形態では、テルルリッチのカドミウムテルリドは、当業界で公知のコロイド状ナノ粒子合成法で準備することができ、本発明の１実施形態に従う界面層として成長し得る。サブストレート構造では、ｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙは、ＣｄＴｅと裏面金属電極の間のオーム接触を達成するために、ＣｄＴｅ層の成長の前に成長し得る。従来技術は、電極とＩＩ−ＶＩ族半導体層の間の電気接触を改善する吸収体層の電極側にテルルリッチの薄膜が形成されたスーパーストレート構造を教示する。これは、吸収体層を酸（硝酸及びリン酸の混合物又は臭素のメタノール溶液のいずれか）又はアニリンにより吸収体層の表面をエッチングすることにより達成される。これは、吸収体層からＩＩ族化合物を選択的に除去することが接触層との相互拡散を促進するＴｅリッチの表面を生成するものと考えられている。
【００４５】
本発明の他の実施形態では、テルル金属、Ｔｅ金属ナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む薄膜を界面層として使用しうる。金属ナノ流思想は、コロイド合成法により準備できる。ＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層と裏面金属電極の間のテルルリッチ界面層を形成するために、吸収体層の成長の前に金属ナノ粒子層が準備され得る。代替的には、１又は複数のＴｅ元素金属の薄層（１から１００ｎｍ）を成長し得る。ナノ粒子界面層は、その電気特性を改善するために（例えばリガンド交換により）化学的に処理され得る。
【００４６】
本発明の他の実施形態では、例えば、物理蒸着手段により成長された基板電極材料の直接上のＺｎＴｅ薄膜を含む界面層が考えられる。この実施形態では、ＺｎＴｅは、素子における裏面金属電極と吸収層の間でＣｕが使用された場合の熱処理中の銅の拡散に対するバリアとしても作用する。他の実施形態では、ＺｎＴｅナノ粒子溶液が基板電極の直上に堆積される。ＺｎＴｅは、ＺｎＴｅナノ粒子のコロイド溶液として堆積し得る。吸収体層の前に基板電極上に直接ＺｎＴｅの１又は複数の薄層（１０−１５００ｎｍ）を成長することで、その電極への電気接触を改善することができる。テルル化亜鉛ナノ粒子の溶液（本実施形態のＺｎＴｅナノ粒子は、性質がコロイド性であり、種々の溶媒中で分散を形成する：幾つかの形態では、量子閉じ込めされたときに、量子ドットとしても知られる）が上記の任意の厚みのＺｎＴｅ層を堆積するために使用される。その合成は、その全体が本明細書に組み込まれる文献、すなわち、Yadong Li , Yi Ding, Zhaoyu Wang著、「ＺｎＴｅ半導体ナノロッドへの新規な化学的ルート」、Advanced Materials 11(10), Pages 847 - 850 (1999)に報告されている。これらの材料は溶液の形態であるため、印刷技術（インクジェット印刷、スクリーン印刷）、スピンコーティング、スプレイコーティング、ウェット又はドライコーティングなどにより基板上に堆積させることができる。溶媒は、蒸発（室温又は加熱）処理、溶液抽出等を含む多くの方法で除去できる。本発明の１実施形態では、ＣｄＴｅ成長の間の高温工程に対して安定なＺｎＴｅ薄膜を調整するために、４００℃又は５００℃又はそれ以上でアンドープＺｎＴｅが堆積される。
【００４７】
他の実施形態では、ＣｕドープＺｎＴｅがオーム接触界面層として使用される。典型的にはＺｎＴｅ中の銅含有量は、１％未満から１０アトミックパーセントの範囲である。銅は、ＣｄＴｅに拡散して吸収体層の膜厚を減少させ、それにより、これらの材料間の電気接触を改善することが知られている：過剰のＣｕ拡散は素子性能に有害であるが。サブストレート又はスーパーストレート構造のどちらのＣｄＴｅ太陽電池でも、ＣｕドープＺｎＴｅは、ＣｕドープＺｎＴｅナノ粒子（又は１≦ｘ≦２としたときのＣｕｘＴｅのみ）を用いて成長することができる。この組成のナノ粒子は、報告されているイオン交換法を用いてＺｎＴｅナノ粒子中に制限された量の銅イオンを交換することで生成できる。その内容が本明細書に組み込まれるDong Hee Son, Steven M. Hughes, Yadong Yin, A. Paul Alivisatos著「イオン性ナノ粒子でのカチオン交換反応」、Science 5 November 2004, Vol. 306, No. 5698, pp.1009-1012参照。
【００４８】
ＣｕドープＺｎＴｅ薄膜は、当業界で公知の物理蒸着法を用いてＣｕドープＺｎＴｅターゲットから容易に調整することができる。本発明の１実施形態では、アンドープＺｎＴｅ薄膜の前に裏面金属電極上に成長されたＣｕドープＺｎＴｅ薄膜が考えられる。従来技術で報告されたスーパーストレート構造の太陽電池では、ＺｎＴｅ及びＣｕドープＺｎＴｅ膜はＣｄＴｅの成長後に成長され、３００℃以上の高温工程を経ない。本発明に従えば、４００℃又は５００℃以上又はそれ以上の温度で通常成長させるＣｄＴｅの成長の前にＺｎＴｅ及び銅ドープＣｄＴｅを成長させる。サブストレート構造では、ＺｎＴｅ及び銅ドープＺｎＴｅは、４００℃又は５００℃以上又はそれ以上の工程温度に耐える必要がある。従来技術の問題は高温での銅核酸である。本発明では、ＺｎＴｅの銅含有量及びアンドープＺｎＴｅの膜厚が、ＣｄＴｅへの銅拡散に丁度十分であるが、素子性能に有害な過剰銅拡散が防がれるように調整される。
【００４９】
本発明の他の実施形態では、事前形成された１≦ｘ≦２としたときのＣｕｘＴｅナノ粒子中のＣｕと交換するためにＺｎを使用し得る。理想的には、ＺｎＴｅ中に交換されるＣｕの量は、１パーセント未満から１０アトミックパーセントの範囲で制御される。代替的には、純粋なテルル化銅ナノ粒子を溶液中で所望の比率（１パーセント未満から１０アトミックパーセント）で純粋なテルル化亜鉛ナノ粒子に混合し、上記した液体堆積法の１つを用いて堆積し得る。選択的に、乾燥銅ドープＺｎＴｅ層又はテルル化銅／テルル化亜鉛混合物は、密度及び結晶粒子サイズを上昇させるために熱処理され得る。他の選択肢は、吸収体成長の前の後続の熱アニールにおいて、接触表面をＣｕｘＳｅ、ＣｕＣｌ２、ＣｕＯ、ＣｕｘＳ、ＣｕｘＯＨなどのＣｕ含有材料で処理することで接触表面を改質することである。
【００５０】
本発明の他の実施形態では、ＣｄＴｅ層中の最終的な銅の量を制御するために、裏面金属とＺｎＴｅ薄膜層の間に１≦ｘ≦２としたときのＣｕｘＴｅ薄層が成長される。
【００５１】
本発明の他の実施形態では、サブストレート構造におけるオーム接触を改善するために、金属電極層とｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙ（又はテルル金属層）の間にｐドープＺｎＴｅの界面層が成長される。ｐドープＺｎＴｅナノ粒子層とｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙの間にアンドープＺｎＴｅの薄膜、ナノ粒子、焼結ナノ粒子を使用し得る。ナノ粒子界面層は、その電気特性を改善するために（例えばリガンド交換により）化学的に処理され得る。ナノ粒子界面層は、その電気特性を改善するために（空気中、不活性又は反応性雰囲気で、又は、真空下で）焼結され得る。
【００５２】
種々のＣｕ：Ｚｎ比率のＣｄＺｎＴｅはコロイド合成工程を用いて調整することができる。これらはＣｄＺｎＴｅ合金として調整でき、又は、コア／殻ナノ粒子（ＺｎＴｅ殻を有するＣｄＴｅコア又はＣｄＴｅ殻を有するＺｎＴｅコア）として調整できる。コア／殻粒子に対しては、これを三元ＣｄＺｎＴｅに変化させるために熱処理ステップを用い得る。サブストレート構造では、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物層を含む吸収体層の成長前にＣｄＺｎＴｅを成長し得る。ｐドープＺｎＴｅの層は、サブストレートと構造におけるオーム接触を改善するために、金属層とＣｄＺｎＴｅ層の間に使用し得る。アンドープＺｎＴｅの薄膜、ナノ粒子又は焼結ナノ粒子は、ｐドープＺｎＴｅナノ粒子層とＣｄＺｎＴｅナノ粒子層の間に使用し得る。
【００５３】
ＣｄＺｎＴｅの化学組成は、純粋な又は実質的に純粋なＺｎＴｅから始まって、吸収体層に隣接する純粋な又は実質的に純粋なＣｄＴｅで終わるような傾斜が形成されるようにＣｄ：Ｚｎ比を調整することで変化させることができる。他の実施形態では、界面層は少なくとも３層を含み、第１界面層は、ｘ＝０の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、第２界面層は、ｘ＝１の焼結されたＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含み、第３界面層は、０≦ｘ≦１のＣｄ１−ｘＺｎｘＴｅナノ粒子を含む。第３層においてｘ＝１であることが好ましい。
【００５４】
実施例１：オーム接触界面層を有するサブストレート太陽電池
図１に示される本発明の１実施形態では、基板１００は金属電極１１０により、その後オーム接触界面層１２０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層１３０が、その後ウィンド層１４０及び透明導電体１５０がオーム接触界面層１２０上に堆積される。基板１００は、不透明金属箔（ステンレス鋼、アルミ又は銅）、可撓性透明高分子膜（ポリイミドなど）又は剛性の透明ガラス（ホウケイ酸塩又はソーダ石灰）であり得る。基板の厚みは、可撓性金属箔の場合は２５−２５０ミクロン、可撓性高分子膜の場合は１０−１００ミクロン、ガラスの場合は１−５ｍｍであり得る。金属電極１１０は、比限定的な例として、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕであり得る。好ましいのはＭｏ、Ｔｉ又はＮｉである。金属電極層の厚みは、５０ｎｍから１０００ｎｍの範囲であり得る。金属層は当業界で公知の物理蒸着技術で成長できる。オーム接触界面層１２０は、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ、ｐドープＺｎＴｅ、ｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ、ＣｕドープＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３及びＴｅ金属を含む薄膜又は（焼結された、又は、焼結されていない）ナノ粒子から作られ得る。ナノ粒子は、スピンコーティング、スロットダイコーティング、ロールコーティング、スプレイコーティング、インクジェット印刷などの周知のウェットコーティング法により金属層１１０上に堆積させることができる。界面層１２０としてナノ粒子又は焼結ナノ粒子を使用した場合の膜厚は１−１０００ｎｍ、好ましくは１０−１００ｎｍの間である。吸収層１３０における非限定的なＩＩ−ＶＩ族材料の例としては、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ及び／又はＨｇＴｅがある。この層は約１−１０ミクロン厚であり、近接空間昇華法（close space sublimation）、気相輸送蒸着法（vapor transport deposition）等の当業界の公知の方法により成長させることができる。ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物を含む吸収体層１３０は、粒子サイズを増大させるために当業界で周知のＣｄＣｌ２処理を施すことができる。吸収体層１３０は、当業界で周知の方法で化学的にエッチングすることができる。５０−２００ｎｍのウィンド層１４０は、化学浴析出法（chemical bath deposition）、近接空間昇華法、気相輸送蒸着法などの当業界で周知の方法により吸収体層の上に成長することができる。本発明には、ウィンド材料としてＣｄＳが好ましい。ウィンド層１４０は、粒子サイズを改善し、吸収体１３０とウィンド層１４０の良好な接合を得るために熱処理（２００−５００℃、１０−３０分）することができる。透明導電層１５０がウィンド層１４０上に成長されて太陽電池が完成する。透明導電層は、５０−１０００ｎｍであり得、ＩＴＯ又はＺｎＯ又は他の当業界で公知のＴＣＯ材料を含み得る。ＴＣＯは、当業界で周知の物理蒸着法により成長させることができる。ＺｎＯ層は、抵抗性の真正ＺｎＯ（resistive intrinsic ZnO）及び導電金属（例えば、アルミ）がドープされたＺｎＯ層を含み得る。
【００５５】
実施例２：ＺｎＴｅ及びｐドープＺｎＴｅ界面層を有するサブストレートＩＩ−ＶＩ族半導体太陽電池
図２に示される本発明の実施形態では、基板２００は、金属電極２１０により、続いて、ｐドープＺｎＴｅ界面層２２０及びＺｎＴｅ２３０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層２４０、及び、その後のウィンド層２５０及び透明導体２６０はＺｎＴｅ界面層２３０上に成長される。基板２００は不透明な金属箔（例えば、ステンレス鋼、アルミ又は銅）、可撓性透明高分子膜（ポリイミドなど）又は剛性の透明ガラス（ホウケイ酸塩又はソーダ石灰）であり得る。ｐドープＺｎＴｅ層２２０は、銅ドープＺｎＴｅナノ粒子又は焼結ナノ粒子、又は、薄膜を含み得る。ｐドープＺｎＴｅ層は、ＺｎＴｅと１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅの混合によって得ることも出来る。ｐドープＺｎＴｅ層２２０の銅含有量は、銅の１−１０アトミックパーセントの範囲である。真正アンドープＺｎＴｅ界面層２３０は、ｐドープＺｎＴｅ層２２０上に堆積される。ＩＩ−ＶＩ族材料吸収体層２４０は、近接空間昇華法、気相輸送蒸着法などの当業界で周知の方法で成長させ得る１−１０ミクロンのＣｄＴｅであり得る。５−２００ｎｍのウィンド層２５０は、ＣｄＴｅ層上に化学浴析出法、近接空間昇華法、気相輸送蒸着法などの当業界で周知の方法で成長させることができる。透明導体層２６０がウィンド層２５０上に成長されて太陽電池が完成する。
【００５６】
実施例３：ｐドープＺｎＴｅ、ＺｎＴｅ及びｙ＞ｘのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するサブストレート太陽電池
図３に示される本発明の実施形態では、基板３００は、金属電極３１０により、その後、ｐドープＺｎＴｅ界面層３２０、ＺｎＴｅ層３３０及びｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙナノ粒子層３４０により被覆される。テルル含有ＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層３５０が、続いて、ウィンド層３６０及び透明導体３７０がＺｎＴｅ界面層３３０上に成長される。基板３００は、、不透明金属箔（ステンレス鋼、アルミ又は銅）、可撓性透明高分子膜（ポリイミドなど）又は剛性の透明ガラス（ホウケイ酸塩又はソーダ石灰）であり得る。基板の厚みは、可撓性金属箔の場合は２５−２５０ミクロン、可撓性高分子膜の場合は１０−１００ミクロン、ガラスの場合は１−５ｍｍであり得る。金属電極３１０は、本明細書に開示した金属であり得る。金属電極の厚みは５０ｎｍ−１０００ｎｍの範囲であり得る。ｐドープＺｎＴｅ層３２０は、銅ドープＺｎＴｅナノ粒子又は焼結ナノ粒子又は薄膜であり得る。ｐドープＺｎＴｅナノ粒子層３２０は、ＺｎＴｅと１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅナノ粒子の混合によっても得ることができる。ｐドープＺｎＴｅ層３２０中の銅含有量は、銅の約１−１０アトミックパーセントの範囲である。ｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙナノ粒子又は焼結ナノ粒子は、従来のスーパーストレートＣｄＴｅ太陽電池に使用されるＣｄＴｅの化学ウェットエッチングがテルルリッチの界面を形成することでバックコンタクトを改善するのと同様にしてＣｄＴｅへのバックコンタクトを改善すると考えられる。サブストレート構造では、ＣｄＴｅ裏面金属界面は埋め込まれてアクセス不能であるため、このような化学エッチング法は使用できない。本発明で提案されるｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙナノ粒子層は新規であり、埋め込まれたＣｄＴｅバックコンタクトにおけるテルルリッチ界面を可能にする。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層３５０は、近接空間昇華法、気相輸送蒸着法などの当業界で公知の方法により成長される１−１０ミクロン厚のＣｄＴｅであり得る。５０−２００ｎｍのウィンド層３６０は、化学浴析出法、近接空間昇華法、気相輸送蒸着法などの当業界で公知の方法によりＣｄＴｅ層上に成長される。
【００５７】
実施例４：ｐドープＺｎＴｅ、ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ態様電池
図４に示す本発明の実施形態では、基板４００は、金属電極４１０により、続いて、ｐドープＺｎＴｅ界面層４２０、ＺｎＴｅ層４３０及びテルル層４４０により被覆される。これらの界面層は、薄膜又は粒子を含み得る。ＩＩ−ＶＩ族半導体吸収体層４５０、その後には、ウィンド層４６０及び透明導体４７０は、ＺｎＴｅナノ粒子界面層４３０上に成長される。基板４００は、不透明金属箔（ステンレス鋼、アルミ又は銅）、可撓性透明高分子膜（ポリイミドなど）又は剛性の透明ガラス（ホウケイ酸塩又はソーダ石灰）であり得る。ｐドープＺｎＴｅ層４２０は、銅ドープＺｎＴｅナノ粒子又は焼結ナノ粒子であり得る。ｐドープＺｎＴｅ層は、ＺｎＴｅ及び１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅナノ粒子又は焼結ナノ粒子の混合によっても得ることができる。ｐドープＺｎＴｅ層４２０の銅含有量は、銅の１−１０アトミックパーセントの範囲である。ナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む層４２０，４３０，４４０は、１−１０００ｎｍ、好ましくは、１０−１００ｎｍの厚みを有する。
【００５８】
実施例５：１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池
図５に示す本発明の実施形態では、基板５００は、金属電極５１０により、続いて、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ界面層５２０、ＺｎＴｅ層５３０及びＴｅナノ粒子層５４０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層５５０及びそれに続くウィンド層 、透明導体５７０は、Ｔｅ界面層５４０上に成長される。ｐ型層５２０は、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅナノ粒子又は焼結ナノ粒子又は薄膜であり得る。
【００５９】
実施例６：１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ及びｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池
図６に示す本発明の実施形態では、基板６００は、金属電極６１０により、続いて、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ界面層６２０、ＺｎＴｅ層６３０及びｘ≠ｙのテルルリッチＣｄｘＴｅｙ層６４０により被覆される。テルル含有ＩＩ−ＶＩ族吸収体層６５０及びそれに続くウィンド層６６０、透明導体６７０は、ｘ≠ｙのテルルリッチＣｄｘＴｅｙ層６４０上に成長される。
【００６０】
実施例７：１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ、ＺｎＴｅ及びＣｄＺｎＴｅ界面層を有するサブストレートＣｄＴｅ太陽電池
図７に示す本発明の実施形態では、基板７００は、金属電極７１０により、続いて、１≦ｘ≦２のＣｕｘＴｅ界面層７２０、ＺｎＴｅ層７３０及びＣｄＺｎＴｅ層７４０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層７５０及びそれに続くウィンド層７６０、透明導体７７０は、ＣｄＺｎＴｅ層７４０上に成長される。
【００６１】
実施例８：界面層を有するスーパーストレート太陽電池
図８に示す本発明の実施形態では、基板８００は、透明導電電極８１０により、続いて、ウィンド層８２０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層８３０は、ウィンド層８２０上に成長される。ナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む界面層８４０及びこれに続く金属電極層８５０が吸収体層８３０上に成長されて太陽電池が完成する。
【００６２】
実施例９：ＺｎＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池
図９に示す本発明の実施形態では、透明基板９００は、透明導電電極９１０により、続いて、ウィンド層９２０により被覆される。好ましくは、ウィンド層はＣｄＳを含む。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層９３０は、ウィンド層９２０上に成長される。ナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含むＺｎＴｅ界面層９４０及びこれに続くＺｎＴｅ：Ｃｕナノ粒子層９５０及びさらにこれに続く金属電極９６０が吸収体層９３０上に成長されて太陽電池が完成する。
【００６３】
実施例１０：ＺｎＴｅ及びＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池
図１０に示す本発明の実施形態では、基板１０００は、透明導電電極１０１０により、続いて、ウィンド層１０２０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層１０３０は、ウィンド層１０２０上に成長される。ナノ粒子界面層１０４０及びこれに続くアンドープＺｎＴｅナノ粒子層１０５０及びさらにこれに続くｐドープＺｎＴｅ：Ｃｕナノ粒子層１０６０及び金属電極１０７０が吸収体層１０３０上に成長されて太陽電池が完成する。
【００６４】
実施例１１：ＺｎＴｅ及びｘ≠ｙのＣｄｘＴｅｙ界面層を有するスーパーストレート太陽電池
図１１に示す本発明の実施形態では、基板１１００は、透明導電電極１１１０により、続いて、ウィンド層１１２０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層１１３０は、ウィンド層１１２０上に成長される。ｙ＞ｘのテルルリッチＣｄｘＴｅｙ界面層１１４０及びこれに続くアンドープＺｎＴｅ層１１５０及びｐドープＺｎＴｅ：Ｃｕ層１１６０及び金属電極１１７０が吸収体層１１３０上に成長されて太陽電池が完成する。本実施形態の界面層（複数）はナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む。
【００６５】
実施例１２：ＺｎＴｅ及びＣｄＺｎＴｅ界面層を有するスーパーストレート太陽電池
図１２に示す本発明の実施形態では、基板１２００は、透明導電電極１２１０により、続いて、ウィンド層１２２０により被覆される。ＩＩ−ＶＩ族吸収体層１２３０は、ＣｄＳウィンド層１２２０上に成長される。ＣｄＺｎＴｅ界面層１２４０及びこれに続くアンドープＺｎＴｅナノ粒子層１２５０及びｐドープＺｎＴｅ：Ｃｕ層１２６０及び金属電極１２７０がＣｄＴｅ層上に成長されて太陽電池が完成する。本実施形態の界面層（複数）はナノ粒子又は焼結ナノ粒子を含む。
【００６６】
本明細書に記載した実施形態は、例示的で非網羅的な本発明において可能な層構造の例を示したものであることが理解される。本明細書で開示したものの中間的及び／又は追加的な層も考えられ、本発明の範囲に含まれる。太陽電池の最終用途がそのような構成を保証する場合は、被覆、封止及び他の構造層も考えることができる。
【００６７】
本明細書に開示したすべての特許、公開及び文献は、すべての目的で、参照により本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】米国特許第６５３７８４５号公報
【図１】
2011515852.tif 000003
【図２】
2011515852.tif 000004
【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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【国際調査報告】
2011515852.tif 000015
2011515852.tif 000016