(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッファ層および吸収体層を含む光起電力素子であって、
バッファ層が、光起電力素子のエネルギー面と向かい合う第１の表面、および光起電力素子の反対面と向かい合う第２の表面を有し、
吸収体層は、バッファ層の第２の表面上に設けられ、
吸収体層は、カドミウム、セレン、およびテルルを含み、
吸収体層は、ｐ型であり、
吸収体層は、複数の半導体層から形成され、
複数の半導体層は、セレン化カドミウムまたはテルル化カドミウムを含むドープ層を含み、
ドープ層は、第Ｖ族ドーパントでドープされており、そして
吸収体層中の第Ｖ族ドーパントの総ドープ量は、０原子パーセントを超え、かつ０．１原子パーセント未満である、
光起電力素子。
【請求項２】
吸収体層が、光起電力素子のエネルギー面に最も近い第１の表面を有し、吸収体層の第１の表面と吸収体層の中間点との間で測定される、吸収体層中の酸素の平均濃度が、５×１０１５ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３である、請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項３】
吸収体層に隣接して形成されたバックコンタクト層を含み、バックコンタクト層は、銅を実質的に含まない、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項４】
バックコンタクト層が、窒素ドープテルル化亜鉛を含む、請求項３に記載の光起電力素子。
【請求項５】
バックコンタクト層に隣接して形成された導電層を含む、請求項４に記載の光起電力素子。
【請求項６】
複数の半導体層が、バッファ層上に堆積し、吸収体層が、バッファ層に隣接する第１の表面を有する、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項７】
吸収体層の第１の表面に隣接して吸収体バッファ界面領域が形成され、
第Ｖ族ドーパントのパーセント濃度プロファイルが、吸収体層の第１の表面からの距離とともに吸収体層中に形成され、
吸収体バッファ界面における第Ｖ族ドーパントのパーセント濃度プロファイルが、吸収体層のバルク部中の第Ｖ族ドーパントのパーセント濃度プロファイルと異なり、そして
第Ｖ族ドーパントがヒ素を含む、
請求項６に記載の光起電力素子。
【請求項８】
バッファ層が、真性二酸化スズ、酸化マグネシウム亜鉛、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項６に記載の光起電力素子。
【請求項９】
第Ｖ族ドーパントが、ヒ素である、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１０】
吸収体層の過半が、ドープ層から形成される、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１１】
吸収体層の厚さが、０．５μｍから１０μｍの間である、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１２】
第Ｖ族ドーパントが、ヒ素、リン、アンチモン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１３】
吸収体層が、カドミウム、セレン、およびテルルからなる三元化合物を含む、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１４】
吸収体層が、カドミウムに対し、０原子パーセントを超え、かつ２０原子パーセント未満のセレンを含む、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項１５】
吸収体層の第１の表面と吸収体層の中間点との間で測定される、吸収体層中の酸素の平均濃度が、２×１０１７ｃｍ−３未満である、請求項６に記載の光起電力素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１７年２月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／４６４，１２７号に基づく優先権を主張し、その全体を本明細書に援用する。
【０００２】
[0002]本明細書は、全体として、薄膜光起電力素子におけるｐ型ドーパントの使用に関し、より明確には、薄膜光起電力素子における第Ｖ族ｐ型ドーパントの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]光起電力素子は、光起電力効果を示す半導体材料を使用し、光を直流電気に変換することによって電力を発生させる。特定の種類の半導体材料は、製造することが難しい可能性がある。例えば、半導体材料に隣接して設けられる薄膜層は、光起電力素子の動作不能や不安定性の原因となり得る。第Ｖ族元素をｐ型半導体用のドーパントとして使用することは、特に困難である可能性がある。
【０００４】
[0004]したがって、第Ｖ族ｐ型ドーパントを取り込む薄膜光起電力素子に使用するための、代替となる薄膜積層体に対する需要が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本明細書に与えられる実施形態は、第Ｖ族ドーパントとともに使用するための薄膜積層体に関する。本明細書に記載される実施形態によってもたらされる、これら、および追加の特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することにより、より十分に理解されるだろう。
【０００６】
[0006]図面に示される実施形態は、本来、例示および実例のためのものであり、特許請求の範囲によって規定される主題を限定することを意図するものではない。類似の構造が類似の参照番号で示される以下の図面と併せて読むことで、例示的実施形態に関する以下の詳細な説明を理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0007]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態に係る光起電力素子を模式的に図示する図である。
【図２】[0008]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態に係るサブストレートを模式的に図示する図である。
【図３】[0009]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態に係る光起電力素子を模式的に図示する図である。
【図４】[0010]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態に係る光起電力素子の吸収体層を形成するための膜積層体を模式的に図示する図である。
【図５】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態に係る、光起電力素子の吸収体層を形成するための膜積層体を模式的に図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0011]薄膜光起電力素子は、サブストレート（またはスーパーストレート）上に作製される複数の層を含むことができる。例えば、光起電力素子は、サブストレート上に積み重ねて形成される、バリア層、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層、バッファ層、吸収体層、およびバックコンタクト層を含むことができる。同様に、各層は、２つ以上の層または膜を含んでもよい。例えば、吸収体層は、複数の半導体層から形成され得る。
【０００９】
[0012]ここで図１を参照すると、光起電力素子１００の実施形態が模式的に図示される。光起電力素子１００は、受光し、光を電気信号に変換するよう構成され得る、例えば、光から光子が吸収され、光起電力効果によって電気信号に変換され得る。したがって、光起電力素子１００は、例えば太陽といった光源に露出されるよう構成されるエネルギー面１０２を規定することができる。光起電力素子１０２は、エネルギー面１０２からオフセットされる反対面１０４も規定することができる。なお、「光」という用語は、例えば電磁波スペクトルの紫外（ＵＶ）部分、赤外（ＩＲ）部分、および可視部分における波長などであるがこれらに限定されない、様々な波長の電磁波スペクトルを指すことができる。光起電力素子１００は、エネルギー面１０２と反対面１０４の間に配置される複数の層を含むことができる。本明細書で用いられる「層」という用語は、表面上に設けられる材料の厚さを指すことができる。また、各層は、表面の全てまたは任意の部分を被覆することができる。
【００１０】
[0013]光起電力素子１００は、光起電力素子１００への光の透過を容易にするよう構成されるサブストレート１１０を含むことができる。サブストレート１１０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２に配置され得る。図１および図２を併せて参照すると、サブストレート１１０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１１２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１１４を有することができる。１つまたは複数の材料層は、サブストレート１１０の第１の表面１１２と第２の表面１１４の間に配置され得る。
【００１１】
[0014]図１および図２を併せて参照すると、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１２２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１２４を有する透明層１２０をサブストレート１１０は含むことができる。透明層１２０は、例えばガラスといった実質的に透明な材料から形成され得る。適切なガラスとして、ソーダ石灰ガラス、または鉄含有量が低減された任意のガラスを挙げることができる。透明層１２０は、一部の実施形態において約２５０ｎｍから約１，３００ｎｍを含む、任意の適切な透過性を有することができる。透明層１２０は、例えば一実施形態において約５０％を超える、別の実施形態において約６０％を超える、さらに別の実施形態において約７０％を超える、さらなる実施形態において約８０％を超える、またはさらなる実施形態において約８５％を超える透過率が挙げられる、任意の適切な透過率をさらに有してもよい。一実施形態において、透明層１２０は、透過率が約９０％のガラスから形成され得る。任意選択的に、サブストレート１１０は、透明層１２０の第１の表面１２２を被覆する被膜１２６を含むことができる。被膜１２６は、光と相互作用するか、またはサブストレート１１０の耐久性を向上させるよう構成され得、例えば反射防止被膜、防汚被膜、またはそれらの組み合わせなどであるが、これらに限定されない。
【００１２】
[0015]再び図１を参照すると、光起電力素子１００は、劣化または剥離の原因となり得るサブストレート１１０由来の防汚物質（例えば、ナトリウム）の拡散を緩和するよう構成されるバリア層１３０を含むことができる。バリア層１３０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１３２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１３４を有することができる。一部の実施形態において、バリア層１３０は、サブストレート１１０に隣接して設けられ得る。例えば、バリア層１３０の第１の表面１３２は、サブストレート１００の第２の表面１１４上に設けられ得る。
【００１３】
[0016]一般的にバリア層１３０は、実質的に透明で、熱的に安定であり得、ピンホール数が低減され、高いナトリウム遮断能、および良好な接着性を有する。代わりに、または加えて、バリア層１３０は、光に色抑制を加えるよう構成され得る。バリア層１３０は、酸化スズ、二酸化ケイ素、アルミニウムドープ酸化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない適切な材料からなる、１つまたは複数の層を含むことができる。バリア層１３０は、例えば一実施形態において約５００Åを超える、別の実施形態において約７５０Åを超える、またはさらなる実施形態において約１２００Å未満の厚さが挙げられる、第１の表面１３２および第２の表面１３４を境界とする任意の適切な厚さを有することができる。
【００１４】
[0017]図１をさらに参照すると、光起電力素子１００は、光起電力素子１００によって生成される輸送電荷キャリアに電気的接触を与えるよう構成される透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１４０を含むことができる。ＴＣＯ層１４０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１４２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１４４を有することができる。一部の実施形態において、ＴＣＯ層１４０は、バリア層１３０に隣接して設けられ得る。例えば、バリア層１４０の第１の表面１４２は、バリア層１３０の第２の表面１３４上に設けられ得る。一般的にＴＣＯ層１４０は、実質的に透明であり、かつ広いバンドギャップを有する１つまたは複数の層のｎ型半導体材料から形成され得る。特に、広いバンドギャップは、光の光子のエネルギーと比較し、より大きなエネルギー値を有することができ、望ましくない光の吸収を緩和することができる。ＴＣＯ層１４０は、二酸化スズ、ドープ二酸化スズ（例えば、Ｆ−ＳｎＯ２）、酸化インジウムスズ、またはスズ酸カドミウムが挙げられるがこれらに限定されない適切な材料からなる、１つまたは複数の層を含むことができる。
【００１５】
[0018]光起電力素子１００は、ＴＣＯ層１４０と任意の半導体層の間に絶縁層を与えるよう構成されるバッファ層１５０を含むことができる。バッファ層１５０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１５２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１５４を有することができる。一部の実施形態において、バッファ層１５０は、ＴＣＯ層１４０に隣接して設けられ得る。例えば、バッファ層１５０の第１の表面１５２は、ＴＣＯ層１４０の第２の表面１４４上に設けられ得る。バッファ層１４０は、真性二酸化スズ、酸化マグネシウム亜鉛（例えば、Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ）、二酸化ケイ素（ＳｎＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛スズ、酸化亜鉛、スズケイ素酸化物、またはそれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない、ＴＣＯ層１４０よりも高い抵抗率を有する材料を含んでもよい。一般的にバッファ層１５０の材料は、隣接する半導体層（例えば、吸収体）のバンドギャップと実質的に一致するよう構成され得る。バッファ層１５０は、例えば一実施形態において約１００Åを超える、別の実施形態において約１００Åから約８００Åの間の、またはさらなる実施形態において約１５０Åから約６００Åの間の厚さが挙げられる、任意の適切な厚さを、第１の表面１５２と第２の表面１５４の間に有してもよい。
【００１６】
[0019]光起電力素子１００は、光起電力素子１００内にｐ−ｎ接合を形成するよう構成される吸収体層１６０を含むことができる。したがって、吸収された光の光子は、電子正孔対を解放し、電力を生じさせることができるキャリア流を生成することができる。吸収体層１６０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１６２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１６４を有することができる。吸収体層１６０の厚さは、第１の表面１６２と第２の表面１６４の間で規定される。吸収体層１６０の厚さは、例えば一実施形態において約１μｍから約７μｍの間、または別の実施形態において約２μｍから約５μｍの間など、約０．５μｍから約１０μｍの間であり得る。吸収体層１６０は、吸収体層１６０の厚さの中央に位置する、すなわち、吸収体層１６０の第１の表面１６２と第２の表面１６４の間の５０％の位置に位置する中間点１６５をさらに含むことができる。
【００１７】
[0020]図１をさらに参照すると、吸収体層１６０は、過剰な正電荷キャリア、すなわち正孔を有するｐ型半導体材料から形成され得る。吸収体層１６０は、例えば、カドミウム、テルル、セレン、硫黄、またはそれらの任意の組み合わせから形成される半導体材料が挙げられるがこれらに限定されない、任意の適切なｐ型半導体材料を含むことができる。具体的な例として、テルル化カドミウム、カドミウム、セレン、およびテルルからなる三元化合物（例えば、ＣｄＳｅｘＴｅ１−ｘ）、カドミウム、硫黄、およびテルルからなる三元化合物（例えば、ＣｄＳｘＴｅ１−ｘ）、カドミウム、セレン、硫黄、およびテルルからなる四元化合物、またはそれらの等価物が挙げられるが、それらに限定されない。吸収体層１６０がセレンおよびカドミウムを含む実施形態において、カドミウムに対するセレンの原子パーセントは、約０原子パーセントを超え、かつ約２０原子未満であり得る。なお、本明細書に記載される原子パーセントは、吸収体層１６０全体について表されるものであり、吸収体層１６０中の特定の位置における材料の原子パーセントは、吸収体層１６０全体の組成に対し、厚さとともに変化することができる。吸収体層１６０が硫黄およびカドミウムを含む実施形態において、カドミウムに対する硫黄の原子パーセントは、約０原子パーセントを超え、かつ約２０原子未満であり得る。なお、テルルの濃度は、吸収体層１６０の厚さにわたって変化することができる。例えば、吸収体層１６０がカドミウム、セレン、およびテルルからなる三元化合物（ＣｄＳｅｘＴｅ１−ｘ）を含む場合、ｘは、吸収体層１６０の第１の表面１６２からの距離とともに、吸収体層１６０中で変化することができる。同様に、吸収体層１６０がカドミウム、硫黄、およびテルルからなる三元化合物（ＣｄＳｘＴｅ１−ｘ）を含む場合、ｘは、吸収体層１６０の第１の表面１６２からの距離とともに、吸収体層１６０中で変化することができる。
【００１８】
[0021]本明細書に与えられる実施形態によると、吸収体層１６０は、電荷キャリア濃度を操作するよう構成されるドーパントでドープされ得る。一部の実施形態において、吸収体層は、例えばヒ素、リン、アンチモン、またはそれらの組み合わせといった第Ｖ族ドーパントでドープされ得る。吸収体層１６０中の第Ｖ族ドーパントの総ドープ量は、制御され得る。一部の実施形態において、吸収体層１６０中の第Ｖ族ドーパントの総ドープ量は、例えば一実施形態において約０．００１原子％を超え、約０．０５原子％未満であるなど、約０原子％を超え、約０．１原子％未満である。代わりに、または加えて、吸収体層１６０の厚さにわたる第Ｖ族ドーパントのパーセント濃度プロファイル。具体的には、第Ｖ族ドーパントの量は、吸収体層１６０の第１の表面１６２からの距離とともに変化することができる。さらに、吸収体層１６０中の酸素濃度は、制御され得る。具体的には、吸収体層１６０の第１の表面１６２と吸収体層１６０の中間点１６５との間で測定される、吸収体層１６０中の酸素の平均濃度は、例えば一実施形態において約２×１０１７ｃｍ−３以下、別の実施形態において約５×１０１５ｃｍ−３と約３×１０１７ｃｍ−３の間、またはさらなる実施形態において約５×１０１５ｃｍ−３と約２×１０１７ｃｍ−３の間など、約３×１０１７ｃｍ−３以下であり得る。なお、酸素の平均濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を用いて測定された。
【００１９】
[0022]一部の実施形態において、吸収体層１６０は、吸収体層１６０の第１の表面１６２に隣接して形成される吸収体バッファ界面領域１６６、および吸収体バッファ界面領域１６６に隣接て形成される（すなわち、吸収体バッファ界面領域１６６と吸収体層１６０の第２の表面１６４との間の）バルク部１６８を含むことができる。例えば、吸収体バッファ界面領域１６６は、吸収体層１６０の厚さのうち、第１の表面１６２から最初の１０％に広がることができ、バルク部１６８は、吸収体層１６０の厚さの残部に広がることができる。第Ｖ族ドーパントがヒ素を含む実施形態において、吸収体バッファ界面領域１６６中のヒ素のパーセント濃度プロファイルは、バルク部１６８中のヒ素のパーセント濃度プロファイルと異なり得る。
【００２０】
[0023]図１をさらに参照すると、ｐ−ｎ接合は、過剰な負電荷キャリア、すなわち電子を有する光起電力素子１００の一部に十分に近接する吸収体層１６０を与えることによって形成され得る。一部の実施形態において、吸収体層１６０は、ｎ型半導体材料に隣接して設けられ得る。代わりに、１つまたは複数の介在層が、吸収体層１６０とｎ型半導体材料の間に設けられ得る。一部の実施形態において、吸収体層１６０は、バッファ層１５０に隣接して設けられ得る。例えば、吸収体層１６０の第１の表面１６２は、バッファ層１５０の第２の表面１５４上に設けられ得る。
【００２１】
[0024]次に図３を参照すると、一部の実施形態において、光起電力素子２００は、ｎ型半導体材料を含む窓層１７０を含むことができる。吸収体層１６０は、窓層１７０に隣接して形成され得る。窓層１７０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１７２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１７４を有することができる。一部の実施形態において、窓層１７０は、吸収体層１６０とＴＣＯ層１４０の間に位置することができる。一実施形態において、窓層１７０は、吸収体層１６０とバッファ層１４０の間に位置することができる。窓層１７０は、例えば硫化カドミウム、硫化亜鉛、カドミウム亜鉛硫化物、酸化マグネシウム亜鉛、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる、任意の適切な材料を含むことができる。
【００２２】
[0025]図１および図３を併せて参照すると、光起電力素子１００は、望ましくない第Ｖ族ドーパントの変化を緩和し、かつ吸収体層１６０に電気的接触を与えるよう構成されるバックコンタクト層１８０を含むことができる。バックコンタクト層１８０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１８２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１８４を有することができる。バックコンタクト層１８０の厚さは、第１の表面１８２と第２の表面１８４の間で規定され得る。バックコンタクト層１８０の厚さは、例えば一実施形態において約１０ｎｍから約５０ｎｍの間など、約５ｎｍから約２００ｎｍの間であり得る。
【００２３】
[0026]一部の実施形態において、バックコンタクト層１８０は、吸収体層１６０に隣接して設けられ得る。例えば、バックコンタクト層１８０の第１の表面１８２は、吸収体１６０の第２の表面１６４上に設けられ得る。一部の実施形態において、バックコンタクト層１８０は、銅を実質的に含まないものであり得、すなわち銅を含まない材料から形成され得る。理論に拘束されないが、銅は、第Ｖ族ドーパント（例えば、ヒ素）と干渉することができると考えられる。具体的には、バックコンタクト層１８０は、例えば窒素ドープテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）などといった、任意の適切な材料を含むことができる。
【００２４】
[0027]光起電力素子１００は、吸収体層１６０との電気的接触を与えるよう構成される導電層１９０を含むことができる。バック導電層１９０は、光起電力素子１００のエネルギー面１０２と実質的に向かい合う第１の表面１９２、および光起電力素子１００の反対面１０４と実質的に向かい合う第２の表面１９４を有することができる。一部の実施形態において、導電層１９０は、バックコンタクト層１８０に隣接して設けられ得る。例えば、導電層１９０の第１の表面１９２は、バックコンタクト層１８０の第２の表面１８４上に設けられ得る。導電層１９０は、例えばアルミニウムがドープされた窒化モリブデン（ＭｏＮｘ）、またはモリブデンなどといった、任意の適切な導電材料を含むことができる。
【００２５】
[0028]光起電力素子１００は、サブストレート１１０と協働して光起電力素子１００の筐体を形成するよう構成されるバック支持体１９６を含むことができる。バック支持体１９６は、光起電力素子１００の反対面１０２に配置され得る。例えば、バック支持体１９６は、導電層１９０に隣接して形成され得る。バック支持体１９６は、例えばガラス（例えば、ソーダ石灰ガラス）が挙げられる、任意の適切な材料を含むことができる。
【００２６】
[0029]図４および図５を併せて参照すると、吸収体層１６０は、複数の半導体層２１０から形成され得る。例えば、半導体層２１０は、気相輸送堆積を含む任意の知られる堆積技術を用い、重なり合うように堆積させた薄膜の積層体として設けられ得る。各半導体層２１０は、例えば、カドミウム、テルル、セレン、硫黄、またはそれらの任意の組み合わせから形成される半導体材料が挙げられる、任意の適切なｐ型半導体材料を含むことができる。一部の実施形態において、半導体層２１０の材料組成は、変化することができる。堆積後、半導体層２１０はアニールされ得、アニールは、半導体層２１０を互いに拡散させ、吸収体層１６０に関する上記の特徴を有する混合材料組成を形成させることができる。一部の実施形態において、１つまたは複数の半導体層２１０は、ドープ層として設けられ得る（すなわち、本明細書に記載される第Ｖ族ドーパントでドープされ得る）。さらなる実施形態において、吸収体層１６０の過半は、ドープ層から形成され得る。すなわちドープ層は、半導体層２１０のうちで最も厚い層であり得る。
【００２７】
[0030]図４を参照すると、一部の実施形態において、半導体層２１０は、第１の半導体層２１２、第２の半導体層２１４、および第３の半導体層２１６を含むことができる。第１の半導体層２１２は、吸収体層１６０の第１の表面１６２に最も近い層であり得る。第３の半導体層２１６は、吸収体層１６０の第２の表面１６４に最も近い層であり得る。第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２と第３の半導体層２１６の間に位置することができる。一実施形態において、第１の半導体層２１２は、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２よりも厚い層であり得る。例えば、第１の半導体層２１２に対する第３の半導体層２１６の厚さの比は、例えば一実施形態において約６を超える、または別の実施形態において約８を超えるなど、約４を超え得る。第１の半導体層２１２に対する第２の半導体層２１４の厚さの比は、例えば一実施形態において約１．２５を超え、かつ約５未満であるなど、約１．１を超え、かつ約１０未満であり得る。
【００２８】
[0031]別の実施形態において、第１の半導体層２１２は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２よりも厚い層であり得る。
【００２９】
[0032]さらに別の実施形態において、第１の半導体層２１２は、カドミウム、セレン、およびテルルからなる三元化合物（例えば、ＣｄＳｅｘＴｅ１−ｘ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第１の半導体層２１２は、第２の半導体層２１４よりも厚い層であり得る。
【００３０】
[0033]さらなる実施形態において、第１の半導体層２１２は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２よりも厚い層であり得る。
【００３１】
[0034]図４をさらに参照すると、一部の実施形態において、第１の半導体層２１２は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、ヒ素がドープされたセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。代わりに、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２よりも厚い層であり得る。例えば、第１の半導体層２１２に対する第３の半導体層２１６の厚さの比は、例えば一実施形態において約２０を超える、または別の実施形態において約２５を超えるなど、約１０を超え得る。第１の半導体層２１２に対する第２の半導体層２１４の厚さの比は、例えば一実施形態において約１．２５を超え、かつ約５未満であるなど、約１．１を超え、かつ約１０未満であり得る。
【００３２】
[0035]本明細書に与えられる実施形態によると、第１の半導体層２１２は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができ、第２の半導体層２１４は、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第３の半導体層２１６は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第３の半導体層２１６は、最も厚い層であり得、第２の半導体層２１４は、第１の半導体層２１２よりも厚い層であり得る。例えば、第１の半導体層２１２に対する第３の半導体層２１６の厚さの比は、約１０を超え得、第１の半導体層２１２に対する第２の半導体層２１４の厚さの比は、約１．１を超え、かつ約１０未満であり得る。
【００３３】
[0036]図５を参照すると、一部の実施形態において、半導体層２２０は、第１の半導体層２２２、および第２の半導体層２２４を含むことができる。第１の半導体層２２２は、吸収体層１６０の第１の表面１６２に最も近い層であり得る。第２の半導体層２２４は、吸収体層１６０の第２の表面１６４に最も近い層であり得る。一実施形態において、第１の半導体層２２２は、ヒ素がドープされたセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第２の半導体層２２４は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第２の半導体層２２４は、第１の半導体層２２２よりも厚い層であり得る。例えば、第１の半導体層２２２に対する第２の半導体層２２４の厚さの比は、例えば一実施形態において約８を超える、または別の実施形態において約１０を超えるなど、約６を超え得る。
【００３４】
[0037]別の実施形態において、第１の半導体層２２２は、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むことができ、第２の半導体層２２４は、ヒ素がドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含むことができる。第２の半導体層２２４は、第１の半導体層２２２よりも厚い層であり得る。例えば、第１の半導体層２２２に対する第２の半導体層２２４の厚さの比は、例えば一実施形態において約９を超える、または別の実施形態において約１０を超えるなど、約７を超え得る。
【００３５】
[0038]ここで、本明細書に記載される実施形態は、薄膜光起電力素子、および薄膜積層体であって、ｐ型半導体材料中での第Ｖ族ドーパントの使用を容易にする光起電力素子に使用するための薄膜積層体に関することが理解されるべきである。記載される膜積層体は、運用可能な第Ｖ族ドープｐ型ＣｄＴｅ太陽光装置を提供することができる。さらに、本明細書に記載されるバックコンタクトは、ドーパントの安定性を向上させるために、銅を含まない材料を備えることができる。
【００３６】
[0039]本明細書に与えられる実施形態によると、光起電力素子を形成する方法は、複数の半導体層を堆積させるステップを含むことができる。複数の半導体層は、第Ｖ族ドーパントでドープされるドープ層を含むことができる。ドープ層は、セレン化カドミウム、またはテルル化カドミウムを含むことができる。方法は、複数の半導体層をアニールし、吸収体層を形成させるステップを含むことができる。吸収体層は、カドミウム、セレン、およびテルルを含むことができる。吸収体層中の第Ｖ族ドーパントの総ドープ量は、０原子％を超え、かつ０．１原子％未満であり得る。
【００３７】
[0040]さらなる実施形態において、光起電力素子は、吸収体層、およびバックコンタクト層を含むことができる。吸収体層は、光起電力素子のエネルギー面と向かい合う第１の表面、および光起電力素子の反対面と向かい合う第２の表面を有することができる。吸収体層は、カドミウム、およびテルルを含むことができる。吸収体層は、第Ｖ族ドーパントでドープされ得る。バックコンタクト層は、吸収体層の第２の表面上に設けられ得る。バックコンタクト層は、窒素ドープテルル化亜鉛を含むことができる。
【００３８】
[0041]別の実施形態において、光起電力素子は、吸収体層、およびバックコンタクト層を含むことができる。吸収体層は、光起電力素子のエネルギー面と向かい合う第１の表面、および光起電力素子の反対面と向かい合う第２の表面を有することができる。吸収体層は、カドミウム、およびテルルを含むことができる。吸収体層は、第Ｖ族ドーパントでドープされ得る。バックコンタクト層は、吸収体層の第２の表面上に設けられ得る。バックコンタクト層は、銅を実質的に含まないものであり得る。
【００３９】
[0042]さらに別の実施形態において、光起電力素子は、バッファ層、および吸収体層を含むことができる。バッファ層は、光起電力素子のエネルギー面と向かい合う第１の表面、および光起電力素子の反対面と向かい合う第２の表面を有することができる。吸収体層は、バッファ層の第２の表面上に設けられ得る。吸収体層は、複数の半導体層から形成され得る。複数の半導体層は、カドミウムおよびテルルを含むドープ層を含むことができる。ドープ層は、第Ｖ族ドーパントでドープされ得る。
【００４０】
[0043]なお、本明細書において、「実質的に」、および「約」という用語は、あらゆる定量的な比較、値、測定、または他の表現に起因し得る、内在される不確実性を表すよう用いられ得る。本明細書において、これらの用語は、問題となる主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、記載される参照値から定量的表現が変化し得る程度も表すよう用いられ得る。
【００４１】
[0044]特定の実施形態が本明細書で解説され、説明されたが、特許請求の範囲に記載される対象の趣旨、および範囲を逸脱することなく、様々な他の変更、および改良が加えられ得ることが理解されるべきである。さらに、特許請求の範囲に記載される対象について様々な態様が本明細書で説明されたが、そのような態様は、組み合わされて利用される必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲に記載される対象の範囲内である、そのような変更および改良を全て包含するよう意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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