(57)【要約】  光電池は、保護層、保護層に隣接する基板、および基板に隣接するバリア層を含む。保護層は、ニオビウム、または金属炭化物、金属ホウ化物、金属窒化物、もしくは金属ケイ化物を含んでもよい。バリア層は、導電性材料を含んでもよい。光電池は、バリア層に隣接する吸収層をさらに含む。一部の例では、吸収層は、二セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）を含む。光電池は、吸収層に隣接する光透過性窓層、および窓層に隣接する非導電性Ａｌドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）層をさらに含む。透明酸化物層は、ＡＺＯ層に隣接して配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオビウムまたはタンタルを含む第１層、
前記第１層に隣接し、導電性材料を含む第２層、
前記第２層に隣接する基板、
前記基板に隣接し、電磁放射線への暴露時に電子／ホール対を生成する光活性材料を含む吸収体、および
前記吸収体に隣接する透明窓層、
を含む光電池。
【請求項２】
前記窓層に隣接する非導電性の金属酸化物層をさらに含む請求項１に記載の光電池。
【請求項３】
前記非導電性の金属酸化物層に隣接する透明金属酸化物層をさらに含む請求項２に記載の光電池。
【請求項４】
前記窓層がカドミウムおよび硫黄を含む請求項１に記載の光電池。
【請求項５】
前記窓層がｎ型である請求項１に記載の光電池。
【請求項６】
前記吸収体が二セレン化ガリウムインジウム銅を含む請求項１に記載の光電池。
【請求項７】
前記ＣＩＧＳがｐ型である請求項６に記載の光電池。
【請求項８】
前記吸収体がナトリウムをさらに含む請求項１に記載の光電池。
【請求項９】
前記基板がステンレス鋼またはアルミニウムを含む請求項１に記載の光電池。
【請求項１０】
前記基板と前記吸収体との間のバリア層をさらに含み、前記バリア層が導電性材料により形成される請求項１に記載の光電池。
【請求項１１】
前記バリア層がクロムまたはチタンを含む請求項１０に記載の光電池。
【請求項１２】
前記バリア層と前記吸収体との間に、前記バリア層に隣接するモリブデン層、前記モリブデン層に隣接するクロムまたはニオビウム層、および前記クロムまたはニオビウム層に隣接するモリブデン層をさらに含む請求項１１に記載の光電池。
【請求項１３】
前記第１層がモリブデンを実質的に不含である請求項１に記載の光電池。
【請求項１４】
前記第２層がモリブデンおよびクロムの内の少なくとも１種を含む請求項１に記載の光電池。
【請求項１５】
前記第１層がセレンまたは硫黄をさらに含む請求項１に記載の光電池。
【請求項１６】
光電池の形成方法であって、
（ａ）反応空間で、第１層を含む基板を用意するステップであって、前記基板が表面および前記表面から離れて配置された裏面を含み、前記第１層が銅およびインジウムを含むステップ、
（ｂ）前記第１層をセレンまたは硫黄源と接触させ、それにより、電磁放射線への暴露時に、前記第１層を、電子／ホール対を生成するように構成された吸収層に変換するステップであって、
ニオビウムまたはタンタルを含む第２層が、前記第１層を前記セレンまたは硫黄源と接触させる前に、前記基板の前記裏側に隣接して形成され、さらに
モリブデンまたはタングステンを含む第３層が、前記第２層と前記基板との間に形成される、
ステップ、
を含む方法。
【請求項１７】
ステップ（ａ）で、前記第１層がガリウムをさらに含み、ステップ（ｂ）で、（ｉ）前記基板および前記第１層が前記セレン源と接触させられ、さらに（ｉｉ）前記吸収層が二セレン化ガリウムインジウム銅を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ｂ）で、（ｉ）前記基板および前記第１層が前記硫黄源と接触させられ、さらに（ｉｉ）前記吸収層が硫化インジウム銅を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｂ）の前に、前記第２層が前記裏側に隣接して形成される請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２層がモリブデンを実質的に不含である請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記吸収層に隣接する窓層を形成するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記窓層に隣接する非導電性の金属酸化物層を形成するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記非導電性の金属酸化物層に隣接する透明金属酸化物層を形成するステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記窓層がカドミウムおよび硫黄を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記窓層がｎ型である請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＣＩＧＳがｐ型である請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記吸収層がナトリウムをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板がステンレス鋼またはアルミニウムを含む請求項１６に記載の方法
【請求項２９】
前記第１層を形成するステップの前に、前記基板に隣接するバリア層を形成するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法
【請求項３０】
前記バリア層がクロムまたはチタンを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記バリア層に隣接するモリブデン層、前記モリブデン層に隣接するクロムまたはニオビウム層、および前記クロムまたはニオビウム層に隣接するモリブデン層を形成するステップをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記バリア層に隣接する別のバリア層を形成するステップをさらに含み、前記別のバリア層がモリブデンまたはニオビウムを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板の前記裏側に隣接し、モリブデンおよびクロムの内の少なくとも１種を含む第３層を形成するステップ、および前記第３層に隣接して前記第２層を形成するステップをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１層を形成するステップが、前記基板を銅源、インジウム源、およびガリウム源に暴露するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２層の前に、前記第３層が形成される請求項１６に記載の方法。
【請求項３６】
ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間に、前記第３層をニオビウム源と接触させて、前記第３層に隣接し、前記ニオビウムを含む第２層を形成するステップをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
ステップ（ａ）が、前記基板の前記表面に隣接する前記第１層を形成するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１層を前記セレンまたは硫黄源に接触させるステップが、前記第２層にセレンまたは硫黄を沈着させる請求項１６に記載の方法。
【請求項３９】
導電性材料を含む保護層、
前記保護層に隣接する基板、
前記基板に隣接し、導電性材料により形成されるバリア層、
前記１種または複数種の導電性層に隣接する吸収層であって、銅およびインジウムを含み、さらに電磁放射線への暴露時に電子／ホール対を生成するように構成されている吸収層、
前記吸収層に隣接する光透過性窓層、
前記窓層に隣接する非導電性の金属酸化物層、および
前記非導電性の金属酸化物層に隣接する透明金属酸化物層、
を含む光電池。
【請求項４０】
前記保護層が、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物または金属窒化物の内の１種または複数種を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４１】
前記保護層が、チタン、タングステンおよびモリブデンの内の１種または複数種を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４２】
前記保護層が、二ホウ化チタン、タングステンカーバイド、窒化チタンおよび二ケイ化モリブデンの内の１種または複数種を含む請求項４１に記載の光電池。
【請求項４３】
前記窓層が、カドミウムおよび硫黄を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４４】
前記窓層が、亜鉛および硫黄を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４５】
前記窓層がｎ型である請求項３９に記載の光電池。
【請求項４６】
前記吸収体がｐ型である請求項３９に記載の光電池。
【請求項４７】
前記吸収体が、二セレン化ガリウムインジウム銅を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４８】
前記吸収層がナトリウムをさらに含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項４９】
前記保護層がセレンと実質的に非反応性である請求項３９に記載の光電池。
【請求項５０】
前記基板がステンレス鋼またはアルミニウムを含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項５１】
前記保護層と前記基板との間の接着促進層をさらに含み、前記接着促進層が、前記保護層と前記基板との間の接着を促進するように構成されている請求項３９に記載の光電池。
【請求項５２】
前記接着促進層が、クロム、チタンおよびモリブデンの内の１種または複数種を含む請求項５１に記載の光電池。
【請求項５３】
前記バリア層がクロムまたはチタンを含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項５４】
前記バリア層と前記吸収層との間に、前記バリア層に隣接するモリブデン層、前記モリブデン層に隣接するクロムまたはニオビウム層、および前記クロムまたはニオビウム層に隣接するモリブデン層をさらに含む請求項５３に記載の光電池。
【請求項５５】
前記バリア層に隣接する別のバリア層をさらに含み、前記別のバリア層がモリブデンまたはニオビウムを含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項５６】
前記吸収層が多層の光活性材料を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項５７】
前記非導電性層がＡｌ酸化亜鉛を含む請求項３９に記載の光電池。
【請求項５８】
前記透明金属酸化物層が酸化亜鉛を含む請求項３９に記載の光電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１２年１月１９日出願の米国特許仮出願第６１／５８８，６１１号の優先権を主張する。この特許出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
二セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）、二セレン化インジウム銅（ＣＩＳ）、テルル化カドミウムならびにセレン、硫黄、およびテルルを使用する全てのそれらの関連化合物を利用した薄膜太陽（または光）電池は、通常、高温（約４００℃〜６００℃）成長またはアニーリング段階を経て材料を形成する。これらの材料が、例えば、ステンレス鋼などのフレキシブル金属箔上に沈着される場合、基板のどの露出領域も、高温環境下でセレン、硫黄またはテルルにより急速に腐食される可能性がある。保護されていないままの場合、ステンレス鋼上に、セレン化、硫化、またはテルル化鉄などの反応生成物が形成される場合がある。これらの化合物は、電気絶縁性で、また、接着も不十分である。通常、それらは化学的に類似の化合物である錆のように薄片になって剥がれ落ち、太陽電池の欠陥となる恐れを生ずるであろう。多くの場合、耐熱金属（周期表のＩＶＢ、ＶＢ、およびＶＩＢ列）が保護コーティングとして使用される。しかし、殆どのＣＩＧＳ太陽電池の裏面電極として使用されているモリブデンは、裏面保護コーティングとして使用される場合、プロセスの高温段階の間にいくつかの反応生成物を形成する。この影響の望ましくない態様は、鉄反応生成物を減らすことができるために破片形成が全体として改善されている場合であっても、電池の裏面が、導電性が充分でない副産物で被覆されるというものである。
【０００３】
フレキシブル金属箔上に沈着させた薄膜太陽電池を使った太陽電池モジュールの通常の製造方法は、金属基板の裏面に電気接続をすることを含む。箔の裏面が高温プロセスの間に形成された絶縁層により不十分な導電性になっている場合は、これが困難になる。物理的摩耗（例えば、機械的研磨）を使って、反応生成物を除去することができるが、余分の、望ましくない製造ステップの間に、新しく形成された太陽電池を損傷しないように、特別の注意を払う必要がある。例えば、物理的摩耗が太陽電池にストレスを生成し、これが機械的欠陥を導入する場合がある。さらに、最初は導電性の清浄なステンレス鋼表面は、時間と共に酸化物表面層を形成する場合があり、これが相互接続の抵抗を増加させ、最終的にモジュールの出力を低減させる。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で認識されているのは、セレンおよび／または硫黄環境中などでの高温処理後に、太陽（または光）電池の裏面を、無傷で、導電性のまま残すことを可能とする特性を備えたコーティング（複数可）に対するニーズである。
【０００５】
本開示は、フレキシブル金属箔基板などの基板上に薄膜光電池を形成する方法およびシステムを提供する。開示の方法を使って、光（または太陽）電池の吸収層の形成の間、金属基板をセレンおよび／または硫黄との反応から保護する高温保護コーティングを形成できる。
【０００６】
本開示は、金属箔上に沈着した太陽電池の裏面のコーティングを提供し、このコーティングは、セレン、硫黄、またはテルルに対する高温暴露後に接着したまま残る。また、本開示は、金属箔上に沈着した太陽電池の裏面のコーティングを提供し、このコーティングは、セレン、硫黄、またはテルルに対する高温暴露後に導電性のまま残る。一部の例では、コーティング材料は、マグネトロンスパッタリングを使って塗布できる。
【０００７】
本開示の態様は、ニオビウムまたはタンタルを含む第１層、および第１層に隣接し、導電性材料を含む第２層を含む光（ＰＶ）電池を提供する。光電池は、第２層に隣接する基板、および基板に隣接した吸収体をさらに含む。吸収体は、電磁放射線への暴露時に、電子／ホール対を生成するように構成されている光活性材料から形成できる。吸収体は、１種または複数種の吸収層を含むことができる。光電池は、吸収層に隣接する透明窓層をさらに含む。一部の例では、第１層は、ニオビウムおよびタンタルを含んでもよい。第１層はセレンおよび／または硫黄を含んでもよい。ある例では、第１層は、実質的にモリブデン不含である。
【０００８】
別の本開示の態様は、（ａ）第１層を含む基板であって、表面および表面から離れて配置された裏面を含み、第１層が銅およびインジウムを含む基板を、反応空間中に用意すること、ならびに（ｂ）第１層をセレンまたは硫黄源と接触させ、それにより、第１層を、電磁放射線への暴露時に電子／ホール対を生成するように構成できる吸収層に変換すること、を含む光電池を形成する方法を提供する。ニオビウムまたはタンタルを含む第２層は、第１層をセレンまたは硫黄源に接触させる前に基板の裏面に隣接して形成される。モリブデンまたはタングステンを含む第３層は、第２層と基板との間に形成される。
【０００９】
別の本開示の態様は、導電性材料を含む保護層、および保護層に隣接する基板を含む光電池を提供する。光電池は、基板に隣接するバリア層をさらに含む。バリア層は、導電性材料から形成できる。光電池は、１種または複数種の導電性層に隣接する吸収体（例えば、１種または複数種の吸収層）をさらに含む。吸収体は、銅およびインジウムを含むことができる。吸収体は、電磁放射線への暴露時に電子／ホール対を生成するように構成できる。光透過性窓層を吸収層に隣接して配置できる。光電池は、窓層に隣接する非導電性の金属酸化物層、および非導電性の金属酸化物層に隣接する透明金属酸化物層をさらに含んでもよい。
【００１０】
当業者なら、本開示の追加の態様および利点は、本開示の例示的実施形態のみが示され、説明されている以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。理解されるように、本開示は、他の、異なる実施形態が可能で、そのいくつかの細部は、種々の明白な態様において修正可能であり、これら全ては、本開示から逸脱することなく行われる。従って、図および説明は、本質的に、例示であると見なされるべきであり、限定するものと見なされるべきではない。
【００１１】
参照による組み込み
本明細書で言及の全ての出版物、特許、および特許出願は、あたかもそれぞれの出版物、特許、または特許出願が具体的に、個々に、参照により組み込まれることが示されているように、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１２】
添付請求項における特殊性に関連して本発明（複数可）の新しい特徴が述べられる。本発明（複数可）の原理が利用されている例示的実施形態を説明する次の詳細な説明、および付随する下記の図（また、本明細書中の「図」および「図（複数）」も）に対する参照により、本発明（複数可）の特徴と利点のより良き理解が得られよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の種々の実施形態による金属箔基板上に形成された吸収体、および基板に隣接する裏面コーティングを含む光電池の側面断面図である。
【図２】本開示の種々の実施形態による金属箔基板上に沈着した吸収層、基板に隣接する接着促進層、および接着促進層に隣接する裏面コーティングを含む光電池の側面断面図である。
【図３】本開示の種々の実施形態による光電池を模式的に示す図である。
【図４】本開示の種々の実施形態による少なくとも２種の光電池を含む光起電モジュールを模式的に示す図である。
【図５】光電池を形成するシステムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の発明（複数可）の種々の実施形態が、本明細書で示され、説明されているが、このような実施形態は例示のみの目的で提供されていることは、当業者には明らかであろう。当業者なら、発明（複数可）から乖離することなく、多くの変形、変更、および置き換えを思いつくであろう。本明細書で記載の発明（複数可）のいずれか１つの実施に際し、本明細書に記載の発明（複数可）の実施形態に対する種々の代替物を用いることができることを理解されたい。
【００１５】
本明細書で使われる用語の「光電池」または「太陽電池」は、光起電力（ＰＶ）効果により電磁放射線（または光）エネルギーを電気に変換する活性材料（または吸収体）を有する固体電気デバイスを意味する。
【００１６】
本明細書で使われる用語の「吸収体」は、通常、電磁放射線への暴露時に、光起電力（ＰＶ）効果により電磁放射線のエネルギーを電気に変化する光活性材料を意味する。吸収体は、選択光波長で電気を生成するように構成できる。吸収層は、電子／ホール対を生成するように構成できる。光への暴露時に、吸収体は、電子／ホール対を生成できる。吸収体の例には、限定されないが、二セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）および二セレン化インジウム銅（ＣＩＳ）が含まれる。
【００１７】
本明細書で使われる用語の「光起電モジュール」または「太陽電池モジュール」は、パッケージ化された１種または複数種の光電池アレイを意味する。ＰＶモジュール（また、本明細書中では「モジュール」）をより大きな光起電システムの構成要素として使って電気を発電し、商用および住宅用などの用途に供給できる。ＰＶモジュールは、１種または複数種の光電池を備えた支持構造物を含むことができる。一部の実施形態では、ＰＶモジュールは、複数の光電池を含み、これらの間で相互接続でき、例えば、相互接続を利用して直列に接続できる。ＰＶアレイは、複数のＰＶモジュールを含むことができる。
【００１８】
本明細書で使われる用語の「ｎ型」は、通常、ｎ型ドーパントで化学的にドープされた（「ドープド」）材料を意味する。例えば、シリコンは、リンまたはヒ素を使ったドープドｎ型であってもよい。
【００１９】
本明細書で使われる用語の「ｐ型」は、通常、ｐ型ドーパントでドープされた材料を意味する。例えば、シリコンは、ホウ素またはアルミニウムを使ったドープドｐ型であってもよい。
【００２０】
本明細書で使われる用語の「層」は、通常、基板上の原子または分子の層を意味する。一部の例では、層は、単一エピタキシャル層または複数のエピタキシャル層を含む。層には、膜または薄膜を含めてもよい。場合によっては、層は、例えば、光を生成（または放出）するように構成された活性層、などの所定のデバイス機能を果たすデバイス（例えば、発光ダイオード）の構造上の構成要素である。層は、通常、約１単分子層（ＭＬ）〜数十単分子層、数百単分子層、数千単分子層、数百万単分子層、数十億単分子層、数兆単分子層、またはそれを超える厚さを有する。ある例では、層は、単分子層より大きな厚さの多層構造を含む。さらに、層は、複数材料層（またはサブレイヤー）を含んでもよい。ある例では、複数の量子井戸活性層は、複数の井戸およびバリア層を含む。層は、複数のサブレイヤーを含んでもよい。例えば、活性層は、バリアサブレイヤーおよび井戸サブレイヤーを含んでもよい。
【００２１】
本明細書で使われる用語の「基板」は、通常、表面上に層、膜または薄膜形成が必要ないずれかの被処理体を意味する。基板には、限定されないが、シリコン、ゲルマニウム、シリカ、サファイア、酸化亜鉛、炭素（例えば、グラフェン）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、スピネル、被覆シリコン、シリコン・オン・オキサイド、シリコンカーバイド・オン・オキサイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｏｎ  ｏｘｉｄｅ）、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウム、二酸化チタンおよび窒化アルミニウム、セラミック材料（例えば、アルミナ、ＡｌＮ）、金属材料（例えば、ステンレス鋼、タングステン、チタン、銅、アルミニウム）、ならびにこれらの組み合わせ（または合金）が含まれる。
【００２２】
本明細書で使われる用語の「隣接する」または「〜に隣接する」は、「〜のすぐそば」、「隣の」、「〜と接触して」、および「〜に近接して」を包含する。一部の例では、構成要素に隣接するとは、１種または複数種の介在層により相互から離されている。例えば、１種または複数種の介在層は、約１０マイクロメートル（「ミクロン」）、１ミクロン、５００ナノメートル（「ｎｍ」）、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍ、１ｎｍ、またはそれ未満の厚さであってよい。ある例では、第１層が直接に第２層と接触している場合、第１層は第２層に隣接している。別の例では、第１層が、第３層によって第２層から分離されている場合、第１層は第２層に隣接している。
【００２３】
本明細書で使われる用語の「反応空間」は、通常、基板に隣接する材料層、膜または薄膜の沈着、または材料層、膜もしくは薄膜の物理的特性の測定に適するいずれかの環境を意味する。反応空間は、材料供給源を含むか、またはそれに流体的に連結できる。ある例では、反応空間は、反応チャンバ（また、本明細書中では「チャンバ」）を含む。別の例では、反応空間は、複数のチャンバを備えたシステム中のチャンバを含む。反応空間は、複数の流体的に分離されたチャンバを備えたシステム中のチャンバを含んでもよい。光電池を形成するシステムは、複数の反応空間を含んでもよい。反応空間は、相互から流体的に分離されてもよい。一部の反応空間は、基板またはその基板に隣接して形成された層、膜もしくは薄膜上の測定を実行することに対し適するものであってもよい。
【００２４】
本開示は、光電池（本明細書中では「太陽電池」とも呼ぶ）の形成システムと方法を提供する。光電池は、電気的に相互に接続して光起電モジュールを形成でき、これをソーラーシステムに組み込むことができる。光電池およびモジュールは、電磁放射線（または光）への暴露時に、発電するように構成できる。
【００２５】
二セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）光電池は、基板の表面に隣接し、銅、インジウムおよびガリウム（ＣＩＧ）を含む層を沈着させ、その層をセレン源と接触させてＣＩＧＳを生成することにより形成できる。基板は、基板の裏面にモリブデンの層を含んでもよい。モリブデンの層を使って、１つの光電池を別の光電池に電気的に接続し、光起電モジュールを形成することができる。
【００２６】
一部の例では、基板およびＣＩＧ層のセレン源との接触が、セレンとモリブデン層との反応を生じさせて、電気伝導率を低下させ、好ましくないと思われる材料を作り出す原因となることが解っている。本開示は、セレンに対する暴露後に導電性を残す裏面接触を形成するシステムと方法を提供する。
【００２７】
保護層を備えた光電池
本開示の態様は、基板、基板に隣接する少なくとも１種のバリア層、およびバリア層に隣接する吸収層を含む光電池を提供する。バリア層は、導電性材料から形成されてもよい。吸収層は、二セレン化ガリウムインジウム銅（ＣＩＧＳ）または二セレン化インジウム銅（ＣＩＳ）を含むことができる。吸収層は、電磁放射線への暴露時に、電子／ホール対を生成するように構成される。
【００２８】
吸収層は、化学的ドーパントなどのＩ族材料をさらに含んでもよい。一部の例では、吸収層は、ナトリウムをさらに含む。
【００２９】
バリア層は、光電池のプロセス中に基板から吸収層中への材料のマイグレーションを最小限にするのを支援できる。このようなマイグレーションは、吸収層のバンドギャップに悪影響を与える可能性があるので、好ましくないであろう。例えば、一部の例では、基板はクロムおよび鉄を含むステンレス鋼基板であり、バリア層は、基板と吸収層との間で電気伝導性を与え、鉄およびクロムの基板から吸収層へのマイグレーションを最小化するように構成される。バリア層は、光電池の使用中に入射電磁放射線に面する側の基板の表面に隣接して形成できる。
【００３０】
バリア層は、クロムまたはチタンから形成できる。場合によっては、光電池は、基板と吸収層との間に複数のバリア層（すなわち、バリアスタック）を含んでもよい。バリアスタックは、クロムとモリブデンの交互層、ニオビウムとモリブデンの交互層、チタンとモリブデンの交互層、またはこれらの組み合わせなどの交互に配置された材料層を含むことができる。例えば、光電池は、基板と吸収層の間に、クロムまたはチタン層、クロムまたはチタン層に隣接するモリブデン層、モリブデン層に隣接するクロムまたはニオビウム層、およびクロムまたはニオビウム層に隣接するモリブデン層を含んでもよい。場合によっては、バリアスタックに隣接する吸収層の形成の間に、吸収層からのセレンがバリアスタックと合金化し、例えば、モリブデンおよびセレン含有層（例えば、ＭｏＳｅ２）を形成する可能性がある。
【００３１】
加えて、または代わりに、バリア層は、吸収層を通過してきた電磁放射線を反射させて、吸収層に戻すことができる。バリア層は、リフレクタ単層であっても、または複数層を使って電磁放射線を吸収層中に反射する場合は、リフレクタスタックであってもよい。一部の例では、バリア層およびリフレクタ層は、基板と吸収層との間に設けられる。ある例では、バリア層は基板に隣接して配置され、リフレクタ層はバリア層と吸収層との間に配置される。別の例では、リフレクタ層は基板に隣接して配置され、バリア層はリフレクタ層と吸収層との間に配置される。
【００３２】
保護層は、光電池の裏面に隣接して設けることができる。保護層は導電性材料を含んでもよい。保護層は、セレンおよび／または硫黄に対し実質的に非反応性であってよい。従って、場合によっては、保護層のセレンまたは硫黄源に対する暴露時に、セレンまたは硫黄は、感知できるほどには保護層上に吸着されず、および／または保護層中に拡散しない。一部の例では、保護層は、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物または金属窒化物の内の１種または複数種を含んでもよい。一部の例では、保護層は、チタン、タングステン、モリブデンおよびジルコニウムの内の１種または複数種を含んでもよい。一部の例では、保護層は、二ホウ化チタン、タングステンカーバイド、窒化チタンおよび二ケイ化モリブデンの内の１種または複数種を含んでもよい。
【００３３】
別の方法では、保護層は、セレンまたは硫黄との反応時に、基板への電流経路を付与するのに適する電気伝導率を有する材料を形成する材料を含んでもよい。一部の例では、材料は、セレンまたは硫黄との反応時に、その材料が電気的に絶縁性または半導電性にならないように選択される。一部の例では、保護層はニオビウムを含む。ニオビウムのセレンまたは硫黄との反応により、光電池の裏面電極としての使用に適すると思われる電気伝導率を有する材料が提供される。ある例では、保護層は、セレンと反応して、例えば、ＮｂＳｅｙなどのセレン化ニオブを形成する。ここで、「ｙ」は、０を越える数値である。その他の例では、保護層は、タンタルを含む。このような場合の保護層は、タンタルと反応して、例えば、ＴａＳｅｙを形成でき、「ｙ」は、０を越える数値である。一部の例では、例えば、低温では、ニオビウムは、感知できるほどにはセレンまたは硫黄と反応できない。このような場合には、ニオビウムを含む保護層は、実質的セレンまたは硫黄不含となり得る。
【００３４】
一部の例では、保護層は、モリブデン不含である。一部の例では、保護層は、約２０％、１５％、１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、０．０００１％、０．００００１％未満、またはそれ以下のモリブデン含量である。一部の例では、保護層は、タングステン不含である。一部の例では、保護層は、約２０％、１５％、１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、０．０００１％、０．００００１％未満、またはそれ以下のタングステン含量である。モリブデンまたはタングステン含量は、所与の保護層の面積または容積中のモリブデンまたはタングステン原子の数を測定し、モリブデンまたはタングステン原子の数を所与の保護層の面積または容積中の原子合計数で除算することにより推測できる。これは、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）などの種々の分光学的技術を使用して実現できる。
【００３５】
場合によっては、保護層は、ニオビウムおよびセレンおよび／または硫黄を含む。保護層は、保護層の外側部にセレンおよび／または硫黄を含んでもよい。一部の例では、保護層は、少なくとも約０．０１単分子層（ＭＬ）、０．１ＭＬ、０．２ＭＬ、０．３ＭＬ、０．４ＭＬ、０．５ＭＬ、０．６ＭＬ、０．７ＭＬ、０．８ＭＬ、０．９ＭＬ、１．０ＭＬ、２ＭＬ、３ＭＬ、４ＭＬ、５ＭＬ、１０ＭＬ、１００ＭＬ、または１０００ＭＬのセレンおよび／または硫黄含量である。セレンおよび／または硫黄含量は、ＸＰＳで測定できる。場合によっては、保護層は、約１０ナノメートル（ｎｍ）〜５００ｎｍの厚さである。
【００３６】
場合によっては、保護層はニオビウムを含み、モリブデン、タングステン、またはモリブデンおよびタングステンの両方を不含である。ニオビウムを含む保護層は、２０％、１５％、１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、０．０００１％、０．００００１％未満、またはそれ以下のモリブデンおよび／またはタングステン含量であってよい。一部の例では、保護層はニオビウムを含み、モリブデン、タングステン、モリブデンおよびタングステンの両方を実質的に不含である。
【００３７】
保護層を使って、１つの光電池を別の光電池に電気的に接続できる（例えば、図４参照）。保護層は、１つの光電池の裏面と隣接する光電池の表面との間で電気接続の形成を可能にし、それにより、光起電モジュールを提供できる。
【００３８】
保護層は、光電池裏面電極としての使用に適合する電気伝導率であり得る。保護層は、高電気伝導度（または低電気抵抗）であり得る。一部の例では、保護層は、２５℃で約０．１ｍΩｃｍ〜０．６ｍΩｃｍの電気抵抗である。例えば、ニオビウムおよびセレン（例えば、ＮｂＳｅ２）層は、２５℃で約０．３５ｍΩｃｍの電気抵抗であってもよい。別の例では、タンタルおよびセレン（例えば、ＴａＳｅ２）層は、２５℃で約０．４０ｍΩｃｍの電気抵抗である。
【００３９】
光電池は、保護層と基板との間に接着促進（本明細書中では「接着」とも呼ぶ）層をさらに含んでもよい。接着促進層は、保護層と基板との間の接着を促進するように構成できる。一部の例では、接着促進層は、クロム、チタンおよびモリブデンの内の１種または複数種を含む。
【００４０】
光電池は、吸収層に隣接する光透過性窓層をさらに含んでもよい。窓層は、ｎ型化学的ドーパントをドープできる。吸収層および窓層は、逆型にドープされたｎ型およびｐ型であってよい。ある例では、吸収層は、ｐ型で、窓層はｎ型であり、吸収層と窓層は、ｐ−ｎ接合を形成する。窓層は、カドミウムまたは亜鉛を含むことができる。ある例では、窓層は、カドミウムおよび硫黄から形成される。別の例では、硫化亜鉛から窓層が形成される。窓層は、電磁放射線に対し光透過性であってよい。
【００４１】
光電池は、窓層に隣接する非導電性の酸化物層、および非導電性の酸化物層に隣接する透明酸化物層をさらに含んでもよい。非導電性の酸化物層は、非導電性の金属酸化物を含んでもよい。非導電性の酸化物層は、透明であってよい。透明酸化物層は、金属酸化物層であってよい。ある例では、非導電性の酸化物層は、Ａｌ酸化亜鉛（ＡＺＯ）から形成される。一部の例では、非導電性の酸化物層は、約１Ωｃｍ〜４Ωｃｍの抵抗であってよい。ある例では、透明酸化物層は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含んでもよい。透明酸化物層は、吸収体に対する電気接続性の提供を支援できる。透明酸化物層は、導電性であってよい。一部の例では、透明金属酸化物層は、約１Ωｃｍ、０．１Ωｃｍ、０．０１Ωｃｍ、または０．００１Ωｃｍ未満の抵抗であってよい。
【００４２】
非導電性の酸化物層の代案として、非導電性で、透明のいずれかの材料を使用できる。透明酸化物層の代案として、導電性で、透明のいずれかの材料を使用できる。
【００４３】
光電池は、基板の裏面に電気接続された第１電極、および吸収層に隣接して配置された、例えば、透明酸化物層などの層を介して吸収層に電気接続された第２電極を含んでもよい。ある例では、第１電極は、保護層と接触し、第２電極は透明酸化物層と接触している。
【００４４】
基板には、ステンレス鋼、アルミニウムまたはチタンを含んでもよい。一部の例では、基板はクロムおよび鉄を含むステンレス鋼を含む。基板は、例えば、金属箔基板などの導電性の基板であってよい。
【００４５】
以降では、図について言及する。図（および図中の要部）は、必ずしも一定の縮尺にはなっていないことは理解されよう。
【００４６】
図１は、金属箔基板１０１、吸収層１０２、および裏面保護コーティング層１０３を含む薄膜太陽電池１００を模式的に示す。太陽電池１００の動作中の入射光の方向は矢印で示されている。基板１０１は、約０．０００１〜０．０１インチ、または０．００１〜０．００６インチの厚さの４００系ステンレス鋼であってよい。アルミニウム、チタンまたはその他の金属箔をステンレス鋼の代わりに使用可能である。吸収層１０２には、例えば、銅、インジウム、ガリウムおよびセレンの交互層などの複数層の光起電力材料を含めてもよい。一部の例では、ＣＩＧＳまたはＣＩＳ吸収層は、約０．５マイクロメートル（ミクロン）〜５ミクロンの合計厚さの５〜６層の個別の層（またはサブレイヤー）を含んでもよい。裏面保護コーティング層１０３は、高温でセレンおよび硫黄蒸気との反応に耐え、導電性のまま残る材料を選択できる。保護層１０３は、約１０ナノメートル（ｎｍ）〜１００ミクロン、５０ｎｍ〜１０ミクロン、または１００ｎｍ〜１ミクロンの厚さであってよい。
【００４７】
保護層１０３は耐熱金属から形成できる。保護層１０３は導電性材料から形成できる。一部の例では、保護層１０３は、ホウ化物、炭化物、窒化物またはケイ化物から形成できる。保護層１０３は吸収層１０２の材料より高い融点の材料から形成できる。
【００４８】
吸収層１０２および保護層１０３は、気相成長技術により形成できる。一部の例では、吸収層１０２および保護層１０３は、マグネトロンスパッタリングなどの物理蒸着により形成できる。一部の例では、二ホウ化チタンまたはタングステンカーバイドは、マグネトロンスパッタリングターゲットとして平板形状で供給され、保護層１０３の沈着に使われる。
【００４９】
図２は、基板２０１、吸収層２０２、保護層２０３および接着促進層２０４を含む光電池２００を示す。接着促進層は、保護層２０３の基板２０１に対する接着性の向上を支援できる。接着促進層は、耐熱金属、例えば、クロム、チタンおよびニッケルから選択される１種または複数種の金属から形成できる。接着促進層２０４は、保護層２０３より肉薄であってよい。
【００５０】
図３は、裏面電極３０１、基板３０２、バリアスタック３０３、吸収体３０４、窓層３０５、非導電性層３０６および導電性酸化物層３０７を含む光電池３００を示す。裏面電極３０１は、モリブデン、チタンまたはタングステンなどの導電性材料層３０８、および層３０８に隣接する保護層３０９を含んでもよい。保護層３０９は、上記および本明細書の他の場所で説明の通りである。
【００５１】
吸収体３０４は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、または１０００層であってよい。吸収体は、ＣＩＳまたはＣＩＧＳ吸収体であってよい。一部の例では、吸収体３０４は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０層の個別ＣＩＧＳ層のＣＩＧＳ吸収体を含む。吸収体３０４（例えば、シリコン吸収体）は、ｎ型またはｐ型ドーパントなどのドーパントを含んでもよい。ある例では、吸収体（例えば、シリコン吸収体）は、ドープドｐ型である。さらに、吸収体３０４には、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、またはこれらの組み合わせなどのアルカリ金属を含んでもよい。
【００５２】
窓層３０５は、カドミウムまたは亜鉛を含んでもよい。窓層３０５は、光透過性（または少なくとも部分的に透過性）で、入射電磁放射線を吸収体３０４と接触させることができる。ある例では、窓層３０５は硫化カドミウムを含む。別の例では、窓層３０５は硫化亜鉛を含む。
【００５３】
バリアスタック３０３は、第１バリア層３１０、第２バリア層３１１、第３バリア層３１２、第４バリア層３１３、および第５バリア層３１４を含んでもよい。一部の例では、バリアスタック３０３は、更に多くの、または更に少ない層を含んでもよい。バリアスタック３０３は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、または１０００層を含んでもよい。バリアスタック３０３は、吸収体３０４中へ電磁放射線を反射するように構成できる。
【００５４】
一部の例では、第１バリア層３１０はクロムを含み、第２バリア層３１１はモリブデンを含み、第３バリア層３１２はクロムおよび／またはニオビウムを含み、第４バリア層３１３はモリブデンを含み、第５バリア層３１４はモリブデンを含む。第５バリア層３１４は、吸収体３０４由来のセレンまたは硫黄を合金化してセレン化モリブデン（例えば、ＭｏＳｅ２）または硫化モリブデン（例えば、ＭｏＳ２）層を形成してもよい。このような合金化は、光電池３００の高温処理などの処理中に発生してもよい。
【００５５】
基板３０２は、薄い箔状ステンレス鋼基板などのステンレス鋼基板であってよい。別の方法では、基板３０２は、アルミニウム基板であってもよい。
【００５６】
層３０６は、Ａｌ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、真性酸化亜鉛（例えば、酸素リッチまたは化学量論酸化亜鉛）、または酸化スズなどの非導電性材料を含んでもよい。層３０７は、酸化インジウムスズまたは酸素欠陥ＡＺＯなどの導電性酸化物を含んでもよい。
【００５７】
光起電モジュールは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、１００、または１０００個の光電池を含んでもよい。一部の例では、光電池は、相互に直列に電気接続されて光起電モジュールを形成できる。代わりに、または加えて、少なくとも一部の光電池は、相互に並列に電気接続してもよい。
【００５８】
図４は、第１光電池４０１および第２光電池４０２を含む光起電モジュール４００を示す。第１光電池４０１と第２光電池４０２は、上記および本明細書の他の場所、例えば、図３の光電池３００で記載の通りである。第１光電池４０１の表面は、電気接続部材４０３を用いて第２光電池４０２の裏面に電気接続される。２個の光電池が示されているが、光起電モジュール４００は、任意の数の光電池を含むことができる。光電池の相互接続方法およびシステムは、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／３８８８７号および同ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０６８３０２号に記載されている。これらの特許は、それぞれ参照により全体が本明細書に組み込まれる。本開示の光起電モジュールは、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０２０８２９号に記載のモジュール部品を含んでもよい。この特許は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００５９】
光電池の形成方法
別の本開示の態様は、光電池の形成方法を提供する。このような方法を使って、開示のいずれかの光電池を形成できる。
【００６０】
光電池の形成方法は、反応空間中で基板を用意することを含む。基板は、ロールツーロール方式（下記参照）を使って反応空間に向けられたステンレス鋼またはアルミニウム基板であってよい。基板は、表面および裏面を含み、裏面は、表面から離して配置される。その後、第１層は基板の表面に隣接して形成される。第１層は、銅およびインジウムを含んでもよい。一部の例では、第１層は、ガリウムをさらに含む。第１層は、基板、または基板に隣接する１層または複数層（例えば、バリアスタック）を銅、インジウムおよび、一部の例では、ガリウム蒸気源に暴露することにより形成できる。一部の例では、蒸気源は、１種または複数種のマグネトロンスパッタリングシステムを使って提供される。例えば、銅ターゲットを含むマグネトロンスパッタリングシステムを使って銅源を供給でき、インジウムターゲットを含むマグネトロンスパッタリングシステムを使ってインジウム源を供給でき、また、一部の例では、ガリウムターゲットを含むマグネトロンスパッタリングシステムを使ってガリウム源を供給できる。開示の方法で使用できるマグネトロンスパッタリングシステムは、国際公開第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／３０７９３号および同ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５０４１８号に記載されている。これらの特許のそれぞれは、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００６１】
次に、第１層はセレンまたは硫黄源と接触し、第１層が吸収層（例えば、ＣＩＧＳ、ＣＩＳ）に変換される。第１層はセレンまたは硫黄源と同じ反応空間で接触しても、異なる反応空間で接触してもよい。場合によっては、基板はまた、セレンまたは硫黄源とも接触する。セレン源は、例えば、ガス状源（例えば、Ｈ２Ｓｅまたはセレン化ジエチル）から供給されてもよい。別の例では、セレン源は、蒸発源（例えば、セレンペレット）から供給されてもよい。硫黄は、Ｈ２Ｓなどの気相硫黄源を利用して供給してもよい。第１層を硫黄またはセレンと接触させる際に、基板および第１層は、約４００℃〜６００℃の温度に加熱してもよい。
【００６２】
吸収層はｎ型またはｐ型にドープできる。一部の吸収体は、追加のドープが全くなくてもｎ型またはｐ型である。例えば、形成のままのＣＩＧＳがｐ型であり、追加のｐ型ドープを全く必要としない場合がある。一部の例では、吸収層（例えば、シリコン吸収層）の形成時に、ｎ型またはｐ型ドーパントを吸収層中に組み込むために、ｎ型またはｐ型ドーパントの前駆体が導入される。別の方法では、吸収層の形成後、イオン注入とその後のアニーリングによりｎ型またはｐ型ドーパントを吸収層に導入してもよい。場合によっては（例えば、ＣＩＧＳ）、吸収層中にナトリウムを含めるために、ナトリウム前駆体が吸収層に供給される。
【００６３】
光電池の形成中に、第２層が基板の裏面に隣接して形成できる。上記および本明細書の他の場所で記載のように、第２層は保護層であってもよい。第２層は、基板と第１層をセレンまたは硫黄源に接触させる前に形成できる。一部の例では、基板に隣接する第１層を形成する前に第２層が形成される。一部の例では、第２層は、モリブデンとタングステンを実質的に不含である。
【００６４】
一部の例では、第２層は、約２０％、１５％、１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、０．０００１％、０．００００１％未満、またはそれ以下のモリブデン含量である。モリブデン含量は、所与の面積または容積中のモリブデン原子の数を測定し、そのモリブデン原子の数を第２層の所与の面積または容積中の原子の合計数で除算することにより推定できる。これは、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）などの種々の分光学的技術を利用して実現できる。
【００６５】
一部の例では、第２層は、約２０％、１５％、１０％、５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、０．０００１％、０．００００１％未満またはそれ以下のタングステン含量である。タングステン含量は、所与の面積または容積中のタングステン原子の数を測定し、そのタングステン原子の数を第２層の所与の面積または容積中の原子の合計数で除算することにより推定できる。
【００６６】
一部の例では、第２層は、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物、または金属ケイ化物を含む。別の方法では、第２層はニオビウム（Ｎｂ）を含む。第２層は、物理蒸着などの気相成長技術により例えば、マグネトロンスパッタリング装置により、第２層の気相物質（例えば、Ｎｂ）を供給できる。どのニオビウムが必要であるか、または使われるかによっては、マグネトロンスパッタリング装置は、ニオビウムターゲットを備えてもよい。金属炭化物、ホウ化物、窒化物またはケイ化物が必要な場合、マグネトロンスパッタリング装置に、金属（例えば、タングステンまたはチタン）ターゲットを備え、気相前駆体を使って炭素（例えば、ＣＨ４）、ホウ素（例えば、Ｂｒ２）、窒素（例えば、Ｎ２、ＮＨ３）またはケイ素（例えば、Ｓｉ２Ｈ６）を供給してもよい。
【００６７】
一部の例では、吸収層は、ＣＩＧＳを含み、第１層は、処理中にセレン源と接触する。別の方法では、吸収層は、ＣＩＳを含み、第１層は、処理中にセレン源と接触する。
【００６８】
吸収層の形成時に、窓層は、吸収体に隣接して形成できる。一部の例では、窓層は、カドミウムおよび硫黄を含む。別の方法では、窓層は、亜鉛および硫黄を含む。窓層は、ｎ型であってもよい。窓層は、例えば、吸収層をカドミウムまたは亜鉛源に暴露することにより形成できる。例えば、カドミウム（または亜鉛）ターゲットを含むマグネトロンスパッタリングシステムを使ってカドミウムを供給できる。硫黄前駆体（例えば、Ｈ２Ｓ）は、カドミウム硫黄（または亜鉛硫黄）層用の硫黄源として供給できる。別の方法では、マグネトロンスパッタリング装置で硫化カドミウムまたは硫化亜鉛ターゲットを使用して窓層を生成してもよい。場合によっては、窓層は、硫化カドミウムを含み、吸収層をカドミウム源および硫黄源（例えば、Ｈ２Ｓ）と接触させることにより窓層が形成される。
【００６９】
一部の例では、窓層の形成時に、窓層に隣接して非導電性材料の層が形成される。一部の例では、非導電性材料は、酸化亜鉛である。ある例では、非導電性材料は、Ａｌ酸化亜鉛（ＡＺＯ）である。非導電性材料は、スパッタリングなどの物理蒸着技術を利用して沈着できる。ある例では、酸化亜鉛を形成するために、亜鉛ターゲットを使って亜鉛源を供給し、窓層上に亜鉛を沈着でき、さらに、酸素源（例えば、Ｏ２）を沈着亜鉛と接触させて酸化亜鉛を形成できる。場合によっては、アルミニウム源（例えば、ＡｌＨ３）が供給されてＡＺＯが形成される。
【００７０】
非導電性材料層は、電磁放射線に対し少なくとも部分的に透過性であってよい。一部の例では、非導電性材料層は、電磁放射線の波長を選択するような透過性であってもよい。
【００７１】
透明酸化物層は、非導電性材料層に隣接して形成できる。場合によっては、透明酸化物層は、酸化インジウムスズであり、これは、例えば、インジウムターゲットおよびスズターゲットを備えたマグネトロンスパッタリング装置を使って、非導電性材料層上にインジウムおよびスズの層を沈着させて形成できる。酸素源（例えば、Ｏ２）は、インジウムとスズの層中に酸素を沈着させるように供給できる。
【００７２】
一部の例では、バリア層または複数の層を含むバリアスタックが基板と吸収層との間に形成される。バリア層は、出来たばかりの光電池を、例えば、モリブデン源などのバリア層材料源に暴露することにより形成できる。例えば、バリア層は、モリブデン、クロム、ニオビウム、タングステン、またはチタンを含む材料、から形成され、その材料は、材料源を含むターゲットを備えたマグネトロンスパッタリング装置などの材料源を使って導入できる。一部の例では、スパッタリングシステムは、特定のバリア層材料用の所与のターゲットをそれぞれ備えた複数のマグネトロンスパッタリング装置を含む。スパッタリングシステムを使って、個別バリア層を形成、または複数のバリア層を含むバリアスタックを順次形成できる。
【００７３】
ある例では、バリアスタックは、基板をクロムまたはチタン源と接触させて、クロムまたはチタンを含む層を形成させることにより形成できる。その後、モリブデン層がクロムまたはチタン層に隣接して形成され、クロムまたはニオビウム層がモリブデン層に隣接して形成され、さらに、モリブデン層がクロムまたはニオビウム層に隣接して形成される。
【００７４】
デバイス層は、種々の沈着技術を利用して形成できる。一部の実施形態では、デバイス層は、化学的蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、ホットワイヤＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）、イニシエイテッドＣＶＤ（ｉｎｉｔｉａｔｅｄ  ＣＶＤ（ｉＣＶＤ））、改良化学的気相付着法ＣＶＤ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ＣＶＤ（ＭＣＶＤ））、気相軸付け法（ｖａｐｏｒ  ａｘｉａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＶＡＤ））、外付け法（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＯＶＤ））および物理蒸着（例えば、スパッタ蒸着、蒸着）を利用して形成できる。
【００７５】
光電池形成システム
本開示の別の態様は、光電池形成システムを提供する。システムは、沈着システム、沈着システムと流体連通しているポンピングシステム、および光電池の形成方法を実装したマシン読み取り可能なコードの実行用のコンピュータプロセッサ（本明細書では「プロセッサ」とも呼ぶ）を備えたコンピュータシステム（またはコントローラ）を含む。コードは、本明細書で提供される方法のいずれかを実装できる。ポンピングシステムは、沈着システムをパージするか、または排気するように構成できる。
【００７６】
沈着システムは、光電池の材料層を形成するための１つまたは複数の反応空間を含んでもよい。場合によっては、沈着システムは、１つまたは複数の相互接続された反応チャンバを備えたロールツーロール沈着システムであり、これは、相互から流体的に分離できる（例えば、チャンバの間の位置でのパージまたはポンピングを利用して）。
【００７７】
ポンピングシステムは、１種または複数種のターボ分子（「ターボ」）ポンプ、拡散ポンプおよびメカニカルポンプ、などの１種または複数種の真空ポンプを含んでもよい。ポンプは、１種または複数種のバッキングポンプを含んでもよい。例えば、ターボポンプは、メカニカルポンプによりバッキングされてもよい。
【００７８】
一部の実施形態では、コントローラは、基板温度、前駆体流速、成長速度、キャリアガス流速および沈着チャンバ圧力などの１種または複数種の処理パラメータを調節するように構成される。一部の例では、コントローラは、貯蔵容器と沈着チャンバとの間のバルブと通信する。このバルブは沈着チャンバへの前駆体の流れの停止（または調節）を行う。コントローラは、本明細書で提供される方法を実装するように構成されているマシン実行可能コードの実行を促進するように構成されたプロセッサを含む。マシン実行可能コードは、フラッシュメモリ、ハードディスク、またはコンピュータ実行可能なコードを保存するように構成されたその他の物理的記憶媒体などの物理的記憶媒体に保存される。
【００７９】
一部の実施形態では、コントローラは、１種または複数種の処理パラメータを調節するように構成される。場合によっては、コントローラは、成長温度、キャリアガス流速、前駆体流速、成長速度および／または成長圧力を調節する。
【００８０】
図５は、光電池を形成するシステムを示す。システムは、多くのマグネトロンスパッタリング装置２７を備えたドラム２５を使用する一連のロール（すなわち、ウェブ）コーティングスパッタリング装置を含む。図５は、ウェブ上のアイドルまたはドライブローラー間のフリースパン領域で実現可能な種々の操作を示す。例えば、表面エッチングまたはプラズマ処理２９、プレーナーマグネトロン沈着３０、およびデュアルロータリーマグネトロン沈着３４が操作例である。いずれの操作も、基板の両側に対し行うことができる。実際には、３４により示されるように、マグネトロンスパッタリングを使って基板の裏面上に保護層およびいずれかの接着層をコートすると都合がよい場合がある。アイドルローラー間のフリースパン領域を利用することにより、ウェブは、その端部まで完全にコートできる。ドラム上でこれを行うことは、より困難である可能性がある。理由は、コーティングの少なくとも少量がドラム上に沈着する可能性があり、長期にわたる蓄積により、ドラムに対するウェブの熱接触が損なわれる場合があるからである。図５のシステムは、米国特許第６，９７４，９７６号に記載の特徴と機能を持つことができる。この特許は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００８１】
図５を参照すると、一部の例では、投影面に垂直の方向で、システム（または装置）は、約２〜４フィート幅の基板を支持する大きさになっている。この幅は、基本的な装置の限界ではなく、むしろ、この装置で、より広幅のロールで高品質基板材料を得ることが、実際上、困難であるということであろう。装置は、入力または負荷モジュール２１ａおよび対称出力またはアンロードモジュール２１ｂを備えている。入力と出力モジュールとの間に、プロセスモジュール２２ａ、２２ｂ、および２２ｃがある。プロセスモジュールの数は、生成されるコーティングの要件に適合するように変更できる。それぞれのモジュールは、必要な真空を提供し、コーティング動作中にプロセスガスの流れを処理するためのポンピング手段を有する。真空ポンプは、それぞれのモジュールの底部の構成要素２３により模式的に示されている。実際のモジュールは、プロセスガスの最適ポンピングを提供するように選択された他の場所に配置された多くのポンプを有してもよい。この用途には高スループットターボ分子ポンプが好ましい。モジュールは、スリットバルブ２４の位置で一緒に連結される。スリットバルブは、非常に狭い低コンダクタンスの分離スロットを備え、モジュール間でのプロセスガスの混合を防止する。これらのスロットは、必要に応じ、別々にポンピングして、さらに分離を高めることができる。あるいは、単一の大きなチャンバを内部で隔離して効率的にモジュール領域を提供できるが、この場合、プロセスの進展によりモジュールの追加が必要になった場合、それを後で行うのはかなり困難になる。
【００８２】
それぞれのプロセスモジュールは、回転するコーティングドラム２５を備えることができ、その上にウェブ基板２６が支持される。一連の円筒形のデュアルロータリーマグネトロンハウジング２７がそれぞれのコーティングドラムの回りに配置される。従来のプレーナーマグネトロンは、円筒形デュアルロータリーマグネトロンで置き換えることができる。しかし、効率が低下する場合があり、プロセスは、長期可動時間にわたり安定ではない可能性がある。コーティングドラムは、図に示された５個とは異なる数のマグネトロンを収容するために、より大きい、またはより小さい大きさにできる。ウェブ基板２６は、装置全体を通しローラー２８により調節されている。実際の装置では、さらに多くのガイドローラーを使用可能である。ここに示したのは、整合の取れたプロセスの説明をするための必要最小限のものである。実際の装置では、あるローラーは、ウェブを広げるために曲げられ、あるローラーはウェブの舵取りを行うために動き、あるローラーはサーボ制御装置にウェブの張力のフィードバックを与え、また、他のローラーは所望の位置にウェブを走行させる単なるアイドラーである。入力／出力スプールおよびコーティングドラムは、アクティブに駆動され、フィードバック信号により制御されて、装置全体にわたりウェブを一定の張力に維持する。さらに、入力および出力モジュールは、それぞれウェブ切り継ぎ領域２９を含み、ここでウェブを切断し、および先端部または終端部へのつなぎ合わせを行い、ロールの負荷および取り外しを促進できる。ヒーターアレイ３０は、プロセスの要求に応じてウェブを加熱するのが必要な位置に配置される。これらのヒーターは、コーティングドラム（およびウェブ）の幅を横切って配置されたマトリックス状の高温石英ランプである。赤外センサは、ランプ電力をサーボ制御し、ドラム全体の均一加熱を行うためのフィードバック信号を提供する。さらに、コーティングドラム２５は、内部の制御可能な水またはその他の流体の流れを備え、ウェブ温度調節を行う。
【００８３】
入力モジュールは、大きなスプール３１にウェブ基板を収容し、このスプールは、金属箔（例えば、ステンレス鋼、銅、など）に適し、材料が貯蔵中に変形するのを防止する。出力モジュールは、ウェブを巻き取るための類似のスプールを含む。予備洗浄済み基板ウェブを最初にモジュール２１ａのヒーターアレイ３０を通し、これにより、少なくとも表面吸着水を除去するのに充分な熱を与える。その後、ウェブは、円筒形のロータリーマグネトロンとして構成される特殊ローラーになり得るローラー３２を通過することができる。これにより、それが、ローラー／マグネトロンを順に回すので、電気導電性（金属の）ウェブの表面を直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、または高周波（無線周波数）スパッタリングにより連続的にクリーニング可能とする。スパッタされたウェブ材料は、シールド３３により捕獲される。このシールドは定期的に交換される。必要に応じ、別のローラー／マグネトロン（図示せず）を追加してウェブの裏面をクリーニングしてもよい。導電性ウェブの直接スパッタクリーニングは、同じ電気バイアスを装置全体のウェブ上に存在させ、このことは、関係する特定のプロセスによっては、その他の装置のその他の部分では望ましくない場合がある。バイアス生成は、マグネトロンの代わりに線形イオン銃を使ったスパッタクリーニングにより回避できる、または、大きなロールコーターに供する前に、クリーニングを別のより小さな装置で行ってもよい。また、電気バイアスを持ち込むことなく、コロナグロー放電処理をこの段階で行うことができる。ウェブがポリイミド材料の場合、電気バイアスは、システムを通って下流へ通過しない。しかし、ポリイミドは、過剰量の水を含む。接着目的、および水の脱離を制限するためには、通常、金属（通常はクロムまたはチタン）の薄層が付加される。これにより、表面が導電性になり、金属箔基板が遭遇する類似の問題も発生する。
【００８４】
次に、ウェブは、バルブ２４および低コンダクタンスの分離スロットを通って第１のプロセスモジュール２２ａ中に入る。コーティングドラムは、ヒーターアレイ３０により適切なプロセス温度に維持される。ドラム回転の方向（矢印）に従って、バリア層（または反射層）の全スタックは、クロムおよびモリブデン層を交互に沈着する最初の２つのマグネトロンから始める。次のマグネトロンは、薄いクロムまたはニオビウム層と、それに続く薄いモリブデン層を与える。
【００８５】
次に、ウェブは、ｐ型勾配付ＣＩＧＳ層の沈着のために次のプロセスモジュール２２ｂに入る。ヒーターアレイ３０が、ドラムおよびウェブを必要なプロセス温度に維持する。第１のマグネトロンが二セレン化インジウム銅の層を沈着し、その間に、次の３つのマグネトロンが、ガリウム（またはアルミニウム）の量を増やしながら、すなわち、バンドギャップを大きくしながら、グレーディングを付けて層を形成する。グレーディング付与は、同じセットのマグネトロンの再配置により逆転できる。モジュール中の最後のマグネトロンは、プレーナーマグネトロンの無線周波数スパッタリングにより、例えば、ｎ型ＺｎＳ（またはＺｎＳｅ）などの窓層の薄層を沈着するか、または最上ｎ型層の一部を構成し、ｐ−ｎ接合を規定する犠牲金属層を沈着する。
【００８６】
一部の例では、ウェブがプロセスモジュール２２ｂ中に入る前に、基板の裏面上に保護層が沈着される。一部の例では、保護層はニオビウムからなり、また、一部の例では、モリブデン、タングステン、または両方を実質的に不含であってよい。基板に隣接するバリア層を沈着させる前に、保護層を沈着できる。例えば、モジュール２１ａ中に円筒形デュアルロータリーマグネトロン３４を用意し、モジュール２２ａでバリア層（複数可）を形成する前に、基板の裏面にニオビウムをコーティングすることにより、保護層が形成できる。
【００８７】
モジュール２２ｂの後で、ウェブは、最終プロセスモジュール２２ｃに移され、そこで、再度、ヒーターアレイ３０が、適切なプロセス温度に維持する。第１のマグネトロンがアルミニウムドープドＺｎＯ（ＡＺＯ）の薄層を沈着する。このＡＺＯ薄層は、前の層と協調してｐ−ｎ接合を形成し、維持するために、より高い抵抗を有する。残りの４つのマグネトロンは、比較的厚い、高導電性で透明の、上部電極を完成するアルミニウムドープドＺｎＯ層を沈着する。マグネトロンの回りを回転するエンドレスベルトマスクを使って、グリッド線のスパッタリング用に、余分のマグネトロンステーション（図示せず）を追加することができる。ＡＲ層を電池の表面に配置する場合は、装置に、適切な層または層のスタックを沈着できる追加のプロセスモジュール（複数可）を設けることができる。また、余分のモジュールは、可動型ロール適合性マスキングテンプレートを備えて、上部電極に対する電気接続を行うための金属のグリッドおよびバスバーを付与できる。余分のモジュールおよびマスキング装置は、電池製造コストを大きく増加させ、宇宙電力システムのような高付加価値用途に対してのみ正当化できる。
【００８８】
次に、ウェブは、出力モジュール２１ｂに入る。ここでウェブは巻き取りスプール上に巻き取られる。しかし、ここで後の電池のモジュール中への処理で有益な追加の操作を行うことができる。円筒形デュアルロータリーマグネトロン３４を使って基板箔の裏面をはんだで予め濡らすことができる。金属スズは、ステンレス鋼箔で使用するための利用可能なはんだ材料の好ましい性質を有し得るが、有効に機能すると思われる多くのはんだ配合が存在する。予め濡らすことは、清浄に保たれている場合は、銅箔に対しては必要では無い場合がある。また、はんだスパッタリング前の箔の裏面のイオン銃スパッタ事前クリーニングを、入力モジュールと類似の出力モジュール中で行うことができる。さらに、ウェブ温度は、予め濡らすはんだの融点（スズで約２３２℃）未満であってよい。
【００８９】
図５のシステムは、基板温度、前駆体流速、マグネトロンスパッタリング操作（例えば、マグネトロン電力）、無線周波数電力、ヒーター電力、成長速度、キャリアガス流速およびモジュール圧力などの１種または複数種のシステムの処理パラメータを調節するようにプログラムされているか、または他の方法で構成されているコントローラ５０１（または制御システム）をさらに含む。コントローラ５０１は、限定されないが、モジュール、モジュール間のバルブ、前駆体バルブ、システムのポンピングシステム（図示せず）、およびスプール３１の回転を調節するモーターまたはアクチュエーター、などのシステムの種々の構成要素と通信できる（点線で示す）。コントローラは、上記および本明細書の他の場所で提供された方法を実装するように構成されているマシン実行可能コードの実行に役立つように構成されたプロセッサを含む。マシン実行可能コードは、フラッシュメモリ、ハードディスク、またはコンピュータ実行可能なコードを保存するように構成されたその他の物理的記憶媒体などの物理的記憶媒体（示さず）に保存される。
【００９０】
システムの態様および本明細書で提供される方法は、プログラミングで具体化できる。技術の種々の態様は、典型的には、マシン読み取り可能な媒体の形態で実行されるか、または具体化されるマシン（またはプロセッサ）実行可能なコードおよび／または関連データの形で、「生成物」または「製造物品」と考えることができる。マシン実行可能コードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）またはハードディスクなどの電気的記憶ユニットに保存できる。「記憶」型媒体には、いずれかの、または全てのコンピュータ、プロセッサの有形メモリなど、または種々の半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ、などのそれらの関連モジュールが挙げられる。これらは、ソフトウエアプログラミングのためにいつでも非一時的保存を提供できる。ソフトウエアの全体または一部は、時には、インターネットまたは種々のその他の電気通信網を介して通信できる。例えば、このような通信は、ソフトウエアを、１つのコンピュータまたはプロセッサから、別のものに、例えば、管理サーバーまたはホストコンピュータから、アプリケーションサーバーのコンピュータプラットホームにロード可能である。従って、ソフトウエア要素を持つことができる別の型の媒体には、ローカルデバイス間の物理的インターフェイスを通って、有線および光学的固定電話ネットワークを介して、および種々のエアリンク経由で使われるなどの、光学、電気および電磁波が含まれる。また、有線または無線リンク、光学的リンク、などのこのような波を保持する物理的要素は、ソフトウエアを保持する媒体と見なすことができる。非一時的、有形「記憶」媒体に限定されない限り、本明細書で使われるコンピュータまたはマシン「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を与えることに関与する任意の媒体を意味する。
【００９１】
従って、コンピュータ実行可能なコードなどのマシン読み取り可能な媒体は、限定されないが、有形記憶媒体、搬送波媒体または物理的伝送媒体を含む多くの形態を取ることができる。不揮発性の記憶媒体としては、データベースなどを実装するために使用できる、図に示すようないずれかのコンピュータ（複数可）中のいずれかの記憶デバイス、例えば、光学または磁気ディスクなどが挙げられる。揮発性記憶媒体としては、このようなコンピュータプラットホームのメインメモリなどのダイナミックメモリが挙げられる。有形伝送媒体としては、コンピュータシステム内のバスを含むワイヤなどの同軸ケーブル、銅線および光ファイバーが挙げられる。キャリア波伝送媒体は、高周波（ＲＦ）および赤外線（ＩＲ）データ通信の間に生成されるもののような電気もしくは電磁信号、または音響もしくは光波の形態を取ることができる。従って、コンピュータ可読媒体の通常の形態には、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意のその他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤもしくはＤＶＤ−ＲＯＭ、任意のその他の光学的媒体、パンチカード紙テープ、ホールパターンを有する任意のその他の物理的記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意のその他のメモリチップもしくはカートリッジ、搬送波搬送データもしくは命令、このような搬送波を送るケーブルもしくはリンク、または、コンピュータがプログラミングコードおよび／またはデータを読むことができる任意のその他の媒体が挙げられる。 これらのコンピュータ可読媒体の形態の多くは、１つまたは複数系列の１種または複数種のプロセッサの実行用命令の保持に関与できる。
【００９２】
本明細書で提供されるデバイス、システムおよび方法は、その他のデバイス、システムおよび方法、例えば、Ｐｉｎａｒｂａｓｉ、らの米国特許第８，２０７，０１２号、Ｐｉｎａｒｂａｓｉ、らの米国特許公開第２０１０／０１４００７８号、およびＮｇｕｙｅｎ、らの米国特許公開第２０１２／０００６３９８号に記載のデバイス、システムおよび／または方法などと組み合わせる、またはこれらにより変更することができる。これらのそれぞれの特許は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００９３】
文脈から明確に他の方法が要求されない限り、説明および請求項を通して、単数または複数を使った単語は、また、それぞれ複数または単数も含む。さらに、単語の「本明細書に記載の」、「以降の」、「上記の」、「下記の」、および類似の重要性の単語は、全体としての本出願を意味し、本出願のいずれかの特定の部分を意味しない。２つ以上の項目の一覧を参照して単語の「または」が使われる場合、その単語は、次の単語の解釈の全てを包含する：一覧中の項目のいずれか、一覧中の項目の全て、および一覧中の項目のいずれかの組み合わせ。
【００９４】
特定の実施態様が示され、説明されているが、前出の内容に照らして、それに対し種々の修正を行うことができることが本明細書で意図されていることを理解されたい。開示の一態様の実施形態は、開示の別の態様の実施形態と組み合わせる、またはそれにより修正できる。発明（複数可）が、本明細書内で提供される特定の実施例により限定されることは意図されていない。発明（複数可）は、前述の明細書を参照して記載されているが、本明細書の発明（複数可）の実施形態の記載と説明は、制限する意味で解釈されることを意図していない。さらに、全ての発明（複数可）の態様は、様々な条件や変数に依存するので、本明細書で記述された特定の表現、構成または相対的比率に限定されないものと理解されたい。発明（複数可）の実施形態の形態および詳細における種々の修正が、当業者には明らかであろう。従って、いずれかのこのような修正、変更、および均等物をも包含するものとすることが意図されている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月12日(2014.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池の形成方法であって、
（ａ）反応空間で、ステンレス鋼および第１層を含む基板を用意するステップであって、前記基板が、表面および前記表面から離れて配置された裏面を含み、さらに前記第１層が銅およびインジウムを含むステップ、
（ａ１）前記基板の前記裏面上に、ニオビウム金属、タンタル金属、金属ホウ化物、金属ケイ化物、またはこれらの合金の層を形成し、第１層を有する保護基板を生成するステップ、および
（ｂ）前記保護基板の前記第１層をセレンまたはイオウ源と接触させ、それにより、前記第１層を、電磁放射線への暴露時に電子／ホール対を生成するように構成された吸収層に変換するステップ、
を含む方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）で、前記第１層がガリウムをさらに含み、ステップ（ｂ）で、（ｉ）前記基板および前記第１層が、前記セレン源に接触させられ、さらに（ｉｉ）前記吸収層が、二セレン化ガリウムインジウム銅を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ニオビウム金属、タンタル金属、金属ホウ化物、金属ケイ化物、またはこれらの合金から本質的に構成される保護層、
前記保護層に隣接するステンレス鋼基板、
前記基板に隣接する吸収層であって、銅およびインジウムを含み、電磁放射線への暴露時に、電子／ホール対を生成するように構成されている吸収層、および
前記吸収層に隣接する光透過性の窓層、
を含む光電池。
【請求項４】
前記窓層に隣接する非導電性金属酸化物層をさらに含む請求項３に記載の光電池。
【請求項５】
前記光透過性窓層に隣接する透明金属酸化物層をさらに含む請求項３に記載の光電池。
【請求項６】
前記保護層が、ニオビウム金属およびタンタル金属の内の１つまたは複数から本質的に構成される請求項３に記載の光電池。
【請求項７】
前記保護層が、二ホウ化チタン、および二ケイ化モリブデンの内の１つまたは複数から本質的に構成される請求項３に記載の光電池。
【請求項８】
前記基板に隣接するバリア層をさらに含み、前記バリア層が導電性材料から形成され、前記バリア層と前記吸収層との間に、前記バリア層に隣接するモリブデン層、前記モリブデン層に隣接するクロムまたはニオビウム層、および前記クロムまたはニオビウム層に隣接するモリブデン層をさらに含む請求項３に記載の光電池。
【請求項９】
前記バリア層に隣接する別のバリア層をさらに含み、前記別のバリア層がモリブデンまたはニオビウムを含む請求項３に記載の光電池。
【請求項１０】
前記非導電性層が、Ａｌ酸化亜鉛を含む請求項４に記載の光電池。
【国際調査報告】
2015509288.tif 000008
2015509288.tif 000009