(57)【要約】光電変換セルの製造方法は、透明導電酸化物積層の上に硫化カドミウム層を堆積する工程と、前記硫化カドミウム層の上に亜鉛含有層を堆積する工程と、前記亜鉛含有層の上にテルル化カドミウムを堆積する工程を含む。
2012533178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電酸化物積層の上に硫化カドミウム層を堆積する工程と、
前記硫化カドミウム層の上に亜鉛含有層を堆積する工程と、
前記亜鉛含有層の上にテルル化カドミウム層を堆積する工程と、を有する、光電変換セルの製造方法。
【請求項２】
硫化亜鉛カドミウムを形成する工程をさらに有し、前記形成する工程は１以上の層をアニーリングする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１以上の前記堆積する工程は、約４００Ｃ〜約８００Ｃの範囲内の温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
１以上の前記堆積する工程は、約５００Ｃ〜約７００Ｃの範囲内の温度で行う、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１以上の前記堆積する工程は、約５５０Ｃ〜約６５０Ｃの範囲内の温度で行う、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１以上の前記堆積する工程は、約５５０Ｃで行う、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
１以上の前記堆積する工程は、約６００Ｃで行う、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
１以上の前記堆積する工程は、蒸気を供給する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層をアニーリングする工程をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
テルル化カドミウム層をアニーリングする工程をさらに有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アニーリングする工程は、前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層を約４００Ｃ〜約８００Ｃの範囲内の温度で加熱する工程を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記アニーリングする工程は、前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層を約５００Ｃ〜約７００Ｃの範囲内の温度で加熱する工程を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アニーリングする工程は、前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層を約５５０Ｃ〜約６５０Ｃの範囲内の温度で加熱する工程を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アニーリングする工程は、前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層を約５５０Ｃで加熱する工程を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アニーリングする工程は、前記硫化カドミウム層および前記亜鉛含有層を約６５０Ｃで加熱する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛カドミウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記テルル化亜鉛カドミウムは、約２％〜約１０％の亜鉛含量を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記テルル化亜鉛カドミウムは約４％〜約８％の亜鉛含量を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記テルル化亜鉛カドミウムは約５％〜約６％の亜鉛含量を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
１以上の前記堆積する工程は、前記硫化カドミウム層と前記テルル化亜鉛カドミウムとの間の変換反応を制御する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記亜鉛含有層は硫化亜鉛を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記亜鉛含有層は、テルル化亜鉛層の上にテルル化亜鉛カドミウム層を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は、前記テルル化亜鉛層の亜鉛濃度より小さい亜鉛濃度を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約２％〜約１０％の亜鉛含量を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約４％〜約８％の亜鉛含量を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約５％〜約６％の範囲内の亜鉛含量を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
１以上の前記堆積する工程は、前記硫化カドミウム層と前記テルル化亜鉛カドミウム層との間の交換反応を制御する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記透明導電酸化物積層は透明導電酸化物層の上にバッファ層を有し、
前記透明導電酸化物層は１以上のバリア層の上に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
第１の基板の上に前記透明導電酸化物積層を堆積する工程をさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の基板はガラスを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガラスはソーダ石灰ガラスを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記１以上のバリア層のそれぞれは、シリコン窒化物、アルミニウムをドープしたシリコン窒化物、シリコン酸化物、アルミニウムをドープしたシリコン酸化物、ボロンをドープしたシリコン窒化物、リンをドープしたシリコン窒化物、シリコン窒化酸化物、およびスズ酸化物からなるグループから選択した材料を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記透明導電酸化物層はカドミウムおよびスズの層を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記透明導電酸化物層はスズ酸化物を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記透明導電酸化物層は亜鉛酸化物を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記バッファ層は、亜鉛スズ酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物、および亜鉛マグネシウム酸化物からなるグループから選択した材料を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３８】
前記透明導電酸化物積層をアニールする工程をさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
前記テルル化カドミウム層の上に裏面端子を堆積する工程をさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
前記裏面端子の上に裏面支持体を堆積させる工程をさらに有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
硫化亜鉛カドミウム層と、
前記硫化亜鉛カドミウム層の上のテルル化カドミウム層と、を有し、
前記硫化亜鉛カドミウム層が向上した効率を有する、光電変換セル。
【請求項４２】
前記硫化亜鉛カドミウム層の結晶性が高い、請求項４１に記載の光電変換セル。
【請求項４３】
前記硫化亜鉛カドミウム層の結晶はほぼアモルファスである、請求項４１に記載の光電変換セル。
【請求項４４】
前記硫化亜鉛カドミウム層は亜鉛を約２０〜約４０％有する、請求項４１に記載の光電変換セル。
【請求項４５】
前記硫化亜鉛カドミウム層と前記テルル化カドミウム層との間にテルル化亜鉛カドミウム層をさらに有する、請求項４１に記載の光電変換セル。
【請求項４６】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約２％〜約１０％の亜鉛含量を有する、請求項４５に記載の光電変換セル。
【請求項４７】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約４％〜約８％の亜鉛含量を有する、請求項４６に記載の光電変換セル。
【請求項４８】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約５％〜約６％の範囲内の亜鉛含量を有する、請求項４７に記載の光電変換セル。
【請求項４９】
透明導電酸化物積層をさらに有し、前記硫化亜鉛カドミウム層は前記透明導電酸化物積層の上に位置する、請求項４１に記載の光電変換セル。
【請求項５０】
第１の基板をさらに有し、
前記透明導電酸化物積層が前記第１基板の上に位置する、請求項４９に記載の光電変換セル。
【請求項５１】
前記第１の基板はガラスを含む、請求項５０に記載の光電変換セル。
【請求項５２】
前記ガラスはソーダ石灰ガラスを含む、請求項５１に記載の光電変換セル。
【請求項５３】
前記透明導電酸化物積層は、透明導電酸化物層の上のバッファ層を有し、
前記透明導電酸化物層は１以上のバリア層の上に位置する、請求項４９に記載の光電変換セル。
【請求項５４】
前記透明導電酸化物層はスズ酸カドミウムを含む、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項５５】
前記透明導電酸化物層はスズ酸化物を含む、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項５６】
前記透明導電酸化物層は亜鉛酸化物を含む、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項５７】
前記バッファ層は亜鉛スズ酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物、および亜鉛マグネシウム酸化物からなるグループから選択した材料を含む、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項５８】
前記１以上のバリア層のそれぞれは、シリコン窒化物、アルミニウムをドープしたシリコン窒化物、シリコン酸化物、アルミニウムをドープしたシリコン酸化物、ボロンをドープしたシリコン窒化物、リンをドープしたシリコン窒化物、シリコン窒化酸化物、およびスズ酸化物からなるグループから選択した材料を含む、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項５９】
前記テルル化カドミウム層の上に裏面端子をさらに有する、請求項５３に記載の光電変換セル。
【請求項６０】
前記裏面端子の上に裏面支持体をさらに有する、請求項５９に記載の光電変換セル。
【請求項６１】
硫化カドミウム層と、
前記硫化カドミウム層の上の亜鉛含有層と、
前記亜鉛含有層の上のテルル化カドミウム層と、を有する光電変換セル。
【請求項６２】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛を含む、請求項６１に記載の光電変換セル。
【請求項６３】
前記亜鉛含有層は硫化亜鉛を含む、請求項６１に記載の光電変換セル。
【請求項６４】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛カドミウムを含む、請求項６１に記載の光電変換セル。
【請求項６５】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛層の上にテルル化亜鉛カドミウム層を有する、請求項６１に記載の光電変換セル。
【請求項６６】
基板の上に透明導電酸化物積層をさらに有し、
前記透明導電酸化物積層は、１以上のバリア層の上の透明導電酸化物層と、前記透明導電酸化物層の上のバッファ層とを有し、
前記硫化カドミウム層は前記透明導電酸化物積層の上に位置する、請求項６１に記載の光電変換セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年７月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／２２４，６５８号、および２００９年７月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／２２５，０１３号に対して、米国特許法１１９条（ｅ）に基づいて優先権の利益を主張し、その開示が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、光電変換装置および亜鉛を含む半導体層に関する。
【背景技術】
【０００３】
光電変換装置の製造中、半導体材料の各層を基板に設けて、１層を窓層として機能させ、第２の層を吸収層として機能させる。この窓層は太陽放射線を吸収層へと通過させ、そこで光力を電力に変換する。いくつかの光電変換装置は、電荷の導体でもある透明薄膜を用いることができる。
【０００４】
導電性薄膜は、スズ酸カドミウム酸化物などの透明導電酸化物を含む透明導電層を有してもよい。透明導電層は、光を半導体窓層から活性光吸収材料まで透過させることができ、オーミック接触の機能をして光吸収材料から光生成電荷キャリアを運び去ることもできる。裏面電極は半導体層の裏面上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、多層を有する光電変換装置の模式図である。
【図２】図２は、多層を有する光電変換装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
光電変換セルは、基板に隣接した透明導電酸化物層と、複数の半導体材料の層を有する。半導体材料の層は、ｎ型半導体窓層およびｐ型半導体吸収層を含む二重層を含む。ｎ型窓層およびｐ型吸収層は、電界を作り出すために互いに接触するように位置してもよい。光子は、ｎ型窓層と接触すると電子−正孔ペアを分離させて、電子をｎ側に送り、そして正孔をｐ側に送ることができる。電子は、外部電流経路を通じてｐ側に流れ戻ることができる。その得られた電子流により電流が流れ、電界から生じる電圧と組み合わさり、力が作り出される。このように、光エネルギーから電力に変換する。
【０００７】
光電変換セルは、従って、硫化カドミウム窓層およびテルル化カドミウム吸収層を有することができる。硫化亜鉛カドミウム層を組み込むことにより、バンドギャップエネルギーを拡張することや、硫化亜鉛カドミウムとテルル化カドミウムとの間のバンドオフセットを調整することができる。硫化亜鉛カドミウム層は、亜鉛含有層の堆積を含む、様々な技術により作製することができる。例えば、テルル化亜鉛カドミウム層を硫化カドミウム層の上に堆積させることで、亜鉛を硫化カドミウム中に拡散させることができ、これは例えば、堆積後のアニーリング工程により、または、気相蒸着法などにおける高温で層を堆積する工程による。同様に、硫化亜鉛層を硫化カドミウム層上に堆積させることにより、亜鉛を拡散させることができる。また、カドミウム、亜鉛および硫黄粉を混合した後に堆積させることもできる。この構造と一致する作製する装置は、開路電圧および短絡回路電流が増大することが示された。しかしながら、硫化カドミウム層とテルル化亜鉛カドミウム層との間の変換反応を、亜鉛含量の変化のみで制御できることが望ましい。
【０００８】
硫化カドミウムの硫化亜鉛カドミウムへの反応の制御は、構造中の初期亜鉛分布を変化させることにより可能である。例えば、この反応は、純粋なテルル化亜鉛層を堆積させることにより促進させることができ、その後亜鉛の割合の低いテルル化亜鉛カドミウム層を有する層を堆積することにより維持させることができる。硫化カドミウムの硫化亜鉛カドミウムへの変換は、堆積中に行うことができ、アニールを必要としない。２つの層の組み合わせにより、全体の変換のよりよい制御ができる。好適な構造は、ＣｄＳ／ＺｎＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ／ＣｄＺｎＴｅ／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ／ＺｎＴｅ／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳ／ＣｄＴｅおよびこれらの誘導体または変形を含む。
【０００９】
テルル化亜鉛層の層厚みは、亜鉛を含有する他の層がない場合、または、硫化亜鉛カドミウム中の亜鉛が例えば２０％〜約４０％など、所望の量よりも少ない場合、亜鉛を十分提供すれば、硫化カドミウム層を所望の程度変換して調整することができるが、５％〜約１０％の亜鉛含量のテルル化亜鉛カドミウム膜の堆積を続けて行う。結晶性度は様々でよく、例えば、硫化亜鉛カドミウムはほぼアモルファス、または高結晶質でもよい。
【００１０】
一態様において、光電変換セルの製造方法は、透明導電酸化物積層の上に硫化カドミウム層を堆積する工程、前記硫化カドミウム層の上に亜鉛含有層を堆積する工程、前記亜鉛含有層の上にテルル化カドミウム層を堆積する工程を含んでもよい。
【００１１】
本発明の方法は、硫化亜鉛カドミウムを形成する工程を有してもよく、この形成は１層以上をアニーリングする工程を有する。１以上の堆積する工程は、約４００Ｃ〜約８００Ｃ、約５００Ｃ〜７００Ｃまたは約５５０Ｃ〜約６５０Ｃの範囲の温度で行うことができる。１以上の堆積する工程は約５５０Ｃ〜約６００Ｃで行うことができる。１以上の堆積する工程は、蒸気を供給する工程を有してもよい。本発明の方法は、硫化カドミウム層および亜鉛含有層をアニーリングする工程を有してもよい。本発明の方法は、テルル化カドミウム層をアニーリングする工程を有してもよい。このアニーリングする工程は、約４００Ｃ〜約８００Ｃ、約５００Ｃ〜約７００Ｃまたは約５５０Ｃ〜約６５０Ｃの範囲内の温度で、硫化カドミウム層および亜鉛含有層を加熱する工程を有してもよい。アニーリングする工程は、硫化カドミウム層および亜鉛含有層を約５５０Ｃまたは約６５０Ｃで加熱する工程を有してもよい。亜鉛含有層はテルル化亜鉛またはテルル化亜鉛カドミウムを有してもよい。テルル化亜鉛カドミウムは約２％〜約１０％の亜鉛含量を有してもよい。テルル化亜鉛カドミウムは、約４％〜約８％の範囲内の亜鉛含量を有してもよい。テルル化亜鉛カドミウムは、約５％〜約６％の範囲内の亜鉛含量を有してもよい。１以上の堆積する工程は、硫化カドミウム層とテルル化亜鉛カドミウムとの間の変換反応を制御できる。亜鉛含有層は、硫化亜鉛を含んでもよい。亜鉛含有層は、テルル化亜鉛層の上にテルル化亜鉛カドミウム層を含んでもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、テルル化亜鉛層の亜鉛濃度よりも小さい亜鉛濃度を有してもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、約２％〜約１０％の亜鉛含量を有してもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、約４％〜約８％の範囲内の亜鉛含量を有してもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、約５％〜約６％の範囲内の亜鉛含量を有してもよい。１以上の堆積する工程は、硫化カドミウム層とテルル化亜鉛カドミウム層との間の変換反応を制御できる。透明導電酸化物積層は、透明導電酸化物層の上にバッファ層を含んでもよく、その際この透明導電酸化物層は、１以上のバリア層の上に位置する。
【００１２】
本発明の方法は、第１の基板の上に透明導電酸化物積層を堆積する工程を含んでもよい。第１の基板は、例えば、ソーダ石灰ガラスなどのガラス、を含んでもよい。１つ以上のバリア層の各々は、シリコン窒化物、アルミニウムをドープしたシリコン窒化物、シリコン酸化物、アルミニウムをドープしたシリコン酸化物、ボロンをドープしたシリコン窒化物、リンをドープしたシリコン窒化物、シリコン窒化酸化物、またはスズ酸化物を含んでもよい。透明導電酸化物層は、カドミウムおよびスズ、スズ酸化物、または酸化亜鉛の層を含んでもよい。バッファ層は亜鉛スズ酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物または亜鉛マグネシウム酸化物を含んでもよい。本発明の方法は、透明導電酸化物積層をアニーリングする工程を有してもよい。本発明の方法は、テルル化カドミウム層の上に裏面端子を堆積する工程を有してもよい。本発明の方法は、裏面端子の上に裏面支持体を堆積する工程を有してもよい。
【００１３】
一態様において、光電変換セルは、硫化亜鉛カドミウム層と、この硫化亜鉛カドミウム層上のテルル化カドミウム層とを有してもよく、その場合硫化亜鉛カドミウム層は効率が上がる。
【００１４】
硫化亜鉛カドミウム層の結晶性は、高くてもよく、またはほぼアモルファスでもよい。硫化亜鉛カドミウム層は、亜鉛を約２０％〜約４０％有してもよい。光電変換セルは、硫化亜鉛カドミウム層とテルル化カドミウム層との間にテルル化亜鉛カドミウム層を含んでもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、亜鉛を約２％〜約１０％含んでもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、亜鉛を約４％〜約８％の範囲内で含んでもよい。テルル化亜鉛カドミウム層は、亜鉛を約５％〜約６％含んでもよい。光電変換セルは、透明導電酸化物積層を有してもよく、その場合硫化亜鉛カドミウム層は透明導電酸化物積層の上に位置させる。光電変換セルは第１の基板を有してもよく、その場合透明導電酸化物積層は第１基板の上に位置する。第１基板は、例えば、ソーダ石灰ガラスなどのガラスを含んでもよい。
【００１５】
透明導電酸化物積層は、透明導電酸化物層の上にバッファ層を有してもよく、その場合透明導電酸化物層は１以上のバリア層の上に位置させる。透明導電酸化物層は、スズ酸カドミウム、スズ酸化物または亜鉛酸化物を含んでもよい。バッファ層は、亜鉛スズ酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物、または亜鉛マグネシウム酸化物を含んでもよい。１以上のバリア層のそれぞれは、シリコン窒化物、アルミニウムをドープしたシリコン窒化物、シリコン酸化物、アルミニウムをドープしたシリコン酸化物、ボロンをドープしたシリコン窒化物、リンをドープしたシリコン窒化物、シリコン窒化酸化物、またはスズ酸化物を含んでもよい。光電変換セルは、テルル化カドミウム層の上に裏面端子を有してもよく、この裏面端子の上に裏面支持体を有してもよい。
【００１６】
一形態では、光電変換セルは、硫化カドミウム層と、硫化カドミウム層の上の亜鉛含有層と、亜鉛含有層の上のテルル化カドミウム層とを有する。
【００１７】
亜鉛含有層は、テルル化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛カドミウム、または、テルル化亜鉛層の上のテルル化亜鉛カドミウムを有してもよい。光電変換セルは、基板の上に透明導電酸化物積層を有してもよく、その場合、透明導電酸化物積層は、１以上のバリア層の上の透明導電酸化物層と、透明導電酸化物層の上のバッファ層とを有し、硫化カドミウム層は透明導電酸化物積層の上に位置する。
【００１８】
図１を参照して、光電変換セル１００は、硫化カドミウム層１１０を有することができる。硫化カドミウム層１１０は、基板１２０の上に堆積することができる。基板１２０は、例えばソーダ石灰ガラスなどのガラスを含んでもよい。亜鉛含有層は硫化カドミウム層１１０の上に積層することができる。例えば、テルル化亜鉛層１３０は硫化カドミウム層１１０の上に堆積することができる。他の亜鉛含有層を硫化カドミウム層１１０の上に堆積してもよく、テルル化亜鉛カドミウムおよび硫化亜鉛を含む。テルル化亜鉛カドミウム層１４０は、テルル化亜鉛層１３０の上に堆積してもよい。各層は、例えば約３８０Ｃ超えの高温で堆積すれば、亜鉛の拡散を促進させて硫化亜鉛カドミウムを形成することができる。例えば、各デバイス層は、約４００Ｃまたは約４２０Ｃで堆積することができる。各層は、例えば約４００Ｃ〜約８００Ｃ、約５００〜約７００Ｃ、または約５５０Ｃ〜約６５０Ｃを含む任意の好適な温度範囲で堆積することができる。例えば、各層は、約５５０Ｃで堆積することができる。テルル化亜鉛カドミウム層１４０は、いかなる割合の亜鉛でも形成できる。例えば、約０．１％の亜鉛は性能を向上させるはずである。Ｃｄ１−ｘＺｎｘで、ｘが約０．１０〜約０．１２の範囲内である構造は、特に有益性が高いことがわかったが、約０〜約０．３０（すなわち亜鉛が０〜約１５％）の範囲内のいずれも許容範囲である。テルル化亜鉛カドミウム層における亜鉛の最適な割合は、堆積条件（すなわち温度プロファイル）に依存して変化する。テルル化カドミウム層１５０は、テルル化亜鉛カドミウム層１４０の上に堆積することができ、または、先に堆積した亜鉛含有層の上に直接堆積することができる。多層構造はテルル化カドミウム層１５０の堆積の前または後にアニールできる。アニーリングは、任意の好適な条件下で行うことができる。例えば、アニーリングは、例えば窒素ガスなどの、アニーリングの態様を制御するために選択したガスの存在下で行うことができる。アニーリングは、例えば、低真空中または約０．０１Ｐａ（１０−４Ｔｏｒｒ）の減圧下など、任意の好適な圧力下で行うことができる。アニーリングは、例えば約３８０Ｃ超えの、任意の好適な温度または温度範囲で行うこともできる。多層構造は約４００Ｃ〜約８００Ｃ、約５００Ｃ〜約７００Ｃ、または約５５０Ｃ〜約６５０Ｃでアニールできる。この構造は、例えば、約１０〜約２５分、または、約１５〜約２０分などの、任意の好適な持続時間アニールすることもできる。
【００１９】
様々な堆積技術が上記の層の堆積に利用可能であり、それは例えば、低圧化学蒸着、大気圧化学蒸着、プラズマ化学蒸着、熱化学蒸着、ＤＣまたはＡＣスパッタリング、スピンオン堆積、および噴霧熱分解を含む。例えば、硫化カドミウムおよび硫化亜鉛層はスパッタできる。テルル化亜鉛カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウムおよびテルル化亜鉛は、全て気相蒸着法を用いて堆積できる。
【００２０】
既述の各構造中の各層からの１以上の化学物質の拡散により、図２の光電変換セル２００の製造ができる。例えば、テルル化亜鉛層１３０から亜鉛を硫化カドミウム層１１０中に拡散でき、硫化亜鉛カドミウムの構造が得られる。図１の堆積したテルル化亜鉛の厚みは、硫化カドミウムから硫化亜鉛カドミウムへの変換を制御することによって調整できる。図２を参照して、光電変換セル２００は硫化亜鉛カドミウム層２１０を有してもよい。硫化亜鉛カドミウム層２１０は、任意の好適な亜鉛量を含んでもよい。ゼロ超えの任意の亜鉛の割合は、透過率およびバンドアライメントを増大させる有利性があると、試験で示された。亜鉛の割合を２０％〜約４０％の範囲内で有する組成物（すなわち、Ｃｄ０．６Ｚｎ０．４Ｓ〜Ｃｄ０．２Ｚｎ０．８Ｓの範囲の組成物）は、特に高い効率を示した。硫化亜鉛カドミウム層２１０は、基板２２０の上に位置させてもよい。基板２２０は、例えばソーダ石灰ガラスなどのガラスを含んでもよい。テルル化カドミウム層２３０は硫化亜鉛カドミウム層１１０の上に配置してもよい。１つの変形では、作製する構造は、硫化亜鉛カドミウムとテルル化カドミウムとの間にテルル化亜鉛カドミウムを有してもよい。
【００２１】
各層は、必要に応じ各ステーションで別個の堆積ガス供給および真空堆積チャンバを有する製造ラインの、異なる堆積ステーションで堆積させることができる。基板は、堆積ステーションから堆積ステーションまで、所望の層の全てを堆積するまでローリングコンベヤで移動させることができる。最上層の最上部の上に最上基板層を配置させて、サンドウィッチ形状を形成して光電変換セルを完成させることができる。
【００２２】
例えば、米国特許第５，２４８，３４９号、米国特許第５，３７２，６４６号、米国特許第５，４７０，３９７号、米国特許第５，５３６，３３３号、米国特許第５，９４５，１６３号、米国特許第第６,０３７，２４１号、および米国特許第６，４４４，０４３号に光電変換装置の製造における半導体層の堆積が記載されており、それぞれ、その開示が参照により本明細書に組み込まれている。堆積はソースから基板への蒸気の移動、または閉鎖系での固体の昇化を伴う。光電変換セルの製造装置は、例えばローラーを有するロールコンベヤーなどのコンベヤーを含んでもよい。他のタイプのコンベヤーも可能である。コンベヤーは、基板の露出表面上に各層の材料を堆積するための一連の１つ以上の堆積ステーションの中に、基板を移動させる。コンベヤーは、米国仮特許出願第１１／６９２,６６７号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれている。
【００２３】
堆積チャンバは、約３８０Ｃ〜約７００Ｃの処理温度に達するまで加熱でき、例えばその温度は約４５０Ｃ〜約５５０Ｃ、約５５０Ｃ〜約６５０Ｃ、約５７０Ｃ〜約６００Ｃ、約６００Ｃ〜約６４０Ｃまたは任意のその他の好適範囲で変動させることができる。堆積チャンバは、堆積蒸気供給部に接続した堆積分配器を有する。分配器を様々な層の堆積用の複数の蒸気供給部に接続させてもよく、または、それぞれ個別の蒸気分配器および供給部を有する複数および種々の堆積ステーションに基板を通り抜けさせてもよい。分配器は、様々なノズル形状のスプレーノズルの形態をとることにより、蒸気供給の一様分配を容易にしてもよい。
【００２４】
窓層および吸収層は、例えばＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｎＯ、ＭｎＳ、ＭｎＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂまたはこれらの混合物などの、例えばＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＶ族半導体などのバイナリ半導体を含んでもよい。窓層および吸収層の例は、ＣｄＴｅ層により被覆されたＣｄＳ層である。最上層は、半導体層を覆うことができる。最上層は例えば、アルミニウム、モリブデン、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、タングステン、またはこれらの合金などの金属を含んでもよい。最上層は、金属酸化物もしくは金属窒化物またはこれらの合金を含んでもよい。
【００２５】
上記のとおり、光電変換セルは、基板表面上の透明導電層と、第１半導体層と、半導体層を支持する基板と、半導体層と接触する金属層とを有してもよい。
【００２６】
光電変換セルの最下層は、透明導電層でもよい。薄いキャッピング層は、最上部で、透明導電層を少なくとも部分的に被覆できる。次の堆積層は、第１の半導体層であり、これは窓層として機能でき、透明導電層およびキャッピング層を用いるためより薄くしてもよい。次の堆積層は、第２の半導体層であり、これは吸収層として機能する。ドーパントを有する層などの他の層を、必要に応じ製造過程を通して基板上に堆積または配置してもよい。
【００２７】
最下層は、透明導電層とすることができ、例えば、スズ酸カドミウム酸化物、スズ酸化物、またはフッ素でドープしたスズ酸化物などの透明導電酸化物でありうる。高温で透明導電酸化物層に直接半導体層を堆積すると、光電変換装置の性能および安定性に悪影響を及ぼす反応が生じうる。高い化学的安定性を有する材料のキャッピング層（例えば、シリコン二酸化物、ジアルミニウム三酸化物、チタン二酸化物、ジボロン三酸化物および他の同等のもの）を堆積させれば、装置の性能および安定性においてこれらの反応の影響を大幅に低減させうる。キャッピング層の厚みは、使用材料の高い抵抗率のため、最小限にすべきである。さもなければ、所望の電流に逆らう抵抗のブロックが生じうる。キャッピング層は、透明導電酸化物層の表面粗さを、その表面の凹凸を埋めることによって減少させることができ、このことは、窓層の堆積に役に立ち、また、窓層に薄い横断面を持たせることができる。減少した表面粗さは、窓層の均一性を向上させるのに役立つ。光電変換セル中にキャッピング層を含むことによる他の利点は、光学的透明度の向上、バンドギャップの一貫性の向上、接点でのよりよい電界強度の提供および開路電圧損失により測定するよりよい装置効率の提供がある。キャッピング層は、例えば米国特許公報第２００５０２５７８２４号明細書中に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【００２８】
光電変換セルの最下層は、透明導電層でもよい。薄いキャッピング層は、最上部で、透明導電層を少なくとも部分的に被覆できる。次の堆積層は、第１の半導体層であり、これは窓層として機能でき、透明導電層およびキャッピング層を用いるためより薄くしてもよい。次の堆積層は、第２の半導体層であり、これは吸収層として機能する。ドーパントを有する層などの他の層を、必要に応じ製造過程を通して基板上に堆積または配置してもよい。
【００２９】
第１半導体層は、第２半導体層の窓層として機能させることができる。第１半導体層は、第２半導体層よりも薄くできうる。薄くさせることで、第１半導体層は、より短波長の入射光を第２半導体層へより多く貫通させることができる。
【００３０】
第１半導体層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｎＯ、ＭｎＳ、ＭｎＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂまたはこれらの混合物若しくは合金などの、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族半導体でもよい。それは、バイナリ半導体でもよく、例えば、ＣｄＳでもよい。第２半導体層は、第１半導体層の上に堆積してもよい。第１半導体層を窓層として機能させる場合、第２半導体は入射光の吸収層として機能させることができる。第１半導体層と同様に、第２半導体層も、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｎＯ、ＭｎＳ、ＭｎＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂまたはこれらの混合物などの、例えばＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＶ族半導体を含んでもよい。
【００３１】
第２半導体層は、第１半導体層の上に堆積させることができる。キャッピング層は、透明導電層を第１半導体層から電気的、化学的に分離するように機能し、性能および安定性に悪影響を与えうる高温で生じる反応を防ぐことができる。透明導電層は、基板上に堆積することができる。
【００３２】
本明細書で記載の方法を用いて製造した光電変換装置／セルは、１つ以上の光電変換モジュールに組み込むことができる。モジュールは、様々なシステム中に組み入れられて電力を発生させる。例えば、光電変換セルは、光線を当てて、光電流を発生させることができる。光電流は、集められ、直流電流（ＤＣ）から交流電流（ＡＣ）に変換され、送電網に分配される。任意の好適波長の光はセルに照射されて、光電流を発生し、例えば、４００ｎｍ超え、または７００ｎｍ未満（例えば紫外光）などを含む。１つの光電変換セルから生じる光電流は、他の光電変換セルから生じる光電流と混ざる。例えば、光電変換セルは、光電変換アレイ中の１つ以上の光電変換モジュールの一部であり、光電変換アレイからその総電量は利用でき、分配することができる。
【００３３】
上述の実施形態は図および例により表す。上述の例はいくらかの事項を変更しても、それでも請求項の範囲内のままであることを理解されたい。本発明は上記の好適実施形態に関して記載したが、他の実施形態も請求項の範囲内であることを理解されたい。
【図１】
2012533178.tif 000003
【図２】
2012533178.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【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】
硫化亜鉛カドミウム層と、
前記硫化亜鉛カドミウム層の上のテルル化カドミウム層と、を有し、
前記硫化亜鉛カドミウム層が向上した効率を有する、光電変換セル。
【請求項２】
前記硫化亜鉛カドミウム層は亜鉛を約２０〜約４０％有する、請求項１に記載の光電変換セル。
【請求項３】
前記硫化亜鉛カドミウム層と前記テルル化カドミウム層との間にテルル化亜鉛カドミウム層をさらに有する、請求項１に記載の光電変換セル。
【請求項４】
前記テルル化亜鉛カドミウム層は約２％〜約１０％の亜鉛含量を有する、請求項３に記載の光電変換セル。
【請求項５】
透明導電酸化物の上のバッファ層を有する透明導電酸化物積層をさらに有し、
前記透明導電酸化物層は１以上のバリア層の上に位置し、
前記硫化亜鉛カドミウム層は前記透明導電酸化物積層の上に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換セル。
【請求項６】
前記透明導電酸化物層はスズ酸カドミウムを含む、請求項５に記載の光電変換セル。
【請求項７】
前記透明導電酸化物層はスズ酸化物を含む、請求項５に記載の光電変換セル。
【請求項８】
前記透明導電酸化物層は亜鉛酸化物を含む、請求項５に記載の光電変換セル。
【請求項９】
硫化カドミウム層と、
前記硫化カドミウム層の上の亜鉛含有層と、
前記亜鉛含有層の上のテルル化カドミウム層と、を有する光電変換セル。
【請求項１０】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛を含む、請求項９に記載の光電変換セル。
【請求項１１】
前記亜鉛含有層は硫化亜鉛を含む、請求項９に記載の光電変換セル。
【請求項１２】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛カドミウムを含む、請求項９に記載の光電変換セル。
【請求項１３】
前記亜鉛含有層はテルル化亜鉛層の上にテルル化亜鉛カドミウム層を有する、請求項９に記載の光電変換セル。
【請求項１４】
基板の上に透明導電酸化物積層をさらに有し、
前記透明導電酸化物積層は、１以上のバリア層の上の透明導電酸化物層と、前記透明導電酸化物層の上のバッファ層とを有し、
前記硫化カドミウム層は前記透明導電酸化物積層の上に位置する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の光電変換セル。
【国際調査報告】
2012533178.tif 000005
2012533178.tif 000006