(57)【要約】本発明は多重接合光電デバイス(１)に関し、第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）と、２つの隣接する基本光電デバイス（４，６）間に設けられた少なくとも１つの中間層（５）とを含む。本発明によれば、中間層（５）は、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有し、底面（１１）は１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、また頂面（１０）および底面（１１）はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは中間層（５）の頂面（１０）の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは中間層（５）の底面（１１）の表面の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。【選択図】図１
2012509602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）と、２つの隣接する基本光電デバイス（４，６）間に設けられた少なくとも１つの中間層（５）とを含む多重接合光電デバイス（１）であって、前記中間層（５）が、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有し、前記底面（１１）が１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、また、前記頂面（１０）および前記底面（１１）が、それぞれ、α９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層（５）の頂面（１０）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層（５）の底面（１１）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であることを特徴とする、多重接合光電デバイス。
【請求項２】
α９０ｔｏｐが、２０°および８０°間に含まれ、好ましくは２５°および５０°間に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
α９０ｂｏｔｔｏｍが、５°および４０°間に含まれ、好ましくは５°および２５°間に含まれることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板（２）に面する側の前記基本光電デバイス（４）が、微結晶シリコンを基礎とし、かつ、入射光側の基本光電デバイス（６）が非晶質シリコンを基礎とすることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記中間層（５）が、０．６μｍおよび５μｍ間の厚さ、好ましくは０．８μｍおよび３μｍ間の厚さを有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記中間層（５）が、シリコンの屈折率（ｎ＝４）とは異なる屈折率を有する層からなり、好ましくはｎが１．５および２．５間にあることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記中間層（５）が、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウムおよびこれらの組み合わせを含むグループから選択された酸化物の層からなることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記中間層（５）の頂面（１１０）の表面形態が、選択された前記酸化物の成長の間に得られることを特徴とする、請求項７項に記載のデバイス
【請求項９】
前記中間層（５）が、ＺｎＯの成長により前記頂面（１０）の必要とされる表面形態を得るためにＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）により堆積されたＺｎＯ層からなることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記中間層（５）の頂面（１０）の表面形態が、前記中間層（５）が堆積された後に表面処理により得られることを特徴とする、請求項１ないし７項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）とを含む多重接合光電デバイス（１）を製造するためのプロセスであって、前記基本光電デバイスの少なくとも１つ（４）上に、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有する中間層（５）を堆積するステップを含み、前記底面（１１）が１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、また、前記頂面（１０）および前記底面（１１）が、それぞれ、α９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層（５）の頂面（１０）の前記表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する複数の基本表面を含む角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層（５）の底面（１１）の前記表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する複数の基本表面を含む角度であることを特徴とする、プロセス。
【請求項１２】
前記中間層（５）が、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウムおよびこれらの組み合わせを含むグループから選択された酸化物層からなることを特徴とする、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記中間層（５）を堆積するステップが、使用される前記酸化物の成長により前記頂面（１０）の必要とされる表面形態を得るための１つのステップのプロセスを用いることを特徴とする、請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記プロセスが、前記中間層（５）を堆積するステップがＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）、高圧ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着およびゾルゲルプロセスを含むグループから選ばれた技術の１つを用いる間に実施されることを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記中間層（５）がＺｎＯ層からなり、また、前記中間層（５）を堆積するステップが、前記ＺｎＯの成長によって前記頂面（１０）の必要とされる表面形態が得られることを可能にするＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）を用いることを特徴とする、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記中間層（５）を堆積するステップの後、前記頂面（１０）の必要とされる表面形態を得るために前記中間層（５）の頂面（１０）の質を整える追加のステップを含む、請求項１１または１２に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記追加の質を整えるステップが、エッチング、化学腐食、プラズマ処理およびサンドブラスティングを含むグループから選ばれた技術の１つを用いることを特徴とする、請求項１６に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電デバイスの分野に関連している。より詳細には、互いに頂部に積み重ねられまた異なる波長範囲にわたって光を吸収する、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の複数の基本セルからなる光電デバイスに関する。このようなデバイスは、多重接合セルと呼ばれる。また、本発明は、この光電デバイスを製造するためのプロセスに関する。
【０００２】
本発明はその適用上電気エネルギの産生に向けられた光電池の製造に特に有益であるが、本発明は、また、より一般的には、光放射が電気信号に変換される任意の構造、例えば光検出器に適用される。
【背景技術】
【０００３】
従来、シリコン薄膜二重接合すなわち多層のセルは、可視光（約７５０ｎｍ以下）を吸収する非晶質シリコン製の頂部セルと、赤外線以下（約１１００ｎｍ以下）の光を吸収する微結晶シリコン製の底部セルとからなる。このような多層セルは「マイクロモルフ（micromorph）」セルと呼ばれる。本明細書の説明において、「頂」は入射光に近い側を示し、他方「底」は入射光から離れた側を示す。
【０００４】
電流を増大させるため、単一接合セルおよび多重接合セルの双方において、前記デバイス内で光を散乱させるために後部接点が粗い。複数の層が他方の頂部上に堆積されており、その結果、基板粗さが前記複数層の界面に及ぶ。通常、複数の薄層（０ないし５００ｎｍ）は基板の元の表面粗さを維持するが、他方、複数の厚膜（＞１μｍ）は前記元の粗さを平らにする。粗い表面は、大きいかまたは小さい傾斜の複数の基本表面から形成された連続した複数の隆起及び窪みからなり、（隆起の頂部にまたは窪みの底部に）鋭い縁を含む。基板の表面の形態は、光学性能（短絡電流密度（ＪＳＣ））および電気性能（開放電圧（ＶＯＣ）および曲線因子（ＦＦ））、すなわち太陽電池の性能において、重要な役割を演じる。
【０００５】
微結晶セルに関して、このようなセルは、これが大きい傾斜の複数の基本表面を持っていないかまたはほとんど持っていない基板の上に堆積されている場合、良好な電気的特性（良好な曲線因子（ＦＦ）および良好な開放電圧（ＶＯＣ））を有する。しかし、前記界面における大きい傾斜の複数の基本表面は、セル内の光の散乱を促進する。このため、セルの光学的特性（短絡電流（ＪＳＣ））が改善される。最良の妥協は、大きい形状（H. Sai and M. Kondo著 Journal of Applied Physics, 105, 094511,
2009参照）を有する基板の曲がりやすい形態（丸みのある谷底  M. Python et al., Journal of Non-Crystalline Solids, 354, 19-25,
2008参照）にある。
【０００６】
非晶質セルに関して、該非晶質セルの電気的特性は、鋭い基板形態にほとんど、仮にあったとしても、煩わされない。しかし、それは、これが光にさらされるとき、性能低下に煩わされる。この低下を制限する手段は、セルの厚さを低減することである。セルの厚さを低減し、良好な効率を維持するため、大きい傾斜の複数の基本表面と縮小された形状（T. Soderstrom et al.著 Journal of Applied Physics,103, 114509, 2008参照）とを有する基板が用いられ、セル内の光散乱を増大させる。
【０００７】
多層または多重接合のセルにおいて、問題は、吸収体内で光を散乱させる粗い表面を用いて電流密度または両セル内の光の吸収を増大させることにある。しかし、最適な形態は、前記したように、「頂部」セルおよび「底部」セルで異なる。特に、「頂部」セルは、その電流密度を増大し、その厚さを低減してその低下を制限するため、大きい傾斜の基本表面を意味する、鋭い形態を必要とする。しかし、このタイプの形態により、「底部」微結晶セルは、多層セルに単一セルにおけると同一の症状すなわち曲線因子ＦＦおよび開放電圧ＶＯＣの低下が現れる、不適切な形態に煩わされる。
【０００８】
この問題の軽減のため、「頂部」セルと「底部」セルとの間に、「頂部」セル電流の増大を可能にする中間ミラー（厚さ５０ないし１５０ｎｍ）を配置することが提案されている。中間ミラーは２つの基本セル間に配置される層であり、両基本セルの屈折率より小さい屈折率（ｎ）を有する。「マイクロモルフ」セルに関して、典型的には１．３および２．５間の屈折率（ｎ）を有するこのような中間ミラーが「頂部」セルと「底部」セルとの間に挿入される。これにより、「頂部」セルの電流密度をその厚さの増大の必要なしに増大させることができ、これにより照明下の「頂部」セルの誘導光低下の影響を最小限にする。
【０００９】
しかし、表面形態は先の層の堆積によって大きな影響を受け、このようなミラーは、「底部」セルの形態を再現するが、２つの異なる形態、すなわち「頂部」セルに適合する形態および「底部」セルに適合する形態を作り出すことができない。
【００１０】
米国特許第６，８２５，４０８号明細書は、異なる高さ（ＲｙまたはＲｍａｘ）の複数の不規則面を有する中間層の、頂部セルおよび底部セル間の、使用を説明するところ、「底部」側の表面は、「頂部」側の表面より大きい平均高低差を有する。
【００１１】
しかし、これらの高さの基準は、２つのセルのどちらについても最適な表面形態を得ることを可能にしない。特に、これは確かに前記デバイスに入射する光の割合が増大するようにするが、効率の増大において未だ十分でない。
【００１２】
米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は、「頂部」セルと「底部」セルとの間の、異なる高さの複数の不規則面を有する中間層の使用を説明するところ、「頂部」側の表面は「底部」側の表面より大きい平均高低差を有する。この出願においては、中間層（すなわち、第１の電極層）下にある光電変換デバイスの表面レベル差（Ｒｙ）が５ないし１５０ｎｍの範囲内にある。このため、中間層の底面もまた５ないし１５０ｎｍの範囲内に含まれる表面レベル差（Ｒｙ）を有する。米国特許出願第２００２／００１１２６３号の図７は、第１の電極の表面レベル差（Ｒｙ）が１５０ｎｍ未満であるべきことを示す。当業者に知られているように、１５０ｎｍより大きいＲｙでは、結晶シリコン光電変換デバイスの電気的特性が急速に低減する。
【００１３】
しかし、これらの高さの基準は、２つのセルのどちらについても最適な表面形態を得ることを可能にしない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、２つの基本セルのそれぞれの成長のための個別に最適化された表面形態を有する高性能の光電デバイスを提供することにより、これらの欠点を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的のために、また、本発明によれば、提案されるものは多重接合光電デバイスであり、これは、第１の導電層が堆積された基板と、第２の導電層が堆積された、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の少なくとも２つの基本光電デバイスと、２つの隣接する基本光電デバイス間に設けられた少なくとも１つの中間層とを含み、前記中間層は、入射光の側に頂面を有しまた反対の側に底面を有し、前記底面は１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、前記頂面及び前記底面はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層の頂面の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層の底面の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。
【００１６】
このような表面形態により、前記中間層の両表面のそれぞれによって理論上求められる形態を最適に調整することができ、また、高性能のデバイスを得ることができる。
【００１７】
実際、前記表面の形態は平均高低差を少しも修正することなしに大幅に修正される。
【００１８】
前記中間層の光が出ていく側が前記形態を前記底部セルの成長に適合させるために平らにされており、前記表面の形態は平均高低差の必然的な修正なしに大幅に修正される。反対に、従来技術の文書である米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は、中間層の平らでない表面の山頂‐谷底粗さをこの中間層下にある光電デバイスのそれより大きいものとすることを教示するところ、それは１５０ｎｍより小さく、しかし、米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は前記中間層の表面の複数の基本表面の角度のある形態について何も示さない。幾何学的な観点からいえば、前記山頂‐谷底粗さは前記複数の基本表面を同一の角度に維持する限り修正することができる。
【００１９】
しかし、前記中間層の表面の形態をコントロールすることにより、本発明は、前記セルの電気的特性の大幅な低下なしに、前記セル内の光の散乱を促進しかつ前記セルの光学的特性を改善するように、１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを持つ底面を有する中間層を備えることを可能にする。
【００２０】
また、本発明は、第１の導電層が堆積された基板と、第２の導電層が堆積されたｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造の少なくとも２つの基本光電デバイスとを含む多重接合光電デバイスを製造するためのプロセスに関する。本発明によれば、前記プロセスは、前記基本光電デバイスの少なくとも一方上に、入射光の側に頂面を有しかつ反対の側に底面を有する中間層を堆積するステップを含み、前記底面は１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、また、前記頂面及び底面はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここで、α９０ｔｏｐおよびα９０ｂｏｔｔｏｍは先に定義したとおりである。
【００２１】
好ましくは、前記中間層を堆積するステップは、１つのステップのみにおいて実施される。本発明の他の特徴は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことによりさらに明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る多層セルの概略図である。
【図２】原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）画像のＡ点における表面の傾斜角度の計算を示す概略図である。
【図３】本発明に係るデバイスにおける中間層の頂面及び底面の角度分布の積分を示す。
【図４】本発明に係る、標準ミラーと中間ミラーとを有する、ミラーを有しない底部セルおよび頂部セルの外部量子効率を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、互いに頂部に積み重ねられた、基板２と、第１の電極を構成する第１の導電層３と、底部または「底部」セルと称される第１の基本光電デバイス４と、中間層５と、頂部または「頂部」セルと称される第２の基本光電デバイス６と、第２の電極を構成する透明な第２の導電層７とを含む光電デバイスすなわち「マイクロモルフ」セル１を示す。デバイス１は、矢印８の方向に向けられた光にさらされている。
【００２４】
中間層５は、入ってくる光の側に頂面１０有し、反対の側に底面１１を有する。
【００２５】
本発明によれば、底面１１は１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを有し、また、
頂面１０及び底面１１は、それぞれ、α９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは中間層５の頂面１０の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｌｏｗｅｒは中間層５の底面１１の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。
【００２６】
例えば、差（α９０ｔｏｐ−α９０ｂｏｔｔｏｍ）は５°および２５°間、好ましくは８°および１５°間、より好ましくは８°および１４°間に含まれる。
【００２７】
図２を参照すると、ここには前記表面の形態が前記粗い面の例を構成する前記複数の基本表面の傾斜により示されており、それは前記表面の角度分布とも称される。これを行うため、ＡＦＭ測定が、前記見本の表面のトポロジー（ｚ軸）を表わす２５６×２５６の等距離点（従来の座標システムにおけるｘ軸およびｙ軸）のマトリクスに対応する表面測定用５μｍ×５μｍ上で実施される。前記基板の傾斜または湾曲の全てを除去するため、それ自体と前記表面との間の２乗差の合計を最小にする２次の多項式がこの画像から差し引かれる。これにより得られるものは、典型的には５０および２０００ｎｍ間の寸法を有する複数の構造からなる、表面Ｓの形態の良好な描写である。
平面ｚ＝０が水平面Ｐとして規定されている。
【００２８】
前記表面の角度分布を得るため、前記ＡＦＭ画像の各点Ａに関して、水平面Ｐに垂直なベクトルと表面Ｓに垂直なベクトルＶｎとの間の角度が計算される。これを行うため、点Ａに対する垂線を計算するための関連のある基本表面が点Ａと２つのベクトルＶｘおよびＶｙとにより規定される。Ｖｘは、方向ｘにおいて点Ａの前後の２つの点（前記ＡＦＭマトリクスにおいて近接して隣り合うもの）を結ぶベクトルであり、また、Ｖｙは、方向ｙにおいて点Ａの前後の２つの点（前記ＡＦＭマトリクスにおいて近接して隣り合うもの）を結ぶベクトルである。問題の前記基本表面に垂直なベクトルＶｎは、ＶｘおよびＶｙのベクトル積により決定される。前記基本表面の傾斜角度αは、問題の前記基本表面の垂直ベクトルＶｎと水平面Ｐに垂直なベクトルとの間の角度として規定される。
【００２９】
前記ＡＦＭマトリクスの各点における各基本表面の傾斜を表わす複数点の新しいマトリクスが構築される。前記表面の各点における前記傾斜を表わす前記マトリクスから始めて、ある角度間隔（典型的には２度）内にある１つの傾斜を有する前記表面の割合を与える０から９０°までの複数の角度のヒストグラム（角度分布）を作ることができる。後者を０からαまで積分することにより、角度分布の積分が得られる（図３参照）。前記角度はｘ軸上に表示される。前記水平面に対して所与の角度以下の傾斜を有する前記複数の基本表面の割合は、ｙ軸上に表示される。平坦な水平面が、そこでは全ての基本表面が０°に等しい傾斜角度を有するものとして規定され、したがって、前記角度分布の積分は０°および９０°間の１に等しい。対照的に、大きい傾斜の複数の基本表面を有する非常に粗い面は、大きい傾斜角度を持つ表面の複数の基本表面の高い割合を有する角度分布を示し、前記角度分布の積分は小さい角度（例えば、０°ないし１５°）に関しては０に近く、また、大きい角度（例えば、３０°ないし７０°）に関してのみ１に近い。
【００３０】
本発明においては、表面の前記形態を特徴付けるため、問題の前記値αは角度α９０であって、前記検討表面の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度α９０である。
【００３１】
好ましくは、角度α９０ｔｏｐは２０°および８０°間に含まれ、より好ましくは２５°および５０°間に含まれる。
【００３２】
好ましくは、角度α９０ｂｏｔｔｏｍは５°および４０°間に含まれ、より好ましくは５°および２５°間に含まれる。
【００３３】
前記山頂‐谷底粗さは日本工業規格Ｂ０６０１により規定されている（最大高さがＲｙまたはＲｍａｘとして言及されている）。
【００３４】
底面１１の前記山頂‐谷底粗さは、２００ｎｍおよび２０００ｎｍ間、好ましくは２００ｎｍおよび９００ｎｍ間、より好ましくは３００ｎｍおよび６００ｎｍ、より一層好ましくは３００ｎｍおよび４５０ｎｍ間に含まれる。
【００３５】
好ましくは、頂面１０の前記山頂‐谷底粗さは、底面１１の前記山頂‐谷底粗さより大きい。
【００３６】
頂面１０前記山頂‐谷底粗さは、２００ｎｍおよび２０００ｎｍ間、好ましくは２００ｎｍおよび９００ｎｍ間、より好ましくは３００ｎｍおよび６００ｎｍ、より一層好ましくは３００ｎｍおよび５００ｎｍ間に含まれる。
【００３７】
基板２は、プラスチック（例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリイミド）、ガラス、金属、シリコンまたは前記太陽電池の製造条件に対して抵抗性のある他の材料を含むグループから選択された材料で作られる（J. Bailat, V. Terrazzoni-Daudrix,
J.Guillet, F. Freitas, X. Niquille, A. Shah, C.Ballif, T. Scharf, R. Morf, A. Hansen, D.
Fischer, Y. Ziegler and A. Closset著 Proc. of the 20th European PVSEC (2005) 1529参照）。
【００３８】
可撓性を有する基板のため、生地が、紫外線ナノインプリントリソグラフィー（ＵＶ‐ＮＩＬ）（C.Elsner, J. Dienelt and D. Hirsch著 Microelectronic Engineering 65 (2003) 163参照）によりまたは直接エンボス加工（M. Worgull,
J. F. Hetu,
K. K. Kabanemi and M. Heckele著 Microsystem
Technologies 12 (2006) 947参照）により、前記基板に適用される。
【００３９】
第１の導電層３は、透明導電酸化物（例えば、ＺｎＯまたはＩＴＯ）（T. Soderstro
m, F.-J. Haug, O. Cubero, X. Niquille and C. Ballif著 Mater. Res. Soc. Symp.
Proc. Volume 1101E, Warrendale, PA, 2008 (2008) 1101参照）、金属（銀、アルミニウム）、または透明酸化物と金属との組み合わせ（A. Banerjee and S. Guha著 Journal of Applied Physics 69 (1991) 1030、または、R. H. Franken, R. L. Stolk,
H. Li, C. H. M. v. d. Werf, J. K. Rath
and R. E. I. Schropp著 Journal of Applied Physics 102 (2007) 014503参照）で作られる。
【００４０】
第２の導電層７は、透明導電酸化物（例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ２等）で作られる。
【００４１】
導電層３および７は、蒸着、スパッタリングおよび化学蒸着のような当業者に知られたプロセスにより堆積される。第１の導電層３に関して、それは前記導電層（銀、透明酸化物）のためのスパッタリングプロセスまたは前記化学蒸着（例：ＬＰ−ＣＶＤ  ＺｎＯ、ＡＰ−ＣＶＤ  ＳｎＯ２）を用いることが好ましく、これにより、頂部基本セル４のための最適な表面形態を有する導電層を得ることができる。また、前記形態は、基板２上に堆積されまたは前記基板上に直接にエンボス加工された層により与えられる（C. Elsner, J. Dienelt
and D.Hirsch著 Microelectronic Engineering 65 (2003) 163、または、M.Worgull, J. F. Hetu,
K. K. Kabanemi and M. Heckele著 Microsystem
Technologies 12 (2006) 947参照）。
【００４２】
基本光電デバイス４および６は、ｎ‐ｉ‐ｐまたはｎ‐ｐ構造を有する。これは、前記基本セルを製造するために堆積された前記第１の層がｎ層であり、その結果、選択的にｉ層であり、またその結果、ｐ層であることを意味する。これにより、不透明または可撓性の基板を使用することができる。もちろん、全ての組み合わせが考えられることは明らかである。特に、前記デバイスが２つの基本セルを有するとき、４つの組み合わせｎ‐ｉ‐ｐ／ｎ‐ｉ‐ｐ、ｎ‐ｐ／ｎ‐ｉ‐ｐ、ｎ‐ｐ／ｎ‐ｐおよびｎ‐ｉ‐ｐ／ｎ‐ｐが考えられる。前記多層セルの構造のためには前記ｎ‐ｉ‐ｐ／ｎ‐ｉ‐ｐの組み合わせが好ましい。
【００４３】
有利なことに、中間層５に関して基板２に面する側に配置された基本光電デバイス４すなわち「底部」セルは、バンドギャップＥｇｂｏｔｔｏｍにより特徴付けられる半導体材料で作られ、また、入射光側に配置された基本光電デバイス６すなわち「頂部」セルは、バンドギャップＥｇｔｏｐにより特徴付けられる半導体材料で作られる。好ましくは、太陽光スペクトルを相補的に吸収するためにバンドギャップＥｇｔｏｐはバンドギャップＥｇｂｏｔｔｏｍより大きい。
【００４４】
基本光電デバイス４すなわち底部セルは、光起電利用のため、シリコンを基礎とし、または、半導体からなる。好ましくは、それは、非晶質シリコンに対してエネルギ・バンドギャップを低減する結晶シリコンまたは微結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムまたはシリコン化合物を基礎とする。
【００４５】
基本光電デバイス６すなわち頂部セルは、光起電利用のため、半導体、好ましくはシリコンを基礎とする半導体からなる。好ましくは、それは、非晶質シリコン（例えばＳｉＣ、ＳｉＯ等）より大きいバンドギャップを有する非晶質シリコンまたはシリコン化合物を基礎とする。それは、５０および４００ｎｍ間、好ましくは１００ｎｍおよび２５０ｎｍ間の厚さを有する。
【００４６】
好ましくは、基本光電デバイス４すなわち底部セルは微結晶シリコンを基礎とし、また、他の基本光電デバイス６すなわち頂部セルは、例えば炭化非晶質シリコン、窒化非晶質シリコンまたは酸化非晶質シリコンを基礎とする。
【００４７】
基本セル４および６は、当業者に知られたプロセスにより堆積される。好ましくは、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスが用いられる（U. Kroll, A. Shah, H. Keppner, J. Meier,
P. Torres and D. Fischer著 Potential of VHF-Plasmas for Low-Cost Production of a Si:H Solar Cells Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol 48, pp. 343-350, 1997参照）
【００４８】
底部基本セル４が堆積された後、中間層５が堆積されるが、これにより頂部基本セル６に適する形態を修復することができる。
【００４９】
中間層５は、シリコンの屈折率（ｎ＝４）より小さい、典型的には１．５＜ｎ＜２．５の屈折率により特徴付けられる層からなる。中間層５は、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウムおよびこれらの組み合わせを含むグループから選択された酸化物の層からなる。好ましくは、透明な酸化亜鉛が用いられる。
【００５０】
中間層５は０．１μｍおよび１００μｍ間の厚さを有する。好ましくは、中間層５は０．６μｍおよび５μｍ間、より好ましくは０．８μｍおよび３μｍ間の厚さを有する。
【００５１】
本発明の変形例によれば、中間層５の頂面１０の表面形態は、先に規定したように、その製造プロセスそのものの特性によって、すなわち前記選択された酸化物の成長によって得られる。これを行うため、中間層５を堆積するステップの間に、使用される前記酸化物の成長により頂面１０の必要とされる表面形態を得ることを可能にする１つのプロセスが用いられる。このプロセスは、低圧ＣＶＤ、ＡＰＣＶＤ（大気圧ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸着およびゾルゲルプロセスを含むグループから選択された技術の１つを用いる。
【００５２】
好ましくは、中間層５は、ＺｎＯの成長により、前記頂面の必要とされる表面形態を得るためにＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）により堆積されたＺｎＯ層からなる（J. Steinhauser, L.Feitknecht,
S. Fay, R. Schluchter, A.Shah,
C.Ballif, J. Springer, L. Mullerova-Hodakova,
A. Purkrt, A. Poruba and M.
Vanecek著 Proc. of the 20th European PVSEC (2005) 1608参照）。
このプロセスの利点は、本発明により必要とされる前記形態を自然に持っている前記中間層の成長を許す、１つのステップのプロセスにある。米国特許出願公開第２００２／００１１２６３号明細書は、必要とされるＲｙを修正しして得るために前記中間層を堆積するステップとエッチングをするステップとを含む、２つのステップのプロセスを開示する。本発明においては、先に規定したように、前記複数の基本表面の角度に関する形態のみを除いて、Ｒｙの修正は必要とされない。
【００５３】
本発明の変形例によれば、中間層５の頂面１０の表面形態は、先に規定したように、中間層５を堆積するステップの後、頂面１０の必要とされる表面形態を得るために中間層５の頂面１０の表面の質を整える追加のステップを含むプロセスを用いる、その堆積後の表面処理により得られる。この追加のステップは、エッチング、化学腐食、プラズマ処理、およびサンドブラスティングを含むグループから選択された技術の１つを用い、これらは当業者に知られている。
【００５４】
本発明に係る前記「マイクロモルフ」セルは、前記中間層の表面のそれぞれにより理論的に必要とされる前記形態を最適に調整し、これにより高性能のデバイスを得ることを可能にする複数の表面形態を有する複数の表面をもつ中間層を備える。特に、頂部基本セル６は中間層５の頂面１０の最適な形態から利益を得、これにより頂部基本セル６内の光を散乱させかつ捕捉し、また、その厚さを低減することができる。これにより、底部セル５のための最適な形態を有する前記基板を（いかなる制約もなく）選択することができる。したがって、前記マイクロモルフセルの効率のみが最大化される。
【００５５】
本記載は、２つの基本セルを含むデバイスを基礎とする。もちろん、本発明に係るデバイスは、３以上の基本セルを含むものでもよく、少なくとも２つのセルは本発明に係る中間層により分離されている。
【００５６】
以下の例は、本発明を説明するものであり、しかしその範囲を限定するものではない。
例
【００５７】
ｎ‐ｉ‐ｐ／ｎ‐ｉ‐ｐ構造を有する前記「マイクロモルフ」タイプの３つの多層セルが、中間層なし（例１）、標準中間層（例２）、および本発明に係る中間層（例３）と比較される。
【００５８】
前記基本セルは、非晶質シリコン製の頂部セル６と、微結晶シリコン製の底部セル４とからなる。これらの中間層は好ましくはＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスにより堆積される。
【００５９】
使用される基板２は、ガラス（Schott AF 45）と、高温スパッタリング（R. H. Franken, R.L.Stolk, H. Li, C. H. M.
v. d. Werf, J.K. Rath and
R. E. I. Schropp著 Journal of Applied Physics 102 (2007) 014503参照）により堆積された銀（Ａｇ）からなり、またスパッタリングにより堆積され、金属接点と光起電層との間の拡散障壁を与える微細な（７０ｎｍ）酸化亜鉛（ＺｎＯ）層からなる粗い第１の導電層３（バック接点）により与えられる生地とからなる。頂部セル６は２００ｎｍの厚さを有する。底部セル４は３μｍの厚さを有する。
【００６０】
層７は、ＬＰ‐ＣＶＤにより堆積されたＺｎＯからなる。
【００６１】
前記標準タイプの中間層は、ＰＥＣＶＤにより堆積された厚さが１００ｎｍのＳｉＯx層からなる。
【００６２】
本発明に係る形態を有する前記中間層は、ＬＰ‐ＣＶＤ（J. Steinhauser, L. Feitknecht,
S. Fay, R. Schluchter, A. Shah, C. Ballif, J. Springer, L. Mullerova-Hodakova,
A. Purkrt, A. Poruba and M.
Vanecek著 Proc. of the 20th European PVSEC (2005) 1608参照）により堆積された厚さが１．５μｍのＺｎＯ層からなる。このプロセスにより、１つのステップのプロセスにおいて前記頂部セルを堆積するための最適な表面形態を有する層を成長させることができる。
【００６３】
本発明に係る中間層の頂面および底面の表面形態は、前述した方法を用いて測定される。問題の前記中間層の２つの表面の角度分布の積分が、図３に示されているように、得られる。この図では、前記角度はｘ軸上に表示されている。所与の角度以下の傾斜を有する前記基本表面の割合がｙ軸上に表示されている。曲線Ｃは前記中間層の底面に対応し、また、曲線Ｄは前記頂面に対応する。各表面に関して、角度α９０が規定されており、これは前記表面の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有することを示す。この例では、α９０ｂｏｔｔｏｍが２２°に等しく、また、α９０ｔｏｐが３３°に等しい。すなわち、１１°の差（α９０ｔｏｐ−α９０ｂｏｔｔｏｍ）がある。
【００６４】
ＡＦＭにより測定された層間の界面の表面も、二乗平均粗さ（ＲＭＳ）および山頂‐谷底粗さ（Ｒｙ＝Ｒｍａｘ）のような標準技術により特徴付けることができる。
例３に関して以下の表に前記粗さが示されている。
【表１】
2012509602.tif 000003
【００６５】
例３における前記界面の底面１１の表面粗さＲｙは３５０ｎｍであり、これは前記セルの電気的特性を低下させない、当業者から知られまた米国特許出願公開２００２／００１１２６３号明細書から知られる、１５０ｎｍの値より大きい。
【００６６】
底面１１の表面粗さＲｙは、米国特許第６，８２５，４０８号明細書の教示とは対照的に、例３における頂面１０の表面粗さＲｙより小さい。
【００６７】
比較により、前記標準の中間層（例２）の頂面および底面は、差（α９０ｔｏｐ−α９０ｂｏｔｔｏｍ）が０°となるような方法で、同一の形態を有する。
【００６８】
以下のパラメータ、すなわち開放電圧（ＶＯＣ）、曲線因子（ＦＦ）、短絡電流密度（ＪＳＣ）および変換効率（η）が、ＡＭ１．５Ｇの太陽のスペクトルにより標準条件下で測定される。
【００６９】
得られた結果が以下の表に示されている。
【表２】
2012509602.tif 000004
【００７０】
２つのセルの外部量子効率が図４に示されている。図４において、曲線Ｆ１、Ｆ２およびＦ３はそれぞれ例１、２および３のそれぞれの頂部セルの外部量子効率を示し、また、曲線Ｇ１、Ｇ２およびＧ３それぞれ例１、２および３のそれぞれの底部セルの外部量子効率を示す。
【００７１】
結果は、前記頂部基本セルにおける光の散乱に適合された前記粗さのおかげで、本発明の表面形態を有する中間層を用いて得られる利益が前記頂部基本セルにおける電流の１０．２ｍＡ／ｃｍ２から１２．２ｍＡ／ｃｍ２（１１．３は前記底部基本セルにおける電流）への増大、すなわち１９．６％の改善からなることを示し、その上、前記電気的特性を維持する。
前記「マイクロモルフ」の効率は標準の中間層を有するセルに関する９．１％から本発明に係る表面形態を持つ中間層を有するセルに関する９．８％まで増大する。すなわち、７．７％の改善である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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