JP2006319335A

JP2006319335A - 表面パシベーティッド光起電装置

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Publication number: JP2006319335A
Application number: JP2006130105A
Authority: JP
Inventors: Venkatesan Manivannan; ヴェンカテサン・マニバンナン; Abasifreke Udo Ebong; アバシフレク・ウド・イーボング; Huang Jiunn-Ru Jeffrey; ジーウン−ルゥ・ジェフリー・ファン; Thomas Paul Feist; トーマス・ポール・ファイスト; James Neil Johnson; ジェイムズ・ニール・ジョンソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: US7375378B2; JP5193434B2; CN1862840B; US20060255340A1; CN1862840A; EP1722419A1

Abstract

【課題】光電池（１２）を含む光起電装置（１０）を提供する。
【解決手段】光電池（１２）は、結晶性半導体材料を含むエミッタ層（１６）と、エミッタ層（１６）に隣接して配置された低濃度ドープ結晶質基板（２２）とを含む。低濃度ドープ結晶質基板（２２）及びエミッタ層（１６）は、反対型にドープされる。光起電装置（１０）は、光電池（１２）に結合された背面パシベーティッド構造（１４）を含む。この構造は、低濃度ドープ結晶質基板（２２）に隣接して配置された高濃度ドープ背面電界層（２４）を含む。高濃度ドープ背面電界層（２４）及び低濃度ドープ結晶質基板（２２）は、同種型にドープされ、高濃度ドープ背面電界層（２４）のドーピングレベルは、低濃度ドープ結晶質基板（２２）のドーピングレベルよりも高い。この構造は、低濃度ドープ結晶質基板（２２）に隣接して配置された真性背面パシベーティッド層（２６）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には光起電装置に関する。より具体的には、本発明は、変換効率と光閉込め特性とを改善した表面パシベーティッド光起電装置に関する。

光電池のような光起電装置は、入射電磁放射線を電気エネルギーに変換する。これらの装置の性能は、これらの入射放射線（入射光）を電気エネルギーに変換する効率に関して測定される。

光起電装置は、環境にやさしいエネルギー生成方法である。従って、これらの装置は、将来的にはエネルギー供給に対するますます有用な選択肢を提供することができる。しかしながら、多くの場合、太陽電池を製造するのに必要なコストが高いために、そのような装置の製造は、必ずしも全ての顧客の要求を満たす実行可能な選択肢を提供することができるとは言えない。

太陽電池が高効率であることは、コスト削減の代替的な方法を提供することになる。つまり、太陽電池がより多くの電力を生成すればするほど、同一の電力量を生成するのに必要な光電池の数は少なくなる。従って、効率的かつ実行可能な光起電装置の全体コストが、低下することになる。しかしながら、電荷キャリヤの再結合のような様々な要因によって、大きなエネルギー損失が引き起こされ、僅かな量の入射光のみが有効に電気エネルギーに変換される。その結果、電池効率が低下する可能性がある。
米国特許公開第２００４／０２６１８４０号公報米国特許第６，１５０，６０３号公報欧州特許公開第１４８９６６７Ａ２号公報松丸ほか、 " Si光電池の表面パッシベートのためのμc-Si/c-Si界面層構造の制御（Control of μc-Si/c-Si interface layer structure for surface passivation of Si solar cells）"、光エネルギ材料と光電池（Solar Energy Materials and Solar Cells）第48号、1997年11月1〜4, 第151〜157頁田中、外3名、"21％以上の変換効率を有するヒット光電池の開発および最高性能のヒットモジュールの商用化（DEVELOPMENT OF HIT SOLAR SELLS WITH MORE THAN 21% CONVERSION EFFICIENCY AND COMMERCIALIZATION OF HIGHEST PERFORMANCE HIT MODULES）"、第三回ダブリューシーピーイーシー（WCPEC）、 2003年、第4頁エム・ダブリュ・エム・バンクリーフ（M.W.M. van Cleef）、外、 "アモルファスシリコンカーバイド／結晶シリコンへテロジャンクション光電池：光キャリア収集の総合的研究（Amorphous Silicon Carbide/Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cills: A Comprehensive Study of the Photocarrier Collection）"、日本機関紙・応用物理（Japanese Journal of Applied Physics）、第37号、1998年、第1節No.7第3926-3932頁エム・ダブリュ・エム・バンクリーフ（M.W.M. van Cleef）、 " a-SiC:H/c-Si ヘテロジャンクション光電池性能におけるバンドオフセット効果（EFFECTS OF BAND OFFSETS ON a-SiC:H/c-Si HETEROJUNCTION SOLAR CELL PERFORMANCE）"、Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 材料研究学会（Materials Research Society）、1998年第507号、第125-130頁

結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）とアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）とを組合せることによって作られたヘテロ接合構造を有する太陽電池は、効率の改善を示してきたが、これらの装置を実行可能なエネルギー源にする処理コストを低く維持しながらこれらの装置の効率をさらに高める必要性がある。従って、低コストで処理することができる、比較的高い効率を有する光起電装置に対する必要性が存在する。

本方法の１つの態様によると、光電池と背面パシベーティッド構造とを含む光起電装置を提供する。光電池は、結晶性半導体材料を含むエミッタ層を含む。さらに、光電池はエミッタ層に隣接して配置された低濃度ドープ結晶質基板を含み、低濃度ドープ結晶質基板は単結晶又は多結晶半導体材料を含み、また低濃度ドープ結晶質基板及びエミッタ層は反対型にドープされる。本光起電装置はまた、低濃度ドープ結晶質基板に隣接して配置された高濃度ドープ背面電界層を含む背面パシベーティッド構造を含み、高濃度ドープ背面電界層はドープアモルファス又はドープ微結晶半導体材料を含み、高濃度ドープ背面電界層及び低濃度ドープ結晶質基板は同種型にドープされ、また高濃度ドープ背面電界層のドーピングレベルは低濃度ドープ結晶質基板のドーピングレベルよりも高い。

本方法の別の態様によると、光起電装置を提供する。本光起電装置は、光電池と背面パシベーティッド構造とを含む。背面パシベーティッド構造は低濃度ドープ結晶質基板に隣接して配置された真性背面パシベーティッド層を含み、この真性層はアモルファス又は微結晶半導体材料を含む。さらに、真性層は、表面パシベーションをもたらすか、或いは低濃度ドープ結晶質基板から高濃度ドープ背面電界層に移動する電子又は正孔に対するポテンシャル障壁を低下させるか、或いはその両方を行うように構成される。

本方法のさらに別の他の態様によると、装置を提供する。本装置は、エミッタ層と結晶質基板とを有する第１の構造を含み、エミッタ層及び結晶質基板は、反対型にドープされかつｐ−ｎ接合を形成するように配置され、またエミッタ層は、結晶性半導体材料を含む。さらに、本装置は、結晶質基板と高濃度ドープ背面電界層とを有する第２の構造を含み、高濃度ドープ背面電界層は、アモルファス又は微結晶半導体材料を含むことができる。さらに、高濃度ドープ背面電界層及び結晶質基板は、同種型にドープされ、高濃度ドープ背面電界層及び結晶質基板は、ヘテロ接合を形成するように配置され、また高濃度ドープ背面電界層のドーピングレベルは、結晶質基板のドーピングレベルよりも高い。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ符号が同様の部分を表わす添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、一層良く理解されるようになるであろう。

一般的に、光起電装置の構造は、２つの電流収集電極間に配置された、１つのドープ型の第1の層と他のドープ型の第２の層と、すなわちベース層とエミッタ層とを含む。当業者には明らかなように、光が光起電装置上に入射すると電子−正孔対が生成されて（発生して）、次にそれらは、２つのドープ型の層の接合部を横断してそれぞれの電極に向かって引かれ、装置が電流を生成するのに貢献する。装置の効率を増大させるためには、通常は、光起電反応により装置内部に発生した電子及び正孔のような電荷キャリヤの再結合を阻止し、それぞれの電極での電荷キャリヤの収集を可能にすることが望ましい。本方法の特定の態様によると、キャリヤ生成／輸送層は、低濃度ドープ結晶質基板を含むことができる。特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板は、それぞれの電極での電荷キャリヤの収集を阻止する可能性がある不充足結合のような表面欠陥を有する場合がある。つまり、バルク不純物、結晶不完全さ及びダングリング結合のような表面欠陥に起因する低濃度ドープ結晶質基板のエネルギーバンドでの欠陥状態は、電荷キャリヤの捕獲及び再結合をもたらし、それによって装置の電荷収集効率を低下させるおそれがある。

従って、特定の実施形態では、装置の構造は、背面電界（back surface field: ＢＳＦ）層及び／又は真性背面パシベーティッド（intrinsic back surface passivated:ｉ−ＢＳＰ）層のような、1つ又はそれ以上のアモルファス又は結晶性半導体材料のパシベーティッド層を採用した背面パシベーティッド（back surface passivated: ＢＳＰ）構造を含むことができる。これらの実施形態では、ＢＳＦ層は、低濃度ドープ結晶質基板の表面をパシベーション（不活性化）し、またキャリヤの収集効率を改善するために、低濃度ドープ結晶質基板に隣接して配置することができる。本明細書で使用する場合、「隣接して」又は「隣り合う」という用語は、互いに近接したあらゆる２つの層が互いに接触するか又は向かい合うかのいずれかとなることができるようなそれら層の層位置を意味する。特定の実施形態では、ＢＳＦ層のドーピングレベル及び禁止帯の幅（バンドギャップ）は、低濃度ドープ結晶質基板のそれよりも高い。当業者には明らかなように、結晶質基板の表面をパシベーションすることは、結晶質基板の表面上に存在する不充足結合又は他の何らかの表面欠陥の安定化処理を意味する。これらの実施形態では、ＢＳＦ層は、電界を形成し、この電界が、エミッタ層に電気的に結合された電極によって収集されるようにエミッタ層に向かって１つの特定の型の電荷キャリヤを反射させることによって、それぞれの電極での電荷キャリヤの収集を促進する。つまり、低濃度ドープ結晶質基板をパシベーションすることは、少数キャリヤの寿命を長くし、それぞれの電極でのそれらの収集を可能にする。しかしながら、特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層は、エネルギーバンドの曲がり及び／又はエネルギーバンドの不連続性に起因して、低濃度ドープ結晶質基板と共にヘテロ接合を形成することができ、このヘテロ接合によって、電荷キャリヤ収集に対して制限を与えることができることもある。これらの実施形態では、入射光の結果として低濃度ドープ結晶質基板内に発生した電荷キャリヤすなわち光生成電荷キャリヤは、それぞれの電極で収集されるように低濃度ドープ結晶質基板からＢＳＦ層又はエミッタ層に向かって移動する間にポテンシャル障壁を横切ることができる。そのような実施形態では、エネルギーバンドの曲がり及び／又はエネルギーバンドの不連続部は、低濃度ドープ結晶質基板及び／又はｉ−ＢＳＰ層及び／又はＢＳＦ層の不純物／ドーピングレベルを変化させることによって変更することができる。それに代えて、以下に詳しく説明するように、幾つかの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層は、ヘテロ接合に存在するポテンシャル障壁において最小の妨害で電荷キャリヤがトンネル現象でｉ−ＢＳＰ層を通り抜けるのを可能にするのに十分なほど薄くすることができる。当業者には明らかなように、トンネル現象は、粒子の波動性の結果である量子力学的効果であり、この粒子の波動性によって、粒子は外見的には通れない障壁を通り抜けて、古典力学によれば禁止される筈であった空間領域内に侵入することができるようになる。

一般的に、光起電装置性能の特性を示すのに使用することができる各種のパラメータがある。これらのパラメータの幾つかには、変換効率、開路電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊｓｃ）及びフィルファクタが含まれることになる。当業者には明らかなように、Ｖｏｃは、太陽電池のような光起電装置の両端における、電流が流れていない時の最大可能電圧として定義される。さらに、Ｊｓｃは、装置が短絡状態で作動している時に光起電装置が供給することができる最大電流として定義される。幾つかの実施形態では、エミッタ層の厚さは、エミッタ層におけるキャリヤ損失及び／又は光損失を最小にするように減少させ、それによって電流密度を増大させることができる。一定のＪｓｃ及びＶｏｃを有する光起電装置では、フィルファクタは、直列抵抗を低く保持したままでシャント抵抗を比較的高く保った場合に、規定の照度下で改善することができる。明らかなように、装置及び関連する抵抗要素の構成に貢献するこれらの層間に形成された様々な層及び接触面は、フィルファクタ、従って装置の電力変換効率を高めるように最適化することができる。これらの実施形態では、ＢＳＦ層での低い表面再結合速度をもたらす望ましい厚さの真性背面パシベーティッド（ｉ−ＢＳＰ）層を採用して、光起電装置の電流密度を増大させることができる。さらに、高濃度ドープＢＳＦ層で補完する場合には、束縛電界によって特定の型の電荷キャリヤの収集を強化し、それによって光起電装置の性能を改善することができる。特定の実施形態では、光起電装置の背面上に配置されたｉ−ＢＳＰ層は、不連続にすることができる。これらの実施形態では、不連続なｉ−ＢＳＰ層によって、ｉ−ＢＳＰ層での不連続領域／孔において低濃度ドープ結晶質基板を高濃度ドープＢＳＦ層に直接接触させることが可能になる。幾つかの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層の総表面積に対するｉ−ＢＳＰ層の不連続領域の総表面積の比率は、約０．５％〜約２０％の範囲とすることができる。一般に、ｉ−ＢＳＰ層の総表面積に対する不連続領域の表面積の比率は、ｉ−ＢＳＰ層のパシベーション効率、真性アモルファスシリコンと結晶質基板との間の接触面における薄い水素リッチのジヒドリド境界層（例えば、最大２７％の水素含有量）の特性、ドーピングレベル及びＢＳＦの有効性に応じて決まる。これらの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層は、リソグラフィーによって又は特定の薄膜堆積法によって高濃度ドープＢＳＦ層上にパターン化することができる。

図１は、背面パシベーティッド（ＢＳＰ)構造１４に電気的に結合された光電池１２を採用した例示的な光起電装置１０を示す。特定の実施形態では、光起電装置１０は、太陽電池を含むことができる。この図示した実施形態では、光電池１２は、結晶性半導体材料を有するエミッタ層１６を含む。特定の実施形態では、エミッタ層１６は、シリコンのような半導体材料を含むことができる。一般的に、エミッタ層１６の電荷収集効率は、エミッタ層１６の厚さ及びドーピングレベルを最適化することによって高めることができる。当業者には明らかなように、吸収時に、半導体材料のバンドギャップのエネルギー値よりも高いエネルギー値を有する光子からの余分なエネルギーは、望ましくない熱に変換される。特定の実施形態では、エミッタ層１６の厚さを減少させ、それによってエミッタ層１６に起因する光吸収損失を低減することができる。特定の実施形態では、エミッタ層１６の厚さは、約２００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内とすることができる。幾つかの実施形態では、エミッタ層１６のドーピングレベルは、約１ｘ１０^１７ｃｍ^−３〜約１ｘ１０^２１ｃｍ^−３の範囲内、好ましくは約１ｘ１０^１９ｃｍ^−３〜約３ｘ１０^２０ｃｍ^−３の範囲内とすることができる。

特定の実施形態では、光起電装置１０は、エミッタ層１６に隣接して配置された誘電体層１８を任意選択的に含むことができる。一般的に、誘電体層１８は、エミッタ層１６の表面をパシベーションするのに使用される。加えて、誘電体層１８はまた、反射防止皮膜（anti-reflection coating: ＡＲＣ）として使用することができる。特定の実施形態では、誘電体層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、ケイ素酸窒化物ジルコニウム酸化物（シリコンオキシニトリドジルコニウムオキシド）、アルミナ又はそれらの組合せを含むことができる。さらに、誘電体層１８はまた、アルミナ及び酸化チタンの２つの酸化物の混合物を含む例えば（Ａｌ_２Ｏ_３）_ｘ（ＴiＯ_２）_１−ｘ合金のような、アルミナの４面体構造を強化する少なくとも１つの金属酸化物又は半金属酸化物を含むことができる。加えて、誘電体層１８上には、金属コンタクト電極２０のような１つ又はそれ以上の電極を配置することができる。特定の実施形態では、金属コンタクト電極２０は、電荷キャリヤを収集するのに使用される。明らかなように、エミッタ層１６のドーピング型、ドーピングレベル又は活性化エネルギーに応じて、特定の形状寸法を有する金属コンタクト電極２０は、キャリヤの収集を強化するためにそれらのエミッタ層との接触抵抗が約０．０５オーム〜約１０オームの範囲内になるのを可能にするのに適した仕事関数と抵抗値とを有する材料で作ることができる。

この現時点で意図した実施形態では、光電池１２はさらに、比較的に高濃度にドープされたエミッタ層１６に隣接して配置された低濃度ドープ結晶質基板２２のような比較的に厚い層を含む。以下に詳しく説明するように、特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２は、単結晶又は多結晶又は半導体材料を含むことができる。特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２は、約１ｘ１０^１４ｃｍ^−３〜約５ｘ１０^１６ｃｍ^−３の範囲にあるドーピングレベルを有することができる。特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２及びエミッタ層１６は、反対型にドープすることができる。つまり、低濃度ドープ結晶質基板２２及びエミッタ層１６は、ｐ−ｎ接合を形成することができる。例えば、１つの実施形態では、エミッタ層１６は、ｎ型又はｎ＋型にドープすることができ、低濃度ドープ結晶質基板２２は、ｐ型にドープすることができる。それに代えて、幾つかの実施形態では、エミッタ層１６は、ｐ型又はｐ＋型にドープすることができ、低濃度ドープ結晶質基板２２は、ｎ型にドープすることができる。本明細書で使用する場合、記号ｎ＋及びｐ＋は、記号ｎ及びｐで表わしたドーピングレベルよりも相対的に高い値を有するドーピングレベルを表わす。

さらに、この図示した実施形態では、ＢＳＰ構造１４は、高濃度ドープ背面電界（ＢＳＦ)層２４を含むことができる。この図示した実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、低濃度ドープ結晶質基板２２の上方に配置される。特定の実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、ドープアモルファス又は微結晶半導体材料を含むことができる。これらの実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム又はそれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４及び低濃度ドープ結晶質基板２２は、高濃度ドープＢＳＦ層２４のドーピングレベルが低濃度ドープ結晶質基板２２のドーピングレベルよりも高い状態で、同一のドーピング型（ｎ又はｐ型）を有することができる。一般的に、光起電装置１０の様々な層の材料及びドーピングレベルは、光起電装置１０のエネルギー準位線図に適合するように選択される。つまり、光起電装置１０の様々な層の材料及びドーピングレベルは、エネルギー準位線図を調整し、従って光起電装置の電荷輸送、電流密度及び効率のような特性を制御する。例えば、３つの層、すなわちエミッタ層１６、低濃度ドープ結晶質基板２２及び高濃度ドープＢＳＦ層２４のドーピングレベル及びドーピング型（ｎ又はｐ型）を変化させることは、図２、図４、図７及び図９の別の実施形態に示すようにまた以下にさらに説明するように、光起電装置のエネルギー準位線図を変更する。特定の実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、約１ｘ１０^１７ｃｍ^−３〜約８ｘ１０^２０ｃｍ^−３の範囲にあるドーピングレベル又は約０．０８ｅＶ〜約１．０ｅＶの範囲にある活性化エネルギーを達成するようにドープされる。幾つかの実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、約６ｘ１０^１７ｃｍ^−３〜約１ｘ１０^２０ｃｍ^−３の範囲にあるドーピングレベル又はそれに代えて約０．２ｅＶ〜約０．９ｅＶの範囲にある活性化エネルギーを達成するようにドープすることができる。例示的な実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、約１ｘ１０^１７ｃｍ^−３〜約１ｘ１０^１９ｃｍ^−３の範囲にあるドーピングレベルを達成するようにドープすることができ、それに代えて層２４は、約０．０８ｅＶ〜約０．５ｅＶの範囲にある活性化エネルギーを達成するようにドープすることができる。さらに、特定の実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４のエネルギーバンドギャップは、約１．２ｅＶ〜約２．１ｅＶの範囲内で変化させることができる。

加えて、特定の実施形態では、ＢＳＰ構造１４は真性背面パシベーティッド（ｉ−ＢＳＰ）層２６を含むことができる。このｉ−ＢＳＰ層２６は、高濃度ドープＢＳＦ層２４と低濃度ドープ結晶質基板２２との間に配置されてｉ−ＢＳＰ層２６と低濃度ドープ結晶質基板２２との間にヘテロ接合２５を形成する。この場合、低濃度ドープ結晶質基板２２と高濃度ドープＢＳＦ層２４とがｉ−ＢＳＰ層２６を介して隣り合う構成となる。特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層２６は、アモルファス又は微結晶半導体材料を含む。幾つかの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層２６は、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム又はそれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層２６の厚さは、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、好ましくは約１ｎｍ〜約５ｎｍの範囲とすることができる。一般的に、低濃度ドープ結晶質基板２２の表面にｉ−ＢＳＰ層２６を採用することによって、表面の効果的なパシベーションが可能になり、このことによって次に、電極でのキャリヤの収集が促進されかつ電荷再結合が減少する。特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２内でエミッタ層１６に近接して光起電効果により発生した電子−正孔対からの電子は、ＢＳＦがない状態で半導体ｐ−ｎ接合を横断してエミッタ層１６まで拡散しかつ浮動し、それによって光起電装置の作動に必要な電荷の一部を生成することができる。これらの実施形態では、エミッタ層１６から遠く離れてＢＳＦ層２４に向かう方向に発生した電子は、それぞれの電極での電荷収集のためにこれらの電子をｉ−ＢＳＰ層２６及びＢＳＦ層２４からエミッタ層１６に向けて反射するＢＳＦの存在により、エミッタ層１６に向かって移動するようにされる。この図示した実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２の表面は、ｉ−ＢＳＰ層２６を使用してパシベーションされているが、エミッタ層１６の表面は、ＡＲＣとしても機能する誘電体層１８を使用してパシベーションされている。加えて、以下に詳しく説明するように、特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層２６は、低濃度ドープ結晶質基板２２からの正孔が高濃度ドープＢＳＦ層２４にトンネル現象で通り抜けるのを可能にすることができる。これらの実施形態では、ＢＳＦ層の厚さは、約２ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲とすることができる。

さらに、この図示した実施形態では、光起電装置１０はまた、高濃度ドープＢＳＦ層２４に隣接して配置された透明導電性酸化物（transparent conductive oxide: ＴＣＯ）層２８のような、透明導電性背面電極層を含むことができる。一般的に、ＴＣＯ層２８は、電気的に結合された光電池１２及びＢＳＰ構造１４から発生した電荷キャリヤを収集するように構成される。特定の実施形態では、ＴＣＯ層２８は、インジウム錫酸化物又はドープ酸化亜鉛を含むことができる。さらに、この現時点で意図した実施形態では、高濃度ドープＢＳＦ層２４又はＴＣＯ層２８に隣接して反射性背面コンタクト層３０のような反射体金属背面コンタクトを配置することができる。当業者には明らかなように、反射性背面コンタクト層３０は一般的に、光の反射又は捕捉を強化するために採用される。加えて、反射性背面コンタクト層３０はまた、光起電装置１０内に採用された背面電極の導電性を促進することができる。

当業者には明らかなように、低濃度ドープ結晶質基板の性質及び型に応じて、光起電装置の処理条件が明確になる。例えば、特定の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板は、単結晶又は多結晶の形態のシリコンのような半導体材料を含むことができる。そのような例示的な実施形態では、熱量を最小にしかつ製造処理能力を増大させるように、光起電装置１０の処理温度を低温に保つことができる利点がある。本方法の特定の実施形態では、光起電装置１０の様々な層は、例えば浸漬コーティング、スピンコーティング、バーコーティング又はドクターブレードコーティングなどの溶液流延法のようなあらゆる適切な堆積法によって形成することができる。それに代えて、真空堆積法もまた、光起電装置１０の様々な層を堆積させるために採用することができ、真空堆積法の実施例には、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸発、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、高周波プラズマ化学蒸着（ＲＦＰＥＣＶＤ）、膨張熱プラズマ化学蒸着（ＥＰＴＣＶＤ）、反応性スパッタリング、反応性イオンミリング、電子−サイクロトロン共鳴プラズマ化学蒸着（ＥＣＲＰＥＣＶＤ）、誘導結合プラズマ化学蒸着（ＩＣＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、ぺニング放電、へリコンプラズマ源、プラズマビーム源プラズマ化学蒸着（ＰＢＳＰＥＣＶＤ）又はそれらの組合せを含むことができる。さらに、集積回路又は半導体ベースの装置の製造での使用に適した他の種類の堆積法もまた、本明細書で説明する幾つかの又は全ての層の堆積に使用することができる。さらに、透明導電性酸化物及び２つの電極は、スパッタリング、熱蒸発、電子ビーム蒸発、反応性イオンミリング、電気メッキ、無電解メッキ又はスクリーン印刷のような方法を使用することによって形成することができる。

図１の例示的な実施形態では、エミッタ層１６は、ｎ＋型にドープされ、低濃度ドープ結晶質基板２２は、ｐ型にドープされ、高濃度ドープＢＳＦ層２４は、ｐ＋型にドープされ、また名前が示唆するようにｉ−ＢＳＰ層２６は、真性である。つまり、光起電装置１０は、ｎ＋−ｐ−ｉ−ｐ＋半導体接合を有する半導体構造を含む。ｎ＋−ｐ−ｉ−ｐ＋半導体接合のエネルギーバンド図３２を図２に示す。この図示した実施形態では、参照符号３４、３６及び３８は、それぞれ伝導バンド（ＣＢ）、フェルミエネルギー準位及び価電子バンド（ＶＢ）の各エネルギー準位を指す。

この現時点で意図した実施形態では、エネルギーバンド図３２に参照符号４０で示す領域は、光起電装置１０（図１参照）において採用したエミッタ層１６（図１参照）内のエネルギー準位を表わす。同様に、参照符号４２で示す領域は、低濃度ドープ結晶質基板２２（図１参照）内のエネルギー準位を表わし、参照符号４４で示す領域は、ｉ−ＢＳＰ層２６のエネルギー準位を表わし、また参照符号４６で示す領域は、高濃度ドープＢＳＦ層２４（図１参照）内のエネルギー準位を表わす。

この現時点で意図した実施形態では、光起電装置１０上への光入射の結果として発生した電子−正孔対の正孔４８は、矢印５０で示す方向に価電子バンド３８内を移動する。この現時点で意図した実施形態では、エミッタ層１６内に発生した正孔４８の幾つかは、領域４０から領域４２に移動する間にエネルギーバンドの曲がり５２を横切る。このエネルギーバンドの曲がり５２は、正孔収集電極又はＴＣＯ層２８への正孔の移動を可能にしかつ促進する組込電界を形成する。比較的高濃度にドープされかつ単結晶シリコンで作られた比較的薄いエミッタ層１６の場合には、最終的な電荷収集に利用できるエミッタ層１６からの正孔数は、エミッタ層１６が宇宙電池用途として青色及び紫外（ＵＶ）光の吸収を強化するように設計されない限り、著しく少ない。しかしながら、参照符号４２で示す低濃度ドープ結晶質基板２２内で発生しかつ低濃度ドープ結晶質基板２２を横断する幾つかの正孔すなわち正孔４８は、領域４２と領域４４との間のポテンシャル障壁５４を横切る。この実施形態では、ポテンシャル障壁５４はヘテロ接合である。このヘテロ接合は、１つのドーピング型を有するより低いバンドギャップの結晶質基板を、反対のドーピング型と比較的低い活性化エネルギーとを有するより広いバンドギャプのアモルファス層と接触させて設置することによるＶＢ内におけるバンド不連続性に起因して、形成される。この図示した実施形態では、ポテンシャル障壁５４は、高濃度ドープＢＳＦ層２４とＴＣＯ層２８との接合形成に起因して形成され得るショトキー又は絶縁体障壁と共に、ヘテロ接合２５の近くに又はヘテロ接合２５を横断して複合束縛電界を形成し、この複合束縛電場が正孔４８を反射して光電池１２の活性領域に向けて正孔４８を送り返し、それによって正孔収集効率損失を生じさせる。これらの実施形態では、正孔４８の一定の部分は、背面ＴＣＯ層２８に達して背面ＴＣＯ層２８で収集される前に光電池１２内で再結合し、それによって光起電装置の正孔収集効率が低下する可能性がある。特定の実施形態では、この望ましくない正孔４８の再結合を、エミッタ層１６、低濃度ドープ結晶質基板２２、高濃度ドープＢＳＦ層２４内のドーパント濃度と、背面におけるキャリヤ収集電極、つまりＴＣＯ層２８及び／又は反射性背面コンタクト層３０の仕事関数との適切な組合せによって低減することができる。加えて、ｉ−ＢＳＰ層２６は、ポテンシャル障壁５４によって生じる最小の妨害で低濃度ドープ結晶質基板２２から高濃度ドープＢＳＦ層２４に正孔４８がトンネル現象で通り抜けるのを可能にするナノメートル範囲の極薄の厚さにすることができる。さらに、ＶＢ３８もまた、領域４４と領域４６との間にエネルギーバンドの曲がり５６を含む。

この現時点で意図した図２の実施形態では、入射光の結果として光電池１２内に発生したその大部分は低濃度ドープ結晶質基板２２からのものである電子５８は、電荷収集のためにＣＢ３４内をエミッタ層１６に向かって移動しなければならない。この図示した実施形態では、電子５８は、低濃度ドープ結晶質基板２２内で、低濃度ドープ結晶質基板２２の前面（低濃度ドープ結晶質基板２２の誘電層１８に近接した表面）に比較的近接した領域か又はその前面から比較的一層遠くに離れた領域かのいずれかにおいて発生する可能性がある。電子５８が、電子の拡散長さの範囲内ではあるが低濃度ドープ結晶質基板２２の前面から離れて位置する領域内で発生するような特定の実施形態で、前面での電子５８の効果的な収集を可能にする。例えば、図２に示した実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２の前面に近接した領域内に発生した電子は、矢印６８で示す方向に輸送され、この場合には、電子は、電荷収集のためにエミッタ層１６に向う方向に移動するようになる。さらに、この図示した実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２の前面から比較的離れて発生した電子は、矢印６０で示す方向、つまりバンド不連続部６２領域における浅いＣＢポテンシャル井戸を電子が横切るように背面に向かって移動する可能性を有することになる。特定の実施形態では、バンド不連続部６２は、熱又は光照射から得られた少量のエネルギーによって克服することができる。特定の実施形態では、領域４６における背面電界は、電子をポテンシャル障壁６４によって反射して矢印６６で示す方向に戻すように設計することができる。これらの実施形態では、低い背面再結合速度を与え、従ってより高い電子キャリヤ寿命及び拡散長さが、背面から反射されたこれらの電子が低濃度ドープ結晶質基板２２の前面において収集されるのを可能にするように、ｉ−ＢＳＰ層２６を設計することができる。

図３は、図１の光起電装置の別の実施形態を示す。この図示した実施形態では、例示的な光起電装置７０は、ヘテロ接合７４を有する背面パシベーティッド（ＢＳＰ）構造７２を含む。この図示した実施形態では、ヘテロ接合７４は、図１のヘテロ接合２５が低濃度ドープ結晶質基板２２とｉ−ＢＳＰ層２６との間に形成されるのとは対照的に、低濃度ドープ結晶質基板２２と高濃度ドープＢＳＦ層２４との間に形成される。図１と同様に、この図示した実施形態では、エミッタ層１６はｎ＋型にドープされ、低濃度ドープ結晶質基板２２はｐ型にドープされ、また高濃度ドープＢＳＦ層２４はｐ＋型にドープされ、従ってｎ＋−ｐ−ｐ＋構造を形成する。

図４は、図３の光起電装置７０のエネルギーバンド図７６を示す。この図示した実施形態では、ＣＢ、フェルミ準位及びＶＢのエネルギー準位を、それぞれ参照符号７８、８０及び８２で示す。この図示した実施形態では、領域４０は、図２に関して上述したように、エミッタ層１６のエネルギー準位線図を表わす。同様に、領域４２及び領域４６は、ドープ結晶質基板２２及び高濃度ドープＢＳＦ層２４のエネルギー準位線図を表わす。この図示した実施形態では、エネルギーバンドの曲がり５２が、ＶＢ８２における、エミッタ層１６と低濃度ドープ結晶質基板２２との間の接合部に形成される。特定の実施形態では、ＶＢにおいてエミッタ層１６から低濃度ドープ結晶質基板２２に向かって移動する正孔４８は、図２に関して上述したように、エネルギーバンドの曲がり５２を横切る。ポテンシャル障壁５４（図２参照）が低濃度ドープ結晶質基板２２のＢＳＦ層２４に近い方の側面に形成されるのとは対照的に、この図示した実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層２６が存在しないことによってＶＢにおいてバンド不連続部８６と浅いポテンシャル井戸とが生じる。当業者には明らかなように、浅いポテンシャル井戸は、井戸のポテンシャルエネルギーよりも高いエネルギーを保有する電子によって克服することができ、従って電流密度に悪影響を与えない。明らかなように、電子は、材料上への光子又は熱照射からこの望ましいエネルギーを得て浅いポテンシャル井戸を克服することができる。この図示した実施形態では、ドープ結晶質基板２２の表面にｉ−ＢＳＰ層２６（図２参照）がないことにより、低濃度ドープ結晶質基板２２の表面パシベーションが有効でなくなり、従って電荷キャリヤの再結合を増大させる。この現時点で意図した実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２の背面は、真性ｉ−ＢＳＰ層２６を採用した図２に示す実施形態と比較して、より高濃度にドープされ、より高い不純物及びダングリング結合密度を示しかつより高い表面粗さを示すＢＳＦ層２４と接触し、それによって接触面特性に悪影響を与えるが、電荷キャリヤ収集のための比較的高い伝導度をもたらす。それ故に、低濃度ドープ結晶質基板２２の表面をパシベーションすることと、背面における電荷キャリヤに対するポテンシャル障壁を低下又は排除することとの間には、トレードオフが存在する。上述のように、これらの実施形態では、バンド不連続部に起因するＶＢでのポテンシャル障壁５４（図２参照）は、ｉ−ＢＳＰ層２６（図２参照）の除去によって実質的に取除くことができる。それに代えて、装置内にｉ−ＢＳＰ層２６（図２参照）を採用する場合には、ＶＢにおけるポテンシャル障壁の高さは、ｉ−ＢＳＰ層２６のフェルミ準位及びバンドギャップエネルギーを調整することによって低下させることができる。これらの後者の実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板２２の背面でのＢＳＦ層２４及びＴＣＯ層２８におけるショトキー接触の形成に起因して同様に存在する可能性があるポテンシャル障壁は、それぞれの半導体層内のドーパント濃度を変更することによって実質的に低下させることができる。それに代えて、ショトキー接触に起因するポテンシャル障壁は、ＴＣＯ層２８を、ＢＳＦ層半導体に対してオーム接触する電極層と交換することによって排除することができる。

この図示した実施形態では、正孔４８は、ＶＢ８２におけるバンドギャップ不連続部によって大きく妨害されずにｐ−ｎ接合を横切って領域４０から領域４２に向かって移動する。この実施形態では、正孔４８は、領域４２内を矢印８４で示す方向にその拡散移動を継続し、この領域４２では、正孔４８は、バンド不連続部８６を有する背面ヘテロ接合７４において浅いポテンシャル井戸に遭遇し、その後、収集のためにＢＳＦ層２４（図３参照）又は領域４６に達する。この図示した実施形態のＣＢ７８では、矢印８８で示すように低濃度ドープ結晶質基板２２からエミッタ層１６に向かって移動する電子５８は、エミッタ層１６と低濃度ドープ結晶質基板２２との間にエネルギーバンドの曲がり９０と組込み電界とを有する接合領域を越えて浮動して、エミッタ層１６に達して金属コンタクト電極２０で収集される。反対に、電子５８の移動方向８８に対して反対の矢印９２で示す逆方向に拡散する電子、つまり低濃度ドープ結晶質基板２２から高濃度ドープＢＳＦ層２４に向かって移動する電子は、ヘテロ接合７４の形成に起因するエネルギーバンドの曲がりとバンド不連続部とによって生じたポテンシャル障壁９４を横切る。特定の実施形態では、矢印９２で示す方向に移動するこれらの電子は、矢印９６で示すようにポテンシャル障壁９４によって反射されて、その最初の方向とは反対の矢印９８で示す方向に移動し始める。明らかなように、これらの逆移動する電子（矢印９２で示す）の十分に低い背面再結合速度及び大きな拡散長さにより、それら電子の一定の部分は、最終的にエミッタ層１６に達して、それぞれの電極で収集されることが可能になる。バンド不連続領域６２（図２参照）におけるヘテロ接合２５（図１参照）での浅いポテンシャル井戸を示す光起電装置１０の構造（図１参照）とは異なり、図３及び図４の図示した実施形態ではｉ−ＢＳＰ層２６を排除したことにより、ポテンシャル井戸がない状態でＣＢ７８においてポテンシャル障壁９４のみを有するヘテロ接合７４が形成される。

次に図５を参照して、本方法の別の実施形態による、図１の例示的な光起電装置の別の実施形態を示す。この現時点で意図した実施形態では、光起電装置１００は、図１に関して上述したように、誘電体層１８、金属電極２０、ＴＣＯ層２８及び反射性背面コンタクト３０を含む。さらに、この図示した実施形態では、光起電装置１００は、光電池１０２と、背面パシベーティッド構造（ＢＳＰ）１０４とを含む。この図示した実施形態では、光電池１０２は、低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８に隣接して配置されたｐ＋型ドープエミッタ層１０６を含む。特定の実施形態では、ｎ型ドープ結晶質基板１０８は、単結晶又は多結晶基板とすることができる。

さらに、図５に示す実施形態では、光起電装置１００は、背面パシベーティッド構造１０４を含む。この現時点で意図した実施形態では、背面パシベーティッド構造１０４は、ｉ−ＢＳＰ層１１０と、高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４とを含む。この図示した実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０は、ｉ−ＢＳＰ層１１０と低濃度ドープ結晶質基板１０８とがヘテロ接合１１２を形成するように、低濃度ドープ結晶質基板１０８に隣接して配置される。明らかなように、図５に示す例示的な実施形態は、ｐ＋−ｎ−ｉ−ｎ＋構造を採用する。図２の構成に関して上述したように、低濃度ドープ結晶質基板１０８に隣接するｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さが小さな値であることにより、ヘテロ接合１１２のポテンシャル障壁１５４が存在するにも拘わらず、電子が低濃度ドープ結晶質基板１０８から高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４内にトンネル現象で通り抜けることが可能になる。

この現時点で意図した実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０は、図６に示すように可変厚さを有することができる。図６は、図５のヘテロ接合１１２の分解図である。特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さは、約１ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲内で変化させることができる。幾つかの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さは、キャリヤのトンネル現象を可能とするように、約１ｎｍ〜約５ｎｍの範囲で変化させることができる。幾つかの実施形態では、低濃度ドープ結晶質基板１０８の二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さ又はそれ以上の範囲の極薄の厚さを有するｉ−ＢＳＰ層１１０を採用することができる。他の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さに関する制約条件は、リソグラフィーのようなパターン化技術を使用して又は薄膜堆積法によって又は微結晶シリコンのような低バンドギャップ材料を使用することによってｉ−ＢＳＰ層１１０内に不連続部を形成ことで、緩和することができる。図６の特定の実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の可変厚さは、参照符号１１６で示す丸で囲んだ領域のような幾つかの位置において、低濃度ドープ結晶質基板１０８が高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４と点接触及び／又は線接触した状態になることができるような厚さである。点接触及び／又は線接触領域１１６は、高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４と低濃度ドープ結晶質基板１０８との間に直接形成されたヘテロ接合に起因する、ヘテロ接合により生じたあらゆるポテンシャル障壁による悪影響を全く受けない利点がある。また、これらの実施形態では、光起電装置１００は、ｉ−ＢＳＰ層１１０及び高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４の厚さがより薄いために、ステブラー・ロンスキー（Staebler-Wronski）効果の影響を受けることが比較的少ない。しかしながら、点接触及び／又は線接触領域１１６は、図６に関して上述したように、低い電流特性及び高い再結合率による悪影響を受ける可能性がある。図４に関して上述したように、同様に低濃度ドープ結晶質基板１０８の背面でのＢＳＦ層１１４とＴＣＯ層２８とにおけるショトキー接触の形成に起因して存在する可能性があるポテンシャル障壁は、それぞれの半導体層内のドーパント濃度を変更することによって実質的に低下させることができる。上述のように、ｉ−ＢＳＰ層１１０を有することによって、ヘテロ接合１１２において低濃度ドープ結晶質基板１０８に対する表面パシベーションがもたらされる。加えて、前述のように、エミッタ層、ＢＳＰ層及びそれぞれのコンタクト電極の前部及び後部接触面領域に生じ得るショトキー障壁の形成が、キャリヤ収集効率を低下させる可能性がある電界による不利なメカニズムを引き起こすおそれがある。明らかなように、そのような問題は、半導体層のドーピングレベル及びコンタクト電極の仕事関数の適切な選択によるバンドプロフィール工学、及び／又は熱アニールと金属誘起再結晶化との組合せプロセスによって、実質的に軽減することができる。

さらに、参照符号１１８で示す領域１１０は、低濃度ドープ結晶質基板１０２と高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４との間に配置されたｉ−ＢＳＰ層１１０を有する領域を表す。これらの領域１１８は、低濃度ドープ結晶質基板１０２に対する表面パシベーションをもたらす利点がある。領域１１８でのｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さに応じて、領域１１８は、電子のトンネル現象を可能にすることができるか又は上述のようなヘテロ接合により生じるポテンシャル障壁を形成することができるかのいずれかとなる。図７に示した実施形態では、エネルギーバンド図１２０は、価電子バンド１２２、フェルミ準位１２４及び伝導バンド１２６のエネルギー準位を含む。この図示した実施形態では、領域１２８は、ｐ＋型ドープエミッタ層１０６のエネルギー準位線図を表す。さらに、領域１３０は、低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８のエネルギー準位線図を表し、領域１３２は、ｉ−ＢＳＰ層１１０のエネルギー準位線図を表し、また領域１３４は、高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４のエネルギー準位線図を表す。

この図示した実施形態では、エネルギーバンド図１２０は、それぞれｐ＋型ドープエミッタ層１０６及び低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８のエネルギー準位を表す領域１２８及び領域１３０間にエネルギーバンドの曲がり及び／又はバンド不連続部を示す。この図示した実施形態では、価電子バンド１２２におけるエネルギーバンドの曲がり１３６は、正孔４８が矢印１４０で示すように低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８からｐ＋型ドープエミッタ層１０６に向かって移動するのを可能にする。特定の実施形態では、低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８内に発生した電子−正孔対の正孔の幾つかは、矢印１４２で示すように、ｉ−ＢＳＰ層１１０に向かって移動することができる。そのような実施形態では、正孔は、バンド不連続部１４４において浅いポテンシャル井戸を横切ることができる。特定の実施形態では、矢印１４６で示すようにバンド不連続部１４４におけるポテンシャル井戸を克服して高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４に向かって移動する正孔は、ポテンシャル障壁１４８を横切ることができる。この現時点で意図した実施形態では、正孔４８は、ポテンシャル障壁１４８で反射されて、矢印１５０で示すように、ｐ＋型ドープエミッタ層１０６に配置された金属電極によって収集されるように低濃度ドープ結晶質基板１０８に向かって戻される。

さらに、エネルギーバンド図１２０は、矢印１５２で示すようにＣＢ内を移動する電子５８を含む。この図示した実施形態では、低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８（領域１３０）及びｉ−ＢＳＰ層１１０（領域１３２）の伝導バンドに生じるエネルギーバンドの曲がり及び不連続部は、ポテンシャル障壁１５４を形成する。特定の実施形態では、ポテンシャル障壁１５４は、電子５８の移動を妨害する。しかしながら、幾つかの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さを、電子５８がｉ−ＢＳＰ層１１０をトンネル現象で通り抜けることができ、ポテンシャル障壁１５４を横切る必要がないように選択することができる。前に述べたように、これらの実施形態では、ｉ−ＢＳＰ層１１０の厚さは、電子がｉ−ＢＳＰ層１１０をトンネル現象で通り抜けるのを可能にするように、約１ｎｍ〜約５ｎｍの範囲内で変化させることができる。

次に図８を参照して、本方法の特定の態様による光起電装置の別の例示的な実施形態を示す。この図示した実施形態では、例示的な光起電装置１５６は、光電池１５８とＢＳＰ構造１６０とを採用する。この実施形態では、光電池１５８は、図７に関して上述したように、ｐ＋型ドープエミッタ層１０６と低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８とを含む。さらに、光電池１５８は、ＢＳＰ構造１６０の高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４と低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８との間に形成されたヘテロ接合１６１を含む。従って、例示的な光起電装置１５６は、ｐ＋−ｎ−ｎ＋構造を含む。この現時点で意図した実施形態では、電子収集障壁又はポテンシャル障壁１５４（図７参照）は、図９に関して以下に詳述するように、除去又は低下させることができる。

図９は、価電子バンド１６４、フェルミ準位１６６及び伝導バンド１６８のエネルギー準位を有する光起電装置１５６のエネルギーバンド図１６２を示す。この図示した実施形態では、図７に関して上述したように、領域１２８は、ｐ＋型ドープエミッタ層１０６のエネルギー準位線図を表し、領域１３０は、低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８のエネルギー準位線図を表し、また領域１３４は、高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４のエネルギー準位線図を表す。さらに、領域１２８と領域１３０との間の接合部は、それぞれＶＢ１６４及びＣＢ１６８でのエネルギーバンドの曲がり１３６及びエネルギーバンドの曲がり１３８を形成する。この現時点で意図した実施形態では、矢印１７０で示すようにＶＢ１６４内を移動する正孔４８は、ｐ＋型ドープエミッタ層に隣接して配置された金属電極１２０によって収集される。この図示した実施形態では、ＶＢ１６４は、ヘテロ接合１６１（図８参照）において、正孔に対するポテンシャル障壁１７４の形態のエネルギーバンドの曲がりとバンドギャップの不連続部とを含む。特定の実施形態では、領域１３４に向かって移動する正孔４８、つまり矢印１７２で示すように低濃度ｎ型ドープ結晶質基板１０８から高濃度ｎ＋型ドープＢＳＦ層１１４に向かって移動する正孔は、矢印１７６で示すようにポテンシャル障壁１７４を横切り、かつポテンシャル障壁１７４によって反射されることになる。幾つかの実施形態では、反射された正孔４８は次に、金属コンタクト電極１２０で収集されるように領域１２８に向かって移動し始めることができる。さらに、この図示した実施形態では、矢印１７８で示す方向に移動する電子５８は、バンド不連続領域１８０における小さなポテンシャル井戸を横切ることができ、このことは、上述のように少量のエネルギーによって克服することができる。

以上、光起電装置の背面パシベーションに関して本方法を説明している。明らかなように、これらの方法はまた、それに限定されないが、例えば両面光起電装置のような他の装置の表面パシベーションに対しても採用することができる。

本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示かつ説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更を思い付くであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。

本方法の特定の態様による、ｎ＋−ｐ−ｉ−ｐ＋構造を採用した例示的な光起電装置の概略図。本方法の特定の態様による、図１の光起電装置のエネルギーバンド図の概略図。本方法の特定の態様による、真性背面パシベーティッド層を備えずかつｎ＋−ｐ−ｐ＋構造を有する例示的な光起電装置の概略図。本方法の特定の態様による、図３の光起電装置のエネルギーバンド図の概略図。本方法の特定の態様による、可変厚さのｉ層を有するｐ＋−ｎ−ｉ−ｎ＋構造を採用した例示的な光起電装置の概略図。本方法の特定の態様による、図５の光起電装置内に存在する点接触又は線接触区域の分解図。本方法の特定の態様による、図５の光起電装置のエネルギーバンド図の概略図。本方法の特定の態様による、真性背面パシベーティッド層を備えずかつｐ＋−ｎ−ｎ＋構造を有する例示的な光起電装置の概略図。本方法の特定の態様による、図８の光起電装置のエネルギーバンド図の概略図。

符号の説明

１０光起電装置
１２光電池
１４背面パシベーティッド構造
１６エミッタ層
１８誘電体層
２０金属コンタクト電極
２２低濃度ドープ結晶質基板
２４高濃度ドープ背面電界層
２６真性背面パシベーティッド層
２８透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層
３０反射性背面コンタクト層
４８正孔
５８電子

Claims

光起電装置（１０）であって、
光電池（１２）と背面パシベーティッド構造（１４）とを含み、
前記光電池（１２）が、結晶性半導体材料を含むエミッタ層（１６）と、
前記エミッタ層（１６）に隣接して配置された低濃度ドープ結晶質基板（２２）と、を含み、
前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）及びエミッタ層（１６）が反対型にドープされ、前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）が単結晶又は多結晶半導体材料を含み、
前記背面パシベーティッド構造（１４）が前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）に隣り合うように配置された高濃度ドープ背面電界層（２４）を含み、
前記高濃度ドープ背面電界層（２４）がドープアモルファス又はドープ微結晶半導体材料を含み、前記高濃度ドープ背面電界層（２４）及び低濃度ドープ結晶質基板（２２）が同種型にドープされ、また前記高濃度ドープ背面電界層（２４）のドーピングレベルが前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）のドーピングレベルよりも高い、
光起電装置（１０）。
前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）に隣接して配置された真性背面パシベーティッド層（２６）をさらに含み、
前記真性背面パシベーティッド層（２６）がアモルファス又は微結晶半導体材料を含み、また前記真性背面パシベーティッド層（２６）が表面パシベーションをもたらすか、或いは前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）から前記高濃度ドープ背面電界層（２４）に移動する電子（５８）又は正孔（４８）に対するポテンシャル障壁を低下させるか、或いは前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）内に発生した電子（５８）又は正孔（４８）が前記高濃度ドープ背面電界層（２４）にトンネル現象で通り抜けるのを可能にするか、或いはそれらの組合せを行うように構成された、
請求項１記載の光起電装置（１０）。
前記真性背面パシベーティッド層（２６）の厚さが約１ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲内にある請求項２記載の光起電装置（１０）。
前記高濃度ドープ背面電界層（２４）の活性化エネルギーが約０．０８ｅＶ〜約１．０ｅＶの範囲内にある、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光起電装置（１０）。
該光起電装置（１０）が光電池を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光起電装置（１０）。
正面及び裏面を有する光起電装置（１０）であって、
光電池（１２）と背面パシベーティッド構造（１４）とを含み、
前記光電池（１２）が結晶性半導体材料を含むエミッタ層（１６）と前記エミッタ層（１６）に隣接して配置された低濃度ドープ結晶質基板（２２）とを含み、
前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）及びエミッタ層（１６）が反対型にドープされ、前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）が単結晶又は多結晶半導体材料を含み、
前記背面パシベーティッド構造（１４）が、前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）に隣接して配置された真性背面パシベーティッド層（２６）と、前記真性背面パシベーティッド層（２６）に隣接して配置された高濃度ドープ背面電界層（２４）と、を含み、
前記真性背面パシベーティッド層（２６）がアモルファス又は微結晶半導体材料を含み、
前記真性背面パシベーティッド層（２６）が、表面パシベーションをもたらすか、或いは前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）から前記高濃度ドープ背面電界層（２４）に移動する電子（５８）又は正孔（４８）に対するポテンシャル障壁を低下させるか、或いはその両方を行うように構成され、
前記高濃度ドープ背面電界層（２４）がドープアモルファス又はドープ微結晶半導体材料を含み、
前記高濃度ドープ背面電界層（２４）及び低濃度ドープ結晶質基板（２２）が同種型にドープされ、前記高濃度ドープ背面電界層（２４）のドーピングレベルが前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）のドーピングレベルよりも高い、
光起電装置（１０）。
前記真性背面パシベーティッド層（２６）が、前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）内に発生した電子（５８）又は正孔（４８）が前記高濃度ドープ背面電界層（２４）にトンネル現象で通り抜けるのを可能にするように構成される、請求項６記載の光起電装置（１０）。
前記エミッタ層（１６）のドーピングレベルが、約１ｘ１０^１７ｃｍ^−３〜約１ｘ１０^２１ｃｍ^−３の範囲内にある、請求項６又は７に記載の光起電装置（１０）。
前記真性背面パシベーティッド層（２６）が、前記低濃度ドープ結晶質基板（２２）が前記高濃度ドープ背面電界層（２４）と点接触するか又は線接触するか又はその両方で接触するような可変厚さを有する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光起電装置（１０）。
エミッタ層（１６）と結晶質基板とを含む第１の構造と、前記結晶質基板と高濃度ドープ背面電界層（２４）とを含む第２の構造とを含み、
前記エミッタ層（１６）及び結晶質基板が反対型にドープされかつｐ−ｎ接合を形成するように配置され、前記エミッタ層（１６）が結晶性半導体材料を含み、
前記高濃度ドープ背面電界層（２４）がアモルファス又は微結晶半導体材料を含み、前記高濃度ドープ背面電界層（２４）が前記結晶質基板と同種型にドープされ、前記高濃度ドープ背面電界層（２４）及び結晶質基板がヘテロ接合を形成するように配置され、前記高濃度ドープ背面電界層（２４）のドーピングレベルが前記結晶質基板のドーピングレベルよりも高い、
装置。