JP2010062539A - マルチバンドギャップを備えるナノ結晶シリコン光電池及び低温多結晶シリコン薄膜トランジスタパネルにおけるその応用 - Google Patents
マルチバンドギャップを備えるナノ結晶シリコン光電池及び低温多結晶シリコン薄膜トランジスタパネルにおけるその応用 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】本発明は光電池に関する。一つの実施例において、前記光電池は、第1導電層と、前記第1導電層上に形成されるN型ドープ半導体層と、前記N型ドープ半導体層上に形成される第1シリコン層と、前記第1シリコン層上に形成されるナノ結晶シリコン(nc−Si)層と、前記ナノ結晶シリコン層上に形成される第2シリコン層と、前記第2シリコン層上に形成されるP型ドープ半導体層、及び前記P型ドープ半導体層上に形成される第2導電層とを備える。第1シリコン層と第2シリコン層の一方がアモルファスシリコンにより形成され、もう一方が多結晶シリコンにより形成される。
【選択図】図1
Description
当該技術分野における上記欠陥及び不備を解決し、接合損失及び格子不整合による光電変換効率を改善し、高性能な光電池を実現することである。
110 第1導電層
140 Siリッチ誘電体層
145 ナノ結晶シリコン
170 第2導電層
180 誘電体層
181 接触孔
200 光電池
210 第1導電層
240 Siリッチ誘電体層
245 ナノ結晶シリコン
270 第2導電層
292 レーザー
295 光線
400 光電池バッテリー
401 光電池
410 第1導電層
440 Siリッチ誘電体層
445 ナノ結晶シリコン
470 第2導電層
480 充電式バッテリー
485 電流計
495 光線
510〜720 曲線
900 光電池
910 第1導電層
920 第1半導体層
930 第1Siリッチ誘電体層
940 第2Siリッチ誘電体層
960 第2半導体層
970 第2導電層
1000 光電池
1001 光電変換層
1010 第1導電層
1020 N型ドープ半導体層
1030 第1Siリッチ誘電体副層
1040 第2Siリッチ誘電体副層
1050 第3Siリッチ誘電体副層
1060 P型ドープ半導体層
1070 第2導電層
1101 表示パネル
1102 液晶表示パネル
1110 表示領域
1120 表示領域
1130 光検出器
1140 光電池
1150 周辺光検出器
1160 LCDドライバー
1200 低温多結晶シリコンパネル
1201 光電池
1210 基板
1221 読み出しTFT
1222 ソース領域
1224 ドレイン領域
1226 ゲート電極
1230 第1導電層
1240 Siリッチ誘電体層
1245 ナノ結晶シリコン
1270 第2導電層
1295 周辺光線
1296 バックライト
1300 低温多結晶シリコンパネル
1301 薄膜トランジスタ
1303 蓄積コンデンサ
1305 感光器
1307 アクティブ領域
1310 基板
1355 第1電極
1365 Siリッチ誘電体層
1375 第2電極
1400 方法
1410 第1基板
1412 スイッチ領域
1414 太陽電池領域
1420 ゲート電極
1430 誘電体層
1442 アモルファスシリコン層
1444 ドープのアモルファスシリコン層
1444a ソースポート
1444b ドレインポート
1450 金属層
1452 第1部分
1454 第2部分
1456 第3部分
1460 Siリッチ誘電体層
1470 保護層
1472 貫通孔
1482 第1部分
1484 第2部分
Claims (42)
- 光電池であって、
(a)第1導電層と、
(b)前記第1導電層上に形成されるN型ドープ半導体層と、
(c)前記N型ドープ半導体層上に形成される第1シリコン層と、
(d)前記第1シリコン層上に形成されるナノ結晶シリコン(nc−Si)層と、
(e)前記ナノ結晶シリコン層上に形成される第2シリコン層と、
(f)前記第2シリコン層上に形成されるP型ドープ半導体層と、
(g)前記P型ドープ半導体層上に形成される第2導電層と、
を備えることを特徴とする光電池。 - 前記第1シリコン層と前記第2シリコン層のうち一方の材質がアモルファスシリコン(a−Si)であって、且つ、前記第1シリコン層と前記第2シリコン層の他方の材質が多結晶シリコン(poly−Si)であることを特徴とする請求項1に記載の光電池。
- 前記ナノ結晶シリコン層は、大きさが約1nm〜20nmの複数のナノ結晶シリコンを備えることを特徴とする請求項1に記載の光電池。
- 前記第1導電層と第2導電層のうち、少くとも一方の材質が透明導電材料であることを特徴とする請求項1に記載の光電池。
- 前記透明導電材料が、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ハフニウム酸化物(HfO)或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項4に記載の光電池。
- 前記N型ドープ半導体層の材質がN型ドープシリコンであって、前記P型ドープ半導体層の材質がP型ドープシリコンであることを特徴とする請求項1に記載の光電池。
- 光電池の製造方法であって、
(a)基板を提供するステップと、
(b)前記基板上に第1導電層を形成するステップと、
(c)前記第1導電層上にN型ドープ半導体層を形成するステップと、
(d)前記N型ドープ半導体層上に第1シリコン層を形成するステップと、
(e)前記第1シリコン層上にナノ結晶シリコン(nc−Si)層を形成するステップと、
(f)前記ナノ結晶シリコン層上に第2シリコン層を形成するステップと、
(g)前記第2シリコン層上にP型ドープ半導体層を形成するステップと、
(h)前記P型ドープ半導体層上に第2導電層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする光電池の製造方法。 - 前記ナノ結晶シリコン層を形成するステップは、
(i)前記第1シリコン層上にSiリッチ(Si−rich)誘電体層を形成することと、
(ii)前記Siリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成することと、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 光電池であって、
(a)第1導電層と、
(b)第2導電層と、
(c)前記第1導電層と第2導電層との間に形成され、マルチバンドギャップを有する光電変換層と、
を備えることを特徴とする光電池。 - 前記光電変換層は、
(i)アモルファスシリコン(a−Si)層と、
(ii)多結晶シリコン(poly−Si)層と、
(iii)前記アモルファスシリコン層及び前記多結晶シリコン層との間に形成されるSiリッチ(Si−rich)誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項9に記載の光電池。 - 前記Siリッチ誘電体層の材質はSiリッチ酸化物、Siリッチ窒化物、Siリッチ窒化酸化物、Siリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項10に記載の光電池。
- 前記Siリッチ誘電体層は、大きさが約1nm〜20nmの複数のナノ結晶シリコンを備えるナノ結晶シリコン(nc−Si)層を含むことを特徴とする請求項10に記載の光電池。
- 前記光電変換層は、
(i)前記第1導電層上に形成され、且つ、屈折率n1を有する第1Siリッチ(Si−rich)誘電体層と、
(ii)前記第1Siリッチ誘電体層上に形成され、且つ、屈折率n2(n2<n1)を有する第2Siリッチ(Si−rich)誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項9に記載の光電池。 - 前記光電変換層は、更に、前記第2Siリッチ誘電体層と第2導電層との間に形成され、屈折率n3(n3<n2<n1)を有する第3Siリッチ誘電体層を含むことを特徴とする請求項13に記載の光電池。
- 前記各第1Siリッチ誘電体層、第2Siリッチ誘電体層及び第3Siリッチ誘電体層の材質は、Siリッチ酸化物、Siリッチ窒化物、Siリッチ窒素酸化物、Siリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項14に記載の光電池。
- 前記光電変換層は、(i)アモルファスシリコン(a−Si)層と、(ii)多結晶シリコン(poly−Si)層とを含み、
前記第1Siリッチ誘電体層と第2Siリッチ誘電体層は、前記アモルファスシリコン層と多結晶シリコン層との間に形成されることを特徴とする請求項13に記載の光電池。 - (i)前記第1導電層と光電変換層との間に形成されるN型ドープ半導体層と、
(ii)前記第2導電層と光電変換層との間に形成されるP型ドープ半導体層と、
を更に含むことを特徴とする請求項9に記載の光電池。 - 前記第1と第2導電層のうち少くとも一方の材質が透明導電材料であることを特徴とする請求項9に記載の光電池。
- 光電池の製造方法であって、
(a)基板を提供するステップと、
(b)前記基板上に第1導電層を形成するステップと、
(c)前記第1導電層上にマルチバンドギャップ(multi−band gap)を有する光電変換層を形成するステップと、
(d)前記光電変換層上に第2導電層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする光電池の製造方法。 - 前記光電変換層を形成するステップは、
(i)前記第1導電層上に第1シリコン層を形成することと、
(ii)前記第1シリコン層上にSiリッチ(Si−rich)誘電体層を形成することと、
(iii)前記Siリッチ誘電体層上に第2シリコン層を形成することと、
を含み、
前記第1シリコン層と第2シリコン層の一方がアモルファスシリコン(a−Si)層を含み、且つ、前記第1シリコン層と前記第2シリコン層のもう一方が多結晶シリコン(poly−Si)層を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記Siリッチ誘電体層を形成するステップは、更に前記Siリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記光電変換層を形成するステップは、
(i)前記第1導電層上に屈折率n1を有する第1Siリッチ(Si−rich)誘電体層を形成する工程と、
(ii)前記第1Siリッチ誘電体層に屈折率n2(n2<n1)を有する第2Siリッチ(Si−rich)誘電体層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記光電変換層を形成するステップは、更に前記第2Siリッチ誘電体層と第2導電層との間に屈折率n3(n3<n2<n1)を有する第3Siリッチ誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記方法は、(i)前記第1導電層と前記光電変換層との間にN型ドープ半導体層を形成するステップ、および(ii)前記第2導電層と前記光電変換層との間にP型ドープ半導体層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- LCDドライバーを利用して駆動・操作し、且つ、バックライトを利用して照明する液晶表示パネルであって、
(a)関連情報を表示するための表示領域と、
(b)前記表示領域を取り囲む領域内に設置され、且つ光線の下に露出させて、前記光線の光学エネルギーを電気エネルギーに変換して駆動電力として前記LCDドライバーに供給する光電池と、
を含み、
前記光電池は、
(i)第1導電層と、
(ii)第2導電層と、
(iii)前記第1導電層と前記第2導電層との間に形成されるマルチバンドギャップを有する光電変換層と、
を含むことを特徴とする液晶表示パネル。 - 前記光電変換層は、
(i)アモルファスシリコン(a−Si)層と、
(ii)多結晶シリコン(poly−Si)層と、
(iii)前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるSiリッチ(Si−rich)誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項25に記載の液晶表示パネル。 - 前記Siリッチ誘電体層の材質は、Siリッチ酸化物、Siリッチ窒化物、Siリッチ窒素酸化物、Siリッチ炭化物、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項26に記載の液晶表示パネル。
- 前記Siリッチ誘電体層は、大きさが約1nm〜20nmの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン(nc−Si)層を含むことを特徴とする請求項27に記載の液晶表示パネル。
- 前記光電変換層は、
(i)前記第1導電層上に形成され、屈折率n1を有する第1Siリッチ(Si−rich)誘電体層と、
(ii)前記第1Siリッチ誘電体層上に形成され、屈折率n2(n2<n1)を有する第2Siリッチ(Si−rich)誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項25に記載の液晶表示パネル。 - 前記光電変換層は、更に、前記第2Siリッチ誘電体層と第2導電層との間に形成され、屈折率n3(n3<n2<n1)を有する第3Siリッチ誘電体層を含むことを特徴とする請求項29に記載の液晶表示パネル。
- 前記表示領域は、複数の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ(LTPS−TFT:low temperature polycrystalline silicon thin film transistor)を備えることを特徴とする請求項25に記載の液晶表示パネル。
- LCDドライバーを利用して駆動・操作し、且つ、バックライトを利用して照明する液晶表示(LCD)パネルを製造する方法であって、
(a)基板を提供するステップと、
(b)前記基板上に表示領域を形成するステップと、
(c)前記表示領域を取り囲む領域内の前記基板上に光電池を形成するステップと、
を含み、
前記光電池は光線の下に露出され、光学エネルギーを電気エネルギーに変換して、駆動電力として前記LCDドライバーに供給し、
そのうち、前記光電池を形成するステップは、
(i)第1導電層を形成する工程と、
(ii)第2導電層を形成する工程と、
(iii)前記第1導電層と第2導電層との間にマルチバンドギャップを有する光電変換層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記光電変換層を形成する工程は、
(i)前記第1導電層上に第1シリコン層を形成する工程と、
(ii)前記第1シリコン層上にSiリッチ(Si−rich)誘電体層を形成する工程と、
(iii)レーザーアニーリングを完了した前記Siリッチ誘電体層上に第2シリコン層を形成する工程と、
を含み、
前記第1シリコン層と第2シリコン層の一方がアモルファスシリコン(a−Si)層を含み、且つ、前記第1シリコン層と第2シリコン層のもう一方が多結晶シリコン(poly−Si)層を含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。 - 前記Siリッチ誘電体層を形成する工程は、前記Siリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記光電変換層を形成する工程は、
(i)前記第1導電層上に屈折率n1を有する第1Siリッチ(Si−rich)誘電体層を形成する工程、及び
(ii)前記第1Siリッチ誘電体層上に屈折率n2(n2<n1)を有する第2Siリッチ(Si−rich)誘電体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。 - 前記光電変換層を形成する工程は、前記第2Siリッチ誘電体層と前記第2導電層との間に屈折率n3(n3<n2<n1)を有する第3Siリッチ誘電体層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 複数のマトリックス方式で配列される画素を含む表示パネルであって、各画素は、
(a)関連情報を表示するためのアクティブ領域と、
(b)少なくとも1つのスイッチ素子を有するスイッチ領域と、
(c)前記アクティブ領域とスイッチ領域との間に形成され、マルチバンドギャップを含む光電変換層を備える光電池と、
を含むことを特徴とする表示パネル。 - 前記光電変換層は、(i)アモルファスシリコン(a−Si)層、(ii)多結晶シリコン(poly−Si)層、および(iii)前記アモルファスシリコン層と前記多結晶シリコン層との間に形成されるSiリッチ(Si−rich)誘電体層を含むことを特徴とする請求項37に記載の表示パネル。
- 前記Siリッチ誘電体層は、大きさが約1nm〜20nmの複数のナノ結晶シリコンを有するナノ結晶シリコン(nc−Si)層を含むことを特徴とする請求項38に記載の表示パネル。
- 表示パネルを製造する方法であって、
(a)基板を提供するステップと、
(b)前記基板上にマトリックス方式で複数の画素を形成するステップと、
を含み、
前記各画素は光電池を含んでおり、前記光電池は光電変換層を有し、前記光電変換層はマルチバンドギャップを備えることを特徴とする方法。 - 前記画素を形成するステップは、
(i)前記基板上の複数のゲートラインに電気的結合される複数のゲート電極を形成し、これらのゲート電極は、空間的に互いに離れ、且つ、各互いに隣接する一対のゲート電極は、アクティブ領域、スイッチ領域及び光電池を規定し、前記ゲート電極は前記スイッチ領域に形成され、前記光電池は前記アクティブ領域と前記スイッチ領域との間に位置することと、
(ii)前記ゲート電極及び前記基板の余剰領域上にゲート絶縁層を形成することと、
(iii)前記ゲート絶縁層上にアモルファスシリコン(a−Si)層を形成し、各スイッチ領域内の前記ゲート電極をカバーすることと、
(iv)前記アモルファスシリコン層上にドープアモルファスシリコン層を形成することと、
(v)前記ドープアモルファスシリコン層及び前記ゲート絶縁層の余剰領域上に第1導電層を形成することと、
(vi)前記第1導電層上の各光電池領域にSiリッチ(Si−rich)誘電体層を形成することと、
(vii)各スイッチ領域内にソース電極とドレイン電極を形成することにより、前記基板上に薄膜トランジスタレーを形成することと、
(viii)第1導電層上にパッシベーション層を形成して、前記薄膜トランジスタレーと前記Siリッチ誘電体層をカバーすることと、
(ix)前記スイッチ領域と前記光電池領域内の前記パッシベーション層上にビアコンタクトを形成することと、
(x)前記スイッチ領域と前記光電池領域との間の領域上の第1部分と、前記光電池領域内の前記Siリッチ誘電体層上の第2部分を備え、前記第1部分は各スイッチ領域内で前記ビアコンタクトを通じて前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と接触する第2導電層を形成することと、
を含むことを特徴とする請求項40に記載の方法。 - 前記複数の画素を形成するステップは、更に、前記Siリッチ誘電体層をレーザーアニーリングして、その中で複数のナノ結晶シリコンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
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