JP2012523716A - 光起電モジュール、及び、複数半導体層スタックを有する光起電モジュールの製造方法 - Google Patents

光起電モジュール、及び、複数半導体層スタックを有する光起電モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

光起電モジュールを製造する方法を提供する。この方法は、電気絶縁基材及び下部電極を提供するステップと、下部電極の上にシリコン層の下部スタックを堆積させるステップと、下部スタックの上にシリコン層の上部スタックを堆積させるステップとを含む。下部スタック及び上部スタックはＮ−Ｉ−Ｐ接合体を含む。下部スタックは、少なくとも１．６０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。一方で、上部スタックは、少なくとも１．８０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。この方法は、上部スタックの上に上部電極を提供するステップをさらに含む。下部スタック及び上部スタックは、その下部スタック及びその上部スタックが光の波長に応じて光の異なる部分を電位に変換するようにして、入射光を上部電極と下部電極との間の電位に変換する。
【選択図】図なし

Description

関連出願の相互参照
この出願は、「タンデム型半導体層スタックを有する光起電装置（Photovoltaic Devices Having Tandem Semiconductor Layer Stacks）」と題された２００９年６月１０日に提出された同時係属中の米国仮特許出願シリアルＮｏ．６１／１８５，７７０（７７０出願）、「複数の半導体層スタックを有する光起電装置（Photovoltaic Devices Having Multiple Semiconductor Layer Stacks）」と題された２００９年６月３０日に提出された同時係属中の米国仮特許出願シリアルＮｏ．６１／２２１，８１６、（８１６出願）、及び、「複数の半導体層スタックを有する光起電装置（Photovoltaic Devices Having Multiple Semiconductor Layer Stacks）」と題された２００９年８月３日に提出された同時係属中の米国仮特許出願シリアルＮｏ．６１／２３０，７９０（「７９０出願」）の非仮特許出願であり、これらの仮特許出願の優先権利益を主張する。７７０出願、８１６出願、及び、７９０出願の全開示は、参照することによって本明細書に組み込まれている。
本明細書に記載されている主題は光起電装置に関する。いくつかの既知の光起電装置は、シリコンの薄膜の活性部分を有する薄膜ソーラーモジュールを含む。モジュールの上に入射する光は、活性シリコン膜の中へ進む。光がシリコン膜によって吸収されると、光はシリコンの中で電子及び孔を生じさせることができる。この電子及び孔は、モジュールから取り出されて外部の電気負荷に適用することができる電位及び／又は電流を生じさせるために使用される。
光の中の光子は、シリコン膜中の電子を励起し、シリコン膜中の原子から電子を分離させる。光子が電子を励起して膜中の原子から電子を分離させるためには、光子は、シリコン膜中のエネルギーバンドギャップを超えるエネルギーを有していなければならない。光子のエネルギーは、膜の上に入射する光の波長と関連がある。したがって、光は、膜のエネルギーバンドギャップ及び光の波長に応じてシリコン膜によって吸収される。
いくつかの既知の光起電装置は、互いの上に、かつ、下部電極と上部電極との間に堆積した２組以上のシリコン膜を含むタンデム型の層スタックを含む。膜の異なる組は、異なるエネルギーバンドギャップを有していてもよい。膜の異なる組に異なるバンドギャップを与えることは、装置によって入射光のより多くの波長が吸収されるようにすることができるので、装置の効率を高めることができる。例えば、膜の第１のセットは、膜の第２のセットより大きいエネルギーバンドギャップを有していてもよい。膜の第１の組のエネルギーバンドギャップを超えるエネルギーを伴う波長を有する光の一部は、膜の第１の組によって吸収されて電子と正孔のペアを生じさせる。膜の第１の組のエネルギーバンドギャップを超えないエネルギーを伴う波長を有する光の一部は、電子と正孔のペアを生じずに膜の第１の組を通過する。膜の第２の組がより低いエネルギーバンドギャップを有する場合には、膜の第１の組を通過するこの光の少なくとも一部は、膜の第２セットによって吸収され得る。
膜の異なる組に異なるエネルギーバンドギャップを与えるために、シリコン膜にゲルマニウムを混ぜて膜のバンドギャップを変えることができる。しかし、膜にゲルマニウムを混ぜることは、製造において使用することができる堆積速度を下げる傾向がある。さらに、ゲルマニウムを混ぜたシリコン膜は、ゲルマニウムを含まないものよりも光によって分解される傾向がある。さらに、ゲルマン（シリコンゲルマニウム合金を堆積させるために使用される原料ガス）は高価で危険である。
ゲルマニウムをシリコン膜に混ぜることに代えて、非晶質シリコン膜に代えて微晶質シリコン膜としてシリコン膜を堆積させることによって、光起電装置中のシリコン膜のエネルギーバンドギャップを低下させることができる。非晶質シリコン膜は、一般に、微晶質の状態で堆積させたシリコン膜より大きいエネルギーバンドギャップを有する。いくつかの既知の光起電装置は、微晶質のシリコン膜に連続的に積層させた非晶質のシリコン膜を有する半導体層スタックを含む。そのような装置においては、接合体におけるキャリア輸送に伴うロスを低減するために、非晶質シリコン膜を比較的に薄い厚さで堆積させる。例えば、入射光によってシリコン原子から励起されて、上部電極又は下部電極に届く前に他のシリコン原子又は他の電子及び孔に再結合する電子及び孔の量を減らすために、非晶質シリコン膜を薄い厚さで堆積させることができる。電極に届かない電子及び孔は、光起電装置によって生じる電圧又は電流に寄与しない。しかし、非晶質シリコン接合体の厚さが薄くなるにつれて、非晶質シリコン接合体によって吸収される光がより少なくなり、シリコン膜中の光電流の流れが減少する。結果として、入射光を電流に変換する際の光起電装置の効率は、装置スタック中の非晶質シリコン接合体によって限定される可能性がある。
比較的薄い非晶質シリコン膜を有するいくつかの光起電装置においては、活性非晶質シリコン膜を有する装置中の光起電電池の表面積を、その電池の不活性領域に対して大きくしてもよい。活性領域は、入射光を電力に変換するシリコン膜を含む。一方で、非活性領域又は不活性領域は、シリコン膜が存在しない又は入射光を電力に変換しない電池の一部分を含む。装置中の不活性領域に対して、装置中の光起電電池の活性領域を増加させることによって、その光起電装置によって生成される電力を増加させることができる。例えば、活性非晶質シリコン膜を有する一体的に統合された薄膜光起電モジュールの電池の幅を大きくすることは、モジュールにおいて光に暴露される活性光起電材料の割合又はパーセンテージを増大させる。活性光起電材料の割合が増加すると、その装置によって生じる全光電流が増大し得る。
電池の幅を長くすることによっても、その装置の光透過電極の大きさ又は面積が大きくなる。光透過電極は、装置の電圧又は電流を生じさせるために電池において生成された電子又は孔を伝導する電極である。光透過電極の大きさ又は面積が大きくなると、光透過電極の電気抵抗（Ｒ）も増加する。光透過電極を通る電流（Ｉ）も増加し得る。光透過電極を通る電流及び光透過電極の抵抗が増加すると、光起電装置においてＩ２Ｒ損失のようなエネルギーロスが増加する。エネルギーロスが増加すると、光起電装置が効率的でなくなり、装置によって生成される電力が小さくなる。したがって、一体的に統合された薄膜光起電装置においては、装置中の活性光起電材料の割合と、装置の透明な導電性電極において生じるエネルギーロスとの間に相反関係が存在する。
入射光を電流に変換する際の高められた効率を有する及び／又は低減されたエネルギーロスを有する光起電装置の必要性が存在する。
一実施形態において、光起電モジュールを製造する方法を提供する。この方法は、電気絶縁基材及び下部電極を提供するステップと、下部電極の上にシリコン層の下部スタックを堆積させるステップと、下部スタックの上にシリコン層の上部スタックを堆積させるステップとを含む。下部スタック及び上部スタックは、Ｎ−Ｉ−Ｐ接合体を含む。下部スタックは、少なくとも１．６０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。一方で、上部スタックは、少なくとも１．８０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。この方法は、上部スタックの上に上部電極を提供するステップをさらに含む。下部スタック及び上部スタックは、下部スタック及び上部スタックが光の異なる部分を光の波長に基づいて電位に変換するようにして、入射光を上部電極と下部電極との間の電位に変換する。
他の一実施形態において、一体的に統合された光起電モジュールを提供する。このモジュールは、電気絶縁基材と、その基材の上の下部電極と、その下部電極の上のシリコン層の下部スタックと、その下部スタックの上のシリコン層の上部スタックと、上部スタックの上の上部電極とを含む。下部スタックは、少なくとも１．６０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。一方で、上部スタックは、少なくとも１．８０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する。上部スタックのエネルギーバンドギャップは、下部スタック及び上部スタックが入射光の異なる部分を光の波長に基づいて上部電極と下部電極との間の電位に変換できるように、下部スタックのエネルギーバンドギャップよりも大きい。
図１は、一実施形態による基材形態光起電電池の概略図である。
図２は、図１に示されているテンプレート層中の一実施形態による構造を概略的に示している。
図３は、図１に示されているテンプレート層中の他の一実施形態による構造を概略的に示している。
図４は、図１に示されているテンプレート層中の他の一実施形態による構造を概略的に示している。
図５は、一実施形態による基材形態光起電装置５００の概略図である。
図６は、一実施形態による基材形態の光起電装置を製造するプロセスのフローチャートである。
先の概略、及び、本明細書に記載されている技術の特定の実施形態の下記の詳細な記載は、添付図面と共に読めば一層よく理解されるであろう。本明細書に記載されている技術を図示する目的で特定の実施形態が図面に示されている。しかしながら、本明細書に記載されている技術は、添付図面に示されている装置及び手段に限定されないように理解しなければならない。さらに、図面中の構成材が縮尺通りのものではないことを理解しなければならない。また、別の構成材に対するある構成材の相対的な大きさを、そのような相対的な大きさを要求するものとして解釈又は理解してはならない。
図１は、一実施形態による基材形態の光起電電池１００の概略図である。電池１００は、基材１０２及び光透過カバー層１０４を含み、基材１０２とカバー層１０４との間に２つの半導体接合部スタック、又は２つの層スタック、１０６及び１０８が配置されている。一実施形態において、半導体接合体スタック１０６及び１０８は、シリコンのＮ−Ｉ−Ｐ層スタックを含む。電池１００は基材形態の光起電電池である。例えば、基材１０２の反対側のカバー層１０４の上から電池１００に入射する光は、電池１００によって電位に変換される。光は、電池１００のカバー層１０４並びにさらなる層及び構成材を通過して上部層スタック１０６及び中間層スタック１０８の方へ進む。光は、上部層スタック１０６及び中間層スタック１０８によって吸収される。
光の中の光子は、電子を励起し、層スタック１０６及び１０８中の原子から電子を分離させる。電子が原子から分離するときに、相補的なプラス電荷、又は孔が生じる。層スタック１０６及び１０８は、光の波長のスペクトルの異なる部分を吸収する異なるエネルギーバンドギャップを有する。電子は、層スタック１０６及び１０８を通って漂流又は拡散し、上部電極１１２及び下部電極１１４の１つ、又は、電極１１２及び１１４の１つに集められる。孔は、上部電極１１２及び下部電極１１４を通って漂流又は拡散し、上部電極１１２及び下部電極１１４の他方に集められる。上部電極１１２及び下部電極１１４における電子及び孔の集合は、電池１００において電位差を生じさせる。電池１００における電圧差を、さらなる電池（図示せず）において生成される電位差に加えることができる。以下に記載するように、電池１００によって生じる全電位差を増加させるために、互いに連続的に連結された複数の電池１００において生じる電位差を一緒に合計することができる。電流は、隣接する電池１００の間の電子及び孔の流れによって生じる。電流を、電池１００から取り出して外部の電気負荷に適用することができる。
電池１００の構成材及び層は、図１に概略的に図示されている。図１に示されている構成材及び層の形状、方向及び相対的な大きさは、限定するように意図するされていない。基材１０２は、電池１００の底に、又は、電流に変換される入射光を受け入れる側面の反対である電池１００の側面に位置する。基材１０２は、電池１００の他の層及び構成材に機械的支持を与える。基材１０２は、非導電材料などの誘電材料を含むか、又は、該材料から形成される。基材１０２は、摂氏約７５０℃未満の軟化点を有する１つ又はそれ以上の誘電材料などのように、比較的低い軟化点を有する誘電体から形成することができる。単なる例として、基材１０２は、ソーダ石灰フロートガラス、低鉄フロートガラス、又は、少なくとも１０重量パーセントの酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含むガラスから形成することができる。他の一例においては、フロートガラス又はホウケイ酸塩ガラスのような他の種類のガラスから基材を形成することができる。あるいは、基材１０２は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は酸化アルミニウム（アルミナ、又はＡｌ２Ｏ３）のようなセラミックから形成される。他の一実施形態において、基材１０２は、金属などの導電材料から形成される。単なる例として、基材１０２は、ステンレススチール、アルミニウム又はチタンから形成することができる。
基材１０２は、電池１００の製造及び取扱の間に電池１００において機械的安定性及び熱安定性を与えながら、電池１００の残りの層を機械的支持するのに充分な厚さを有する。一実施形態において、基材１０２は、厚さが約少なくとも０．７ミリメートル〜５．０ミリメートルである。単なる例として、基材１０２は、厚さ約２ミリメートルのフロートガラスの層であってもよい。あるいは、基材１０２は、厚さ約１．１ミリメートルのホウケイ酸ガラスの層であってもよい。他の一実施形態において、基材１０２は、厚さ約３．３ミリメートルの低鉄又は標準のフロートガラスの層であってもよい。
凹凸テンプレート層１１６は基材１０２の上に堆積させることができる。あるいは、テンプレート層１１６が電池１００に含まれない。テンプレート層１１６は、テンプレート層１１６の上に又は上方に堆積させた電池１００の中の層及び構成材の１つ又はそれ以上に凹凸を与える制御された所定の三次元的凹凸を有する層である。一実施形態において、この凹凸テンプレート層１１６は、２０１０年４月１９日に提出された「光起電電池及び薄膜シリコンにおいて光捕捉を高める方法（Photovoltaic Cells And Methods To Enhance Light Trapping In Thin Film Silicon）」と題された同時係属中の米国非仮特許出願シリアルＮｏ．１２／７６２，８８０（８８０出願）に記載されている実施形態の１つに従って堆積及び形成することができる。８８０出願の全開示は、参照することによって本明細書にそっくりそのまま組み込まれている。８８０出願に関して、テンプレート層１１６の凹凸は、テンプレート層１１６の１つ又はそれ以上の構造２００、３００、４００（図２乃至図４に示されている）の形状及び大きさによって定義することができる。テンプレート層１１６は基材１０２の上に堆積させる。例えば、テンプレート層１１６を基材１０２の上に直接堆積させることができる。
図２は、一実施形態によるテンプレート層１１６中のピーク構造２００を概略的に示している。テンプレート層１１６の上の層において所定の凹凸を与えるために、テンプレート層１１６の中にピーク構造２００を作成する。構造２００はテンプレート層１１６の上面２０２に沿った鋭いピークのようにみえるので、構造２００はピーク構造２００と呼ばれる。ピーク構造２００は、ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、ピッチ２０６、移行形状２０８及び底部幅（Ｗｂ）２１０を含む１つ又はそれ以上のパラメータによって決定される。図２に示されているように、ピーク構造２００は、基材１０２からの距離が長くなるにつれて幅が短くなる形状として形成される。例えば、ピーク構造２００は、基材１０２の位置又はその近くに存在する底２１２からいくつかのピーク２１４の方へ向かって大きさが小さくなる。ピーク構造２００は、図２の二次元図において三角形として表されているが、代替的に、三次元的にピラミッド又は円錐の形状を有していてもよい。
ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４は、２つのピーク構造２００の間の移行形状２０８からピーク２１４までの距離の平均値又は中央値を表す。例えば、テンプレート層１１６は、ピーク２１４の底２１２まで又は移行形状２０８の領域まで、略平坦な層として堆積させることができる。ピーク２１４を形成するためにテンプレート層１１６を堆積し続けることができる。底２１２又は移行形状２０８とピーク２１４との間の距離がピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４であってもよい。
ピッチ２０６は、２つのピーク構造２００の２つのピーク２１４の間の距離の平均値又は中央値を表す。ピッチ２０６は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、ピッチ２０６は、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同一であってもよい。他の一実施形態において、ピッチ２０６は様々な方向において異なっていてもよい。あるいは、ピッチ２０６は、隣接する２つのピーク構造２００の上の他の同様な２つの点の間の距離の平均値又は中央値を表すものであってもよい。移行形状２０８は、２つのピーク構造２００の間のテンプレート層１１６の上面２０２の一般的な形状である。図示した実施形態に示されているように、移行形状２０８は、平坦な「ファセット」の形態をとることができる。あるいは、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０は、ピーク構造２００とテンプレート層１１６の底２１２との間の界面においてピーク構造２００を横切る距離の平均値又は中央値である。底部幅（Ｗｂ）２１０は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、底部幅（Ｗｂ）２１０は、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同一であってもよい。あるいは、底部幅（Ｗｂ）２１０は、様々な方向において異なっていてもよい。
図３は、一実施形態によるテンプレート層１１６の谷構造３００を示している。谷構造３００の形状は、図２に示されているピーク構造２００の形状とは異なるが、図２に関する上記パラメータの１つ又はそれ以上によって定義することができる。例えば、谷構造３００は、ピーク高さ（Ｈｐｋ）３０２、ピッチ３０４、移行形状３０６及び底部幅（Ｗｂ）３０８によって定義することができる。谷構造３００は、谷構造３００の上面３１０からテンプレート層１１６の中へ伸びる凹部又はくぼみとして形成される。谷構造３００は、図３の二次元図において放物形を有するものとして示されているが、三次元的に円錐形、ピラミッド、又は、放物面の形状を有していてもよい。実施において、谷構造３００は、理想的な放物線の形状とわずかに異なっていてもよい。
一般的に、谷構造３００は、上面３１０からテンプレート層１１６の中へ下方に、かつ、基材１０２の方へ伸びるくぼみを含む。谷構造３００は、２つの移行形状３０６の間に位置するテンプレート層１１６の低点又は底３１２の方へ下方に伸びる。ピーク高さ（Ｈｐｋ）３０２は、上面３１０と低点３１２との間の距離の平均値又は中央値を表す。ピッチ３０４は、谷構造３００の同じ位置又は共通する位置の間の距離の平均値又は中央値を表す。例えば、ピッチ３０４は、谷構造３００の間に伸びる移行形状３０６の中央点の間の距離であってもよい。ピッチ３０４は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、ピッチ３０４は、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同一であってもよい。他の一実施形態において、ピッチ３０４は、様々な方向において異なっていてもよい。あるいは、ピッチ３０４は、２つの谷構造３００の２つの低点３１２の間の距離を表すものであってもよい。あるいは、ピッチ３０４は、隣接する２つの谷構造３００の上の他の同様な２つの位置の間の距離の平均値又は中央値を表すものであってもよい。
移行形状３０６は、２つの谷構造３００の間の上面３１０の一般的な形状である。図示した実施形態に示されているように、移行形状３０６は、平坦な「ファセット」の形態をとることができる。あるいは、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）３０８は、隣接する２つの谷構造３００の２つの低点３１２の間の距離の平均値又は中央値を表す。あるいは、底部幅（Ｗｂ）３０８は、移行形状３０６の中央点の間の距離を表すものであってもよい。底部幅（Ｗｂ）３０８は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、底部幅（Ｗｂ）３０８は、基材１０２に対して平行に延在する２つの垂直方向において同一であってもよい。あるいは、底部幅（Ｗｂ）３０８は、様々な方向において異なっていてもよい。
図４は、一実施形態によるテンプレート層１１６の円形構造４００を示している。円形構造４００の形状は、図２に示されているピーク構造２００及び図３に示されている谷構造３００の形状とは異なるが、図２及び図３に関する上記パラメータの１つ又はそれ以上によって定義することができる。例えば、円形構造４００は、ピーク高さ（Ｈｐｋ）４０２、ピッチ４０４、移行形状４０６及び底部幅（Ｗｂ）４０８によって定義することができる。円形構造４００は、テンプレート層１１４の上面４１４の突部であって、テンプレート層１１４の基膜４１０から上方へ伸びる突部として形成される。円形構造４００は、略放物線又は略円形の形状を有していてもよい。実施において、円形構造４００は、理想的な放物線の形状とわずかに異なっていてもよい。円形構造４００は、図４の二次元図において放物線として表されているが、代替的に、円形構造４００は、三次元的な放物面、ピラミッド又は円錐の形状であって、基材１０２から上方に離れるように伸びる形状を有していてもよい。
一般に、円形構造４００は、基膜４１０から上方に、かつ、基材１０２から遠ざかるように、円形の高点又は円形の頂点４１２まで突出している。ピーク高さ（Ｈｐｋ）４０２は、基膜４１０と高点４１２との間の距離の平均値又は中央値を表す。ピッチ４０４は、２つの円形構造４００の同じ又は共通する２つの位置の間の距離の平均値又は中央値を表す。ピッチ４０４は、例えば、２つの高点４１２の間の距離であってもよい。ピッチ４０４は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、ピッチ４０４は、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同一であってもよい。あるいは、ピッチ４０４は、様々な方向に沿って異なっていてもよい。他の一例において、ピッチ４０４は、２つの円形構造４００の間に延在する移行形状４０６の中間点の間の距離を表すものであってもよい。あるいは、ピッチ４０４は、隣接する２つの円形構造４００の上の他の同様な点の間の距離の平均値又は中央値を表す。
移行形状４０６は、円形構造４００の間の上面４１４の一般的な形状である。図示した実施形態に示されているように、移行形状４０６は、平坦な「ファセット」の形態をとることができる。代替的に、この平坦なファセット形状は、三次元的にみたときに円錐又はピラミッドであってもよい。底部幅（Ｗｂ）４０８は、円形構造４００の両側の移行形状４０６の間の距離の平均値又は中央値を表す。代替的に、底部幅（Ｗｂ）４０８は、移行形状４０６の中央点の間の距離を表すものであってもよい。
一実施形態によれば、構造２００、３００、４００のピッチ２０４、３０２、４０２、及び／又は、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、約４００ナノメートルから約１５００ナノメートルである。代替的に、構造２００、３００、４００のピッチ２０４、３０２、４０２は、約４００ナノメートル未満又は約１５００ナノメートル超であってもよい。構造２００、３００、４００のピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２の平均値又は中央値は、対応する構造２００、３００、４００のためのピッチ２０６、３０４、４０４の約２５〜８０％であってもよい。代替的に、この平均のピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２は、ピッチ２０６、３０４、４０４に対して異なる比率であってもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、ピッチ２０６、３０４、４０４と略同一であってもよい。他の一実施形態において、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、ピッチ２０６、３０４、４０４と異なっていてもよい。底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、２つ以上の方向において略同一であってもよい。例えば、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、基材１０２に対して平行に伸びる２つの垂直方向において同じであってもよい。代替的に、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、様々な方向に沿って異なっていてもよい。
テンプレート層１１６の中の構造２００、３００、４００のパラメータは、光起電電池１００（図１に示されている）が二重接合体又は三重接合体の電池１００であるか、及び／又は、スタック１０６、１０８、１１０（図１に示されている）の中の半導体の膜又は層のどれが電流制限層であるかによって異なってもよい。例えば、層スタック１０６、１０８、１１０は、Ｎ−Ｉ−Ｐ及び／又はＰ−Ｉ−Ｎのドープした非晶質の又はドープされた微晶質のシリコン層の３つ以上のスタックを含んでいてもよい。上述されている１つ以上のパラメータは、Ｎ−Ｉ−Ｐスタック及び／又はＰ−Ｉ−Ｎスタック中のどの半導体層が電流制限層であるかに基づいていてもよい。例えば、Ｎ−Ｉ−Ｐスタック及び／又はＰ−Ｉ−Ｎスタック中の層の１つ又はそれ以上は、光が光起電電池１００にぶつかるときに光起電電池１００によって生成される電流の量を制限することができる。構造２００、３００、４００のパラメータの１つ又はそれ以上は、これらの層のどれが電流制限層であるかに基づいていてもよい。
一実施形態において、光起電電池１００（図１に示されている）が層スタック１０６、１０８、１１０（図１に示されている）の１つ又はそれ以上の中に微晶質のシリコン層を含み、かつ、その微晶質のシリコン層が層スタック１０６、１０８、１１０の電流制限層である場合には、微晶質のシリコン層の下方のテンプレート層１１６中の構造２００、３００、４００のピッチ２０６、３０４、４０４は、約５００ナノメートルから１５００ナノメートルの間であってもよい。この微晶質のシリコン層は、約５００ナノメートル〜１５００ナノメートルの波長を有する赤外線に対応するエネルギーバンドギャップを有する。例えば、ピッチ２０６、４０４、５０４が波長とほぼ一致する場合には、構造２００、３００、４００は、５００ナノメートル〜１５００ナノメートルの波長を有する赤外線をより多く反射することができる。構造２００、３００、４００の移行形状２０８、３０６、４０６は、平坦なファセットであってもよい。また、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８は、ピッチ２０６、３０４、４０４の６０％から１００％であってもよい。ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２は、ピッチ２０６、３０４、４０４の２５％から７５％の間であってもよい。例えば、ピッチ２０６、３０４、４０４に対するピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０２の比率は、構造２００、３００、４００において他の比率に比べてより多くの光をシリコン層スタック１０６、１０８、１１０の中へ戻すように反射する散乱角を与えることができる。
他の一例において、光起電電池１００（図１に示されている）が、非晶質シリコンから形成された又は非晶質シリコンを含む１つ又はそれ以上の層スタック１０６、１０８、１１０を含む場合には、テンプレート層１１６のためのピッチ２０６、３０４、４０４の範囲は、層スタック１０６、１０８、１１０（図１に示されている）のどれが電流制限スタックであるかによって異なってもよい。上部層スタック１０６及び／又は中間層スタック１０８が微晶質のＮ−Ｉ−Ｐ又はＰ−Ｉ−Ｎのドープ半導体層スタックを含み、かつ、下部層スタック１１０が非晶質のＮ−Ｉ―Ｐ又はＰ−Ｉ−Ｎのドープ半導体層スタックを含み、かつ、上部層スタック１０６及び／又は中間層スタック１０８が電流制限層である場合には、ピッチ２０６、３０４、５０４は、約５００ナノメートル〜１５００ナノメートルの間であってもよい。対照的に、下部シリコン層スタック１０８が電流制限層である場合には、ピッチ２０６、３０４、４０４は、約３５０ナノメートル〜１０００ナノメートルの間であってもよい。
図１に示されている電池１００の検討に戻る。テンプレート層１１６は、８８０出願に記載されている実施形態の１つ以上に従って形成することができる。例えば、テンプレート層１１６は、基材１０２の上に非晶質シリコン層を堆積させ、その後に、非晶質シリコンの上面に置いた二酸化ケイ素球体による反応性イオンエッチングを使用して非晶質シリコンに凹凸を付けることによって形成することができる。代替的に、テンプレート層１１６は、基材１０２の上にアルミニウム及びタンタルの二重層をスパッタリングし、次に、テンプレート層１１６を陽極処理することによって形成することができる。他の一実施形態において、テンプレート層は、凹凸フッ素ドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）膜を常圧化学蒸着を用いて堆積させることによって形成することができる。テンプレート層１１６のこれらの膜の１つ以上は、アサヒガラス社又はPilkingtonガラスのような業者から入手可能である。他の代替的な一実施形態において、テンプレート層１１６は、基材１０２に静電荷を適用し、次に、その帯電した基材１０２を反対に帯電した粒子を有する環境中に置くことによって形成することができる。静電力は、荷電粒子を基材１０２に対して引き寄せることによって、テンプレート層１１６を形成する。その後に、その粒子は、次の堆積ステップにおいて粒子に粘着性の「接着剤」層（図示せず）を堆積させることによって、又は、その粒子と基材１０２とをアニーリングすることによって、基材１０２に永続的に付着させる。微粒子材料の例には、炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、ダイヤモンド及びＣＶＤダイヤモンドのような、ファセットセラミックス及びダイヤモンド様物質粒子が含まれる。
下部電極１１４は、テンプレート層１１６の上に堆積させる。下部電極１１４は、導電性反射層１１８と導電性緩衝層１２０とで構成されている。反射層１１８は、テンプレート層１１６の上に堆積させる。例えば、反射層１１８は、テンプレート層１１６の上に直接堆積させることができる。反射層１１８は、テンプレート層１１６によって決定される凹凸の上面１２２を有する。例えば、反射層１１８が、テンプレート層１１６の構造２００、３００、４００（図２〜図４に示されている）に対して大きさ及び／又は形状において類似した構造（図示せず）を含むように、反射層１１８をテンプレート層１１６の上に堆積させることができる。
反射層１１８は、銀のような反射性導電材料を含むか又は該材料から形成することができる。代替的に、反射層１１８は、アルミニウム又は銀若しくはアルミニウムを含む合金を含むか、又は、それらから形成することができる。反射層１１８は、一実施形態において厚さ約１００ナノメートル〜３００ナノメートルであり、テンプレート層１１６の上に反射層１１８の材料をスパッタリングすることによって堆積させることができる。
反射層１１８は、導電層と、層スタック１０６、１０８の中へ光を上方に反射するための反射面とを与える。例えば、カバー層１０４の上に入射して層スタック１０６、１０８を通過する光の一部は、層スタック１０６、１０８によって吸収されない可能性がある。光のこの部分は、反射したその光が層スタック１０６、１０８によって吸収されるように、層スタック１０６、１０８の中へ戻るように反射層１１８に反射することができる。反射層１１８の凹凸上面１２２は、層スタック１０６、１０８の平面内への光の部分的又は完全な散乱によって、吸収又は「補足」される光の量を増加させる。入射光の波長の所望の又は所定の範囲に対して層スタック１０６、１０８、１１０の中に補足される光の量を増加させるように、ピーク高さ（Ｈｐｋ）２０４、３０２、４０３、ピッチ２０６、３０４、４０４、移行形状２０８、３０６、４０６、及び、底部幅（Ｗｂ）２１０、３０８、４０８（図２〜図４に示されている）を変更することができる。
緩衝層１２０は、反射層１１８の上に堆積させるものであり、反射層１１８の上に直接堆積させることができる。緩衝層１２０は、下部層スタック１０８に対して電気接点を与える。例えば、緩衝層１２０は、透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）材料であって、下部層スタック１０８の中の活性シリコン層と電気的に連結された材料を含むか又は該材料から形成することができる。一実施形態において、緩衝層１２０は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、酸化亜鉛、及び／又は、インジウムスズ酸化物を含む。緩衝層１２０は、約５０ナノメートル〜５００ナノメートルの厚さで堆積させることができるが、異なる厚さを用いることもできる。
一実施形態において、緩衝層１２０は、反射層１１８と下部層スタック１０８との間の化学的緩衝を提供する。例えば、緩衝層１２０は、電池１００の加工中及び製造中の反射層１１８による下部層スタック１０８に対する化学攻撃を防ぐことができる。緩衝層１２０は、下部層スタック１０８の中のシリコンの汚染を遅延させ又は防止し、下部層スタック１０８におけるプラズモン吸収ロスを低減することができる。
緩衝層１２０は、反射層１１８と下部層スタック１０８との間の光学的緩衝を提供することができる。例えば、緩衝層１２０は、反射層１１８に反射される波長の所定範囲内の光の量を増加させる厚さで堆積させた光透過層であってもよい。緩衝層１２０の厚さは、光の特定の波長が、緩衝層１２０を通過し、反射層１１８に反射し、緩衝層１２０を戻るように通過し、下部層スタック１０８の中へ入るようにすることができる。単なる例として、緩衝層１２０は、約７５ナノメートル〜８０ナノメートルの厚さで堆積させることができる。
下部層スタック１０８は、下部電極１１４の上方に堆積させるか又は下部電極１１４の上に直接堆積させる。下部層スタック１０８は、約１００ナノメートル〜６００ナノメートルの厚さで堆積させることができるが、その他の厚さで下部層スタック１０８を堆積させることもできる。一実施形態において、下部層スタック１０８は、シリコンの３つの副層１３２、１３４、１３６を含む。
副層１３２、１３４、１３６は、それぞれ、ｎ−ドープの、真性の、及び、ｐ−ドープの非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜であってもよい。例えば、副層１３２、１３４、１３６は、非晶質のＮ−Ｉ−Ｐの接合体又は層スタックを形成することができる。一実施形態において、下部層スタック１０８は、副層１３２、１３４、１３６の中にゲルマニウム（Ｇｅ）を含まない、又は、ゲルマニウム（Ｇｅ）が存在しない複数のシリコン層の接合体スタックとして堆積させる。下部層スタック１０８は、例えば、０．０１％以下のゲルマニウム含有量を有していてもよい。ゲルマニウム含有量は、下部層スタック１０８の中の他の材料に対する下部層スタック１０８の中のゲルマニウムの量を表す。副層１３２、１３４、１３６は、比較的高い堆積温度でプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積させることができる。例えば、副層１３２、１３４、１３６は、摂氏約２００℃〜３５０℃の温度で堆積させることができる。一実施形態において、上部副層１３６を摂氏約２００度の温度で堆積させる一方で、その下の２つの副層１３２及び１３４を摂氏約２５０℃〜３５０℃の温度で堆積させる。上部副層１３６は、例えば、摂氏１５０℃〜２５０℃の間の温度で堆積させることができる。
比較的高い堆積温度における副層１３２、１３４、１３６の堆積は、より低い堆積温度で堆積させた非晶質シリコン層と比較して、下部層スタック１０８のエネルギーバンドギャップを低下させることができる。非晶質シリコンの堆積温度を上げるにつれて、シリコンのエネルギーバンドギャップを低下させることができる。例えば、摂氏約２００℃〜３５０℃の間の温度で非晶質シリコン層として副層１３２、１３４、１３６を堆積させることは、下部層スタック１０８のバンドギャップを、少なくとも１．６５ｅＶなどのように約１．６０ｅＶ〜１．８０ｅＶにすることができる。下部層スタック１０８のバンドギャップを低下させることによって、副層１３２、１３４、１３６が入射光中の波長のスペクトルのより多い部分を吸収できるようにし、電気的に直列に相互に連結された複数の電池１００によって生じる電流をより大きくすることができる。
下部層スタック１０８の中の副層１３２、１３４、１３６の１つ又はそれ以上の比較的高い堆積温度における堆積は、下部層スタック１０８の水素含量の測定によって確認することができる。一実施形態において、摂氏約２５０℃超の温度で副層１３２、１３４、１３６を堆積させた場合には、副層１３２、１３４、１３６の１つ又はそれ以上の最終水素含量が約１２原子パーセント未満である。他の一実施形態において、摂氏約２５０℃超の温度で副層１３２、１３４、１３６を堆積させた場合には、副層１３２、１３４、１３６の１つ又はそれ以上の最終水素含量が約１０原子パーセント未満である。他の一実施形態において、摂氏約２５０℃超の温度で副層１３２、１３４、１３６を堆積させた場合には、副層１３２−１３６の１つ又はそれ以上の最終水素含量が約８原子パーセント未満である。二次イオン質量分析計（「ＳＩＭＳ」）を使用して、副層１３２−１３６の１つ以上における最終水素含量を測定することができる。副層１３２−１３６の１つ以上のサンプルをＳＩＭＳに入れる。その後、イオンビームでサンプルをスパッタリングする。イオンビームによってサンプルから二次イオンを放出させる。二次イオンを回収し、質量分析計を使用して分析する。その後、質量分析計によってサンプルの分子組成を決定する。質量分析計によってサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。代替的に、フーリエ変換赤外分光分光法（「ＦＴＩＲ」）を使用して、副層１３２、１３４、１３６の１つ以上における最終水素濃度を測定することができる。その後、ＦＴＩＲにおいて、副層１３２、１３４、１３６の１つ又はそれ以上のサンプルを通すように赤外線のビームを送る。サンプル中の異なる分子構造及び分子種は、赤外線を異なるように吸収することができる。サンプル中の異なる分子種の相対濃度に基づいて、サンプル中の分子種のスペクトルが得られる。このスペクトルからサンプル中の水素の原子パーセントを決定することができる。代替的に、いくつかのスペクトルを得て、そのスペクトルのグループからサンプル中の水素の原子パーセントを決定する。
以下に記載するように、上部副層１３６はｐ−ドープシリコン膜であってもよい。上部副層１３６がｐ−ドープ膜であるような一実施形態においては、上部副層１３６を摂氏約１５０℃〜２００℃の範囲内の比較的低い温度で堆積させる一方で、下部副層１３２及び中間副層１３４を摂氏約２５０℃〜３５０℃の範囲内の比較的高い堆積温度で堆積させることができる。ｐ−ドープ上部副層１３６と真性中間副層１３４との間の相互拡散の量を減らすために、ｐ−ドープ上部の副層１３６をより低い温度で堆積させる。より低い温度でｐ−ドープ上部副層１３６を堆積させることは、上部副層１３６のバンドギャップを高めることができ、及び／又は、可視光が上部副層１３６をより透過できるようにする。
下部副層１３２は、ｎ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、下部副層１３２は、約１〜３トールの真空圧力で、かつ、約２００〜４００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ２）と、シラン（ＳｉＨ４）と、ホスフィン又は三水素化りん（ＰＨ３）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。下部副層１３２を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約４〜１２部の水素ガス：約１部のシラン：約０．００７部のホスフィンであってもよい。
中間副層１３４は、真性シリコンの非晶質層であってもよい。代替的に、中間副層１３４は、真性シリコンの多形態の層であってもよい。一実施形態において、中間副層１３４は、約１〜３トールの真空圧力で、かつ、約１００〜４００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積させる。中間副層１３４を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約４〜１２部の水素ガス：約１部のシランであってもよい。
一実施形態において、上部副層１３６はｐ−ドープシリコンのプロト結晶層である。代替的に、上部副層１３６はｐ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、上部副層１３６は、約１〜２トールの真空圧力で、かつ、約２００〜４００ワットのエネルギーで、かつ、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）と三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、ＴＭＢ又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）との組み合わせ原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で摂氏約２００℃の温度で堆積させる。上部副層１３６を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約１００部〜２０００部の水素ガス：約１部のシラン：約０．１部〜１部のドーパントガスであってもよい。
３つの副層１３２、１３４、１３６は、活性シリコン層のＮ−Ｉ−Ｐ接合体又は層スタックを形成することができる。下部層スタック１０８は、上部層スタック１０６のエネルギーバンドギャップと異なるエネルギーバンドギャップを有していてもよい。下部層スタック１０６及び上部層スタック１０８の異なるエネルギーバンドギャップは、下部層スタック１０６及び上部層スタック１０８が、入射光の異なる波長を吸収できるようにし、入射光を電位及び／又は電流に変換する際の電池１００の効率を高めることができる。
上部層スタック１０６は、下部層スタック１０８の上に堆積させる。例えば、上部層スタック１０６は、下部層スタック１０８の上に直接堆積させることができる。一実施形態においては、上部層スタック１０６を約５０ナノメートル〜２００ナノメートルの厚さで堆積させるが、異なる厚さで上部層スタック１０６を堆積させることもできる。上部層スタック１０６は、シリコンの３つの副層１３８、１４０、１４２を含んでいてもよい。一実施形態において、副層１３８、１４０、１４２は、ｎ−ドープの、真性の、及び、ｐ−ドープの非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜であり、これらの膜がＮ−Ｉ−Ｐ接合体又は層スタックを形成する。副層１３８、１４０、１４２は、比較的低い堆積温度でプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積させることができる。例えば、副層１３８、１４０、１４２は、摂氏約１５０℃〜２２０℃の温度で堆積させることができる。
比較的低い堆積温度における副層１３８、１４０、１４２の堆積は、下部層スタック１０８の中の副層１３２、１３４、１３６の間の、及び／又は、上部層スタック１０６の中の副層１３８、１４０、１４２の間のドーパントの相互拡散を低減することができる。副層１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２を加熱する温度が上昇するにつれて、副層１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２における、及び、これらの副層間のドーパントの相互拡散が増大する。より低い堆積温度を使用することは、副層１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２におけるドーパント相互拡散の量を減らすことができる。所定の副層１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２においてより低い堆積温度を使用することは、電池１００の中の内在する副層１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２からの水素放出を減らすことができる。
比較的低い堆積温度における副層１３８、１４０、１４２の堆積は、より高い堆積温度で堆積させた非晶質シリコン層と比較して、上部層スタック１０６のエネルギーバンドギャップを高めることができる。例えば、摂氏約１５０℃〜２００℃の間の温度で非晶質シリコン層として副層１３８、１４０、１４２を堆積させることによって、上部層スタック１０６のバンドギャップを約１．８０ｅＶ〜２．００ｅＶにすることができる。上部層スタック１０６のバンドギャップを高めることによって、上部層スタック１０６が、入射光中の波長のスペクトルのより少ない部分を吸収するようにし、電池１００において生じる電位差を増大させることができる。
下部副層１３８はｎ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、下部副層１３０は、約１〜３トールの真空圧力で、かつ、約２００〜４００ワットのエネルギーで、かつ、水素（Ｈ２）とシラン（ＳｉＨ４）とホスフィン又は三水素化りん（ＰＨ３）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で摂氏約１５０℃〜２２０℃の間の温度で堆積させる。下部副層１３８を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約４部〜１２部の水素ガス：約１部のシラン：約０．００５部のホスフィンであってもよい。
中間副層１４０は真性シリコンの非晶質層であってもよい。代替的に、中間副層１４０は真性シリコンの多形態の層であってもよい。一実施形態において、中間副層１４０は、約１〜３トールの真空圧力で、かつ、約２００〜４００ワットのエネルギーで、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で摂氏約１５０℃〜２２０℃の間の温度で堆積させる。中間副層１４０を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約４部〜２０部の水素ガス：約１部のシランであってもよい。
一実施形態において、上部副層１４２はｐ−ドープシリコンのプロト結晶層である。代替的に、上部副層１４２はｐ−ドープシリコンの非晶質層であってもよい。一実施形態において、上部副層１４２は、約１〜２トールの真空圧力で、約２０００〜３０００ワットのエネルギーで、かつ、水素（Ｈ）とシラン（ＳｉＨ４）と三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、ＴＭＢ又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）との組み合わせの原料ガスを使用して、約１３．５６ＭＨｚの動作周波数のＰＥＣＶＤチャンバ内で摂氏約１５０℃〜２００℃の間の温度で堆積させる。上部副層１４２を堆積させるために使用される原料ガスの比率は、約１００部〜２００部の水素ガス：約１部のシラン：約０．１部〜１部のドーパントガスであってもよい。
上述したように、上部層スタック１０６と下部層スタック１０８とは、入射光波長のスペクトルの異なる部分をそれぞれ吸収するように、異なるエネルギーバンドギャップを有していてもよい。一実施形態において、層スタック１０６、１０８は、層スタック１０６、１０８の２つ以上が入射光の波長の少なくとも部分的にオーバーラップするスペクトルを吸収するようにして、光の波長の異なる集合をそれぞれ吸収することができる。上部層スタック１０６は、下部層スタック１０８より大きいエネルギーバンドギャップを有していてもよい。電池１００の中の異なるエネルギーバンドギャップは、電池１００が入射光の相当多くの部分を電流に変換できるようにする。例えば、下部層スタック１０８は、下部層スタック１０８の最も小さいエネルギーバンドギャップによって入射光の最も長い波長を吸収することができる。一方で、上部層スタック１０６は、上部層スタック１０６の最も大きいエネルギーバンドギャップによって下部層スタック１０８に対する入射光のより短い波長を吸収することができる。例えば、上部層スタック１０６は、層スタック１０６、１０８の中で最大の電位を提供しながら、入射する可視光の様々な波長を吸収することができる。
層スタック１０６、１０８のエネルギーバンドギャップは、楕円偏光法を使用して測定することができる。代替的に、層スタック１０６、１０８のエネルギーバンドギャップを得るために、外部量子効率（ＥＱＥ）測定値を使用することができる。ＥＱＥ測定値は、半導体の層又は層スタックに入射する光の波長を変更すること、及び、入射する光子を外部回路に達する電子に変換する際のその層又はその層スタックの効率を測定することによって得られる。異なる波長において入射光を電子に変換する際の層スタック１０６、１０８の効率に基づいて、層スタック１０６、１０８のエネルギーバンドギャップを導き出すことができる。例えば、層スタック１０６、１０８のそれぞれは、その特定の層スタック１０６、１０８のバンドギャップより大きいエネルギーを有する入射光の変換において、その特定の層スタック１０６、１０８がそれ以外のエネルギーの光を変換する際よりも、より効率的であり得る。
上部電極１１２は上部層スタック１０６の上に堆積させる。上部電極１１２は、例えば、上部層スタック１０６の上に直接堆積させることができる。上部電極１１２は、導電性かつ光透過性の材料を含むか又は該材料から形成される。上部電極１１２は、例えば、透明な導電性酸化物から形成することができる。そのような材料の例には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、フッ素をドープした酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）、スズをドープしたインジウムオキシド（ＩＴＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ）が含まれる。上部電極１１２は、様々な厚さで堆積させることができる。いくつかの実施形態において、上部電極１１２は、厚さ約５０ナノメートルから２マイクロメートルである。
一実施形態において、上部電極１１２は、ＩＴＯ又はＡｌ：ＺｎＯの厚さ６０ナノメートル〜９０ナノメートルの層から形成される。上部電極１１２は、電池１００の上部電極１１２において反射防止（ＡＲ）効果を生じさせる厚さを有する導電性材料及び光透過材料との両方として機能することができる。例えば、上部電極１１２は、上部電極１１２によって電池１００の活性層から遠ざかるように反射されてしまう光の波長の比較的小さい割合を反射しながら、入射光の１つ又はそれ以上の波長の比較的大きい割合が上部電極１１２を通過して伝播するようにできる。単なる例として、上部電極１１２は、入射光の所望の波長の１つ又はそれ以上の約５％以下を層スタック１０６、１０８から遠ざけるように反射することができる。他の一例において、上部電極１１２は、入射光の所望の波長の約３％以下を層スタック１０６、１０８から遠ざけるように反射することができる。他の一実施形態において、上部電極１１２は、入射光の所望の波長の約２％以下を層スタック１０６、１０８から遠ざけるように反射することができる。さらに別の実施例において、上部電極１１２は、入射光の所望の波長の約１％以下を層スタック１０６、１０８から遠ざけるように反射することができる。上部電極１１２を通過して層スタック１０６、１０８の中へ下方に伝播する入射光の所望の波長を変更するために、上部電極１１２の厚さを調節することができる。１つ又はそれ以上の実施形態において、比較的薄い上部電極１１２のシート抵抗は、約２０〜５０オーム／スクエアのように比較的高くなり得るが、以下に記載するように、上部電極１１２の比較的高いシート抵抗は、光起電モジュールの各電池１００の上部電極１１２の幅を短くすることによって補うことができる。
粘着層１４４は上部電極１１２の上に堆積させる。粘着層１４４は、例えば、上部電極１１２の上に直接堆積させることができる。代替的に、粘着層１４４が電池１００に含まれない。粘着層１４４は、上部電極１１２に対してカバー層１０４を固定する。粘着層１４４は、電池１００の中へ湿気が進入するのを防ぐことができる。粘着層１４４は、例えば、ポリビニルブチラール（「ＰＶＢ」）、ｓｕｒｌｙｎ（サーリン）、又は、エチレンビニルアセテート（「ＥＶＡ」）共重合体などのような材料を含んでいてもよい。
カバー層１０４は粘着層１４４の上に配置する。代替的に、カバー層１０４は上部電極１１２の上に配置する。カバー層１０４は、光透過材料を含むか又は光透過材料から形成される。一実施形態において、カバー層１０４は１枚の強化ガラスである。カバー層１０４における強化ガラスの使用は、電池１００を物理的なダメージから保護するのを助けることができる。強化ガラスカバー層１０４は、例えば、あられ及び他の環境ダメージから電池１００を保護するのを助けることができる。他の一実施形態において、カバー層１０４は、ソーダ石灰ガラス、低鉄強化ガラス、又は、低鉄焼きなましガラスのシートである。高度に透明な低鉄ガラスカバー層１０４の使用は、層スタック１０６、１０８の方への光の透過を改善することができる。選択的に、カバー層１０４の頂部の上に反射防止（ＡＲ）コーティング（図示せず）を提供することができる。
図５は、基材形態の光起電装置５００の概略図、及び、一実施形態による装置５００の拡大図５０２である。装置５００は、互いに電気的に直列に連結された複数の光起電電池５０４を含む。電池５０４は、電池１００（図１に示されている）に類似したものであってもよい。例えば、電池５０４のそれぞれは、層スタック１０６、１０８（図１に示されている）のタンデム配置を有していてもよく、それぞれの層スタックは、光の波長のスペクトルの異なる部分を吸収する。一実施形態において、電池５０４の中の層スタックの２つ以上によって吸収される光の波長のスペクトルは、少なくとも部分的に互いに重複していてもよい。図１の略図は、図５の線１−１に沿った装置５００の横断面図であり得る。装置５００は、互いに電気的に直列に連結された多数の電池５０４を含んでいてもよい。単なる例として、装置５００は、２５個、５０個、１００個又はそれより多い互いに直列に接続された電池５０４を有していてもよい。また、最も外側の電池５０４のそれぞれは、複数のリード５０６、５０８の１つと電気的に接続されていてもよい。リード５０６、５０８は、装置５００の両端部５１０、５１２の間に延在する。リード５０６、５０８は、外部の電気負荷５１０に接続されている。装置５００によって生じる電流は、外部の負荷５１０に適用される。
上述したように、電池５０４のそれぞれがいくつかの層を含む。例えば、電池５０４のそれぞれは、基材１０２（図１に示されている）に類似した基材５１２と、下部電極１１４（図１に示されている）に類似した下部電極５１４と、半導体材料の複数層スタック５１６と、上部電極１１２（図１に示されている）に類似した上部電極５１８と、粘着層１４４（図１に示されている）に類似した粘着層５２０と、カバー層１０４（図１に示されている）に類似したカバー層５２２とを含む。複数層スタック５１６は、装置５００の上に入射する光の波長のスペクトルの異なる部分をそれぞれ吸収又は捕捉する活性シリコン層の上部、中間、及び、下部接合体スタックを含んでいてもよい。例えば、複数層スタック５１６は、上部層スタック１０６（図１に示されている）に類似した上部層スタック、及び、下部層スタック１０８（図１に示されている）に類似した下部層スタックを含んでいてもよい。基材５１２の反対側に配置されたカバー層５２２に光が入射するので、装置５００は基材形態の装置である。
ある電池５０４の上部電極５１８は、隣接する又は近接する電池５０４の下部電極５１４に電気的に連結される。上述したように、上部電極５１８及び下部電極５１４における電子及び孔の集合は、それぞれの電池５０４において電圧差を生じさせる。電池５０４における電圧差は、装置５００の中の複数の電池５０４の全体にわたる累積的なものであってもよい。電子及び孔は、ある電池５０４の上部電極５１８及び下部電極５１４を通って、隣接する電池５０４の反対の電極５１８、５１４の方への流れる。例えば、光がタンデム型の層スタック５１６にぶつかるときに第１の電池５０４の中の電子が下部電極５１４に流れる場合、次に、その電子は、第１の電池５０４の下部電極５１４を通って、第１の電池５０４に隣接する第２の電池５０４の上部電極５１８の方へ流れる。同様に、孔が第１の電池５０４の上部電極５１８に流れる場合、次に、その孔は、第１の電池５０４の上部電極５１８から第２の電池５０４の下部電極５１４の方へ流れる。電流及び電圧は、上部電極５１８及び下部電極５１４を通った電子及び孔の流れによって生じる。電流は外部負荷５１０に適用される。
装置５００は、２００９年９月２９日に提出した「一体的に統合されたソーラーモジュール（Monolithically-Integrated Solar Module）」と題された同時係属中の米国出願番号第１２／５６９，５１０（「５１０出願」）に記載されている実施形態の１つ又はそれ以上に類似した一体的に統合されたソーラーモジュールであってもよい。５１０出願の全開示は、参照することによって本明細書に組み込まれている。例えば、装置５００の下部電極５１４及び上部電極５１８並びにタンデム型の層スタック５１６の形状を作るために、５１０出願に記載されているような一体的に統合されたモジュールとして装置５００を作成することができる。一実施形態において、下部電極５１４の一部分は、下部分離ギャップ５２４を作成するために除去される。下部電極５１４に対してパターニング技術を使用して下部電極５１４の一部分を除去することができる。下部分離ギャップ５２４を作成するために、例えば、下部電極５１４において下部分離ギャップ５２４を削るレーザー光を使用することができる。下部分離ギャップ５２４を作成するために下部電極５１４の一部分を除去した後に、下部電極５１４の残りの部分は、拡大図５０２の平面に対して横方向に伸びる線形の細長片として配置される。
複数層スタック５１６が下部分離ギャップ５２４の中の体積を埋めるように、複数層スタック５１６を下部電極５１４の上に堆積させる。その後、複数層スタック５１６の一部分を除去して複数層スタック５１６の中に中間層ギャップ５２６を与えるために、複数層スタック５１６を、レーザー光線のようなエネルギー集束ビームに暴露させる。中間層ギャップ５２６は、隣接する２つの電池５０４の２つの複数層スタック５１６を分離する。中間層ギャップ５２６を作成するために複数層スタック５１６の一部分を除去した後に、複数層スタック５１６の残りの部分は、拡大図５０２の平面に対して横方向に伸びる線形の細長片として配置される。
上部電極５１８は、複数層スタック５１６の上に、及び、中間層ギャップ５２６の中の下部電極５１４の上に堆積させる。一実施形態において、装置５００の変換効率は、反射防止（ＡＲ）効果を与えるために調節又は調整された厚さを有する比較的薄い上部電極５１８を堆積させることによって高めることができる。例えば、上部電極５１８の厚さ５３８は、上部電極５１８を通過して複数層スタック５１６の中へ透過する可視光の量を増加させるように調節されたものであってもよい。上部電極５１８を通って透過する可視光の量は、入射光の波長及び上部電極５１８の厚さによって異なる可能性がある。上部電極５１８のある厚さは、他の波長の光より、ある波長の光が上部電極５１８を通ってより多く伝播するようにできる。単なる例として、上部電極５１８は、約６０ナノメートル〜９０ナノメートルの厚さで堆積させることができる。
上部電極５１８によって与えられる反射防止効果は、より多くの光が上部電極５１８を通って複数層スタック５１６の方へ伝播することができるので、装置５００によって生じる全電力を高めることができる。上部電極５１８によって与えられる反射防止効力に起因して生じる増加した電力出力は、上部電極５１８において生じるＩ２Ｒロスのようなエネルギーロスの、すべてではないにしても、少なくとも一部を克服するのに充分であり得る。例えば、上部電極５１８を通過する光の量の増加に起因した光電流の量の増加は、薄い上部電極５１８の比較的高いシート抵抗に伴うＩ２Ｒ電力ロスを克服するか又は少なくとも部分的に補うことができる。比較的高い出力電圧及び比較的低い電流密度の条件下においては、上部電極５１８のシート抵抗が少なくとも約１５〜３０オーム／スクエアのように１０オーム／スクエア以上超であっても、電池５０４の幅５４０が約０．６センチメートル〜１．２センチメートル程度であってもよい程に、薄い上部電極５１８におけるI２Ｒロスが充分に小さくなり得る。装置５００の電池５０４の幅５４０を制御することができるので、上部電極５１８におけるＩ２Ｒ電力ロスは、薄い上部電極５１８の上に導電グリッドを使用することなく低減することができる。
上部電極５１８の一部分は、上部電極５１８において上部分離ギャップ５２８を作成し、隣接する２つの電池５０４の２つの上部電極５１８の一部分を互いから電気的に分離するために除去される。上部分離ギャップ５２８は、レーザー光のようなエネルギー集束ビームに上部電極５１８を暴露することによって作成することができる。エネルギー集束ビームは、上部分離ギャップ５２８に近接する複数層スタック５１６の結晶化度を局所的に高めることができる。例えば、上部電極５１８と下部電極５１４との間に伸びる垂直部分５３０における複数層スタック５１６の結晶化度は、エネルギー集束ビームに対する暴露によって高めることができる。さらに、エネルギー集束ビームは、複数層スタック５１６におけるドーパントの拡散を生じさせることができる。複数層スタック５１６の垂直部分５３０は、上部電極５１８と下部電極５１４との間に、かつ、上部電極５１８の左側縁５３４の下方に配置される。図５に示されているように、上部電極５１８の中のギャップ５２８のそれぞれは、左側縁５３４と、隣接する電池５０４の上部電極５１８の対向する右側縁５３６とによって境界されている。
複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の結晶化度は、様々な方法によって決定することができる。例えば、複数層スタック５１６及び垂直部分５３０における結晶質に対する非晶質材料の相対体積の比較を得るために、ラマン分光法を使用することができる。例えば、試験することが求められている複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の１つ以上を、レーザー装置からの単色光に暴露させることができる。複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の化学物質含有量及び結晶構造に応じて単色光を散乱することができる。光が散乱されるときに、光の周波数（及び波長）が変化する。例えば、散乱された光の周波数が変化する可能性がある。散乱された光の周波数を測定及び分析する。散乱された光の強度及び／又は周波数の変化に応じて、試験する複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の非晶質材料及び結晶質材料の相対体積を決定することができる。これらの相対体積に基づいて、検討を行っている複数層スタック５１６及び垂直部分５３０における結晶化度を測定することができる。複数層スタック５１６及び垂直部分５３０のいくつかのサンプルを試験する場合には、結晶化度は、いくつかの測定した結晶化度の平均値であってもよい。
他の一実施例においては、複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の結晶化度を決定するために、複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の１つ又はそれ以上のＴＥＭ画像を得ることができる。検討している複数層スタック５１６及び垂直部分５３０の１枚以上の薄片を得る。各ＴＥＭ画像について、結晶質材料を表す各ＴＥＭ画像中の表面積の割合を測定する。その後、検討している複数層スタック５１６及び垂直部分５３０における結晶化度を決定するために、ＴＥＭ画像中の結晶質材料の割合を平均化することができる。
一実施形態において、複数層スタック５１６の残りの部分と比較して上昇した、垂直部分５３０の結晶化度及び／又は拡散は、図５に示されている図面における複数層スタック５１６の厚さの端から端まで垂直に延在する埋め込みバイパスダイオード５３２を形成する。例えば、垂直部分５３０における複数層スタック５１６の結晶化度及び／又は相互拡散は、複数層スタック５１６の残りの部分における結晶化度及び／又は相互拡散より大きくてもよい。エネルギー集束ビームのエネルギー及びパルス持続時間の制御を通じて、個々の電池５０４において電気的短絡を生じることなく、個々の電池５０４の個々を通り抜けて、埋め込みバイパスダイオード５３２を形成することができる。埋め込みバイパスダイオード５３２は、装置５００の中で電池５０４を通り抜ける電気迂回路を与え、この電気迂回路は、特定の電池５０４が遮光されたときに、特定の電池５０４、電池５０４の群、及び／又は、装置５００に対するダメージを防ぐことができる。例えば、埋め込みバイパスダイオード５３２がなければ、他の電池５０４が光に暴露され続ける間に遮光されるか又はもはや光に暴露されない電池５０４は、暴露された電池５０４によって生じる電位によって逆バイアスされる可能性がある。光に暴露した電池５０４によって生じる電位は、遮光された電池５０４の上部電極５１８及び下部電極５１４において、遮光された電池５０４の両端で増大する可能性がある。結果として、遮光された電池５０４は温度が上昇し、遮光された電池５０４の温度が著しく上昇する場合には、遮光された電池５０４が永続的に破損又は灰化する可能性がある。また、埋め込みバイパスダイオード５３２を有しない遮光された電池５０４は、装置５００の全体によって電位又は電流が生じるのを阻害する可能性がある。従って、埋め込みバイパスダイオード５３２を有しない遮光された電池５０４は、装置５００からの電流の相当量を浪費又は喪失する可能性がある。
埋め込みバイパスダイオード５３２があれば、光に暴露された電池５０４によって生成される電位は、遮光された電池５０４の上部分離ギャップ５２８の端に形成されたバイパスダイオード５３２を通って、バイパスダイオード５３２を有する遮光された電池５０４を迂回することができる。複数層スタック５１６の部分５３０の上昇した結晶化度、及び／又は、複数層スタック５１６における上部電極５１８と部分５３０との間における相互拡散は、遮光された電池５０４が逆バイアスされたときに電流が通過するための経路を与える。例えば、バイパスダイオード５３２は、逆バイアス条件下において、遮光された電池５０４の大部分より低い電気抵抗特性を有するので、遮光された電池５０４の両端の逆バイアスは、バイパスダイオード５３２を通り抜けて消滅することができる。
電池５０４又は装置５００における埋め込みバイパスダイオード５３２の有無は、個々の電池５０４を遮光する前後の装置５００の電気出力を比較することによって決定することができる。例えば、装置５００に光を当てて、装置５００によって生じる電位を測定する。１つ又はそれ以上の電池５０４を遮光しながら、残りの電池５０４に光を当てることができる。リード５０６、５０８をともに連結することによって装置５００を短絡させることができる。その後、１時間のような所定の時間にわたって装置５００を露光させることができる。その後、遮光した電池５０４及び遮光しなかった電池５０４の両方に再度光を当てて、装置５００によって生じる電位を測定する。一実施形態において、電池５０４の遮光前後の電位差が約１００ミリボルト以内である場合には、装置５００が埋め込みバイパスダイオード５３２を含んでいる。あるいは、電池５０４の遮光後の電位が電池５０４の遮光前の電位より約２００ミリボルト〜２５００ミリボルト低い場合には、装置５００が埋め込みバイパスダイオード５３２を含んでいない可能性がある。
他の一実施形態において、特定の電池５０４に関する埋め込みバイパスダイオード５３２の有無は、電池５０４を電気的に調べることによって決定することができる。電池５０４を光に当てることなく逆バイアスしたときに、その電池５０４が可逆的で非永続的なダイオード降伏を示す場合には、その電池５０４は埋め込みバイパスダイオード５３２を含んでいる。例えば、光を当てずに、約−５ボルト〜−８ボルトの逆バイアスを電池５０４の上部電極５１４及び下部電極５１８に適用したときに、電池５０４が平方センチメートル当たり約１０ミリアンペアより大きいリーク電流を示す場合には、その電池５０４は埋め込みバイパスダイオード５３２を含んでいる。
図６は、一実施形態による基材形態の光起電装置を製造するプロセス６００のフローチャートである。６０２において基材を提供する。例えば、基材１０２（図１に示されている）のような基材を提供することができる。６０４において基材の上にテンプレート層を堆積させる。例えば、基材１０２の上にテンプレート層１１６（図１に示されている）を堆積させることができる。代替的に、プロセス６００のフローは、テンプレート層が光起電装置に含まれないように、経路６０６に沿って６０４を迂回することができる。６０８においてテンプレート層又は基材の上に下部電極を堆積させる。例えば、テンプレート層１１６又は基材１０２の上に下部電極１１４（図１に示されている）を堆積させることができる。
６１０において、装置中の各電池の下部電極を互いから分離するために、下部電極の一部分を除去する。上述したようにレーザー光線のようなエネルギー集束ビームを使用して下部電極の一部分を除去することができる。６１２において下部接合体スタックを堆積させる。例えば、下部層スタック１０８（図１に示されている）のようなシリコン層の下部Ｎ−Ｉ−Ｐスタックを下部電極１１４（図１に示されている）の上に堆積させることができる。６１４において上部接合体スタックを提供する。例えば、上部層スタック１０６（図１に示されている）のようなシリコン層の上部Ｎ−Ｉ−Ｐスタックを下部層スタック１０８の上に堆積させることができる。下部層スタック及び上部層スタックは、上記複数層スタック５１６（図５に示されている）に類似した、その装置の複数層スタックを形成する。
６１６において、装置中の隣接する電池の間において複数層スタックの一部分を除去する。上述したように、例えば、隣接する電池５０４（図５に示されている）の間において、上部層スタック１０６及び下部層スタック１０８（図１に示されている）の一部分を除去することができる。一実施形態において、複数層スタックの除去には、装置中の隣接する電池の間において中間反射層の一部分を除去することも含まれる。６１８において上部層スタックの上に上部電極を堆積させる。例えば、上部層スタック１０６の上に上部電極１１２（図１に示されている）を堆積させることができる。６２０において上部電極の一部分を除去する。例えば、装置５００（図５に示されている）の中の隣接する電池５０４の上部電極１１２を互いから分離するために、上部電極１１２の一部分を除去する。上述したように、上部電極１１２の一部分を除去することによって、装置の電池の中に埋め込みバイパスダイオードを形成することができる。
６２２において導電リードを装置内の最も外側の電池に電気的に接続する。例えば、リード５０６、５０８（図５に示されている）を、装置５００（図５に示されている）の最も外側の２つの電池５０４（図５に示されている）に電気的に接続することができる。６２４において粘着層を上部電極の上に堆積させる。例えば、上部電極１１２（図１に示されている）の上に粘着層１４４（図１に示されている）を堆積させることができる。６２６においてカバー層を粘着層に貼り付ける。例えば、カバー層１０４（図１に示されている）は、粘着層１４４によって、電池１００（図１に示されている）の内在する層及び構成材に連結されてもよい。６２８においてこの装置にジョイントボックスを取り付ける。例えば、１つ又はそれ以上のコネクタへ装置５００から電位及び／又は電流を届けるように構成されたジョイントボックスを、装置５００に取り付けて電気的に連結することができる。
上記説明が例示的であって限定的でないように意図されていることは理解されるであろう。例えば、上記実施形態（又はその態様）を互いに組み合わせて使用してもよい。さらに、特定の状況又は材料を、本明細書に開示されている主題の教示に適合させるために、その範囲から外れることなく数多くの変形を行うことができる。寸法、材料の種類、様々な構成要素の方向、並びに、ここに記載されている様々な構成要素の数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義するように意図されており、決して限定なものではなく、例示的実施形態に過ぎない。特許請求の範囲の精神及び範囲の内の他の多数の実施形態及び修正は、上記説明を参照した当業者に明らかであろう。したがって、本明細書に記載されている主題の範囲は、そのような特許請求の範囲に付与される均等物の全範囲と共に、添付された特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。添付されている特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「ここで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という各用語の平易な英語の同義語として使用されている。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」及び「第３の（ｔｈｉｒｄ）」などの用語は、単なるラベルとして使用されており、それらの対象物に数の要件を課すようには意図されていない。

Claims (20)

  1. 光起電モジュールを製造する方法であって、前記方法は、
    電気絶縁基材及び下部電極を提供するステップと、
    前記下部電極の上にシリコン層の下部スタックを堆積させるステップであって、前記下部スタックが少なくとも１．６０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有するＮ−Ｉ−Ｐ接合体で構成されるステップと、
    前記下部スタックの上にシリコン層の上部スタックを堆積させるステップであって、前記上部スタックが少なくとも１．８０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有するＮ−Ｉ−Ｐ接合体で構成されるステップと、
    前記上部スタックの上に上部電極を提供するステップとを含み、
    前記下部スタック及び前記上部スタックが、入射光を上部電極と下部電極との間の電位に変換し、
    前記下部スタック及び前記上部スタックのそれぞれが、光の波長に応じて光の異なる部分を電位に変換することを特徴とする方法。
  2. 下部スタックを堆積させる前記ステップは、ゲルマニウム（Ｇｅ）を堆積させることなく非晶質シリコン層を堆積させるステップで構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記下部スタックのゲルマニウム含有量が０．０１％以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 下部スタックを堆積させる前記ステップが、非晶質のｎ−ドープシリコンの下部副層と、非晶質の真性シリコンの中間副層と、ｐ−ドープシリコンの上部副層とを堆積させるステップとを含み、
    前記下部副層及び前記中間副層より低い温度で前記上部副層を堆積させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 下部副層、中間副層及び上部副層を堆積させる前記ステップが、摂氏少なくとも２５０℃の温度で下部副層及び中間副層を堆積させるステップと、摂氏２２０℃以下の温度で上部副層を堆積させるステップとで構成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 上部スタックを堆積させる前記ステップが、下部スタックを堆積させる前記ステップより低い温度で上部スタックを堆積させるステップで構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 上部スタックを堆積させる前記ステップが、非晶質のｎ−ドープシリコンの下部副層と、非晶質の真性シリコンの中間副層と、ｐ−ドープシリコンの上部副層とを、摂氏２２０℃以下の温度で堆積させるステップで構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 隣接する光起電電池の上部電極の一部分を電気的に分離するために上部電極の一部分を除去するステップをさらに含み、
    前記除去ステップによって、下部スタック及び上部スタックを通り抜けて光起電電池の下部電極から上部電極まで延在するバイパスダイオードが形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記除去ステップが、下部スタック及び上部スタックの一部分の結晶化度を下部スタック及び上部スタックの残りの部分よりも高め、その高まった結晶化度を有する一部分が、バイパスダイオードを形成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記バイパスダイオードを有する光起電電池が逆バイアスされたときに、バイパスダイオードを通して上部電極と下部電極との間で電流を導電するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 前記バイパスダイオードを有する光起電電池が入射光から遮光され、かつ、隣接する電池が光に暴露されたときに、前記バイパスダイオードを通して上部電極と下部電極との間で電流を伝導するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 一体的に統合された光起電モジュールであって、
    電気絶縁基材と、
    前記基材の上に配置された下部電極と、
    前記下部電極の上に堆積させたシリコン層の下部スタックであって、少なくとも１．６０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する下部スタックと、
    前記下部スタックの上に堆積させたシリコン層の上部スタックであって、少なくとも１．８０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有する上部スタックと、
    前記上部スタックの上に堆積させた上部電極とを含み、
    前記上部スタックのエネルギーバンドギャップは、前記下部スタック及び前記上部スタックが光の波長に応じて入射光の異なる部分を上部電極と下部電極との間の電位に変換するように、前記下部スタックのエネルギーバンドギャップより大きいことを特徴とする光起電モジュール。
  13. 前記下部スタックが、下部スタックの中に堆積されたゲルマニウム（Ｇｅ）を含まない非晶質シリコン接合体で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
  14. 前記下部スタック及び前記上部スタックのそれぞれが、非晶質シリコンのＮ−Ｉ−Ｐ接合体で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
  15. 前記下部スタックが、ｎ−ドープシリコンの下部副層と、真性シリコンの中間副層と、ｐ−ドープシリコンの上部副層とで構成され、
    前記上部副層が、前記下部副層及び前記中間副層とは異なるエネルギーバンドギャップを有することを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
  16. 前記下部スタックが、ｎ−ドープシリコンの下部副層と、真性シリコンの中間副層と、ｐ−ドープシリコンの上部副層とで構成され、
    前記上部副層は、前記下部副層及び前記中間副層のそれぞれが前記下部副層又は前記中間副層のそれぞれを通して光を透過させるよりも、前記上部副層を通してより多くの光を透過させることを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
  17. 前記光起電電池の下部電極から上部電極まで下部スタック及び上部スタックを通り抜けて延在するバイパスダイオードをさらに含み、
    前記バイパスダイオードが、下部スタック及び上部スタックの一部分であって、下部スタック及び上部スタックの残りの部分より高い結晶化度を有する一部分を含むことを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
  18. 前記バイパスダイオードは、上部電極及び下部電極が逆バイアスされたときに、上部電極及び下部スタックを通り抜けて上部電極と下部電極の間で電流を伝電することを特徴とする請求項１７に記載の光起電モジュール。
  19. 前記バイパスダイオードは、電池が光から遮光され、かつ、隣接する電池が光に暴露されたときに、上部スタック及び下部スタックを通り抜けて上部電極と下部電極との間で電流を伝電することを特徴とする請求項１７に記載の光起電モジュール。
  20. 前記下部スタックは、トリメチルホウ素（Ｂ（ＣＨ３）３）をドープしたシリコンの層で構成され、前記上部スタックが、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）をドープしたシリコンの層で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光起電モジュール。
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