JP2013539595A - 光電池モジュール及び電極拡散層を持つ光電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光透過性カバーシートを通して受容された入射光を電圧に変換する光電池モジュールを提供する。前記光電池モジュールは基板、基板とカバーシートの間の導電性上部層及び下部層、及び導電性上部層及び下部層の間の半導体層スタックを含む。導電性下部層は電極と導電性光透過層の間に電極拡散層を含む。電極拡散層は、半導体層スタックの沈着の間に、導電性下部層の電極が導電性光透過層に拡散することを制限する。入射光は半導体層スタックによって、導電性上部層及び下部層の間の電圧に変換される。
Description
関連出願
この出願は、発明の名称を「光電池モジュール及び電極拡散層を持つ光電池モジュールの製造方法」とする、２０１０年７月６日に出願された米国仮出願第61/361,583号(以下、’583出願)の優先権の利益を享受するものである。’583出願の全ての発明の内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
この出願は、発明の名称を「光電池モジュール及び電極拡散層を持つ光電池モジュールの製造方法」とする、２０１０年７月６日に出願された米国仮出願第61/361,583号(以下、’583出願)の優先権の利益を享受するものである。’583出願の全ての発明の内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
本出願に記載の発明は光電池モジュールの様な、光起電力装置に関する。ある知られている光起電力装置は、薄膜又は活性シリコンの層又は他の半導体材料を用いた薄膜ソーラモジュールを含む。光は入射光としてその装置に入りそしてシリコン層に入る。もし光がシリコン層により吸収されると、その光はシリコン中に電子及びホールを作り出す。電子及びホールは装置から取り出される電流を作り出し、それは外部にある電気を必要とする対象に適用される。
通常、伝導性電極はシリコン層の対向する両側に設けられる。電極はシリコン層と電気的に結合され、電極間に電位を生み出す電子及びホールを受け入れる。例えば、入射光により生成された電子はシリコン層の上にある最上部の電極に流れ、他方入射光により生成されたホールはシリコン層の下に位置する底部電極に流れる。光電池モジュールは、対向する最上部及び底部電極の間にある一以上のシリコン層を含む各電池とその内部で電気的に相互に結合される幾つかの電池を含むこともある。ある電池の最上部電極は、隣接する電池の底部電極と電気的に結合させることができる。隣接する電池の最上部電極及び底部電極を結合させることにより電池の間で電子又はホールが流れる。この電子又はホールの流れが外部回路又は電気を必要とする対象に供給される電流を作り出す。
ある、知られている光電池装置の電極は金属又は金属合金から作られる。電極の金属又は金属合金は通常比較的大きい拡散係数(D)を持つ。その結果、一以上の電極は、電極が熱を帯びると、光電池装置の隣接する又は近くの層又は構成要素に可也の距離に亘り拡散することがある。例えば、底部電極は、シリコン層が沈着される前に沈着されることもある。シリコン層は、高い温度で底部電極上に又はその上部に沈着されることもある。シリコン層が沈着される比較的高い温度では、底部電極はシリコン層に拡散されることもある。底部電極のシリコン層への拡散は、底部電極とシリコン層の間の電気的結合に悪影響を与えることもある。例えば、その様な拡散によって、底部電極とシリコン層の間のインターフェイスを非オーム接触状態にすることもある。
電極とシリコン又はモジュールの半導体層の間のインターフェイスに又はそれを超えて電極が拡散することを防ぐために、一以上の電極の拡散を低減させた、
光電池モジュール及び光電池モジュールの製造方法に対する需要が存在する。
光電池モジュール及び光電池モジュールの製造方法に対する需要が存在する。
ある実施の態様においては、光透過性カバーシートを通して受容された入射光を電圧に変換する光電池モジュールを提供する。前記光電池モジュールは基板、基板とカバーシートの間の導電性上部層及び下部層、及び導電性上部層及び下部層の間の半導体層スタックを含む。導電性下部層は電極と導電性光透過層の間に電極拡散層を含む。電極拡散層は、半導体層スタックの沈着の間に、導電性下部層の電極が導電性光透過層に拡散することを制限する。入射光は半導体層スタックによって、導電性上部層及び下部層の間で電位差に変換される。
他の実施の態様においては、基板、基板の上部の導電性電極、及びそれを通して入射光が受容されるカバーシートを有する光電池モジュールを製造する方法を提供する。前記方法は電極の上部に電極拡散層を沈着させること、電極拡散層の上部に導電性光透過層を沈着させること、及び導電性光透過層の上部に半導体層スタックを沈着させることを含む。導電性光透過層は電極拡散層によって電極と電気的に結合される。電極拡散層は、半導体層スタックの沈着の間に、電極が導電性光透過層へ拡散することを制限する。前記方法はまた半導体層スタックの上部に導電性上部層を沈着させることを含む。半導体層スタックは、入射光を電極及び導電性上部層との間において電圧に変換する。
他の実施の態様においては、それを通して入射光が受容されるカバーシートを持つ他の光電池モジュールを提供する。前記光電池モジュールは、基板、基板及びカバーシートの間に配置された半導体層のＮ−Ｉ−Pスタック、Ｎ−Ｉ−Pスタックとカバーシートの間の導電性上部層、 及び基板とＮ−Ｉ−Pスタックの間に配置された導電性下部層を持つ。導電性上部層及び下部層はＮ−Ｉ−Pスタックと電気的に結合されている。導電性下部層は、電極、及び電極と導電性光透過層の間に電極拡散層を持つ電極光透過層を持つ。電極拡散層は、電極が導電性光透過層ヘの拡散することを防ぐ。前記Ｎ−Ｉ−Pスタックは、入射光を導電性上部層及び下部層の間の電圧に変換する。
図１は、ある実施の態様における光電池（ＰＶ）モジュールの概略斜視図及びＰＶモジュールのある部分の断面詳細図である。
図２は、ある実施の態様における図１の２−２線に沿った、ＰＶ電池の断面図である。
図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃは、ある実施の態様における光電池モジュールを製造する方法のフローチャートを示す。
図４は、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第一段階を示す。
図５は、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第二段階を示す。
図６は、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第三段階を示す。
図７、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第四段階を示す。
図８、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第五段階を示す。
図９、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第六段階を示す。
図１０、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第七段階を示す。
図１１、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第八段階を示す。
図１２、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第九段階を示す。
図１３、ある実施の態様における、図１に示すＰＶモジュールの光電池モジュールを製造する方法の第十段階を示す。
以下の本願明細書の詳細な説明及び上記の概略説明で述べたある実施の態様における発明は、本出願に添付された図面を参照した場合により良く理解される。本明細書で用いられる、単数形で記載された要素又はステップは、特に明示的に排除するとの記載がない限り、それらの要素又はステップの複数形を排除するものではない。さらに、「ある実施の態様においては」との記載により参照された場合においても、その記載は、他の実施の態様において記載された追加的な特徴を排除するものではない。さらに、それと異なる意味であることが明示的に記載されない限り、ある特性を持つ一又はそれ以上の要素を「含む」又は「持つ」実施の態様は、その特性を持たないその様な追加要素を含むこともある。
本出願は、本明細書に記載の一以上の実施の態様にしたがい、電極拡散層を持つ光電池モジュールを提供する。電極が半導体層スタックに拡散することを防止又は減少するために、光電池モジュールの導電性電極と半導体層スタックの間に電極拡散層が沈着される。ある実施の態様においては、電極拡散層は、電極、並びに半導体層スタック及び電極の間に配置される導電性光透過層の間に設けられる。電極拡散層は、半導体層スタックを電極と電気的に結合し、又は導電性光透過層を電極とを電気的に結合するとともに、他方電極が導電性光透過層及び/又は半導体層スタックに拡散することを防止又は減少させる。
図１は、ある実施の態様における光電池（ＰＶ）モジュール１００の概略斜視図及びＰＶモジュール１００のある部分の断面詳細図１１０である。ＰＶモジュール１００はお互いに電気的に接続された複数のＰＶ電池１０２を含む。例えば、ＰＶモジュール１００は、お互いに直列に連結された１００以上のＰＶ電池１０２を含むこともある。ＰＶモジュール１００の端又は端に近い対向する側面１３２、１３４の位置にある最も端のＰＶ電池１０２は、導電リード線１０４、１０６に電気的に結合されている。リード線１０４、１０６はＰＶモジュール１００の対向する端１２８、１３０の間に亘り延びている。リード線１０４、１０６はＰＶモジュール１００により生成された電流が集められ又はそれにより使用される電気負荷部分を含む回路１０８に接続される。例えば、ＰＶモジュール１００により生成された電流は、電池の様なエネルギー保存装置及び/又はある機能を実行するために少なくとも電流の一部を消費する装置に収集される。
ＰＶ電池１０２は複数層のスタックを含む。ある実施の態様においては、ＰＶ電池１０２は支持基板１１２、導電性下部層１１４、半導体層スタック１１６、光透過性導電性上部層１１８、接着層１２０及びカバーシート１２２を含む。あるＰＶ電池１０２の光透過性導電性上部層１１８は、ＰＶ電池１０２を電気的に直列に結合するために、近くのＰＶ電池１０２中の導電性下部層１１４と電気的に結合される。ＰＶモジュール１００はカバーシート１２２の上部表面１２４に入射する光から電流を生成させ、この表面はまたＰＶモジュール１００の薄膜側とも言う。光はカバーシート１２２、接着層１２０及び光透過性導電性上部層１１８を通過する。光の少なくとも一部は半導体層スタック１１６により吸収される。
半導体層スタック１１６はドープされた及び/又はドープされていない半導体材料の複数層又は複数薄膜を含んでいても良い。例えば、半導体層スタック１１６はｎ−ドープされたシリコン層のＮ−Ｉ−Pスタック、ｎ−ドープされた層の最上部に真正シリコン層、及び真正層の最上部にｐ−ドープされたシリコン層を含んでも良い。半導体層スタック１１６はｐ−ドープされたシリコン層のＰ−Ｉ−Ｎスタック、ｐ−ドープされた層の最上部に真正シリコン層、及び真正層の最上部にｎ−ドープされたシリコン層を含むこともある。ある実施の態様においては、半導体層スタック１１６は幾つかのＮ−Ｉ−Pスタック及び/又はＰ−Ｉ−Ｎスタック半導体層を含むタンデム層スタックである。
光が半導体層スタック１１６を通過する場合、少なくともその光のある部分は半導体層スタック１１６に吸収される。光のある部分は半導体層スタック１１６を透過して導電性下部層１１４により反射されて半導体層スタック１１６に返って来ることもある。光の中の光子は半導体層スタック１１６中の電子を励起する。光の波長及び半導体層スタック１１６中の材料のエネルギー帯ギャップに応じて、光の光子は電子を励起し、そして半導体層スタック１１６中の電子を原子から分離させる様に作用する。電子が原子から分離される場合に相補的正電荷又はホールが生成される。電子は半導体層スタック１１６を通して漂流又は拡散し、導電性上部又は下部層１１８、１１４で収集される。ホールは半導体層スタック１１６を通して漂流又は拡散し、導電性上部又は下部層１１８、１１４の反対側で収集される。例えば、電子は下部層１１４で収集され、他方、ホールは光透過性導電性上部層１１８で収集されることがある。電子及びホールの上部及び下部層１１８，１１４で収集されることによりＰＶ電池１０２中に電圧差又は電位が生みだされる。
ＰＶ電池１０２中の電圧差は、全ＰＶモジュール１００にわたる電圧差を加算したものとなることもある。例えば、各ＰＶ電池１０２の電圧差を全て加算する場合である。ＰＶである。ＰＶ電池１０２の数が増えると、直列されたＰＶ電池１０２の電圧差もまた増大する。電流は光が吸収され、そして電子及びホールが半導体層スタック１１６を流れることにより生成される。各ＰＶ電池１０２により生成される電圧は複数の直列のＰＶ電池１０２にわたり加算される。そして、最も外側のＰＶ電池１０２の上部及び下部層１１８、１１４に結合されたリード線１０４、１０６を通して電流が回路１０８に流れる。例えば、第一のリード線１０４は、最左端のＰＶ電池１０２にある光透過性導電性上部層１１８に電気的に結合され、第二のリード線１０６は最右端のＰＶ電池１０２の下部層１０４に電気的に結合されている。
図２は、ある実施の態様における図１の２−２線に沿ったＰＶ電池１０２の断面である。図示されたＰＶ電池１０２は、ＰＶ電池１０２が基板１１２の反対にあるカバーシート１２２の上部表面１２４を通して光を受ける、基板構造の太陽電池である。基板１１２は、その上に他の薄膜又はＰＶ電池１０２の層が沈着される沈着表面である。基板１１２は一つの絶縁又は導電性材料を含むか又はこれらから形成されても良い。ある実施の態様においては、基板１１２はフロートガラス又はホウケイ酸塩ガラスの様なガラスよりなる。基板１１２は不透明又は光透過性のものでも良い。例えば、基板１１２は、光が基板１１２を透過するもの、又は透過しないもののいずれでもよい。
導電性下部層１１４は基板１１２の上部に設けられる。「上部」の用語は、図２に示す様に、導電性下部層１１４が基板１１２及びカバーシート１２２間に設けられることを言う。導電性下部層１１４は、互いに電気的に結合された幾つかの層又は薄膜を含んでも良い。導電性下部層１１４は半導体層スタック１１６に電気的に結合されているので、半導体層スタック１１６により吸収され又は捉えられた光により生成された電子又はホールは導電性下部層１１４で受け取られる。
本明細書に記載の実施の態様において、導電性下部層１14は下部電極２００、電極拡散層２０２、及び導電性光透過性層２０４を含む。下部電極２００は入射光を反射する導電性材料を含み又は導電性材料から形成される。例えば、下部電極２００は、銀（Ag）、モリブデン（Mo）、チタン（Ti）、ニッケル（Ni）、タンタル（Ta）、アルミニウム（Al）又はタングステン（W）の様な金属から形成されることもある。他の実施の態様においては、下部電極２００は銀（Ag）、モリブデン（Mo）、チタン（Ti）、ニッケル（Ni）、タンタル（Ta）、アルミニウム（Al）及びタングステン（W）の内の一以上のものを含む合金から形成されることもある。その様な合金の一例に銀‐タングステン合金がある。
下部電極２００は種々の厚さに沈着させても良い。例えば、下部電極２００は、極めて大きな抵抗を受けることなく電流を伝えるに十分な厚さで沈着しても良い。単に例示として示すものであるが、下部電極２００は凡そ５０から５００ナノメーターの厚さであっても良い。他の実施の態様においては、下部電極２００の厚さは凡そ２００ナノメーターであっても良い。下部電極２００の厚さはこれらの実施の態様と異なることもある。例えば、下部電極２００の厚さは、これらの実施の態様から＋−１０％の幅のあるものであっても良い。
電極拡散層２０２は下部電極２００の上部に沈着される。例えば、電極拡散層２０２は、下部電極２００と半導体層スタック１１６の間の下部電極２００の上に沈着されても良い。電極拡散層２０２は、下部電極２００が導電性光透過層２０４及び/又は半導体層スタック１１６に拡散することを防止又は制限する。電極拡散層２０２の上部に一以上の層が沈着される間に、下部電極２００を加熱しても良い。例えば、半導体層スタック１１６の沈着は高温度で起こることもある。及び半導体層スタック１１６の沈着の間の温度の上昇及び下部電極２００の熱エネルギーは、下部電極２００を近くにある又は隣接する層に拡散させることもある。例えば、下部電極２００と導電性光透過層２０４の間に電極拡散層２０２がない場合は、下部電極２００は、半導体層スタック１１６の沈着の間に導電性光透過層２０４に拡散することもある。反射性下部電極２００の導電性光透過層２０４への拡散により、導電性光透過層２０４はより不透明になり又は光の透過を減少させることもある。その結果、導電性光透過層２０４を透過する光の量は減少することもある。
以下に説明するように、導電性光透過層２０４は、半導体層スタック１１６により吸収されない光が導電性光透過層２０４を透過する様にし、そしてその光が電極拡散層２０２及び/又は下部電極２００によって半導体層スタック１１６に、反射されて返ってくる様にする。導電性光透過層２０４の不透明さが増すことにより、半導体層スタック１１６に反射される光の量は減少することもある。その結果、光電池モジュール１００（図１に示す）又は電池１０２の、入射光を電圧又は電流に変換する効果は減少しうる。
電極拡散層２０２は、導電性光透過層２０４を下部電極２００に電気的に結合させる導電材料を含み又は導電材料から形成される。電極拡散層２０２は導電性光透過層２０４において収集された電子を下部電極２００に搬送する。ある実施の態様において、電極拡散層２０２は、チタン又はアルミニウムの様な金属又はその金属合金を含み、又はそれらから形成されることもある。代替的に電極拡散層２０２は一以上の電気的に絶縁性の材料又は半導体材料の様な半導体性材料を含み、又はそれらから形成されしても良い。例えば、電極拡散層２０２は窒化ケイ素、二酸化ケイ素、アルミナ、又は酸化亜鉛から形成されても良い。絶縁性材料又は半導体性材料は、電極拡散層２０２の導電性を増すためにドープされても良い。例えば、電極拡散層２０２は、電極拡散層２０２の導電性を増すためにホウ素又はリンの様なｐ−、又はnータイプのドーパントによってドープされた二酸化ケイ素から形成されることもある。他の実施の態様においては、電極拡散層２０２はアルミニウムによりドープされたアルミナを含む。電極拡散層２０２のアルミナは過剰のアルミニウムを含むこともあり、電極拡散層２０２はより高い導電性を持つこともある。
電極拡散層２０２は反射性のものでもよい。例えば、吸収されることなく半導体層スタック１１６を透過する入射光の少なくともある部分は、電極拡散層２０２により反射され、半導体層スタック１１６に返ってきたものであっても良い。代替的に、電極拡散層２０２は光透過層であっても良い。例えば、吸収されることなく半導体層スタック１１６を透過する入射光の少なくともある部分は、下部電極２００により反射され半導体層スタック１１６に返ってくる前に、また電極拡散層２０２を透過することもある。
電極拡散層２０２は隣接する下部電極２００及び/又は導電性光透過層２０４よりも小さい又は薄い厚さで沈着することもある。電極拡散層２０２の厚さ２０６は、電極拡散層２０２が下部電極２００から導電性光透過層２０４へ延びる距離である。下部電極２００の厚さ２０８は、基板１１２の上部に沈着した下部電極２００の厚さであっても良い。導電性光透過層２０４の厚さ２１０は、導電性光透過層２０４が電極拡散層２０２から半導体層スタック１１６へ延びる距離であっても良い。ある実施の態様において、電極拡散層２０２の厚さ２０６は、下部電極２００の厚さ２０８及び/又は導電性光透過層２０４の厚さ２１０よりも小さい。電極拡散層２０２は、下部電極２００の拡散を制限するために、下部電極２００上の薄膜キャップとして、比較的薄い厚さ２０６で沈着されることもある。
ある実施の態様において、電極拡散層２０２は二酸化ケイ素の導電性を増大させるためにドープされた二酸化ケイ素を含み又はこれから形成される。二酸化ケイ素の電極拡散層２０２の厚さ２０６は、下部電極２００の入射光のプラズモン吸収波長に合わせる様に設定することができる。プラズモン吸収は、一以上の実施の態様における下部電極２００の様な金属層中のある波長の光の吸収を言う。電極拡散層２０２の厚さ２０６は、下部電極２００において、入射光のある事前に規定された波長、又はあるセットの波長が吸収される様に決定することができる。下部電極２００により吸収される波長は、半導体層スタック１１６により吸収され又は捉えられる光の波長と異なっていても良い。例えば、もし５００から８００ナノメーターの範囲の波長の光が半導体層スタック１１６に吸収される様にする場合、電極拡散層２０２の厚さ２０６は、５００から８００ナノメーターの範囲外の波長の光が下部電極２００により吸収される様にするのが良い。ある実施の態様において、電極拡散層２０２の厚さ２０６及び/又は屈折率は、半導体層スタック１１６で吸収される光の波長、又は下部電極２００で吸収される光の波長に基づいて決められる。
導電性光透過層２０４は、電極拡散層２０２及び半導体層スタック１１６の間に設けられる。導電性光透過層２０４は、光学的に透明な光透過性材料又は光を散乱させる材料の層を含み、又はこれらにより形成される。例えば、導電性光透過層２０４は透明な材料から形成しても良い。他の実施の態様においては、導電性光透過層２０４は半透明の材料から形成しても良い。導電性光透過層２０４の材料の一つの例は、透明導電酸化物(TCO)である。例えば、導電性光透過層２０４は酸化亜鉛（ZnO)、アルミニウム ドープの酸化亜鉛(Al:ZnO)、酸化スズ(Sn02)、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープの酸化スズ(Sn02:F)及び/又は二酸化チタン(Ti02)を含んでも良い。
導電性光透過層２０４は、半導体層スタック１１６を電極拡散層２０２に電気的に結合する。電極拡散層２０２は、導電性光透過層２０４を下部電極２００に電気的に結合する。ある実施の態様において、導電性光透過層２０４は半導体層スタック１１６とオーム接触を形成する。例えば、導電性光透過層２０４と半導体層スタック１１６の間のインターフェイス２１２はオーム接触を提供することもあり、それにより半導体層スタック１１６と導電性光透過層２０４の間の電流についての電流―電位（I-V）曲線は凡そ直線及び/又は対称となる。オーム接触によって、インターフェイス２１２が半導体層スタック１１６と導電性光透過層２０４の間は非ショトキー・ダイオード（non-schottky diode）又は非整流接合(non-rectifying junction)であっても良いことを言う。電極拡散層２０２は下部電極２００が半導体層スタック１１６に拡散してインターフェイス２１２を損傷することを防ぐこともある。例えば、電極拡散層２０２は下部電極２００が半導体層スタック１１６に拡散することを制限して、そして導電性下部層１１４及び半導体層スタック１１６の間にオーム接触が形成されることを防ぐこともある。
導電性光透過層２０４は電極拡散層２０２及び/又は下部電極２００からある波長の光の反射を助けることがある。例えば、導電性光透過層２０４は、半導体層スタック１１６を透過する光のある波長部分が導電性光透過層２０４を透過し、電極拡散層２０２及び/又は下部電極２００により反射され、再度導電性光透過層２０４に返ってそれを透過して、そして半導体層スタック１１６に入ることの出来る厚さで沈着しても良い。他の波長の光は反射されず、そして半導体層スタック１１６に返ってこないこともある。そうすることで導電性光透過層２０４は、半導体層スタック１１６に当たり、電子及びホールを生成する光の量を増大させることによりPV電池１０２の効率を増大させることができる。単に例示の意味で示すと、導電性光透過層２０４は約１０〜２００ナノメーターの厚さであっても良い。上に述べたように、下部電極２００の導電性光透過層２０４への拡散により導電性光透過層２０４の不透明さが増大することもある。導電性光透過層２０４の不透明さが増すことにより、下部電極２００及び/又は電極拡散層２０２より反射されるある波長の光の量は低減されることもある。
例えば、導電性光透過層２０４の厚さは、電極拡散層２０２及び/又は下部電極２００から反射されると見られる光の波長の約1/4を、導電性光透過層２０４で使用される材料の屈折率で除したものであっても良い。電極拡散層２０２及び/又は下部電極２００から反射され、半導体層スタック１１６に返ると見られる光の波長が約700ナノメーターであり、導電性光透過層２０４の屈折率が約２であるならば、導電性光透過層２０４の厚さは約８７．５ナノメーターであっても良い。導電性光透過層２０４の厚さはこれらの実施の態様と異なっても良い。例えば、これらの実施の態様における導電性光透過層２０４の厚さの＋−１０％以下の差があっても良い。
半導体層スタック１１６は導電性下部層１１４の上部に設けられる。例えば、半導体層スタック１１６は下部層１１４とカバーシート１２２の間に配置しても良い。半導体層スタック１１６は導電性光透過層２０４に直接沈着させても良く、又は導電性光透過層２０４と半導体層スタック１１６の間に一以上の薄膜又は層があっても良い。
記述された実施の態様においては、半導体層スタック１１６は半導体層のN-I-Pスタックを含む多層スタックである。単一の半導体層スタック１１６が示されているが、代替的にPVモジュール１００(図1に示す)又は電池１０２は複数の半導体層スタック１１６を含んでも良い。例えば、PVモジュール１００又は電池１０２は、互いに直列に結合した幾つかのN-I-Pスタックを含んでも良い。記述された半導体層スタック１１６は、N-ドープされた半導体層２１４、真正半導体層又は軽度にドープされた半導体層２１６及びＰ−ドープされた半導体層２１８を含む。前記N-ドープされた半導体層２１４は、リン等のn−タイプド‐パントによりドープされたシリコン層であっても良い。Ｐ-ドープされた半導体層２１８は、ホウ素等のｐ−タイプド‐パントによりドープされたシリコン層であっても良い。真正半導体層２１６は、n-又はp-タイプドーパントにより軽度にドープされたか又はn-又はp-タイプドーパントのいずれにもドープされていないシリコン層であっても良い。半導体層２１４、２１６、２１８のN-I-Pスタックは指向性を持ち、そのため真正半導体層２１６はＮ−ドープされた半導体層２１４とＰ−ドープされた半導体層２１８の間にあり、そしてＮ−ドープされた半導体層２１４は真正半導体層２１６と導電性下部層１１４の間にあり、Ｐ−ドープされた半導体層２１８は、真正半導体層２１６と光透過導電上部層１１８の間にある。代替的にＮ−ドープされた半導体層２１４とＰ−ドープされた半導体層２１８の順序は逆であっても良い。例えば、半導体層スタック１１６は半導体層のP-I-Nスタックであっても良く、その場合Ｐ−ドープされた半導体層２１８は、導電性下部層１１４と真正半導体層２１６の間にあり、そしてＮ−ドープされた半導体層２１４は真正半導体層２１６と光透過導電上部層１１８の間にあっても良い。半導体層スタック１１６は、シリコン、又はシリコンとゲルマニウムからなるシリコン合金で形成されても良い。
Ｎ−ドープされた半導体層２１４、真正半導体層２１６、及びＰ−ドープされた半導体層２１８は、非晶質層であっても良い。例えば、Ｎ−ドープされた半導体層２１４、真正半導体層２１６、及びＰ−ドープされた半導体層２１８は、Ｎ−ドープされた半導体層２１４、真正半導体層２１６、及びＰ−ドープされた半導体層２１８の大部分を通して延伸する結晶構造を持たないこともある。代替的に、Ｎ−ドープされた半導体層２１４、真正半導体層２１６、及びＰ−ドープされた半導体層２１８の一以上は、微細結晶性、プロト結晶性（protocrystalline）又は結晶性半導体層であっても良い。
Ｎ−ドープされた半導体層２１４、真正半導体層２１６、及びＰ−ドープされた半導体層２１８は、順次高温度で沈着されることもある。ある実施の態様において、Ｎ−ドープされた半導体層２１４は、少なくとも２５０℃の温度で導電性光透過層２０４上に沈着され、真正半導体層２１６は少なくとも２５０℃の温度でＮ−ドープされた半導体層２１４上に沈着され、及びＰ−ドープされた半導体層２１８は少なくとも１５０℃の温度で真正半導体層２１６上に沈着される。単に例示の意味で上げると、Ｎ−ドープされた半導体層２１４と真正半導体層２１６は、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）室で、２５０℃以上及び３５０℃以下のＰＥＣＶＤ室の設定値温度で沈着されることもある。Ｐ−ドープされる半導体層２１８は、１５０℃以上及び２５０℃以下のＰＥＣＶＤ室の設定値温度で沈着されることもある。
半導体層スタック１１６が沈着される高い温度では、下部電極２００等の半導体層スタック１１６より下の構成要素が加熱されることもある。下部電極２００が形成される一以上の材料は、比較的大きい拡散係数（Ｄ）を持つこともある。例えば、下部電極２００は、電極拡散層２０２及び／又は導電性光透過層２０４の材料よりも比較的大きい拡散係数（Ｄ）を持つ材料を含んでも良い。大きい拡散係数（Ｄ）を持つことにより、下部電極２００は、より低い拡散係数（Ｄ）を持つ他の材料よりも隣接層により深く拡散する。半導体層スタック１１６の沈着の間に、下部電極２００は加熱され、電極拡散層２０２中に又はそれに向かって拡散する。電極拡散層２０２は下部電極２００が導電性光透過層２０４に拡散することを制限又は防止する。例えば、電極拡散層２０２は、下部電極２００が導電性光透過層２０４中に拡散することを防止することもある。
電極拡散層２０２は、下部電極２００が電極拡散層２０２と導電性光透過層２０４の間のインターフェイス２２０を超えて拡散することを防ぐ。例えば、下部電極２００は、電極拡散層２０２中に拡散することもあるがこれを超えない。電極拡散層２０２は十分に小さい拡散係数（D）を持つことがあるため、電極拡散層２０２は導電性光透過層２０４中に極めて多く拡散することはない。例えば、半導体層スタック１１６が沈着し、電極拡散層２０２が加熱される場合、電極拡散層２０２は導電性光透過層２０４に拡散することはないであろう。ある実施の態様において、電極拡散層２０２の拡散係数（Ｄ）は下部電極２００の拡散係数（Ｄ）よりも小さい。
光透過性導電性上部層１１８はｐ−ドープされた半導体層２１８の上部に沈着される。光透過性導電性上部層１１８は、ｐ−ドープされた半導体層２１８と電気的に結合された金属又は金属合金を含むため、半導体層スタック１１６で生成された電子又はホールは、光透過性導電性上部層１１８に到達することもある。光透過性導電性上部層１１８は、入射光が光透過性導電性上部層１１８を透過して半導体層スタック１１６に到達するようにするために、光に対して少なくとも部分的に透明である。接着層１２０は、カバーシート１２２を光透過性導電性上部層１１８に固定するために光透過性導電性上部層１１８上に設けられる。
実際の作業においては、入射光はカバーシート１２２及び光透過性導電性上部層１１８を透過して半導体層スタック１１６に入る。少なくとも光のある部分は真正半導体２１６に吸収されて電子及びホールを生成する。電子及びホールは導電性上部層及び下部層１１８、１１４に流れて、導電性上部層及び下部層１１８、１１４の間の電池１０２に電位差又は電位を生み出す。実施の態様には記載されていないが、追加の半導体層スタック及び/又は他の層をＰＶ電池１０２に設けても良い。例えば、他のＮ−Ｉ−Ｐ半導体層スタックを、例えば、半導体層スタック１１６と光透過性導電性上部層１１８の間の様な、半導体層スタック１１６の上部に沈着させても良い。
図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃは、ある実施の態様における光電池モジュールの製造方法３００のフローチャートを示す。図４から図１３は、ある実施の態様におけるＰＶ電池モジュール１００の製造中の種々の段階での光電池モジュールを示す。図４から図１２に示す各段階は、図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃの方法３００に示す幾つかの作業に対応する。
３０２において、基板及び下部電極が供給される。例えば、図４に示す様に、基板１１２及び下部電極２００を供給しても良い。下部電極２００は、事前に基板１１２上に沈着させても良く、その場合基板１１２と下部電極２００は単一のユニット又は一体として供給される。
３０４において、電極拡散層が下部電極の上部に沈着される。図５に示す様に、電極拡散層２０２は、例えば、電極拡散層２０２を直接に下部電極２００にスパッターすることにより、下部電極２００に沈着させても良い。
３０６において、導電性光透過層を電極拡散層の上部に沈着させて導電性下部層を形成する。例えば、導電性光透過層２０４はスパッター又は他の方法により電極拡散層２０２の上に沈着させて、図６に示す様に電極拡散層２０２及び導電性光透過層２０４を持つ導電性下部層１１４を形成しても良い。導電性光透過層２０４は、下部電極２００が導電性光透過層２０４に拡散することを防止するように電極拡散層２０２が配置されることを可能にする位置に置かれる。記載された実施の態様においては、例えば、電極拡散層２０２は、下部電極２００と導電性光透過層２０４の間に置かれる。
３０８においては、導電性下部層の一部は取り除かれる。図７に示す様に、導電性下部層１１４の一部７００を取り除いて、導電性下部層１１４を隣合せたＰＶ電池１０２Ａ，１０２Ｂに互いに電気的に分離する。その部分７００は化学品によるエッチング、レーザービームの様なエネルギー焦点を合わせたビーム等を用いて取り除いても良い。
３１０においては、半導体層スタックが導電性光透過層の上部に沈着される。図８に示す様に、半導体層スタック１１６は導電性光透過層２０４上に沈着しても良く、半導体層スタック１１６は導電性光透過層２０４と電気的に結合される。半導体層スタック１１６は連続した層として沈着しても良い。例えば、半導体層スタック１１６は、Ｎ−ドープされた半導体層２１４（図２に示す）を導電性光透過層２０４上に沈着させ、その後に真正半導体層２１６（図２に示す）をＮ−ドープされた半導体層２１６に沈着させ、続いてＰ−ドープされた半導体層２１８（図２に示す）を真正半導体層２１６に沈着させることで形成しても良い。一以上の半導体層２１４、２１６、２１８の沈着は、高温度で行うこともある。例えば、Ｎ−ドープされた半導体層及び真正半導体層２１４、２１６の沈着は２５０℃から３５０℃の間の温度で行うこともある。
図３Ｂにおいて、３１２において半導体層スタックの一部が隣接するＰＶ電池の間で除去される。図９に示す様に、半導体層スタック１１６を隣接するＰＶ電池１０２Ａ、１０２Ｂの互いに分離するために半導体層スタック１１６の一部９００が除去されている。前記部分９００は、化学品によるエッチング、レーザービームの様なエネルギー焦点を合わせたビーム等を用いて取り除いても良い。
３１４において、導電性上部層が半導体層スタック上部に沈着される。例えば、光透過性導電性上部層１１８は、図１０に示す様に半導体層スタック１１６上に直接沈着させても良い。
３１６において、光透過性導電性上部層の一部が除去される。図１１に示す様に、隣接するＰＶ電池１０２Ａ、１０２Ｂの光透過性導電性上部層１１８を電気的に互いに分離するために光透過性導電性上部層１１８の一部１１００が、除去されている。図１１に示す実施の態様においては、ＰＶ電池１０２Ｂのある部分のみを示す。前記部分１１００は、化学品によるエッチング、レーザービームの様なエネルギー焦点を合わせたビーム等を用いて取り除いても良い。
図３Ｃに関して言うと、３１８において接着層が導電性上部層に設けられている。例えば、図１２に示す様に、接着層１２０はスパッター又は他の方法により光透過性導電性上部層１１８上に沈着させても良い。
３２０において、カバーシートは接着層に結合される。図１３に示す様に、光透過性カバーシート１２２は接着層１２０と接合しても良い。入射光はカバーシート１２２及び光透過性導電性上部層１１８を透過する。光は半導体層スタック１１６に吸収され、及び/又は導電性下部層１１４により反射されて半導体層スタック１１６に返る。吸収された光は、光透過性導電性上部層１１８又は導電性下部層１１４に流れる電子及びホールを生成する。図１３に示す様に、電池１０２Ａの光透過性導電性上部層１１８は、電池１０２Ｂの下部層１１４と電気的に結合している。半導体層スタック１１６から電池１０２Ａの光透過性導電性上部層１１８に流れる電流は、電池１０２Ｂの下部層１１４に導かれる。この電流はＰＶモジュール１００全体を流れる。
上記記載の内容は説明のためのものであり、本出願の発明を制限するものと解してはならない。例えば、上に説明した実施の態様（及び/又はその一部分）は、互いに組み合わせて用いることができる。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、ここで述べた発明の主題による教示に、特定の状況又は材料を適用することにより本発明に多くの修飾をすることが出来る。本明細書に記載の寸法、材料の種類、種々の要素の方向、及び種々の要素の数及び位置はある実施の態様におけるパラメーターを示すものであり、これらは制限的に解釈してはならず、単に代表的実施の形態を示すに過ぎない。その他の多くの実施の態様及び修飾例は、上に記載した内容を考察することにより、本願請求項に係る発明の思想及び範囲に含まれることが当業者には明らかになろう。本明細書に記載の発明の主題の範囲は特許請求の範囲を参照し、その特許請求の範囲が主張する内容と均等なすべての範囲を考察することにより決定されるであろう。本願請求項で使用される「含む（including）」及び「〜において（in which）」の用語は、通常用いられる「含まれる（comprising）」及び「〜において（wherein）」の平易な表現であり、これらと同等の意味で使用される。さらに、「第１の（first）」、「第２の(second)」及び「第３の（third）」等は単に識別のための指標として使用されるものであり、その対象に数値的な意味の要件を課するものではない。さらに、特許請求の範囲の記載における限定については、ミーンズ プラス ファンクションの形式で記載されておらず、特許請求の範囲の請求項において、「ミーンズ」に続く語句が明確に構造についての記載を欠いて、機能について述べている場合を除いては、米国３５ U.S.C,１１２条、第６段落に基づいて解釈されるべきではない。
Claims (20)
- 光透過性カバーシートを通して受容される入射光を電圧に変換する光電池モジュールであって、光電池モジュールは
基板と、
前記基板とカバーシートの間に配置された導電性上部層及び導電性下部層を含み、導電性下部層は下部電極と導電性光透過層の間に電極拡散層を持ち、及び
前記導電性下部層及び上部層の間に沈着された半導体層スタックを含み、前記電極拡散層は半導体層スタックの沈着の間に、導電性下部層の下部電極が導電性光透過層に拡散することを制限し、
前記入射光が半導体層スタックによって、導電性上部層及び下部層の間の電圧に変換される、光電池モジュール。 - 前記電極拡散層が下部電極を導電性光透過層と電気的に結合する、請求項１の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が下部電極の拡散係数よりも小さい拡散係数を持つ、請求項１の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が光透過性であり、入射光の少なくとも一部が電極拡散層を透過して下部電極で反射される、請求項１の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が金属又は金属合金から形成される、請求項１の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が、電気的に絶縁性の材料又は導電材料でドープされた半導体性材料から形成される、請求項１の光電池モジュール。
- 前記下部電極から導電性光透過層へ延びる電極拡散層の厚さは、半導体層スタックにより吸収される入射光の一以上の波長に基づく、請求項１の光電池モジュール。
- 基板、基板の上部の導電性下部電極、及びそれを通して入射光が受容されカバーシートを有する光電池モジュールを製造する方法であって、前記方法は、
下部電極の上部に電極拡散層を沈着させることを含み、
前記電極拡散層の上部に導電性光透過層を沈着させることを含み、前記導電性光透過層は電極拡散層により下部電極と電気的に結合され、
前記導電性光透過層の上部に半導体層スタックを沈着させることを含み、前記電極拡散層が、半導体層スタックの沈着の間に、下部電極が導電性光透過層へ拡散することを制限し、及び
半導体層スタックの上部に導電性上部層を沈着させることを含み、
前記半導体層スタックは、入射光を下部電極及び導電性上部層との間の電位差に変換する、光電池モジュールを製造する方法。 - 前記電極拡散層が、下部電極を導電性光透過層に電気的に結合させる、請求項８の方法。
- 前記電極拡散層が下部電極の拡散係数よりも小さい拡散係数を持つ、請求項８の方法。
- 前記電極拡散層は光透過性であって、入射光の少なくとも一部が電極拡散層を透過して下部電極で反射される、請求項８の方法。
- 前記電極拡散層が金属又は金属合金として沈着される、請求項８の方法。
- 前記電極拡散層が、電気的に絶縁性の材料又は導電材料でドープされた半導体性材料の沈着により形成される、請求項８の方法。
- 前記下部電極から導電性光透過層へ延びる電極拡散層の厚さは、半導体層スタックにより吸収される入射光の一以上の波長に基づく、請求項８の方法。
- 前記導電性光透過層が沈着された後に、前記下部電極、電極拡散層、及び導電性光透過層の一部を取り除くことを含み、取り除くことには、隣接する光電池モジュールの電池の下部電極、電極拡散層及び導電性光透過層を分離することを含む、請求項８の方法。
- 前記半導体層スタックの沈着は２５０℃から３５０℃の間の温度で行われる、請求項８の方法。
- それを通して入射光が受容されるカバーシートを持つ光電池モジュールであって、光電池モジュールは、
基板、
前記基板及びカバーシートの間に配置された半導体層のＮ−Ｉ−Pスタック、
前記Ｎ−Ｉ−Pスタックと電気的に結合され、そしてＮ−Ｉ−Pスタックとカバーシートの間に配置される導電性上部層を含み、及び
前記Ｎ−Ｉ−Pスタックと電気的に結合され、そして基板とＮ−Ｉ−Pスタックの間に配置される導電性下部層を含み、導電性下部層は、下部電極並びに下部電極と導電性光透過層の間に電極拡散層を持つ導電性光透過層を持ち、電極拡散層は、下部電極の導電性光透過層ヘの拡散を防ぎ、
前記Ｎ−Ｉ−Pスタックは、入射光を導電性上部層及び下部層の間の電圧に変換する、光電池モジュール。 - 前記電極拡散層が、導電性光透過層を下部電極と電気的に結合する、請求項１７の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が、電気的に絶縁性の材料又は導電材料でドープされた半導体性材料を含む、請求項１７の光電池モジュール。
- 前記電極拡散層が、下部電極から導電性光透過層へ延び、そして半導体層スタックが沈着される間に、下部電極が導電性光透過層ヘ拡散することを防ぐ、請求項１７の光電池モジュール。
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