JP7086304B2 - 光起電デバイス用の金属酸窒化物バック接点層 - Google Patents

光起電デバイス用の金属酸窒化物バック接点層 Download PDF

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Description

[0001]本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１９年２月６日に出願された米国特許出願第６２／８０１，９６５号の優先権を主張するものである。
[0002]本明細書は全般的に、１つ又は複数の金属バック接点層を有する光起電デバイス、より詳細には、１つ又は複数の金属酸窒化物バック接点層を有する光起電デバイスに関する。
[0003]光起電デバイスは、光起電力効果を示す半導体材料を使用して光を直流電流に変換することによって電力を発生させる。ある種の半導体材料は、製造が困難な場合がある。例えば、バック接点の層に与えられる特定のドーパントは、バック接点を通って且つバック接点全体にわたって拡散することができ、光起電デバイスの動作不能又は不安定性につながり得る。
[0004]したがって、光起電デバイスで使用するための代替のバック接点層の必要性が存在する。
[0005]本明細書中で提供される実施形態は、改善されたバック接点を有する光起電デバイスに関する。本明細書に記載の実施形態によって提供されるこれらのおよび追加の特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解されるであろう。
[0006]図面中に記載される実施形態は、事実上例証的且つ例示的であり、特許請求の範囲によって規定される主題を限定することを意図しない。以下の例示的実施形態の詳細な説明は、以下の図面（類似の構造は、類似の数値で示される）と併せて読むと理解できる。
[0007]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態による光起電デバイスの横断面図を概略的に示す。 [0008]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態による基板を概略的に示す。 [0009]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態による光起電デバイスの横断面図を概略的に示す。 [0010]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を概略的に示す。 [0010]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を概略的に示す。 [0010]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を概略的に示す。 [0010]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を概略的に示す。 [0010]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を概略的に示す。 [0011]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態による導電層を概略的に示す。 [0012]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるバック接点を形成するためのフローチャートを示す。 [0013]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるデバイスと比較した比較例の試験結果を示す。 [0014]本明細書中に図示および記載の１つ又は複数の実施形態によるデバイスと比較した比較例の試験結果を示す。
[0015]金属窒化物バック接点を有する光起電デバイスの実施形態が、本明細書中に提供される。光起電デバイスおよび光起電デバイスを形成するための方法のさまざまな実施形態は、本明細書中でより詳細に説明される。
[0016]ここで図１を参照して、光起電デバイス１００の実施形態が概略的に示される。光起電デバイス１００は、受光し、光を電気信号に変換するよう構成することができ、例えば、光子は光から吸収されて、光起電力効果を介して電気信号に変換され得る。これに応じて、光起電デバイス１００は、例えば太陽などの光源に曝露されるように構成されたエネルギー側１０２を画定することができる。また、光起電デバイス１００は、例えば、複数の材料層などによって、エネルギー側１０２からオフセットされる反対側１０４も画定することができる。用語「光」は、これらに限定されないが、電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）部、赤外（ＩＲ）部および可視部の波長などの電磁スペクトルのさまざまな波長を指すことができる。「太陽光」は、本明細書中で用いられる場合、太陽によって放出される光を指す。光起電デバイス１００は、エネルギー側１０２と反対側１０４との間に配置された複数の層を含むことができる。本明細書中で用いられる場合、用語「層」は、表面上に設けられた材料の厚さを指す。各層は、表面の全ての又はいずれかの部分を覆うことができる。
[0017]図１および図２をひとまとめに参照して、光起電デバイス１００の層は、光の光起電デバイス１００中への透過を促進するように構成された基板１１０を含むことができる。基板１１０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に配置されていてもよい。基板１１０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１１２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１１４と、を有することができる。１つ又は複数の材料層は、基板１１０の第１の表面１１２と第２の表面１１４との間に配置されていてもよい。
[0018]基板１１０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１２２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１２４と、を有する透明層１２０を含み得る。一部の実施形態では、透明層１２０の第２の表面１２４は、基板１１０の第２の表面１１４を形成することができる。透明層１２０は、例えばガラスなどの実質的に透明な材料から形成することができる。好適なガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、又は還元鉄分を有するいずれかのガラスを挙げることができる。透明層１２０は、一部の実施形態では約２５０ｎｍ～約１，３００ｎｍ、又は他の実施形態では約２５０ｎｍ～約９５０ｎｍを含めた、いずれの好適な透過率を有し得る。透明層１２０は、例えば、一実施形態では約５０％超、別の実施形態では約６０％超、更に別の実施形態では約７０％超、更なる実施形態では約８０％超、又は別の更なる実施形態では約８５％超を含めた、いずれの好適な透過率も有し得る。一実施形態において、透明層１２０は、約９０％以上の透過率を有するガラスから形成され得る。任意に、基板１１０は、透明層１２０の第１の表面１２２に適用されたコーティング１２６を含むことができる。コーティング１２６は、光と相互作用するように又は基板１１０の耐久性を改善するように構成され得、これらに限定されないが、反射防止コーティング、汚れ防止コーティング、又はこれらの組合せなどがある。
[0019]再度、図１を参照して、光起電デバイス１００は、劣化又は層間剥離をもたらし得る基板１１０からの混入物（例えば、ナトリウム）の拡散を緩和するように構成されている障壁層１３０を含むことができる。障壁層１３０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１３２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１３４と、を有し得る。一部の実施形態では、障壁層１３０は、基板１１０に隣接して設けられ得る。例えば、障壁層１３０の第１の表面１３２は、基板１００の第２の表面１１４上に設けられていてもよい。語句「に隣接する」は、本明細書中で用いられる場合、２つの層が接触して配置され、少なくとも層の一部の間に何らかの介在材料を有さないことを意味する。
[0020]一般的に、障壁層１３０は、実質的に透明で、熱的に安定的であり、ピンホールの数が少なく、高いナトリウム遮断能力を有し、良好な付着性を有し得る。或いは又は加えて、障壁層１３０は、光に色抑制を適用するように構成されていてもよい。障壁層１３０は、これらに限定されないが、酸化スズ、二酸化ケイ素、アルミニウムドープ酸化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸化アルミニウムなどを含めた好適な材料の１つ又は複数の層を含むことができる。障壁層１３０は、第１の表面１３２および第２の表面１３４によって制限されたいずれかの好適な厚さ（例えば、一実施形態では約１００Å超、別の実施形態では約１５０Å超、又は更なる実施形態では約２００Å未満を含む）を有し得る。
[0021]更に図１を参照して、光起電デバイス１００は、電気接点を設けて、光起電デバイス１００によって発生する電荷担体を輸送するように構成される透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１４０を含むことができる。ＴＣＯ層１４０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１４２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１４４と、を有し得る。一部の実施形態において、ＴＣＯ層１４０は、障壁層１３０に隣接して設けられていてもよい。例えば、ＴＣＯ層１４０の第１の表面１４２は、障壁層１３０の第２の表面１３４上に設けられていてもよい。一般的に、ＴＣＯ層１４０は、実質的に透明で、広バンドギャップを有するｎ型半導体材料の１つ又は複数の層から形成することができる。具体的には、広バンドギャップは、光の光子のエネルギーと比較して大きなエネルギー値を有することができ、不要な吸光を緩和できる。ＴＣＯ層１４０は、これらに限定されないが、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ（例えば、Ｆ：ＳｎＯ、Ｆ：ＳｎＯ２又はＦ：ＳｎＯｘ）、酸化インジウムスズ、又はスズ酸カドミウムなどを含めた好適な材料の１つ又は複数の層を含むことができる。
[0022]光起電デバイス１００は、ＴＣＯ層１４０といずれかの隣接する半導体層との間に絶縁層を設けるように構成されている緩衝層１５０を含むことができる。緩衝層１５０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１５２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１５４と、を有することができる。一部の実施形態において、緩衝層１５０は、ＴＣＯ層１４０に隣接して設けられていてもよい。例えば、緩衝層１５０の第１の表面１５２は、ＴＣＯ層１４０の第２の表面１４４上に設けられていてもよい。緩衝層１４０は、ＴＣＯ層１４０より高い抵抗率を有する材料（これらに限定されないが、真性酸化スズ（ＳｎＯ、ＳｎＯ２又はＳｎＯｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛マグネシウム（例えば、Ｚｎ１－ｘＭｇｘＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）又はこれらのいずれかの組合せなどを含む）を含んでいてもよい。
[0023]光起電デバイス１００は、別の層と協同して、光起電デバイス１００内にｐｎ接合を形成するように構成されている吸収層１６０を含むことができる。これに応じて、光の吸収光子は、電子正孔対を解放し、担体流動を発生させることができ、電力を生み出すことができる。吸収層１６０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１６２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１６４と、を有し得る。吸収層１６０の厚さは、第１の表面１６２および第２の表面１６４間で画定され得る。吸収層１６０の厚さは、約０．５μｍ～約１０μｍ、例えば、一実施形態では約１μｍ～約７μｍ、又は別の実施形態では約１．５μｍ～約４μｍなどであってもよい。
[0024]本明細書に記載の実施形態によれば、吸収層１６０は、過剰の正電荷担体、すなわち正孔又はアクセプタを有するｐ型半導体材料から形成することができる。吸収層１６０は、ＩＩ～ＶＩ族半導体などのいずれかの好適なｐ型半導体材料を含むことができる。具体例としては、これらに限定されないが、カドミウム、テルル、セレン、又はこれらのいずれかの組合せを含む半導体材料が挙げられる。好適な例としては、これらに限定されないが、カドミウム、セレンおよびテルルの３成分（例えば、ＣｄＳｅｘＴｅ１－ｘ）、又はカドミウム、セレン、テルル、および１個若しくは複数の添加元素を含む化合物が挙げられる。
[0025]吸収層１６０がテルルおよびカドミウムを含む実施形態において、テルルの原子百分率は、約２５原子百分率以上、約５０原子百分率以下、例えば、一実施形態では約３０原子百分率超、約５０原子百分率未満、更なる実施形態では約４０原子百分率超、約５０原子百分率未満、又は更に別の実施形態では約４７原子百分率超、約５０原子百分率未満などであってもよい。或いは又は加えて、吸収層１６０中のテルルの原子百分率は、約４５原子百分率超、例えば一実施形態では約４９％超などであってもよい。本明細書に記載の原子百分率は、吸収層１６０の全体を表し、吸収層１６０内の特定の位置における材料の原子百分率は、吸収層１６０の全組成と比較して厚さに応じて変動し得ることに留意されたい。
[0026]吸収層１６０がセレンおよびテルルを含む実施形態において、吸収層１６０中のセレンの原子百分率は、約０原子百分率超、約２５原子百分率以下、例えば、一実施形態では約１原子百分率超、約２０原子百分率未満、別の実施形態では約１原子百分率超、約１５原子百分率未満、又は更なる実施形態では約１原子百分率超、約８原子百分率未満であってもよい。テルル、セレン、又は両方の濃度は、吸収層１６０の厚さを通して変動し得ることに留意されたい。例えば、吸収層１６０が、ｘのモル分率のセレンおよび１－ｘのモル分率のテルルを含む化合物（ＳｅｘＴｅ１－ｘ）を含むとき、ｘは吸収層１６０中で、吸収層１６０の第１の表面１６２からの距離に応じて変動し得る。
[0027]更に図１を参照して、吸収層１６０は、電荷担体の濃度を操作するように構成されているドーパントでドープすることができる。一部の実施形態において、吸収層１６０は、例えば、１つ若しくは複数のＩ族ドーパント、１つ若しくは複数のＶ族ドーパント、又はこれらの組合せなどのドーパントでドープされていてもよい。吸収層１６０中のドーパントの総密度は制御できる。或いは又は加えて、ドーパントの量は、吸収層１６０の第１の表面１６２からの距離に応じて変動し得る。
[0028]本明細書で提供される実施形態によれば、過剰の負電荷担体、すなわち電子又はドナーを有する光起電デバイス１００部分に十分近くに吸収層１６０を設けることによってｐｎ接合を形成することができる。一部の実施形態において、吸収層１６０は、ｎ型半導体材料に隣接して設けられていてもよい。或いは、１つ又は複数の介在層は、吸収層１６０とｎ型半導体材料との間に設けられていてもよい。一部の実施形態において、吸収層１６０は、緩衝層１５０に隣接して設けられていてもよい。例えば、吸収層１６０の第１の表面１６２は、緩衝層１５０の第２の表面１５４上に設けられていてもよい。
[0029]ここで図３を参照して、一部の実施形態では、光起電デバイス２００は、ｎ型半導体材料を含む窓層１７０を含むことができる。窓層１７０とは別に、光起電デバイス２００は、光起電デバイス１００（図１）と実質的に同様の層構造を有していてもよい。吸収層１６０は、窓層１７０に隣接して形成され得る。窓層１７０は、光起電デバイス２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１７２と、光起電デバイス２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１７４と、を有し得る。一部の実施形態において、窓層１７０は、吸収層１６０とＴＣＯ層１４０との間に位置していてもよい。一実施形態において、窓層１７０は、吸収層１６０と緩衝層１５０との間に位置していてもよい。窓層１７０は、例えば、硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム亜鉛、酸化亜鉛マグネシウム、又はこれらのいずれかの組合せを含めたいずれの好適な材料も含むことができる。
[0030]再度、図１および図３を参照して、光起電デバイス１００、２００は、ドーパントの不要な変化を緩和し、吸収層１６０に電気接点を設けるように構成されたバック接点１８０を含むことができる。バック接点１８０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１８２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１８４と、を有し得る。バック接点１８０の厚さは、第１の表面１８２と第２の表面１８４との間で画定され得る。バック接点１８０の厚さは、約５ｎｍ～約２２０ｎｍ、例えば一実施形態では約１０ｎｍ～約２００ｎｍ、又は一実施形態では約１０ｎｍ～約１５０ｎｍなどであってもよい。基板１１０と吸収層１６０との間（両方を含む）の複数の層は、吸収体スタック１０９、２０９と呼ばれ得る。バック接点１８０は、吸収体スタック１０９、２０９の上に配置され得る。
[0031]一部の実施形態において、バック接点１８０は、吸収層１６０に隣接して設けられてよい。例えば、バック接点１８０の第１の表面１８２は、吸収層１６０の第２の表面１６４の上に設けられていてもよい。一部の実施形態において、バック接点１８０は、Ｉ、ＩＩ、ＶＩ族由来の材料の２成分又は３成分の組合せを含むことができる。例えば、バック接点１８０は、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらの組合せを含有する１つ又は複数の層を含むことができる。一部の実施形態において、バック接点の１つ又は複数の層は、例えば、１つ又は複数のＩ族ドーパントなどのドーパントでドープされていてもよい。或いは又は加えて、バック接点１８０は、金属窒化物材料、例えばＭｏＮｘ（ｘが０＜ｘ＜１の範囲内のＮ組成を有する）、ＴｉＮｙ（ｙが０＜ｙ＜１．１の範囲内のＮ組成を有する）、ＷＮｚ（ｚが０＜ｚ＜１．１の範囲内のＮ組成を有する）、ＴａＮｉ（ｉが０＜ｉ＜１．１の範囲内のＮ組成を有する）、又はＺｒＮｊ（ｊが０＜ｊ＜１．１の範囲内のＮ組成を有する）などを含有する１つ又は複数の層を含むことができる。一般的に、金属窒化物材料は、実質的に酸化を含まず、すなわち、金属窒化物材料は、約１％未満の酸素（原子％）、例えば、約０．５％未満などの酸素を含む。或いは又は加えて、バック接点１８０は、金属酸窒化物材料、例えば、チタン酸窒化物、タングステン酸窒化物、ジルコニウム酸窒化物、又はタンタル酸窒化物などを含有する１つ又は複数の層を含むことができる。一部の実施形態において、チタン酸窒化物は、ＴｉＯａＮｂ（ａが０＜ａ＜１．０の範囲内のＯ組成およびｂが０＜ｂ＜１．１の範囲内のＮ２組成を有する）として規定され得る。一部の実施形態において、タングステン酸窒化物は、ＷＯｃＮｄ（ｃが０＜ｃ＜１．０の範囲内のＯ組成およびｄが０＜ｄ＜１．１の範囲内のＮ２組成を有する）として規定され得る。
[0032]図１、図３および図４をまとめて参照して、バック接点１８０は、複数の層２０２を含むことができる。バック接点１８０の複数の層２０２は、金属酸窒化物材料を含む層２１０を含むことができる。一部の実施形態において、層２１０は、金属酸窒化物材料からなってよい。一部の実施形態において、金属酸窒化物材料の少なくとも一部は、例えば、チタン又はタングステンなどのＩＶ族、Ｖ族、又はＶＩ族遷移金属で構成されていてもよい。金属酸窒化物材料は、約７０％未満の遷移金属（原子％）で構成されていてもよく、例えば、一実施形態では約２５％～約６０％の金属酸窒化物材料が該遷移金属であってもよく、又は別の実施形態では約３０％～約５０％の金属酸窒化物材料が該遷移金属であってもよい。金属酸窒化物材料は、約５０％未満の酸素（原子％）で構成されていてもよく、例えば、一実施形態では約５％～約４０％の金属酸窒化物材料が酸素であってもよく、又は別の実施形態では約１０％～約２５％の金属酸窒化物材料が酸素であってもよい。金属酸窒化物材料は、約５０％未満の窒素（原子％）で構成されていてもよく、例えば、一実施形態では約１０％～約４５％の金属酸窒化物材料が窒素であってもよく、又は別の実施形態では約２５％～約４０％の金属酸窒化物材料が窒素であってもよい。
[0033]層２１０は、光起電デバイス１００、２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面２１２と、光起電デバイス１００、２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２１４と、を有し得る。一部の実施形態において、層２１０の第２の表面２１４は、バック接点１８０の第２の表面１８４であってもよい。層２１０の厚さは、第１の表面２１２と第２の表面２１４との間で画定され得る。金属酸窒化物材料を含む層２１０の厚さは、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、例えば、一実施形態では約２ｎｍ～約２０ｎｍ、別の実施形態では約３ｎｍ～約２０ｎｍ、更なる実施形態では約１ｎｍ～約５ｎｍ、又は更なる実施形態では約５ｎｍ～約１０ｎｍなどであってもよい。
[0034]バック接点１８０の複数の層２０２は、金属酸窒化物材料を含む層２１０とバック接点１８０の第１の表面１８２との間に、亜鉛、カドミウム、テルル、又は組合せを含有する１つ又は複数の層を含んでもよい。例えば、バック接点１８０の複数の層２０２は、金属酸窒化物材料を含む層２１０とバック接点１８０の第１の表面１８２との間に亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層を含むことができる。一部の実施形態において、バック接点１８０の複数の層２０２は、金属酸窒化物材料を含む層２１０とバック接点１８０の第１の表面１８２との間に配置された第１の層２２０および第２の層２３０を含むことができる。バック接点１８０の第１の層２２０は、バック接点１８０の第１の表面１８２に配置されていてもよい。これに応じて、第１の層２２０は、吸収層１６０に隣接して設けられていてもよい。一部の実施形態において、バック接点１８０の第１の表面１８２は、第１の層２２０の第１の表面２２２であってもよい。第１の層２２０は、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２２４を有していてもよい。バック接点１８０の第１の層２２０は、カドミウム、亜鉛、およびテルルの３成分を含むことができる。一部の実施形態において、第１の層２２０は、カドミウム、亜鉛、およびテルルの３成分からなってもよい。
[0035]第２の層２３０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０とバック接点１８０の第１の層２２０との間に配置されていてもよい。第２の層２３０の厚さは、第１の表面２３２と第２の表面２３４との間で画定されていてもよい。一部の実施形態において、第２の層２３０は、第１の層２２０と金属酸窒化物材料を含む層２１０とに隣接して設けられていてもよい。これに応じて、第２の層２３０の第１の表面２３２は、第１の層２２０の第２の表面２２４と接していてもよく、第２の層２３０の第２の表面２３４は、層２１０の第１の表面２１２と接していてもよい。バック接点１８０の第１の層２３０は、ドーパント（例えば、銅、銀、又は両方）でドープされていてもよい、亜鉛およびテルルの２成分を含むことができる。一部の実施形態において、第２の層２３０は、亜鉛およびテルルのドープされた２成分からなってもよい。
[0036]図１、図３および図５をまとめて参照して、バック接点１８０は、複数の層２０４を含むことができる。バック接点１８０の複数の層２０４は、高濃度（原子％）のＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含む高純度金属層２４０を含むことができ、例えば、約８０％超の高純度金属層２４０は、一実施形態では選択された遷移金属で構成されていてもよく、又は一実施形態では約９０％超の高純度金属層２４０は、選択された遷移金属で構成されていてもよい。一部の実施形態において、高純度金属層２４０は、高濃度のチタンを含むことができる。ある例では、高純度金属層は、チタンから本質的になる。ある例では、高純度金属層は、チタン、タングステン、タンタル、ジルコニウム、又はこれらの組合せから本質的になる。
[0037]高純度金属層２４０は、光起電デバイス１００、２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面２４２と、光起電デバイス１００、２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２４２と、を有し得る。高純度金属層２４０の厚さは、第１の表面２４２と第２の表面２４４との間で画定され得る。高純度金属層２４０の厚さは、約１ｎｍ～約５ｎｍであってもよい。或いは又は加えて、高純度金属層２４０の厚さは、金属酸窒化物材料を含む層２１０の厚さに満たなくてもよい。一部の実施形態において、金属酸窒化物材料を含む層２１０の厚さと高純度金属層２４０の厚さとの比は、少なくとも約２：１であり得る。
[0038]高純度金属層２４０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０よりバック接点１８０の第１の表面１８２の近くに位置してよい。一部の実施形態において、高純度金属層２４０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０と、亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層との間に配置してもよい。例えば、高純度金属層２４０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０に隣接していてもよい。これに応じて、高純度金属層２４０の第２の表面２４４は、金属酸窒化物材料を含む層２１０の第１の表面２１２と接してもよい。或いは又は加えて、高純度金属層２４０は、バック接点１８０の第２の層２３０に隣接してもよく、すなわち、高純度金属層２４０の第１の表面２４２は、第２の層２３０の第２の表面２３４と接してもよい。
[0039]図１、図３および図６をまとめて参照して、バック接点１８０は、複数の層２０６を含むことができる。バック接点１８０の複数の層２０６は、金属の濃度（原子％）が約３０％～約７０％であり、窒素の濃度（原子％）が約７０％～約３０％である金属窒化物材料を含む層２５０を含むことができる。好適な金属としては、これらに限定されないが、モリブデン、チタン、およびタングステンが挙げられる。一部の実施形態において、層２５０は、金属窒化物からなってよい。金属窒化物を含む層２５０は、光起電デバイス１００、２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面２５２と、光起電デバイス１００、２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２５４と、を有し得る。金属窒化物を含む層２５０の厚さは、第１の表面２５２と第２の表面２５４との間で画定され得る。金属窒化物を含む層２５０の厚さは、約２ｎｍ～約２０ｎｍであってもよい。或いは又は加えて、金属窒化物を含む層２５０の厚さは、金属酸窒化物材料を含む層２１０の厚さより厚くてもよい。一部の実施形態において、金属窒化物を含む層２５０の厚さと、金属酸窒化物材料を含む層２１０の厚さとの比は、少なくとも約２：１、例えば、一部の実施形態では少なくとも約３：１などであり得る。
[0040]金属窒化物を含む層２５０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０よりバック接点１８０の第２の表面１８４の近くに位置してもよい。一部の実施形態において、金属窒化物を含む層２５０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０に隣接してもよい。これに応じて、金属酸窒化物材料を含む層２１０の第２の表面２１４は、金属窒化物を含む層２５０の第１の表面２５２と接してもよい。或いは又は加えて、金属窒化物を含む層２５０の第２の表面２５４は、バック接点１８０の第２の表面１８４であってもよい。
[0041]図１、図３および図７をまとめて参照して、バック接点１８０は、複数の層２０８を含むことができる。バック接点１８０の複数の層２０８は、金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０を含むことができる。金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０に実質的に類似していてもよい。一部の実施形態において、金属酸窒化物材料を含む層２１０と、金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、異なる金属から形成することができる。一部の実施形態において、層２１０はＴｉＯａＮｂを含むことができ、第２の層２６０はＷＯｃＮｄを含むことができる。或いは、層２１０はＷＯｃＮｄを含むことができ、第２の層２６０はＴｉＯａＮｂを含むことができる。
[0042]金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０よりバック接点１８０の第１の表面１８２の近くに位置してもよい。金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、光起電デバイス１００、２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面２６２と、光起電デバイス１００、２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２６４と、を有し得る。一部の実施形態において、金属酸窒化物を含む層２６０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０に隣接してもよい。これに応じて、金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０の第２の表面２６４は、金属酸窒化物材料を含む層２１０と接してもよい。或いは又は加えて、金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０と亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層との間に位置してもよい。一部の実施形態において、金属酸窒化物材料を含む第２の層２６０は、亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層に隣接してもよい。例えば、第２の層２６０の第１の表面２６２は、バック接点１８０の第２の層２３０の第２の表面２３４と接してもよい。
[0043]図１、図３および図８をまとめて参照して、バック接点１８０は、複数の層２０９を含むことができる。バック接点１８０の複数の層２０９は、金属窒化物材料を含む第２の層２７０を含むことができる。金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、光起電デバイス１００、２００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面２７２と、光起電デバイス１００、２００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面２７４と、を有し得る。金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、金属窒化物材料を含む層２５０と実質的に類似していてもよい。一部の実施形態において、金属窒化物材料を含む層２５０と、金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、異なる金属から形成することができる。或いは、金属窒化物材料を含む層２５０と、金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、同じ材料から形成することができる。
[0044]金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０よりバック接点１８０の第１の表面１８２の近くに位置してもよい。一部の実施形態において、金属窒化物を含む第２の層２７０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０に隣接してもよい。これに応じて、金属酸窒化物材料を含む第２の層２７０の第２の表面２７４は、金属酸窒化物材料を含む層２１０の第１の表面２１２と接してもよい。或いは又は加えて、金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、金属酸窒化物材料を含む層２１０と、亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層との間に位置してもよい。一部の実施形態において、金属窒化物材料を含む第２の層２７０は、亜鉛およびテルルを含有する１つ又は複数の層に隣接してもよい。例えば、第２の層２７０の第１の表面２７２は、バック接点１８０の第２の層２３０の第２の表面２３４に接してもよい。
[0045]図１、図３および図９をまとめて参照して、光起電デバイス１００、２００は、吸収層１６０との電気接点を設けるように構成されている導電層１９０を含むことができる。導電層１９０は、光起電デバイス１００のエネルギー側１０２に実質的に面した第１の表面１９２と、光起電デバイス１００の反対側１０４に実質的に面した第２の表面１９４と、を有し得る。一部の実施形態において、導電層１９０は、バック接点１８０に隣接して設けてもよい。例えば、導電層１９０の第１の表面１９２は、バック接点１８０の第２の表面１８４上に設けられていてもよい。導電層１９０は、例えば、銀、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、パラジウム、クロム、モリブデン、金、又はこれらの合金の１つ又は複数の層などのいずれかの好適な導電性材料も含むことができる。一部の実施形態において、導電層１９０の第１の表面１９２は、例えば、少なくとも約９０％のアルミニウム（原子％）（例えば、少なくとも約９５％のアルミニウム）を含む層などのアルミニウムを含む層２７６によって形成することができる。或いは又は加えて、導電層１９０の第２の表面１９４は、クロムを含む層２７８によって形成することができる。
[0046]光起電デバイス１００は、基板１１０と協働して、光起電デバイス１００の筐体を形成するように構成されている背部サポート１９６を含むことができる。背部サポート１９６は、光起電デバイス１００の反対側１０２に配置されていてもよい。例えば、背部サポート１９６は、導電層１９０の上に形成されてよい。背部サポート１９６は、例えば、ガラス（例えば、ソーダ石灰ガラス）を含めたいずれの好適な材料も含むことができる。
[0047]光起電デバイス１００、２００および本明細書に記載のデバイスの層は、製造プロセスによって形成され得る。層は、これらに限定されないが、スパッタリング、蒸気輸送蒸着法（ＶＴＤ）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、電気化学堆積法（ＥＣＤ）、蒸着法、および／又は原子層堆積法（ＡＬＤ）を含めた１つ又は複数の蒸着プロセスによって形成し得る。
[0048]光起電構造の製造方法は、基板上に層を逐次的に形成することを含んでよい。ＴＣＯ層は、ガラスなどの基板層上に形成してよい。任意に、緩衝層、窓層、および／又は界面層を基板（予め適用したＴＣＯ層の上を含む）の上に堆積させてもよい。吸収層を、任意の界面層、任意のｎ型窓層、任意の緩衝層、ＴＣＯ層、および基板を含めた基板の上に堆積させることができる。基板と吸収層との間（基板と吸収層を含む）の複数の層は、吸収体スタックと呼ばれ得る。吸収体スタックは、バック接点層を適用する前に、例えば、加熱、活性化、および／又はパッシベーションによって処理してよい。１つ又は複数の層を蒸着させて、バック接点層の上に導電層を形成する。背部サポートが導電層の上に形成され得る。製造プロセス中、選択された層を通してスクライブラインが形成され得る。
[0049]前駆体層および処理を適用して、ドーパントを導入でき、且つ／又は特定の最終層組成物および構造を実現できる。層の堆積は、堆積して層を形成した後にアニーリング工程又は加熱工程を要する１つ又は複数の前駆体層の堆積を含み得る。例として、吸収層が１つ又は複数の前駆体層から形成される実施形態において、第１の前駆体層、例えば、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）は、基板構造の上に堆積され、後続して第２の前駆体層、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）が第１の前駆体層の上に堆積される。次いで、堆積された前駆体層をアニーリングして所望の最終層組成、例えば、カドミウムセレンテルル合金（ＣｄＳｅＴｅ）を形成する。アニーリング工程は、ＣｄＳｅＴｅ層を通してＳｅの相互拡散を引き起こす。
[0050]活性化プロセスは、蒸着層上で実施され得る。例として、吸収体の活性化工程を用いて、活性化ｐ型吸収層を形成することができる。吸収体の活性化工程は、塩素を含有する材料の半導体材料層への導入、例えば、浴液、噴霧液、又は蒸気としての塩化カドミウム（ＣｄＣｌ２）と、昇温での吸収体スタックの関連するアニーリングと、を含むことができる。例えば、ＣｄＣｌ２が使用される場合、ＣｄＣｌ２は、水溶液として、吸収層の上に適用することができる。或いは、アニーリング工程中、吸収層の表面の上にＣｄＣｌ２蒸気を連続的に流すことによって吸収層をＣｄＣｌ２でアニーリングすることができる。代替の塩素ドープ材料、例えばＭｎＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＺｎＣｌ２、又はＴｅＣｌ４なども使用することができる。例示的なアニーリングは、約３５０℃～４７５℃の温度で、９０分以下の全持続時間の間、６０分以下の浸漬時間で実施することができる。
[0051]多段階の活性化工程を用いてもよい。半導体粒成長、塩素拡散、硫黄および／又はセレンの層内への相互拡散などの多段階の活性化工程中の所望の各活性化機構で、異なる熱活性化エネルギーを使用して所望の層特性を実現することができる。
[0052]ある例では、吸収体の活性化工程に後続して、洗浄およびパッシベーション工程が行われ、その後、バック接点を形成する複数の層の逐次堆積が後続する。
[0053]図４～８を参照しながら、ここで図１０に目を向けると、バック接点１８０を形成するための方法例９００が示される。吸収体スタックが設けられる（９０１）。任意に、吸収体スタックは不動態化され得る（９０２）。バック接点１８０を形成する複数の層（２０２、２０４、２０６、２０８）が堆積される。バック接点を形成するための方法例において、第１の層２２０は、吸収体スタック１０９、２０９の上に堆積される（２２０）。第２の層２３０は、第１の層２２０の上に堆積される。任意に、１つ又は複数の選択された層２４０、２６０、２７０は、第２の層の上に堆積される（９４０、９６０、９７０）。選択された層は、高純度金属層、第２の金属酸窒化物層、又は第２の金属窒化物層のうちの１つ以上を含んでよい。材料を堆積し（９１０）、第１の金属酸窒化物を含む層２１０を形成する。金属窒化物を任意に含んでよい層２５０は、層２１０の上に堆積される。バック接点１８０の第２の表面１８４は、任意の層２５０が存在する場合、層２５０の第２の表面２５４、又は層２５０および工程９５０が省かれる場合、金属酸窒化物を含む層２１０の第２の表面２１４のいずれかに相当する。バック接点を含む複数の層を含めた層スタックを、任意に加熱処理してもよい。スクライブを施してもよい。導電性材料の１つ又は複数の層が、バック接点１８０の第２の表面１８４の上に堆積し（９９０）、導電層１９０を形成する。
[0054]図１１～図１２は、比較例と比較したデバイス例の試験結果を示す。プロセス例において、ＤＣマグネトロン反応性スパッタリングプロセスを用いて金属窒化物層を形成した。処理圧力は２～１５ｍＴｏｒｒで変動し、温度は室温から２００℃程度までを範囲とし、Ｎ２％は１４程度～７０％であり、プロセス流量は、Ｎ２では２００～１０００ｓｃｃｍで変動し、ガス混合物は主にＡｒ＋Ｎ２（金属窒化物）又はＡｒ＋Ｏ２＋Ｎ２（金属酸窒化物）である。ＡｌおよびＣｒの導電層は、Ａｒのみを使用するＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて堆積される。
[0055]図１１は、ｙ軸に沿って増加する効率を示し、ｘ軸に沿って１１個の列を示し、各列はデバイスのセットに対応する。左側の２つの列は比較例である。２セットの比較例：比較例Ａおよび比較例Ｂを示す。比較例は、ＺｎＴｅ：Ｃｕ／ＭｏＮｘバック接点を含むバック接点を有する。比較例の右側の９つの列は、本発明の実施形態によるデバイスのセットを示し、異なる列の間で金属窒化物層の厚さおよび窒素含有量が比較される。これらのデバイス例において、ＭｏＮｘ層は存在しない。デバイス例は、厚さが４０、６０、７０又は８０オングストローム（４．０、６．０、７．０又は８．０ｎｍ）の窒化チタン層を用いて調製した。比較例は、厚さ５０オングストローム（５．０ｎｍ）を有するＭｏＮｘ層を含み、ＴｉＮｘ層がなかった。デバイス例は、３３％～５０％のＮ２％の範囲内で選択された点で調製した。比較例は、３３％～５０％のＮ２％の範囲内で調製した。デバイス例および比較例は、温度および圧力の条件を含めた同様の堆積条件下で調製した。
[0056]図１２は、ｙ軸に沿って増加する効率を示し、ｘ軸に沿ったデバイスのグループ化を示す。比較例は中央と左側のセットであり、デバイス例は右側のグループに示す。図示のとおり、デバイス例は、比較例より高い効率を実証した。
[0057]本発明の実施形態において、バック接点は複数の層を含む。ある例では、複数の層は、カドミウム、テルル、および亜鉛の合金を含む、また銅および／又は銀などのドーパントを任意に含んでよいＣｄＺｎＴｅ層であって、吸収体スタックに隣接して配置されたＣｄＺｎＴｅ層；ＣｄＺｎＴｅ層に隣接して配置され、銅および／又は銀でドープされたテルル化亜鉛を含むＺｎＴｅ層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む金属酸窒化物層であって、ＺｎＴｅ層に隣接して配置された金属酸窒化物層；並びにチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む、金属酸窒化物層に隣接して配置された金属窒化物層を含む。導電層は、バック接点の上に、且つ金属窒化物層に隣接して配置されてよい。デバイス例において金属窒化物は窒化チタンを含み、酸窒化物はチタン酸窒化物を含む。
[0058]本発明の実施形態において、バック接点は複数の層を含む。ある例では、複数の層は、任意に銅および／又は銀でドープされていてよい、カドミウム、テルル、および亜鉛の合金を含み、吸収体スタックに隣接して配置されたＣｄＺｎＴｅ層；ＣｄＺｎＴｅ層に隣接して配置され、銅および／又は銀で任意にドープされていてよい、テルル化亜鉛を含むＺｎＴｅ層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む高純度金属層であって、ＺｎＴｅ層に隣接して配置された高純度金属層；金属酸窒化物層および／又は金属窒化物層を含む裏面層であって、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はモリブデン（Ｍｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含み、高純度金属層に隣接して配置された裏面層；並びに裏面層に隣接して配置された導電層を含む。デバイス例において、高純度金属層はチタンを含み、裏面層はモリブデンおよび／又はチタンを含む。
[0059]本発明の実施形態において、バック接点は、複数の層を含む。ある例では、複数の層は、任意にカドミウムと合金されていてよく、任意に銅および／又は銀でドープされていてよい、テルルおよび亜鉛の合金を含む少なくとも１つの表面層であって、吸収体スタックに隣接して配置された少なくとも１つの表面層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む高純度金属層であって、少なくとも１つの表面層の上に配置される高純度金属層；金属酸窒化物層および／又は金属窒化物層を含む裏面層であって、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はモリブデン（Ｍｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む、高純度金属層の上に配置された裏面層；並びに裏面層に隣接して配置された導電層を含む。デバイス例において、高純度金属層はチタンを含み、裏面層はモリブデンおよび／又はチタンを含む。
[0060]本発明の実施形態において、バック接点は、複数の層を含む。ある例では、複数の層は、銅および／又は銀で任意にドープされてよい、カドミウム、テルル、および亜鉛の合金を含み、吸収体スタックの上に配置されたＣｄＺｎＴｅ層；ＣｄＺｎＴｅ層の上に配置された、銅および／又は銀で任意にドープされていてよい、テルル化亜鉛を含むＺｎＴｅ層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、および／又はクロム（Ｃｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含む金属酸窒化物層であって、ＺｎＴｅ層の上に配置された金属酸窒化物層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、および／又はクロム（Ｃｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含み、金属酸窒化物層に隣接して配置された、金属窒化物層；チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、および／又はモリブデン（Ｍｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属を含み、金属酸窒化物層とＺｎＴｅ層との間におよびそれらに隣接して配置された第２の金属窒化物層を含む。導電層は、バック接点の金属窒化物層の上に配置されてよい。ある例では、導電層は、アルミニウムおよびクロムを含む複数の層を含んでもよい。デバイス例において、金属窒化物は窒化チタンを含み、第２の金属窒化物は窒化チタンを含み、酸窒化物はチタン酸窒化物を含む。
[0061]本発明の実施形態において、バック接点は、複数の層を含む。ある例では、複数の層は、任意にカドミウムと合金されていてよく、任意に銅および／又は銀でドープされていてよい、テルルおよび亜鉛の合金を含む少なくとも１つの前面層であって、カドミウム、テルル、およびセレンを有する吸収層を含む吸収体スタックの上に配置された少なくとも１つの前面層；並びに金属酸窒化物層および／又は金属窒化物層を含む裏面層であって、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）からなる群の少なくとも１種の遷移金属を含む、少なくとも１つの前面層の上に配置された裏面層を含む。導電層は、バック接点の裏面層の上に配置されていてもよい。デバイス例において、裏面層は、窒化チタンおよび／又はチタン酸窒化物を含み、デバイスはモリブデンを含まない。
[0062]方法例において、バック接点の少なくとも１つの層は、蒸気輸送蒸着法（ＶＴＤ）によって、蒸着経路に沿って運ばれた基板スタック上に堆積される。前駆体物質を加熱して、キャリアガスによって基板に誘導される蒸気を形成する。
[0063]方法例において、バック接点は、ＶＴＤ工程およびスパッタリングによって形成される。ある実施形態では、カドミウム、テルル、および亜鉛の合金はＶＴＤによって堆積され、窒化物および／又は酸窒化物の層は、反応性マグネトロンスパッタリングによって堆積される。
[0064]ある例では、金属窒化物材料の金属は、モリブデン、チタン、タングステン、タンタル、および／又はジルコニウムを含む。
[0065]ある例では、金属窒化物材料の金属は、チタン、タングステン、タンタル、又はジルコニウムのうちの少なくとも１つを含む。
[0066]本発明の実施形態において、吸収体スタックは、カドミウムおよびテルルを含むｐ型吸収層を含む。
[0067]ある例では、吸収体スタックは、カドミウム、テルル、およびセレンを含むｐ型吸収層を含む。
[0068]ある例では、バック接点は、吸収体スタックと導電層との間にあり、これらに隣接している。
[0069]ある例では、導電層は、クロムを含む少なくとも１つの層に隣接するアルミニウムを含む少なくとも１つの層を含む。
[0070]ある例では、金属酸窒化物材料は、３０％～７０％のＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含み、金属酸窒化物材料は、１％～１５％の酸素を含む。
[0071]ある例では、金属酸窒化物材料は、３０％～５０％の窒素、２％～８％の酸素、および４２％～６８％の、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。
[0072]ある例では、光起電デバイスは、モリブデン（Ｍｏ）を含まない。
[0073]ある例では、金属酸窒化物層は、チタン酸窒化物から本質的になる。一部の実施形態において、チタン酸窒化物材料を含む層は、２５％未満の酸素を含む。一部の実施形態において、チタン酸窒化物材料を含む層は、２％～１５％の酸素を含む。一部の実施形態において、チタン酸窒化物材料を含む層は、０．５ｎｍ～５．０ｎｍの範囲の厚さを有する。
[0074]ある例では、金属酸窒化物層は、タングステン酸窒化物から本質的になる。一部の実施形態において、タングステン酸窒化物材料を含む層は、２５％未満の酸素を含む。一部の実施形態において、タングステン酸窒化物材料を含む層は、１％～２０％の酸素を含む。一部の実施形態において、タングステン酸窒化物材料を含む層は、０．５ｎｍ～５．０ｎｍの範囲の厚さを有する。
[0075]ある例では、金属酸窒化物層は、タンタル酸窒化物から本質的になる。
[0076]ある例では、金属酸窒化物層は、ジルコニウム酸窒化物から本質的になる。
[0077]ある例では、バック接点は、第２の金属酸窒化物層に隣接する第１の金属酸窒化物層を含み、第１の金属酸窒化物層はタングステンを含み、第２の金属酸窒化物層はチタンを含む。
[0078]ある例では、金属酸窒化物層は、１％～５０％の酸素を含む。
[0079]ある例では、金属酸窒化物材料は、５０％未満の窒素を含む。
[0080]ある例では、バック接点は、高純度金属層を含む。一部の実施形態において、高純度金属層は、１ｎｍ～５ｎｍの厚さを有する。一部の実施形態において、高純度金属層は、８５％～１００％又は９５％～１００％の単一金属元素の組成物を含む。一部の実施形態において、高純度金属層は、８５％～１００％又は９５％～１００％の金属元素の合金の組成物を含む。一部の実施形態において、高純度金属層はチタンから本質的になる。
[0081]ある例では、金属酸窒化物材料を含む層は１ｎｍ～２０ｎｍの厚さを有し、バック接点の厚さは５ｎｍ～２２０ｎｍである。
[0082]別の態様において、光起電デバイスは、吸収体スタック；アルミニウムを含む層によって形成される表面を有する導電層；並びに第１の表面、第２の表面、およびバック接点の第１の表面とバック接点の第２の表面との間で画定される厚さを有するバック接点を含み、バック接点の第１の表面は、吸収体スタックのｐ型吸収層に隣接し；バック接点の第２の表面は、導電層の表面に接し；バック接点は、金属酸窒化物材料を含む層と、金属酸窒化物材料を含む層とバック接点の第１の表面との間に位置する亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層と、を含む。
[0083]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、ＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含む。
[0084]一部の実施形態において、金属窒化物材料および／又は金属酸窒化物材料は、モリブデンを除いたＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含む。
[0085]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、約７０％未満のＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含む。
[0086]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、チタン酸窒化物である。
[0087]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、タングステン酸窒化物である。
[0088]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、タンタル酸窒化物である。
[0089]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、ジルコニウム酸窒化物である。
[0090]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、５０％未満の酸素を含む。
[0091]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料は、５０％未満の窒素を含む。
[0092]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料を含む層は、１ｎｍ～２０ｎｍの厚さを有する。
[0093]一部の実施形態において、バック接点の厚さは、５ｎｍ～２２０ｎｍである。
[0094]一部の実施形態において、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層は、カドミウム、亜鉛、およびテルルの３成分を含む第１の層、並びに亜鉛およびテルルの２成分を含む第２の層を含み；亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層の第１の層は、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層の第２の層よりバック接点の第１の表面の近くに位置する。
[0095]ある例では、亜鉛およびテルルの２成分は、銅、銀、又は両方でドープされている。
[0096]一部の実施形態において、バック接点は、金属酸窒化物材料を含む層と亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層との間に配置された高純度金属層を含み；高純度金属層は、少なくとも８０％の金属を含む。
[0097]ある例では、高純度金属層の金属はチタンである。
[0098]一部の実施形態において、高純度金属層の厚さは、金属酸窒化物材料を含む層の厚さより薄い。
[0099]一部の実施形態において、バック接点は、金属窒化物材料を含む層を含み；金属窒化物材料を含む層は、金属酸窒化物材料を含む層よりバック接点の第２の表面の近くに位置し；金属窒化物材料は、３０％～７０％の金属の濃度および７０％～３０％の窒素の濃度を有する。
[00100]一部の実施形態において、金属窒化物材料の金属は、モリブデン、チタン、タングステン、タンタル、又はジルコニウムである。
[00101]一部の実施形態において、金属窒化物材料を含む層の厚さと金属酸窒化物材料を含む層の厚さとの比は、少なくとも２：１である。
[00102]一部の実施形態において、バック接点の第２の表面は、金属窒化物材料を含む層によって形成される。
[00103]一部の実施形態において、バック接点は、金属窒化物材料を含む第２の層を含み；金属窒化物材料を含む第２の層は、金属酸窒化物材料を含む層に隣接する。
[00104]一部の実施形態において、バック接点は、金属酸窒化物材料を含む第２の層を含み；金属酸窒化物材料を含む第２の層は、金属酸窒化物材料を含む層と、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層との間に位置する。
[00105]一部の実施形態において、金属酸窒化物材料を含む層と、金属酸窒化物材料を含む第２の層と、は異なる金属酸窒化物から形成される。
[00106]一部の実施形態において、導電層は、クロムを含む層によって形成される第２の表面を有する。
[00107]一部の実施形態において、光起電デバイスは、カドミウムおよびテルルを含む吸収層を含み、バック接点の第１の表面は、吸収層に隣接する。
[00108]別の態様において、光起電デバイスは、カドミウムおよびテルルを含む吸収層；並びに第１の表面、第２の表面、およびバック接点の第１の表面とバック接点の第２の表面との間で画定される厚さを有するバック接点を含み、バック接点の第１の表面は、吸収層に接し、バック接点は、金属酸窒化物材料を含む層と、金属酸窒化物材料を含む層とバック接点の第１の表面との間に位置する、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層と、を含む。
[00109]一部の実施形態において、光起電デバイスは、アルミニウムを含む層によって形成される表面を有する導電層を含み、バック接点の第２の表面は、導電層の表面に接する。
[00110]ここで、本開示の実施形態が、金属酸窒化物の１つ又は複数の層を含むバック接点を提供することを理解すべきである。本明細書で提供されるバック接点は、高いオーム接点に対する低い電気抵抗率、高い仕事関数、および熱安定性を示す。これに応じて、本明細書に記載のバック接点は、ＣｄＴｅを含む吸収体フィルムに低い障壁接触を形成することができる。本明細書で提供される金属酸窒化物の１つ又は複数の層を含むバック接点は、光起電デバイスのバック接点から金属酸窒化物の１つ又は複数の層を排除した実質的に類似の光起電デバイスと比較して改善された太陽電気変換効率を実証した光起電デバイスに含まれていた。高い効率は、改善された光起電デバイスパラメータ（例えば、より高い短絡回路電流、より高いフィルファクター、より高い開回路電圧、より低い開回路抵抗率）と関連していた。
[00111]本明細書で提供される実施形態によれば、光起電デバイスは、導電層およびバック接点を含むことができる。導電層は、アルミニウムを含む層によって形成される表面を有していてもよい。バック接点は、第１の表面、第２の表面、およびバック接点の第１の表面とバック接点の第２の表面との間で画定される厚さを有し得る。バック接点の第２の表面は、導電層の表面と接していてもよい。バック接点は、金属酸窒化物材料を含む層と、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含む１つ又は複数の層と、を含むことができる。亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含む１つ又は複数の層は、金属酸窒化物材料を含む層とバック接点の第１の表面との間に位置してよい。
[00112]本明細書で提供される実施形態によれば、光起電デバイスは、吸収層およびバック接点を含むことができる。吸収層は、カドミウムおよびテルルを含むことができる。バック接点は、第１の表面、第２の表面、およびバック接点の第１の表面とバック接点の第２の表面との間で画定される厚さを有し得る。バック接点の第１の表面は、吸収層に接していてもよい。バック接点は、金属酸窒化物材料を含む層と、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含む１つ又は複数の層と、を含むことができる。亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含む１つ又は複数の層は、金属酸窒化物材料を含む層とバック接点の第１の表面との間に位置してよい。
[00113]用語「実質的に」および「約」は、本明細書において、いずれかの定量比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る不確実性の固有の度合いを表すために利用され得る。これらの用語はまた、本明細書において、問題の主題の基本機能に変化をもたらさずに定量的表現を規定の基準から変動させ得る度合いを表すためにも利用される。
[00114]本明細書において、特定の実施形態を例示し、記載してきたが、特許請求の範囲の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな他の変更および修正を行うことができることを理解すべきである。更に、特許請求の範囲の主題のさまざまな態様を本明細書中に記載してきたが、そのような態様は、組合せて利用する必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲が、特許請求の範囲の主題の範囲内にある、そのような変更および修正の全てを包含することが意図される。

Claims (14)

  1. カドミウムとテルルとを含む吸収層（１６０）、
    アルミニウムを含む層（２７６）によって形成される表面を有する導電層（１９０）、および
    前記吸収層（１６０）と前記導電層（１９０）との間のバック接点（１８０）
    を含む光起電デバイス（１００、２００）であって、
    前記バック接点（１８０）は、第１の表面（１８２）および第２の表面（１８４）を有し、かつ前記バック接点の第１の表面（１８２）と前記バック接点の第２の表面（１８４）との間で画定される厚さを有し、
    前記バック接点の第２の表面（１８４）が、前記導電層（１９０）の表面に接し、
    前記バック接点（１８０）が、
    金属酸窒化物材料を含む層（２１０）、および
    前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）と前記バック接点（１８０）の第１の表面（１８２）との間に位置する、亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層（２２０、２３０）
    を含み、
    前記バック接点が、金属窒化物材料を含む層（２５０）を含み、
    前記金属窒化物材料を含む層（２５０）が、前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）よりも前記バック接点（１８０）の第２の表面（１８４）の近くに位置し、そして
    前記金属窒化物材料が、３０％～７０％の金属の濃度および７０％～３０％の窒素の濃度を有する、
    上記光起電デバイス（１００、２００）。
  2. 前記金属酸窒化物材料が、ＩＶ族遷移金属、Ｖ族遷移金属、又はＶＩ族遷移金属を含む、請求項１に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  3. 前記金属酸窒化物材料が、５０％未満の酸素を含む、請求項１または２に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  4. 前記金属酸窒化物材料が、５０％未満の窒素を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  5. 前記バック接点（１８０）が、前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）と、前記亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層（２２０、２３０）との間に配置された高純度金属層（２４０）を含み、
    前記高純度金属層（２４０）が、少なくとも８０％の金属を含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  6. 前記高純度金属層（２４０）の金属がチタンである、請求項５に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  7. 前記高純度金属層（２４０）の厚さが、前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）の厚さより薄い、請求項５又は６に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  8. 前記金属窒化物材料の金属が、モリブデン、チタン、タングステン、タンタル、又はジルコニウムである、請求項１～７のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  9. 前記金属窒化物材料を含む層（２５０）の厚さの前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）の厚さに対する比が、少なくとも２：１である、請求項１～８のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  10. 前記バック接点（１８０）の第２の表面（１８４）が、前記金属窒化物材料を含む層（２５０）によって形成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  11. 前記バック接点（１８０）が、金属窒化物材料を含む第２の層（２７０）を含み、
    前記金属窒化物材料を含む第２の層（２７０）が、前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）に隣接する、
    請求項１０に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  12. 前記バック接点（１８０）が、金属酸窒化物材料を含む第２の層（２６０）を含み、
    前記金属酸窒化物材料を含む第２の層（２６０）が、前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）と前記亜鉛、カドミウム、テルル、又はこれらのいずれかの組合せを含有する１つ又は複数の層（２２０、２３０）との間に位置する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  13. 前記金属酸窒化物材料を含む層（２１０）および前記金属酸窒化物材料を含む第２の層（２６０）が、異なる金属から形成される、請求項１２に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
  14. 前記導電層（１９０）が、クロムを含む層（２７８）によって形成される第２の表面（１９４）を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の光起電デバイス（１００、２００）。
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