▶ アリゾナ ボード オブ リージェンツ フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステート ユニバーシティの特許一覧 ▶ ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒルの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-26
(54)【発明の名称】ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 51/44 20060101AFI20221019BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 112Z
H01L31/04 135
H01L31/04 122
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022508900
(86)(22)【出願日】2020-08-12
(85)【翻訳文提出日】2022-04-07
(86)【国際出願番号】 US2020046008
(87)【国際公開番号】W WO2021030491
(87)【国際公開日】2021-02-18
(31)【優先権主張番号】62/885,687
(32)【優先日】2019-08-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504318142
【氏名又は名称】アリゾナ ボード オブ リージェンツ オン ビハーフ オブ アリゾナ ステート ユニバーシティ
(71)【出願人】
【識別番号】514299550
【氏名又は名称】ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒル
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ジェンシャン・ユ
(72)【発明者】
【氏名】ザカリー・ホルマン
(72)【発明者】
【氏名】ボ・チェン
(72)【発明者】
【氏名】ジンソン・ファン
【テーマコード（参考）】
5F151
【Ｆターム（参考）】
5F151AA02
5F151AA05
5F151AA20
5F151CA15
5F151CB13
5F151CB21
5F151CB22
5F151DA03
5F151DA07
5F151DA16
5F151FA04
5F151HA07
5F151HA20
(57)【要約】
タンデム型光起電力デバイスは、シリコン層を有するシリコン光起電力セル、ペロブスカイト層を有するペロブスカイト光起電力セル、およびペロブスカイト光起電力セルの後側とシリコン光起電力セルの前（太陽に向かう）側との間の中間層を含む。シリコン層の前側は、テクスチャ処理した面を有し、１μｍ未満または２μｍ未満の、テクスチャ処理した面における構造物の山－谷間高さを有する。テクスチャ処理した面は、中間層またはペロブスカイト光起電力セルの層によって平坦化される。タンデム型光起電力デバイスを形成することが、シリコン光起電力セルのシリコン含有層にテクスチャ処理することと、ペロブスカイト層を備えるペロブスカイト光起電力セルをシリコン光起電力セルに動作可能に結合し、そのことによって、タンデム型光起電力デバイスを形成して、シリコン光起電力セルのシリコン含有層のテクスチャ処理した面を平坦化することとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン層を備えるシリコン光起電力セルと、ペロブスカイト層を備えるペロブスカイト光起電力セルと、
前記ペロブスカイト光起電力セルの後側と前記シリコン光起電力セルの前側との間の中間層と
を備え、
前記シリコン層の前記前側が、テクスチャ処理した面を有して、１μｍ未満または２μｍ未満の前記テクスチャ処理した面における構造物の山－谷間高さを有し、前記テクスチャ処理した面が、前記中間層または前記ペロブスカイト光起電力セルの層によって平坦化される、タンデム型光起電力デバイス。
【請求項2】
前記テクスチャ処理した面が、前記ペロブスカイト光起電力セル中の前記ペロブスカイト層によって平坦化される、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項3】
前記テクスチャ処理した面が、前記中間層によって平坦化される、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項4】
前記中間層が再結合層である、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項5】
前記テクスチャ処理した面が角状突起を有する、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項6】
前記角状突起が、ピラミッド状、逆ピラミッド状、またはそれらの組合せである、請求項５に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項7】
前記テクスチャ処理した面が凹面領域を有する、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項8】
前記シリコン光起電力セルがボトムセルであり、前記ペロブスカイト光起電力セルがトップセルである、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項9】
前記ペロブスカイト光起電力セルが電子接触スタックおよび正孔接触スタックをさらに備え、前記シリコン光起電力セルが電子接触スタックおよび正孔接触スタックを備える、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項10】
前記シリコン光起電力セルがシリコンヘテロ接合セルである、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項11】
前記シリコンセルが、裏面不動態化接触セル、トンネル酸化物不動態化接触セル、アルミニウム裏面電界セル、またはそれらの組合せである、請求項１０に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項12】
光散乱層をさらに備える、請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイス。
【請求項13】
タンデム型光起電力デバイスを形成する方法であって、１μｍ未満または２μｍ未満の山－谷間高さを有するテクスチャ処理した面における構造物を有するテクスチャ処理した面をもたらすために、シリコン光起電力セルのシリコン含有層にテクスチャ処理するステップと、
ペロブスカイト層を備えるペロブスカイト光起電力セルを前記シリコン光起電力セルに動作可能に結合し、そのことによって、タンデム型光起電力デバイスを形成して、前記シリコン光起電力セルの前記シリコン含有層の前記テクスチャ処理した面を平坦化するステップと
を含む、方法。
【請求項14】
前記シリコン含有層をテクスチャ処理するステップが、ウェット化学エッチング、プラズマドライエッチング、またはナノインプリントリソグラフィを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記ウェット化学エッチングが、アルカリ性化学エッチングまたは酸性化学エッチングを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記シリコン光起電力セルの前記シリコン含有層の前記テクスチャ処理した面を平坦化するステップが、ブレードコーティングプロセスを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項17】
前記ペロブスカイト光起電力セルが、中間層によって前記シリコン光起電力セルに動作可能に結合される、請求項１３に記載の方法。
【請求項18】
前記シリコン光起電力セルの前記シリコン含有層の前記テクスチャ処理した面を平坦化するステップが、前記シリコン光起電力セル上に前記中間層を堆積するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記シリコン光起電力セルの前記シリコン含有層の前記テクスチャ処理した面を平坦化するステップが、前記中間層上に前記ペロブスカイト層を堆積するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記中間層が再結合層である、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
第１のカバーと、前記第１のカバーの反対側にある第２のカバーと、
請求項１に記載のタンデム型光起電力デバイスであって、前記第１のカバーと前記第２のカバーとの間に位置決めされる、タンデム型光起電力デバイスと
を備える、光起電力モジュール。
【請求項22】
前記第１のカバーおよび前記第２のカバーのうちの少なくとも１つがテクスチャ処理したガラスを備える、請求項２１に記載の光起電力モジュール。
【請求項23】
光散乱層をさらに備える、請求項２１に記載の光起電力モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、２０１９年８月１２日に出願された「ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ／ＳＩＬＩＣＯＮ ＴＡＮＤＥＭ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＤＥＶＩＣＥ」という題名の米国特許出願第６２／８８５，６８７号の利益を主張する。
本出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、２０１９年８月１２日に出願された「ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ／ＳＩＬＩＣＯＮ ＴＡＮＤＥＭ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＤＥＶＩＣＥ」という題名の米国特許出願第６２／８８５，６８７号の利益を主張する。
【0002】
政府によるサポートの記載
本発明は、エネルギー省によって授与されたＤＥ－ＥＥ０００６７０９およびＤＥ－ＥＥ０００８７４９の下での政府のサポートを用いて行われた。政府は、本発明にある種の権利を有する。
本発明は、エネルギー省によって授与されたＤＥ－ＥＥ０００６７０９およびＤＥ－ＥＥ０００８７４９の下での政府のサポートを用いて行われた。政府は、本発明にある種の権利を有する。
【0003】
本発明は、ペロブスカイト太陽電池およびシリコン太陽電池を含むタンデム型光起電力デバイスに関する。特に、本発明は、タンデム型光起電力デバイスのアーキテクチャおよび構成要素セルの表面トポロジーに関する。
【背景技術】
【0004】
シリコンベースの「タンデム型」光起電力技術では、別の材料の太陽電池がシリコンの上に積み重ねられて、太陽のスペクトル全体がより効率的に使用される。シリコンセルの上にペロブスカイト太陽電池を積み重ねることによって、そのような、ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイスが形成される。ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスは、典型的には、シリコンセルの上で層ごとに、ペロブスカイト太陽電池を溶解処理することによって製造される。溶解処理は、粗い面（たとえば、従来型シリコン太陽電池でのような、マイクロメートルサイズのテクスチャ）の上に連続的な層を堆積することが不可能であるため、ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイスで使用されるシリコンボトムセルは、典型的には、図１Ａに描かれるように、平坦な前面を有する。少なくとも部分的にシリコンセルの平坦な前面からもたらされるこのアーキテクチャの欠点としては、高い表面反射率およびシリコンボトムセルへ光を散乱することができないことが挙げられ、その両方によって、タンデム型光起電力デバイスが吸収できる光の量が減少し、したがって、光が生成した電流およびデバイス効率が制限される。デバイス性能での不利益に加えて、このアーキテクチャで作られるタンデム構造には、典型的には、桁違いの費用がかかる化学機械研磨プロセスによって形成される、シリコンセルの平坦な前面に少なくとも部分的に起因して、製造するのに対するかなりの費用上の障害がある。いくつかの事例では、図１Ｂに描かれる、従来型のピラミッドテクスチャ処理したシリコンボトムセルが使用され、ピラミッドテクスチャと共形に（たとえば、蒸着プロセスによって）ペロブスカイトトップセルが堆積される。このアーキテクチャは、反射損失を低減するが、典型的には、製造費用を増加させ、ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスの製造スループットを制限する真空プロセスを必要とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ｃｈｅｎら、Ｊｏｕｌｅ ３、１７７～１９０頁、２０１９年
【非特許文献2】Ｃｈｅｎら、Ｊｏｕｌｅ ４、１～１５頁（２０２０年）
【非特許文献3】Ｍａｎｚｏｏｒらによって出版された手順（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ． ２６、頁２７４４１～２７４６０、２０１８年）
【非特許文献4】Ｆｉｒｔｈらによって記載された（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｎａｎｏ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、ｖｏｌ． １、頁４３５１～４３５７、２０１８年）
【非特許文献5】Ｄｅｎｇらによって記載された（Ｎａｔｕｒｅ Ｅｎｅｒｇｙ、ｖｏｌ． ３、頁５６０～５６６、２０１８年）
【非特許文献6】Ｍａｎｚｏｏｒらによって記載された（Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、ｖｏｌ． １７３、頁５９～６５、２０１７年）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の革新的な態様は、テクスチャ処理したシリコンボトムセルおよび溶解処理したペロブスカイトトップセルを利用する、ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイスを含む。シリコンボトムセルは、２μｍ未満または１μｍ未満のフィーチャサイズを有するピラミッドテクスチャ処理した面を特徴とする。このピラミッドのフィーチャサイズで、表面は、反射損失を減らすため光を散乱するのに十分に粗いが、依然として、ペロブスカイトセルを溶解処理するのに十分滑らかである。利点としては、溶解処理可能性、高いスループット、ペロブスカイトバンドギャップ調節可能性、および効率の向上が挙げられる。伝統的なシリコン光起電力デバイスの製造プロセスに対して劇的な変化なしに、少なくとも２５％の全体的なセル効率を達成することができる。
【0007】
第１の一般的な態様では、タンデム型光起電力デバイスは、シリコン層を有するシリコン光起電力セル、ペロブスカイト層を有するペロブスカイト光起電力セル、およびペロブスカイト光起電力セルの後側とシリコン光起電力セルの前（太陽に向かう）側との間の中間層を含む。シリコン層の前側は、テクスチャ処理した面を有し、１μｍ未満または２μｍ未満の、テクスチャ処理した面における構造物の山－谷間高さを有する。テクスチャ処理した面は、中間層またはペロブスカイト光起電力セルの層によって平坦化される。
【0008】
第１の一般的な態様の実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【0009】
テクスチャ処理した面は、ペロブスカイト光起電力セル中のペロブスカイト層または中間層によって平坦化され得る。いくつかの場合に、中間層は、再結合層である。
【0010】
いくつかの場合に、テクスチャ処理した面は角状突起を有する。角状突起は、ピラミッド状、逆ピラミッド状、またはそれらの組合せであってよい。いくつかの場合に、テクスチャ処理した面は凹面領域を有する。
【0011】
シリコン光起電力セルは、典型的にはボトムセルであって、ペロブスカイト光起電力セルは、典型的にはトップセルである。シリコン光起電力セルは、シリコンヘテロ接合セル（たとえば、裏面不動態化接触セル、トンネル酸化物不動態化接触セル、アルミニウム裏面電界セル、またはそれらの組合せ）であってよい。シリコン光起電力セル、ペロブスカイト光起電力セル、または両方は、電子接触スタック、正孔接触スタック、または両方を含むことができる。
【0012】
タンデム型光起電力デバイスは、光散乱層をさらに含むことができる。
【0013】
第２の一般的な態様では、タンデム型光起電力デバイスを形成することは、１μｍ未満または２μｍ未満の山－谷間高さを有するテクスチャ処理した面における構造物を有するテクスチャ処理した面をもたらすためにシリコン光起電力セルのシリコン含有層にテクスチャ処理することと、ペロブスカイト層を備えるペロブスカイト光起電力セルをシリコン光起電力セルに動作可能に結合し、そのことによって、タンデム型光起電力デバイスを形成して、シリコン光起電力セルのシリコン含有層のテクスチャ処理した面を平坦化することとを含む。
【0014】
第２の一般的な態様の実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【0015】
シリコン含有層をテクスチャ処理することとしては、ウェット化学エッチング、プラズマドライエッチング、またはナノインプリントリソグラフィが挙げられる。ウェット化学エッチングの例としては、アルカリ性化学エッチングまたは酸性化学エッチングが挙げられる。
【0016】
ペロブスカイト光起電力セルは、中間層（たとえば、再結合層）によってシリコン光起電力セルに動作可能に結合される。
【0017】
いくつかの場合に、シリコン光起電力セルのシリコン含有層のテクスチャ処理した面を平坦化することとして、ブレードコーティングプロセスが挙げられる。いくつかの場合に、シリコン光起電力セルのシリコン含有層のテクスチャ処理した面を平坦化することとして、中間層を堆積すること、または中間層上にペロブスカイト層を堆積することが挙げられる。
【0018】
第３の一般的な態様では、光起電力モジュールは、第１のカバーと、第１のカバーの反対側の第２のカバーと、第１の一般的な態様のタンデム型光起電力デバイスとを含む。タンデム型光起電力デバイスは、第１のカバーと第２のカバーとの間に位置決めされる。
【0019】
第３の一般的な態様の実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【0020】
いくつかの場合に、第１のカバー、第２のカバー、または両方が、テクスチャ処理したガラスを含む。ある場合には、光起電力モジュールが光散乱層を含む。
【0021】
本開示の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付図面および説明中に記載される。本主題の他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および請求項から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】図１Ａは、平坦なシリコン面上にペロブスカイトセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。図１Ｂは、テクスチャ処理したシリコン面と共形なペロブスカイトセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型構造を描く図である。
【図2A】ピラミッドテクスチャ処理したシリコンボトムセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図2B】凸形状テクスチャ処理したシリコンボトムセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図3A】ペロブスカイト層によって平坦化されるピラミッドテクスチャ処理したシリコンボトムセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図3B】再結合層によって平坦化されるピラミッドテクスチャ処理したシリコンボトムセルを有するペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図4】モジュールへと封入されるタンデム型デバイスを描く図である。
【図5A】ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図5B】ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図5C】ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図5D】ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図6A】あるピラミッドサイズを有するシリコン面テクスチャの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図6B】あるピラミッドサイズを有するシリコン面テクスチャの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図6C】あるピラミッドサイズを有するシリコン面テクスチャの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図6D】あるピラミッドサイズを有するシリコン面テクスチャの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図7A】本明細書で記載されるように製造されたペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスを描く図である。
【図7B】ＰＤＭＳ光散乱層を追加する前のタンデム型デバイスのＳＥＭ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
Ｃｈｅｎら、Ｊｏｕｌｅ ３、１７７～１９０頁は、さらなる詳細のために、参照によって本明細書に組み込まれる。
【0024】
図１Ａは、上側挿入図に描かれるペロブスカイトトップセル１０２、および下側挿入図に描かれるテクスチャ処理したシリコンボトムセル１０４を含む、従来技術のタンデム型デバイス１００を描く。ペロブスカイトトップセル１０２は、その前（太陽に向かう）側から後側に、以下の層、すなわち、金属グリッド１０６、透明導電層１０８、電子接触スタック１１０、ペロブスカイト吸収体１１２、および正孔接触スタック１１４を含む。再結合層１１６は、ペロブスカイトトップセル１０２とシリコンボトムセル１０４との間に位置決めされる。ペロブスカイトトップセル１０２の厚さは、典型的には、約０．７μｍから約３μｍの範囲にある。ペロブスカイト吸収体１１２の厚さは、典型的には、約０．５μｍから約１μｍの範囲にある。シリコンボトムセル１０４は、電子接触スタック１１８、シリコン吸収体１２０、正孔接触スタック１２２、および裏面電極スタック１２４を含む。テクスチャ処理したシリコンボトムセルの厚さは、典型的には、約１００μｍから約３００μｍの範囲にある。タンデム型デバイス１００のシリコン吸収体１２０の前側１２６は、平坦な面を形成するために研磨される。シリコン吸収体１２０の後側１２８は、従来のピラミッドテクスチャを有する。本明細書で使用する、「従来のピラミッドテクスチャ」は、一般的に、少なくとも３μｍ（たとえば、３μｍから１０μｍ）の平均山－谷間高さを有するピラミッド状フィーチャのことをいう。図１Ｂは、ペロブスカイトトップセル１０２、およびテクスチャ処理したシリコンボトムセル１０４を含む、従来技術のタンデム型デバイス１５０を描く。シリコン吸収体１２０の前側１２６は、従来のピラミッドテクスチャを有し、ペロブスカイトトップセル１０２は、シリコン吸収体１２０の前側１２６上に共形に堆積される。
【0025】
本開示は、テクスチャ処理したシリコンボトムセルおよび平坦化したペロブスカイトトップセルを含むペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイスを記載する。テクスチャは、シリコン中に細長い光の経路長を可能にして、平坦な（すなわち平らな）前面を有するセルと比較して、ボトムセル電流を高める。本明細書で使用する「平坦化した」面は、一般的に、テクスチャ処理した層の上に重ね合わせた（たとえば、カバーするまたは直接接触する）層の面のことをいい、そのため、層がテクスチャ処理した面の凹部を満たし、テクスチャ処理した層の対応する領域と比較して、高さのばらつきを減らした平坦化した面がもたらされる。シリコンボトムセルのシリコン吸収体は、典型的には、約１μｍ未満、約１．５μｍ未満、または約２μｍ未満の最大フィーチャサイズを有するテクスチャ処理した前面を有する。本明細書で記載されるように、ピラミッド状フィーチャまたは他のフィーチャに関して、「フィーチャサイズ」は、一般的に、シリコン吸収体の巨視的平面に垂直に測定したときの山－谷間の高さのことをいう。このフィーチャサイズで、表面は、反射損失を低減させるため光を散乱するのに十分に粗いが、依然として、ペロブスカイトセルを溶解処理するのに十分に滑らかである。少なくとも、タンデム型デバイス１００のシリコン吸収体１２０の前面１２６が平らな面を有し、タンデム型デバイス１５０のシリコン吸収体１２０の前面１２６が、面上に形成される共形な層で従来型のピラミッドテクスチャを有するために、タンデム型デバイス１００および１５０のシリコン吸収体１２０の前面１２６は、本明細書で記載されるように「平坦化」されるとは考えられない。これらの共形な層は、共形な層が形成されるテクスチャ処理したシリコン吸収体のものとほぼ同じ高さのばらつきを有する。Ｃｈｅｎら、Ｊｏｕｌｅ ４、１～１５頁（２０２０年）は、さらなる詳細のために、参照によって本明細書に組み込まれる。
【0026】
図２Ａに描かれるものなどといった、本開示の一実施形態では、タンデム型デバイス２００は、ペロブスカイトトップセル２０２およびシリコンボトムセル２０４を含む。ペロブスカイトトップセル２０２は、その前側から後側に、以下の層、すなわち、金属グリッド２０６、透明導電層２０８、電子接触スタック２１０、ペロブスカイト吸収体２１２、および正孔接触スタック２１４を含む。正孔接触スタック２１４の厚さは、典型的には、約３０ｎｍ未満である。中間層（たとえば、再結合層）２１６は、ペロブスカイトトップセル２０２とシリコンボトムセル２０４との間に位置決めされる。シリコンボトムセル２０４は、電子接触スタック２１８、シリコン吸収体２２０、正孔接触層２２２、および裏面反射体スタック２２４を含む。タンデム型デバイス２００のシリコン吸収体２２０の前側２２６および後側２２８は、アルカリ性化学エッチングによって形成されるピラミッド状表面テクスチャ２３０を有する。いくつかの実施形態では、図２Ａに関して記載される層のうちの１つまたは複数がない。ある種の実施形態では、ペロブスカイトトップセル、シリコンボトムセル、または両方が、タンデム型デバイス２００の中に存在しない１つまたは複数の追加の層を有することができる。一例では、ペロブスカイトトップセル２０２の前面は、テクスチャ処理した光散乱層を含む。
【0027】
アルカリ性エッチングは、たとえば、単結晶シリコンウェハで使用することができる。シリコン吸収体の前側に形成されるテクスチャ処理した面（たとえば、ピラミッド状、逆ピラミッド状、凸状など）のサイズが、高さが約１μｍ未満、約１．５μｍ未満、または約２μｍ未満となるように、エッチングプロセス期間に、温度、エッチャント、時間、またはそれらの何らかの組合せを適用することができる。エッチングプロセスは、たとえば、水酸化カリウム、ケイ酸カリウム、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、イソプロピルアルコール、エタノール、またはそれらの組合せのエッチャントを含むことができる。たとえば、接触スタック２１８および２２２は、アモルファスシリコン、ナノもしくはマイクロ結晶性シリコン、ナノもしくはマイクロ結晶性シリコン酸化物、リンもしくはボロン拡散層、シリコン酸化物、またはそれらの組合せを含むことができる。たとえば、裏面電極スタック２２４は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、水素ドープインジウム酸化物、亜鉛酸化物、シリコン酸化物、銀、アルミニウム、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【0028】
ボトムシリコンセル２０４の前面上に配設される中間層（たとえば、再結合層）２１６は、たとえば、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、水素ドープインジウム酸化物、ナノもしくはマイクロ結晶性シリコン、ナノもしくはマイクロ結晶性シリコン酸化物、またはそれらの組合せを含むことができる。
【0029】
ペロブスカイトトップセル２０２は、中間層２１６の上に堆積され、正孔接触スタック２１４で開始する。ブレーディングプロセス（たとえば、窒素支援型ブレーディングプロセス）を使用して、テクスチャ処理したシリコン吸収体２２０を完全にカバーする、共形な正孔接触スタックおよび平坦化ペロブスカイト吸収体を堆積することができる。堆積は、約１ｍ／分から約１０ｍ／分の範囲の速度で行うことができる。接触スタック２１０および２１４は、たとえば、スズ酸化物、亜鉛酸化物、チタン酸化物、ニッケル酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、Ｎ２，Ｎ２，Ｎ２’，Ｎ２’，Ｎ７，Ｎ７，Ｎ７’，Ｎ７’－オクタキス（４－メトキシフェニル）－９，９’－スピロビ［９Ｈ－フルオレン］－２，２’，７，７’－テトラミン（スピロ－ＯＭｅＴＡＤ）、ポリ［ビス（４－フェニル）（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン］ （ＰＴＡＡ）、ポリ（トリアリールアミン）、フラーレン、フラーレン派生物、またはそれらの組合せを含むことができる。タンデム型光起電力デバイス２００は、透明導電層２０８および金属グリッド２０６で仕上げ処理される。透明導電層２０８は、たとえば、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、水素ドープインジウム酸化物、またはそれらの組合せを含むことができる。金属グリッド２０６は、たとえば、銅、銀、スズ、ニッケル、またはそれらの組合せを含むことができる。
【0030】
図２Ｂに描かれるものなどといった本開示の別の実施形態では、タンデム型デバイス２５０は、図２Ａに関して記載される層を含む。タンデム型デバイス２５０のシリコンボトムセル２０４は、酸性化学エッチングによって形成される凸形状表面テクスチャ２３２を特徴とする。酸性エッチングは、たとえば、多結晶シリコンウェハで使用することができる。凸様テクスチャのフィーチャサイズが、約１μｍ未満、約１．５μｍ未満、または約２μｍ未満となるように、エッチングプロセス期間に、温度、エッチャント、時間、またはそれらの何らかの組合せを適用することができる。エッチングプロセスは、たとえば、フッ化水素酸、硝酸、硫酸、酢酸、リン酸、またはそれらの組合せのエッチャントを含むことができる。図２Ａに関して記載されるプロセスを使用して、タンデム型デバイス２５０を製造することができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、タンデム型デバイスアーキテクチャの層は、異なる順序で配置することができる。一例では、電子接触スタックと正孔接触スタックの順序が逆にされる。そのため、タンデム型デバイスアーキテクチャは、ペロブスカイトトップセルによって平坦化されるテクスチャ処理したシリコンボトムセルを有し、その前側から後側に、以下の層、すなわち、金属グリッド、透明導電層、正孔接触スタック、ペロブスカイト吸収体、電子接触スタック、再結合層スタック、第２の正孔接触スタック、シリコン吸収体、第２の電子接触スタック、および裏面反射体スタックを含む。
【0032】
いくつかの実施形態では、任意の形状の表面テクスチャは、フィーチャサイズが、約１μｍ未満、約１．５μｍ未満、または約２μｍ未満である。表面フィーチャ形成プロセスは、たとえば、ウェット化学エッチング、プラズマドライエッチング、またはナノインプリントリソグラフィであってよい。ある実施形態では、任意の形状の表面テクスチャは、最初にエッチングされるとき、フィーチャサイズが約１μｍ、約１．５μｍ、または約２μｍより大きい場合があり、次いで、第２のエッチングプロセスによって、それぞれ、フィーチャサイズで約１μｍ未満、約１．５μｍ未満、または約２μｍ未満に小さくされる。この第２のエッチングプロセスは、たとえば、ウェット化学エッチングを含むことができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、シリコンボトムセルは、たとえば、ドクターブレードプロセス、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、グラビア印刷、またはスピンコーティングを使用して、ペロブスカイト吸収体または接触スタックによって平坦化される。窒素（Ｎ２）ナイフ支援型ブレーディングプロセスが、溶媒蒸気を取り除き、ブレーディングプロセス期間に、ペロブスカイトまたは接触スタック溶液を固体へと迅速に遷移するのを容易にする助けとなる。基板の温度は、溶媒の蒸発を加速させるために、（たとえば、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも７０℃、または約６０℃と約８０℃との間の範囲に）上げることができる。少なくとも、突き出たピラミッドはトップセルを短絡させることになるために、接触スタックの上にコーティングされたペロブスカイト吸収体は、好ましくは、下にあるフィーチャ（たとえば、ピラミッド）を覆うのに十分厚い。ペロブスカイト吸収体は、また、好ましくは光生成キャリアを集めるのに十分薄い。約１μｍの程度のキャリア拡散長では、ペロブスカイト吸収体は、好ましくは、約２μｍ未満の厚さであって、分離構造物（たとえば、ピラミッド）がない。ブレードコーティングしたペロブスカイト吸収体の厚さは、ペロブスカイト前駆体の濃度、ブレードと基板との間の間隙距離、およびブレードコーティング速度を通して調節することができる。
【0034】
図３Ａおよび図３Ｂは、シリコンボトムセル３０４を有するタンデム型デバイス３００および３５０を描く。タンデム型デバイス３００中のシリコンボトムセル３０４は、ペロブスカイト吸収体３１２によって平坦化される。タンデム型デバイス３５０中のシリコンボトムセル３０４は、ペロブスカイト吸収体３１２とシリコンボトムセル３０４との間の層３３２（たとえば、再結合層または正孔接触スタック）によって平坦化される。
【0035】
いくつかの実施形態では、シリコンボトムセルは、シリコンヘテロ接合セル、トンネル酸化物不動態化接触（ｔｕｎｎｅｌ－ｏｘｉｄｅ－ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ－ｃｏｎｔａｃｔ）（ＴＯＰＣｏｎ）セル、裏面不動態化接触（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ－ｅｍｉｔｔｅｒ－ｒｅａｒ－ｃｏｎｔａｃｔ）（ＰＥＲＣ）セル、アルミニウム裏面電界（ａｌｕｍｉｎｕｍ－ｂａｃｋ－ｓｕｒｆａｃｅ－ｆｉｅｌｄ）（Ａｌ－ＢＳＦ）セル、またはそれらの何らかの組合せである。
【0036】
ペロブスカイト／シリコンタンデム型デバイスは、ガラス－ガラス構成またはガラス－バックシート構成でモジュールへと封入することができる。図４は、前面ガラスカバー４３４、エッジ封止物４３６、バックカバー４３８、および封入剤４４０を有する構成で封入される、ペロブスカイトトップセル４０２およびシリコンボトムセル４０４を有するタンデム型デバイス４００を含むモジュール４５０を描く。バックカバーは、典型的には、ガラスカバーまたはバックシートである。バックシートは、典型的には、高分子膜材料（たとえば、ＴＥＤＬＡＲ）または高分子材料のスタックを含む。エッジ封止物４３６用に好適な材料としては、ブチルゴム（たとえば、ポリイソブチレン）が挙げられる。封入剤４４０用に好適な材料としては、エチレンビニルアセテート、ポリオレフィン、およびシリコーンが挙げられる。前面ガラスカバー４３４は、光を散乱して前面反射を低減するフィーチャを有するテクスチャ処理した面を特徴とする。フィーチャの平均の高さは、典型的には、マイクロメートルからミリメートルの範囲にある。これらのタンデム型デバイスは、最小反射損失を有する。
【0037】
（実施例）
光学的モデリング。開示される（ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）／平坦化と呼ばれる）タンデム型アーキテクチャを検討するため、図５Ａ～図５Ｄに描かれるように、４つの異なるペロブスカイト／シリコンタンデム構成に、ＳｕｎＳｏｌｖｅソフトウェアで、光学的シミュレーションが実施された。図５Ａ中のタンデム型デバイス５００（ＡＲＣ／平坦）は、ペロブスカイトトップセル５０２、平坦な前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４、および平坦な前面５１２を有する反射防止層５１０を含む。図５Ｂ中のタンデム型デバイス５２０（ＰＤＭＳ／平坦）は、ペロブスカイトトップセル５０２、平坦な前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４、およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５１６を有する光散乱層５１４を含む。図５Ｃ中の（完全にテクスチャ処理した）両側タンデム型デバイス５４０は、共形のペロブスカイトトップセル５０２およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４を含む。図５Ｄ中の（ＰＤＭＳ／平坦化）両側タンデム型デバイス５６０は、テクスチャ処理した（８８０ｎｍの高さ）前面５１８を有するシリコンボトムセル５０４、平坦化したペロブスカイトトップセル５０２、およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５１６を有する光散乱層５１４を含む。関連するＳｕｎＳｏｌｖｅパラメータが、Ｔａｂｌｅ １（表１）にリスト化される。
光学的モデリング。開示される（ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）／平坦化と呼ばれる）タンデム型アーキテクチャを検討するため、図５Ａ～図５Ｄに描かれるように、４つの異なるペロブスカイト／シリコンタンデム構成に、ＳｕｎＳｏｌｖｅソフトウェアで、光学的シミュレーションが実施された。図５Ａ中のタンデム型デバイス５００（ＡＲＣ／平坦）は、ペロブスカイトトップセル５０２、平坦な前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４、および平坦な前面５１２を有する反射防止層５１０を含む。図５Ｂ中のタンデム型デバイス５２０（ＰＤＭＳ／平坦）は、ペロブスカイトトップセル５０２、平坦な前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４、およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５１６を有する光散乱層５１４を含む。図５Ｃ中の（完全にテクスチャ処理した）両側タンデム型デバイス５４０は、共形のペロブスカイトトップセル５０２およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５０６を有するシリコンボトムセル５０４を含む。図５Ｄ中の（ＰＤＭＳ／平坦化）両側タンデム型デバイス５６０は、テクスチャ処理した（８８０ｎｍの高さ）前面５１８を有するシリコンボトムセル５０４、平坦化したペロブスカイトトップセル５０２、およびピラミッド状（３μｍの高さ）前面５１６を有する光散乱層５１４を含む。関連するＳｕｎＳｏｌｖｅパラメータが、Ｔａｂｌｅ １（表１）にリスト化される。
【0038】
【表1】
【0039】
各層の光学的定数は、Ｍａｎｚｏｏｒらによって出版された手順（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ． ２６、頁２７４４１～２７４６０、２０１８年）にしたがって、Ｊ．Ａ． Ｗｏｏｌｌａｍ製のＭ－２０００エリプソメータを使用することによって特徴づけられた。ＭｇＦ２を反射防止層として有する（ＡＲＣ／平坦と呼ばれる）モデルが図５Ａに描かれるように構成された。この構造は、実際に、２５．４％の効率のタンデムを達成した。表面形態（および図５Ｂ～図５Ｄに示されるような光散乱層）を変える一方で、両方のサブセルの構成要素層を同じに保つことによって、他の構成がシミュレーションされた。
【0040】
図５Ｂに描かれるように、ＭｇＦ２層を（この場合、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である）テクスチャ処理したガラスのものと同様の光学特性を有する面と置き換えることによって、少なくとも部分的に、表面テクスチャによって導入される「２重反跳」効果に起因して、ほとんど２ｍＡ／ｃｍ２から２．３ｍＡ／ｃｍ２だけ反射損失が低減される。図５Ｃに示される完全にテクスチャ処理した構成で、反射損失は、１．６ｍＡ／ｃｍ２にさらに低減される。図５Ｄに描かれるＰＤＭＳ／平坦化タンデム型デバイスは、完全にテクスチャ処理したものとほとんど同一の反射率曲線をもたらし、さらにわずかにより低い、１．４ｍＡ／ｃｍ２の反射損失を有する。この構成では、「平坦化した」ペロブスカイト層を再生成するために、ソフトウェアは、ペロブスカイト吸収体を非干渉性層としてモデル化したことに留意されたい。したがって、反射率曲線は、他の構成よりも低い干渉を示す。
【0041】
ピラミッド調節。平坦化したペロブスカイト層を有するそのようなタンデム構造を製造する第１のステップは、シリコンウェハのピラミッドサイズを調節するステップを含むことができる。１つの実験では、４つの異なる水酸化カリウムベースのエッチングレシピが使用されて、シリコンウェハをテクスチャ処理し、異なるピラミッドサイズが結果として得られた。レシピＡ～Ｄの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が、それぞれ図６Ａ～図６Ｄに示される。各画像中のスケールバーは、２μｍを表す。Ｔａｂｌｅ ２（表２）は、レシピＡ～Ｄの組成をリスト化する。
【0042】
【表2】
【0043】
レシピＡ（図６Ａ）は、最も大きいピラミッドを生成する。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定から得られるピラミッドの高さ（山－谷）分布は、０．４～２．５μｍの範囲を示し、１．３μｍの平均高さを有する。そのようにテクスチャ処理したウェハは、１１．５％のＡＭ１．５Ｇの重付け反射率（７００～１１００ｎｍ）を示し、通常は＞３３％の反射率を有する平坦なシリコンウェハと比較して良好な光散乱を呈示する。ピラミッドの最大の高さは、２．５μｍであり、これは、大きすぎて、溶解処理したペロブスカイトトップセルによって平坦化することができない可能性があるため、他のレシピがさらに開発された。ＡＬＫＡ－ＴＥＸ添加物の量を調節することによって、レシピＢでテクスチャ処理した（図６Ｂ）ピラミッドの平均の高さが、より密な分布で、０．５５μｍに低減される。追加のケイ酸カリウムを用いて、レシピＣ（図６Ｃ）は、平均ピラミッド高さを０．４５μｍにさらに低減し、０．８μｍの最大高さを有する。ピラミッドのサイズを小さくすることによって、ウェハの反射率を適度に増加させ、レシピＢおよびＣそれぞれで、１３．１％および１４．２％の重み付け反射率が結果として得られた。エッチング時間をさらに調節して、０．２～０．７μｍのピラミッドの高さの範囲を有するより均一なサイズ分布が、レシピＤで得られた（図６Ｄ）。しかし、このウェハの反射率は、１７．８％に著しく増加した。
【0044】
この反射率の増加は、入射光がどのようにピラミッドと相互作用するかについての変化に起因する可能性がある。これを検討するため、テクスチャ処理したウェハの角度で分解した反射率（１９５ｎｍの入射波長）が測定された。ピラミッドが大きいとき（レシピＡ）、光は、主に入射から１８°の出射角度に反射される。ピラミッドがより小さくなると、約７５°の第２の出射角度が現れる。光が最初にピラミッドの小面のどこに入射するかに依存して、出射角度が異なる場合があり、より大きい出射角度では、より大きい反射率がもたらされる。より小さいピラミッドでは、光のより多くの部分が大きい（直角に近い）角度で第２のピラミッドに当たり、したがって、より大きい反射率がもたらされる。
【0045】
別の実験では、（１００）方位、２～５Ωｃｍの抵抗率、および１８０μｍの厚さを有する、１７枚のｎ型、アズカット、Ｍ２サイズＣｚ単結晶シリコンウェハが使用された。基準として、１つのウェハが、２．８ｗｔ％ ＫＯＨおよび０．１４ｗｔ％ ＡＬＫＡ－ＴＥＸ（ＧＰ Ｓｏｌａｒ添加物）を含んだ溶液中で２０分間レシピＡと同様のレシピでテクスチャ処理された（以降では、マイクロテクスチャ処理と呼ばれる）。他の１６枚のウェハは、３０ｖｏｌ％ ＫＯＨ溶液中で５分間のこぎりダメージ除去（ＳＤＲ）エッチングを受け、次いで、より小さいピラミッドを用いるテクスチャ処理（以降では、ナノテクスチャ処理と呼ばれる）のために、４つのグループの４枚のウェハへと分割される。４つのナノテクスチャ処理溶液は、１．４ｗｔ％ ＫＯＨ、１．１ｗｔ％ ＡＬＫＡ－ＴＥＸ、および０、１、３、または５ｗｔ％のいずれかのＫ２ＳｉＯ３を含んだ。各グループ内の４つのウェハでは、テクスチャ処理時間が、５から２０分に５分ステップで変えられた。エッチング温度は、すべての場合で、８０℃で一定に保たれた。この文書の全体を通してウェハの片側だけについて規定されるエッチング深さおよび速度は、テクスチャ処理の前後で、電子てんびんを用いて全部の１７枚のウェハの重さを量ることによって決定された。テクスチャ処理プロセス全体にわたって、各ステップの間に水の抵抗率が８ＭΩｃｍより高くなるまで、ウェハは、流れる脱イオン（ＤＩ）水中で１０分間、必要な場合には時々より長くリンス処理され、最後のリンス処理後に遠心脱水処理された。
【0046】
テクスチャ処理が完了したら、最初に表面形態をＳＥＭ画像で定性的に検査した。Ｅｖｅｒｈａｒｔ－Ｔｈｏｒｎｌｅｙまたはスルーザレンズ検出器を使用して、それぞれ、５ｋＶの加速電圧および１．６ｎＡのプローブ電流で２次電子画像が取得された。これらの画像を補完するため、特別に作ったＭＡＴＬＡＢ（登録商標）コードを用いてＡＦＭ画像からピラミッドサイズ分布が計算された。ＡＦＭスキャンは、ＢｒｕｋｅｒからのＭｕｌｔｉＭｏｄｅ ８器械を使用して、最小の試料の損失で高い解像度のため、タッピングモードで行われた。マッピングする間にカンチレバーがピラミッドの山と接触しないように、１０μｍより高い高さを有するように先端が選択された。さらに、ピラミッドの谷の底に完全に届くため、８ｎｍの小さい先端半径が使用された。テクスチャが大きい高さのばらつきを有することに起因して、測定アーティファクトを避けるために、０．５Ｈｚの遅いスキャン速度が選択された。テクスチャを最も良好に表すため、各Ｍ２サイズのウェハにわたって３つの異なる場所が、７５×２５μｍ２の合計面積についてスキャンされた。最小および最大の密度のテクスチャについて、この面積は、それぞれ、７６２個および７６，０７１個のピラミッドをカバーする。ＡＦＭスキャンからピラミッドの高さの分布を抽出するため、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）のコードは、最初に、各ＡＦＭ画素の高さの値をその隣接画素のものと比較し、ピラミッドの山を識別する。アルゴリズムは、次いで、全部の谷が発見されるまで、画素を径方向に、山に関連する画素から離れてスキャンする。そのピラミッドの高さは、次いで、その山と最も低い谷との間の差異として表にされる。このプロセスは、すべてのピラミッドが定量化されるまで繰り返される。
【0047】
トポロジー的特性に続けて、ウェハは、光学的に評価された。積分球を装備したＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｌａｍｂｄａ ９５０分光光度計を使用して、５ｎｍステップで３００～１２００ｎｍの波長範囲にわたって、７°の入射角度でスペクトル反射率が測定された。次いで、４００から１１００ｎｍのＡＭ１．５Ｇの光束密度を使用して、平均の重み付け反射率が計算された。
【0048】
各テクスチャで可能なパッシベーション品質を評価することを狙った第２の実験では、第１の組のウェハと平行して、同一の条件で、１７枚のさらなるウェハがテクスチャ処理された。テクスチャ処理からの有機残渣は、１１０℃で１５分間の、８８ｗｔ％硫酸および２．４ｗｔ％過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含む、ピラニア洗浄溶液で除去された。次に、７４℃で１０分間の、５．３ｗｔ％塩酸および４．０ｗｔ％Ｈ２Ｏ２を含む、ＲＣＡ－Ｂ溶液で金属イオンが除去された。最後に、室温で１分間の、１０：１体積比の３６ｗｔ％フッ化アンモニウム対４．６ｗｔ％フッ酸を含む、バッファ酸化物エッチャントで自然酸化物が除去された。テクスチャ処理プロセスと同様に、ウェハは、各ステップ間で、ＤＩ水でリンス処理された。前側は、次いで、それぞれ、６ｎｍ厚の真性アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）層、および５ｎｍ厚のｎ型アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）層でパッシベートされ、後側は、それぞれ、６ｎｍ厚の真性ａ－Ｓｉ：Ｈ層、および１２ｎｍ厚のｐ型ａ－Ｓｉ：Ｈ層でパッシベートされた。これらの層は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製の、Ｐ５０００プラズマエンハンスト化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）ツールを使用して堆積された。パッシベーション後に、各ウェハにわたって５つの異なる場所で、Ｓｉｎｔｏｎ ＷＣＴ－１２０で、少数キャリア寿命が測定され、それらの平均値が計算された。
【0049】
ナノテクスチャの総合的な評価のために、０．４３μｍ／分のエッチング速度で、溶液中のマイクロテクスチャを処理することによって、基準が最初に確立された。２０分間のエッチング後、ＳＥＭ画像によって明らかなように、テクスチャは明瞭にマイクロメートルサイズのピラミッドを有した。ピラミッドサイズは、ＡＦＭ抽出データでさらに定量化された。これは、１６７４ｎｍの平均ピラミッドサイズ、６～４３０１ｎｍのピラミッドサイズ範囲、および４×１０５ピラミッド／ｍｍ２の密度をマイクロテクスチャが有したことを示す。この基準テクスチャが、２０％を超える平均効率および２２％を超える最大効率を有するシリコンヘテロ接合太陽電池をもたらす。
【0050】
この基準マイクロテクスチャから密で均一なサイズのナノテクスチャへと首尾よく遷移するため、２つの要因、すなわち、ピラミッド核生成速度およびピラミッド成長速度が考慮される。ここで、核生成速度は、単位時間当たり単位面積当たりに形成されるピラミッドの数として規定され、成長速度は、単位時間当たりピラミッドごとの高さの増加として規定される。テクスチャ処理の最初のステージ期間に、核生成速度が十分に速く、成長速度が十分に遅い場合、いずれかの単一のピラミッドが、高さが１μｍに達する前に核生成の部位が表面を飽和させることができる。これは、ナノテクスチャにとって理想的な条件である。というのは、より長いエッチング期間に、多量に核生成した表面は、均一なサイズのピラミッドで密に成長することになるためである。表面が部位で飽和する程度は、それらの絶対値ではなく、むしろ、核生成速度対成長速度の比Ｐに依存する。さらに、空間的に均一なテクスチャには、ウェハにわたって核生成速度および成長速度が均質であることが必要である。このことを念頭に置いて、マイクロテクスチャ処理プロセスからの３つのパラメータは、Ｐを最大化する一方で、均質な核生成速度および成長速度、すなわち、初期ウェハ面条件、溶液の組成、および溶液の温度を維持するように調整された。
【0051】
ワイヤソーイング後の初期ウェハ面は、核生成速度および成長速度の均質性を低下させることになる高い欠陥密度を有する。というのは、両方のパラメータは、欠陥の部位においてより高いためである。テクスチャ処理の前に表面を滑らかにするためのＳＤＲステップが、空間的に均一なテクスチャ処理を促進する。加えて、この面処理は、優れたパッシベーションのために重要である。というのは、のこぎりダメージのフィーチャが最高で５μｍの深さであるように示されているためである。７μｍより大きいエッチング深さを有するマイクロテクスチャとは異なって、ナノテクスチャ処理は、単に０．３～２μｍをエッチングする。したがって、ナノテクスチャ処理プロセスだけでは、のこぎりダメージを完全になくすには不十分であって、約８μｍのエッチング深さを有するＳＤＲ処理がここで使用された。
【0052】
マイクロテクスチャのピラミッド成長速度を低下させ核生成を奨励するために、溶液の組成も調節された。基準の組成は０．４５μｍ／分でエッチングし、原則的に、ちょうど１分後に、１μｍ近い平均ピラミッド高さを生成することができる。そのような速いテクスチャ処理は、サブマイクロメートルの長さのスケールにおける正確なテクスチャ制御を難しくする。したがって、ＫＯＨ濃度を半分に減らすことによって、エッチング速度を、０．１３μｍ／分へと１／３に減速させた。加えて、ＡＬＫＡ－ＴＥＸ添加物の濃度を増加して、Ｐならびに核生成速度および成長速度の均質性をさらに高めた。この湿潤剤は、シリコン面上の水素の泡の表面張力を減らし、その結果それらをより容易に取り除く、イソプロパノールに対する環境に配慮した代替品である。その結果、添加物は、水分子、および主にシリコン面と反応してシリコン面をエッチングする水酸基イオン（ＯＨ－）が、テクスチャ処理プロセス期間に、より均一に広がることを可能にする。次いでこれは核生成速度を上げ、成長速度を下げ、それらの均質性を改善する。この添加物の適切な濃度は、マイクロテクスチャ組成のものの８倍であることが発見された。したがって、この変更が、すべての４つのナノテクスチャ処理溶液に適用された。
【0053】
溶液の温度は、調査した最後のパラメータであった。溶液の温度は、ピラミッド成長速度を下げてＰが増加するのを試すために、最初に、８０℃から７５℃に下げられた。成長速度の低下は実際に達成されたが、核生成速度のより強い低下が観測され、Ｐを悪い方向に向かわせた。このことによって、不完全なテクスチャ処理がもたらされ、区域がほとんどまたは全くピラミッドでカバーされなかった。したがって、より速い核生成反応速度に有利なように、温度は、８０℃に戻された。
【0054】
それぞれが、ナノテクスチャ処理溶液（Ｋ２ＳｉＯ３なし）と基準マイクロテクスチャ処理溶液で同じ時間（２０分）の間テクスチャ処理されたウェハによって、上述の変化がピラミッドサイズを大幅に減らすことが検証される。サイズ分布データによって、前者が実際に、５０５ｎｍの平均ピラミッドサイズ、４２～１１４０ｎｍのピラミッドサイズ範囲、および４ｘ１０６ピラミッド／ｍｍ２の密度を有するナノテクスチャであることが確認される。これは、マイクロテクスチャの基準と比較して、平均ピラミッドサイズで７０％の低減、ピラミッドサイズ範囲で７４％の低減、ピラミッド密度で１桁の増加を表す。
【0055】
さらなるサイズ制御を可能にするため、エッチング溶液に、１、３、および５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３が加えられた。Ｋ２ＳｉＯ３濃度が０から５ｗｔ％に増えると、エッチング速度は、０．１３から０．０５μｍ／分へと遅くなり、－０．０２μｍ／分の傾きを有する線形減少である。変化するエッチング時間と協働して、これらの新しい溶液によって、多種多様なピラミッドサイズを有する１５の他のナノテクスチャが生成された。それらのサイズ分布によって、ナノテクスチャの平均ピラミッドサイズが６２から５１２ｎｍの範囲にわたったことが明らかとなる。さらに、それらのサイズ均一性が優れていた。Ｋ２ＳｉＯ３なしで１５分間エッチングされた最も均一でないテクスチャは、２７ｎｍの最小ピラミッドサイズおよび１２２６ｎｍの最大ピラミッドサイズを有し、５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３で５分間エッチングされた最も均一なテクスチャは、１４ｎｍの最小ピラミッドサイズおよび２４６ｎｍの最大ピラミッドサイズを有した。１６個のナノテクスチャのうちの４個だけが１μｍより高いピラミッドを有し、最も均一でないテクスチャでは、０．３％だけ１μｍを超えるピラミッドがあった。
【0056】
Ｋ２ＳｉＯ３は、それが成長速度を調節するための分子種をもたらすため、テクスチャサイズを制御するのに効果的である。テクスチャ処理の最初のステージ期間、核生成の前に、この添加物はシリコン面と接着するケイ酸塩（ＳｉＯ３
２－）へと分解する。この反応の結果として、均一でメッシュ状のナノマスクが形成され、ケイ酸塩の濃度がより高くなると、より細かいメッシュサイズを実現することができる。ＡＬＫＡ－ＴＥＸを用いると、このマスクは水分子およびＯＨ－イオンが均等に広がるのを助け、それによって成長速度を低下させる。５分だけのＫ２ＳｉＯ３なしのエッチング後に、平均ピラミッドサイズが、急速に４００ｎｍに成長した。他方で、３ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３を含む溶液によるより遅い成長速度では、１００、２００、および３００ｎｍに近い平均ピラミッド高さを得るのは、困難さが少なかった。
【0057】
ケイ酸塩マスクは、核生成速度を増加させ、成長速度を低下させて、密なテクスチャとするためにＰを高める。この効果は、十分に高いＫ２ＳｉＯ３濃度で見ることができる。たとえば、それぞれが、１０分間の３ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３、および２０分間の５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３でエッチングした２つのナノテクスチャが、同様の平均ピラミッドサイズを有し（１９ｎｍだけの差異であり）、後者のナノテクスチャは、５６％だけ、より密である。しかし、その密度の増加は、直ちにより高い表面カバレッジにつながるわけではないことに留意されたい。というのは、ピラミッドのベースサイズが同様に決定的な要因であるためである。むしろ、そのことによって、（十分なエッチング時間が与えられれば）より小さいテクスチャの製造が容易になる。これは、３および５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３で処理したナノテクスチャの場合であった。それらでは、表面を完全にテクスチャ処理するためにより長いエッチング時間が必要である。
【0058】
製造したナノテクスチャが光をトラップする能力を評価するため、それらの反射率が、３００から１２００ｎｍで測定された。０および１ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３でエッチングされ、４００ｎｍより大きい平均ピラミッドサイズを有するナノテクスチャの半数近くが、マイクロテクスチャと同様の反射スペクトルを有する。５００ｎｍを超える波長では、ナノテクスチャの反射率が、より高くそれ始め、マイクロテクスチャからの最大の差異は、およそ１０００ｎｍで約２．５％（絶対値）である。この挙動についての可能な説明は、最小のピラミッドは、より長い波長の光によってもはや幾何学的フィーチャとしては見られず、その代わり、効果的媒体として働くということである。３および５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３でエッチングしたナノテクスチャの他の半分は、マイクロテクスチャよりも数パーセント高い反射率を有する。反射率は、平均ピラミッドサイズと相関するが、主な原因は、これらのウェハが、鏡面的に光を反射する平坦で、テクスチャ処理していない区域を有するということである。極端な場合（５分間の５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３）では、研磨したウェハのものに似ている反射スペクトルが結果としてもたらされる。
【0059】
エッチング深さの関数として、それらのＡＭ１．５Ｇの重み付け反射率を有するウェハの光学性能を、以下のように要約することができる。マイクロテクスチャと同様の反射率値をもたらすナノテクスチャの半分近くがそのようにして、テクスチャ処理プロセス自体の期間に、はるかに少ないシリコンがエッチング除去される。ここで使用される追加のＳＤＲステップは、マイクロテクスチャ処理でと同じ量のシリコンを除去することになるが、これは、のこぎりダメージ層によって課される制限である。たとえば、直接ウェハ成長またはカーフレスウェハ作成といった、のこぎりダメージなしのシリコンウェハでは、ここで調査した最大のエッチング深さを有するものでさえ、ナノテクスチャは、マイクロテクスチャのものより６７％少ないシリコンを消費することになり、一方で、そのＡＭ１．５Ｇ重み付け反射率は、１％だけより高くなる。２．３％高い反射率が許容できる場合、除去したシリコンの８４％がナノテクスチャで節約することができる（１ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３、１０分）。これは、今日標準である約１５０μｍ厚ウェハでは大きい関心事にならないが、極薄シリコン太陽電池では成功要因となる場合がある。
【0060】
所与の表面テクスチャで達成可能なパッシベーション品質は、少なくとも、その反射率と同じだけ太陽電池で重要である。１つ以外のすべてのナノテクスチャによって、標準的なマイクロテクスチャのものに相当した１．７～３．４ｍｓの値を有する、ａ－Ｓｉ：Ｈでパッシベーションした後の、優れた少数キャリア寿命が可能になった。これは、ナノテクスチャの谷の面密度の増加にもかかわらず、適切なテクスチャ処理、洗浄処理、およびパッシベーションによって、表面再結合を効果的に抑制することができ、界面品質を妥協する必要がないことを示す。５分間Ｋ２ＳｉＯ３なしでエッチングした、約０．５ｍｓという短い少数キャリア寿命を有するナノテクスチャは、不十分なＳＤＲ処理を受けた。のこぎりダメージが完全には取り除かれていなかったことを、フォトルミネッセンス画像が示す。
【0061】
所与のナノテクスチャを選択する際に、いくつかの特性を平行して考慮することができ、各用途は、これらに異なる重みを付けることができる。たとえば、ブレードコーティングしたペロブスカイト層を有するペロブスカイト／シリコンタンデム中のボトムセルとして使用するように意図されたシリコンウェハでは、たとえば５００ｎｍより低く最大ピラミッド高さを低減することが伴う場合、反射率の増加を許容することができる。（完全なタンデムの反射率は、典型的には、未加工シリコンウェハのものよりも、ペロブスカイトトップセルの前面の形態により依存する。）
【0062】
示したように、標準的なマイクロテクスチャに相当する性能を有する、ウェット化学エッチングを用いたナノテクスチャを製造することが可能である。１６個のナノテクスチャのうち６個が、１ｍｓより長い少数キャリア寿命、および１５％より低いＡＭ１．５Ｇ重み付け反射率（および、１．１μｍより低い最大ピラミッド高さ）を有する。テクスチャ処理溶液にＫ２ＳｉＯ３を加えることによって、Ｐを増加させることで、短いエッチング時間で、ピラミッドサイズの詳細な制御を実現するが、ウェハ上に平坦な区域も残る。このトレードオフに対する可能な解決策は、Ｋ２ＳｉＯ３濃度が増加するようにエッチング時間を延ばし、ピラミッド密度を監視することである。１０分間の３ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３でエッチングしたナノテクスチャと、２０分間の５ｗｔ％Ｋ２ＳｉＯ３でエッチングしたナノテクスチャを比較する。それらの平均ピラミッドサイズはほぼ同じであるが、５ｗｔ％でエッチングしたウェハは、５６％高いピラミッド密度を少なくとも部分的に有するために、３ｗｔ％で処理したものより低い、ＡＭ１．５Ｇ重み付け反射率３．５％を有した。しかし、この試料の絶対反射量は、少なくとも部分的に依然として高い。というのは、テクスチャ処理されない区域が残るためである。その結果、最大のＫ２ＳｉＯ３濃度では、１５％未満の反射率およびかつてない（小さい）ピラミッドを有するウェハを生成するために、エッチング時間は、本研究中で調査した２０分の最大値を超えてさらに延長するべきである。最後に、パッシベーション品質は、テクスチャサイズとは独立であってよく、したがって、表面再結合は、ナノテクスチャを必要とする出現しつつある技術の制限要因となるべきでない。
【0063】
ペロブスカイト堆積プロセス。課題は、テクスチャ処理したシリコン面と密接に接触する、これらの厚さでの、密なペロブスカイト吸収体を生成することである。この問題は、溶液の乾燥とペロブスカイト粒子成長を釣り合わせるように設計される溶液工学を通して解消することができる。１つの事例で、Ｐｂに対して０．０５ｍｏｌ％比の界面活性剤Ｌ－ａ－ホスファチジルコリン（ＬＰ）を有する２－メトキシエタノール（２－ＭＥ）中の１．５５ Ｍ Ｃｓ０．１ＭＡ０．９Ｐｂ（Ｉ０．９Ｂｒ０．１）３ペロブスカイト前駆体では、前駆体中のＤＭＳＯ／Ｐｂの比率が０から５０ｍｏｌ％に調節される。というのは、ＤＭＳＯがペロブスカイトと協調し、したがって、乾燥および結晶化プロセスを変化させると予想されるためである。乾燥後でアニーリング前の固体ペロブスカイトフィルム（以降では、ドライフィルムと呼ぶ）では、６モルと５０モルとの間のＤＭＳＯ／Ｐｂ比について、テクスチャ処理したウェハの空隙のないカバレッジが行われる。逆に、３ｍｏｌ％未満のＤＭＳＯ／Ｐｂ比では、ドライフィルムとウェハとの間に拡大された空隙が存在する。１０分間の７０℃、１５分間の１００℃でのアニーリング後、ペロブスカイトフィルムは、６～２５ｍｏｌ％のＤＭＳＯ／Ｐｂ比について密のままであるが、５０ｍｏｌ％のＤＭＳＯ／Ｐｂ比を有するアニールフィルムの底部および内側に空隙が現れる。ペロブスカイト前駆体中の界面活性剤ＬＰは、ウェットフィルム内側のマランゴニ溶液流を抑制することによって、テクスチャ処理した表面上で、空隙のないドライフィルムの形成をやはり容易にする。
【0064】
２５ｍｏｌ％ ＤＭＳＯの添加物濃度によって、密なＣｓ０．１ＭＡ０．９Ｐｂ（Ｉ０．９Ｂｒ０．１）３フィルムを、２５ｍｍ／ｓまたは１．５ｍ／分の速度で、低沸点溶液（２－ＭＥ）からブレードコーティングすることが可能になる。ドライフィルムとアニールフィルムの両方は、密であって、ピラミッドの谷から測定して約１．５μｍの厚さを有するテクスチャ処理したウェハを完全にカバーする。テクスチャ処理したウェハ上および平坦な基準ウェハ上のブレード処理したペロブスカイトフィルムは、ほぼ同じフォトルミネッセンス強度および電荷－キャリア再結合寿命を示し、それらが高い品質であることを示す。さらに、この設計したペロブスカイト溶液は、ブレードコーティングのためだけに働くのではなく、サブマイクロメートルテクスチャ処理したシリコン上へのフィルムのスピンコーティングのためにも働く。
【0065】
どのようにして密なペロブスカイトフィルムがテクスチャ処理したウェハ上で形成するのかを理解するため、プロセスは３つのステップ、すなわち、ブレードコーティングによるウェットフィルム形成、Ｎ２ブローによるフィルム乾燥、およびアニーリングによるフィルム結晶化へと分離された。ブレードコーティング期間に、ペロブスカイト溶液の層が基板上へと運ばれる。溶液は、主に２－ＭＥであって少量のＤＭＳＯを有する。ここで、２－ＭＥは、高度に揮発性であるが、ペロブスカイト材料と非整合であり、ＤＭＳＯは、不揮発性であるが、ペロブスカイト材料と整合して中間相を形成することができる。Ｎ２ブロー期間に、２－ＭＥが迅速に揮発し、ＤＭＳＯと整合したドライフィルムを残す。ＤＭＳＯの量が限られることに起因して、ドライフィルムは、しばしば、ペロブスカイトとペロブスカイトＤＭＳＯ中間相の混合物となる。その後のアニーリングによって、中間相がペロブスカイトに変換され、粒子成長が伴う。ドライフィルムとテクスチャ処理したウェハとの間の拡大された空隙が湿っている期間または乾燥期間に形成されるかを検討するために、ペロブスカイト溶液をブレード処理した後直ぐに試料を冷凍し、クライオ走査型電子顕微鏡（クライオＳＥＭ）の下で検査した。ＤＭＳＯのないペロブスカイト溶液は、ピラミッドの谷を完全に満たし、空隙の形成をもたらすのは乾燥プロセスであることが明らかとなる。上面の溶媒が蒸発するときに、溶液／空気界面で乾燥が始まり、固体トップシェルを迅速に形成する。次いで、残りの溶液が乾燥すると、固体フィルムがシェルから下向きに成長し、最後の２－ＭＥ溶媒が蒸発するときに空隙を残し、その容積を満たすためのペロブスカイト前駆体が残らない。ＤＭＳＯを有する溶液では、それが高い沸点を有してペロブスカイトと強く化学的協調することによって、トップ固体シェルの迅速な形成が阻害される。すなわち、ペロブスカイトＤＭＳＯ中間相粒子は、シェル形成に割り込み、２－ＭＥ溶媒が蒸発するのを可能にして、空隙の形成を抑制する。
【0066】
しかし、ペロブスカイト溶液が多すぎるＤＭＳＯを有するとき、ドライフィルムは依然としてピラミッドの谷を満たすが、アニーリングによって、空隙の形成が引き起こされる。このことは、中間相からのＤＭＳＯの除去に起因する、アニーリングの際のドライフィルムの収縮によって説明することができる。このことを説明するため、ＰＴＡＡコーティングしたＩＴＯ／ガラス基板上への２５ｍｏｌ％のＤＭＳＯ／Ｐｂ比を有する前駆体からコーティングされたペロブスカイトフィルムの厚さが測定された。厚さは、アニーリング後に１３％減少し、他のＤＭＳＯ濃度を有するフィルムは、同様に、それらの濃度に比例して収縮した。少なすぎるＤＭＳＯでフィルムの乾燥をする場合と同様に、多すぎるＤＭＳＯでのフィルムのアニーリング誘起結晶化は、上面から下向きに進み、最後の溶媒、この場合には２－ＭＥの代わりにＤＭＳＯが退出すると空隙が生成される。適度に小さいＤＭＳＯ濃度（この実験では、≪２５％）でだけ、ＤＭＳＯが離脱する際の体積減少が、ペロブスカイト拡散によって補償することができ、こうして、アニーリング後のテクスチャ処理したシリコン上に密なペロブスカイトフィルムが維持される。
【0067】
テクスチャ処理したシリコン上の密なペロブスカイト吸収体層のための望ましい条件は、したがって、室温でのＮ２支援型ブレードコーティングと、それに続く、ペロブスカイト結晶化のための熱アニーリングである。Ｎ２ナイフを用いて熱い基板上でペロブスカイトフィルムをブレードコーティングすることによる、乾燥プロセスと結晶化プロセスの組合せによって、ブレーディング後に、ペロブスカイトフィルムとテクスチャ処理したシリコン基板との間に空隙が生成されることが見いだされた。このことは、熱い基板がペロブスカイト前駆体の乾燥を加速し、これによって、フィルムの頂部上に固体シェルが形成され、底部に空隙が作成されるためであると信じられる。
【0068】
タンデム結果。ペロブスカイト太陽電池を適用するために最適化したブレードコーティングプロセスを用いて、図７Ａに示される詳細なセル概略図で、ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイス７００が製造される。シリコンボトムセル７０４は、レシピＣをテクスチャ処理することによって形成される、０．８μｍ未満の最大ピラミッド高さを有する両側ピラミッドテクスチャを特徴とする。アモルファスシリコンヘテロ接合接触は、本明細書に参照によって組み込まれるＣｈｅｎら、（Ｊｏｕｌｅ、ｖｏｌ． ３、頁１７７～１９０、２０１９年）に記載されるものと同じである。シリコンボトムセル７０４は、シリコン吸収体（ｃ－Ｓｉ （ｎ））７２０の後側に共形な層を含む。シリコンボトムセルの前側の共形な層は、ＰＴＡＡ７６０、前面ＩＴＯ７６２、ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｎ＋）７６４、およびａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）７６６を含む。シリコン吸収体７２０の後側の共形な層は、ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）７６８、ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｐ＋）７７０、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）７７２、シリカナノ粒子（３００ｎｍ厚のコーティング）７７４、および銀７７６を含む。シリカナノ粒子コーティング７７４が、インジウムスズ酸化物層７７２と銀層７７６との間に挿入され、寄生吸収を低減し、シリコンボトムセルの赤外線（ＩＲ）光応答を高めた。このＩＲ透過性銀層は、本明細書に参照によって組み込まれる、Ｆｉｒｔｈらによって記載された（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｎａｎｏ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、ｖｏｌ． １、頁４３５１～４３５７、２０１８年）エアロゾルインパクト駆動組立（ＡＩＤＡ）技法によって噴霧コーティングされ、堆積期間のフィルムの多孔性を制御することによって屈折率が１．２に調節された。シリコンボトムセル７０４の前側に、ペロブスカイトトップセル７０２を接続するための再結合層として、インジウムスズ酸化物層７６２が使用された。
【0069】
ペロブスカイトトップセル７０２は、本明細書に参照によって組み込まれる、Ｄｅｎｇらによって記載された（Ｎａｔｕｒｅ Ｅｎｅｒｇｙ、ｖｏｌ． ３、頁５６０～５６６、２０１８）ような、ブレードコーティングおよび他のプロセスで、シリコンセルの上に形成された。手短にいえば、ペロブスカイトトップセル７０２は、ポリ（ビス（４－フェニル））（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン（ＰＴＡＡ）層７６０をブレードコーティングし、ペロブスカイト層７１２をブレードコーティングし、Ｃ６０層７７８を熱的に蒸発させ、原子層堆積によってスズ酸化物層７８０を堆積し、インジウムスズ酸化物層７８２をスパッタリングすることによって製造された。最後に、デバイスは、本明細書に参照によって組み込まれる、Ｍａｎｚｏｏｒらによって記載された（Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、ｖｏｌ． １７３、頁５９～６５、２０１７年）ように、テクスチャ処理したモジュールガラスについての代用物として働く、テクスチャ処理したＰＤＭＳ光散乱層７８４で覆われた。図５Ｂに描かれるように、基準ＰＤＭＳ／平坦タンデムが、同じ層構成だが、ペロブスカイトとシリコンサブセルとの間の平坦な界面を有してやはり製造された。
【0070】
図７Ｂに示されるような、ＳＥＭ断面図（ＰＤＭＳ層なし）によって、ペロブスカイトトップセル７０２がテクスチャ処理したシリコンボトムセル７０４を平坦化したことが確認される。基準の平坦なタンデム構造と比較して、デバイス性能における１つの改善点は、短絡電流密度（Ｊｓｃ）である。外部量子効率（ＥＱＥ）測定によって明らかになるように、サブセルのＪｓｃは、３８．７ｍＡ／ｃｍ２の合計光生成電流密度と、１９．３ｍＡ／ｃｍ２で電流が一致した。この数は、ＰＤＭＳ層なしの基準平坦タンデム（図５Ａに描かれる構造だが反射防止コーティングなし）のものより２．４ｍＡ／ｃｍ２高く、基準ＰＤＭＳ／平坦タンデム（図５Ｂに描かれる構造）より０．８ｍＡ／ｃｍ２高い。電流の改善は、少なくとも部分的に２つの現象に帰することができる。第１にペロブスカイトセルの層構造はＰＤＭＳ／平坦化デバイスとＰＤＭＳ／平坦デバイスの両方で同じであるが、ＰＤＭＳ／平坦化タンデムは、より高い青色応答を示す。第２に、少なくとも部分的に、ペロブスカイト／シリコン界面におけるテクスチャによって導入される光散乱効果に起因して、干渉縞をなくすことに起因するＰＤＭＳ／平坦化タンデム中で７５０～１１００ｎｍの反射率がかなり低く、その帯域において約９５％の平坦ＥＱＥがもたらされる。このＥＱＥの改善は、ＰＤＭＳ／平坦基準デバイスと比較してシリコンボトムセル中でより高いＪｓｃをもたらさないが、少なくとも部分的に、６００～７５０ｎｍ範囲の伝達が減ることに起因する。これは、シリコンボトムセルのピラミッドテクスチャを平坦化する必要に応じて、少なくとも部分的に、ＰＤＭＳ／平坦化タンデム中のペロブスカイト層が基準デバイス中のものより厚いことのためであると考えられる。ＰＤＭＳ／平坦化タンデムについての反射からの電流損失は、２．３ｍＡ／ｃｍ２である。このデバイスにおける主な電流損失のメカニズムは、（たとえば、ペロブスカイトセルの電子接触では、３００～６００ｎｍ間の１－反射率とＥＱＥ曲線間の間隙から明らかなように）寄生吸収であると考えられる。デバイスの電流－電圧測定は、２５．１％の効率を示した。
【0071】
本開示は多くの特定の実施形態の詳細を含むが、これらは、本主題の範囲または特許請求できるものの範囲への制限とみなすべきでなく、むしろ特定の実施形態に固有であってよい特徴の記載であるとみなすべきである。別個の実施形態の文脈で本開示に記載されるある種の特徴は、組み合わせて単一の実施形態中に実装することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で記載される様々な特徴は、複数の実施形態で個別に、または任意の好適な下位の組合せで実装することもできる。さらに、以前に記載した特徴がある種の組合せで働くように記載され、最初にそのように主張さえされる場合があるが、主張される組合せからの１つまたは複数の特徴を、いくつかの場合に、組合せから削除することができ、主張した組合せは、下位の組合せまたは下位の組合せの変形形態を導くことができる。
【0072】
本主題の特定の実施形態が記載されてきた。記載される実施形態の他の実施形態、代替形態、および置換形態は、当業者には明らかなように、以下の請求項の範囲内である。動作は、特定の順番で図面または請求項に描かれるが、このことを、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順番でもしくは逐次的な順序で実施されること、またはすべての説明された動作が実施されることが必要であると理解するべきでない（いくつかの動作はオプションであると考えることができる）。
【0073】
したがって、前に記載した例示的な実施形態は、本開示を規定または制限しない。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の変更、代替、および改変も可能である。
【符号の説明】
【0074】
１００ タンデム型デバイス
１０２ ペロブスカイトトップセル
１０４ シリコンボトムセル
１０６ 金属グリッド
１０８ 透明導電層
１１０ 電子接触スタック
１１２ ペロブスカイト吸収体
１１４ 正孔接触スタック
１１６ 再結合層
１１８ 電子接触スタック
１２０ シリコン吸収体
１２２ 正孔接触スタック
１２４ 裏面電極スタック
１２６ 前側
１２８ 後側
１５０ タンデム型デバイス
２００ タンデム型デバイス、タンデム型光起電力デバイス
２０２ ペロブスカイトトップセル
２０４ シリコンボトムセル
２０６ 金属グリッド
２０８ 透明導電層
２１０ 電子接触スタック
２１２ ペロブスカイト吸収体
２１４ 正孔接触スタック
２１６ 中間層、再結合層
２１８ 電子接触スタック
２２０ シリコン吸収体
２２２ 正孔接触層、接触スタック
２２４ 裏面反射体スタック
２２６ 前側
２２８ 後側
２３０ ピラミッド状表面テクスチャ
２３２ 凸形状表面テクスチャ
２５０ タンデム型デバイス
３００ タンデム型デバイス
３０４ シリコンボトムセル
３１２ ペロブスカイト吸収体
３３２ 層
３５０ タンデム型デバイス
４００ タンデム型デバイス
４０２ ペロブスカイトトップセル
４０４ シリコンボトムセル
４３４ 前面ガラスカバー
４３６ エッジ封止物
４３８ バックカバー
４４０ 封入剤
４５０ モジュール
５００ タンデム型デバイス
５０２ ペロブスカイトトップセル
５０４ シリコンボトムセル
５０６ 前面
５１０ 反射防止層
５１２ 前面
５１４ 光散乱層
５１６ 前面
５１８ 前面
５２０ タンデム型デバイス
５４０ 両側タンデム型デバイス
５６０ 両側タンデム型デバイス
７００ ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイス
７０２ ペロブスカイトトップセル
７０４ シリコンボトムセル
７１２ ペロブスカイト層
７２０ シリコン吸収体（ｃ－Ｓｉ （ｎ））
７６０ ＰＴＡＡ、ポリ（ビス（４－フェニル））（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン（ＰＴＡＡ）層
７６２ 前面ＩＴＯ、インジウムスズ酸化物層
７６４ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｎ＋）
７６６ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）
７６８ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）
７７０ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｐ＋）
７７２ インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウムスズ酸化物層
７７４ シリカナノ粒子コーティング
７７６ 銀、銀層
７７８ Ｃ６０層
７８０ スズ酸化物層
７８２ インジウムスズ酸化物層
７８４ ＰＤＭＳ光散乱層
１０２ ペロブスカイトトップセル
１０４ シリコンボトムセル
１０６ 金属グリッド
１０８ 透明導電層
１１０ 電子接触スタック
１１２ ペロブスカイト吸収体
１１４ 正孔接触スタック
１１６ 再結合層
１１８ 電子接触スタック
１２０ シリコン吸収体
１２２ 正孔接触スタック
１２４ 裏面電極スタック
１２６ 前側
１２８ 後側
１５０ タンデム型デバイス
２００ タンデム型デバイス、タンデム型光起電力デバイス
２０２ ペロブスカイトトップセル
２０４ シリコンボトムセル
２０６ 金属グリッド
２０８ 透明導電層
２１０ 電子接触スタック
２１２ ペロブスカイト吸収体
２１４ 正孔接触スタック
２１６ 中間層、再結合層
２１８ 電子接触スタック
２２０ シリコン吸収体
２２２ 正孔接触層、接触スタック
２２４ 裏面反射体スタック
２２６ 前側
２２８ 後側
２３０ ピラミッド状表面テクスチャ
２３２ 凸形状表面テクスチャ
２５０ タンデム型デバイス
３００ タンデム型デバイス
３０４ シリコンボトムセル
３１２ ペロブスカイト吸収体
３３２ 層
３５０ タンデム型デバイス
４００ タンデム型デバイス
４０２ ペロブスカイトトップセル
４０４ シリコンボトムセル
４３４ 前面ガラスカバー
４３６ エッジ封止物
４３８ バックカバー
４４０ 封入剤
４５０ モジュール
５００ タンデム型デバイス
５０２ ペロブスカイトトップセル
５０４ シリコンボトムセル
５０６ 前面
５１０ 反射防止層
５１２ 前面
５１４ 光散乱層
５１６ 前面
５１８ 前面
５２０ タンデム型デバイス
５４０ 両側タンデム型デバイス
５６０ 両側タンデム型デバイス
７００ ペロブスカイト／シリコンタンデム型光起電力デバイス
７０２ ペロブスカイトトップセル
７０４ シリコンボトムセル
７１２ ペロブスカイト層
７２０ シリコン吸収体（ｃ－Ｓｉ （ｎ））
７６０ ＰＴＡＡ、ポリ（ビス（４－フェニル））（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン（ＰＴＡＡ）層
７６２ 前面ＩＴＯ、インジウムスズ酸化物層
７６４ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｎ＋）
７６６ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）
７６８ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｉ）
７７０ ａ－Ｓｉ：Ｈ （ｐ＋）
７７２ インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウムスズ酸化物層
７７４ シリカナノ粒子コーティング
７７６ 銀、銀層
７７８ Ｃ６０層
７８０ スズ酸化物層
７８２ インジウムスズ酸化物層
７８４ ＰＤＭＳ光散乱層
【図1】
【図2A-2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【国際調査報告】