(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】2023-11-17
(54)【発明の名称】導電層相互接続を備える光起電デバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0465 20140101AFI20231110BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 532B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023526879
(86)(22)【出願日】2021-11-03
(85)【翻訳文提出日】2023-06-29
(86)【国際出願番号】 US2021057867
(87)【国際公開番号】W WO2022098735
(87)【国際公開日】2022-05-12
(31)【優先権主張番号】63/109,261
(32)【優先日】2020-11-03
(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】510328032
【氏名又は名称】ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100104374
【弁理士】
【氏名又は名称】野矢 宏彰
(72)【発明者】
【氏名】バンダリ，ニヒル
(72)【発明者】
【氏名】デービス，マシュー
(72)【発明者】
【氏名】ミラー，レット
(72)【発明者】
【氏名】ウィッカーシャム，チャールズ
【テーマコード（参考）】
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F251AA09
5F251AA16
5F251DA03
5F251EA03
5F251EA09
5F251EA16
5F251FA02
5F251FA06
5F251GA03
5F251JA03
5F251JA05
(57)【要約】
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、導電層相互接続を備える１つまたは複数のセルを有していてもよい。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光起電デバイスの光起電セルであって、吸収材層を含む半導体スタック上の第一の導電層および第二の導電層、
第一の導電層と第二の導電層との間に位置される誘電層、ならびに、
第二の導電層から延出して誘電層を通り抜ける導電層相互接続
を含み、
前記第一の導電層が平均導電層厚さを有し、
前記誘電層が平均誘電層厚さを有し、
前記導電層相互接続が第一の導電層の接触領域と電気的な接続を形成し、
第一の接触領域の接触領域の形状が平坦かつ環状であり、
平均誘電層厚さの、平均導電層厚さに対する比率が、少なくとも１０：１である、
上記の、光起電デバイスの光起電セル。
【請求項2】
第一の導電層が最大厚さを有し、第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、
請求項１に記載の光起電セル。
【請求項3】
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
請求項１に記載の光起電セル。
【請求項4】
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項5】
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクトを含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項6】
第一の導電層の厚さが３μｍ未満である、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項7】
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項8】
第二の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項9】
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項10】
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、請求項１に記載の光起電セル。
【請求項11】
半導体スタック上に導電層を形成すること、前記導電層上に誘電層を形成すること、
レーザーパルスで導電層の作用領域を熱すること、
導電層の前記作用領域を少なくとも部分的に溶融させ、これによって、導電層中に接触領域が形成され、導電層の前記作用領域上に配置された誘電層の一部を剥離させて、誘電層の一部を通り抜けるビアを規定すること、および
誘電層のビアを通り抜けかつ導電層の接触領域と接触する導電層相互接続を形成すること
を含む、光起電デバイスを形成する方法であって、
前記導電層が導電層厚さを有し、
前記誘電層が誘電層厚さを有し、
誘電層厚さの、導電層厚さに対する比率が少なくとも１０：１である、方法。
【請求項12】
導電層相互接続が、誘電層上に第二の導電層を堆積させることにより形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
レーザーパルスがガウシアン形状の相対強度を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項17】
レーザーパルスが、ガウシアン形状の相対強度を有する、請求項１１、１２または１６に記載の方法。
【請求項18】
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、請求項１１、１２または１６から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項19】
第一の導電層が最大厚さを有し、第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、請求項１、１１、１２または１６から１８のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項20】
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
請求項１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項21】
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、請求項１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項22】
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクトを含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、
請求項１、１１、１２または１６から２１のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項23】
第一の導電層の厚さが約３μｍ未満である、請求項１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項24】
第一の導電層の厚さが約５０ｎｍから約２．５μｍの間である、請求項１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項25】
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１、１１、１２または１６から２４のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項26】
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１、１１、１２または１６から２５のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項27】
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、請求項１、１１、１２または１６から２６のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【請求項28】
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、請求項１、１１、１２または１６から２７のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本明細書は、全体的に、導電層相互接続を備える光起電デバイス、より詳細には、光起電デバイスの隣り合うセル間に電気的な接続を形成するための導電層相互接続を有する光起電セルに関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]光起電デバイスは、光起電効果を発現する半導体材料を使用して光を電気に変えることにより電力を生成する。光起電デバイスは数多くの層を含み、これらの層は、層の一定の複数の領域の選択的な除去により、複数の光起電セルに分割されている。各光起電セルは、日光を電力に変え、１つまたは複数の隣り合うセルと電気的に接続され得る。そのような電気的な接続は、除去領域を導電性材料で充たすことにより形成することができる。除去領域および導電性材料の寸法は、光起電デバイスの性能および製造性に影響を与える可能性がある。
【0003】
[0003]従って、導電層相互接続を備える新たな光起電デバイスの需要が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
[0004]本明細書で提供される実施形態は、導電層相互接続を備える光起電デバイスに関する。これらの特徴および本明細書に記載されている実施形態により提供される追加の特徴は、下記の詳細な説明を図面と併せることで、より完全に理解され得る。
【0005】
[0005]図面に記載されている実施形態は、本質的に実例的かつ例示的であり、特許請求の範囲により定義される主題を限定することを意図するものではない。以下の実例的な実施形態の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと理解することができ、下記において、同様の構造は同様の参照数字で示される。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】[0006]本明細書に示され説明されている１つまたは複数の実施形態による光起電デバイスを概略的に図示している。
【図3】[0008]本明細書に示され説明されている１つまたは複数の実施形態による基材を概略的に図示している。
【図4】[0009]本明細書に示され説明されている１つまたは複数の実施形態による導電層相互接続を形成するためのプロセスを概略的に図示している。
【図5】[0010]本明細書に示され説明されている１つまたは複数の実施形態によるビアの上面透視図を図解して図示している。
【発明を実施するための形態】
【0007】
[0012]逆バイアス制御を有する光起電デバイスの実施形態が本明細書で提供される。一般的に、本明細書で提供される光起電デバイスは、逆バイアス条件に置かれた際にセルにより失われる電力量を制限するように構成されたセルを含むことができる。光起電デバイス、ならびに、光起電デバイスを形成するためのシステムおよび方法の多様な実施形態が、本明細書でさらに詳細に説明される。
【0008】
[0013]ここで図１を参照すると、光起電デバイス１００の実施形態が概略的に図示されている。光起電デバイス１００は、光を受けて光を電気信号に変換するように、例えば、光から光子が吸収され、光起電効果を経由して電気信号に変換され得るように構成されていてもよい。従って、光起電デバイス１００は、例えば、太陽等の光源に曝露されるように構成された第一の面１０２を規定し得る。光起電デバイス１００は、例えば、複数の材料層等により第一の面１０２からオフセットされる反対側の面１０４も規定し得る。留意すべき点として、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）、赤外（ＩＲ）および可視部における波長等、電磁スペクトルの多様な波長を指し得る。本明細書において使用される「日光」は、太陽により放射された光を指す。
【0009】
[0014]光起電デバイス１００は、第一の面１０２と反対側の面１０４との間に配置された複数の層を含んでいてもよい。本明細書において使用されている用語「層（ｌａｙｅｒ）」は、表面上に設けられた厚さのある材料を指す。各層は、全表面または表面のいかなる部分を覆っていてもよい。いくつかの実施形態において、光起電デバイス１００の層は、光起電セル２００のアレイに分割されてもよい。例えば、光起電デバイス１００は、複数の連続スクライブ２０２および複数のパラレルスクライブ２０４に従ってスクライブされていてもよい。連続スクライブ２０２は、光起電デバイス１００の長さＹに沿って延伸し、光起電デバイス１００の長さＹに沿って光起電セル２００を仕切ってもよい。連続スクライブ２０２は、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って連続的に光起電セル２００の隣り合うセルと接続するように構成されていてもよい。連続スクライブ２０２は、隣り合うセル、すなわち、連続スクライブ２０２に隣接したセルのモノリシックな相互接続を形成してもよい。パラレルスクライブ２０４は、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って延伸し、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って光起電セル２００を仕切ってもよい。作動下で、電流２０５は、連続スクライブ２０２により連続的に接続された光起電セル２００を通じて幅Ｘに沿って主に流れることができる。作動下で、パラレルスクライブ２０４は、電流２０５が長さＹに沿って流れる能力を制限するものであってもよい。パラレルスクライブ２０４は任意であり、長さＹに沿って編成されたグループ２０６に連続的に接続された光起電セル２００を分離するように構成されていてもよい。従って、連続スクライブ２０２およびパラレルスクライブ２０４は、光起電セル２００のアレイを仕切ることができる。
【0010】
[0015]引き続き図１を参照すると、パラレルスクライブ２０４は、連続的に接続された光起電セル２００のグループ２０６を電気的に絶縁することができる。いくつかの実施形態において、光起電セル２００のグループ２０６は、例えば、電気的ブッシングを経由する等、並列で接続することもできる。任意で、パラレルスクライブ２０４の数は、光起電セル２００の各グループ２０６により生成される最大電流を制限するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、各グループ２０６により生成された最大電流は、例えば、１つの実施形態において約１００ｍＡ以下、別の実施形態において約７５ｍＡ以下、またはさらなる実施形態において約５０ｍＡ以下のように、約２００ミリアンペア（ｍＡ）以下であってもよい。
【0011】
[0016]図１および図２をまとめて参照すると、光起電デバイス１００の層は、光起電デバイス１００へ光が伝達しやすくなるように構成された基材１１０を含んでいてもよい。基材１１０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２に配置されていてもよい。次に図２および図３を参照すると、基材１１０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１１２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１１４を有していてもよい。材料の１つまたは複数の層は、基材１１０の第一の表面１１２と第二の表面１１４との間に配置されていてもよい。
【0012】
[0017]基材１１０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１２２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１２４を有する、透明層１２０を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、透明層１２０の第二の表面１２４は基材１１０の第二の表面１１４を形成してもよい。透明層１２０は、例えば、ガラス等の実質的に透明な材料から形成されていてもよい。好適なガラスは、ソーダ石灰ガラス、または鉄の含有量が低減されたいずれのガラスも含むことができる。透明層１２０は、いくつかの実施形態において約２５０ｎｍから約１，３００ｎｍ、または他の実施形態において約２５０ｎｍから約９５０ｎｍを含むいかなる好適な透過率を有していてもよい。透明層１２０は、例えば、１つの実施形態において約５０％超、別の実施形態において約６０％超、さらに別の実施形態において約７０％超、さらなる実施形態において約８０％超、またはいっそうさらなる実施形態において約８５％超を含む、いかなる好適な透過パーセンテージをさらに有していてもよい。１つの実施形態において、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ていてもよい。任意で、基材１１０は、透明層１２０の第一の表面１２２に塗布されたコーティング１２６を含んでいてもよい。コーティング１２６は、これらに限定されないが、反射防止コーティング、防汚コーティング、またはそれらの組み合わせ等、光と相互作用し、または、基材１１０の耐久性を改良するように構成されていてもよい。
【0013】
[0018]再度図２を参照すると、光起電デバイス１００は、基材１１０からの、劣化または剥離をもたらすおそれのある汚染物質（例えばナトリウム）の拡散を軽減するように構成されたバリアー層１３０を含んでいてもよい。バリアー層１３０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１３２、および光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１３４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、バリアー層１３０は、基材１１０に隣接して設けられていてもよい。例えば、バリアー層１３０の第一の表面１３２は、基材１００の第二の表面１１４上に設けられていてもよい。本明細書において使用されている語句「隣接して」は、層の少なくとも一部分の間に介入材料を全く用いることなく、二層が隣り合わせで配置されることを意味する。
【0014】
[0019]全体的に、バリアー層１３０は、実質的に透明であり、熱的に安定であり、ピンホールの数が少なく、高いナトリウムブロッキング能および良好な接着性を有していてもよい。これに代えてまたは加えて、バリアー層１３０は、光に対して色彩抑制を適用するように構成されていてもよい。バリアー層１３０は、これらに限定されないが、酸化スズ、二酸化ケイ素、アルミニウムでドープされた酸化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウムを含む好適な材料の１つまたは複数の層を含んでいてもよい。バリアー層１３０は、例えば、１つの実施形態において約１００Å超、別の実施形態において約１５０Å超、またはさらなる実施形態において約２００Å未満を含む、第一の表面１３２および第二の表面１３４により区切られたいかなる好適な厚さを有していてもよい。
【0015】
[0020]引き続き図２を参照すると、光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００により生成された電荷キャリアを輸送するための電気接触を提供するように構成された透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）層１４０を含んでいてもよい。ＴＣＯ層１４０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１４２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１４４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、ＴＣＯ層１４０は、バリアー層１３０に隣接して設けられていてもよい。例えば、ＴＣＯ層１４０の第一の表面１４２は、バリアー層１３０の第二の表面１３４上に設けられていてもよい。全体的に、ＴＣＯ層１４０は、実質的に透明であり、広いバンドギャップを有するｎ型半導体材料の１つまたは複数の層から形成されていてもよい。具体的には、上記広いバンドギャップは、望ましくない光の吸収を軽減し得る光の光子エネルギーよりも大きなエネルギー値を有していてもよい。ＴＣＯ層１４０は、これらに限定されないが、二酸化スズ、ドープされた二酸化スズ（例えば、Ｆ－ＳｎＯ２）、インジウム酸化スズ、ドープされたもしくはドープされていない酸化亜鉛またはスズ酸カドミウムを含む好適な材料の１つまたは複数の層を含んでいてもよい。
【0016】
[0021]光起電デバイス１００は、ＴＣＯ層１４０といずれかの隣接した半導体層との間に絶縁層を設けるように構成されたバッファー層１５０を含んでいてもよい。バッファー層１５０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１５２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１５４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、バッファー層１５０は、ＴＣＯ層１４０に隣接して設けられていてもよい。例えば、バッファー層１５０の第一の表面１５２は、ＴＣＯ層１４０の第二の表面１４４上に設けられていてもよい。バッファー層１４０は、これらに限定されないが、内在的な二酸化スズ、亜鉛マグネシウム酸化物（例えば、Ｚｎ１－ｘＭｇｘＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、亜鉛酸化スズ、酸化亜鉛、スズ酸化ケイ素、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む、ＴＣＯ層１４０よりも高い抵抗を有する材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、バッファー層１４０の材料は、隣接した半導体層のバンドギャップ（例えば、吸収剤）と実質的に合致するように構成されていてもよい。上記バッファー層１５０は、例えば、１つの実施形態において約１００Å超、別の実施形態において約１００Åと約８００Åとの間、またはさらなる実施形態において約１５０Åと約６００Åとの間を含む、第一の表面１５２と第二の表面１５４との間にいかなる好適な厚さを有していてもよい。
【0017】
[0022]引き続き図２を参照すると、光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００内で別の層と連携してｐ－ｎ接合を形成するように構成された吸収材層１６０を含んでいてもよい。従って、吸収された光の光子は、電子と正孔とのペアを解離してキャリアフローを生成することができ、電力を生み出すことを可能とする。吸収材層１６０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１６２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１６４を有していてもよい。吸収材層１６０の厚さは、第一の表面１６２と第二の表面１６４との間で規定されてもよい。吸収材層１６０の厚さは、例えば、１つの実施形態において約１μｍから約７μｍの間、または別の実施形態において約１．５μｍから約４μｍの間のように、約０．５μｍから約１０μｍの間であってもよい。
【0018】
[0023]本明細書に記載されている実施形態によれば、吸収材層１６０は、過剰な正電荷キャリア、すなわち、正孔またはアクセプターを有するｐ型半導体材料から形成されていてもよい。吸収材層１６０は、第ＩＩ族から第ＶＩ族の半導体等のいかなる好適なｐ型半導体材料を含んでいてもよい。特定の例は、これらに限定されないが、カドミウム、テルル、セレン、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む半導体材料を含む。好適な例は、これらに限定されないが、カドミウムとテルルとの二元体、カドミウムとセレンとテルルとの三元体（例えば、ＣｄＳｅｘＴｅ１－ｘ）、カドミウムと亜鉛とテルルとの三元体（例えば、ＣｄＺｎｘＴｅ１－ｘ）、カドミウム、セレン、テルル、および１つまたは複数の追加の元素を含む化合物、またはカドミウム、亜鉛、テルル、および１つまたは複数の追加の元素を含む化合物を含む。
【0019】
[0024]吸収材層１６０がテルルおよびカドミウムを含む実施形態において、テルルの原子パーセントは、例えば、１つの実施形態において約３０原子パーセント超かつ約５０原子パーセント未満、さらなる実施形態において約４０原子パーセント超かつ約５０原子パーセント未満、またはさらに別の実施形態において約４７原子パーセント超かつ約５０原子パーセント未満のように、約２５原子パーセント以上かつ約５０原子パーセント以下であってもよい。あるいは、またはさらに、吸収材層１６０中のテルルの原子パーセントは、例えば、１つの実施形態において約４９％超のように、約４５原子パーセント超であってもよい。留意すべき点として、本明細書に記載されている原子パーセントは、吸収材層１６０の全体の代表であり、吸収材層１６０内の特定の箇所での材料の原子パーセンテージは、吸収材層１６０の全体的な組成よりも厚さと共に変化し得る。
【0020】
[0025]吸収材層１６０がセレンおよびテルルを含む実施形態において、吸収材層１６０中のセレンの原子パーセントは、例えば、１つの実施形態において約１原子パーセント超かつ約２０原子パーセント未満、別の実施形態において約１原子パーセント超かつ約１５原子パーセント未満、またはさらなる実施形態において約１原子パーセント超かつ約８原子パーセント未満のように、約０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下であってもよい。留意すべき点として、テルル、セレンまたは両方の濃度は、吸収材層１６０の厚さを通じて変化し得る。例えば、吸収材層１６０がセレンをｘのモル分率でかつテルルを１－ｘ（ＳｅｘＴｅ１－ｘ）のモル分率で含む化合物を含む場合に、ｘは吸収材層１６０の第一の表面１６２からの距離と共に吸収材層１６０中で変化し得る。
【0021】
[0026]引き続き図２を参照すると、吸収材層１６０は、電荷キャリア濃度を調節するように構成されたドーパントでドープされていてもよい。いくつかの実施形態において、吸収材層１６０は、例えば、銅、ヒ素、リン、アンチモン、またはそれらの組み合わせ等の第Ｉ族または第Ｖ族のドーパントでドープされていてもよい。吸収材層１６０内のドーパントの合計密度は制御され得る。あるいは、またはさらに、ドーパントの量は、吸収材層１６０の第一の表面１６２からの距離と共に変化し得る。
【0022】
[0027]本明細書で提供される実施形態によれば、上記ｐ－ｎ接合は、過剰な負電荷キャリア、すなわち電子またはドナーを有する光起電デバイス１００の一部分に十分に近い吸収材層１６０を設けることにより形成されていてもよい。いくつかの実施形態において、吸収材層１６０は、ｎ型半導体材料に隣接して設けられていてもよい。あるいは、１つまたは複数の介入層は、吸収材層１６０とｎ型半導体材料との間に設けられていてもよい。いくつかの実施形態において、吸収材層１６０は、バッファー層１５０に隣接して設けられていてもよい。例えば、吸収材層１６０の第一の表面１６２は、バッファー層１５０の第二の表面１５４上に設けられていてもよい。
【0023】
[0028]光起電デバイス１００は、ドーパントの望ましくない変質を軽減し、かつ吸収材層１６０との電気接触を提供するように構成されたバックコンタクト層１７０を含んでいてもよい。バックコンタクト層１７０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１７２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１７４を有していてもよい。バックコンタクト層１７０の厚さは、第一の表面１７２と第二の表面１７４との間で規定されてもよい。バックコンタクト層１７０の厚さは、例えば、１つの実施形態において、約１０ｎｍから約５０ｎｍの間のように、約５ｎｍから約２００ｎｍの間であってもよい。
【0024】
[0029]いくつかの実施形態において、バックコンタクト層１７０は、吸収材層１６０に隣接して設けられていてもよい。例えば、バックコンタクト層１７０の第一の表面１７２は、吸収材層１６０の第二の表面１６４上に設けられていてもよい。いくつかの実施形態において、バックコンタクト層１７０は、多様な組成で、例えば、亜鉛、銅、カドミウムおよびテルルを含有する１つまたは複数の層のように、第Ｉ族、第ＩＩ族、第ＶＩ族に由来する材料の二元または三元の組み合わせを含んでいてもよい。さらなる例示的な材料は、これらに限定されないが、テルル化銅でドープされたテルル化亜鉛、またはテルル化銅で合金化されたテルル化亜鉛を含む。議論を容易にするため、バッファー層１５０、吸収材層１６０、バックコンタクト層１７０、またはそれらの組み合わせを含む層のスタックは、本明細書において半導体スタック１７６とすることもある。
【0025】
[0030]光起電デバイス１００は、吸収材層１６０との電気接触を提供するように構成された第一の導電層１８０を含んでいてもよい。第一の導電層１８０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１８２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１８４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、第一の導電層１８０は、バックコンタクト層１７０に隣接して設けられていてもよい。例えば、第一の導電層１８０の第一の表面１８２は、バックコンタクト層１７０の第二の表面１７４上に設けられていてもよい。第一の導電層１８０の厚さは、第一の表面１８２と第二の表面１８４との間で規定されてもよい。第一の導電層１８０の厚さは、例えば、１つの実施形態において約５０ｎｍから約２．５μｍの間、または別の実施形態において約１００ｎｍから約２μｍの間のように、約３μｍ未満であってもよい。
【0026】
[0031]第一の導電層１８０は、０．５Ω／ｓｑと１０Ω／ｓｑとの間のシート抵抗を有するいかなる好適な導電材料を含んでいてもよい。好適な例は、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、または両方を含む。あるいは、またはさらに、第一の導電層１８０は、透明、または光の一定の波長に対して透明であってもよい。いくつかの実施形態において、第一の導電層１８０は、導電材料層の組み合わせを含んでいてもよい。各層は、導電性材料層のスタックが所望の性能特性を有するように、構造的特性または電気的特性に貢献し得る。好適な金属は、これらに限定されないが、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、またはそれらの組み合わせを含む。窒素含有金属の好適な例は、これらに限定されないが、窒化アルミニウム、窒化ニッケル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化セレン、窒化タンタル、または窒化バナジウムを含む。
【0027】
[0032]光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００の１つまたは複数の層を電気的に絶縁するように構成された誘電層１９０を含んでいてもよい。例えば、セル２００内では、誘電層１９０は、第一の導電層１８０を第二の導電層２１０から電気的に絶縁するものであってもよい。誘電層１９０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面１９０、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面１９４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、誘電層１９０は、第一の導電層１８０に隣接して設けられていてもよい。例えば、誘電層１９０の第一の表面１９２は、第一の導電層１８０の第二の表面１８４上に設けられていてもよい。誘電層１９０の厚さは、第一の表面１９２と第二の表面１９４との間で規定されてもよい。誘電層１９０の厚さは、例えば、１つの実施形態において約２０μｍ未満のように、約３０μｍ未満であってもよい。全体的に、誘電層１９０の厚さは、例えば、１つの実施形態において第一の導電層１８０の厚さの約２５倍超、別の実施形態において第一の導電層１８０の厚さの約５０倍超、またはさらなる実施形態において第一の導電層１８０の厚さの約１００倍超のように、第一の導電層１８０の厚さよりも少なくとも１桁大きい。
【0028】
[0033]上記誘電層は、例えば、フォトレジスト材料または非導電性ポリマー等の誘電材料を含んでいてもよい。誘電材料の好適な例は、さらにエポキシ、アクリル、フェノールまたはポリイミド等を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、上記誘電材料は、レーザーアブレーションの使用に適する光の波長に対する透過率が約１０％超であってもよく、すなわち、上記波長範囲は、固体レーザー波長と関連していてもよい。例えば、波長範囲は、約３００ｎｍと約１，１００ｎｍとの間であってもよい。
【0029】
[0034]引き続き図２を参照すると、光起電デバイス１００は、ＴＣＯ層１４０、隣り合うセル２００の第一の導電層１８０、または両方との電気接触を提供するように構成された第二の導電層２１０を含んでいてもよい。第二の導電層２１０は、光起電デバイス１００の第一の面１０２へ実質的に向いている第一の表面２１２、および、光起電デバイス１００の反対側の面１０４へ実質的に向いている第二の表面２１４を有していてもよい。いくつかの実施形態において、第二の導電層２１０は、誘電層１９０に隣接して設けられていてもよい。例えば、第二の導電層２１０の第一の表面２１２は、誘電層１９０の第二の表面１９４上に設けられていてもよい。第二の導電２１０の厚さは、第一の表面２１２と第二の表面２１４との間で規定されてもよい。第一の導電層１８０の厚さは、第一の表面１８２と第二の表面１８４との間で規定されてもよい。第二の導電層２１０の厚さは、例えば、１つの実施形態において約５０ｎｍから約２．５μｍの間、または別の実施形態において約１００ｎｍから約２μｍの間のように、約３μｍ未満であってもよい。第二の導電層２１０は、０．５Ω／ｓｑと１０Ω／ｓｑとの間のシート抵抗を有するいかなる好適な導電材料を含んでいてもよい。好適な例は、第一の導電層１８０に関して上述したとおり、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、または両方を含む。あるいは、またはさらに、第二の導電層１９０は、透明、または光の一定の波長に対して透明であってもよい。いくつかの実施形態において、第二の導電層２１０は、第一の導電層１８０と異なる材料を有していてもよい。あるいは、またはさらに、第一の導電層１８０、第二の導電層１９０、または両方は、例えば、酸化物等の非金属材料を含んでいてもよい。
【0030】
[0035]光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００用の筐体を形成するために、基材１１０と連携するように構成されたバックサポート２１６を含んでいてもよい。バックサポート２１６は、光起電デバイス１００の反対側の面１０４に配置されていてもよい。例えば、バックサポート２１６は、第二の導電層２１０上に形成されていてもよい。バックサポート２１６は、例えば、ガラス（例えば、ソーダ石灰ガラス）を含む、いかなる好適な材料を含んでいてもよい。留意すべき点として、用語「上に（ｏｖｅｒ）」は、物体または第一の層が、第二の層の表面に直接的にまたは非直接的に接していることを意味し得る。従って、第二の層「上の」第一の層は、第二の層の表面と直接的に接していてもよく、または、第二の層の表面からオフセットされる位置で１つまたは複数の介入物体もしくは層と接していてもよい。
【0031】
[0036]図２および図４をまとめて参照すると、光起電デバイス１００の製造は、一般的に、１つまたは複数の薄膜堆積プロセスを通じて、層の「スタック」中に、機能層または層前駆体を連続的に配置するステップを含み、薄膜堆積プロセスとしては、これらに限定されないが、スパッタリング、噴霧、蒸散、分子ビーム堆積法、熱分解、閉空間昇華法（ＣＳＳ）、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、電気化学的堆積法（ＥＣＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、または気相輸送堆積法（ＶＴＤ）が挙げられる。いくつかの実施形態において、より大きなスループット品質のため、ＶＴＤが好ましい可能性がある。
【0032】
[0037]光起電デバイス１００の製造は、光起電デバイス１００を複数の光起電セル２００に分割するために、さらに、層のスタックの一定の領域の選択的な除去、すなわち、スクライビングまたはアブレーションを含んでいてもよい。例えば、連続スクライブ２０２は、第一の絶縁スクライブ２２２（Ｐ１スクライブともいう）、および第二の絶縁スクライブ２２４（Ｐ３スクライブともいう）を含んでいてもよい。第一の絶縁スクライブ２２２は、ＴＣＯ層１４０が隣り合うセル２００の間で電気的に絶縁されることを確実とするために形成されていてもよい。具体的には、第一の絶縁スクライブ２２２は、光起電デバイス１００のＴＣＯ層１４０、バッファー層１５０および吸収材層１６０を通して形成されていてもよい。第二の絶縁スクライブ２２４は、導電層１８０を個別のセル２００に区分するように形成されていてもよい。第二の絶縁スクライブ２２４は、第二の導電層２１０を通して形成されていてもよい。第一の絶縁スクライブ２２２、第二の絶縁スクライブ２２４、または両方は、誘電材料で充たされていてもよい。
【0033】
[0038]セルの相互接続２２６は、光起電セル２００の層を電気的に接続するために形成されてもよい。セルの相互接続２２６は、ＴＣＯ層１４０を第二の導電層２１０と電気的に接続するために構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、セルの相互接続２２６は、半導体スタック１７６のいくつかまたは全てを通り抜け、かつそれらから電気的に絶縁されるように形成されてもよい。セルの相互接続２２６は、これらに限定されないが、第二の導電層２１０の材料等の導電材料で形成されていてもよい。
【0034】
[0039]図１および図２をまとめて参照すると、導電層相互接続２３０は、光起電セル２００の層を電気的に接続するために形成されていてもよい。本明細書に記載されているとおり、導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０を第二の導電層２１０と電気的に接続するために構成されてもよい。具体的には、導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０と第二の導電層２１０との間の選択的な電気接触点を形成するように構成されていてもよく、一方で第一の導電層１８０および第二の導電層２１０のほとんどは誘電層１９０により電気的に絶縁される。導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０に関して上述したとおり、例えば、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、または両方のような、いかなる好適な導電材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０と異なる１つまたは複数の材料を含んでいてもよい。例えば、導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０中に存在しない導電性材料を含んでいてもよい。
【0035】
[0040]いくつかの実施形態において、光起電セル２００は、それぞれが第一の導電層１８０と第二の導電層２１０との間に所望の電流値が流れることを可能とするように構成された複数の導電層相互接続２３０を含んでいてもよい。例えば、セル２００のそれぞれにおける導電層相互接続２３０の数、および、導電層相互接続２３０のそれぞれを通って流れる所望の電流値は、連続的に接続された光起電セル２００のグループ２０６により生成される電流２０５と対応していてもよい。このように、導電層相互接続２３０の程度は、光起電セル２００のグループ２０６により生成された電流２０５に従って調整することができる。
【0036】
[0041]次に図４を参照すると、導電層相互接続２３０を形成するための方法２４０が概略的に図示されている。方法２４０は、半導体スタック１７６上に第一の導電層１８０を形成するためのプロセス２４２を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、半導体スタック１７６上に導電材料の複数の層が連続的に堆積されることで第一の半導電層１８０を形成してもよい。従って、第一の半導電層１８０の厚さは、導電材料の複数の層に及んでもよい。
【0037】
[0042]方法２４０は、第一の導電層１８０上に誘電層１９０を形成するプロセス２４４を含んでいてもよい。任意で、誘電層１９０は第一の導電層１８０に隣接して形成されていてもよい。上述のとおり、誘電層１９０は第一の導電層１８０よりも顕著に厚くてもよい。さらに、第一の導電層１８０は、一定の製造技術を使用して製造するのに過剰に薄くてもよい。例えば、誘電層１９０の一部を選択的に除去することが望ましい場合もある。フォトリソグラフィックパターニングプロセスは過度に制約される可能性があり、効率的な光起電デバイスの製造には適していない。例えば、フォトリソグラフィックプロセスは、材料を除去するために化学物質の使用を要する。しかし、そのような化学物質は多くの誘電材料および導電材料と適合しない。さらに、フォトリソグラフィックパターニングは、光起電デバイスの工業的に実現可能な製造にはスループットが低すぎる。同様に、プリント回路基板（ＰＣＢ）を製造するための使用に好適な一定のレーザーパターニング技術は、効率的な光起電デバイスの製造に適していない。上記ＰＣＢ製造は、一般的に、９．１μｍと１０．６μｍとの間の波長を有するＣＯ２レーザーを活用し、厚い銅層の使用を可能にする。銅層の厚さは、通常０．０２５４ｍｍ（１ミル）を超える。厚さおよびＰＣＢレーザー技術の構成的な制約は、効率的な光起電デバイスの製造に適していない。出願人は、フォトリソグラフィック加工およびＰＣＢレーザー技術の不足を打開する新規の層構造およびレーザー加工技術を発見した。
【0038】
[0043]引き続き図４を参照すると、方法２４０は、レーザーパルス２４８を用いて第一の導電層１８０の作用領域１８６を熱するためのプロセス２４６を含み得る。レーザーパルス２４８は、第一の導電層１８０の作用領域１８６上の誘電層１９０の一部分１９６の選択的な剥離を促進するために選択されていてもよい。レーザーパルス２４８は、実質的にガウシアン形状の相対強度２５０を有していてもよい。相対強度２５０は、レーザーパルス２４８の半径方向の位置２５２にわたって変化し得る。レーザーパルス２４８は、レーザーパルス２４８の時間に従って特徴付けられることが可能である。具体的には、パルス幅は、相対強度２５０の最大半値幅（ＦＷＨＭ）に基づき、レーザーパルス２４８の開始と終了の間の時間を規定することができる。いくつかの実施形態において、レーザーパルス２４８は、例えば、１つの実施形態において１，０００ｐｓ未満、または別の実施形態において９００ｆｓと１００ｐｓとの間のように、５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有していてもよい。上述のとおり、レーザーパルス２４８の波長は、誘電層１９０の部分的な透過率と合致するように選択されてもよい。従って、レーザーパルス２４８は、特にピーク強度での誘電層１９０の一部分１９６を通り、第一の導電層１８０の作用領域１８６に伝達され得る。
【0039】
[0044]方法２４０は、第一の導電層１８０の作用領域１８６を少なくとも部分的に溶融させるプロセス２５４を含んでいてもよい。作用領域１８６の溶融の結果として、作用領域１８６は、第一の導電層１８０において形成される接触領域１８８に変化され得る。加えて、作用領域１８６の溶融の結果として、第一の導電層１８０の作用領域１８６上に配置される誘電層１９０の一部分１９６は、誘電層１９０の一部分１９６を通ってビア２５６を規定するために剥離されていてもよい。具体的には、ビア２５６は、誘電層１９０の一部分１９６の除去により形成されたビア壁１９８により区切られていてもよい。
【0040】
[0045]図４、図５、および図６をまとめて参照すると、例示的なビア２５６および接触領域１８８は概略的に図示されている。いくつかの実施形態において、ビア２５６は、接触領域１８８近くに形成されていてもよい。ビア２５６は、導電（ｃｏｎｄｕｃｉｎｇ）層相互接続２３０を受けるのに好適な接触領域１８８の少なくとも一部に対して閉塞していない経路を提供し得る。例えば、誘電層１９０のビア壁１９８は境界を形成し、接触領域１８８の外縁２６０を規定する。従って、ビア壁１９８と接触領域１８８は、ビア２５６を少なくとも部分的に包囲するための囲みを規定するのに連携していてもよい。
【0041】
[0046]本開示によれば、第一の導電層１８０の接触領域１８８の形状は、実質的に平坦かつ環状であってもよい。いくつかの実施形態において、接触領域１８８の平坦な形状は、接触領域１８８の表面積を第一の導電層１８０の特徴と比較することにより観測することができる。例えば、接触領域１８８の表面積は、第一の導電層１８０の最大厚さよりも実質的に大きくてもよい。いくつかの実施形態において、接触領域１８８の表面積の、第一の導電層１８０の最大厚さに対する比率は、例えば、１つの実施形態において少なくとも約１，０００：１、または１つの実施形態において少なくとも約１，５００：１のように、少なくとも約７５０：１であってもよい。具体的には、１つの実施形態において、第一の導電層１８０の最大厚さが２μｍであることにより、接触領域１８８の表面積は少なくとも約４，５００μｍ２であってもよい。
【0042】
[0047]あるいは、またはさらに、接触領域１８８の平坦な形状は、接触領域１８８の外縁２６０での界面角度θを測定することにより観察されるものであってもよい。界面角度θは、誘電層１９０のビア壁１９８と第一の導電層１８０の接触領域１８８との間に形成される角度により規定され、それは断面を取得することにより観察することができる。全体的に、界面角度θは、接触領域１８８に比べて勾配が比較的急であるビア壁１９８の指標である。いくつかの実施形態において、界面角度θは、例えば、１つの実施形態において約８０°と約１３５°との間のように、約７５°超であってもよい。
【0043】
[0048]本明細書で提供される実施形態に従って、ビア２５６は、第一の導電層１８０の一部を通して完全に形成されていてもよい。例えば、接触領域１８８の内縁２６２は、半導体スタック１７６の露出した領域２６４を区切ってもよい。いくつかの実施形態において、内縁２６２は、レーザーパルス２４８の相対強度２５０のピークにより形成されていてもよい。従って、接触領域１８８の内縁２６２は、実質的に円形であってもよい。
【0044】
[0049]図２、図５および図６をまとめて参照すると、上記誘電層１９０は、第一の導電層１８０よりも顕著に厚くてもよい。誘電層１９０と第一の導電層１８０の平均厚さは、セル２００レベルで測定することができる。例えば、光起電デバイス１００の断面を検査することができる。第一の導電層１８０と誘電層１９０のそれぞれの平均厚さは、断面から算出することができる。いくつかの実施形態において、セル２００における誘電層１９０の平均厚さの、セル２００における第一の導電層１８０の平均厚さに対する比率は、例えば、１つの実施形態において約２５：１超、別の実施形態において約５０：１超、またはさらなる実施形態において約１００：１超のように、少なくとも１０：１であってもよい。
【0045】
[0050]引き続き図４を参照すると、方法２４０は、導電層相互接続２３０を形成するためのプロセス２６６を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、プロセス２６６は、ビア２５６を通じて第二の導電層２１０を堆積させるステップを含んでいてもよい。例えば、導電材料の複数の層は、ビア２５６および誘電層１９０上に連続的に堆積させることで第二の導電層２１０および導電層相互接続２３０を形成してもよい。従って、導電層相互接続２３０は、誘電層１９０を通り抜け、第一の導電層１８０の接触領域１８８と接触させて堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、導電層相互接続２３０は、第一の導電層１８０の接触領域１８８と電気的な接続２３２を形成することができる。導電層相互接続２３０の電気的な接続２３２は、第一の導電層１８０の接触領域１８８と相補的かつ一致する形状を有していてもよい。ビア２５６が第一の導電層１８０の一部を通って完全に形成されている実施形態において、導電層相互接続２３０は半導体スタック１７６と直接的に接触できる。
【0046】
[0051]本明細書で提供される実施形態、誘電層を通り抜けて形成される導電層相互接続を有する光起電セルがこれで理解され得る。上記導電層相互接続は、レーザー加工を使用して形成されていてもよい。本明細書に記載されているレーザー加工は、フォトリソグラフィまたはＰＣＢ製造技術の欠点および制約なく、長持ちし、かつ効率的な光起電デバイスを製造するのに使用することができる。例えば、本明細書に記載されている実施形態は、半導体スタック上に薄い導電層および導電層相互接続を備える光起電デバイスを製造するために利用することができる。
【0047】
[0052]本明細書で提供される実施形態によれば、光起電デバイスの光起電セルは、第一の導電層、第二の導電層、誘電層、および導電層相互接続を含んでいてもよい。上記第一の導電層および第二の導電層は、吸収材層を含む半導体スタックの上にあってもよい。上記第一の導電層は平均導電層厚さを有することができる。上記誘電層は、第一の導電層と第二の導電層との間に位置するものであってもよい。上記誘電層は、平均誘電層厚さを有することができる。上記導電層相互接続は、上記第二の導電層から延出して上記誘電層を通り抜けてもよい。上記導電層相互接続は、第一の導電層の接触領域と電気的な接続を形成してもよい。第一の導電領域の接触領域の形状は、平坦かつ環状であってもよい。平均誘電層厚さの、平均導電層厚さに対する比率は少なくとも１０：１であってもよい。
【0048】
[0053]別の実施形態において、光起電デバイスを形成するための方法は、半導体スタック上に導電層を形成するステップを含んでもよい。上記導電層は、導電層厚さを有していてもよい。誘電層は、導電層上に形成されてもよく、上記誘電層は、誘電層厚さを有する。導電層の作用領域は、レーザーパルスで熱されてもよい。導電層の上記作用領域は、少なくとも部分的に溶融したものであってもよい。上記溶融は、導電層中に接触領域を形成させ、導電層の上記作用領域上に配置された誘電層の一部の剥離させて、誘電層の一部を通り抜けるビアを規定し得る。誘電層厚さの、導電層厚さに対する比率は少なくとも１０：１であってもよい。導電層相互接続は、誘電層のビアを通り抜け、かつ導電層の接触領域と接触させて形成されてもよい。
【0049】
[0054]本明細書において、用語「実質的に」および「約」は、いずれかの定量的な比較、値、測定または他の表現に帰着し得る、固有の不確実性の程度を表すために利用され得ることに留意されたい。また、これらの用語は、本明細書において、審査係属中の発明の主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、定量的な表現が記載された参照から変化し得る程度を表すために利用されるものである。
【0050】
[0055]本明細書において特定の実施形態が図示および説明されているが、特許請求される発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更および改変がなされ得ることを理解されたい。さらに、特許請求される発明の主題の様々な態様が本明細書で説明されたが、そのような態様は組み合わせて利用される必要はない。従って、添付の特許請求の範囲は、特許請求される発明の主題の範囲内にある全ての上記変更および改変を包含することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光起電デバイスの光起電セルであって、吸収材層を含む半導体スタック上の第一の導電層および第二の導電層、
第一の導電層と第二の導電層との間に位置される誘電層、ならびに、
第二の導電層から延出して誘電層を通り抜ける導電層相互接続
を含み、
前記第一の導電層が平均導電層厚さを有し、
前記誘電層が平均誘電層厚さを有し、
前記導電層相互接続が第一の導電層の接触領域と電気的な接続を形成し、
第一の導電層の接触領域の形状が平坦かつ環状であり、
平均誘電層厚さの、平均導電層厚さに対する比率が、少なくとも１０：１である、
上記の、光起電デバイスの光起電セル。
【請求項2】
第一の導電層が最大厚さを有し、第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、
請求項１に記載の光起電セル。
【請求項3】
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
請求項１に記載の光起電セル。
【請求項4】
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、請求項１～３のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項5】
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクトを含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、請求項１～４のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項6】
第一の導電層の厚さが３μｍ未満である、請求項１～５のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項7】
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１～６にいずれかに記載の光起電セル。
【請求項8】
第二の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、請求項１～７のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項9】
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、請求項１～８のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項10】
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、請求項１～９のいずれかに記載の光起電セル。
【請求項11】
半導体スタック上に第一の導電層を形成すること、前記第一の導電層上に誘電層を形成すること、
レーザーパルスで第一の導電層の作用領域を熱すること、
第一の導電層の前記作用領域を少なくとも部分的に溶融させ、これによって、第一の導電層中に接触領域が形成され、第一の導電層の前記作用領域上に配置された誘電層の一部を剥離させて、誘電層の一部を通り抜けるビアを規定すること、および
誘電層のビアを通り抜けかつ第一の導電層の接触領域と接触する導電層相互接続を形成すること
を含む、光起電デバイスを形成する方法であって、
前記第一の導電層が導電層厚さを有し、
前記誘電層が誘電層厚さを有し、
誘電層厚さの、導電層厚さに対する比率が少なくとも１０：１である、方法。
【請求項12】
導電層相互接続が、誘電層上に第二の導電層を堆積させることにより形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項14】
レーザーパルスが、ガウシアン形状の相対強度を有する、請求項１１～１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、請求項１１～１４のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
第一の導電層が最大厚さを有し、第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、請求項１１～１５のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
請求項１１～１６のいずれかに記載の方法。
【請求項18】
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、請求項１１～１７のいずれかに記載の方法。
【請求項19】
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクト層を含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、
請求項１１～１８のいずれかに記載の方法。
【請求項20】
第一の導電層の厚さが５０ｎｍから２．５μｍの間である、請求項１１～１９のいずれかに記載の方法。【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0050】
[0055]本明細書において特定の実施形態が図示および説明されているが、特許請求される発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更および改変がなされ得ることを理解されたい。さらに、特許請求される発明の主題の様々な態様が本明細書で説明されたが、そのような態様は組み合わせて利用される必要はない。従って、添付の特許請求の範囲は、特許請求される発明の主題の範囲内にある全ての上記変更および改変を包含することが意図される。
［発明の態様］
［１］
光起電デバイスの光起電セルであって、
吸収材層を含む半導体スタック上の第一の導電層および第二の導電層、
第一の導電層と第二の導電層との間に位置される誘電層、ならびに、
第二の導電層から延出して誘電層を通り抜ける導電層相互接続
を含み、
前記第一の導電層が平均導電層厚さを有し、
前記誘電層が平均誘電層厚さを有し、
前記導電層相互接続が第一の導電層の接触領域と電気的な接続を形成し、
第一の導電層の接触領域の形状が平坦かつ環状であり、
平均誘電層厚さの、平均導電層厚さに対する比率が、少なくとも１０：１である、
上記の、光起電デバイスの光起電セル。
［２］
第一の導電層が最大厚さを有し、
第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、
パラグラフ１に記載の光起電セル。
［３］
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、
界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
パラグラフ１に記載の光起電セル。
［４］
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［５］
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクト層を含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［６］
第一の導電層の厚さが３μｍ未満である、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［７］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［８］
第二の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［９］
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［１０］
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［１１］
半導体スタック上に導電層を形成すること、
前記導電層上に誘電層を形成すること、
レーザーパルスで導電層の作用領域を熱すること、
導電層の前記作用領域を少なくとも部分的に溶融させ、これによって、導電層中に接触領域が形成され、導電層の前記作用領域上に配置された誘電層の一部を剥離させて、誘電層の一部を通り抜けるビアを規定すること、および
誘電層のビアを通り抜けかつ導電層の接触領域と接触する導電層相互接続を形成すること
を含む、光起電デバイスを形成する方法であって、
前記導電層が導電層厚さを有し、
前記誘電層が誘電層厚さを有し、
誘電層厚さの、導電層厚さに対する比率が少なくとも１０：１である、方法。
［１２］
導電層相互接続が、誘電層上に第二の導電層を堆積させることにより形成される、パラグラフ１１に記載の方法。
［１３］
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、パラグラフ１１に記載の方法。
［１４］
レーザーパルスがガウシアン形状の相対強度を有する、パラグラフ１１に記載の方法。
［１５］
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、パラグラフ１１に記載の方法。
［１６］
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、パラグラフ１１または１２に記載の方法。
［１７］
レーザーパルスが、ガウシアン形状の相対強度を有する、パラグラフ１１、１２または１６に記載の方法。
［１８］
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、パラグラフ１１、１２または１６から１７のいずれか一項に記載の方法。
［１９］
第一の導電層が最大厚さを有し、
第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、パラグラフ１、１１、１２または１６から１８のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２０］
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、
界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
パラグラフ１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２１］
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、パラグラフ１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２２］
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクトを含み、
第一の導電層がバックコンタクト層上にある、
パラグラフ１、１１、１２または１６から２１のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２３］
第一の導電層の厚さが約３μｍ未満である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２４］
第一の導電層の厚さが約５０ｎｍから約２．５μｍの間である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２５］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１、１１、１２または１６から２４のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２６］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１、１１、１２または１６から２５のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２７］
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２６のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２８］
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、パラグラフ１、１１、１２または１６から２７のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［発明の態様］
［１］
光起電デバイスの光起電セルであって、
吸収材層を含む半導体スタック上の第一の導電層および第二の導電層、
第一の導電層と第二の導電層との間に位置される誘電層、ならびに、
第二の導電層から延出して誘電層を通り抜ける導電層相互接続
を含み、
前記第一の導電層が平均導電層厚さを有し、
前記誘電層が平均誘電層厚さを有し、
前記導電層相互接続が第一の導電層の接触領域と電気的な接続を形成し、
第一の導電層の接触領域の形状が平坦かつ環状であり、
平均誘電層厚さの、平均導電層厚さに対する比率が、少なくとも１０：１である、
上記の、光起電デバイスの光起電セル。
［２］
第一の導電層が最大厚さを有し、
第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、
パラグラフ１に記載の光起電セル。
［３］
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、
界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
パラグラフ１に記載の光起電セル。
［４］
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［５］
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクト層を含み、第一の導電層がバックコンタクト層上にある、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［６］
第一の導電層の厚さが３μｍ未満である、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［７］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［８］
第二の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［９］
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［１０］
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、パラグラフ１に記載の光起電セル。
［１１］
半導体スタック上に導電層を形成すること、
前記導電層上に誘電層を形成すること、
レーザーパルスで導電層の作用領域を熱すること、
導電層の前記作用領域を少なくとも部分的に溶融させ、これによって、導電層中に接触領域が形成され、導電層の前記作用領域上に配置された誘電層の一部を剥離させて、誘電層の一部を通り抜けるビアを規定すること、および
誘電層のビアを通り抜けかつ導電層の接触領域と接触する導電層相互接続を形成すること
を含む、光起電デバイスを形成する方法であって、
前記導電層が導電層厚さを有し、
前記誘電層が誘電層厚さを有し、
誘電層厚さの、導電層厚さに対する比率が少なくとも１０：１である、方法。
［１２］
導電層相互接続が、誘電層上に第二の導電層を堆積させることにより形成される、パラグラフ１１に記載の方法。
［１３］
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、パラグラフ１１に記載の方法。
［１４］
レーザーパルスがガウシアン形状の相対強度を有する、パラグラフ１１に記載の方法。
［１５］
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、パラグラフ１１に記載の方法。
［１６］
誘電層は、レーザーパルスに対する透過率が１０％超である、パラグラフ１１または１２に記載の方法。
［１７］
レーザーパルスが、ガウシアン形状の相対強度を有する、パラグラフ１１、１２または１６に記載の方法。
［１８］
レーザーパルスが５，０００ｐｓ未満のパルス幅を有する、パラグラフ１１、１２または１６から１７のいずれか一項に記載の方法。
［１９］
第一の導電層が最大厚さを有し、
第一の導電層の接触領域が表面積を有し、
第一の導電層の最大厚さの、接触領域の表面積に対する比率が、少なくとも７５０：１である、パラグラフ１、１１、１２または１６から１８のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２０］
導電層相互接続が、誘電層のビア壁により区切られており、
界面角度θが、誘電層のビア壁と第一の導電層１８０の接触領域により規定され、
界面角度θが７５°超である、
パラグラフ１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２１］
導電層相互接続が半導体スタックと直接的に接触している、パラグラフ１、１１、１２または１６から２０のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２２］
半導体スタックが吸収材層上にバックコンタクトを含み、
第一の導電層がバックコンタクト層上にある、
パラグラフ１、１１、１２または１６から２１のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２３］
第一の導電層の厚さが約３μｍ未満である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２４］
第一の導電層の厚さが約５０ｎｍから約２．５μｍの間である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２２のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２５］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１、１１、１２または１６から２４のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２６］
第一の導電層が、１つまたは複数の金属層、１つまたは１つもしくは複数の窒素含有金属層、またはそれら両方を含む、パラグラフ１、１１、１２または１６から２５のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２７］
誘電層は、３００ｎｍと１，１００ｎｍとの間の波長に対する透過率が１０％超である、パラグラフ１、１１、１２または１６から２６のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
［２８］
第一の導電層および第二の導電層が異なる材料組成を有する、パラグラフ１、１１、１２または１６から２７のいずれか一項に記載の光起電セルまたは方法。
【国際調査報告】