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特表2024-533257シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム
(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】2024-09-12
(54)【発明の名称】シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0352 20060101AFI20240905BHJP
H01L 31/0747 20120101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 340
H01L31/06 455
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024514610
(86)(22)【出願日】2022-09-12
(85)【翻訳文提出日】2024-04-22
(86)【国際出願番号】 US2022043245
(87)【国際公開番号】W WO2023039257
(87)【国際公開日】2023-03-16
(31)【優先権主張番号】63/242,960
(32)【優先日】2021-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/931,462
(32)【優先日】2022-09-12
(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】524084182
【氏名又は名称】リープ フォトヴォルテイクス インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ニードルマン，デイビット バーニー
(72)【発明者】
【氏名】ロビンソン，マシュー
(72)【発明者】
【氏名】フェーレンバッハ，ナタナエル
(72)【発明者】
【氏名】メイ，ジミー
(72)【発明者】
【氏名】レパート，アルノー
【テーマコード（参考）】
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F251AA02
5F251AA03
5F251AA05
5F251AA16
5F251CB13
5F251CB18
5F251CB20
5F251CB24
5F251DA01
5F251DA03
5F251DA07
5F251FA02
5F251FA06
5F251FA10
5F251GA02
5F251GA05
5F251GA06
(57)【要約】
光起電力装置および光起電力装置を製造する方法。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することを含む。本方法はまた、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことを含む。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分を除去することをさらに含む。本方法はまた、基板層の表面上に絶縁体層を置くことを含む。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に選択的キャリア輸送層を置くことをさらに含む。
【選択図】図１３Ａ
【選択図】図１３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することと、前記複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、前記複数のシリコン粒子を前記基板層に埋め込むことと、
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の一部分を除去することと、
前記基板層の前記表面に絶縁体層を置くことと、
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分に選択的キャリア輸送層を置くことと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
【請求項2】
前記コーティング層が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、前記選択的キャリア輸送層が、前記正電荷キャリアに対して高導電性、かつ前記負電荷キャリアに対して高抵抗性である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記コーティング層がアモルファスシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
横方向電荷輸送を行う透明導電体層を前記選択的キャリア輸送層上に配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の部分をエッチングによって除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
表面を含む基板層と、前記基板層に埋め込まれた複数のシリコン粒子であって、前記複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が前記基板層の前記表面から遠くに延在するようにさせた、複数のシリコン粒子と、
前記複数のシリコン粒子それぞれと前記基板層との間に配置されたコーティング層と、
前記基板層の前記表面上に配置された絶縁体層と、
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分に配置された選択的キャリア輸送層と、
を含む、光起電力装置。
【請求項9】
前記コーティング層が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、前記選択的キャリア輸送層が、前記正電荷キャリアに対して高導電性、かつ前記負電荷キャリアに対して高抵抗性である、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項10】
前記コーティング層がアモルファスシリコンを含む、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項11】
前記コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項12】
前記複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項13】
横方向電荷輸送を行うために前記選択的キャリア輸送層上に配置された透明導電体層をさらに含む、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項14】
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の部分をエッチングによって除去する、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項15】
前記コーティング層が、ｎ型ドーパントでドープされ、前記コーティング層が、前記複数のシリコン粒子それぞれを取り巻き、前記シリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の部分が、ｐ型ドーパントでドープされる、請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項16】
複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することと、前記複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、前記複数のシリコン粒子を前記基板層に埋め込むことと、
前記基板層の前記表面上、および前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分上に絶縁体層を置くことと、
前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の一部分の周囲に配置された前記絶縁体層の一部分を除去することと、
前記コーティング層の第１の部分をカウンタードープして、前記コーティング層の第２の部分とは反対の極性とすることによって、選択的キャリア輸送層を生成することであって、前記コーティング層の前記第１の部分が、前記複数のシリコン粒子それぞれの前記露出部分の周囲に配置され、前記コーティング層の前記第２の部分が、前記基板層に埋め込まれていることと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
【請求項17】
前記コーティング層の前記第１の部分が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、前記コーティング層の前記第２の部分が、前記正電荷キャリアに対して高導電性、かつ前記負電荷キャリアに対して高抵抗性である、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記コーティング層がアモルファスシリコンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
本出願は、「シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」と題して、２０２２年９月１２日に出願された米国出願第１７／９３１，４６２号明細書の利益への優先権を主張するものであり、これは、「シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」と題して、２０２１年９月１０日に仮出願された米国仮出願第６３／２４２，９６０号明細書への優先権を主張し、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、「シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」と題して、２０２２年９月１２日に出願された米国出願第１７／９３１，４６２号明細書の利益への優先権を主張するものであり、これは、「シリコン粒子を使用する光起電力装置に向けた方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」と題して、２０２１年９月１０日に仮出願された米国仮出願第６３／２４２，９６０号明細書への優先権を主張し、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
光起電力技術は、シリコンのような半導体材料を使用して光を電力に直接変換することである。シリコンのような半導体材料を含有する太陽電池は、太陽光にこれらの材料を露出させる場合に電圧と電流を発生させる光起電力効果を使用している。次いで光起電力吸収体材料が、結果として生じる電荷キャリアを電気的コンタクトに輸送する。
【0003】
吸収体材料は典型的には、バルク材料からワイヤーソーを用いて切り出されたシリコン・ウェーハを使用して製造される。しかしソーイング工程の結果、材料が大きく失われ、またウェーハが硬質で脆弱であることから、非可撓性の基板、ガラス、および／または金属フレームを使用する必要がある。また、この製造工程は、ウェーハを製造するのに利用しなければならない様々な装置のせいで、高価であり、多大なエネルギー入力を必要とする。さらに、シリコン光起電力モジュールの従来の使用には、ウェーハの決められたフォームファクタ、剛性、および脆弱さのせいで、考えられる用途に制限がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本明細書に記載の実施態様は、光起電力装置に関連する方法およびシステムに関する。具体的には、高効率光起電力変換装置が、シリコン粒子とも称される小さいシリコン粒子を基板上に堆積させたものを使用して提供される。シリコン・ウェーハではなく小さいシリコン粒子を使用することにより、シリコン光起電力モジュールを魅力的なものとする（高効率、無害で、信頼性が高く、確実に利益がでるという）根本的特徴を失うことなく、光起電力吸収体を製造する装置、エネルギー、コストを劇的に削減することができる。さらに、いくつかの実施態様では、ウェーハではなく粒子を使用することによって、ガラスまたは金属のフレームを使用しない可撓性基板とラミネート体の使用が可能になる。この組み合わせにより、軽量で可撓性のモジュールが製造され、このモジュールにより、地上設置型アレイや屋根型アレイのような従来の用途では輸送や設置がさらに速やかにまた安価になるだけでなく、モバイルシステムおよび建物一体型システムを含む新たな用途も可能になる。本開示に記載される実施態様によれば、さらに小さいシリコン粒子（例えば、１００マイクロメートル未満のサイズ）を使用すること、これらの粒子の表面を不動態化すること、さらに高い電子キャリア選択性およびさらに低いコンタクト抵抗を有するコンタクトを作ること、薄膜反射防止コーティングを追加すること、これらの組み合わせ、および同類のものによって、従来設計よりも低コストで高効率の、シリコン粒子吸収体を有する光起電力装置が可能になる。
【0005】
小さいシリコン粒子、例えば、１００マイクロメートル未満の直径を含む寸法を特徴とする粒子を使用することによって、使用する材料をさらに少なくすることができて、シリコン製造にかかるコストとエネルギーが削減される。また、小さい粒子サイズによって、少数キャリアの拡散長と少数キャリアの再結合寿命とをさらに短くして同じ電力変換効率を達成することが可能になる。また、小さい粒子サイズによって、結晶粒を小さくすることが可能になる一方で、各粒子は単一の結晶（単結晶）の状態のままである。また小さい粒子サイズによって、装置のキャリア濃度（およびそれによる動作電圧）も上昇する。
【0006】
本開示は、光起電力装置を作製する方法を提供する。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することを含む。本方法はまた、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことを含む。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分を除去することをさらに含む。本方法はまた、基板層の表面上に絶縁体層を置くことを含む。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に選択的キャリア輸送層を置くことをさらに含む。
【0007】
本開示はまた、基板層、複数のシリコン粒子、コーティング層、絶縁体層、および選択的キャリア輸送層を一実施態様において含む光起電力装置を提供する。基板層は表面を含む。複数のシリコン粒子は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、基板層に埋め込まれる。コーティング層は、複数のシリコン粒子それぞれと基板層との間に配置される。絶縁体層は、基板層の表面上に配置される。選択的キャリア輸送層は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に配置される。
【0008】
本開示はさらに、光起電力装置を作製する方法を提供する。本方法は、複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することを含む。本方法はまた、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことを含む。本方法はさらに、基板層の表面上と、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上とに絶縁体層を置くことを含む。本方法はまた、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分の周囲に配置された絶縁体層の一部分を除去することを含む。本方法はさらに、コーティング層の第１の部分にカウンタードープして、コーティング層の第２の部分とは反対の極性となるようにすることによって、選択的キャリア輸送層を生成することを含む。コーティング層の第１の部分は、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置される。コーティング層の第２の部分は、基板層に埋め込まれる。
【0009】
その他の技術的特徴は、以下の図、記載、および特許請求の範囲から、当業者には容易に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本開示およびその利点をより完全に理解するために、これ以降、添付の図面と併せて以下の記載に言及する。図面の様々な特徴は、一般的な慣行に従って必ずしも同一縮尺ではないことを強調しておく。反対に、様々な特徴の寸法は、明確化を目的として、任意に拡大または縮小され得て、典型的には拡大または縮小されている。
【0011】
【図1A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1H】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図1I】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0012】
【図2】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0013】
【図3】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0014】
【図4】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0015】
【図5】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0016】
【図6】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0017】
【図7】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0018】
【図8A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図8H】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0019】
【図9A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図9H】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0020】
【図10A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図10H】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0021】
【図11A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図11G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0022】
【図12A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12C】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12D】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12E】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12F】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12G】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【図12H】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示するフローチャート図である。
【0023】
【図13A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、単層コーティングを含む光起電力装置の一例の断面図である。
【0024】
【図13B】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、透明導電体層を含む光起電力装置の一例の断面図である。
【0025】
【図14】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、多層コーティングを含む光起電力装置の一例の断面図である。
【0026】
【図15】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、部分的にエッチング除去されたコーティングを有するシリコン粒子を有する光起電力装置を作製する方法の一例のフロー図である。
【0027】
【図16A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、コーティングされたシリコン粒子の断面図である。
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【図17】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、部分的にドープされたコーティングを有するシリコン粒子を有する光起電力装置を作製する方法の一例のフロー図である。
【0033】
【図18A】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、基板層に埋め込まれてコーティングされたシリコン粒子を覆うように置かれた絶縁体層の断面図である。
【0034】
【0035】
【0036】
【図19】本開示のいくつかの実施態様に準拠する、シリコン・ウェーハと複数のシリコン粒子との断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
表記および命名法
特定のシステム構成成分を参照するために、様々な用語が使用される。特定の構成成分が、商業上、またはそうでなければ異なる名称によって、参照され得る。さらに、特定の構成成分（または同一または類似の構成成分）が、商業上、またはそうでなければ異なる名称によって、参照され得る。これに矛盾しないことであるが、名称のみが異なり機能は同じである構成成分どうしを、本開示のいかなる部分も区別しないとみなされるものとする。以下の考察および特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は非限定的に使用され、よって「．．．を含むが、これらには限定されない」ことを意味すると解釈されるのが望ましい。また、「と結合している（ｃｏｕｐｌｅ）」または「と結合している（ｃｏｕｐｌｅｓ）」という用語は、間接的な接続または直接的な接続のいずれをも意味することが意図される。よって、第１の装置が第２の装置と結合しているならば、その接続は、直接的な接続を介することがあり得るし、他の装置や接続を介した間接的な接続を介することもあり得る。
特定のシステム構成成分を参照するために、様々な用語が使用される。特定の構成成分が、商業上、またはそうでなければ異なる名称によって、参照され得る。さらに、特定の構成成分（または同一または類似の構成成分）が、商業上、またはそうでなければ異なる名称によって、参照され得る。これに矛盾しないことであるが、名称のみが異なり機能は同じである構成成分どうしを、本開示のいかなる部分も区別しないとみなされるものとする。以下の考察および特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は非限定的に使用され、よって「．．．を含むが、これらには限定されない」ことを意味すると解釈されるのが望ましい。また、「と結合している（ｃｏｕｐｌｅ）」または「と結合している（ｃｏｕｐｌｅｓ）」という用語は、間接的な接続または直接的な接続のいずれをも意味することが意図される。よって、第１の装置が第２の装置と結合しているならば、その接続は、直接的な接続を介することがあり得るし、他の装置や接続を介した間接的な接続を介することもあり得る。
【0038】
本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施態様を説明する目的のためでしかなく、限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでないことを示しているのでない限り、複数形をも含むことが意図され得る。本明細書に記載される方法ステップ、工程、および操作は、実行の順序として具体的に特定されているのでない限り、考察または例示されている特定の順序で実行することを必然的に要求しているとは解釈されない。また、追加の、または代わりのステップが採用され得ることも理解されよう。
【0039】
第１、第２、第３などの用語が、様々な構成要素、構成成分、領域、層、および／または断面を説明するために本明細書において使用され得るが、これらの構成要素、構成成分、領域、層、および／または断面は、これらの用語によっては限定されないものとする。これらの用語は、１つの構成要素、構成成分、領域、層、または断面を、別の領域、層、または断面から区別するためにのみ使用され得る。「第１」、「第２」などの用語、および他の数的な用語は、本明細書で使用される場合には、文脈によって明確に示されているのでない限り、順列または順序を示唆しない。よって、以下で考察される第１の構成要素、構成成分、領域、層、または断面は、例示的な実施態様の教示から逸脱することなく、第２の構成要素、構成成分、領域、層、または断面と称され得る。「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」という語句は、細目の列挙とともに使用される場合には、列挙された細目の１つまたは複数の異なる組み合わせが使用され得て、列挙の内の１つの細目のみが必要であり得ることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ： Ａ， Ｂ， Ｃ）」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、そしてＡとＢとＣという組み合わせのいずれかを含む。別の例では、「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」という語句は、細目の列挙とともに使用される場合には、１つの細目、または１つを超えるいずれかの好適な数の細目が存在し得ることを意味する。
【0040】
「内部」、「外部」、「下方」、「下」、「より下」、「上方」、「上」、「より上」、「最上部」、「最下部」、「下って」、「内側」、「外側」、「の範囲内に収まる」、「上に重なる」、および同類のものなど空間に関して相対的な用語が、本明細書において使用され得る。これらの空間に関して相対的な用語は、図に例示される１つの構成要素または特徴の、別の構成要素（複数可）または特徴（複数可）に対する関係を説明するための記載を容易にするために使用することができる。空間に関して相対的なこの用語はまた、図示されている向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる向きをも包含することも意図され得る。例えば、図中の装置が上下逆さまである場合には、他の構成要素または特徴の「下」または「下方」として記載された構成要素は、他の構成要素または特徴の「上」に向くことになるであろう。したがって、例示の用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、これ以外の向き（９０度回転した向き、または他の向き）であり得て、本明細書で使用される空間的に相対的な記載は、適宜解釈され得る。
【0041】
詳細な記載
以下の考察は、本開示の様々な実施態様を対象としている。これらの実施態様のうちの１つまたは複数が好ましい場合があるものの、開示された実施態様は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲を限定するものとして解釈されない、またはそうでなければ使用されないのが望ましい。加えて、当業者であれば、以下の記載が広範に当てはまることと、いかなる実施態様の考察も、その実施態様の例示であることのみを企図するものであって、特許請求の範囲を含む本開示の範囲をその実施態様に限定することを意図するものではないこととを理解するであろう。
以下の考察は、本開示の様々な実施態様を対象としている。これらの実施態様のうちの１つまたは複数が好ましい場合があるものの、開示された実施態様は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲を限定するものとして解釈されない、またはそうでなければ使用されないのが望ましい。加えて、当業者であれば、以下の記載が広範に当てはまることと、いかなる実施態様の考察も、その実施態様の例示であることのみを企図するものであって、特許請求の範囲を含む本開示の範囲をその実施態様に限定することを意図するものではないこととを理解するであろう。
【0042】
シリコン・ウェーハを使用して製造される従来のシリコン光電池モジュールの限界は、装置集約性のさらに低い、無駄のさらに少ない、そしてさらに安価な製造工程が必要性であることを実証するものである。また、剛性の太陽電池モジュールが適用できないであろう用途において太陽電池を利用できることも望ましい。
【0043】
本開示では、表面を電気的に不動態化することを目的として、粒子とも称されるシリコン粒子上に材料（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、アモルファスシリコン、ポリシリコンなど）の堆積を（粒子が基板上に堆積される前または後のいずれかで）可能にする実施態様を記載する。いくつかの実施態様では、不動態化によって、シリコン粒子の表面またはシリコン粒子と他の材料との間の界面での電子キャリア再結合が低減する。この低減は、電子のとり得る中間ギャップ電子状態の数を低減させることによって、例えば、表面でのシリコン原子を酸素や水素のような他の元素と結合させることによって、またはシリコン－シリコン結合の結合ひずみを低減させることによって、化学的に生じ得る。また、不動態化層中の固定電荷による電界効果に起因しても、低減が生じ得る。また、表面または界面の近傍の一方のキャリア型の移動度を変化させることによっても（例えば、この表面または界面の直下の領域にドーパントを拡散させることによっても）、低減が生じ得る。また、これらの効果の組み合わせによっても、低減が生じ得る。
【0044】
本開示の実施態様は、可撓性である（すなわち、光から電気への変換効率を低下させることなく反復して、屈曲させられることになるまたは屈曲した位置で動作させられることになる）、固体電極とシリコン粒子吸収体とを有する光起電力装置を提供し得る。
【0045】
本開示のいくつかの実施態様によれば、本明細書で使用される小さいシリコン粒子の体積に対する表面積の比は、シリコン・ウェーハと比較して非常に高い。この比を増大させることで、吸収体のバルクにおける再結合に対して表面での再結合の影響が強調され、これは、非常に薄いウェーハ上に作製された太陽電池で示されているとおりである。
【0046】
別の実施態様によれば、一方の型の電子キャリアを引き出しもう一方の型のキャリアを遮断するためのｐ－ｎ接合または電子選択層または正孔選択層を形成するために、シリコン粒子を基板上に堆積させる前に粒子の表面上に半導体の堆積を実行する。半導体層を堆積させる結果として、例えばドーパントの内方拡散とは対照的に、いくつかの実施態様の場合にはさらに高い効率が得られる。粒子を基板上に堆積させる前にこの層を堆積させることで、堆積前に粒子表面を洗浄またはそうでなければ準備し、基板に関連する温度制限（例えば、５７７℃でのＳｉ－Ａｌ共晶の形成）を取り除くことを含め、加工技術の範囲を拡大することが可能になる。
【0047】
いくつかの実施態様では、一方の型の電子キャリアを引き出しもう一方の型の電子キャリアを遮断するためのｐ－ｎ接合または電子選択層または正孔選択層を形成するために、５０ナノメートル未満の厚さの半導体を堆積させる。この層は、粒子を基板上に堆積させる前または後に粒子上に堆積させ得る。本明細書に記載される薄層は、従来の技術よりも高速に堆積させることができ、さらに均一でコンフォーマルなカバレッジを作り出す原子層堆積法のような技術を使用することが可能になる。また、さらに薄い層により、高いキャリア選択性と低いコンタクト抵抗をさらに良好に最適化することができる。
【0048】
別の実施態様によれば、シリコン粒子と電極（例えば、金属電極）との間にオーミックコンタクトを形成するために、シリコン粒子と電極との間に中間層を挿入する。中間層は、例えば、ＬｉＦまたはＭｇＦを含むことができ、例えば、ｎ型Ｓｉとアルミニウム（Ａｌ）電極との間に挿入することができる。この実施態様では、中間層の挿入により、Ｓｉ－Ａｌ界面でのフェルミレベルのピン止めを回避することができる。また、中間層の挿入により、一方のキャリア型（電子または正孔のいずれか）のコンタクトへの輸送を防止することによって、コンタクトのところでの電子キャリア再結合を低減させることができる。中間層は、基板を電極として使用するという、または基板上へのシリコン粒子の堆積前に基板上に電極を堆積させるというアーキテクチャにおいて形成することができる。また、中間層は、基板が透明であるか、または装置が完成して粒子の最上部に電極が堆積される前に基盤が除去されるかのいずれかであるアーキテクチャにおいても形成することができる。
【0049】
中間層は、シリコン粒子を基板上に堆積させる前にシリコン粒子上に堆積させることができるし、中間層は、シリコン粒子を堆積させる前に基板もしくは電極上に堆積させ得る。シリコン粒子を異なる基板上に堆積させ、次いでそれらを覆うようにして電極を堆積させるまたは置く場合には、中間層は、電極の前にシリコン粒子上に堆積させ得る。加えて、これらの手法の他の組み合わせも使用され得る。直接コンタクトの設計とは対照的に、シリコン粒子と電極の間に中間層、例えばラミネート構造で提供される１つまたは複数の中間層を使用することで、コンタクト抵抗とコンタクトでの再結合とを低減させることができる。
【0050】
さらに、中間層を使用することで、コンタクトへの多数キャリア輸送が防止される（すなわち、中間層は、シリコン粒子がｐ型導電性を有する場合にはコンタクトへの正孔の到達を防止し、シリコン粒子がｎ型導電性を有する場合にはコンタクトへの電子の到達を防止する）。本開示の実施態様を用いると、少数キャリアを電極のところで引き出すことができ、それによって、キャリア選択性、コンタクト抵抗、光学特性、および他の層との加工適応性について各コンタクトの独立した最適化とともに、シリコン粒子の導電型についてさらなる柔軟性が可能になる。
【0051】
別の実施態様では、装置構造は、アルミニウムまたはアルミニウム含有ペーストを電極の１つ（および随意に基板）として利用しており、シリコン粒子をアルミニウムと接触させた後に熱処理工程が実行される。熱処理工程により、シリコン粒子内のバックグラウンドのドーピング濃度よりも高いＡｌ（Ｓｉ中でｐ型ドーパントとして働く）濃度を有するシリコン粒子内領域を作り出すことができる。電子と正孔についての移動度差だけでなく高－低接合または裏面電界（「Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ（ＢＳＦ）」）の生成を通じて、この領域は、Ａｌ電極への電子の輸送を防止する一方で、正孔の輸送を可能にして、低いコンタクト抵抗と低いキャリア再結合を有するコンタクトを作り出す。この熱処理とドーピングは、裸のｐ型粒子にも、ｎ型ドーパントを粒子内に拡散させた表面近傍領域を有するｐ型粒子にも使用できる。後者の場合には、Ａｌドーパント濃度は、ＢＳＦ領域においてｎ型ドーパント濃度を超え得る。したがって、いくつかの実施態様では、コンタクト抵抗とキャリア再結合の低減が可能になる。
【0052】
別の実施態様では、反射防止（ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ （ＡＲ））コーティング機能を提供する光起電力装置構造の構成要素として、１つまたは複数の層を堆積させる。シリコン粒子を基板上に堆積させ、ｐ－ｎ接合（またはキャリア選択コンタクト）を（基板上への堆積の前または後のいずれかで）形成する実施態様の場合には、装置構造からの反射を低減または最小化するように選択された屈折率および厚さを有する１つまたは複数の層を装置構造の最上部に堆積させて、ＡＲコーティングを形成することができる。基板／粒子／接合構造の最上部を覆うように透明導電体を堆積させる実施態様では、この透明導電体の屈折率および厚さを選択して、透明導電体をもＡＲコーティングとして機能させるようにでき得る。異なる屈折率を有する材料の積層内の別の層を使用することにより、この層の厚さを、薄膜干渉が装置からの反射を低減または最小化するようにして調整することができる。
【0053】
図１Ａ～図１Ｉは、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法を例示している。図１Ａでは、シリコン粒子１１０を取得する。粒子サイズは２０～１００マイクロメートルであり得る。さらに小さいサイズ（１マイクロメートル以下）も可能であるが、追加の光捕捉構造（例えば、導波路構造またはナノパターニング）を利用して所望の効率を得てもよい。シリコン粒子１１０は球状として例示されているが、シリコン粒子１１０は他の形状とすることができて、球状に表されているのは、分かり易くする目的のためでしかない。シリコン粒子１１０は、（リンのようなＶ族元素を用いて）ｎ型または（ホウ素、ガリウムなどのＩＩＩ族元素を用いて）ｐ型にドープされ得る。この層の抵抗率は、１オーム・ｃｍと１５０オーム・ｃｍの間（例えば、１オーム・ｃｍと２５オーム・ｃｍの間）であり得る。いくつかの実施態様では、ホウ素のドーピング濃度は、１ｅ１４ｃｍ－３と１．５ｅ１６ｃｍ－３の間の範囲である。いくつかの実施態様では、リンのドーピング濃度は、３ｅ１３ｃｍ－３と５ｅ１５ｃｍ－３の間である。シリコン粒子１１０は、単結晶であってその中に粒界が存在しないようなものであり得るか、または粒子は、粒子のサイズと同程度の大きさの結晶ドメインを有してその中に粒界がほとんど存在しないようなものであり得る。シリコン粒子１１０は、シリコンまたは酸化シリコンを９９．９９％より高い純度（９９．９９９９～９９．９９９９９９９％である可能性がさらに高い）まで冶金精製することによって製造され得る。シリコン粒子１１０はまた、シランまたはトリクロロシランのようなシリコン含有ガスの結晶化を通じて製造され得る。この工程は、シーメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）工程、流動床反応器工程、（エピタキシャル成長法におけるような）ＣＶＤ工程、これらの組み合わせ、または同類のものなどを含むことができる。結晶粒は、例えば、粒子に（または粒子を形成するために後に粉砕される固体シリコンの断片に）熱処理を施すことによって、大きくさせ得る。この熱処理により、他の結晶欠陥（例えば、転位）および不純物（例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＣｒを含む遷移金属）の存在を低減させることもでき得る。熱処理中に不純物が除去されることになる場合には、表面に不純物用のシンクが必要であり得て、次いでこのシンクはエッチング除去され得る。これらのシンクには、例えば、リンに富む層、酸素に富む層、または酸素析出物などが挙げられ得る。シリコン粒子１１０は、シリコンをソーイングする（例えば、シリコンインゴットをワイヤーソーイングしてウェーハにする）際に挽き目として製造され得る。また、シリコン粒子１１０は、さらに大きいシリコン片（単結晶シリコン、または１００μｍよりかなり大きい結晶粒を有するポリシリコンのいずれか）を粉砕して粉末にすることによっても製造され得る。これらのシリコン粒子１１０は、シクロヘキサシランまたは溶融元素シリコンのような液体シリコン源からの結晶化によっても製造され得る。シリコン粒子１１０は、さらに大きいシリコン片を陽極エッチングして多孔質層を作り出し、この多孔質層を機械的に除去することによっても、製造され得る。シリコン粒子１１０はまた、ボールミルを使用して固体シリコンの大きな１つのブロックまたは複数のブロックを粉砕することによっても製造され得る。シリコン粒子１１０を気相から成長させるいくつかの実施態様では、粒子を、低濃度ドープされた内核と、より高濃度にドープされて反対の導電性を有する外殻とが存在するようにして成長させ得る。これは、結晶化中に気体の組成を変化させることによって実現され得る。いくつかの実施態様では、シリコン粒子１１０は、ウェーハ厚と同様かそれよりも大きい結晶粒サイズを有する薄いウェーハ（１０～１００ミクロン厚）として成長させ得る。他の実施態様では、シリコン粒子１１０は、非シリコン基板（例えば、ガラスまたは石英）上に薄膜（ウエーハと同様の厚さおよび結晶粒サイズ）として成長させ得る。いくつかの実施態様では、このシリコン・ウェーハまたは膜を可撓性基板（例えば、ステンレス鋼またはアルミニウムシート／箔）に取り付け、ローラーの間を走らせてウェーハまたはフィルムを破砕して、適切なサイズおよび形状の粒子を得られ得る。ローラーは平坦なもの、または歯がついているものであり得る。いくつかの実施態様では、この破砕工程は、ベアウェーハ／膜上、または追加の加工（例えば、ドーパント拡散、誘電体不動態層またはキャリア選択層の堆積、金属の堆積）がなされたシリコン・ウェーハ／膜上で行い得る。ウェーハ／膜への追加の加工の後に破砕を行う場合には、破砕工程は、破砕片がキャリアに対して配向した状態のままとなるようにして行い得る。いくつかの実施態様では、この方法は、反射を最小限にする表面テクスチャを作り出すためにシリコン粒子の表面をエッチングすることを含むことができる。このエッチングは、酸性（フッ化水素酸と硝酸の組み合わせ、およびいくつかの実施態様では、水または酢酸のような追加の緩衝剤を伴う）またはアルカリ性（例えば、ＫＯＨまたはＮａＯＨ）のエッチング溶液を用いたウェットエッチングであり得て、このエッチングにより、１～５ミクロン（例えば、３～５ミクロン）程度の表面テクスチャが製造され、いくつかの実施態様ではテクスチャ形状のアスペクト比は１に近い。これはまた、反応性イオンエッチング（例えば、ＳＦ６／Ｏ２工程ガス）、レーザーアブレーション工程（工程ガスの存在するか否かにかかわらず）、金属触媒ウェット化学エッチング、またはプラズマ浸漬イオン注入工程であり得て、このエッチングにより、２～１０というテクスチャ形状のアスペクト比を有する数十～数百ナノメートル程度の表面テクスチャが製造される。エッチング工程は、シリコン粒子１１０を組み込むのに先立って実行できるだけでなく、組み込んだ後、例えば、図１Ｅに例示されるステップの後に粒子が部分的に露出した後、および裸の粒子が部分的または完全に露出している場合にはその工程における他の適切なステップで実行できる。
【0054】
図１Ｂでは、ドーパントを拡散させて、接合（すなわち、層１１２）を作り出す。いくつかの実施態様では、層１１２は、粒子１０に対して反対のドーピング／導電性を有する粒子１０の表面近傍の高導電性のドープされたシリコン層である。層１１２の厚さは、１０ｎｍから１０μｍ（例えば、１００ｎｍから１μｍ）であり得る。層１１２のドーピングのピークは、１ｅ１７から１ｅ２０ｃｍ－３（例えば１ｅ１８から２ｅ１９ｃｍ－３）であり得る。層１１２の場合のドーパント源は、ガス源（例えば、リンの場合にはＰＯＣｌ３またはホウ素の場合にはＢＢｒ３）、液体源、またはプラズマ源のいずれかであり得る。このドーパント源は、大気圧以下の圧力で管状炉内でのＣＶＤによって、プラズマ増強ＣＶＤによって、液体に粒子を浸漬することによって、または粒子上に液体をコーティングすることによって、粒子１０の表面上に堆積させ得る。これらのドーパント源により典型的には、シリコン粒子１１０の表面上にシリカートガラスが作り出され、このガラスは、フッ化水素酸（水溶液または蒸気の形態）によって除去されるか、またはシリコン粒子１１０の表面上で不動態化層として作用するようにそのまま残される。内方拡散工程中に、金属および他の不純物を層１１２にゲッタリングして、装置性能への影響を最小限にすることができる。この工程の後、表面近傍領域または高濃度ドープ領域全体を（例えば、酸性またはアルカリ性溶液中での化学エッチングによって）除去し得る。層１１２が厚い（１μｍより厚い）場合には、表面近傍領域を除去してドーパントのプロファイルをさらに均一化させ、それほど高濃度ドープ状態にしないようにすることで、キャリア選択性を依然として提供しつつこの層での再結合を低減させ得る。
【0055】
図１Ｃでは、シリコン粒子１１０の表面上に不動態化誘電体層１１４を堆積させる。不動態化誘電体層１１４は、酸化物（例えば、化学量論的または非化学量論的シリコン酸化物、または酸化アルミニウムもしくは酸化チタンのような金属酸化物）、窒化物（シリコン窒化物のようなもの）、ＬｉＦもしくはＭｇＦのようなフッ化物、アモルファスシリコン、またはＰＥＤＯＴ－ｐｓｓのような有機化合物であり得る。いくつかの実施態様では、不動態化誘電体層１１４は、多層（例えば、真性、ドープされたａ－Ｓｉ、ＳｉＯ２、およびドープされた多結晶シリコン）を含み得る。いくつかの実施態様では、これらの層のいずれも、シリコン表面での満たされていない価電子を結合させるために、過剰の水素を含有するように（堆積中またはその後のいずれかで）加工され得る。これらの材料は、（大気圧以下での）原子層堆積法によって、（大気圧以下）でのＣＶＤ法によって、プラズマエンハンストＣＶＤ法によって、または液体源からの浸漬またはコーティングによって、堆積させ得る。この層の厚さは、１～１００ナノメートル（例えば、１０～２０ナノメートル）であり得る。いくつかの実施態様では、不動態化誘電体層１１４を、大量の「固定電荷」を有するように設計して、シリコン表面の化学的不動態化のみならず、空乏層、蓄積層、または反転層（粒子および層１１２の導電型と、不動態化誘電体層１１４中の固定電荷の極性とに依存）を作り出すことによって電界効果を提供するようにする。
【0056】
いくつかの実施態様では、透明導電体層１１５をシリコン粒子１１０の表面上に堆積させる。いくつかの実施態様では、透明導電体層１１６は、酸化スズまたは酸化亜鉛などの酸化物であり得る。透明導電体層１１５は、その導電性を高めるために別の元素で（例えば、酸化スズの場合にはインジウムで、酸化亜鉛の場合にはアルミニウムで）ドープまたは合金化され得る。透明導電体層１１５は、グラフェンまたはカーボンナノチューブメッシュのような低次元炭素層であり得る。透明導電体層１１５は、ＰＥＤＯＴのような導電性ポリマーであり得る。それは、ナノ粒子またはナノワイヤ（例えば、銀または銅）でできた拡散金属メッシュであり得る。透明導電体層１１５は、ＣＶＤ（有機金属前駆体の使用を含む）、レーザー蒸着法もしくはビーム蒸着法、物理的気相成長法、噴霧熱分解法、または液体源からの浸漬またはコーティングによって堆積させ得る。透明導電体層１１５の厚さは、１０～３００ｎｍ（例えば、６０～２００ｎｍ）であり得る。透明導電体層１１５の高濃度ドーピングにより、シリコン粒子１１０の表面および層１１２の表面のさらなる電界効果不動態化が提供され得る。
【0057】
図１Ｄでは、シリコン粒子１１０をキャリア１１６に組み込む。いくつかの実施態様では、キャリア１１６は、熱または放射線の印加により硬化可能であり得る軟質ポリマーでコーティングされたＰＥＴのようなポリマー膜であり得る。膜全体または軟質ポリマーコーティングは、太陽電池の活性層のいずれとも反応しない溶媒に容易に溶解させ得る。膜および／またはコーティングは、水酸化カリウムもしくは水酸化ナトリウムのようなアルカリ性溶液、または硝酸、フッ化水素酸、酢酸、塩酸、もしくはこれらの組み合わせのような酸性溶液を含む、活性層を溶解させる材料への露出に対して不浸透性であり得る。組み込み工程は、充填、振とう、堆積、または粒子を基板の表面上に置き次いでキャリアを２つのローラーの間で走行させる（粒子１０はまた、箔をローラーのピンチ点の直前で直角に方向転換して、そのピンチ点のところで堆積させ得る）いずれかの他の方法、または同類のものによって行われ得る。いくつかの実施態様では、２つのローラーを使用する代わりに、粒子のブレードコーティング、または粉末コーティング（すなわち、粒子をエアロゾル化し、粒子を含む流体を基板に導く）を使用することができる。この工程は、粒子の１０％から９０％（例えば、８０～９０％）を露出した状態のままにし得る。
【0058】
図１Ｅでは、層１１２および不動態化誘電体層１１４を部分的に除去する。層１１２および不動態化誘電体層１１４は、機械的に（例えば、スラリー溶液中のまたは膜上に組み込まれたシリコンカーバイドまたはダイヤモンドのような微細砥粒材料によるアブレーション）、光学的に（例えば、レーザーアブレーションにより）、化学的に（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、または反応性イオンエッチングを含む選択的エッチングにより）、またはイオン衝撃により、除去され得る。層１１２および不動態化誘電体層１１４を化学的に除去するいくつかの実施態様では、使用される化学薬品は、その化学薬品が、下にあるシリコン粒子１１０をエッチングするよりもはるかに速くこれらの層をエッチングするような選択的なものであり得る。
【0059】
図１Ｆでは、不動態化誘電体層１１８を堆積させる。この工程は、図１Ｃに示されたステップと同様であり得る。不動態化誘電体層１１８は、高濃度ドーピング領域に対してではなく、シリコン粒子のドーピング濃度および型に対して最適化されるであろう。不動態化誘電体層１１８は、シリコン粒子１１０だけでなく、キャリア１１６上のシリコン粒子１１０どうしの間の空間をもコーティングするであろう。いくつかの実施態様では、絶縁層（図示せず）を随意に堆積させる。いくつかの実施態様では、この絶縁層は、不動態化誘電体層１１４または不動態化誘電体層１１８と同様であり得るが、他の実施態様では、この絶縁層は、ポリマーまたはゴムであり得る。この絶縁層が不動態化誘電体層１１８と同一であるいくつかの実施態様では、この絶縁層を、図１Ｇに示されるものと同様のやり方で堆積させ得る。この絶縁層をコーティングによって堆積させるいくつかの実施態様では、コーティング工程の結果、シリコン粒子１１０の最上部よりもシリコン粒子１１０どうしの間で厚さが増すことになり得る（例えば、シリコン粒子１１０どうしの間では１～１００ミクロン、シリコン粒子１１０の最上部では１０ｎｍから１ミクロン）。いくつかの実施態様では、この絶縁層は、キャリア１１６またはキャリア１１６のコーティングを溶解させるが活性層とは反応しない溶媒の１つまたは複数に対して不浸透性であり得る。いくつかの実施態様では、この絶縁層は、シリコン粒子１１０を完全に覆い得る。一実施態様では、この絶縁層は、シリコン粒子１１０どうしの間の厚さがシリコン粒子１１０の最上部の厚さよりも大きくなる（例えば、粒子どうしの間では１ミクロン、最上部では１０ｎｍとなる）ようにしてコーティング工程によって堆積させたネガ型フォトレジストであり得る。光露光によってネガ型レジストが溶媒／エッチング／溶液／現像液に可溶化され、ポジ型レジストが不溶化される限り、このポリマーをフォトリソグラフィー用に設計または使用する必要はない。次いで、露光されたレジストの厚さがシリコン粒子１１０の最上部の厚さに相当するように、そしてシリコン粒子１１０どうしの間のレジストの幾分かが未露光状態のままであるようにして、フォトレジストを光露光し得る。別の実施態様では、この絶縁層は、シリコン粒子１１０どうしの間の領域がシリコン粒子１１０上の領域よりも高い光子ドーズ量を受けるようにして、両面または基板側のいずれかから（基板を透過する高い透過率、しかしシリコン粒子１１０を透過する低い透過率の光波長で）照射されるポジ型フォトレジストであり得る。
【0060】
図１Ｆでは、不動態化誘電体層１１８の一部分を除去して、シリコン粒子１１０の表面を露出させる。この除去後に露出したシリコン粒子１１０の量（例えば表面積）は、５％～２０％であり得る。図１Ｆのとおりにフォトレジストを使用する場合には、この工程は、フォトレジスト除去用に設計された溶媒洗浄であり得る。この工程の結果、シリコン粒子１１０の上の不動態化誘電体層１１８が完全に除去されるのではなく、ピンホールが生じ得る。これが光学的工程であるならば、この工程では、下にある基板よりもシリコン粒子１１０によってさらに効率的に反射されるような波長の２つの光子の間の相互作用を使用し得て、これを、シリコン粒子１１０どうしの間でよりも粒子の上方で２つの光子（一次入射光子と反射光子）による吸収が生じる可能性が高くなるようにして行い得る。
【0061】
図１Ｇでは、金属層１２０を堆積させる。これは、単一の金属（例えば、Ａｌ、Ａｇ、もしくはＣｕ）または金属積層（例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ、もしくはＴｉ／Ｐｄ／Ａｇ）、または合金であり得る。金属層１２０は、ペーストまたは溶液に含有され得て、シリコン粒子１１０の表面に印刷され得る。いくつかの実施態様では、ペースト／溶液は、室温または室温付近で液体である合金（例えば、Ｇａ、Ｉｎ、およびＴｉ、またはＧａ、Ｉｎ、およびＳｎ）であり得る。いくつかの実施態様では、金属層１２０は、ＰＶＤ工程（例えば、蒸着またはスパッタリング）によって堆積させ得る。いくつかの実施態様では、この金属層１２０は、自立した箔またはシートであり得る。このシートは可撓性であり得る。これらの工程のいくつかとともに、高温硬化ステップを使用することで、「背面場（ｂａｃｋ－ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）」を作り出し、さらに良好な接着性または界面特性を実現し、バルク金属特性を改善させ得る（例えば、ナノ粒子を焼結させ得る）。この型の加熱は、局所的に（例えばレーザーを用いて）実現し得る。光硬化も使用し得る。硬化により、ペーストまたはインクから非金属（例えば、有機物）元素を除去し得る。合金を使用するいくつかの実施態様では、この合金中の元素の一部分が、Ｓｉ中のドーパント（例えば、ＧａまたはＡｌ）であり得て、シリコン粒子１１０中に内方拡散し得る。合金を使用するいくつかの実施態様では、電子輸送層（もしくは正孔輸送層）、または電子輸送層（もしくは正孔輸送層）の構成成分を、合金に可溶性であるような、または合金と共晶を形成するようなものにし、硬化ステップ中、金属合金と接触している場合に電子輸送層（または正孔輸送層）が溶解するようにして、合金を設計し得る。いくつかの実施態様では、ＬｉＦ、ＭｇＦ、ＭｏＯｘ、またはＮｉＯｘのような中間層をシリコン粒子１１０と金属層１２０との間に堆積させて、シリコン粒子１１０と金属層１２０との間のコンタクト抵抗を低減させ得る。この中間層の厚さは、０．５～１５ｎｍ（例えば、１～１．５ナノメートル）であり得る。
【0062】
図１Ｇでは、キャリア１１６を除去する。いくつかの実施態様では、キャリア１１６を溶解させて、除去工程を実施する。キャリア１１６は、太陽電池の活性層と反応しない溶媒に溶解させ得る。図１Ｈでは、層１１４の一部分を完全にまたは部分的に除去して、シリコン粒子１１０のドープされた表面を露出させる。
【0063】
図１Ｉでは、透明導電体層１２２を、キャリア１１６がそれ以前にあった場所であるシリコン粒子１１０の側に堆積させる。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、透明導電体層１１５と同様の材料であり得る。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、透明導電体層１１５と同様のやり方で堆積させ得る。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、銀ナノワイヤーのような拡散導電体であり得る。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、これらの導電体の組み合わせであり得る。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、スピンコーティング、ブレードコーティング、もしくはスロットダイコーティングのようなコーティング工程、または拡散導電体の堆積に好適な非コーティング工程によって堆積させ得る。いくつかの実施態様によれば、透明導電体層１２２は、現時点で金属基板に組み込まれた粒子上に堆積させ得る。いくつかの実施態様では、透明導電体層１２２は、代わりに、またはそれに加えて、ラミネート膜上に堆積させ得て、次いでこの膜を、基板および粒子上にラミネート加工する。図１Ｉでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層１２４）。基板は、ＥＶＡまたは同類のもののバリア膜でラミネート加工し得る。このラミネート体は、基板に取り付けられ得るし、基板を取り巻き得る。ラミネート体は、シリコン粒子１１０から透明導電体層１２２を通してキャリアを効率的に引き出せるように、その中に組み込まれた導電性ワイヤを有し得る。
【0064】
図２は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法２００を例示するフローチャート図である。ステップ２０１では、シリコン粒子を取得する。これらの粒子は、図１に関連して記載されたものと同様の特性を有し得る。いくつかの実施態様では、粒子は、（ホウ素、ガリウムなどのようなＩＩＩ族元素で）ドープされたｐ型とし得る。
【0065】
ステップ２０２では、ドーパント種を粒子内に拡散させる（層１）。これは図１のステップ１０２と同様である。いくつかの実施態様では、ｎ型ドーパント（例えば、リンなどのＶ族元素）を使用し得る。いくつかの実施態様では、このステップは省略し得る。
【0066】
ステップ２０３では、粒子を金属箔に組み込む。いくつかの実施態様では、金属箔に組み込む前に、正孔輸送層を粒子上に堆積させる。この場合には、粒子はｐ型またはｎ型（正孔輸送層の代わりに電子輸送層を堆積させる）のいずれかであり得る。いくつかの実施態様では、金属箔は、同じ金属または異なる金属を含有する金属インクまたはペーストでコーティングし得る。いくつかの実施態様では、ペースト（および箔）は、シリコン中でｐ型ドーパントとしても作用するアルミニウムであり得る。いくつかの実施態様では、このペースト／溶液は、室温または室温付近で液体である合金（例えば、Ｇａ、Ｉｎ、およびＴｉ、またはＧａ、Ｉｎ、およびＳｎ）であり得る。粒子は、充填、振とう、堆積、または粒子を箔の表面に置き次いで箔を２つのローラーの間で走行させる（粒子はまた、箔をローラーのピンチ点の直前で直角に方向転換して、そのピンチ点のところで堆積させ得る）他のいずれかの方法、または同類のものによって金属箔に組み込み得る。
【0067】
ステップ２０４では、粒子と金属を焼成してアルミニウム（Ａｌ）を内方拡散させる。焼成は、インク／ペーストを乾燥させる乾燥ステップ（４００℃以下）と、４００℃と１０００℃の間のステップ（例えば、５００℃と６００℃の間の１つの段階、６００℃と１０００℃の間の別の段階、および場合によっては再び５００℃と６００℃の間の第３の段階を有する２から３段階のもの）とを用いてベルト炉または光学炉内で行い得る。第２のステップの合計継続時間は、１０秒と３００秒の間とし得る（例えば、５０～１００秒であって、６００℃超で費やされる時間を１０秒未満に制限し得る）。いくつかの実施態様では、焼成は代わりにレーザーの適用によって実行し得る。焼成により、シリコン粒子どうしの間、および金属ペースト／箔と内方拡散Ａｌとの間にオーミックコンタクトが形成されるであろう。Ａｌの内方拡散により、正孔に対して相対的な電子の移動度が低下してセルの背面に高低接合が形成されるであろうことで、シリコン粒子と金属ペースト／箔との間に正孔選択的なコンタクトが作り出されるであろう。この第２の目標を達成するためには、Ａｌの濃度が、層１のｎ型ドーパントの濃度を上回る必要があるであろう。合金を使用するいくつかの実施態様では、この合金中の元素のいくつかは、Ｓｉ中のドーパント（例えば、ＧａまたはＡｌ）であり得て、シリコン粒子に内方拡散し得る。合金を使用するいくつかの実施態様では、電子輸送層（もしくは正孔輸送層）、または電子輸送層（もしくは正孔輸送層）の構成成分を、合金に可溶性であるような、または合金と共晶を形成するようなものにし、硬化ステップ中、金属合金と接触している場合に電子輸送層（または正孔輸送層）が溶解するようにして、合金を設計し得る。
【0068】
【0069】
ステップ２０６では、絶縁層（層３）を堆積させる。この層は図１の層５と同様である。いくつかの実施態様では、良好な表面不動態化をも絶縁層が提供する場合には、このステップをステップ２０５と組み合わせ得る。ステップ２０６では、層２の一部と層３の幾分かを除去して、粒子を露出させる。このステップは、図１のステップ１０６と同様である。層２が電子輸送の障壁にならない場合（例えば、トンネル透過可能な極薄ＳｉＯ２）には、層２を除去する必要はない。これを図２に示す。層３は、粒子の一部を覆わないように堆積させることができれば、除去する必要はない。
【0070】
ステップ２０７では、電子輸送層（層４）を堆積させる。層４は、その伝導帯とシリコン粒子の伝導帯との間に優れたバンド整列を有し得る。この整列は、層４の伝導帯がシリコン粒子の伝導帯よりもわずかに（約１０～３０ｍｅＶ）高い場合に最適化され得る。この層は、シリコン粒子よりも広いバンドギャップを有することで正孔輸送にエネルギー障壁を提供し得る。いくつかの実施態様では、この層は正孔導電性よりも高い電子導電性を有し得る。いくつかの実施態様では、この層はＴｉＯ２のような金属酸化物またはｎ型ドープされたａ－Ｓｉであり得る。この層は、上に列挙したもののようなさらに高導電性の材料の下の、ドープされていない真性ａ－ＳｉまたはＳｉＯ２のような高抵抗性または絶縁性の材料を伴う材料の積層体であり得る。この層は、原子層堆積法（大気圧以下）、化学的気相成長法（大気圧以下）、物理的気相成長法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法、または液体源からのコーティングによって堆積させ得る。この層の厚さは、０．５～２０ｎｍ（例えば、１～３ｎｍ）であり得る。
【0071】
ステップ２０７では、透明導電体（層５）もまた堆積させる。このステップは、図１のステップ１０９と同様である。ステップ２０７では、セルもまたラミネート加工する。このステップは、図１のステップ１０９と同様である。
【0072】
図３は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法３００を例示するフローチャート図である。ステップ３０１では、シリコン粒子を取得する。このステップは、図２のステップ２０１と同様であり得る。ステップ３０２では、ドーパント種を粒子内に拡散させる（層１）。このステップは、図２のステップ２０２と同様であり得る。いくつかの実施態様では、このステップは省略され得る。ステップ３０３では、粒子を金属箔に組み込む。このステップは、図２のステップ２０３と同様であり得る。ステップ３０４では、粒子と金属を焼成してＡｌを内方拡散させる。このステップは、図２のステップ２０４と同様であり得る。ステップ３０５では、粒子の露出表面に不動態化誘電体（層２）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０５と同様であり得る。ステップ３０６では、絶縁層（層３）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０６と同様であり得る。ステップ３０７では、層２と層３を部分的に除去して、粒子の表面を露出させる。層２および層３の除去は、図１のステップ１０６と同様のやり方で実行し得る。ステップ３０８では、選択的キャリア輸送層（層４）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ３０８では、透明導電体（層５）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ３０８では、セルをラミネート加工する。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。
【0073】
図４は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法４００を例示するフローチャート図である。ステップ４０１では、シリコン粒子を取得する。このステップは、図２のステップ２０１と同様であり得る。ステップ４０２では、粒子を金属箔に組み込む。このステップは、図２のステップ２０３と同様であり得る。ステップ４０３では、粒子と金属を焼成してＡｌを内方拡散させる。このステップは、図２のステップ２０４と同様であり得る。ステップ４０４では、粒子の露出表面に不動態化誘電体（層１）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０５と同様であり得る。ステップ４０５では、絶縁層（層２）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０６と同様であり得る。ステップ４０６では、層１と層２を部分的に除去して、粒子の表面を露出させる。層１および層２の除去は、図１のステップ１０６と同様のやり方で実行し得る。ステップ４０７では、選択的キャリア輸送層（層３）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ４０７では、透明導電体（層４）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ４０７では、セルをラミネート加工する。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。
【0074】
図５は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法５００を例示するフローチャート図である。ステップ５０１では、シリコン粒子を取得する。このステップは、図２のステップ２０１と同様であり得る。ステップ５０２では、粒子を金属箔に組み込む。このステップは、図２のステップ２０３と同様であり得る。ステップ５０３では、粒子と金属を焼成してＡｌを内方拡散させる。このステップは、図２のステップ２０４と同様であり得る。ステップ５０４では、不動態化誘電体（層１）を堆積させる。この実施態様では、不動態化誘電体は、絶縁特性も提供するので、絶縁層を随意とすることが可能になる（図５では絶縁層は見送られている）。このステップにおける堆積のこの工程は、図１のステップ１０６と同様であり得る。ステップ５０５では、層１を部分的に除去して、粒子の表面を露出させる。層１の除去は、図１のステップ１０６と同様のやり方で実行し得る。ステップ５０６では、選択的キャリア輸送層（層２）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ５０６では、透明導電体（層３）を堆積させる。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。ステップ５０６では、セルをラミネート加工する。このステップは、図２のステップ２０７と同様であり得る。
【0075】
図６は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法６００を例示するフローチャート図である。ステップ６０１では、シリコン粒子を取得する。このステップは、図１のステップ１０１と同様であり得る。ステップ６０２では、ドーパントを拡散させて接合（層１）を作り出す。このステップは、図１のステップ１０２と同様であり得る。ステップ６０３では、選択的キャリア輸送層（層２）を堆積させる。層２は、図２の層４と同様であり得る。層２は、図２の層４と同様に堆積させ得る。層２は粒子上に堆積させることになるので、流動床反応器中でＡＬＤまたはＣＶＤ型の工程によって堆積させ得る。いくつかの実施態様では、この層は、ＳｉＯ２のような極薄（例えば、１．５ｎｍ未満の）絶縁体の最上部に堆積させ得て、この極薄絶縁体が、優れた表面不動態化を提供し、またキャリア輸送に対して充分に薄い電子障壁を有することで、量子トンネリングによるまたはピンホールを通じた効率的な輸送を可能にする。いくつかの実施態様では同一の理由で、この層を、代わりにａ－Ｓｉのようなドープされていない真性半導体の最上部に堆積させ得る。この層は、トンネリング、ホッピング、および電子ドリフトの組み合わせを通じて電子キャリア輸送が生じるのに充分な薄さ（例えば、１０ｎｍ未満）であり得る。ステップ６０３では、透明導電体（層３）を堆積させる。このステップは、図１のステップ１０３と同様であり得る。ステップ６０４では、粒子を基板に組み込む。いくつかの実施態様では、基板は、熱や放射線の印加で硬化可能な軟質ポリマーでコーティングされたＰＥＴおよびシリコーンのような、ポリマー膜であり得る。いくつかの実施態様では、基板およびコーティングは可撓性であり得る。いくつかの実施態様では、基板およびコーティングは、太陽放射に対して高度に透明であり得る。いくつかの実施態様では、膜および／またはコーティングは、水酸化カリウムもしくは水酸化ナトリウムのようなアルカリ性溶液、または硝酸、フッ化水素酸、酢酸、塩酸、もしくはこれらの組み合わせのような酸性溶液を含む、活性層を溶解させる材料への露出に対して、不浸透性であり得る。組み込み工程は、本明細書の他の実施態様に記載されているとおりに実行され得る。この工程は、粒子の１０％～９０％（例えば、４０～６０％）を露出したまま残し得る。ステップ６０５では、層１、２、および３の一部を除去して、粒子を露出させる。この工程は、図１のステップ１０５と同様であり得る。ステップ６０６では、不動態化誘電体（層４）を堆積させる。この工程は、図２のステップ２０５と同様であり得る。ステップ６０６では、絶縁層（層５）を堆積させる。この工程は、図２のステップ２０６と同様である。ステップ６０７では、層４の幾分かおよび層５の幾分かを除去して、粒子の一部を露出させる。この工程は、図３のステップ３０７と同様であり得る。ステップ６０８では、金属層（層６）を堆積させ、次いで焼成する。この工程は、図１のステップ１０７と同様であり得る。
【0076】
図７は、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を形成する方法７００を例示するフローチャート図である。ステップ７０１では、シリコン粒子を取得する。このステップは、図１のステップ１０１と同様であり得る。ステップ７０２では、電子輸送層または正孔輸送層（層１）を堆積させる。この工程は、図６のステップ６０３と同様であり得る。層１が電子輸送層ではなく正孔輸送層である場合には、層１は、ＭｏＯｘのような金属酸化物、または、真性およびドープされたアモルファスシリコン、もしくはＳｉＯ２およびドープされたポリシリコンのような多層であり得る。ステップ７０２では、透明導電体（層２）を堆積させる。この工程は、図１のステップ１０３と同様であり得る。ステップ７０３では、粒子を基板に組み込む。この工程は、図６のステップ６０４と同様とすることができる。いくつかの実施態様では、この工程は、他の組み込み工程とは異なるものとすることができるが、これは、完成したセル／モジュールの一部である透明基板に粒子が組み込まれているからである。ステップ７０４では、層１の一部および層２の一部を除去して、粒子を露出させる。この工程は、図１のステップ１０６と同様である。ステップ７０５では、不動態化誘電体（層３）を堆積させる。この工程は、図２のステップ２０５と同様である。ステップ７０５では、絶縁層（層４）を堆積させる。この工程は、図２のステップ２０６と同様であり得る。ステップ７０６では、層３の幾分かおよび層４の幾分かを除去して、粒子の一部を露出させる。この工程は、図２のステップ２０７と同様である。ステップ７０７では、正孔輸送層、電子輸送層、またはトンネル中間層（層５）を堆積させる。層１が、電子に対して導電性であって正孔を遮断する場合には、層５は、正孔に対して導電性であって電子を遮断し、その逆もしかりである。他の点では、この工程は、ステップ７０２と同様であり得る。いくつかの実施態様では、この層は、キャリア選択的／遮断性である代わりに、シリコン粒子と金属との間のコンタクト抵抗を低減させるＬｉＦ、ＭｇＦ、ＭｏＯｘ、またはＮｉＯｘのような中間層であり得る。ステップ７０８では、金属層（層６）を堆積させる。この工程は、図６のステップ６０８と同様であり得る。
【0077】
図８Ａ～図８Ｈは、本開示のいくつかの実施態様による、カウンタードーピングを使用する光起電力装置を作製する方法を例示する図である。図８Ａでは、シリコン粒子８１０を取得する。図８Ａでは、トンネル酸化物層８１２を堆積させる。トンネル酸化物層８１２は、シリコン粒子８１０に優れた化学的表面不動態化を提供し得る。トンネル酸化物層８１２は、１から４ナノメートルの厚さであり得る。いくつかの実施態様では、トンネル酸化物層８１２を、加熱された硝酸浴（Ｔは約７０℃）に粒子を浸漬することによって、またはオゾンによる表面処理によって堆積させ得る。他の実施態様では、他の工程（例えば、ＣＶＤ、ＡＬＤなど）を利用することができる。図８Ｃでは、縮退ドープシリコン層８１４を堆積させる。この層は、化学的気相成長法によって堆積させ得る。この層は粒子上に堆積させることになるので、流動床反応器中で堆積させることができる。縮退ドープシリコン層８１４は、５～２００ｎｍの厚さ（例えば、５０～１００ｎｍ）であり得る。縮退ドープシリコン層８１４は、６００℃と１０００℃の間（例えば、８００℃と９００℃の間）でアニールされ得る。アニーリング工程は、トンネル酸化物層８１２を通してシリコン粒子８１０にドーパントを内方拡散させることで、シリコン粒子８１０の表面の不動態化を助け得る。また、アニーリング工程によって、縮退ドープシリコン層８１４の結晶構造が変化し得て、例えば、それまでのアモルファス層に結晶粒を形成し得る。また、アニーリング工程によって、トンネル酸化物層８１２にピンホールを作り出して、さらに効率的なキャリア輸送／コンタクト抵抗の低減をも可能にし得る。図８Ｄでは、シリコン粒子８１０を金属箔層８１６に組み込む。この工程では、粒子の１～９０％（例えば、１０～２０％）が露出した状態のままであり得る。図８Ｅでは、トンネル酸化物層８１２および縮退ドープシリコン層８１４を部分的に除去して、シリコン粒子８１０の一部を露出させる。トンネル酸化物層８１２および縮退ドープシリコン層８１４は、機械的に（例えば、スラリー溶液中のまたは膜に組み込まれたシリコンカーバイドまたはダイヤモンドのような微細砥粒材料によるアブレーション）、光学的に（例えば、レーザーアブレーションにより）、化学的に（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、または反応性イオンエッチングを含む選択的エッチングにより）、またはイオン衝撃により、除去され得る。トンネル酸化物層８１２および縮退ドープシリコン層８１４を化学的に除去する場合には、使用される化学薬品は、その化学薬品が、下にあるシリコン粒子８１０をエッチングするよりもはるかに速くトンネル酸化物層８１２および縮退ドープシリコン層８１４をエッチングするような選択的なものであり得る。選択的化学工程は、２つのステップで進行し得て、１つのステップは、シリコンに対して選択的であり、縮退ドープシリコン層８１４を除去するが、トンネル酸化物層８１２は除去せず、もう１つのステップは、酸化物に対して選択的であり（例えば、ＨＦ）、トンネル酸化物層８１２は除去するが、下にあるシリコン粒子はエッチングしない。この工程では、トンネル酸化物層８１２ではなく、縮退ドープシリコン層８１４の一部を除去し得る。図８Ｆでは、不動態化誘電体層８１８を堆積させる。図８Ｆでは、不動態化誘電体層８１８の幾分かを除去して、シリコン粒子８１０の一部を露出させる。いくつかの実施態様では、不動態化誘電体層８１８は、トンネル酸化物層８１２および縮退ドープシリコン層８１４を部分的に除去する前に堆積させる。図８Ｇでは、ドーパント層８２０をシリコン粒子８１０内に拡散させる。この工程は、化学的気相成長法（プラズマ増強を含む）、イオン注入、液体ドーパント源でコーティングした後のアニーリングであり得る。このドーパントは、縮退ドープシリコン層８１４のドーパントとは反対の型とすることができる。いくつかの実施態様では、ドーパント層８２０はまた、高濃度ドープされたａ－Ｓｉの下にあるドープされていない真性ａ－Ｓｉの中間層、またはＳｉＯ２の中間層上の高濃度ドープされたシリコンの中間層でもあり得る。ＳｉＯ２の最上部の高濃度ドープされたシリコンの場合では、トンネル酸化物層８１２が上記のとおり、除去されていなければ、ＳｉＯ２層はトンネル酸化物層８１２であり得る。図８Ｇでは、透明導電体層８２２を堆積させる。図８Ｈでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層８２４）。
【0078】
図９Ａ～図９Ｈは、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示する。図９Ａでは、シリコン粒子９１０を取得する。図９Ｂでは、トンネル酸化物層９１２を堆積させる。図９Ｃでは、縮退ドープシリコン層９１４を堆積させる。図９Ｄでは、シリコン粒子９１０を金属箔層９１６に組み込む。この工程では、粒子の１～９０％（例えば、１０～２０％）が露出した状態のままであり得る。図９Ｅでは、トンネル酸化物層９１２および縮退ドープシリコン層９１４を部分的に除去して、シリコン粒子９１０の一部分を露出させる。図９Ｆでは、不動態化誘電体層９１８を堆積させる。トンネル酸化物層９１２が除去されない場合には、不動態化誘電体層９１８は、絶縁性であるが不動態化しないものであり得る。図９Ｆでは、不動態化誘電体層９１８の幾分かを除去して、シリコン粒子の一部を露出させる。図９Ｇでは、露出したシリコン粒子上に電子輸送層または正孔輸送層またはトンネリング中間層を堆積させる（すなわち、層９２０）。縮退ドープシリコン層９１４が、ドープされたｎ型である場合には、層９２０は、正孔に対して導電性であって電子を遮断する。縮退ドープシリコン層９１４が、ドープされたｐ型である場合には、層９２０は、電子に対して導電性であって正孔を遮断する。いくつかの実施態様では、層９２０は、キャリア選択的／遮断性である代わりに、シリコン粒子９１０と透明導電体との間のコンタクト抵抗を低減させるＬｉＦ、ＭｇＦ、ＭｏＯｘ、またはＮｉＯｘのような中間層であり得る。図９Ｇでは、透明導電体層９２２を堆積させる。図９Ｈでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層９２４）。
【0079】
図１０Ａ～図１０Ｈは、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示する。図１０Ａでは、シリコン粒子１０１０を取得する。図１０Ｂでは、トンネル酸化物層１０１２を堆積させる。図１０Ｃでは、縮退ドープシリコン層１０１４を堆積させる。図１０Ｄでは、シリコン粒子１０１０を金属箔層１０１６に組み込む。この工程では、粒子の１～９０％（例えば１０～２０％）が露出した状態のままであり得る。図１０Ｅでは、不動態化誘電体層１０１８を堆積させ、次いで不動態化誘電体層１０１８の一部分を除去する。図１０Ｆでは、縮退ドープシリコン層１０１４を部分的に除去して、シリコン粒子１０１０の一部分を露出させる。図１０Ｇでは、電子輸送層または正孔輸送層またはトンネリング中間層を堆積させる（すなわち、層１０２０）。縮退ドープシリコン層１０１４が、ドープされたｎ型である場合には、層１０２０は、正孔に対して導電性であって電子を遮断する。縮退ドープシリコン層１０１４が、ドープされたｐ型である場合には、層１０２０は、電子に対して導電性であって正孔を遮断する。いくつかの実施態様では、層１０２０は、キャリア選択的／遮断性的である代わりに、シリコン粒子と透明導電体との間のコンタクト抵抗を低減させるＬｉＦ、ＭｇＦ、ＭｏＯｘ、またはＮｉＯｘのような中間層であり得る。図１０Ｇでは、透明導電体層１０２２も堆積させる。図１０Ｈでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層１０２４）。
【0080】
図１１Ａ～図１１Ｇは、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示する図である。図１１Ａでは、シリコン粒子１１１０を取得する。図１１Ｂでは、層間層１１１２を堆積させる。層間層１１１２は、シリコン－金属界面においてフェルミ準位をピン止めしない（すなわち、シリコンのバンドの曲がりを低減させる）ＬｉＦまたはＭｇＦのような材料、またはシリコン粒子と金属との間のコンタクト抵抗を低減させるＭｏＯｘまたはＮｉＯｘのような材料であり得る。層間層１１１２は、０．５～２０ｎｍの厚さ（例えば、１～５ｎｍの厚さ）であり得る。層間層１１１２は、原子層堆積法（大気圧以下）、化学的気相成長法（大気圧以下）、物理的気相成長法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法、または液体源からのコーティングによって堆積させ得る。層間層１１１２は、ＳｉＯ２のような極薄（例えば、１．５ｎｍ未満の）絶縁体の最上部に堆積させ得て、この極薄絶縁体が、優れた表面不動態化を提供するが、キャリア輸送に対するその電子障壁は、量子トンネリングによる効率的な輸送を可能にするのに充分な薄さである。同一の理由から、層間層１１１２を、代わりにａ－Ｓｉのようなドープされていない真性半導体の最上部に堆積させ得る。層間層１１１２は、トンネリング、ホッピング、および電子ドリフトの組み合わせによって電子キャリア輸送を生じさせるのに充分な薄さ（例えば、１０ｎｍ未満）であり得る。図１１Ｃでは、シリコン粒子１１１０を金属箔層１１１４に組み込む。図１１Ｄでは、層間層１１１２を部分的に除去して、シリコン粒子１１１０の一部を露出させる。図１１Ｅでは、不動態化誘電体層１１１６を堆積させる。層間層１１１２を別の層の最上部に堆積させ、この第１の層を除去しない場合には、不動態化誘電体層１１１６は絶縁性ではあるが不動態化しないものであり得る。図１１Ｅでは、不動態化誘電体層１１１６の一部を除去して、シリコン粒子１１１０の一部を露出させる。図１１Ｆでは、露出したシリコン粒子上に電子輸送層または正孔輸送層またはトンネル中間層を堆積させる（すなわち、層１１１８）。図１１Ｆでは、透明導体層１１２０を堆積させる。図１１Ｇでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層１１２２）。
【0081】
図１２Ａ～図１２Ｈは、本開示のいくつかの実施態様による、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法を例示する。図１２Ａでは、シリコン粒子１２１０を取得する。図１２Ｂでは、薄い不動態化誘電体層１２１２を堆積させる（層１）。他の実施態様では、同一の理由から、薄い不動態化誘電体層１２１２は、ａ－Ｓｉのようなドープされていない真性半導体であり得る。薄い不動態化誘電体層１２１２は、トンネリング、ホッピング、および電子ドリフトの組み合わせを通じて電子キャリア輸送が生じるのに充分な薄さ（例えば、ｌ０ｎｍ未満）である。図１２Ｃでは、層間層１２１４を堆積させる。図１２Ｄでは、シリコン粒子１２１０を金属箔層１２１６に組み込む。図１２Ｅでは、層間層１２１４を部分的に除去する。図１２Ｆでは、絶縁体層１２１８を堆積させる。図１２Ｆでは、絶縁体層１２１８の幾分かを除去して、シリコン粒子１２１０の一部を露出させる。図１２Ｇでは、露出したシリコン粒子上に電子輸送層または正孔輸送層またはトンネル中間層を堆積させる（すなわち層１２２０）。図１２Ｇでは、透明導電体層１２２２を堆積させる。図１２Ｈでは、セルをラミネート加工する（すなわち、層１２２４）。
【0082】
図１３Ａは、光起電力装置１３０２の一例の断面図である。図１３Ａに例示される光起電力装置１３０２は、複数のシリコン粒子１３０４（例えば、ドープされたシリコン粒子）、コーティング層１３０６、基板層１３０８（例えば、金属層）、絶縁体層１３１０（例えば、酸化物層）、および選択的キャリア輸送層１３１２を含む。光起電力装置１３０２は、図１３Ａに例示される光起電力装置１３０２とは異なる構成でのさらに少ない構成成分、追加の構成成分、または異なる構成成分を含み得る。例えば、いくつかの実施態様では、光起電力装置１３０２は、２つより多いシリコン粒子１３０４を含み得る。さらに、いくつかの実施態様では、光起電力装置１３０２は、図１３Ｂに例示されるとおり、選択的キャリア輸送層１３１２上に置かれた透明導電体層１３１４をさらに含み得る。透明導電体層１３１４は、例えば、横方向電荷輸送を提供する。
【0083】
いくつかの実施態様では、コーティング層１３０６は、図１３Ａおよび図１３Ｂに例示されるとおり、単層である。他の実施態様では、コーティング層１３０６は、単層より多い層を含み得る。例えば、図１４に例示される光起電力装置１４０２は、２つの層（すなわち、層１４０４および１４０６）を有するコーティング層１３０６を含む。いくつかの実施態様では、コーティング層１３０６は、アモルファスシリコンを含む。代わりに、またはこれに加えて、コーティング層１３０６は、酸化物層およびポリシリコン層を含み得る。代わりに、またはこれに加えて、コーティング層１３０６は、本明細書で先に記載のいずれかのコーティングを含み得る。
【0084】
コーティング層１３０６および選択的キャリア輸送層１３１２は、反対の極性の電荷キャリアの流れを促進するように設計される。例えば、いくつかの実施態様では、コーティング層１３０６は、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性である。さらに、選択的キャリア輸送層１３１２は、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。他の実施態様では、コーティング層１３０６は、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性である。さらに、選択的キャリア輸送層１３１２は、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。
【0085】
図１５は、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法１５００の一例のフロー図である。説明の単純化のため、方法１５００は、一連の操作として図示、記載されている。しかし、方法１５００に準拠する操作は、様々な順序で、および／または同時に、および／または本明細書には表示、記載されていない他の操作とともに、行うことができる。例えば、方法１５００に図示されている操作は、本明細書に開示されているいずれかの他の方法のいずれかの他の操作と組み合わせて行い得る。さらに、開示された主題に準拠する方法１５００を実施するために、すべての例示された操作が必要であるわけではない。加えて当業者であれば、方法１５００が、一連の相互に関連する状態として状態図または事象図を介して代替的に表され得ることを理解し認めるであろう。
【0086】
ブロック１５０２では、複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布する。例えば、図１６Ａに例示されるとおり、コーティング層１３０６をシリコン粒子１３０４の周囲に塗布する。ブロック１５０４では、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込む。例えば、図１６Ｂに例示されるとおり、複数のシリコン粒子１３０４それぞれの露出部分が基板層１３０８の表面１６０２から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子１３０４を基板層１３０８に埋め込む。ブロック１５０６では、コーティング層の一部分を除去する。コーティング層１３０６のこの部分を、図１６Ｃに例示されるとおり、複数のシリコン粒子１３０４それぞれの露出部分の周囲に配置する。ブロック１５０８では、絶縁体層を基板層の表面上に置く。例えば、絶縁体層１３１０を、図１６Ｄに例示されるとおり、基板層１３０８の表面１６０２上に置く。ブロック１５１０では、選択的キャリア輸送層を、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に置く。例えば、図１６Ｅに例示されるとおり、選択的キャリア輸送層１３１２を、複数のシリコン粒子１３０４それぞれの露出部分上に置く。ブロック１５１０の後、選択的キャリア輸送層１３１２上に他の層を置いてもよい。例えば、図１３Ｂに例示されるとおり、透明導電体層１３１４を選択的キャリア輸送層１３１２上に置いてもよい。代わりに、またはこれに加えて、ラミネート層（図示せず）を透明導電体層１３１４上または選択的キャリア輸送層１３１２上に置いてもよい。
【0087】
図１７は、シリコン粒子を使用する光起電力装置を作製する方法１７００の一例のフロー図である。ブロック１７０２では、複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布する。例えば、図１６Ａに例示されるとおり、シリコン粒子１３０４を取り巻くコーティング層１３０６を塗布する。ブロック１７０４では、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込む。例えば、図１６Ｂに例示されるとおり、複数のシリコン粒子１３０４それぞれの露出部分が基板層１３０８の表面１６０２から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子１３０４を基板層１３０８に埋め込む。ブロック１７０６では、絶縁体層を基板層の表面上に置く。例えば、図１８Ａに例示されるとおり、絶縁体層１３１０を基板層１３０８の表面１８０２上に置く。ブロック１７０８では、絶縁層の一部分を除去する。絶縁体層１３１０の除去された部分は、図１８Ｂに例示されるとおり、複数のシリコン粒子１３０４それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層１３０６の部分の周囲に配置される。ブロック１７１０では、コーティング層の第１の部分にカウンタードープして、コーティング層の第２の部分とは反対の極性となるようにすることによって、選択的キャリア輸送層を生成する。図１８Ｃは、コーティング層１３０６の第１の部分１８０４にカウンタードープして、コーティング層１３０６の第２の部分１８０６と反対の極性になるようにすることによって、選択的キャリア輸送層１３１２を生成する例示的な実施態様を例示する。いくつかの実施態様では、コーティング層１３０６の第１の部分１８０４は、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。さらに、コーティング層１３０６の第２の部分１８０６は、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。他の実施態様では、コーティング層１３０６の第１の部分１８０４は、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。さらに、コーティング層１３０６の第２の部分１８０６は、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり得る。
【0088】
シリコン粒子は、シリコン・ウェーハの約３分の１から７分の１までと小さい。例えば、図１９は、シリコン・ウェーハ１９０２と複数のシリコン粒子１９０４とのサイズ差の一例を例示している。図１９に例示されるとおり、シリコン粒子１９０４の、その総体積に対する表面積は、シリコン・ウェーハ１９０２の、その総体積に対する表面積よりはるかに高い。未処理のシリコン表面、および金属や多くの他の材料とシリコンとの界面は、高度に再結合活性であるので、本明細書に記載されるコーティングがなければ、電荷キャリアは、シリコン粒子１９０４の表面であまりに高い速度で再結合することになるので、効率的な光起電力変換に向けて、光励起自由電子の効率的な収集、または高い電流と高電圧をそれぞれ生成するのに充分高い光励起自由電子の定常状態濃度は不可能となる。シリコン・ウェーハ１９０２の体積に対する表面積の比が比較的小さいことを考えると、表面での電荷キャリアの損失は、シリコン・ウェーハを用いた光起電力装置の全体的な性能にそれほど大きな影響を与えない。上記のコーティング（例えば、コーティング層１３０６）は、シリコン粒子１９０４の表面での光励起自由電子の再結合を５から７桁低減させて、シリコン粒子１９０４（非常に小さい）を有する光起電力装置において、より大きな光電流、動作電圧、および発電を可能にする。
【0089】
試験では、シリコン・ウェーハを用いた、良好な不動態化を伴う光起電力装置の平均フォトルミネッセンス強度は、２９２カウントの測定値であったのに対し、本明細書に記載されるシリコン粒子を使用する光起電力装置の平均フォトルミネッセンス強度は、３２９．１５カウントの測定値であった（すなわち、約９％の改善）。参考として、シリコン・ウェーハを用いた、不動態化の貧弱な光起電力装置の平均フォトルミネッセンス強度は、２１．３３カウントの測定値であり、シリコン粒子を使用する、不動態化の貧弱な光起電力装置の平均フォトルミネッセンス強度は、７．５カウントの測定値であった。
【0090】
上の開示に矛盾しないことであるが、以下の項に列挙されるシステムおよび方法の例が具体的に企図され、非限定的な一組の例であることが意図される。
【0091】
項１． 複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分を除去することと、
基板層の表面に絶縁体層を置くことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分に選択的キャリア輸送層を置くことと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分を除去することと、
基板層の表面に絶縁体層を置くことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分に選択的キャリア輸送層を置くことと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
【0092】
項２． コーティング層が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、選択的キャリア輸送層が、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性である、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0093】
項３． コーティング層がアモルファスシリコンを含む、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0094】
項４． コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0095】
項５． 複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0096】
項６． 横方向電荷輸送を行う透明導電体層を選択的キャリア輸送層上に置くことをさらに含む、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0097】
項７． 複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の部分をエッチングによって除去する、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0098】
項８． 表面を含む基板層と、
基板層に埋め込まれた複数のシリコン粒子であって、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにさせた、複数のシリコン粒子と、
複数のシリコン粒子それぞれと基板層との間に配置されたコーティング層と、
基板層の表面上に配置された絶縁体層と、
複数のシリコン粒子のそれぞれの露出部分に配置された選択的キャリア輸送層と、
を含む、光起電力装置。
基板層に埋め込まれた複数のシリコン粒子であって、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにさせた、複数のシリコン粒子と、
複数のシリコン粒子それぞれと基板層との間に配置されたコーティング層と、
基板層の表面上に配置された絶縁体層と、
複数のシリコン粒子のそれぞれの露出部分に配置された選択的キャリア輸送層と、
を含む、光起電力装置。
【0099】
項９． コーティング層が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、選択的キャリア輸送層が、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性である、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0100】
項１０． コーティング層がアモルファスシリコンを含む、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0101】
項１１． コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0102】
項１２． 複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0103】
項１３． 横方向電荷輸送を行うために選択的キャリア輸送層上に配置された透明導電体層をさらに含む、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0104】
項１４． 複数のシリコン粒子の各々の露出部分の周囲に配置された前記コーティング層の部分をエッチングによって除去する、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0105】
項１５． コーティング層が、ｎ型ドーパントでドープされ、コーティング層が、複数のシリコン粒子それぞれを取り囲み、シリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の部分が、ｐ型ドーパントでドープされる、本明細書のいずれかの項に記載の光起電力装置。
【0106】
項１６． 複数のシリコン粒子それぞれを取り巻くコーティング層を塗布することと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことと、
基板層の表面上、および複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に絶縁体層を置くことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分の周囲に配置された絶縁体層の一部分を除去することと、
コーティング層の第１の部分をカウンタードープして、コーティング層の第２の部分とは反対の極性とすることによって、選択的キャリア輸送層を生成することであって、コーティング層の第１の部分が、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置され、コーティング層の第２の部分が、基板層に埋め込まれている、ことと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分が基板層の表面から遠くに延在するようにして、複数のシリコン粒子を基板層に埋め込むことと、
基板層の表面上、および複数のシリコン粒子それぞれの露出部分上に絶縁体層を置くことと、
複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置されたコーティング層の一部分の周囲に配置された絶縁体層の一部分を除去することと、
コーティング層の第１の部分をカウンタードープして、コーティング層の第２の部分とは反対の極性とすることによって、選択的キャリア輸送層を生成することであって、コーティング層の第１の部分が、複数のシリコン粒子それぞれの露出部分の周囲に配置され、コーティング層の第２の部分が、基板層に埋め込まれている、ことと、
を含む、光起電力装置を製造する方法。
【0107】
項１７． コーティング層の第１の部分が、負電荷キャリアに対して高導電性、かつ正電荷キャリアに対して高抵抗性であり、コーティング層の第２の部分が、正電荷キャリアに対して高導電性、かつ負電荷キャリアに対して高抵抗性である、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0108】
項１８． コーティング層がアモルファスシリコンを含む、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0109】
項１９． コーティング層が酸化物層およびポリシリコン層を含む、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0110】
項２０． 前記複数のシリコン粒子それぞれの長軸が１００マイクロメートル未満である、本明細書のいずれかの項に記載の方法。
【0111】
いかなる特定の構成要素、ステップ、または機能も、特許請求の範囲に含まれていなければならない必須の構成要素であるということを示唆していると、本願明細書のどの部分も解釈されないのが望ましい。特許となる主題の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められる。さらに、「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」という正確な語句の後に分詞が続いているのでない限り、特許請求の範囲のいずれであっても、米国特許法第１０４条（ｆ）を援用することを意図するものではない。
【0112】
先の記載では、説明を目的として、記載の実施形態の完全な理解を提供するために具体的な命名法が使用されている。しかし、記載の実施形態を実施するための具体的な詳細が必要でないことは、当業者には明らかであろう。したがって、具体的な実施形態の先の記載は、例示および説明を目的として提示されるものである。これらは、限定列挙であること、すなわち記載の実施形態を、開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。上記の教示に鑑みて、多くの修正形態および変形形態が可能であることは、当業者には明らかであろう。
【0113】
上の考察は、本開示の原理および様々な実施形態を例示することを企図している。上の開示が最大限に理解されれば、多数の変形形態および修正形態が当業者に明らかとなろう。以下の特許請求の範囲は、そのような変形形態および修正形態をすべて包含すると解釈されることが意図される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図9H】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図10G】
【図10H】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図11G】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図12F】
【図12G】
【図12H】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【国際調査報告】