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特表2024-539958両面増強層、および該両面増強層を備える光起電デバイス
(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】2024-10-31
(54)【発明の名称】両面増強層、および該両面増強層を備える光起電デバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 31/055 20140101AFI20241024BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 622
G02B5/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024524635
(86)(22)【出願日】2022-10-26
(85)【翻訳文提出日】2024-06-20
(86)【国際出願番号】 US2022047821
(87)【国際公開番号】W WO2023076339
(87)【国際公開日】2023-05-04
(31)【優先権主張番号】63/271,882
(32)【優先日】2021-10-26
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100112634
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 美奈子
(72)【発明者】
【氏名】ベッカー，ジェームズ
(72)【発明者】
【氏名】ヒューバー，ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】リー，チュンホ
(72)【発明者】
【氏名】マ，ジアリウ
(72)【発明者】
【氏名】ワイス，ダーク
(72)【発明者】
【氏名】シオーン，ガーン
【テーマコード（参考）】
2H148
5F251
【Ｆターム（参考）】
2H148AA07
2H148AA15
2H148AA18
5F251AA09
5F251AA16
5F251FA02
5F251FA03
5F251HA13
5F251HA17
5F251JA04
(57)【要約】
両面増強を有する光起電デバイスが、本明細書に示される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸収体層および両面増強層を備える両面光起電デバイスであって、前記吸収体層が、表界面および裏界面を有し、前記表界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表平均量子効率を有し、前記裏界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏平均量子効率を有し、前記裏平均量子効率が、前記表平均量子効率の５０％以下、かつ前記表平均量子効率の５％以上であり；
前記両面増強層が、前記吸収体層の上にあり、前記吸収体層の前記表界面と比較して、前記吸収体層の前記裏界面に近く配置されており、
前記両面増強層が、前記両面増強層の吸収端のカットオフ波長以下の吸収波長を有する光を吸収し；
前記カットオフ波長が、前記両面増強層の極大吸収の１５％に等しい吸光度に対応し；
前記両面増強層が、ピークを有する放射フォトルミネセンスを放射し；
前記両面増強層の前記放射フォトルミネセンスの前記ピークの波長が、前記吸収端の前記カットオフ波長よりも大きく；そして
前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークが、１００ｎｍ未満の半値全幅を有する、
両面光起電デバイス。
【請求項2】
前記両面増強層による吸収に起因する短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓが２０ｍＡ／ｃｍ２未満である、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項3】
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項4】
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項5】
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項6】
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項7】
前記吸収体層がセレンを含む、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項8】
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、請求項７に記載の光起電デバイス。
【請求項9】
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項10】
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項11】
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、請求項１０に記載の光起電デバイス。
【請求項12】
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、請求項１０に記載の光起電デバイス。
【請求項13】
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、請求項１０に記載の光起電デバイス。
【請求項14】
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、請求項１３に記載の光起電デバイス。
【請求項15】
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、請求項１０に記載の光起電デバイス。
【請求項16】
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、請求項１０に記載の光起電デバイス。
【請求項17】
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項18】
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項19】
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項20】
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、請求項１から２および１９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項21】
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１から２および１９から２０のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項22】
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１から２および１９から２１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項23】
前記吸収体層がセレンを含む、請求項１から２および１９から２２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項24】
前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、請求項２３に記載の光起電デバイス。
【請求項25】
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中のセレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、請求項１から２および１９から２４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項26】
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、請求項１から２および１９から２５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項27】
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、請求項１から２および１９から２６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項28】
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、請求項２７に記載の光起電デバイス。
【請求項29】
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、請求項２７または２８に記載の光起電デバイス。
【請求項30】
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項31】
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、請求項３０に記載の光起電デバイス。
【請求項32】
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項33】
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項34】
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、請求項１から２および１９から３３のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項35】
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、請求項１から２および１９から３４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項36】
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルの半値全幅が、前記裏量子効率プロファイルの半値全幅よりも少なくとも２倍大きい、
請求項１から２および１９から３５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【請求項37】
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルのピークが、前記裏量子効率プロファイルのピークよりも大きい、
請求項１から２および１９から３６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本明細書は、一般に、光起電デバイス用の両面増強層に関し、より具体的には、薄膜光起電デバイスの両面効率を改善するための両面増強層の使用に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]光起電デバイスは、光起電力効果を示す半導体材料を使用して、光を電気に変換することで電力を生成する。片面光起電デバイスは、デバイスの単一の面から日光を受け取るように構成される。両面光起電デバイスは、デバイスの２つの面から日光を受け取るように構成される。たとえば、両面光起電デバイスは、太陽に向いて直射日光を収集する表面と、地球の方を向いて反射した日光、すなわちアルベド反射を収集する、反対側の表面とを含み得る。一般に、両面モジュールは、設置面積当たり、片面モジュールよりも多くの出力を生成することができる。シリコン系半導体材料は、両面光起電デバイスにおける使用の対象となるが、薄膜系半導体材料を両面光起電デバイスに組み込むのは困難であり得る。両面光起電デバイスにおける薄膜系半導体材料の使用を制限する特性は、十分には理解されていない。
【0003】
[0003]したがって、光起電デバイスにおいて使用するための代替両面増強層が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】[0004]本明細書に示され、説明される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示す図である。
【図3】[0006]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による基板を概略的に示す図である。
【図5】[0008]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による両面増強層を概略的に示す図である。
【図6】[0009]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態によるフォトルミネセンス、吸光度および量子効率を視覚的に示すグラフである。
【図7】[0010]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による代替的光起電デバイスの断面図を概略的に示す図である。
【図8】[0011]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による裏界面の量子効率を視覚的に示すグラフである。
【図9】[0012]本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による両面増強層の放射フォトルミネセンスを視覚的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0005】
[0013]光起電デバイスは、基板上に形成された機能層の積層体から形成されてもよい。薄膜光起電デバイスは、半導体材料の層を堆積させることから形成される、光を荷電キャリアに変換するための吸収体層を含んでもよい。本明細書で提供される実施形態は、両面増強層、および該両面増強層を備える光起電デバイスに関する。開示される両面増強層は、アルベド反射に対する薄膜光起電デバイスの量子効率を改善することができる。本明細書で使用される場合、アルベド反射は、これらに限定されないが、光起電デバイスの下の表面など、光起電デバイスの近くの物体から反射した日射エネルギーを指す。
【0006】
[0014]ここで図１を参照すると、光起電デバイス１００の一実施形態が概略的に示されている。光起電デバイス１００は、光を受け取り、光を電気エネルギーに変換するように構成されてもよく、たとえば、光子が光から吸収され、光起電力効果を介して電流に変換されてもよい。したがって、議論および明確化のために、光起電デバイス１００は、たとえば太陽などの一次光源に面するように構成された前面１０２を画定することができる。さらに、光起電デバイス１００は、たとえば、材料の複数の機能層によってなど、前面１０２から隔離された裏面１０４も画定することができる。動作中、光起電デバイス１００の裏面１０４は、二次光源、すなわち、アルベド反射の供給源に向くように構成されてもよい。たとえば、日光は、光起電デバイス１００の近くの物体によって反射され得る。一般に、地球、すなわち、砂、土、岩、またはいくつかの地表の覆い、たとえば、植物、雪もしくは水などは、アルベド反射の供給源であり得る。場合によっては、アルベド反射は、高い反射率の物体、たとえば、金属質物体または表面コーティングを用いて日光を集中させることによって、増強することができる。用語「光」は、これらに限定されないが、紫外線（ＵＶ）、赤外線（ＩＲ）、および電磁スペクトルの可視部分の波長など、電磁スペクトルのさまざまな波長を指すことができることに注意されたい。「太陽光」は、本明細書で使用される場合、太陽によって放射される光を指す。
【0007】
[0015]光起電デバイス１００は、前面１０２と裏面１０４との間に配置された複数の層を含んでもよい。本明細書で使用される場合、用語「層」は、表面上に設けられる材料の厚みを指す。各層は、隣接する表面の全てまたはいずれかの部分を覆うことができる。いくつかの実施形態において、光起電デバイス１００の層は、太陽電池セル２００のアレイに分割され得る。たとえば、光起電デバイス１００は、複数の直列スクライブ２０２および複数の並列スクライブ２０４に従ってスクライビングされてもよい。直列スクライブ２０２は、光起電デバイス１００の長さＹに沿って延び、光起電デバイス１００の長さＹに沿って太陽電池セル２００の境界を定めることができる。太陽電池セル２００において隣り合う複数のセルは、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って直列に接続されていてもよい。言い換えれば、隣り合う複数のセル２００のモノリシックインターコネクトは、すなわち、直列スクライブ２０２に隣接して形成されてもよい。並列スクライブ２０４は、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って延び、光起電デバイス１００の幅Ｘに沿って太陽電池セル２００の境界を定めることができる。動作中、電流２０５は、直列スクライブ２０２によって直列に接続された太陽電池セル２００を通って、幅Ｘに沿って優位に流れることができる。動作中、並列スクライブ２０４は、長さＹに沿って流れる電流２０５の能力を制限することができる。並列スクライブ２０４は任意であり、直列接続された太陽電池セル２００を、長さＹに沿って配列されたグループ２０６に分離するように構成されてもよい。
【0008】
[0016]図１をなおも参照すると、並列スクライブ２０４は、直列接続された太陽電池セル２００のグループ２０６を電気的に分離することができる。いくつかの実施形態において、太陽電池セル２００のグループ２０６は、たとえば、電気母線の使用を介してなど、並列に接続されていてもよい。任意に、並列スクライブ２０４の数は、太陽電池セル２００の各グループ２０６によって生成される最大電流を制限するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、各グループ２０６によって生成される最大電流は、たとえば、一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以下など、約２００ミリアンペア（ｍＡ）以下であってもよい。
【0009】
[0017]ここで図２を参照すると、光起電デバイス１００の層は、基板１１０上に設けられた薄膜積層体を含んでもよい。基板１１０は、光起電デバイス１００への光の透過を促進するように構成されてもよい。基板１１０は、光起電デバイス１００の前面１０２に配置されてもよい。図２および図３を併せて参照すると、基板１１０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１１２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１１４とを有してもよい。材料の１つまたは複数の層が、基板１１０の第１の表面１１２と第２の表面１１４との間に配置されてもよい。本明細書で使用される場合、用語「の上」は、積層体中の第１の層が第２の層に対して、第１の層と第２の層との少なくとも一部の間に、なんらかの介在層または介在物がある状態または無い状態で配置されることを意味し得る。
【0010】
[0018]図３を参照すると、基板１１０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１２２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１２４とを有する透明層１２０を含んでもよい。いくつかの実施形態において、透明層１２０の第２の表面１２４は、基板１１０の第２の表面１１４を形成してもよい。透明層１２０は、たとえば、ガラスなどの実質的に透明な材料から形成されてもよい。好適なガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、または鉄含有量の低いいずれかのガラスを挙げることができる。本明細書で使用される場合、用語「透明」は、約６００ｎｍ～約１，１００ｎｍの透過範囲にわたって、少なくとも約５０％の平均透過率を有する物体を指す。いくつかの実施形態において、透明な物体は、上昇した平均透過率、より広い透過範囲、または両方を有し得る。透明層１２０は、約２５０ｎｍ～約１，３００ｎｍの透過範囲にわたって、たとえば、一実施形態において約８０％超、またはさらに別の実施形態において約８５％超を含む、少なくとも８０％の平均透過率パーセンテージを有し得る。一実施形態において、透明層１２０は、約２５０ｎｍ～約１，３００ｎｍの透過範囲にわたって、約９０％以上の透過率を有するガラスから形成され得る。任意に、基板１１０は、透明層１２０の第１の表面１２２に塗布されたコーティング１２６を含んでもよい。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、汚れ防止コーティング、またはそれらの組み合わせなど、光と相互作用するように、または基板１１０の耐久性を向上させるように構成されてもよい。
【0011】
[0019]再び図２を参照すると、光起電デバイス１００は、光起電力積層体の他の層の劣化または剥離をもたらし得る、基板１１０からの汚染物質（たとえば、ナトリウム）の拡散を軽減するように構成されたバリア層１３０を含んでもよい。バリア層１３０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１３２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１３４とを有してもよい。いくつかの実施形態において、バリア層１３０は、基板１１０に隣接して設けられてもよい。たとえば、バリア層１３０の第１の表面１３２は、基板１００の第２の表面１１４上に設けられてもよい。本明細書で使用される語句「に隣接する」は、第１の層と第２の層とが連続的に、かつ第１の層と第２の層との少なくとも一部の間にいずれの介在物もない状態で配置されることを意味する。したがって、第１の層と第２の層との少なくとも一部は、互いに直接接触している。
【0012】
[0020]一般に、バリア層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、かつ高いナトリウム遮断能力および良好な粘着特性を有してもよい。あるいは、またはさらに、バリア層１３０は、光に色抑制を適用するように構成されてもよい。バリア層１３０は、酸化スズ、二酸化シリコン、アルミニウムでドーピングされた酸化シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化アルミニウムを含むが、これらに限定されない、好適な材料の１つまたは複数の層を含んでもよい。バリア層１３０は、たとえば、５ｎｍ～５０ｎｍ、一実施形態において約１０ｎｍ超、別の実施形態において約１５ｎｍ超、３０ｎｍ未満、またはさらなる実施形態において約２０ｎｍ未満を含む、第１の表面１３２および第２の表面１３４を境界とするいずれかの好適な厚さを有してもよい。
【0013】
[0021]図２をなおも参照すると、光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００によって生成された電荷キャリアを輸送するための電気接点を提供するように構成された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１４０を含んでもよい。ＴＣＯ層１４０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１４２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１４４とを有してもよい。いくつかの実施形態において、ＴＣＯ層１４０は、バリア層１３０に隣接して設けられてもよい。たとえば、ＴＣＯ層１４０の第１の表面１４２は、バリア層１３０の第２の表面１３４上に設けられてもよい。一般に、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もよい。ＴＣＯ層１４０は、約４００ｎｍ～約９００ｎｍの透過範囲にわたって、少なくとも７５％の平均透過率であり得る。ＴＣＯ層１４０の広いバンドギャップは、光の光子のエネルギーと比較してより大きなエネルギー値を有することができ、これは光の望ましくない吸収を軽減することができる。ＴＣＯ層１４０は、二酸化スズ、ドーピングされた二酸化スズ（たとえば、Ｆ－ＳｎＯ２）、インジウムスズ酸化物、またはスズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）を含むがこれらに限定されない、好適な材料の１つまたは複数の層を含んでもよい。ＴＣＯ層１４０がスズ酸カドミウムを含む実施形態において、スズ酸カドミウムは、結晶の形態で提供されてもよい。たとえば、スズ酸カドミウムは、膜として堆積され、その後、アニーリングプロセスに供され、これにより、薄膜が結晶化膜に変換されてもよい。
【0014】
[0022]光起電デバイス１００は、ＴＣＯ層１４０と、いずれかの隣接する半導体層との間に絶縁層を設けるように構成されたバッファ層１５０を含んでもよい。バッファ層１５０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１５２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１５４とを有してもよい。いくつかの実施形態において、バッファ層１５０は、ＴＣＯ層１４０に隣接して設けられてもよい。たとえば、バッファ層１５０の第１の表面１５２は、ＴＣＯ層１４０の第２の表面１４４上に設けられてもよい。バッファ層１５０は、固有二酸化スズ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｔｉｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛マグネシウム（たとえば、Ｚｎ１－ｘＭｇｘＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛スズ、酸化亜鉛、酸化スズシリコン、またはそれらのいずれかの組み合わせを含むがこれらに限定されない、ＴＣＯ層１４０よりも高い抵抗率を有する材料を含んでもよい。いくつかの実施形態において、バッファ層１５０の材料は、隣接する半導体層（たとえば、吸収体）の伝導バンドエネルギーに実質的に一致するように構成されてもよい。バッファ層１５０は、たとえば、１０ｎｍ～１５０ｎｍ、一実施形態において約１０ｎｍ超、別の実施形態において約１０ｎｍ～約８０ｎｍ、またはさらなる実施形態において約１５ｎｍ～約６０ｎｍを含む、第１の表面１５２と第２の表面１５４との間の厚さを有する。
【0015】
[0023]図２をなおも参照すると、光起電デバイス１００は、別の層と組になって光起電デバイス１００内にｐ－ｎ接合を形成するように構成された吸収体層１６０を含んでもよい。したがって、吸収された光の光子は、電子－正孔対を解離させ、キャリアフローを生成して、電気エネルギーをもたらすことができる。吸収体層１６０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１６２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１６４とを有してもよい。吸収体層１６０の厚さは、第１の表面１６２と第２の表面１６４との間に画定され得る。吸収体層１６０の厚さは、たとえば、一実施形態において約１０００ｎｍ～約７０００ｎｍ、別の実施形態において約１５００ｎｍ～約４０００ｎｍなど、約５００ｎｍ～約１０，０００ｎｍであってもよい。
【0016】
[0024]本明細書に記載される実施形態によれば、吸収体層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を有するｐ型半導体材料から形成されてもよい。吸収体層１６０は、たとえば、カドミウムおよびテルルのようなＩＩ－ＶＩ族半導体などの、いずれかの好適なｐ型半導体材料を含んでもよい。さらなる例としては、カドミウム、亜鉛、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が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、吸収体層１６０は、カドミウム、セレンおよびテルルの三元（たとえば、ＣｄＳｅｘＴｅ１－ｘ）、またはカドミウム、セレン、テルル、および１種または複数の追加元素を含む化合物（たとえば、ＣｄＺｎＳｅＴｅ）を含んでもよい。吸収体層１６０は、１種または複数のドーパントをさらに含んでもよい。本明細書で提供される光起電デバイス１００は、複数の吸収体材料を含んでもよい。
【0017】
[0025]吸収体層１６０がテルルおよびカドミウムを含む実施形態において、吸収体層１６０中のテルルの平均原子パーセントは、たとえば、一実施形態において約３０原子パーセント超約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原子パーセント超約５０原子パーセント未満など、約２５原子パーセント以上約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、吸収体層１６０中のテルルの平均原子パーセントは、たとえば、一実施形態において約４９％超など、約４５原子パーセント超であってもよい。本明細書に記載される平均原子パーセントは、吸収体層１６０全体の代表であり、吸収体層１６０内の特定の位置における材料の原子パーセントは、吸収体層１６０の全体組成と比較して、厚さによって勾配を付けることができることに留意されたい。たとえば、吸収体層１６０は、勾配を付けた組成を有してもよい。
【0018】
[0026]吸収体層１６０が勾配を付けた組成を有する場合、吸収体層１６０のバンドギャップを、吸収体層１６０の厚さ全体にわたって変化させることができ、すなわち、バンドギャップに勾配を付けることができる。いくつかの実施形態において、吸収体層１６０は、吸収体層１６０の第１の表面１６２における第１のバンドギャップと、吸収体層１６０の第２の表面１６４における第２のバンドギャップとを有し得る。たとえば、第２のバンドギャップは、吸収体層１６０の第１のバンドギャップよりも大きくてもよい。一般に、動作中、第１のバンドギャップよりも大きなエネルギーに対応する波長を有する日光からの光子は、吸収体層１６０の第１の表面１６２付近で吸収され得る。たとえば、日光は、基板１１０、ＴＣＯ層１３０およびバッファ層１５０を通って透過し、吸収体層１６０によって吸収され得る。
【0019】
[0027]吸収体層１６０がセレンおよびテルルを含む実施形態において、吸収体層１６０中のセレンの平均原子パーセントは、たとえば、一実施形態において約１原子パーセント超約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原子パーセント超約８原子パーセント未満など、約０原子パーセント超約２５原子パーセント以下であってもよい。テルル、セレン、またはその両方の濃度は、吸収体層１６０の厚さによって勾配を付けることができることに留意されたい。たとえば、吸収体層１６０が、ｘのモル分率でセレンを含み、１－ｘのモル分率でテルルを含む化合物（ＳｅｘＴｅ１－ｘ）を含む場合、吸収体層１６０の第１の表面１６２からの距離によって、吸収体層１６０内においてｘが変動してもよい。
【0020】
[0028]さらに図２を参照すると、吸収体層１６０は、電荷キャリア濃度を操作するように構成されたドーパントでドーピングされていてもよい。いくつかの実施形態において、吸収体層１６０は、たとえば、ヒ素、リン、アンチモン、またはそれらの組み合わせなどのＶ族ドーパントでドーピングされていてもよい。あるいは、またはさらに、吸収体層１６０は、たとえば、銅、銀、金、またはそれらの組み合わせなどのＩＢ族ドーパントでドーピングされていてもよい。吸収体層１６０内のドーパントの総密度は、制御され得る。さらに、ドーパントの量は、吸収体層１６０の第１の表面１６２からの距離によって変動してもよい。
【0021】
[0029]本明細書で提供される実施形態によれば、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の一部に十分に近接して吸収体層１６０を設けることによって形成されてもよい。いくつかの実施形態において、吸収体層１６０は、ｎ型半導体材料に隣接して設けられてもよい。あるいは、吸収体層１６０とｎ型半導体材料との間に１つまたは複数の介在層が設けられてもよい。いくつかの実施形態において、吸収体層１６０は、バッファ層１５０に隣接して設けられてもよい。たとえば、吸収体層１６０の第１の表面１６２は、第２の表面１５４と第１の表面１６２との少なくとも一部が直接接触状態となるように、バッファ層１５０の第２の表面１５４上に設けられてもよい。
【0022】
[0030]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、吸収体層１６０に電気接点を提供するように構成されたバックコンタクト層１７０を含んでもよい。バックコンタクト層１７０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１７２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１７４とを有してもよい。バックコンタクト層１７０の厚さは、第１の表面１７２と第２の表面１７４との間に画定され得る。バックコンタクト層１７０の厚さは、たとえば、一実施形態において約１０ｎｍ～約５０ｎｍなど、約５ｎｍ～約２００ｎｍであってもよい。
【0023】
[0031]いくつかの実施形態において、バックコンタクト層１７０は、吸収体層１６０に隣接して設けられてもよい。たとえば、バックコンタクト層１７０の第１の表面１７２は、吸収体層１６０の第２の表面１６４上に設けられてもよい。いくつかの実施形態において、バックコンタクト層１７０は、たとえば、さまざまな組成で亜鉛およびテルルを含有する１つまたは複数の層など、Ｉ、ＩＩ、ＶＩ族材料の組み合わせを含んでもよい。さらなる例示的な材料としては、テルル化カドミウム亜鉛およびテルル化亜鉛の二層、またはたとえば窒素などのＶ族ドーパントでドーピングされたテルル化亜鉛が挙げられるが、これらに限定されない。
【0024】
[0032]図２、および図４を併せて参照すると、光起電デバイス１００は、バックコンタクト層１７０、吸収体層１６０、またはその両方に電気接点を提供するように構成された導電層１８０を含んでもよい。導電層１８０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１８２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１８４とを有してもよい。いくつかの実施形態において、導電層１８０は、バックコンタクト層１７０または吸収体層１６０に隣接して設けられてもよい。たとえば、導電層１８０の第１の表面１８２は、バックコンタクト層１７０の第２の表面１７４または吸収体層１６０の第２の表面１６２上に設けられてもよい。導電層１８０の厚さは、第１の表面１８２と第２の表面１８４との間に画定され得る。導電層１８０の厚さは、たとえば、一実施形態において約４０ｎｍ～約４００ｎｍ、または約６０ｎｍ～約３５０ｎｍなど、約５００ｎｍ未満であってもよい。
【0025】
[0033]本明細書で提供される実施形態によれば、導電層１８０は、材料の１つまたは複数の機能層を含んでもよい。導電層１８０は、約６００ｎｍ～約９００ｎｍの透過範囲にわたって、少なくとも８０％の平均透過率パーセンテージを有し得る。導電層１８０は、たとえば吸収体層１６０などの、セル２００の活性領域に対する金属種の拡散を制限するように動作可能な拡散バリア層２１０を含んでもよい。吸収体層１６０への金属種の拡散は、セル２００の変換効率を低下させる場合がある。そのような劣化および性能の低下は、特に高温および／または多湿の環境と関連している場合がある。したがって、好適な拡散バリア２１０の使用により、光起電デバイス１００の性能を向上させることができる。
【0026】
[0034]拡散バリア層２１０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面２１２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面２１４とを有してもよい。拡散バリア層２１０の厚さは、第１の表面２１２と第２の表面２１４との間に画定され得る。拡散バリア層２１０の厚さは、たとえば、一実施形態において約２ｎｍ～約１００ｎｍ、または別の実施形態において約５ｎｍ～約５０ｎｍなど、約１２５ｎｍ未満であってもよい。
【0027】
[0035]いくつかの実施形態において、拡散バリア層２１０は、バックコンタクト層１７０に隣接して設けられてもよい。たとえば、拡散バリア層２１０の第１の表面２１２は、バックコンタクト層１７０の第２の表面１７４上に設けられてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、バックコンタクト層１８０の第１の表面１８２は、拡散バリア層２１０の第１の表面２１２によって形成されてもよい。一般に、拡散バリア層２１０は、「＋」型にドーピングされ得る好適な透過率を有する材料によって形成されてもよい。たとえば、約１×１０１６ｃｍ－３より大きい電荷密度は、「＋」型であると考えられてもよい。いくつかの実施形態において、拡散バリア層２１０は、ｎ＋にドーピングされていてもよい。代替的実施形態において、拡散バリア層２１０は、ｐ＋にドーピングされていてもよい。境界は厳密ではないが、電子ドナーキャリアが約１×１０１１ｃｍ－３～約１×１０１６ｃｍ－３の範囲で存在する場合、材料はｎ型と考えられてもよく、ドナーキャリア密度が約１×１０１６ｃｍ－３より大きい場合、ｎ＋型と考えられてもよい。同様に、材料は、電子アクセプタキャリア（すなわち「正孔」）が約１×１０１１ｃｍ－３～約１×１０１６ｃｍ－３の範囲で存在する場合はｐ型、アクセプタキャリア密度が約１×１０１６ｃｍ－３より大きい場合はｐ＋型と一般に考えられる。絶対的なキャリア密度に関係なく、キャリア濃度が少なくとも２桁（すなわち１００倍）高い場合、層はｐ型である層に対してｐ＋である（またはｎ型である層に対してｎ＋である）場合があるため、境界は厳密ではなく、重複する場合がある。さらに、約１×１０１８ｃｍ－３より大きい電荷密度は、「＋＋」型であると考えられてもよい。したがって、ｎ型またはｐ型のいずれかの層は、＋＋層が＋層の１００倍を超える同型キャリア密度を有する場合、それ自体がさらに第３の層に対して「＋」である同型の層に対して「＋＋」である場合がある。
【0028】
[0036]拡散バリア層２１０に好適な材料は、たとえば、酸窒化チタン（ＴｉＮｘＯｙ）または酸窒化モリブデン（ＭｏＮｘＯｙ）などの耐火性酸窒化物を含んでもよい。理論に拘束されるものではないが、出願人は、合金中の酸素の量が増加すると、酸窒化物は、向上した光学特性、すなわち、透過率の増加を示す場合があることを発見した。しかしながら、さらに、増加した酸素によって電気伝導率は低下する場合があると考えられている。透明拡散バリア３１０での使用に好適な材料の別の群としては、たとえば、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）および非晶質カドミウムスズ酸化物（ＣｄｘＳｎＯ４材料、式中、０．５≦ｘ≦２）などの透明導電性酸化物が挙げられる。これらの透明導電性酸化物は、Ｆ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｉなど、およびその他の不純物をドープし、電気的、光学的特性を変えられてもよい。
【0029】
[0037]図２および図４をなおも参照すると、導電層１８０は、低いデバイス直列抵抗をもたらすように構成された高導電率層２２０を含んでもよい。高導電率層２２０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面２２２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面２２４とを有してもよい。高導電率層２２０の厚さは、第１の表面２２２と第２の表面２２４との間に画定され得る。高導電率層２２０の厚さは、たとえば、一実施形態において約３０ｎｍ～約３００ｎｍ、別の実施形態において約５０ｎｍ～約２５０ｎｍ、またはさらなる実施形態において約１００ｎｍ～約２５０ｎｍなど、約３００ｎｍ未満であってもよい。
【0030】
[0038]いくつかの実施形態において、高導電率層２２０は、拡散バリア層２１０と比較して、吸収体層１６０またはバックコンタクト層１７０からさらに離れた位置に配置されてもよい。したがって、拡散バリア層２１０は、吸収体層１６０と高導電率層２２０との間、またはバックコンタクト層１７０と高導電率層２２０との間に配置されてもよい。具体的には、いくつかの実施形態において、高導電率層２２０は、高導電率層に隣接して設けられてもよい。たとえば、高導電率層２２０の第１の表面２２２は、拡散バリア層２１０の第２の表面２１４上に設けられてもよい。一般に、高導電率層２２０は、「＋＋」型にドーピングされ得る好適な透過率を有する材料によって形成されてもよい。いくつかの実施形態において、拡散バリア層２１０は、ｎ＋＋にドーピングされていてもよい。したがって、高導電率層２２０は、縮退するようにドーピングされた透明導電性酸化物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、高導電率層２２０は、それ自体または酸化物ドーパントでｎ＋＋にドーピングされていてもよい。好適な酸化物ドーパントとしては、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、またはそれらのいずれかの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。出願人は、たとえば、酸化インジウムドープ酸化カドミウム（ＣｄＯ：Ｉｎ２Ｏ３）または酸化ガリウムドープ酸化カドミウム（ＣｄＯ：Ｇａ２Ｏ３）などの酸化カドミウム（ＣｄＯ）が、好適な光学特性を有する他の透明導電性酸化物と比較して、比較的高い電気移動度を有することを発見した。したがって、酸化カドミウムを含む高導電率層２２０の実施形態は、比較的高い充填率、および向上した光起電力性能を示した。
【0031】
[0039]本明細書で提供される実施形態によれば、導電層１８０は、高温多湿環境における高導電率層２２０の腐食を軽減するように動作可能なキャッピング層２３０を含んでもよい。キャッピング層２３０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面２３２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面２３４とを有してもよい。キャッピング層２３０の厚さは、第１の表面２３２と第２の表面２３４との間に画定され得る。キャッピング層２３０の厚さは、たとえば、一実施形態において約２ｎｍ～約１００ｎｍ、または別の実施形態において約５ｎｍ～約５０ｎｍなど、約１２５ｎｍ未満であってもよい。
【0032】
[0040]いくつかの実施形態において、キャッピング層２３０は、高導電率層２２０と比較して、吸収体層１６０またはバックコンタクト層１７０からさらに離れた位置に配置されてもよい。したがって、高導電率層２２０は、拡散バリア層２１０とキャッピング層２３０との間に配置されてもよい。具体的には、いくつかの実施形態において、キャッピング層２３０は、高導電率層２２０に隣接して設けられてもよい。たとえば、キャッピング層２３０の第１の表面２３２は、高導電率層２２０の第２の表面２２４上に設けられてもよい。キャッピング層２３０は、たとえば、スズ酸カドミウムなどの透明導電性酸化物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、キャッピング層は、非晶質スズ酸カドミウムを含んでもよい。
【0033】
[0041]再び図２を参照すると、光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００の裏面１０４を通って透過するアルベド反射の電磁スペクトルを変化させるように構成された、両面増強層１９０を含んでもよい。両面増強層１９０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面１９２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面１９４とを有してもよい。両面増強層１９０の厚さは、第１の表面１９２と第２の表面１９４との間に画定され得る。両面増強層１９０の厚さは、１，０００，０００ｎｍ未満であり得る。両面増強層１９０の厚さは、たとえば、いくつかの実施形態において、５０ｎｍ～５０，０００ｎｍ、５０ｎｍ～５，０００ｎｍ、または約１００ｎｍ～約２，５００ｎｍなど、約５０ｎｍ～約５００，０００ｎｍであり得る。
【0034】
[0042]図２、および図５を併せて参照すると、両面増強層１９０は、複数のナノメートル規模の粒子、たとえば、ナノ結晶または量子ドット１９６などを含んでもよい。一般に、ナノメートル規模の粒子は、約５０ｎｍ未満の平均直径を有する物体である。層内の粒子の平均サイズは、層の断面において、電子顕微鏡法および画像処理を使用して測定され得る。好適なナノ結晶は、たとえば、ＡＢＸ３組成を有する化合物などのペロブスカイト材料から形成され得る。Ａとしては、セリウム、メチルアンモニウム、またはホルムアミジニウムの１つまたは複数を挙げることができる。Ｂとしては、たとえば、鉛またはスズなどの１種または複数の金属を挙げることができる。Ｘとしては、たとえば、塩素、臭素、またはヨウ素などの１種または複数のハライドを挙げることができる。
【0035】
[0043]図２および図６を併せて参照すると、両面増強層１９０は、吸収スペクトル２４０によって特徴付けることができ、本明細書で提供される実施形態による吸収体層１６０と組になるように合わせることができる。図６は、波長（ｎｍ）に対してプロットされる、両面増強層１９０の実施形態の吸光度を、右の縦軸に従う任意単位（arbitrary unit:ａ．ｕ．）を用いて視覚的に示す。吸光度は、１という値が、両面増強層１９０によって吸収される、両面増強層１９０に入射する波長に対応する光の１００％に対応するように、倍率変更される。吸収スペクトル２４０は、吸収端２４２を含み得る。吸収端２４２は、吸収スペクトル２４０の吸光度のほとんどの消失を含む、吸収スペクトル２４０の部分を区分する、吸収スペクトル２４０の傾斜の切れ目であり得る。本明細書で提供される場合、吸収スペクトル２４０は、吸収スペクトル２４２の極大吸収の１５％に等しい吸光度の波長に対応する、カットオフ波長２４３を有し得る。カットオフ波長２４３は、有効吸光度不足を区分する、吸収端２４２に沿って位置付けられ得る。吸収端２４２のカットオフ波長２４３は、約６６０ｎｍとして図６に示されるが、吸収端２４２のカットオフ波長２４３は、本開示に従って変動し得ることに注意されたい。いくつかの実施形態において、吸収端２４２のカットオフ波長２４３は、たとえば、約６００ｎｍ以下、および一実施形態において約８００ｎｍ以下など、８００ｎｍ以下であり得る。
【0036】
[0044]図６はさらに、本明細書で提供される実施形態による吸収体層１６０と組になるように合わせることができる、両面増強層１９０の実施形態の放射フォトルミネセンス２４４を視覚的に示す。放射フォトルミネセンス２４４は、右の縦軸に従う任意単位を用いて、波長（ｎｍ）に対してプロットされる。一般に、両面増強層１９０は、光を「ダウンシフト」するように構成され得る。したがって、放射フォトルミネセンス２４４は、吸収スペクトル２４０のカットオフ波長２４３よりも長い波長を有する、ピーク２４６を有し得る。あるいは、またはさらに、放射フォトルミネセンス２４４は、入射光のエネルギーの大部分が、吸収スペクトル２４０のカットオフ波長２４３よりも長い波長にシフトした、半値全幅（ＦＷＨＭ）２４８を有し得る。
【0037】
[0045]量子ドット１９６を含む実施形態において、各量子ドット１９６は、１種の半導体材料、または複数の半導体材料、すなわちコア／シェル構成から形成され得る。好適な半導体材料としては、たとえば、硫化銅インジウム、硫化銀インジウム、硫化鉛、セレン化鉛、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、ヒ化インジウム、およびリン化インジウムなどのＩ－ＩＩＩ－ＶＩ族ナノ結晶、またはＩＩ－ＶＩ族半導体ナノ結晶が挙げられる。量子ドット１９６は、たとえば、ある実施形態において約０．１ｎｍ超かつ１５ｎｍ未満、一実施形態において約１ｎｍ超かつ１０ｎｍ未満、４ｎｍ超かつ１３ｎｍ未満、別の実施形態において２ｎｍ超かつ８ｎｍ未満、または約１ｎｍ超かつ約５ｎｍ未満など、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満の平均直径を有し得る。量子ドット１９６がナノメートル規模であることによって、量子ドット１９６は、同じ材料から形成されるより大きな物体とは異なる光学特性を有する。量子ドット１９６の吸光度およびフォトルミネセンスは、半導体材料のバンドギャップ、および量子ドット１９６の直径の関数として調整され得る。所与のバンドギャップについて、量子ドット１９６の直径の増大は、フォトルミネセンスのピークの波長を増大させることができる。一般に、量子ドット１９６は、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長について、１０４ｃｍ－１超の平均吸収係数を有し得る。
【0038】
[0046]いくつかの実施形態において、両面増強層１９０は、量子ドット１９６の積層配列を含んでもよい。たとえば、両面増強層１９０は、互いの上に積み重ねられて厚さを形成する、複数の量子ドット１９６を含んでもよい。量子ドット１９６は、両面増強層１９０内に複数の間隙が存在するように分散され得る。間隙は、開放されていてもよく、たとえば透明材料などの充填材料によって充填されてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、量子ドット１９６は、たとえば、両面増強層１９０の体積の２％以上、５％以上、５％～４５％、１５％～３５％、または２０％～３０％など、両面増強層１９０の体積の少なくとも約１％を充填することができる。いくつかの実施形態において、量子ドット１９６は、たとえば、両面増強層１９０の体積の約６０％～９０％など、両面増強層１９０の体積の少なくとも約５５％を充填することができる。あるいは、またはさらに、量子ドット１９６は、導電層１８０の第２の表面１８４に直接適用され得る。量子ドット１９６は、導電層１８０の第２の表面１８４上に、５５％超の面密度で設けられ得る。いくつかの実施形態において、量子ドット１９６は、導電層１８０の第２の表面１８４に対して、５５％～１００％、６５％～９５％、７５％～９９％、８０％～１００％、または９０％～１００％の範囲内の面密度で設けられ得る。
【0039】
[0047]再び図２を参照すると、光起電デバイス１００は、光起電デバイス１００に湿気保護を提供するように構成された、中間層１９８を含んでもよい。中間層１９８は、これに限定されないが、熱可塑性材料など、硬化プロセスの前またはプロセス中に流すことができる透明材料を含んでもよい。熱可塑性材料としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリル系物質（ＰＭＭＡ）、セルロイド、酢酸セルロース、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、シリコン、エポキシ、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、イオノマー、ＫＹＤＥＸ（登録商標）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミド－イミド（ＰＡＩ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリヒドロキシアルカン酸（ＰＨＡ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、塩素化ポリエチレン（ＰＥＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、もしくはスチレン－アクリロニトリル（ＳＡＮ）、またはいずれかの他の好適な材料、またはそれらのいずれかの組み合わせを挙げることができる。ある種の実施形態において、中間層１９８は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、シリコン、またはエポキシを含んでもよい。
【0040】
[0048]いくつかの実施形態において、中間層１９８は、両面増強層１９０の上に設けられ得る。したがって、両面増強層１９０は、中間層１９８と導電層１８０との間に配置され得る。任意に、中間層１９８は、両面増強層１９０に隣接していてもよい。いくつかの実施形態において、中間層１９８は、両面増強層１９０の量子ドット１９６に直接接触していてもよい。あるいは、またはさらに、両面増強層１９０と中間層１９８とは、単一の層に組み合わせられ得る。たとえば、量子ドット１９６（図５）は、中間層１９８内に分散していてもよい。
【0041】
[0049]光起電デバイス１００は、基板１１０と組になって、光起電デバイス１００用のハウジングを形成するように構成された背面支持体２５０を含んでもよい。背面支持体２５０は、光起電デバイス１００の裏面１０４に配置されてもよい。背面支持体２５０は、実質的に光起電デバイス１００の前面１０２に向いた第１の表面２５２と、実質的に光起電デバイス１００の裏面１０４に向いた第２の表面２５４とを有してもよい。背面支持体２５０は、たとえば、ホウケイ酸ガラス、フロートガラス、ソーダ石灰ガラス、炭素繊維、またはポリカーボネートを含む、いずれの好適な透明材料を含んでもよい。背面支持体２５０、基板１１０、および中間層１９８は、光起電デバイス１００のさまざまな層を、湿気および他の環境における危険への曝露から保護することができる。いくつかの実施形態において、基板１１０および背面支持体２５０は、積層プロセスを通じて、中間層１９８と互いに結合され得る。たとえば、背面支持体２５０の第１の表面２５２は、中間層１９８と直接接触していてもよい。
【0042】
[0050]ここで図７を参照すると、光起電デバイス２６０の実施形態は、背面支持体２５０と中間層１９８との間に配置された両面増強層１９０を含んでもよい。たとえば、両面増強層１９０の第２の表面１９４は、背面支持体２５０の第１の表面２５２と直接接触していてもよい。
【0043】
[0051]図２、図６および図７を併せて参照すると、両面増強層１９０の実施形態は、光起電デバイス１００、２６０の両面性能を改善するように構成される。場合によっては、光起電デバイス１００、２６０は、吸収体層１６０の表界面１６６で当初受け取った光の変換において、吸収体層１６０の裏界面１６８で当初受け取った光と比較して、より効率的であり得る。表界面１６６は、吸収体層１６０の第１の表面１６２と、隣接する、光変換中に電子を輸送するように構成された層の積層体との間に形成され得る。いくつかの実施形態において、表界面１６６は、吸収体層１６０の第１の表面１６２と、バッファ層１５０の第２の表面１５４との間に形成され得る。裏界面１６８は、吸収体層１６０の第２の表面１６４と、隣接する、光変換中に正孔を輸送するように構成された層の積層体との間に形成され得る。いくつかの実施形態において、裏界面１６８は、吸収体層１６０の第２の表面１６４と、バックコンタクト１７０の第１の表面１７２との間に形成され得る。
【0044】
[0052]シリコン系光起電デバイスとは対照的に、たとえば、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ等を用いたデバイスなどの薄膜光起電デバイスは、表界面１６６と比較して非効率な裏界面１６８を有し得る。この非効率は、吸収体層１６０の特定の組成、および吸収体層１６０のドーパントレベルによる影響であり得る。さらに、非効率は、吸収体層１６０に隣接するいずれかの層の組成、界面の不活性化、および製造プロセスを含む、他の要因によって生じることもある。具体的には、裏界面１６８は、比較的大きな表面再結合速度および短いキャリア寿命を有することがあり、電力に変換され得る光の量が低減し得る。単純に述べると、裏界面１６８において当初受け取られた比較的多量の光のエネルギーは、エネルギーが電力として供給され得る前に、キャリア再結合のために失われることがある。裏界面１６８の表面再結合速度は、望ましくないことに、たとえば、転移および面欠陥（たとえば、粒界および表面界面）などのモルフォロジー欠陥によって、ならびにバンドベンディングを生じ得る表面電荷によって上昇し得る。したがって、これらに限定されないが、吸収体層１６０の材料を変更すること、裏界面１６８のモルフォロジーを改善すること、裏界面１６８を不活性化すること、またはそれらのいずれかの組み合わせなど、組成変化のためのさまざまな変更によって効率が改善され得る。対照的に、本明細書で提供される実施形態は、吸収体層１６０、裏界面１６８、または両方の組成を直接的に変化させることなく、吸収体層１６０の効率を改善するための、両面増強層１９０の使用に関する。
【0045】
[0053]図２、図６および図７をなおも参照すると、表界面１６６において受け取った光と比較して、裏界面１６８において受け取った光に対する平均量子効率が低いことは、裏界面１６８において、表界面１６６に対して、表面再結合速度が望ましくないことに上昇していることを示し得る。例示的な表界面１６６の量子効率プロファイル２７０、および例示的な裏界面１６８の量子効率プロファイル２８０が、図６において、波長に対してプロットされる。裏界面１６８は、表界面１６６と比較して低い平均量子効率を有し得る。具体的には、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏界面１６８の平均量子効率は５０％以下であり得、かつ５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表界面１６６の平均量子効率の５％以上であり得、たとえば、一実施形態において４５％以下かつ８％以上、または別の実施形態において４０％以下かつ１０％以上であり得る。
【0046】
[0054]吸収体層１６０の表界面１６６によってまず受け取られる光の量子効率プロファイル２７０は、示される通り、ＦＷＨＭ２７２およびピーク２７４を有する。同様に、吸収体層１６０の裏界面１６８によってまず受け取られる光の量子効率プロファイル２８０は、ＦＷＨＭ２８２およびピーク２８４を有する。上に述べた通り、表界面１６６は、裏界面１６８よりも出力変換が効率的であり得る。したがって、表界面１６６の量子効率プロファイル２７０のＦＷＨＭ２７２は、裏界面１６８の量子効率プロファイル２８０のＦＷＨＭ２８２よりも大きいことがあり、たとえば、一実施形態において、量子効率プロファイル２７０のＦＷＨＭ２７２は、量子効率プロファイル２８０のＦＷＨＭ２８２よりも少なくとも２倍大きいことがあり、または別の実施形態において、量子効率プロファイル２７０のＦＷＨＭ２７２は、量子効率プロファイル２８０のＦＷＨＭ２８２よりも少なくとも３倍大きいことがある。あるいは、またはさらに、表界面１６６の量子効率プロファイル２７０のピーク２７４は、裏界面１６８の量子効率プロファイル２８０のピーク２８４よりも大きいことがあり、たとえば、一実施形態において、量子効率プロファイル２７０のピーク２７４は、量子効率プロファイル２８０のピーク２８４よりも１．１倍大きいことがあり、または別の実施形態において、量子効率プロファイル２７０のピーク２７４は、量子効率プロファイル２８０のピーク２８４よりも少なくとも１．２倍大きいことがある。
【0047】
[0055]本明細書で提供される場合、両面増強層１９０は、アルベド反射に対する裏界面１６８の出力変換効率を改善するように構成され得る。一般に、両面増強層１９０は、広い波長のスペクトルにわたって、アルベド反射と相互作用するように動作させ、アルベド反射をより狭いフォトルミネセンススペクトルに変換することができる。いくつかの実施形態において、両面増強層１９０は、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光を吸収することができる。たとえば、両面増強層１９０は、たとえば、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の８５％～１００％、少なくとも８５％、または少なくとも約９０％など、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の少なくとも約８５％を吸収することができる。別の実施形態において、両面増強層１９０は、たとえば、いくつかの実施形態において、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の５０％～９５％、６０％～９５％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、もしくは少なくとも約９０％、または別の実施形態において、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の少なくとも約９５％など、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の少なくとも約５０％を吸収することができる。
【0048】
[0056]本明細書で提供される実施形態によれば、両面増強層１９０によって提供される放射フォトルミネセンス２４４は、光のダウンシフトに対応する振動数において、ピーク２４６を有し得る。たとえば、フォトルミネセンスのピーク２４６の波長は、たとえば、一実施形態において８２５ｎｍ～８７５ｎｍ、別の実施形態において８３０ｎｍ以上かつ８７０ｎｍ以下、または別の実施形態において８４０ｎｍ以上かつ８６０ｎｍ以下など、約８２０ｎｍよりも大きいことがある。あるいは、またはさらに、両面増強層１９０によって提供される放射フォトルミネセンス２４４は、アルベド反射と比較して、相対的に狭いピークを有し得る。たとえば、放射フォトルミネセンスのピーク２４６は、たとえば、一実施形態において６０ｎｍ未満、または別の実施形態において約１０ｎｍ～５０ｎｍなど、１００ｎｍ未満のＦＷＨＭ２４８を有し得る。あるいは、またはさらに、放射フォトルミネセンス２４４のピーク２４６に変換される、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する入射光子の量子収率は、たとえば、一実施形態において約６０％超など、５０％超であり得る。
【0049】
[0057]図２、図６および図７をなおも参照すると、本開示によれば、光起電デバイス１００、２６０の実施形態の両面性能は、裏界面１６８の量子効率プロファイル２８０のピーク２８４へ、光をダウンシフトさせることによって改善され得る。このようなダウンシフトは、電流損失を生じ得ることに注意されたい。たとえば、短絡電流ＪＳＣにおける損失は、両面増強層１９０の吸収スペクトル２４０と、裏界面１６８の量子効率プロファイル２８０との間の重なり２８６に相関し得る。したがって、所与の吸収体層１６０について、両面増強層１９０の吸収端２４２は、両面増強層１９０による吸収に起因して失われる、短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓの量に影響を及ぼし得る。
【0050】
[0058]その関係は、下に等式１として提供され、式中、ＱＥ（λ）は、裏界面１６８の波長に応じた量子効率であり、ＲＩ（λ）は、波長に応じた背面放射照度であり、ＡＢ（λ）は、の波長に応じた吸光度である。
【0051】
【数1】
【0052】
いくつかの実施形態では、両面増強層１９０による吸収に起因する短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓの量は、たとえば、一実施形態において、０．０５ｍＡ／ｃｍ２以上かつ１５ｍＡ／ｃｍ２以下、または別の実施形態において０．５ｍＡ／ｃｍ２以上かつ１０ｍＡ／ｃｍ２以下など、約２０ｍＡ／ｃｍ２未満であり得る。
【0053】
[0059]図２、図４および図６を併せて参照すると、光起電デバイス１００、２６０の介在層は、両面増強層１９０の放射フォトルミネセンス２４４を透過するように構成され得る。たとえば、バックコンタクト層１７０、導電層１８０、中間層１９８、またはそれらのいずれかの組み合わせは、両面増強層１９０の放射フォトルミネセンス２４４のピーク２４６の波長に対して、たとえば、一実施形態において９０％以上の透過率など、８５％以上の透過率を有し得る。
【実施例】
【0054】
[0060]図８および図９を併せて参照すると、本開示の実施形態のさまざまな実施例をシミュレートし、本明細書に示される両面増強層の使用に起因する短絡電流ＪＳＣにおける正味の利得を決定した。短絡電流における正味の変化ＪｓｃＮｅｔは、下の等式２および３によって与えられ、式中、ＱＹは、両面増強層１９０の量子収率であり、ＡＢ（λ）は、両面増強層１９０の波長に応じた吸光度であり、ＲＩ（λ）は、波長に応じた背面放射照度であり、ＰＬ（λ）は、両面増強層１９０の波長に応じたフォトルミネセンスであり、ＱＥ（λ）は、裏界面１６８の波長に応じた量子収率である。
【0055】
【数2】
【0056】
シミュレートされる両面増強層の放射フォトルミネセンス（図９）のピークを、シミュレートされる裏界面の量子効率プロファイル（図８）のピークと並べた。シミュレートされる両面増強層を通る光学入力として、ＡＭ １．５スペクトルを使用した。シミュレートされる裏界面の量子効率プロファイル（図８）のＦＷＨＭは、２２ｎｍ、５５ｎｍ、８８ｎｍ、１２０．７ｎｍ、１５３ｎｍ、および１８６ｎｍにおいてシミュレートした。図８は、２２ｎｍのプロファイル線８０１、５５ｎｍのプロファイル線８０２、８８ｎｍのプロファイル線８０３、１２０．７ｎｍのプロファイル線８０４、１５３ｎｍのプロファイル線８０５、および１８６ｎｍのプロファイル線８０６を示し、それぞれ、シミュレートされる裏界面の量子効率プロファイルのＦＷＨＭに対応する。シミュレートされる裏界面の量子効率プロファイルのピークは、一定に保たれた。シミュレートされる両面増強層の放射フォトルミネセンス（図９）のＦＷＨＭは、１ｎｍ、３０ｎｍ、６０ｎｍ、９１ｎｍ、１２１ｎｍ、１５２ｎｍ、および１８３ｎｍにおいてシミュレートした。図９は、１ｎｍの線９０１、３０ｎｍの線９０２、６０ｎｍの線９０３、９１ｎｍの線９０４、１２１ｎｍの線９０５、１５２ｎｍの線９０６、および１８３ｎｍの線９０７を示し、それぞれ、シミュレートされる両面増強層の放射フォトルミネセンスのＦＷＨＭに対応する。シミュレートされる両面増強層裏界面の放射フォトルミネセンスのピークは、一定に保たれた。
【0057】
[0061]シミュレーションは、１の吸光度（ａ．ｕ．）、ならびに６６０ｎｍ、７２０ｎｍ、および７９０ｎｍの吸収端のカットオフ振動数を用いて、３種の異なる吸光プロファイルを使用して行った。両面増強層に起因して失われる短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓ（ｍＡ／ｃｍ２）の量を、各吸光プロファイルおよび各量子効率プロファイルについて決定した。結果を、下の表１に提供する。
【0058】
【表1】
【0059】
[0062]６６０ｎｍの吸収端のカットオフ波長を用いて、各放射フォトルミネセンス（図９）および量子効率プロファイル（図８）についてシミュレーションを行った。各組み合わせについて、短絡電流における正味の変化ＪｓｃＮｅｔ（ｍＡ／ｃｍ２）を下の表２に提供する。
【0060】
【表2】
【0061】
[0063]７２０ｎｍの吸収端のカットオフ波長を用いて、各放射フォトルミネセンス（図９）および量子効率プロファイル（図８）についてシミュレーションを行った。各組み合わせについて、短絡電流における正味の変化ＪｓｃＮｅｔ（ｍＡ／ｃｍ２）を下の表３に提供する。
【0062】
【表3】
【0063】
[0064]７８０ｎｍの吸収端のカットオフ波長を用いて、各放射フォトルミネセンス（図９）および量子効率プロファイル（図８）についてシミュレーションを行った。各組み合わせについて、短絡電流における正味の変化ＪｓｃＮｅｔ（ｍＡ／ｃｍ２）を下の表４に提供する。
【0064】
【表4】
【0065】
[0065]表２～４にまとめたシミュレーションでは、性能が上昇しており、すなわち、ＡＭ １．５スペクトルのダウンシフトを通じて、短絡電流の正味の変化ＪｓｃＮｅｔは大きかった。一般に、短絡電流の正味の変化ＪｓｃＮｅｔは、放射フォトルミネセンスがより狭いＦＷＨＭを有することによって、改善し得る。さらに、放射フォトルミネセンスのＦＷＨＭが狭くなると、短絡電流の正味の変化ＪｓｃＮｅｔの感受性が低下して、裏界面の量子効率プロファイルのＦＷＨＭが広くなる傾向にある。反対に、放射フォトルミネセンスのＦＷＨＭが広くなると、裏界面の量子効率プロファイルのＦＷＨＭに対して、短絡電流の正味の変化ＪｓｃＮｅｔの感受性が上昇する傾向にある。
【0066】
[0066]ここで、両面増強層は、高効率両面光起電モジュールの一部として利用され得ることが理解されるべきである。たとえば、ダウンシフト層は、アルベド反射のエネルギーレベルを低下させ、吸収体層内の出力変換の制御を向上させるために利用され得る。このような制御は、吸収体層の組成を著しく改変することなく、高出力密度かつ高効率の両面光起電モジュールを実施するために使用され得る。
【0067】
[0067]本明細書に示される実施形態によれば、両面光起電デバイスは、吸収体層および両面増強層を含んでもよい。吸収体層は、表界面および裏界面を有し得る。表界面は、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表平均量子効率を有し得る。裏界面は、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏平均量子効率を有し得る。裏平均量子効率は、表平均量子効率の５０％以下、かつ表平均量子効率の５％以上であり得る。両面増強層は、吸収体層の上にあってもよく、吸収体層の表界面と比較して、吸収体層の裏界面に近く配置され得る。両面増強層は、両面増強層の吸収端のカットオフ振動数以下の吸収波長を有する光を吸収することができる。カットオフ振動数は、両面増強層の極大吸収の１５％に等しい吸光度の振動数である。両面増強層は、ピークを有する放射フォトルミネセンスを放射することができる。両面増強層の放射フォトルミネセンスのピークの波長は、吸収端のカットオフ波長よりも大きくてもよい。両面増強層のフォトルミネセンスのピークは、１００ｎｍ未満の半値全幅を有し得る。
【0068】
[0068]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、または他の表現に起因し得る、内在する不確実性の程度を表すために利用されてもよいことに留意されたい。これらの用語はまた、本明細書において、問題となっている主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、記載された参照事項から定量的表現が変動し得る程度を表すために利用される。
【0069】
[0069]特定の実施形態が本明細書で例示され、説明されてきたが、請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな他の変更および修正がなされてもよいことを理解されたい。さらに、請求される主題のさまざま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。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求される主題の範囲内にあるそのような変更および修正を全て包含することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-25
【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】
吸収体層および両面増強層を備える両面光起電デバイスであって、前記吸収体層が、表界面および裏界面を有し、前記表界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表平均量子効率を有し、前記裏界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏平均量子効率を有し、前記裏平均量子効率が、前記表平均量子効率の５０％以下、かつ前記表平均量子効率の５％以上であり；
前記両面増強層が、前記吸収体層の上にあり、前記吸収体層の前記表界面と比較して、前記吸収体層の前記裏界面に近く配置されており、
前記両面増強層が、前記両面増強層の吸収端のカットオフ波長以下の吸収波長を有する光を吸収し；
前記カットオフ波長が、前記両面増強層の極大吸収の１５％に等しい吸光度に対応し；
前記両面増強層が、ピークを有する放射フォトルミネセンスを放射し；
前記両面増強層の前記放射フォトルミネセンスの前記ピークの波長が、前記吸収端の前記カットオフ波長よりも大きく；そして
前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークが、１００ｎｍ未満の半値全幅を有する、
両面光起電デバイス。
【請求項2】
前記両面増強層による吸収に起因する短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓが２０ｍＡ／ｃｍ２未満である、請求項１に記載の光起電デバイス。
【請求項3】
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項4】
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項5】
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項6】
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項7】
前記吸収体層がセレンを含み、前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項8】
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項9】
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項10】
前記中間層が前記両面増強層の前記量子ドットと直接接触している、請求項９に記載の光起電デバイス。
【請求項11】
前記両面増強層の前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項12】
前記両面増強層の前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項13】
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項14】
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項15】
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルの半値全幅が、前記裏量子効率プロファイルの半値全幅よりも少なくとも２倍大きい、
請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【請求項16】
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルのピークが、前記裏量子効率プロファイルのピークよりも大きい、
請求項１または２に記載の光起電デバイス。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0069】
[0069]特定の実施形態が本明細書で例示され、説明されてきたが、請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな他の変更および修正がなされてもよいことを理解されたい。さらに、請求される主題のさまざま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。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求される主題の範囲内にあるそのような変更および修正を全て包含することが意図される。
［発明の態様］
［１］
吸収体層および両面増強層を備える両面光起電デバイスであって、
前記吸収体層が、表界面および裏界面を有し、前記表界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表平均量子効率を有し、前記裏界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏平均量子効率を有し、前記裏平均量子効率が、前記表平均量子効率の５０％以下、かつ前記表平均量子効率の５％以上であり；
前記両面増強層が、前記吸収体層の上にあり、前記吸収体層の前記表界面と比較して、前記吸収体層の前記裏界面に近く配置されており、
前記両面増強層が、前記両面増強層の吸収端のカットオフ波長以下の吸収波長を有する光を吸収し；
前記カットオフ波長が、前記両面増強層の極大吸収の１５％に等しい吸光度に対応し；
前記両面増強層が、ピークを有する放射フォトルミネセンスを放射し；
前記両面増強層の前記放射フォトルミネセンスの前記ピークの波長が、前記吸収端の前記カットオフ波長よりも大きく；そして
前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークが、１００ｎｍ未満の半値全幅を有する、
両面光起電デバイス。
［２］
前記両面増強層による吸収に起因する短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓが２０ｍＡ／ｃｍ２未満である、１に記載の光起電デバイス。
［３］
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、１に記載の光起電デバイス。
［４］
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および
前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、１に記載の光起電デバイス。
［５］
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１に記載の光起電デバイス。
［６］
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１に記載の光起電デバイス。
［７］
前記吸収体層がセレンを含む、１に記載の光起電デバイス。
［８］
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、７に記載の光起電デバイス。
［９］
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、１に記載の光起電デバイス。
［１０］
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、１に記載の光起電デバイス。
［１１］
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、１０に記載の光起電デバイス。
［１２］
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、１０に記載の光起電デバイス。
［１３］
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、１０に記載の光起電デバイス。
［１４］
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、１３に記載の光起電デバイス。
［１５］
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、１０に記載の光起電デバイス。
［１６］
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、１０に記載の光起電デバイス。
［１７］
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、１に記載の光起電デバイス。
［１８］
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、１に記載の光起電デバイス。
［１９］
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、１または２に記載の光起電デバイス。
［２０］
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および
前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、１から２および１９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２１］
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１から２および１９から２０のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２２］
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１から２および１９から２１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２３］
前記吸収体層がセレンを含む、１から２および１９から２２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２４］
前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、２３に記載の光起電デバイス。
［２５］
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中のセレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、１から２および１９から２４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２６］
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、１から２および１９から２５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２７］
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、１から２および１９から２６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２８］
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、２７に記載の光起電デバイス。
［２９］
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、２７または２８に記載の光起電デバイス。
［３０］
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、２７から２９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３１］
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、３０に記載の光起電デバイス。
［３２］
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、２７から３１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３３］
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、２７から３２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３４］
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、１から２および１９から３３のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３５］
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、１から２および１９から３４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３６］
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；
前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルの半値全幅が、前記裏量子効率プロファイルの半値全幅よりも少なくとも２倍大きい、
１から２および１９から３５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３７］
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；
前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルのピークが、前記裏量子効率プロファイルのピークよりも大きい、
１から２および１９から３６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［発明の態様］
［１］
吸収体層および両面増強層を備える両面光起電デバイスであって、
前記吸収体層が、表界面および裏界面を有し、前記表界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する表平均量子効率を有し、前記裏界面が、５００ｎｍ～９００ｎｍの光に対する裏平均量子効率を有し、前記裏平均量子効率が、前記表平均量子効率の５０％以下、かつ前記表平均量子効率の５％以上であり；
前記両面増強層が、前記吸収体層の上にあり、前記吸収体層の前記表界面と比較して、前記吸収体層の前記裏界面に近く配置されており、
前記両面増強層が、前記両面増強層の吸収端のカットオフ波長以下の吸収波長を有する光を吸収し；
前記カットオフ波長が、前記両面増強層の極大吸収の１５％に等しい吸光度に対応し；
前記両面増強層が、ピークを有する放射フォトルミネセンスを放射し；
前記両面増強層の前記放射フォトルミネセンスの前記ピークの波長が、前記吸収端の前記カットオフ波長よりも大きく；そして
前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークが、１００ｎｍ未満の半値全幅を有する、
両面光起電デバイス。
［２］
前記両面増強層による吸収に起因する短絡電流ＪｓｃＬｏｓｓが２０ｍＡ／ｃｍ２未満である、１に記載の光起電デバイス。
［３］
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、１に記載の光起電デバイス。
［４］
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および
前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、１に記載の光起電デバイス。
［５］
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１に記載の光起電デバイス。
［６］
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１に記載の光起電デバイス。
［７］
前記吸収体層がセレンを含む、１に記載の光起電デバイス。
［８］
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、７に記載の光起電デバイス。
［９］
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、１に記載の光起電デバイス。
［１０］
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、１に記載の光起電デバイス。
［１１］
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、１０に記載の光起電デバイス。
［１２］
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、１０に記載の光起電デバイス。
［１３］
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、１０に記載の光起電デバイス。
［１４］
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、１３に記載の光起電デバイス。
［１５］
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、１０に記載の光起電デバイス。
［１６］
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、１０に記載の光起電デバイス。
［１７］
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、１に記載の光起電デバイス。
［１８］
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、１に記載の光起電デバイス。
［１９］
前記吸収端の前記カットオフ波長が８００ｎｍ以下である、１または２に記載の光起電デバイス。
［２０］
基板の上、かつ前記基板と前記吸収体層との間に配置された透明導電性酸化物；および
前記両面増強層の上に配置された背面支持体であって、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、背面支持体
を備える、１から２および１９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２１］
前記吸収体層の上、かつ前記吸収体層と前記両面増強層との間に導電層を備え、前記導電層が、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１から２および１９から２０のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２２］
前記吸収体層に隣接し、かつ前記両面増強層と前記吸収体層との間に配置されたバックコンタクトを備え、前記バックコンタクトが、前記両面増強層の前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長に対して８５％以上の透過率を有する、１から２および１９から２１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２３］
前記吸収体層がセレンを含む、１から２および１９から２２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２４］
前記吸収体層中の前記セレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、２３に記載の光起電デバイス。
［２５］
前記吸収体層が、カドミウムおよびテルルを含み、前記吸収体層中のセレンの平均原子パーセントが、０原子パーセント超かつ約２５原子パーセント以下である、１から２および１９から２４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２６］
前記両面増強層が、５０ｎｍ未満の平均直径を有するペロブスカイトナノ結晶を含む、１から２および１９から２５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２７］
前記両面増強層が、２０ｎｍ未満の平均直径を有する量子ドットを含む、１から２および１９から２６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［２８］
前記両面増強層が、量子ドットの平均直径の５０～２００，０００倍の厚さを有する、２７に記載の光起電デバイス。
［２９］
前記吸収体層の上に導電層を備え、前記量子ドットが、前記導電層と直接接触している、２７または２８に記載の光起電デバイス。
［３０］
前記量子ドットの上に配置された中間層を含む、２７から２９のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３１］
前記中間層が前記量子ドットと直接接触している、３０に記載の光起電デバイス。
［３２］
前記量子ドットが、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子に対して、少なくとも１０４ｃｍ－１の平均吸光係数を有する、２７から３１のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３３］
前記量子ドットが、前記両面増強層の体積の少なくとも１５％を充填する、２７から３２のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３４］
前記両面増強層に入射する、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長を有する光子の少なくとも５０％が、前記フォトルミネセンスの前記ピークに変換される、１から２および１９から３３のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３５］
前記フォトルミネセンスの前記ピークの波長が８２５ｎｍ～８７５ｎｍである、１から２および１９から３４のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３６］
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；
前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルの半値全幅が、前記裏量子効率プロファイルの半値全幅よりも少なくとも２倍大きい、
１から２および１９から３５のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
［３７］
前記表界面が表量子効率プロファイルを有し；
前記裏界面が裏量子効率プロファイルを有し；
前記表量子効率プロファイルのピークが、前記裏量子効率プロファイルのピークよりも大きい、
１から２および１９から３６のいずれか一項に記載の光起電デバイス。
【国際調査報告】