JP2012509603A - 多重接合光電デバイスおよびその製造プロセス - Google Patents

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Abstract

本発明は多重接合光電デバイス(１)に関し、第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）と、２つの隣接する基本光電デバイス（４，６）間に設けられた少なくとも１つの中間層（５）とを含む。本発明によれば、中間層（５）は、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有し、頂面（１０）及び底面（１１）はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは中間層（５）の頂面（１０）の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは中間層（５）の底面（１１）の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電デバイスの分野に関連している。より詳細には、互いに頂部に積み重ねられまた異なる波長範囲にわたって光を吸収する、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の複数の基本セルからなる光電デバイスに関する。このようなデバイスは、多重接合セルと呼ばれる。また、本発明は、この光電デバイスを製造するためのプロセスに関する。
本発明はその適用上電気エネルギの産生に向けられた光電池の製造に特に有益であるが、本発明は、また、より一般的には、光放射が電気信号に変換される任意の構造、例えば光検出器に適用される。
従来、シリコン薄膜二重接合すなわち多層のセルは、可視光（約７５０ｎｍ以下）を吸収する非晶質シリコン製の頂部セルと、赤外線以下（約１１００ｎｍ以下）の光を吸収する微結晶シリコン製の底部セルとからなる。このようなセルは「マイクロモルフ（micromorph）」セルと呼ばれる。本明細書の説明において、「頂」は入射光に近い側を表わし、「底」は入射光から離れた側を表わす。
電流を増大させるため、単一セルおよび多重接合セルの双方において、前記デバイス内で光を散乱させるために前部透明接点が粗い。複数の層が他方の頂部上に堆積されており、その結果、基板粗さが前記複数層の界面に及ぶ。通常、複数の薄層（０ないし５００ｎｍ）は基板の元の表面粗さを維持する。
粗い表面は、大きいかまたは小さい傾斜の複数の基本表面から形成された連続した複数の隆起及び窪みからなる。基板の表面の形態は、光学性能（短絡電流密度（ＪＳＣ））および電気性能（開放電圧（ＶＯＣ）および曲線因子（ＦＦ））、すなわちセルの性能において、重要な役割を演じる。
微結晶セルに関して、このようなセルは、これが大きい傾斜の基本表面を持っていないかまたはほとんど持っていない基板の上に堆積されている場合、良好な電気的特性（良好な曲線因子（ＦＦ）および良好な開放電圧（ＶＯＣ））を有する。しかし、屈折率の変化がある前記界面における大きい傾斜の基本表面は、セル内の光の散乱を促進する。このため、セルの光学的特性（短絡電流密度（ＪＳＣ））が改善される。その結果として、最適な形態は、太陽電池の電気的特性と光学的特性との間の妥協にある。
非晶質セルに関して、該非晶質セルの電気的特性は、大きい傾斜の基本表面を有する基板形態にほとんど煩わされない。しかし、それは、これが光にさらされるとき、性能低下に煩わされる。この低下を制限する手段は、セルの厚さを低減することである。セルの厚さを低減し、良好な効率を維持するため、大きい傾斜の基本表面を有する基板が用いられ、セル内の光散乱を増大させる。
多層または多重接合のセルにおいて、問題は、セル内で光を散乱させる粗い表面を用いてセル内の電流を増大させ、同時にセルの電気的特性を良好に維持することにある。しかし、最適な形態は頂部および底部で異なる。特に、頂部セルは、その電流を増大し、その厚さを低減してその低下を制限するために大きい傾斜の基本表面を有する基板形態を必要とする。しかし、このタイプの形態により、底部微結晶セルは、多層セルに単一セルにおけると同一の症状すなわち曲線因子ＦＦおよび開放電圧ＶＯＣの低下が現れる、不適切な形態に煩わされる。
この問題の軽減のため、頂部セルと底部セルとの間に、頂部セル電流の増大を可能にする中間ミラー（厚さ５０ないし１５０ｎｍ）を配置することが提案されている。中間ミラーは２つの基本セル間に配置される層であり、両基本セルの屈折率より小さい屈折率を有する。「マイクロモルフ」セルに関して、典型的には１．３および２．５間の屈折率を有するこのような中間ミラーが頂部セルと底部セルとの間に挿入される。これにより、頂部セルの電流をその厚さの増大の必要なしに増大させることができ、これにより照明下の頂部セルの前記低下の影響を最小限にする。
しかし、中間ミラーが堆積された頂部セルの表面形態は、堆積された中間ミラーの表面によく似ている。換言すると、堆積された中間ミラーは、頂部セルの表面形態を再現するが、底部セルの成長に適する形態を作り出すために形態を変化させることができない。
米国特許第６，８２５，４０８号明細書は、頂部セルおよび底部セル間の、異なる高さ（ＲｙまたはＲｍａｘ）の複数の不規則面を有する中間層の使用を説明するところ、光が出ていく側は、光を受け取る側と比べると、より大きい平均レベル差および／またはより大きい最大レベル差を有する。米国特許第６，８２５，４０８号明細書は、ｎ‐ｉ‐ｐ構造の使用のみを説明するが、本発明はｐ‐ｉ‐ｎの使用に限定される。
米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は、異なる高さの複数の不規則面を有する中間層の、頂部セルと底部セルとの間の、使用を説明する。米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は、デバイスの光捕捉特性を増大させるための平坦でない表面を作り出す方法のみを説明するが、本発明の問題は底部セルの成長に適する形態を作り出すことにある。さらに、米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書は、実質的にｎ‐ｉ‐ｐ構造の使用を開示するのに対し、本発明はｐ‐ｉ‐ｎの使用に限定される。米国特許出願第２００２／０１１２６３号明細書がその実施例５において２つのｐ‐ｉ‐ｎ光電デバイスと、該光電デバイス間に設けられた中間層とを含む太陽電池を開示するとしても、図５は、中間層の底面（光が出ていく側）が複数の傾斜した基本表面を含みかつ中間層の頂面（光を受け取る側）が実質的に平坦であることを示す。
この形態は２つのセルのための最適な表面形態に対応せず、また、底部セルの成長に適しない。さらに、米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書では、中間層（すなわち第１の電極層）下にある光電変換デバイスの表面レベル差（Ｒ）が５ないし１５０ｎｍの範囲にある。したがって、中間層の底面は５ｎｍないし５０ｎｍ間に含まれる表面レベル差（Ｒｙ）も有する。米国特許出願第２００２／００１１２６３号明細書の図７は、第１の電極の表面レベル差が１５０ｎｍ以下であるべきことを示す。確かに、この文書には、Ｒｙが１５０ｎｍより大きい場合、結晶シリコン光電変換デバイスの電気的特性が急速に低減することが開示されている。
したがって、本発明の目的は、２つの基本セルのそれぞれの成長のための個別に最適化された表面形態を有する高性能の光電デバイスを提供することにより、これらの欠点を軽減することにある。
この目的のために、また、本発明によれば、提案されるものは多重接合光電デバイスであり、これは、第１の導電層が堆積された基板と、第２の導電層が堆積された、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の少なくとも２つの基本光電デバイスと、２つの隣接する基本光電デバイス間に設けられた少なくとも１つの中間層とを含み、前記中間層は、入射光の側に頂面を有しまた反対の側に底面を有し、前記頂面および前記底面はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層の頂面の前記基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層の底面の前記基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。
このような表面形態により、前記中間層の両表面のそれぞれによって求められる形態を最適に調整することができ、また、高性能のデバイスを得ることができる。
本発明においては、米国特許第６，８２５，４０８号明細書の教示とは対照的に、前記中間層の光が出ていく側が前記形態を前記底部セルの成長に適合させるために平らにされており、前記表面の形態は平均高低差の修正の必要なしに大幅に修正される。前記従来の文書は前記平均高低差すなわち山頂‐谷底粗さの修正を教示するが、これらの文書は前記中間層の表面の複数の基本表面の角度的形態について示すところがない。幾何学的な観点からいえば、前記山頂‐谷底粗さは前記基本表面を同一の角度に維持する限り修正することができる。
本発明の目的は、前記形態を前記底部セルの成長により適合させるためにより一層平らな面を形成することにあり、前記底部セルはｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造を有する。
また、本発明は、第１の導電層が堆積された基板と、第２の導電層が堆積されたｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の少なくとも２つの基本光電デバイスとを含む多重接合光電デバイスを製造するためのプロセスに関する。本発明によれば、前記プロセスは、前記基本光電デバイスの少なくとも一方上に、入射光の側に頂面を有しかつ反対の側に底面を有する中間層を堆積するステップを含み、前記頂面及び底面はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここで、α９０ｔｏｐおよびα９０ｂｏｔｔｏｍは先に定義したとおりである。本発明の他の特徴は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことによりさらに明らかとなろう。
本発明に係る多層セルの概略図である。 原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）により得られた画像のＡ点における表面の傾斜角度の計算を示す概略図である。 本発明に係るデバイスにおける中間層の頂面及び底面の角度分布の積分を示す。
図１は、互いに頂部に積み重ねられた、基板２と、第１の電極を構成する第１の透明な導電層３と、頂部セルと称される第１の基本光電デバイス４と、中間層５と、底部セルと称される第２の基本光電デバイス６と、第２の電極を構成する第２の導電層７とを含む光電デバイスすなわち「マイクロモルフ」セル１を示す。デバイス１は、矢印８の方向に向けられた光にさらされている。
中間層５は、入ってくる光の側に頂面１０有し、反対の側に底面１１を有する。
本発明によれば、頂面１０及び底面１１は、それぞれ、α９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層の頂面の前記基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層の底面の前記基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度である。
例えば、差（α９０ｔｏｐ−α９０ｂｏｔｔｏｍ）は３°および６０°間、好ましくは６°および２５°間、より好ましくは７°および１５°間に含まれる。
図２を参照すると、ここには、前記表面の形態が前記粗い表面の例を構成する前記複数の基本表面の傾斜により示されており、それは前記表面の角度分布とも称される。これをするために、ＡＦＭ測定が、前記例の表面のトポロジー（ｚ軸）を表わす２５６×２５６の等距離点（従来の座標システムにおけるｘ軸およびｙ軸）のマトリクスに対応する表面測定用５μｍ×５μｍ上で実施される。前記基板の傾斜または湾曲の全てを除去するため、それ自体と前記表面との間の２乗差の合計を最小にする２次の多項式がこの画像から差し引かれる。これにより得られるものは、典型的には５０および２０００ｎｍ間の寸法を有する複数の構造からなる、表面Ｓの形態の良好な描写である。平面ｚ＝０が水平面Ｐとして規定されている。
前記表面の角度分布を得るため、前記ＡＦＭ画像の各点Ａに関して、水平面Ｐに垂直なベクトルと表面Ｓに垂直なベクトルＶｎとの間の角度が計算される。これを行うため、点Ａに対する垂線を計算するための関連のある基本表面が点Ａと２つのベクトルＶｘおよびＶｙとにより規定される。Ｖｘは、方向ｘにおいて点Ａの前後の２つの点（前記ＡＦＭマトリクスにおいて近接して隣り合うもの）を結ぶベクトルであり、また、Ｖｙは、方向ｙにおいて点Ａの前後の２つの点（前記ＡＦＭマトリクスにおいて近接して隣り合うもの）を結ぶベクトルである。問題の前記基本表面に垂直なベクトルＶｎは、ＶｘおよびＶｙのベクトル積により決定される。前記基本表面の傾斜角度αは、問題の前記基本表面の垂直ベクトルＶｎと水平面Ｐに垂直なベクトルとの間の角度として規定される。
前記ＡＦＭマトリクスの各点における各基本表面の傾斜を表わす複数点の新しいマトリクスが構築される。前記表面の各点における前記傾斜を表わす前記マトリクスから始めて、ある角度間隔（典型的には２度）内にある１つの傾斜を有する前記表面の割合を与える０から９０°までの角度のヒストグラム（角度分布）を作ることができる。後者を積分することにより、角度分布の積分が得られる（図３参照）。前記角度はｘ軸上に表示される。所与の角度以下の傾斜を有する前記複数の基本表面の割合は、ｙ軸上に表示される。平坦な水平面が、０°に等しい傾斜角度を持つ複数の基本表面のみを有するように規定され、したがって、前記角度分布の積分は０°および９０°間の１に等しい。対照的に、大きい傾斜の複数の基本表面を有する非常に粗い面は、大きい傾斜角度を持つ複数の基本表面の高い割合を有する角度分布を示し、したがって、前記角度分布の積分は小さい角度（例えば、０°ないし１５°）に関しては０に近く、また、大きい角度（例えば、３０°ないし７０°）に関してのみ１に近い。
本発明においては、表面の前記形態を特徴付けるため、問題の前記値αは角度α９０であって、検討される前記表面の複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度α９０である。
好ましくは、角度α９０ｔｏｐは２０°および８０°間に含まれ、より好ましくは４０°および８０°間に含まれる。
好ましくは、角度α９０ｂｏｔｔｏｍは０°および４０°間に含まれ、より好ましくは５°および４０°間に含まれる。
前記山頂‐谷底粗さは日本工業規格Ｂ０６０１により規定されている（最大高さがＲｙまたはＲｍａｘとして言及されている）。
好ましくは、底面１１の前記山頂‐谷底粗さは、１５０ｎｍより大きい。例えば、底面１１の前記山頂‐谷底粗さは、２００ｎｍおよび２０００ｎｍ間、好ましくは２００ｎｍおよび９００ｎｍ間、より好ましくは３００ｎｍおよび７００ｎｍ間に含まれる。
前記中間層の表面の形態をコントロールすることにより、前記セルのいずれの電気的特性をも低下させることなしに、前記セル内の光の散乱を促進しかつ前記セルの光学的特性を改善するような方法で、１５０ｎｍより大きい山頂‐谷底粗さを持つ底面を有する中間層を備えることを可能にする。
好ましくは、頂面１０の前記山頂‐谷底粗さは、底面１１の前記山頂‐谷底粗さより大きい。
頂面１０の前記山頂‐谷底粗さは、２００ｎｍおよび２０００ｎｍ間、好ましくは２００ｎｍおよび１０００ｎｍ間に含まれる。
基板２は、ガラスおよびプラスチック（例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリイミド）を含むグループから選択された材料で作られる。
第１の導電層３は、透明導電酸化物（例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯまたはＳｎＯ２）（Fay, Steinhauser, Oliveira, Vallat-Sauvain and Ballif著「Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnO:B
for use as TCO in thin-film silicon solar cells」Thin Solid Films, 515 (24), p.8558-8561, 2007参照）で作られる。
第２の導電層７は、透明導電酸化物（例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ２等）、金属（Ａｇ、Ａｌ）、または、透明酸化物と金属との組み合わせ（Meier, Kroll, Spitznagel, Benagli, Roschek, Pfanner, Ellert,
Androutsopoulos, Huegli, Buechel, Buechel, Nagel, Feitknecht and Bucher著「Progress in up-scaling of thin film silicon
solar cells by large-area PECVD KAI systems」Proc. of the 31th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Lake Buena Vista, FL,
USA, , pp.
1464-1467, January, 2005参照）で作られる。
導電層３および７は、蒸着、スパッタリングおよび化学蒸着のような当業者に知られたプロセスにより堆積される。
第１の導電層３に関して、それは前記化学蒸着を用いることが好ましく（例：ＬＰ−ＣＶＤ ＺｎＯ、ＡＰ−ＣＶＤ ＳｎＯ２）（Fay, Steinhauser, Oliveira, Vallat-Sauvain and Ballif著 「Opto-electronic
properties of rough LP-CVD ZnO:B for use as TCO in thin-film silicon solar
cells」 Thin Solid Films, 515
(24), p.8558-8561, 2007参照）、これにより、頂部基本セル４のための最適な表面形態を有する導電層を得ることができる。
基本光電デバイス４および６は、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造を有する。これは、前記基本セルを製造するために堆積された前記第１の層がｐ層であり、その結果、選択的にｉ層であり、またその結果、ｎ層であることを意味する。もちろん、全ての組み合わせが考えられることは明らかである。特に、前記デバイスが２つの基本セルを有するとき、４つの組み合わせｐ‐ｉ‐ｎ／ｐ‐ｉ‐ｎ、ｐ‐ｎ／ｐ‐ｉ‐ｎ、ｐ‐ｎ／ｐ‐ｎおよびｐ‐ｉ‐ｎ／ｐ‐ｎが考えられる。前記ｐ‐ｉ‐ｎ／ｐ‐ｉ‐ｎの組み合わせが好ましい。
有利なことに、中間層５に関して基板２に面する側に配置された基本光電デバイス４すなわち「頂部」セルは、バンドギャップＥｇｔｏｐにより特徴付けられる半導体材料で作られ、また、中間層５に関して反対の側に配置された他の基本光電デバイス６すなわち「底部」セルは、バンドギャップＥｇｂｏｔｔｏｍにより特徴付けられる半導体材料で作られる。好ましくは、太陽光スペクトルを相補的に吸収するためにＥｇｔｏｐはＥｇｂｏｔｔｏｍより大きい。
基本光電デバイス４すなわち頂部セルは、光起電利用のため、半導体、好ましくはシリコンを基礎とする半導体からなる。好ましくは、それは、非晶質シリコンまたはシリコン化合物を基礎とする（例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＧｅ等）。それは、２０および８００ｎｍ間、好ましくは１００ｎｍおよび２５０ｎｍ間の厚さを有する。
基本光電デバイス６すなわち底部セルは、光起電利用のため、半導体、好ましくはシリコンを基礎とする半導体からなる。好ましくは、それは、非晶質シリコンに対してエネルギ・バンドギャップを低減させる結晶シリコンまたは微結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムまたはシリコン化合物を基礎とする。
好ましくは、基本光電デバイス４すなわち頂部セルは非晶質シリコンを基礎とし、また、他の基本光電デバイス６すなわち底部セルは微結晶シリコンを基礎とする。
基本セル４および６は、当業者に知られたプロセスにより堆積される。好ましくは、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスが用いられる（Fischer, Dubail, Selvan, Vaucher, Platz, Hof, Kroll, Meier, Torres,
Keppner, Wyrsch, Goetz, Shah and Ufert in 25 IEEE PVSC, Washington D. C., 1996,
p. 1053参照）
頂部基本セル４が堆積された後、底部基本セル６の成長に適する形態を作り出す中間層５が堆積される。
中間層５は、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、ドープ炭化シリコン、ドープ非晶質シリコン、ドープ微結晶シリコン、およびこれらの組み合わせを含むグループから選択された材料の層からなる。好ましくは、ドープ酸化シリコンが用いられ、その屈折率はシリコンの屈折率より小さく、３および２．５間にある。
好ましくは、中間層５は１０ｎｍおよび５００ｎｍ間、より好ましくは５０ｎｍおよび１５０ｎｍ間の厚さを有する。
本発明の変形例によれば、中間層５の底面１１の表面形態は、先に規定したように、その製造プロセスそのものの特性によって得られる。これを行うため、中間層５を堆積するステップの間に、中間層５を堆積するための１つのステップのプロセスが用いられ、これにより底面１１の必要とされる表面形態に対応する平らにされた表面を得ることができる。このプロセスは、前記層の堆積およびエッチングの間に深刻な競争を生じさせる複数の堆積パラメータを有するスパッタリング（J.Thornton著 Vac. Sci.
Technol. A, Volume 4, Issue 6, pp. 3059-3065, 1986参照）、浸漬被覆、スピン・コーティング、またはプラズマ化学気相堆積を含むグループから選択される技術の１つを用いる（Dalakos, Plawsky and Persans著 MRS Symp. Proc. Vol. 762, 2003 および
G. Cicala, G. Bruno, P. Capezzuto著 Pure & Appl. Chem., Vol. 68, No. 5, pp. 1143-1149, 1996参照）。このような１つのステップのプロセスには、このようにして得られた中間層が本発明により必要とされる生来の形態を有する底面を備えるところに有利性がある。本発明においては、Ｒｙの修正ではなく、先に規定したように、前記複数の基本表面の角度のある形態のみが必要とされる。
本発明の変形例によれば、先に規定したように、中間層５の底面１１の表面形態は、中間層５が堆積された後、必要とされる底面１１の表面形態を得るために中間層５の底面１１の表面を平らにする追加のステップを実施することによって得られる。中間層５を堆積するステップは、蒸着、スパッタリング、浸漬被覆、化学気相堆積のような従来の堆積プロセスを用いる。好ましくは、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）が用いられる。前記追加の表面平坦化ステップは、化学機械研磨（J.Benedict et al.著 Proc. Mat.
Res. Soc. Symp. 254, 1992参照）、化学エッチング（例えば、ＺｎＯ中間層のためにＨＣｌまたはＨＮＯ３を用いて、あるいは、シリコンを基礎とする中間層のためにＨＦを用いる）、プラズマ処理（国際公開第２００７／１１３０３７号パンフレット）およびサンドブラスティングを含むグループから選択された技術の１つを使用し、これらのプロセスは当業者に知られている。
本発明に係る前記「マイクロモルフ」セルは、各セルにより必要とされる複数の形態を最適に調整し、これにより高性能のデバイスを得ることを可能にする複数の表面形態を持つ複数の表面を有する中間層を備える。
本記載は、２つの基本セルを含むデバイスを基礎とする。もちろん、本発明に係るデバイスは、３以上の基本セルを含むものでもよく、少なくとも２つのセルは本発明に従って中間層により分離されている。
以下の複数例は、本発明を説明するものであり、しかしその範囲を限定するものではない。
複数例
ｐ‐ｉ‐ｎ／ｐ‐ｉ‐ｎ構造を有する前記「マイクロモルフ」タイプの２つの多層セルが、標準中間層（例１）と比較され、また、本発明に係る中間層（例２）と比較される。両セルの他の要素は同一である。
前記基本セルは、非晶質シリコン製の頂部セル４と、微結晶シリコン製の底部セル６とからなる（Fischer, Dubail, Selvan, Vaucher, Platz, Hof, Kroll, Meier, Torres,
Keppner, Wyrsch, Goetz, Shah, and Ufert in 25 IEEE PVSC, Washington D. C.,
1996, p. 1053参照）。
使用される基板２は、ガラス（Schott AF 45）と大きく傾斜した複数の基本表面を含む生地とからなり、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）（Fay, Steinhauser, Oliveira, Vallat-Sauvain and Ballif著 「Opto-electronic
properties of rough LP-CVD ZnO:B for use as TCO in thin-film silicon solar
cells」 Thin Solid Films, 515
(24), p.8558-8561, 2007参照）により堆積される第１の導電ＺｎＯ層３（前部接点）が付与される。
頂部セル４は３００ｎｍの厚さを有し、また、底部セル６は３０００ｎｍの厚さを有する。
第２の導電ＺｎＯ層７（後部接点）はＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）により堆積され、その上に後部反射体として働く白色誘電材料が塗布されている（Meier, Kroll, Spitznagel, Benagli, Roschek, Pfanner, Ellert,
Androutsopoulos, Huegli, Buechel, Buechel, Nagel, Feitknecht and Bucher著 「Progress in up-scaling
of thin film silicon solar cells by large-area PECVD KAI systems」 Proc. of the 31th IEEE Photovoltaic
Specialist Conference, Lake Buena Vista, FL, USA, pp. 1464-1467, January, 2005参照）。
標準タイプの中間層は、ＰＥＣＶＤにより堆積された厚さが１５０ｎｍのＳｉＯｘ層からなる（Buehlmann, Bailat, Domine, Billet, Meillaud, Feltrin and Ballif著 APL 91, 143505, 2007参照）。
本発明に係る形態を有する前記中間層は、ＰＥＣＶＤにより堆積された厚さが１５０ｎｍのＳｉＯｘ層からなり、その底面１１は、前記堆積の後、その表面を平らにするために化学機械研磨作業を受ける。この化学機械研磨（ＣＭＰ）作業は、布（製品番号40500232, DENKA D.200, ストルアス社（Struers）からの Nap 5x typeの布）と、コロイド状シリカ粒を基礎とする研磨剤（製品番号40700001, OPSIF, ストルアス社（Struers）からのOP-S 5lt 懸濁液）とを用いて行われる。このプロセスにより、前記底部セルの成長に適する底面の表面形態を有する中間層を得ることができる。
ＡＦＭにより測定された層間の界面の表面も、山頂‐谷底粗さ（Ｒｙ＝Ｒｍａｘ）のような標準技術により特徴付けることができる。本発明の例２における前記界面の頂面１０の表面粗さＲｙは１０００ｎｍであり、また、本発明の例２における前記界面の底面の表面粗さＲｙは６７０ｎｍであり、これは前記セルの電気的特性を低下させる、米国特許出願公開２００２／００１１２６３号明細書から知られる、１５０ｎｍの値より大きい。底面１１の表面粗さＲｙは、米国特許第６，８２５，４０８号明細書の教示とは対照的に、本発明の例２における頂面１０の表面粗さＲｙより小さい。
本発明に係る中間層の頂面及び底面の表面形態は、前述した方法を用いて測定される。問題の中間層の２つの表面の角度分布の積分が、図３に示されるように、得られる。この図では、前記角度がｘ軸上に表示されている。所与の角度以下の傾斜を有する前記複数の基本表面の割合がｙ軸上に表示されている。曲線Ｃは前記中間層の底面に対応し、また、曲線Ｄは前記頂面に対応する。各表面に関して、角度α９０が規定されており、これは前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有することを示す。この例では、α９０ｂｏｔｔｏｍが３９°に等しく、また、α９０ｔｏｐが４６°に等しい。すなわち、α９０ｂｏｔｔｏｍはα９０ｔｏｐより７°だけ小さい。
比較として、差（α９０ｔｏｐ−α９０ｂｏｔｔｏｍ）が０°となるように、前記標準の中間層の頂面および底面は同一のα９０を有する。
開放電圧（ＶＯＣ）および曲線因子（ＦＦ）は、ＡＭ１．５Ｇの太陽のスペクトルを有する照明下で特性電流‐電圧（Ｉ‐Ｖ）曲線から取り出される。短絡電流密度（ＪＳＣ）は、外部量子効率（ＥＱＥ）の測定から、前記ＥＱＥとＡＭ１．５Ｇにより規定された前記太陽のスペクトルに関する入射光束との積を３５０から１１００ｎｍのスペクトルにわたって積分することにより計算される。変換効率（η）は、ＶＯＣと、ＦＦと、ＪＳＣとを乗じることにより計算される。
得られた結果が以下の表に示されている。
Figure 2012509603
結果は、一方では、本発明に係る前記「マイクロモルフ」セルが実用的であることを示す。他方では、本発明に係る表面形態を有する中間層を用いて得られる利益は曲線因子（ＦＦ）の増大からなり、その上、変換効率ηの１１．２％から１２．１％への増大、すなわち８％の改善により現わされた光学的特性（ＪＳＣ）を維持する。

Claims (13)

  1. 第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）と、２つの隣接する基本光電デバイス（４，６）間に設けられた少なくとも１つの中間層（５）とを含む多重接合光電デバイス（１）であって、前記中間層（５）が、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有し、前記頂面（１０）および前記底面（１１）はそれぞれα９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような複数の傾斜した基本表面を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層（５）の頂面（１０）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層（５）の底面（１１）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であることを特徴とする、多重接合光電デバイス。
  2. α９０ｔｏｐが、２０°および８０°間に含まれ、好ましくは４０°および８０°間に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
  3. α９０ｂｏｔｔｏｍが、０°および４０°間に含まれ、好ましくは５°および４０°間に含まれることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
  4. 前記中間層（５）に関して前記基板（２）に面する側に配置された前記基本光電デバイス（４）が非晶質シリコンを基礎とし、かつ、他方の基本光電デバイス（６）が微結晶シリコンを基礎とすることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のデバイス。
  5. 前記中間層（５）が、１０ｎｍおよび５００ｎｍ間の厚さ、好ましくは５０ｎｍおよび１５０ｎｍ間の厚さを有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のデバイス。
  6. 前記中間層（５）が、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、ドープ炭化シリコン、ドープ非晶質シリコン、ドープ微結晶シリコン、およびこれらの組み合わせを含むグループから選択された材料の層からなることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のデバイス。
  7. 前記中間層（５）の底面（１１）の表面形態が、前記中間層の堆積の間に前記底面（１１）の必要とされる表面形態に対応する平らにされた表面を得ることを可能にする前記中間層を堆積するための１つのステップのプロセスを用いて得られることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のデバイス。
  8. 前記中間層（５）の底面（１１）の表面形態が、前記中間層（５）が堆積された後、前記底面（１１）の必要とされる表面形態を得るために前記底面（１１）の表面の平坦化を行うことにより得られることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のデバイス。
  9. 第１の導電層（３）が堆積された基板（２）と、第２の導電層（７）が堆積された、ｐ‐ｉ‐ｎまたはｐ‐ｎ構造の少なくとも２つの基本光電デバイス（４，６）とを含む多重接合光電デバイス（１）を製造するためのプロセスであって、
    前記基本光電デバイスの少なくとも１つ（４）上に、入射光の側に頂面（１０）を有しまた反対の側に底面（１１）を有する中間層（５）を堆積するステップを含み、
    前記頂面（１０）および前記底面（１１）は、それぞれ、α９０ｂｏｔｔｏｍが少なくとも３°、好ましくは６°、より好ましくは１０°、より一層好ましくは１５°だけα９０ｔｏｐより小さいような傾斜した基本を含む表面形態を有し、ここにおいて、α９０ｔｏｐは前記中間層（５）の頂面（１０）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であり、また、α９０ｂｏｔｔｏｍは前記中間層（５）の底面（１１）の前記複数の基本表面の９０％がこの角度以下の傾斜を有する角度であることを特徴とする、プロセス。
  10. 前記中間層（５）が、酸化亜鉛、ドープ酸化シリコン、ドープ多孔質酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、ドープ炭化シリコン、ドープ非晶質シリコン、ドープ微結晶シリコン、およびこれらの組み合わせを含むグループから選択された材料の層からなることを特徴とする、請求項９に記載のプロセス。
  11. 前記中間層（５）を堆積するステップの間に、前記中間層の堆積の間に、前記底面（１１）の必要とされる表面形態に対応する平らにされた表面を得ることを可能にする１つのステップの堆積プロセスが用いられることを特徴とする、請求項９および１０のいずれか１項に記載のプロセス。
  12. 前記中間層（５）を堆積するステップの後、前記底面（１１）の必要とされる表面形態を得るために前記中間層（５）の底面（１１）の表面を平らにする追加のステップを含む、請求項９および１０のいずれか１項に記載のプロセス。
  13. 前記中間層（５）の底面（１１）の表面を平らにする前記追加のステップが、化学機械研磨、化学エッチング、プラズマ処理およびサンドブラスティングを含むグループから選択された技術の１つを用いる、請求項１２に記載のプロセス。
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