NL8300925A

NL8300925A - PHOTO GALVANIC DEVICE WITH IMPROVED REFLECTION SYSTEM.

Info

Publication number: NL8300925A
Application number: NL8300925A
Authority: NL
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-03-14
Publication date: 1983-10-17
Also published as: AU1241583A; FR2523768B1; ZA831342B; GB2116775B; GB8306327D0; FR2523768A1; IE54573B1; SE457300B; IL67926A; IE830502L; SE8301366D0; AU540909B2; BR8301160A; IL67926A0; MX153416A; IT1160506B; DE3308598A1; IT8319923A0; SE8301366L; CA1245330A

Description

f * , VO 4610f *, VO 4610

Fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem.Photoelectric device with improved reflection system.

Deze uitvinding heeft betrekking op een fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem alsmede op het systeem zelf.This invention relates to a photovoltaic device with an improved reflection system as well as to the system itself.

De onderhavige uitvinding is bijzonder bruikbaar voor fotogalvanische inrichtingen die gevormd zijn uit lagen van amorfe halfgeleiderlege-5 ringen. De reflectiesystemen volgens de uitvinding voorzien in een verhoogde reflectie vein niet-geabsorbeerd licht in de inrichtingen waarin zij worden toegepast. Een voordeel hiervan is dat een verhoogde foton-absorptie en ladingsdragervorming in de actieve lagen mogelijk is waardoor vergrote kortsluitstromen worden geleverd. Een ander voordeel is 10 dat de verbeterde lichtgevoelige eigenschappen van gefluoreerde amorfe siliciumlegeringen door uitvoering van de onderhavige uitvinding beter in de fotogalvanische inrichtingen kunnen worden gerealiseerd. De uitvinding heeft als belangrijkste toepassing de vervaardiging van verbeterde amorfe siliciumlegering fotogalvanische inrichtingen van de p-l-n 15 configuratie, hetzij als eencellen of als veelvoudige cellen die een veelvoud van eencellige eenheden omvatten. Bij voorkeur hebben de gedoteerde lagen van de p-i-n cellen een lage absorptiecoëfficiënt in het golflengtegebied waarvoor het reflectiesysteem volgens de uitvinding het best bruikbaar is.The present invention is particularly useful for photovoltaic devices formed from layers of amorphous semiconductor alloys. The reflective systems of the invention provide increased reflectance to unabsorbed light in the devices in which they are used. An advantage of this is that increased photon absorption and charge carrier formation in the active layers is possible, thereby providing increased short-circuit currents. Another advantage is that the improved photosensitive properties of fluorinated amorphous silicon alloys can be better realized in the photovoltaic devices by carrying out the present invention. The main application of the invention is the manufacture of improved amorphous silicon alloy photovoltaic devices of the p-1-n 15 configuration, either as single cells or as multiple cells comprising a plurality of single cell units. Preferably, the doped layers of the p-i-n cells have a low absorption coefficient in the wavelength range for which the reflection system of the invention is most useful.

20 Silicium is de basis van de omvangrijke industrie van kristallijne halfgeleiders en vormt een materiaal waaruit dure kristal-lijne zonnecellen met hoog rendement (18%) voor ruimtetoepassingen zijn gemaakt. Voor toepassingen op de aarde hebben de kristallijne zonnecellen typerend een veel lager rendement van de orde van 12% of minder.20 Silicon forms the basis of the extensive crystalline semiconductor industry and forms a material from which expensive crystalline solar cells with high efficiency (18%) are made for space applications. For terrestrial applications, the crystalline solar cells typically have a much lower efficiency of the order of 12% or less.

25 Toen de kristallijne halfgeleidertechnologie een commerciële toestand had bereikt, werd deze de grondslag van de huidige omvangrijke half-geleider-industrie. Dit was te danken aan de vaardigheid van de onderzoekers om nagenoeg defect-vrij germanium- en in het bijzonder sili-ciumkristallen te laten groeien en deze om te zetten in uitwendige ma-30 terialen met daarin p-type en n-type geleidbaarheidsgebieden. Dit werd tot stand gebracht door in dergelijk kristallijn materiaal delen per miljoen donor (n) of acceptor (p) doteermaterialen te diffunderen die als gesubstitueerde onzuiverheden in de nagenoeg zuivere kristallijne materialen werden ingevoerd om de electrische geleidbaarheid daarvan te25 When crystalline semiconductor technology reached a commercial state, it became the foundation of today's extensive semiconductor industry. This was due to the ability of the investigators to grow substantially defect-free germanium and in particular silicon crystals and convert them to external materials containing p-type and n-type conductivity regions. This was accomplished by diffusing into such crystalline material parts per million of donor (s) or acceptor (p) dopant materials which were introduced as substituted impurities into the substantially pure crystalline materials to reduce their electrical conductivity.

8300925 I8300925 I

i t /·» 2 verhogen en de instelling van hetzij een p- of n-geleidingstype te regelen. De fabricagemethoden voor het maken van p-n-junctiekristallen betreffen bijzonder ingewikkelde, tijdrovende en dure procedures. Aldus worden deze kristallijne materialen die in zonnecellen en stroomregel-• 5 inrichtingen bruikbaar zijn onder zeer zorgvuldig ingestelde omstandig heden geproduceerd door individuile enkele silicium- of germanium-kristallen te laten groeien en wanneer p-n-juncties zijn vereist dergelijke enkelvoudige kristallen te doteren met bijzonder kleine en kritische hoeveelheden doteermiddelen.i t / · »2 and adjust the setting of either a p or n conduction type. The manufacturing methods for making p-n junction crystals are particularly complex, time consuming and expensive procedures. Thus, these crystalline materials usable in solar cells and flow controllers are produced under very carefully controlled conditions by growing individual single silicon or germanium crystals and when pn junctions are required to dop such singular crystals with particularly small and critical amounts of dopants.

10 Deze kristalgroeiprocessen leveren dergelijke relatief kleine kristallen dat voor zonnecellen vele enkele kristallen moeten worden gecombineerd om het gewenste oppervlak van slechts één enkel zonnecelpaneel te omvatten. De hoeveelheid energie die noodzakelijk is om een zonnecel in dit proces te maken, de begrenzingen die worden 15 veroorzaakt door de afmetingsbeperkingen van het siliciumkristal, en de noodzaak een dergelijk kristallijn materiaal door te snijden en te combineren, heeft geleid tot een onmogelijke economische barrière op het op grote schaal toepassen van kristallijne halfgeleider-zonnecellen voor energieomzettingsdoeleinden. Verder heeft kristallijn silicium een 20 indirecte optische beperking die resulteert in een slechte lichtabsorptie in het materiaal. Vanwege deze slechte lichtabsorptie dienen kristallijne zonnecellen tenminste 50 micron dik te zijn om het invallende zonlicht te absorberen. Zelfs indien het enkele kristalmateriaal wordt vervangen door polykristallijn silicium dat goedkoper is te produce-: 25 ren, blijft de indirecte optische beperkingen nog steeds intact; van daar dat.de dikte van het materiaal niet kan worden verminderd. Bij het polykristallijne materiaal heeft men tevens te maken met de aanwezigheid van kristalliet grensvlakken en andere defeetproblemen, welke defecten gewoonlijk funest zijn.These crystal growth processes provide such relatively small crystals that for solar cells many single crystals must be combined to cover the desired surface area of only a single solar cell panel. The amount of energy required to make a solar cell in this process, the limitations caused by the size constraints of the silicon crystal, and the need to cut and combine such a crystalline material has created an impossible economic barrier to widespread use of crystalline semiconductor solar cells for energy conversion purposes. Furthermore, crystalline silicon has an indirect optical limitation that results in poor light absorption in the material. Because of this poor light absorption, crystalline solar cells must be at least 50 microns thick to absorb the incident sunlight. Even if the single crystal material is replaced with polycrystalline silicon that is cheaper to produce, the indirect optical limitations still remain; hence the thickness of the material cannot be reduced. The polycrystalline material also has to deal with the presence of crystallite interfaces and other defeet problems, which defects are usually disastrous.

30 Samengevat hebben kristallijne siliciuminrichtingen vaste parameters die niet naar wens variabel zijn, zijn grote hoeveelheden materiaal nodig, kunnen zij slechts worden geproduceerd met betrekkelijk kleine oppervlakken en zijn zij duur en tijdrovend wat de produktie betreft. Met op amorfe siliciumlegering gebaseerde inrichtingen kan men 35 dergelijke nadelen van kristallijn silicium vermijden. Een amorfe siliciumlegering heeft een optische absorptiegrens met eigenschappen die 8300925 3 analoog zijn aan een halfgeleider met een directe band en er is slechts een materiaaldikte van 1 micron of minder noodzakelijk om dezelfde hoeveelheid zonlicht te absorberen als het 50 micron dikke kristallijne silicium. Verder kunnen amorfe siliciumlegeringen sneller, gemakkelijker 5 en met grotere oppervlakken worden gemaakt dan het kristallijne silicium.In summary, crystalline silicon devices have fixed parameters that are not variable as desired, require large amounts of material, can be produced only with relatively small areas, and are expensive and time-consuming in production. With amorphous silicon alloy based devices, such drawbacks of crystalline silicon can be avoided. An amorphous silicon alloy has an optical absorption limit with properties that are 8300925 3 analogous to a direct band semiconductor and only a material thickness of 1 micron or less is required to absorb the same amount of sunlight as the 50 micron thick crystalline silicon. Furthermore, amorphous silicon alloys can be made faster, easier and with larger areas than the crystalline silicon.

Aldus is er veel onderzoek geweest naar het onwikkelen van methoden voor het gemakkelijk afzetten van amorfe halfgeleiderlege-ringen of films, die elk een betrekkelijk groot oppervlak kunnen omvatten, op oppervlakken waarbij, slechts de afmeting van de afzettings-10 Inrichting een beperking gaf, en wélke legeringen of films gemakkelijk zouden kunnen worden gedoteerd ter vorming van p-type en n-type materialen, wanneer men daarvan p-n .junctielnrichtingen wenste te maken die equivalent zouden zijn aan die geproduceerd door de kristallijne tegenhangers. Voor vele jaren is dergelijk onderzoek nagenoeg onproduktief 15 gebleven. Amorfe silicium of germanium (groep IV) films zijn normaal viervoudig gecoördineerd en blijken microholtes en loshangende bindingen; en andere defecten te bezitten die een hoge dichtheid van gelocaliseer-de toestanden in de energiéband daarvan geven. De aanwezigheid van een hoge dichtheid van gelocaliseerde toestanden in de energiéband van amor-20 fe silicium-halfgeleiderfilms leidt tot een lage graad van fotogeleid-baarheid en een korte levensduur van de dragers, waardoor dergelijke films niet geschikt zijn voor lichtgevoelige toepassingen. Bovendien kunnen dergelijke films niet met succes worden gedoteerd of anderszins worden gemodificeerd om het Fermi-niveau dicht naar de geleiding- of 25 valentiébanden te verschuiven, waardoor zij ongeschikt zijn voor het maken van p-n juncties voor zonnecel- en stroomregeltoepassingen.Thus, much research has been devoted to developing methods for easily depositing amorphous semiconductor alloys or films, each of which may comprise a relatively large area, on surfaces where only the size of the deposition device has been limiting, and which alloys or films could be easily doped to form p-type and n-type materials if one wished to make pn junctions thereof equivalent to those produced by the crystalline counterparts. For many years, such research has remained virtually unproductive. Amorphous silicon or germanium (Group IV) films are normally quadruple coordinated and appear to have micro-cavities and loose bonds; and have other defects that give a high density of localized states in its energy band. The presence of a high density of localized states in the energy band of amor-20 fe silicon semiconductor films results in a low degree of photoconductivity and a short lifetime of the carriers, making such films unsuitable for photosensitive applications. In addition, such films cannot be successfully doped or otherwise modified to shift the Fermi level close to the conduction or valentine bands, making them unsuitable for making p-n junctions for solar cell and power control applications.

m een poging om de voomoemde problemen betrokken bij amorf silicium (waarvan oorspronkelijk werd gedacht dat deze elementair waren) te verminderen werd door W.E. Spear en P.G. Le Comber van het 30 Carnegie Laboratory of Physics, Universiteit van Dundee, in Dundee,In an attempt to alleviate the aforementioned problems involved in amorphous silicon (originally thought to be elementary), W.E. Spear and P.G. Le Comber of the 30 Carnegie Laboratory of Physics, University of Dundee, in Dundee,

Schotland, enig werk verricht op de "Substitutional Doping of Amorphous Silicon", als vermeld in een artikel gepubliceerd in Solid State Communications, vol. 17, blz. 1193 - 1196, 1975, met het doel de gelocaliseerde toestanden in de energieband van amorf silicium te verminderen en deze 35 dichter het intrinsieke kristallijne silicium te laten benaderen en voor het vervangend doteren van de amorfe materialen met geschikte klas- 8300925 ¥ * 4 sieke doteermiddelen, zoals bij het doteren van kristallijne materialen, om hen extrinsiek en van p- of n-geleidingstypen te maken.Scotland, does some work on the "Substitutional Doping of Amorphous Silicon," as stated in an article published in Solid State Communications, vol. 17, pp. 1193 - 1196, 1975, for the purpose of reducing the localized states in the energy band of amorphous silicon and making them more closely approximate the intrinsic crystalline silicon and replacing doping the amorphous materials with suitable class 8300925 ¥. * 4 basic dopants, such as when doping crystalline materials, to make them extrinsic and of p or n conductivity types.

De vermindering van de gelocaliseerde toestanden werd bereikt door een glimontladingsafzetting van amorfe siliciumfilms waar-5 bij een gas van silaan (SiH^) door een .reactiebuis werd geleid waar het gas werd ontleed door een r.f. glimontlading en neergeslagen op een substraat bij een substraattemperatuur van ongeveer 227 - 327°C. Het aldus op het substraat neergeslagen materiaal was een intrinsiek amorf materiaal bestaande uit silicium met waterstof. Ter vorming van een geil 0 doteerd amorf materiaal werd een gas van fosfine (PH^) voor n-type geleiding of een gas van diboraan (B JEL·) voor p-type geleiding voorgemengd met het silaangas en door de glimontladingsreactiébuis geleid onder dezelfde werkomstandigheden. De gasconcentratie van de toegepaste doteer- —6 -2 middelen lag tussen ongeveer 5 x 10 en 10 delen per volume. Het al-15 dus neergeslagen materiaal bleek extrinsiek te zijn en van het n- of p-geleidingstype.The reduction of the localized states was achieved by a glow discharge deposition of amorphous silicon films in which a gas of silane (SiH 2) was passed through a reaction tube where the gas was decomposed by an r.f. glow discharge and deposited on a substrate at a substrate temperature of about 227-327 ° C. The material thus deposited on the substrate was an intrinsic amorphous material consisting of silicon with hydrogen. To form a hot-doped amorphous material, a phosphine (PH ^) gas for n-type conduction or a diborane (B JEL ·) gas for p-type conduction was premixed with the silane gas and passed through the glow discharge reaction tube under the same operating conditions . The gas concentration of the doping agents used was between about 5 x 10 and 10 parts by volume. Thus, the al-15 precipitated material was found to be extrinsic and of the n or p conductivity type.

Hetgeen niet bekend was aan deze onderzoekers is nu bekend door het werk van anderen nl. dat de waterstof in het silaan zich bij een optimale temperatuur combineert met veel van de loshangende 20 bindingen van het silicium gedurende de glimontladingsafzetting, waardoor de dichtheid van de gelocaliseerde toestanden in de energieband aanzienlijk wordt verminderd en <33 electronische eigenschappen van het amorfe materiaal dichter die van het overeenkomstige kristal- IWhat was not known to these researchers is now known by the work of others, namely that the hydrogen in the silane combines at an optimum temperature with many of the loosely bonded bonds of the silicon during the glow discharge deposition, thereby increasing the density of the localized states in the energy band is significantly reduced and <33 electronic properties of the amorphous material closer to that of the corresponding crystal

lijne materiaal benaderen. : 25 Het opnemen van waterstof in de voomoemde methode heeft echter begrenzingen, gebaseerd op de vaste verhouding van waterstof tot silicium in silaan, en verschillende Si:H bindingsconfiguraties die nieuwe anti-bindingstoestanden introduceren. Derhalve bestaan er wezenlijke beperkingen wat betreft de vermindering van de dichtheid van de 30 gelocaliseerde toestanden in deze materialen.approximate material. However, incorporation of hydrogen in the aforementioned method has limitations, based on the fixed hydrogen to silicon ratio in silane, and various Si: H bonding configurations that introduce new anti-bonding states. Therefore, there are substantial limitations in reducing the density of the localized states in these materials.

Sterk verbeterde amorfe siliciumlegeringen met significant verminderde concentraties van gelocaliseerde toestanden in de energiebanden daarvan en met electronische eigenschappen van hoge kwaliteit zijn verkregen door glimontlading als volledig beschreven in het 35 Amerikaanse octrooischrift 4.226.898, en door dampafzetting als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.217.374. Zoals in deze octrooischrif- 8300925 .Greatly improved amorphous silicon alloys with significantly reduced concentrations of localized states in their energy bands and with high quality electronic properties have been obtained by glow discharge as fully described in U.S. Patent 4,226,898, and by vapor deposition as described in U.S. Patent 4,217,374 . As in this patent 8300925.

5 ten beschreven, hier hierin als referentie worden opgenomen, wordt fluor in de amorfe silicium-halfgeleiderlegering ingevoerd om daardoor de dichtheid van de gelocaliseerde toestanden daarin aanmerkelijk te verlagen. Het geactiveerde fluor verbindt zich in het bijzonder snel 5 in het amorfe lichaam met silicium waardoor de dichtheid van de gelocaliseerde defecttoestanden aanzienlijk wordt verlaagd omdat door de .kleine afmeting, de hoge reactiviteit en de specifieke chemische binding X fluoratomen een meer defect-vrije amorfe siliciumlegering wordt bereikt.5, herein incorporated by reference herein, fluorine is introduced into the amorphous silicon semiconductor alloy to thereby significantly reduce the density of the localized states therein. In particular, the activated fluorine rapidly bonds with silicon in the amorphous body, thereby significantly reducing the density of the localized defect states, because of the small size, high reactivity and specific chemical bond X fluorine atoms, a more defect-free amorphous silicon alloy is reached.

Het fluor verbindt zich met de vrije hangende bindingen van het silicium 10 en vormt naar wordt aangenomen een in hoofdzaak ionisch stabiele binding met flexibele bindingshoeken, die resulteert in een meer stabiele en meer efficiënte compensatie of wijziging dan wordt gevormd door waterstof en andere compenserende of wijzigende middelen. Fluor combineert zich eveneens bij voorkeur met silicium en waterstof, waarbij de 15 waterstof op meer gewenste wijze wordt verbruikt aangezien waterstof verschillende bindingsmogelijkheden heeft. Zonder fluor zou waterstof zich niet op gewenste wijze in het materiaal binden, waardoor extra defecte toestanden in de bandafstand alsmede in het materiaal zelf zouden worden veroorzaakt. Derhalve wordt fluor beschouwd als een meer 20 efficiënt compensatie- of modifiestiemiddel dan waterstof wanneer het alleen wordt toegepast of met waterstof vanwege zijn hoge reactiviteit, specificiteit wat chemische binding betreft en hoge electro-negativiteit.The fluorine bonds with the free hanging bonds of the silicon 10 and is believed to form a substantially ionically stable bond with flexible bond angles, resulting in a more stable and more efficient compensation or modification than is formed by hydrogen and other compensatory or altering resources. Fluorine also preferably combines with silicon and hydrogen, the hydrogen being more desirably consumed since hydrogen has different bonding options. Without fluorine, hydrogen would not bond to the material in the desired manner, causing additional defective states in the band gap as well as in the material itself. Therefore, fluorine is considered to be a more efficient compensation or modifier than hydrogen when used alone or with hydrogen because of its high reactivity, chemical bond specificity and high electro-negativity.

Als voorbeeld kan de compensatie worden bereikt met alleen fluor of gecombineerd met waterstof waarbij deze elementen in 25 zeer kleine hoeveelheden (bijvoorbeeld fracties van 1 atoomprocent) kunnen worden toegevoegd. De hoeveelheid in fluor en waterstof die echter het meest gewenst worden toegepast zijn veel groter dan dergelijke kleine percentages voor de vorming van een silicium-waterstof-fluorlegering.As an example, the compensation can be achieved using only fluorine or combined with hydrogen, these elements being added in very small amounts (eg fractions of 1 atomic percent). However, the amounts of fluorine and hydrogen most desirably used are much greater than such small percentages for the formation of a silicon hydrogen fluorine alloy.

Dergelijke legeringshoeveelheden van fluor en waterstof kunnen bijvoor-30 beeld in de orde van 1 tot 5% of meer zijn. Aangenomen wordt, dat de | aldus gevormde legering een lagere dichtheid van defecte toestanden in de energieband heeft dan die bereikt door slechts de neutralisering van loshangende bindingen en soortgelijke defecttoestanden. Aangenomen wordt dat in het bijzonder een dergelijke grote hoeveelheid fluor op aanzien-35 lijke wijze deelneemt aan de nieuwe structuurconfiguratie van een amorf silicium-bevattend materiaal en de toevoeging van andere legeringsma ter ia- j 8300925 6 » ψ ι len, zoals germanium vergemakkelijkt.«Aangenomen wordt dat fluor naast zijn andere reeds vermelde eigenschappen als organisator Van de locale structuur in de silicium-bevattende legering werkzaam is via inductieve en ionische effecten. Aangenomen wordt dat fluor tevens de binding van 5 waterstof beïnvloedt door op gunstige wijze in te werken ter verlaging van de dichtheid van defecttoestanden welke door waterstof worden bijgedragen^ _onder werkingais een ae dichtheid van toestanden verminderend element. De ionische rol die fluor in een dergelijke legering speelt, is naar wordt aangenomen een belangrijke· factor wat betreft de onderlinge 10 samenhangen van de naburige atomen. |Such alloy amounts of fluorine and hydrogen can be, for example, on the order of 1 to 5% or more. It is assumed that the | Alloy thus formed has a lower density of defect states in the energy band than that achieved by only neutralizing loose bonds and similar defect states. In particular, such a large amount of fluorine is believed to participate significantly in the novel structural configuration of an amorphous silicon-containing material and facilitate the addition of other alloy materials, such as germanium. It is believed that fluorine acts as an organizer of the local structure in the silicon-containing alloy through inductive and ionic effects in addition to its other properties already mentioned. Fluorine is also believed to affect the bonding of hydrogen by acting favorably to decrease the density of defect states contributed by hydrogen while operating on a density of state reducing element. The ionic role that fluorine plays in such an alloy is believed to be an important factor in the interrelationships of the neighboring atoms. |

Aldus hebben amorfe siliciumlegeringen die fluor bevat- · \Thus, amorphous silicon alloys containing fluorine have

ten sterk verbeterde eigenschappen gedemonstreerd wat betreft foto- Jgreatly improved properties demonstrated in photo- J

galvanische toepassingen vergeleken met amorfe siliciumlegeringen die ·; alleen waterstof als een toestandsdichtheid-verminderend element bevatten. ! 15 Ten einde echter het volledige voordeel van deze amorfe siliciumlege- ï i ringen die fluor bevatten te realiseren wanneer zij worden toegepast \ voor het vormen van de actieve gebieden van fotogalvanische inrichtingen, 1galvanic applications compared to amorphous silicon alloys which ·; contain only hydrogen as a state density reducing element. ! However, in order to realize the full benefit of these amorphous silicon alloys containing fluorine when they are used to form the active regions of photovoltaic devices, 1

is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat de grootst mogelijke hoeveel- Tit is necessary to ensure that the greatest possible quantity

heid van de beschikbare .fotonen daarin worden geabsorbeerd met het \ 20 doel op efficiënte wijze electronengatenparen te vormen. jThe available photons therein are absorbed for the purpose of efficiently forming electron hole pairs. j

Het voornoemde is belangrijk in bijvoorbeeld fotogalvani- i sche inrichtingen van de p-i-n configuratie. Inrichtingen van dit type 'i hebben p- en n-type gedoteerde lagen aan beide zijden van een actieve - intrinsieke laag, waarin de electronen-gatenparen worden gevormd. Zij 25 brengen een potentiaalgradiënt over de inrichting tot stand die de scheiding van de electronen en gaten vergemakkelijkt waarbij tevens i.The foregoing is important in, for example, photovoltaic devices of the p-i-n configuration. Devices of this type i have p- and n-type doped layers on both sides of an active intrinsic layer in which the electron-hole pairs are formed. They establish a potential gradient across the device that facilitates the separation of the electrons and holes while also i.

contactlagen worden gevormd voor het vergemakkelijken van het opzamelen van de electronen en gaten als electrische stroom.contact layers are formed to facilitate the collection of the electrons and holes as an electric current.

Niet alle beschikbare protonen worden door de actieve 30 gebieden geabsorbeerd. Terwijl bijna alle kortere golflengte-fotonen worden geabsorbeerd, wordt een groot gedeelte van de langere golflengte-protonen met energieën die nabij de absorptiegrens van het intrinsieke halfgeleidermateriaal liggen niet geabsorbeerd. Het verlies van dergelijke niet geabsorbeerde fotonen leidt tot een verlaging van de stromen 35 die kunnen worden geproduceerd. Om verlies van deze lange golflengte-fotonen te voorkomen zijn reflectors, gevormd uit geleidende metalen 8300925 7 toegepast om het niet gebruikte of niet geabsorbeerde licht terug te reflecteren in de actieve gebieden van de inrichtingen -Not all available protons are absorbed by the active regions. While almost all shorter wavelength photons are absorbed, much of the longer wavelength protons with energies close to the absorption limit of the intrinsic semiconductor material are not absorbed. The loss of such unabsorbed photons results in a decrease in the currents that can be produced. To avoid loss of these long wavelength photons, reflectors formed from conductive metals 8300925 7 have been used to reflect the unused or unabsorbed light back into the active regions of the devices -

De p- en n-type lagen zijn geleidend en hébben bij voorkeur een lage absorptiecoëfficiënt van golflengten nabij de band-5 grens, om de fotan-absorptie in die lagen te verminderen. Een reflector is derhalve bijzonder voordelig wanneer toegepast in samenhang met de p-type laag met bijvoorbeeld een wijde bandafstand die een van de gedoteerde lagen van een dergelijke inrichting vormt. Ref 1 ectielagen dienen derhalve voor het reflecteren van niet gebruikt licht in het intrin-10 sieke gebied van de inrichting om daarmee een verdere benutting van de zonne-energie voor het opwekken van extra electronen-gatenparen toe te laten. Door een reflectielaag kan een groter deel van de beschikbare fotonen in de actieve intrinsieke laag overgaan en daarin worden geabsorbeerd.The p- and n-type layers are conductive and preferably have a low absorption coefficient of wavelengths near the band-5 boundary, in order to reduce the photan absorption in those layers. A reflector is therefore particularly advantageous when used in conjunction with the p-type layer with, for example, a wide band gap forming one of the doped layers of such a device. Ref. Ection layers therefore serve to reflect unused light in the intrinsic region of the device thereby allowing further utilization of the solar energy to generate additional electron hole pairs. A reflection layer allows a greater proportion of the available photons to pass into and absorb the active intrinsic layer.

15 Helaas zijn de beste reflectors volgens de stand van de techniek slechts in staat ongeveer 80% van het niet gebruikte licht van de van belang zijnde golflengten terug te kaatsen in de inrichtingen waarin zij worden toegepast. Edele metalen zoals koper en zilver en metalen zoals aluminium, omdat zij sterk geleidend zijn, zijn derhalve 20 als eventuele reflectormaterialen voorgesteld. Deze metalen kunnen ech- j ter in de halfgeleider van de Inrichtingen waarin zij worden toegepast | diffunderen en wanneer dit plaatsvindt hebben zij een nadelig effect op ! de lichtgevoelige eigenschap van de inrichtingen. Aldus zijn dunne lagen van andere minder geleidende en minder reflectieve metalen toegepast 25 als diffusiebarrières voor dergelijke reflectors. Dergelijke minder ge- ; leidende en reflectieve metalen omvatten molybdeen en chroom. Hoewel jj deze metalen diffusie in de halfgeleider van de inrichtingen, voorkomen, t Ü verminderen zij de reflectie van de sterker geleidende metalen. Aldus l bestaat er een behoefte aan betere reflectiesystemen die niet alleen 30 een grotere reflectie van het niet gebruikte licht geven maar tevens * diffusie van het reflectoxmateriaal in de inrichtingen voorkomen.Unfortunately, the best prior art reflectors are only able to reflect about 80% of the unused light of the wavelengths of interest back into the devices in which they are used. Precious metals such as copper and silver and metals such as aluminum, because they are highly conductive, have therefore been proposed as optional reflector materials. However, these metals can enter the semiconductor of the Devices in which they are used diffuse and when this occurs they have an adverse effect on! the photosensitive property of the devices. Thus, thin layers of other less conductive and less reflective metals have been used as diffusion barriers for such reflectors. Such lesser; lead and reflective metals include molybdenum and chromium. Although these metals prevent diffusion in the semiconductor of the devices, they reduce the reflection of the more conductive metals. Thus, there is a need for better reflection systems which not only provide greater reflection of the unused light but also prevent diffusion of the reflectox material into the devices.

Er is thans een nieuw en verbeterd reflectorsysteem gevonden dat zowel een verhoogde reflectie van niet gebruikt licht ten op- ïi zichte van de bekende reflectors geeft, maar tevens bescherming tegen " 35 de reflectormaterialen die diffunderen in de halfgeleider van de inrichtingen. De reflectors volgens de uitvinding kunnen worden toegepast in F· 8300925 + * 8 zowel enkele cel fotogalvanische inrichtingen met de p-i-n configuratie alsmede veelvoudige celstructuren met een veelvoud van enkele cel-eenheden.A new and improved reflector system has now been found which provides both an increased reflection of unused light relative to the known reflectors, but also protection against the reflector materials diffusing into the semiconductor of the devices. The invention can be applied in F8300925 + * 8 both single cell photovoltaic devices with the pin configuration as well as multiple cell structures with a plurality of single cell units.

De onderhavige uitvinding voorziet in nieuwe en verbe-5 terde reflectorsystemen ten gebruike in fotogalvanische inrichtingen.The present invention provides new and improved reflector systems for use in photovoltaic devices.

De reflectorsystemen volgens de uitvinding geven een verhoogde reflectie van niet-geabsorbeerd licht terug in de actieve gebieden van de inrichtingen waarin zij worden toegepast, terwijl daarbij diffusie van de reflectormaterialen in de inrichtingen wordt voorkomen.The reflector systems of the invention return increased reflectance of unabsorbed light in the active regions of the devices in which they are used, thereby preventing diffusion of the reflector materials into the devices.

10 De reflectorsystemen omvatten een laag van sterk reflec tief materiaal en een laag van een transparante geleider. De transparante geleiderlaag is opgesteld tussen de inrichting en de laag van sterk, reflecterend materiaal.The reflector systems comprise a layer of highly reflective material and a layer of a transparent conductor. The transparent conductor layer is arranged between the device and the layer of strong, reflective material.

Het sterk geleidende materiaal kan een sterk reflectief 15 metallisch materiaal zijn zoals een sterk reflecterend metaal van goud, zilver, koper of aluminium, of legeringen daarvan.. De sterk reflectieve metallische materialen kunnen tevens metallische verbindingen zijn zoals m , TiN , ZrN , HfN , of MoN .The highly conductive material may be a highly reflective metallic material such as a highly reflective metal of gold, silver, copper or aluminum, or alloys thereof. The highly reflective metallic materials may also be metallic compounds such as m, TiN, ZrN, HfN, or MoN.

X. X X xl X ·X. X X xl X

De transparante geleider kan een transparant geleidend 20 oxyde zijn zoals indiumtinoxyde, cadmiumstannaat, gedoteerd tinoxyde,.The transparent conductor may be a transparent conductive oxide such as indium tin oxide, cadmium stannate, doped tin oxide.

vanadiumoxyde, germaniumtinoxyde, ferrioxyde, zinkoxyde en cuproöxyde. jvanadium oxide, germanium tin oxide, ferric oxide, zinc oxide and cuprous oxide. j

De transparante geleider kan tevens een transparant geleidend chalco- r genide zijn zoals zinkselenide of cadmiumsulfide. Deze kan tevens een : siliciumcarbide zijn.The transparent conductor can also be a transparent conductive chalcoride such as zinc selenide or cadmium sulfide. It can also be a silicon carbide.

25 De transparante geleider dient voor het versterken van de reflectie van het niet-geabsorbeerde licht terug in de inrichtingen en dient tevens als een transparante barrièrelaag ter vermijding van diffusie van de sterk reflectieve materialep in de halfgeleidergebieden · van de inrichtingen. De terugreflectorsystemen van de uitvinding voor-30 zien derhalve in een verhoogde terugreflectie van niet-geabsorbeerd licht zonder de lichtgevoelige eigenschappen van de halfgeleidermateria- len van de inrichtingen nadelig te beïnvloeden.The transparent conductor serves to enhance the reflection of the unabsorbed light back into the devices and also serves as a transparent barrier layer to avoid diffusion of the highly reflective materialep into the semiconductor regions of the devices. The back reflector systems of the invention therefore provide for increased back reflectance of unabsorbed light without adversely affecting the photosensitive properties of the semiconductor materials of the devices.

De reflectors volgens de onderhavige uitvinding zijn bijzonder bruikbaar voor fotogalvanische inrichtingen met de p-i-n configu-35 ratie. Dergelijke inrichtingen omvatten een intrinsiek actief halfgelei-dergebied waarin foto-gegenereerde electronen-gatenparen worden gecre- 8300925 9 eerd en gedoteerde gebieden van tegengestelde geleidbaarheid opgesteld aan tegenoverstaande respectievelijke; zijden van het intrinsieke gebied. Het actieve intrinsieke gebied is bij voorkeur een amorf sili-ciumlegeringslichaam of een laag die fluor als een de dichtheid van 5 toestanden verlagend element bevat. De gedoteerde gebieden omvatten tevens bij voorkeur een amorfe silicium wijde bandafstand p-type lege-„ringslaag die hetzij de top of de bodem van de halfgeleiderlaag van de inrichting vormt. In beide gevallen zijn de amorfe halfgeleidergebie-den bij voorkeur afgezet op een substraat waarbij de laag van sterk 10 geleidend metaal grenst aan het substraat en het transparante geleidende oxyde is opgesteld tussen de laag van sterk reflectief materiaal en de bodem-gedoteerde laag.The reflectors of the present invention are particularly useful for photovoltaic devices having the p-i-n configuration. Such devices include an intrinsically active semiconductor region in which photo-generated electron hole pairs are created and doped regions of opposite conductivity arranged at opposite respective ones; sides of the intrinsic area. The active intrinsic region is preferably an amorphous silicon alloy body or a layer containing fluorine as a 5-state reducing element. The doped regions also preferably include an amorphous silicon wide band gap p-type alloy layer which forms either the top or the bottom of the semiconductor layer of the device. In either case, the amorphous semiconductor regions are preferably deposited on a substrate with the layer of highly conductive metal adjacent to the substrate and the transparent conductive oxide disposed between the layer of highly reflective material and the bottom doped layer.

Nagenoeg alle kortere golflengte-fotonen worden in de . actieve intrinsieke gebieden geabsorbeerd terwijl slechts een deel van 15 de fotonen met langere golflengten en energieën nabij de absorptiegrens van het intrinsieke materiaal worden geabsorbeerd. Derhalve wordt de dikte van de transparante geleider ingesteld om de reflectie van de langere golflengtefotonen optimaal te maken. Voor dat doel wordt de dikte van de transparante geleider bij voorkeur bepaald door de formule 20 ' d= ---- n waarin: d de laagdikte; Λ de minimale te reflecteren fotongolflengtey n de brekingsindex van de trein spar ante geleider; en 25 k. een oneven geheel vermenigvuldigingsgetal is.Virtually all shorter wavelength photons are in the. active intrinsic regions are absorbed while only part of the photons with longer wavelengths and energies are absorbed near the absorption limit of the intrinsic material. Therefore, the thickness of the transparent conductor is adjusted to optimize the reflection of the longer wavelength photons. For that purpose, the thickness of the transparent conductor is preferably determined by the formula 20 'd = - - n where: d is the layer thickness; Λ the minimum photon wavelength to be reflected by the refractive index of the train spar ante conductor; and 25 k. is an odd integer multiplication number.

De reflectorsystemen volgens de onderhavige uitvinding kunnen teven worden toegepast in veelvoudige celinrichtingen, zoals tandemcellen.The reflector systems of the present invention can also be used in multiple cell devices, such as tandem cells.

Aldus is het een eerste doel van de uitvinding te voor-30 zien in een verbeterd reflectororgaan voor het reflecteren van niet gebruikte straling terug in het actieve gebied van een fotogalvanische inrichting gevormd uit halfgeleidermateriaal, welke tenminste een actief gebied omvat waarop straling kan invallen voor het produceren van ladingsdragers. Het reflectororgaan wordt gekenmerkt door een eerste laag 35 gevormd uit een transparant materiaal en een tweede laag grenzend aan 8300925 10 de eerste laag en aan de zijde tegenover het actieve gebied, welke tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal.Thus, it is a first object of the invention to provide an improved reflector for reflecting unused radiation back into the active region of a photovoltaic device formed of semiconductor material, which includes at least one active region to which radiation can incident for producing charge carriers. The reflector member is characterized by a first layer 35 formed of a transparent material and a second layer adjacent to the first layer and on the side opposite the active region, which second layer is formed of a highly reflective material.

Het is een tweede doel van de uitvinding te voorzien in een fotogalvanische inrichting van vele cellen gevormd uit veelvoudige 5 lagen van amorfe halfgeleiderlegeringen die op éen substraat zijn afgezet. De inrichting omvat een veelvoud van enkele celeenheden die in serie-samerihang . ... ..omvattende een bodemceleenheid zijn opgesteld, welke enkele celeenheid omvat: een eerste gedoteerde amorfe halfgeleider-legeringslaag; een lichaam van een intrinsieke amorfe halfgeleiderlege-10 ring afgezet op de eerste gedoteerde laag; een verdere gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag afgezet op het intrinsieke lichaam en met een tegengestelde geleidbaarheid als de eerste gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag; welke wordt gekenmerkt door een terugreilector tussen de bodemceleenheid en het substraat, welke reflector een eerste j 15 laag omvat gevormd uit een transparante geleider grenzend aan de bodem- l celeenheid en een tweede laag tussen de eerste laag en het substraat, | welke tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal. eIt is a second object of the invention to provide a photovoltaic device of many cells formed from multiple layers of amorphous semiconductor alloys deposited on one substrate. The device comprises a plurality of single cell units arranged in series-chamber. ... .. comprising a bottom cell unit comprising a single cell unit: a first doped amorphous semiconductor alloy layer; a body of an intrinsic amorphous semiconductor alloy deposited on the first doped layer; a further doped amorphous semiconductor alloy layer deposited on the intrinsic body and having an opposite conductivity as the first doped amorphous semiconductor alloy layer; which is characterized by a return filter between the bottom cell unit and the substrate, the reflector comprising a first layer formed of a transparent conductor adjacent the bottom cell unit and a second layer between the first layer and the substrate, | which second layer is formed from a highly reflective material. e

De voorkeursuitvoeringsvorm van deze uitvinding zal nu JThe preferred embodiment of this invention will now be J

worden beschreven bij wijze van voorbeeld aan de hand van de volgende \ 20 tekeningen, waarin: :are described by way of example using the following \ 20 drawings, in which::

Fig. 1 eén schematische voorstelling is van een glimv ontladingsafzettingssysteem dat kan worden toegepast voor het uitvoeren ? van de werkwijze van de uitvinding voor het maken van de fotogalvani- i.Fig. 1 is a schematic representation of a glow discharge deposition system that can be used to perform it? of the method of the invention for making the photovoltaics.

sche inrichting van de uitvinding; ; 25 fig.· 2 een doorsnede-aanzicht is van een deel van het t systeem van fig. 1 langs de lijnen II - II; [ fig. 3 een doorsnede-aanzicht is van een p-i-n foto- »·.: galvanische inrichting volgens de uitvinding en fig. 4 een doorsnede-aanzicht is van een veelvoudige 30 cel waarin een veelvoud van p-i-n fotogalvanische celeenheden is opge- r 'nomen opgesteld in tandemconfiguratie, volgens de uitvinding.chemical device of the invention; ; FIG. 2 is a sectional view of part of the system of FIG. 1 taken along lines II-II; [Fig. 3 is a cross-sectional view of a pin photovoltaic device of the invention and Fig. 4 is a cross-sectional view of a multiple cell incorporating a plurality of pin photovoltaic cell units arranged in tandem configuration, according to the invention.

In fig. 1 wordt een glimontladingsafzettingssysteem 10 weergegeven dat een huis 12 omvat. Het huis 12 omsluit een vacuümkamer en omvat een inlaatkamer 16 en een uitlaatkamer 18. Een kathodesteun-35 orgaan 20 is gemonteerd in de vacuümkamer 11 via een isolator 22.In Fig. 1, a glow discharge deposition system 10 comprising a housing 12 is shown. The housing 12 encloses a vacuum chamber and includes an inlet chamber 16 and an outlet chamber 18. A cathode support member 20 is mounted in the vacuum chamber 11 through an insulator 22.

Het steunorgaan 20 omvat een isolerende bus 24 die het 8300925 11 steunorgaan 20 langs de omtrék omhult. Een donker ruimteschild 26 omhult op afstand de bus 24.The support member 20 includes an insulating sleeve 24 which envelops the 8300925 11 support member 20 along the circumference. A dark space shield 26 remotely envelops the bus 24.

Een substraat 28 is vastgemaakt aan het inwendige einde 30 van het steunorgaan 20 door een houder 32. De houder 32 kan worden vastgeschroefd 5 of anderszins op gebruikelijke wijze worden vastgemaakt aan een steunorgaan en staat daarmede in electrisch contact.A substrate 28 is attached to the inner end 30 of the support member 20 by a holder 32. The holder 32 may be screwed or otherwise attached to a support member in conventional manner and is in electrical contact therewith.

Het kathodesteunorgaan 20 omvat een holte 34 waarin een electrische verhitter 36 voor het verhitten van het steunorgaan 20 en aldus het substraat 28 is ingebracht. Het kathodesteunorgaan 20 omvat 10 tevens een temperatuurgevoelige sonde 38 voor het meten van de temperatuur van het steunorgaan 20. De temperatuursonde wordt toegepast voor het regelen van de bekrachtiging van de verhitter 36 om het steunorgaan 20 en het substraat 28 op elke gewenste temperatuur te houden.The cathode support member 20 includes a cavity 34 into which an electrical heater 36 for heating the support member 20 and thus the substrate 28 is inserted. The cathode support 20 also includes a temperature sensitive probe 38 for measuring the temperature of the support member 20. The temperature probe is used to control the actuation of the heater 36 to maintain the support member 20 and the substrate 28 at any desired temperature.

Het systeem 10 omvat tevens een electrode 40 die buiten 15 het huis 12 uitsteekt in de vacuümkamer 14 die op afstand staat van het £ kathodesteunorgaan 20. De electrode 40 omvat een scherm 42 dat de elec- | trode 40 omringt en dat op zijn beurt een daarop gemonteerd substraat | 44 draagt. De electrode 40 omvat een‘holte 46 waarin een electrodever- | ' p.The system 10 also includes an electrode 40 protruding outside of the housing 12 into the vacuum chamber 14 spaced from the cathode support member 20. The electrode 40 includes a screen 42 covering the electrodes. surrounding red 40, which in turn surrounds a substrate mounted thereon 44 wears. The electrode 40 comprises a cavity 46 in which an electrode connector p.

hitter is ingébracht. De electrode 40 omvat tevens een temperatuurge- ghitter is brought in. The electrode 40 also includes a temperature data

Vr:Fr:

20 voelige sonde 50 voor het meten van de temperatuur van de electrode 40 W20 sensitive probe 50 for measuring the temperature of the electrode 40 W.

. Hi en aldus van het substraat 44. De sonde 50 wordt toegepast voor het re- pj a gelen van de bekrachtiging van de verhitter 48 om de electrode 40 en p het substraat 44 op elke gewenste tempera tuur te houden, onafhankelijk Ρί van het orgaan 2Q. tp 25 Er wordt een glimontladingsplasma ontwikkeld in een ruimte 52 tussen de substraten 28 en 44 door energie opgewekt door een ££ gereguleerde R.F., A.C. of D.C. spanningsbron die is gekoppeld asm het —iii kathodesteunorgaan 20 over de ruimte 52 aan de electrode 40, die ge- q aard is. De vacuümkamer 14 wordt geëvacueerd tot de gewenste druk door 30 middel van een vacuumpomp 54 die gekoppeld is aan de kamer 14 via een Γ ; ^ deeltjes trap 56. Een drukmeter 58 is gekoppeld aan het vacuümsysteem. Thus, of the substrate 44. The probe 50 is used to control the actuation of the heater 48 to maintain the electrode 40 and the substrate 44 at any desired temperature, independent of the member 2Q. . tp 25 A glow discharge plasma is generated in a space 52 between the substrates 28 and 44 by energy generated by a ££ regulated RF, AC or DC voltage source coupled asm the cathode support 20 over the space 52 to the electrode 40, which is q. The vacuum chamber 14 is evacuated to the desired pressure by means of a vacuum pump 54 coupled to the chamber 14 via a Γ; Particle step 56. A pressure gauge 58 is coupled to the vacuum system

en wordt toegepast voor het regelen van de pomp 54 om het systeem 10 Jand is used to control the pump 54 about the system 10J

op de gewenste deuk te houden.on the desired dent.

De inlaatkamer 16 van het huis 12 is bij voorkeur voor-35 zien van een veelvoud van leidingen 60 voor het invoeren van materialen in het systeem 10 die daarin worden gemengd en afgezet in de kamer 14 8300925The inlet chamber 16 of the housing 12 is preferably provided with a plurality of conduits 60 for introducing materials into the system 10 which are mixed therein and deposited in the chamber 14 8300925

- I- I

12 in de glimontladings-plasmaruimte 52 op de substraten 28 en 44. Desge-wenst kan de inlaatkamer 16 op een verwijderde plaats worden aangebracht en kunnen de gassen worden voorgemengd alvorens zij in kamer 14 worden gevoerd. De gasvormige materialen worden in leidingen 60 gevoerd via 5 een filter of een andere zuiveringsinrichting 62 met een snelheid die door een klep 64 wordt bestuurd.12 into the glow discharge plasma space 52 on the substrates 28 and 44. If desired, the inlet chamber 16 may be placed in a remote location and the gases may be premixed before being introduced into chamber 14. The gaseous materials are fed into conduits 60 through a filter or other purifier 62 at a speed controlled by a valve 64.

Wanneer een materiaal. aanvankelijk niet in een gasvorm is maar in plaats daarvan vloeibaar of vast is, kan dit in een af gedichte houder 66 als aangegeven in 68 worden gebracht. Het materiaal 68 10 wordt dan verhit door een verhitter 70 om de dampdruk daarvan in de houder 66 te verhogen. Een geschikt gas, zoals een argon, wordt via een dompelpijp 72 in het materiaal 68 gevoerd ten einde de dampen van het materiaal 68 op te vangen en de dampen via een filter 62' en een klep 64' in de leidingen 60 en vandaar in het systeem 10 te transports teren.When a material. initially not in gaseous form but instead liquid or solid, it may be placed in a sealed container 66 as shown in 68. The material 68 is then heated by a heater 70 to increase its vapor pressure in the container 66. A suitable gas, such as an argon, is introduced into the material 68 through an immersion pipe 72 to collect the vapors of the material 68 and the vapors through a filter 62 'and a valve 64' into the conduits 60 and from there into the transport system 10.

De inlaatkamer 16 en de uitlaatkamer 18 zijn bij voorkeur voorzien van schermorganen 74 om het plasma in de kamer 14 te begrenzen . in· hoofdzaak tussen de substraten 28 en 44. ;The inlet chamber 16 and the outlet chamber 18 are preferably provided with shielding members 74 for limiting the plasma in the chamber 14. mainly between the substrates 28 and 44.;

De materialen die door de leidingen 60 worden toegevoerd ; 20 worden in de inlaatkamer 16 gemengd en daarna geleid in de glimontla-dingsruimte 52 om het plasma te handhaven en de legering af te zetten op de substraten onder opname van silicium, fluor, zuurstof en de ande- : re gewenste elementen zoals waterstof, en/of doteermiddelen of andere gewenste materialen.The materials fed through the conduits 60; 20 are mixed in the inlet chamber 16 and then passed into the glow discharge space 52 to maintain the plasma and deposit the alloy on the substrates incorporating silicon, fluorine, oxygen and the other desired elements such as hydrogen, and / or dopants or other desired materials.

25 In werking wordt het systeem 10 voor het afzetten vanThe system 10 is turned off to switch off

lagen van intrinsieke amorfe siliciumlegeringen eerst leeggepompt tot Llayers of intrinsic amorphous silicon alloys are first pumped empty to L.

een gewenste afzettingsdruk, zoals minder dan 20 mtorr voor het af zetten. De aanvangsmaterialen of de reactiegassen zoals siliciumtetrafluo-ride (SiF^) en moleculaire waterstof (H^) en/of silaan worden toege-30 voerd in de inlaatkamer 16 via afzonderlijke leidingen 60 en worden in de inlaatkamer gemengd. Het gasmengsel wordt toegevoerd in de vacuümkamer om daarin een deeldruk van ongeveer 0,6 torr te handhaven. In de ruimte 52 wordt tussen de substraten 28 en 44 een plasma opgewekt onder toepassing van hetzij een gelijkspanning van groter dan 1000 volt of 35 een radiofrequentievermogen van ongeveer 50 watt werkende bij een frequentie van 13,56 MHz of elke andere gewenste frequentie.a desired deposition pressure, such as less than 20 mtorr for deposition. The starting materials or the reaction gases such as silicon tetrafluoride (SiF 2) and molecular hydrogen (H 2) and / or silane are fed into the inlet chamber 16 through separate lines 60 and are mixed in the inlet chamber. The gas mixture is fed into the vacuum chamber to maintain a partial pressure therein of about 0.6 torr. In the space 52, a plasma is generated between the substrates 28 and 44 using either a DC voltage greater than 1000 volts or a radio frequency power of about 50 watts operating at a frequency of 13.56 MHz or any other desired frequency.

Naast de intrinsieke amorfe siliciumlegeringen die op 8300925 13 de wijze als hierboven beschreven worden afgezet/ wordt in de inrichtingen van de uitvinding als geïllustreerd in de verschillende hierna te beschrijven uitvoeringsvormen tevens gébruik gemaakt van gedoteerde amorfe siliciumlegeringen met inbegrip van een brede bandafstand p 5 amorfe siliciumlegeringen. Deze gedoteerde legeringslagen kunnen p, p+, n, of n+-type geleidbaarheid zijn en zij kunnen zijn gevormd door een geschikt doteermiddel in de vacuümkamer in te voeren tezamen met het intrinsieke uitgangsmateriaal zoals silaan, (SiH^) of het silicium-tetrafluoride (SiF^) uitgangsmateriaal en/of waterstof en/of silaan.In addition to the intrinsic amorphous silicon alloys deposited in the manner described above in 8300925 13, the devices of the invention illustrated in the various embodiments described below also employ doped amorphous silicon alloys including a wide band gap p 5 amorphous silicon alloys . These doped alloy layers can be p, p +, n, or n + type conductivity and they can be formed by introducing a suitable dopant into the vacuum chamber along with the intrinsic starting material such as silane, (SiH 2) or the silicon tetrafluoride (SiF ^) starting material and / or hydrogen and / or silane.

10 Voor n- of p-gedoteerde lagen kan het materiaal worden gedoteerd met 5-100 dpm doteermaterialen wanneer het wordt af gezet.For n- or p-doped layers, the material can be doped with 5-100 ppm dopant materials when deposited.

Voor n - of p -gedoteerde lagen wordt het materiaal gedoteerd met 100 dpm tot meer dan 1% van een doteermateriaal als zodanig neergeslagen.For n- or p-doped layers, the material is doped at 100 ppm to more than 1% of a dopant as such.

Op de n-doteermiddelen kunnen fosfor, arseen, antimoon of bismuth zijn.The n-dopants can be phosphorus, arsenic, antimony or bismuth.

15 Bij voorkeur worden de n-gedoteerde lagen gedeponeerd door de glim-ladingsontleding van tenminste siliciumtetrafluoride (SiF^) en fosfine (pH3). Waterstof en/of silaangas (SiH^) kunnen tevens aan dit mengsel worden toegevoegd.Preferably, the n-doped layers are deposited by the glow charge decomposition of at least silicon tetrafluoride (SiF2) and phosphine (pH3). Hydrogen and / or silane gas (SiH2) can also be added to this mixture.

De p-doteermiddelen kunnen borium, aluminium, gallium, 20 indium of thallium zijn. Bij voorkeur worden de p-gedoteerde lagen afgezet door de glimontladingsontleding van tenminste silaan en diboraan of siliciumtetrafluoride en diboraan. Aan het siliciumtetrafluo- 2 o ride en diboraan kunnen tevens waterstof en/of silaan worden toegevoegd.The p-dopants can be boron, aluminum, gallium, indium or thallium. Preferably, the p-doped layers are deposited by the glow discharge decomposition of at least silane and diborane or silicon tetrafluoride and diborane. Hydrogen and / or silane can also be added to the silicon tetrafluoride and diborane.

Naast het voomoemde en volgens de uitvinding kunnen de · 25 p-type lagen worden gevormd uit amorfe siliciumlegeringen die tenminste één de bandafstand vermeerderend element bevatten. Bijvoorbeeld kunnen koolstof en/of stikstof worden opgenomen in de p-type legeringen om de bandafstanden daarvan te verhogen. Een amorfe sillciumlegering met brede bandafstand p kan bijvoorbeeld worden gevormd door een gasmengsel 30 van siliciumtetrafluoride (SiF.), silaan (SiE.), diboraan (B„H_) en 4 4 2 o methaan (CH^). Dit resulteert in een p-type amorfe siliciumlegering met een brede bandafstand.In addition to the aforementioned and according to the invention, the p-type layers may be formed from amorphous silicon alloys containing at least one band spacing enhancing element. For example, carbon and / or nitrogen can be included in the p-type alloys to increase the bond distances thereof. For example, a wide bandgap amorphous silicon alloy p can be formed by a gas mixture 30 of silicon tetrafluoride (SiF.), Silane (SiE.), Diborane (B 1 H 2) and 4 4 O methane (CH 2). This results in a p-type amorphous silicon alloy with a wide band gap.

ii

De gedoteerde lagen van de inrichtingen worden bij verschillende temperaturen afgezet afhankelijk van het type af te zetten ma-35 teriaal en toegepaste substraat. Voor aluminiumsubstraten dient de boventemperatuur niet boven ongeveer 600°C te liggen en voor roestvrij staal 8300925 j . , * 14 kan deze niet meer bedragen dan ongeveer 1000°C. De substraattempera-tuur voor de intrinsieke en gedoteerde legeringen die aanvankelijk zijn gecompenseerd met waterstof, zoals bijvoorbeeld die neergeslagen uit silaangas-uitgangsmateriaal, dient minder te zijn dan ongeveer 400°C en 5 bij voorkeur tussen 250°C en 35QeC.The doped layers of the devices are deposited at different temperatures depending on the type of material to be deposited and the substrate used. For aluminum substrates, the upper temperature should not exceed about 600 ° C and for stainless steel 8300925 j. * 14 it cannot exceed about 1000 ° C. The substrate temperature for the intrinsic and doped alloys initially compensated with hydrogen, such as, for example, those precipitated from silane gas feedstock, should be less than about 400 ° C and preferably between 250 ° C and 35 ° C.

Andere materialen en legeringselementen kunnen tevens aan de intrinsieke en gedoteerde lagen worden toegevoegd om een geoptimaliseerde stroomopwekking te leveren. Deze andere materialen en elementen zullen hierna worden beschreven in samenhang met de inrichtings-10 configuratie volgens de uitvinding als geïllustreerd in figuren 3 en 4.Other materials and alloying elements can also be added to the intrinsic and doped layers to provide optimized power generation. These other materials and elements will be described below in connection with the device configuration according to the invention as illustrated in Figures 3 and 4.

In fig. 3 wordt een deelaanzicht van een p-i-n-inrich-ting aangegeven volgens de uitvinding. De inrichting 110 omvat een substraat 112 dat een glas of buigbaar vlies kan zijn gevormd uit roestvrij staal of aluminium. Het substraat 112 heeft een gewenste breedte 15 en lengte en is bij voorkeur 0,125 tot 0,25 mm dik.Fig. 3 shows a partial view of a p-i-n device according to the invention. The device 110 includes a substrate 112 which may be a glass or flexible fleece formed from stainless steel or aluminum. The substrate 112 has a desired width and length and is preferably 0.125 to 0.25 mm thick.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een laag 114 van sterk reflectief materiaal afgezet op het substraat 112. De laag 114 wordt afgezet volgens dampdepositie, hetgeen een betrekkelijk snelle afzettingsmethode is. De laag 114 bestaat bij voorkeur uit een sterk 20 reflectief metallisch materiaal, zoals zilver, goud, aluminium of koper of legeringen daarvan. Het sterk reflectieve materiaal kan tevens een sterk reflectieve metallische verbinding zijn zoals WN TiN , ZrN , HfNAccording to the present invention, a layer 114 of highly reflective material is deposited on the substrate 112. The layer 114 is deposited by vapor deposition, which is a relatively rapid deposition method. The layer 114 preferably consists of a highly reflective metallic material, such as silver, gold, aluminum or copper or alloys thereof. The highly reflective material can also be a highly reflective metallic compound such as WN TiN, ZrN, HfN

2C X X X2C X X X

of ΜοΝχ. Op de laag 114 is een laag 115 van een transparante geleider afgezet. De transparante geleider kan een transparant geleidend oxyde 25 (TCQ) zijn dat is af gezet in een dampdepositieomgeving en dit kan bijvoorbeeld indiumtinoxyde (ITO), cadmiumstannaat (Cd^SnO^), zinkoxyde, cupro-oxyde, vanadiumoxyde, germaniumtinoxyde, ferrioxyde of tinoxyde (Sn02) zijn. De transparante geleiderlaag 115 kan tevens worden gevormd uit siliciumcarbide of een transparant geleidend chalcogenide, zoals 30 cadmiumsulfide of zinkselenide. De laag 114 van sterk reflectief materiaal en de laag 115 van de transparante geleider vormen een reflectie-systeem volgens de uitvinding.or ΜοΝχ. A layer 115 of a transparent conductor is deposited on the layer 114. The transparent conductor may be a transparent conductive oxide (TCQ) deposited in a vapor deposition environment and may be, for example, indium tin oxide (ITO), cadmium stannate (Cd ^ SnO ^), zinc oxide, cuprous oxide, vanadium oxide, germanium tin oxide, ferric oxide or tin oxide. (Sn02). The transparent conductor layer 115 can also be formed from silicon carbide or a transparent conductive chalcogenide, such as cadmium sulfide or zinc selenide. The layer 114 of highly reflective material and the layer 115 of the transparent conductor form a reflection system according to the invention.

Het substraat 112 wordt daarna gebracht in de glimontla-dingsdepositie-omgeving. Een eerste gedoteerde brede bandafstand p-type 35 amorfe siliciumlegeringslaag 116 wordt af gezet op de laag 115 volgens de onderhavige uitvinding.. Aangetoond wordt dat laag 116 p+ in geleidbaar- 8300925 W ”·* 15 heid is. Het p -gebied is zo dun mogelijk van de orde van 50 tot 500 Angstrom dik, hetgeen voldoende is voor het p+-gebied om een goed ohms contact te maken met de transparante geleidende oxydelaag 115. Het p+-gëbied dient tevens voor het instellen van een potentiaalgradiënt over 5 de inrichting cm de verzameling van foto-gelnduceerde electronen-gaten-paren als electrische stroom te vergemakkelijken. Het p+-gébied 116 kan uit elk van de reeds eerder voor de depositie van dergelijk materiaal, vermelde gasmengsels worden afgezet.The substrate 112 is then placed in the glow discharge deposition environment. A first doped wide band gap p-type 35 amorphous silicon alloy layer 116 is deposited on the layer 115 of the present invention. Layer 116 is shown to be p + in conductivity 8300925 W * 15. The p region is as thin as possible on the order of 50 to 500 Angstroms thick, which is sufficient for the p + region to make good ohmic contact with the transparent conductive oxide layer 115. The p + region also serves to set a potential gradient across the device to facilitate the collection of photoinduced electron-hole pairs as electrical current. The p + region 116 can be deposited from any of the gas mixtures previously mentioned for the deposition of such material.

Een massa van de intrinsieke amorfe siliciumlegering 118 10 wordt vervolgens afgezet op de brede bandafstand p-type laag 116. Het intrinsieke lichaam 118 is betrekkelijk dik, van de orde van 450 nanometer en wordt uit siliciumtetrafluoride en waterstof en/of silaan afgezet. Het intrinsieke lichaam bevat bij voorkeur de amorfe silicium- j legering die is gecompenseerd met fluor waarbij de grootste hoeveelheid j 15 van de electronen-gatenparen worden gevormd. De kortsluitstroom van de È t inrichting wordt vergroot door de gecombineerde effecten van het reflec- Γ tiesysteem van de uitvinding en de brede bandaf stand van het p-type l: amorfe siliciumlegeringslaag 116. ^A mass of the intrinsic amorphous silicon alloy 118 10 is then deposited on the wide band gap p-type layer 116. The intrinsic body 118 is relatively thick, of the order of 450 nanometers, and is deposited from silicon tetrafluoride and hydrogen and / or silane. The intrinsic body preferably contains the amorphous silicon alloy which is compensated with fluorine to form the largest amount of 15 of the electron hole pairs. The short circuit current of the device is enhanced by the combined effects of the reflection system of the invention and the wide band distance of the p-type 1: amorphous silicon alloy layer 116. ^

Op het intrinsieke lichaam 118 is verder af gezet een ge- {- • rA further {- • r is deposited on the intrinsic body 118

20 doteerde laag 120 die Van tegengestelde geleiding is ten opzichte van jL20 doped layer 120 which is of opposite conductance to jL

de eerste gedoteerde laag 116. Deze omvat een amorfe siliciumlegering \~ ^n+-geleidbaarheidj en kan tevens een brede bandaf stand hebben. De n+ -laag |i 120 wordt afgezet uit elk van de eerder beschreven gasmengsels voor de tl + » afzetting van dergelijk materiaal. De n -laag 120 wordt afgezet tot tethe first doped layer 116. It includes an amorphous silicon alloy n + conductivity and may also have a wide band gap. The n + layer 120 is deposited from any of the previously described gas mixtures for the tl + deposition of such material. The n-layer 120 is deposited to te

25 dikten tussen 5 en 50 nanometer en dient als een contactlaag. P25 thicknesses between 5 and 50 nanometers and serves as a contact layer. P

jÈyou

Een transparante geleidende oxyde (TCO) -laag 122 wordt daarna af gezet op de n -laag 120. De TCO laag 122 kan tevens worden af- ingezet in een dampafzettingsomgeving en kan bijvoorbeeld zijn: indium- 1-- tinoxyde (ITO), cadmiumstannaat (CdjSnO^) of gedoteerd tinoxyde (Sn02). ; 30 Op het oppervlak van de TCO laag 122 is een roosterelec- r trode 124 aangebracht gemaakt uit een metaal met een goede electrische geleidendheid. Het rooster kan orthogonaal verwante lijnen van geleidend ^ materiaal omvatten die elk een ondergeschikt deel van een oppervlak van r het metallische gebied omvatten, waarbij de rest is blootgesteld aan zon- ^ 35 ne-energie. Het rooster 124 kan bijvoorbeeld niet alleen voor ongeveer ™ 5 tot 10% van het gehele oppervlak van TCO laag 122 bedekken. Door de 8300925 16 roosterelectrode 124 wordt uniform stroom verzameld uit TCO-laag 122 waardoor een goede lage serieweerstand voor de inrichting wordt gewaarborgd.A transparent conductive oxide (TCO) layer 122 is then deposited on the n-layer 120. The TCO layer 122 can also be deposited in a vapor deposition environment and may be, for example: indium-1-tin oxide (ITO), cadmium stannate (CdjSnO2) or doped tin oxide (SnO2). ; On the surface of the TCO layer 122, a grating electrode 124 is made of a metal with good electrical conductivity. The grid may comprise orthogonally related lines of conductive material, each comprising a minor part of a surface of the metallic region, the remainder being exposed to solar energy. For example, the grid 124 cannot cover only about 5 to 10% of the entire surface of TCO layer 122. The 8300925 16 grid electrode 124 uniformly collects current from TCO layer 122, ensuring good low series resistance for the device.

Ter voltooiing van de inrichting 110 wordt een anti-5 reflectie (AR)-laag 126 aangebracht over de roosterelectrode 124 en de oppervlakken van de TCO-laag 122 tussen de roosterelectrodegebieden.To complete the device 110, an anti-reflection (AR) layer 126 is applied over the grating electrode 124 and the surfaces of the TCO layer 122 between the grating electrode areas.

De AR-laag 126 heeft een oppervlak waarop de zonnestraling invalt. De AR-laag 126 kan bijvoorbeeld een dikte van de orde van grootte van de golflengte van het maximale energiepunt van het zonnestralingssysteem, ge-10 deeld door viermaal de brekingsindex van de anti-reflectielaag 126 bezitten. Een geschikte AR-laag 126 zou zirkoonoxyde van ongeveer 50 nanometer dikte met een brekingsindex van 2,1 zijn. In een andere vorm kan de TCO-laag 122 tevens dienen als een anti-reflectielaag en de anti-reflectielaag 126 kan daarna worden geëlimineerd en een geschikt inkap-15 selingsmiddel kan op de plaats daarvan worden gesubstitueerd.The AR layer 126 has a surface on which the solar radiation is incident. For example, the AR layer 126 may have a thickness of the order of the wavelength of the maximum energy point of the solar radiation system divided by four times the refractive index of the anti-reflection layer 126. A suitable AR layer 126 would be zirconia about 50 nanometers thick with a refractive index of 2.1. In another form, the TCO layer 122 can also serve as an anti-reflective layer, and the anti-reflective layer 126 can then be eliminated and an appropriate encapsulation agent substituted in its place.

Het is niet: noodzakelijk dat de transparante geleiderlaag 115 eh de TCO-laag 122 worden gevormd uit hetzelfde materiaal. De TCO-laag 122 moet in staat zijn invallende straling van zowel korte als lange golflengten over te brengen. Aangezien in wezen echter alle 20 kortere golflengtestraling zal worden geabsorbeerd in het intrinsieke gebied 118 gedurende de eerste doorloop daarvan, behoeft de transparante geleiderlaag 115 slechts doorlatend te zijn voor langere golflengtestraling, bijvoorbeeld licht met golflengten van ongeveer 60 nanometer of langer.It is not necessary for the transparent conductor layer 115 and the TCO layer 122 to be formed from the same material. The TCO layer 122 must be capable of transmitting incident radiation of both short and long wavelengths. However, since substantially all shorter wavelength radiation will be absorbed in the intrinsic region 118 during its first pass, the transparent conductor layer 115 need only be transmissive for longer wavelength radiation, for example, light of wavelengths of about 60 nanometers or longer.

25 De dikte van de laag 115 van de transparante geleider, hier een transparant geleidend oxyde, kan worden ingesteld om de reflec-tieverbetering van de laag 115 optimaal te maken. Bijvoorbeeld heeft de laag 115 bij voorkeur een dikte bepaald door de formule: d = λ k/4/n ^ waarin: d de dikte van de laag 115; Λ de minimale te reflecteren fotongolflengte; n de brekingsindex van de transparante geleider; en k een vermenigvildiger van oneven getal is.The thickness of the layer 115 of the transparent conductor, here a transparent conductive oxide, can be adjusted in order to optimize the reflection improvement of the layer 115. For example, the layer 115 preferably has a thickness determined by the formula: d = λ k / 4 / n ^ where: d is the thickness of the layer 115; Λ the minimum photon wavelength to be reflected; n the refractive index of the transparent conductor; and k is an odd number multiplier.

35 Bijna alle fotonen met kortere golflengten zullen door de actieve intrinsieke laag 118 worden geabsorbeerd. Als gevolg daarvan 8100925 17 als eerder vermeld, heeft het hoofdgedeelte van de fotonen die niet worden geabsorbeerd langere golflengten. Deze fotonen kunnen golflengten van ongeveer 600 nanometer en langer hebben. Voor een transparant geleidend oxyde van bijvoorbeeld indiumtinoxyde, dat bij deze langere golf-5 lengten een brekingsindex van ongeveer 2,0 heeft en waarbij k bij voorkeur gelijk is aan 1, dient de dikte van laag 115 ongeveer 75 nanometer te zijn.Almost all shorter wavelength photons will be absorbed by the active intrinsic layer 118. As a result, 8100925 17 as previously mentioned, the major portion of the photons that are not absorbed has longer wavelengths. These photons can have wavelengths of about 600 nanometers and longer. For a transparent conductive oxide of, for example, indium tin oxide, which has a refractive index of about 2.0 at these longer wavelengths and where k is preferably equal to 1, the thickness of layer 115 should be about 75 nanometers.

Elk van de sterk reflectieve materialen als eerder vermeld kan worden toegepast in samenhang met de indiumtinoxydelaag van 10 75 nanometer. Van de reflectieve materialen die eerder zijn vermeld is echter koper het minst duur en vertoont dit een goede reflectiviteit bij de langere golflengten van 600 nanometer of groter. Met deze contoinatie van materialen en de dikte van het indiumtinoxyde van 75 nanometer, kan worden verwacht dat tenminste 97% van al het niet gebruikte licht wordt 15 teruggereflecteerd in de halfgeleidergébieden van de inrichting 110.Any of the highly reflective materials as previously mentioned can be used in conjunction with the 75 nanometer indium tin oxide layer. However, of the reflective materials previously mentioned, copper is the least expensive and exhibits good reflectivity at the longer wavelengths of 600 nanometers or greater. With this contamination of materials and the thickness of the indium tin oxide of 75 nanometers, it can be expected that at least 97% of all unused light is reflected back into the semiconductor regions of the device 110.

Omdat, het transparante geleidende oxyde tevens dient als een transparante · barrièrelaag wordt verder diffusie van het koper of elk ander toegepast sterk reflectief materiaal, in de halfgeleidergebieden van de inrichting 110 voorkomen.Because the transparent conductive oxide also serves as a transparent barrier layer, further diffusion of the copper or any other highly reflective material used is prevented into the semiconductor regions of the device 110.

20 Als eerder vermeld kan de bandaf stand van de intrinsieke laag 118 worden ingesteld voor een bepaalde lichtgevoeligheid die karak- j teristiék is bij het opnemen van de bandafstand-verlagende elementen. |As mentioned earlier, the tape spacing of the intrinsic layer 118 can be adjusted for a certain light sensitivity that is characteristic when recording the tape spacing elements. |

Als een verdere keuzemogelijkheid kan de bandafstand van het intrinsieke jjAs a further option, the band gap of the intrinsic yy

lichaam 118 worden gegradeerd zodat deze geleidelijk toeneemt van de p+- Ibody 118 are graded so that it gradually increases from the p + - I

25 laag 116 naar de n+-laag 120 (zie bijvoorbeeld de hangende Amerikaanse ij octrooiaanvrage 427.756 ingediend ten name van Stanford R. Ovshinsky en 225 layer 116 to the n + layer 120 (see, for example, pending United States patent application No. 427,756 filed in the name of Stanford R. Ovshinsky and 2

David Adler van 29 septemper 1982). Wanneer bijvoorbeeld de intrinsieke DDavid Adler, Sept. 29, 1982). For example, when the intrinsic D

laag 118 wordt af gezet kunnen de bandafstand verlagende elemen- ij ten zoals germanium, tin of lood in de legeringen in geleidelijk afnemen- ri 30 de concentratie worden opgenomen. Germaniumgas (GeH^) kan bijvoorbeeld v in de glimontlading-positiekamer worden ingevoerd bij een betrekkelijk r- hoge concentratie in het begin met een geleidelijke afname wanneer de ® intrinsieke laag wordt afgezet tot een punt waarbij deze invoering ψ\ wordt beëindigd. Het verkregen intrinsieke lichaam zal aldus een de band- i*.layer 118 is deposited, the band gap-lowering elements such as germanium, tin or lead can be incorporated into the alloys in gradually decreasing concentration. For example, Germanium gas (GeH 2) can be introduced into the glow discharge position chamber at a relatively high concentration initially with a gradual decrease as the intrinsic layer is deposited to a point where this introduction is terminated. The resulting intrinsic body will thus form a bond.

35 afstand-verlagend element bezitten, zoals germanium, dat daarin aanwezig “ + + ύ is in geleidelijk af nemende concentraties van de p -laag 116 naar de η - Γ , —! 8300925 18 t laag 120.35 have a distance-lowering element, such as germanium, which is contained therein "+ + ύ" in gradually decreasing concentrations from the p-layer 116 to the η - Γ, -! 8300925 18 t low 120.

In fig. 4 wordt een veelvoudige celinrichting 150 geïllustreerd in doorsnede-aanzicht die is opgesteld in een tandem-confi-guratie. De inrichting 150 omvat twee enkele celeenheden 152 en 154 die 5 in serie zijn opgesteld. Zoals duidelijk is kunnen in een veelvoudige enkele celeenheid meer dan twee enkele celeenh.eden worden toegepast.In Fig. 4, a multiple cell device 150 is illustrated in cross-sectional view arranged in a tandem configuration. The device 150 includes two single cell units 152 and 154 arranged in series. As is clear, more than two single cell units can be used in a multiple single cell unit.

De inrichting 150 omvat een substraat 156 dat is gevormd uit een metaal met een goede electrische geleidbaarheid, zoals roestvrij staal of aluminium. Op het substraat 156 is een reflector-10 systeem volgens de uitvinding afgezet dat een laag 157 van sterk reflectief materiaal omvat gevormd uit de materialen en volgens de werkwijze als eerder beschreven. Voor het voltooien van de reflector wordt een laag 159 van een transparante geleider zoals een transparant geleidend oxyde afgezet op de sterk reflecterende laag 157. De laag 159 kan zijn 15 gevormd uit elk van de transparante geleiders en af gezet tot een optimale dikte als eerder beschreven.The device 150 includes a substrate 156 formed of a metal with good electrical conductivity, such as stainless steel or aluminum. A reflector-10 system according to the invention is deposited on the substrate 156, which comprises a layer 157 of highly reflective material formed from the materials and according to the method as previously described. To complete the reflector, a layer 159 of a transparent conductor such as a transparent conductive oxide is deposited on the highly reflective layer 157. The layer 159 may be formed from each of the transparent conductors and deposited to an optimum thickness as previously described .

De eerste celeenheid 152 omvat een eerste gedoteerde p+ amorfe siliciumlegeringslaag 158 die is afgezet op de transparante geleidende oxydelaag 159. De p+-laag bestaat bij voorkeur uit een p-type 20 amorfe siliciumlegering met een brede band-afstand volgens de uitvinding. Deze kan worden neergeslagen uit elk van de eerder vermelde uitgangsmaterialen die fungeren voor het neerslaan vein een dergelijk materiaal.The first cell unit 152 comprises a first doped p + amorphous silicon alloy layer 158 deposited on the transparent conductive oxide layer 159. The p + layer preferably consists of a p-type 20 wide band gap amorphous silicon alloy according to the invention. It can be precipitated from any of the aforementioned starting materials which function to precipitate such material.

Op de p+-laag 158 met brede bandafstand is een eerste 25 intrinsieke amorfe siliciumlegeringslichaam 160 afgezet. Het eerste intrinsieke legeringslichaam 160 is bij voorkeur een amorfe silicium-fluorlegering.A first band intrinsic amorphous silicon alloy body 160 is deposited on the wide band gap p + layer 158. The first intrinsic alloy body 160 is preferably an amorphous silicon fluorine alloy.

Op de intrinsieke laag 160 is verder een gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag 162 afgezet. Deze heeft een tegengestelde 30 geleidbaarheid ten opzichte van de geleidbaarheid van de eerste gedoteerde laag 158 en is aldus een n+-laag. Deze kan tevens een brede bandafstand bezitten.A doped amorphous silicon alloy layer 162 is further deposited on the intrinsic layer 160. It has an opposite conductivity to the conductivity of the first doped layer 158 and is thus an n + layer. It can also have a wide band gap.

De tweede eeriheidscel 154 is in wezen identiek en omvat een eerste gedoteerde p+~laag 164, een intrinsiek lichaam 166 en een 35 verder gedoteerde n+-laag 168. De inrichting 150 wordt voltooid met een TCO-laag 170, een roosterelectrode 172 en een antireflectielaag 174.The second straightness cell 154 is essentially identical and includes a first doped p + layer 164, an intrinsic body 166 and a further doped n + layer 168. The device 150 is completed with a TCO layer 170, a grating electrode 172 and an anti-reflection layer 174.

8300925 * 198300925 * 19

De bandafstanden van de intrinsieke lagen worden bij voorkeur zodanig ingesteld dat de bandafstand van laag 166 groter is dein de bandafstand van laag 160. Voor dat doel kan de legering-vormen-de laag 160 een of meer de bandafstand vergrotende elementen omvatten 5 zoals stikstof en koolstof. De intrinsieke legering die de intrinsieke laag 160 vormt kan een of meer de bandafstand verlagende elementen omvatten zoals germanium/ tin of lood. iThe tape spacings of the intrinsic layers are preferably adjusted such that the tape spacing of layer 166 is greater than the tape spacing of layer 160. For that purpose, the alloy-forming layer 160 may include one or more tape spacing elements such as nitrogen and carbon. The intrinsic alloy forming the intrinsic layer 160 may include one or more band gap-reducing elements such as germanium / tin or lead. i

Opgemerkt wordt uit de figuur dat de intrinsieke laag 160 van de cel dikker kan zijn dan de intrinsieke laag 166. Hierdoor | 10 is het mogelijk het gehele bruikbare spectrum van de zonne-energie te benutten voor het genereren van electronen-gatenparen.It is noted from the figure that the intrinsic layer 160 of the cell may be thicker than the intrinsic layer 166. As a result | 10, it is possible to utilize the entire useful spectrum of the solar energy to generate electron hole pairs.

Hoewel een tandemcel-uitvoeringsvorm hierin is aangege- s ven en beschreven, kunnen de eenheidscellen tevens van elkaar worden f geïsoleerd met oxydelagen bijvoorbeeld onder vorming van een gesta- ; * 15 pelde veelvoudige cel. Elke cel kan een paar verzamelelectroden omvat- § ten om de serieverbinding van de cellen met uitwendige bedrading te ï vergemakkelijken. fAlthough a tandem cell embodiment has been indicated and described herein, the unit cells may also be isolated from each other with oxide layers, for example, to form a gestation; * 15 peeled multiple cell. Each cell may include a pair of collection electrodes to facilitate the serial connection of the externally wired cells. f

Als verdere keuzemogelijkheid en als eerder vermeld j| met betrekking tot de enkele cellen, kunnen een of meer van de intrin- jf 20 sieke lichamen van de eenheidscellen legeringen met gegradeerde band- £/ afstanden omvatten. Alle eerder genoemde elementen voor het vergroten ΓΙ we of verlagen van de bandafstand kunnen in de intrinsieke legeringen 3? voor dit doel worden opgenomen. Daarbij kan tevens worden verwezen ^ naar de hangende Amerikaanse octrooiaanvrage 427.757 ingediend door E^f 25 Stanford R. Ovshinsky en David Adler, 29 september 1982. ggAs a further option and as previously mentioned j | with respect to the single cells, one or more of the intrinsic bodies of the unit cells may comprise graded band spacing alloys. All the previously mentioned elements for increasing or decreasing the band gap can be used in the intrinsic alloys 3? be included for this purpose. Reference may also be made to pending U.S. Patent Application 427,757 filed by Stanford R. Ovshinsky and David Adler, Sept. 29, 1982.

Zoals uit het voomoemde duidelijk is voorziet de on- — derhavige uitvinding in nieuwe en verbeterde reflectorsystemen die bij-voorbeeld in fotogalvanische cellen kunnen worden gebruikt. De reflee-tors verhogen niet alleen de hoeveelheid van het in de halfgeleidergebie-30 den van de cellen teruggereflecteerde ongebruikte licht maar zij dienen tevens voor het tegengaan van diffusie van de reflectormaterialen in de halfgeleidergebieden. Als voorbeelden voor de effectiviteit van de nieuwe en verbeterde reflectoren van de uitvinding wordt vermeld dat men met —Λ een transparant geleidend oxyde van indiumtinoxyde reflecties van 98,5%, 35 97% en 90% kan bereiken wanneer sterk reflectieve metalen van zilver, koper en aluminium worden toegepast, vergeleken met reflecties van 80% -j _^ 20 voor zilver alleen, 74% voor koper alleen en 70% voor aluminium alleen.As is apparent from the foregoing, the present invention provides new and improved reflector systems that can be used, for example, in photovoltaic cells. The reflectors not only increase the amount of unused light reflected back into the semiconductor regions of the cells, but also serve to prevent diffusion of the reflector materials into the semiconductor regions. As examples of the effectiveness of the new and improved reflectors of the invention, it is stated that with a transparent conductive oxide of indium tin oxide, reflections of 98.5%, 97% and 90% can be achieved when highly reflective metals of silver, copper and aluminum are used, compared to reflections of 80% for silver alone, 74% for copper only and 70% for aluminum alone.

Voor elke uitvoeringsvorm van de uitvinding die hierin is beschreven kunnen de legeringslagen die verschillen van de intrinsieke legeringslagen _ _ _ · verschillen van de amorfe lagen, zoals poly-5 kristallijne lagen. (Onder de uitdrukking "amorf" wordt een legering of materiaal bedoeld dat een lange afstandswanorde heeft, hoewel een korte of gematigde ordening aanwezig kan zijn en zij zelfs soms kristallijne insluitsels kunnen bevatten).For any embodiment of the invention described herein, the alloy layers different from the intrinsic alloy layers may be different from the amorphous layers, such as polycrystalline layers. (By the term "amorphous" is meant an alloy or material which has a long range disorder, although a short or moderate order may be present and they may even contain crystalline inclusions.)

83009258300925

Claims

1- Photo-galvanic device formed from a / semiconductor material comprising at least one active region on which radiation can incident to form charge carriers provided with a reflector member for reflecting unused radiation back in said active region, characterized in that that said reflector consists of: a first layer formed of a transparent material j. (115, 159); and \ a second layer (114, 157) adjacent to said first | layer on its side opposite said active region (118, 160, 166), | 10 which second layer is formed from a highly reflective material. ^

2. Device according to claim 1, characterized in that said transparent material comprises a transparent conductor. ^

Device according to claim 2, characterized in that said transparent conductor comprises a transparent conductive cocyde. yy.

4. Device according to claim 3, characterized in that said transparent conductive oxide is formed from at least indium tin S cocide, cadmium stannate, zinc oxide, vanadium oxide, germanium tin oxide, ferric oxide, cuprous oxide or tin oxide. i-_

Device according to claim 2, characterized in that fs * 20 said transparent conductor comprises silicon carbide. ; ./ I

6. Device according to claim 2, characterized in that said transparent conductor has a transparent conductive chalcogenide jg. includes.

*** 7. Device according to claim 6, characterized in that "25 comprises said transparent conductive chalcogenide cadmium sulfide or zinc selenide". '17

Device according to claims 1-7, characterized in that said highly reflective material comprises a highly reflective metallic material.

9. Device as claimed in claim 8, characterized in that said highly reflective metallic material is selected from aluminum 7; minium, silver, gold and copper or alloys thereof. ..

Device according to claim 8, characterized in that said highly reflective metallic material has a metallic compound; 35 8300925th thing included.

11. Device according to claim 10, characterized in that said metallic compound is selected from the group consisting of WN, TiN, ZrN, H N N and MoN XXX XXX x

A device according to claims 1-11, characterized in that said semiconductor material is formed from amorphous silicon alloys.

Device according to claim 12, characterized in that said active region (118, 160, 166) is an intrinsic amorphous silicon alloy which has at least one of the density-reducing element density elements, which element is fluorine.

Device according to claim 13, characterized in that said intrinsic amorphous silicon alloy comprises a second state-reducing element density, which element is hydrogen.

15. A device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that said semiconductor material is formed from superimposed layers of amorphous silicon alloys comprising an active intrinsic amorphous silicon alloy layer (118, 160, 166), a first doped amorphous silicon alloy layer (116, 158, 164) between said intrinsic layer and said recoil detector member, as well as a second doped amorphous silicon alloy layer (120, 162, 168). adjacent to said intrinsic layer on its side opposite to said first doped layer and having an opposite conductivity to said first doped layer. 25

The device according to claim 15, characterized in that said first doped layer (116, 158, 164) comprises a p-type amorphous wide band gap amorphous silicon alloy.

The device of claim 16, characterized in that said transparent conductor layer (115, 159, 170) is between said 30p-type wide band gap layer (116, 158, 164) and said layer (114, 157) made of highly reflective material.

The device according to claim 1, characterized in that said transparent layer (115, 159, 170) comprises a transparent barrier layer between said second layer (120, 162, 168) and said active region (118, 160, 166) for enhancement of the reflection of unused radiation in said active region and to prevent diffusion of 8300925 ..... ^% said highly reflective material in said active region.

The device according to claim 18, characterized in that said transparent barrier layer (118, 160, 166) is a transparent conductive oxide.

The device according to claim 19, characterized in that said transparent barrier layer (118, 160, 166) is formed from at least indium tin oxide, cadmium tannate, zinc oxide, cuprous oxide or tin oxide.

21. Device according to claims 18-20, characterized in that said semiconductor material is formed from amorphous silicon alloys. j

22. Device according to any one of claims 18-21, characterized in that said active region has an intrinsic amorphous silicone. r 'is a calcium alloy comprising at least one the density of the states reducing element, which element is fluorine. ^

Device according to claim 22, characterized in that said intrinsic amorphous silicon alloy comprises a second state-reducing element density i-which element is hydrogen. r c:

24. The device as claimed in any one of claims 18-23, characterized in that said semiconductor material is formed from superimposed layers of amorphous silicon alloys containing an active intrinsic amorphous silicon alloy layer (118, 160, 166 ), a first doped amorphous silicon alloy layer (116, 158, 164) between said intrinsic layer and said reflector member, as well as a second doped amorphous silicon alloy layer (120, 162, 168) adjacent to said intrinsic layer on its side opposite said first doped layer and having an opposite conductivity with respect to said first doped layer.

Device according to claim 24, characterized in that said first doped layer (116, 158, 164) comprises a p-type amorphous silicon band with a wide band gap.

The device according to claim 25, characterized in that said transparent barrier layer (115, 159, 170) between said wide band gap p-j type layer (116, 158, 164) and said layer (114, 35, 157) of high reflective material.

The device according to any one of claims 25 to 26, characterized in that the 8300925 µm% characterized in that said transparent barrier layer (115, 159, 170) is a transparent conductive oxide.

28. An apparatus according to claim 27, characterized in that said transparent conductive oxide is at least indium tin oxide, cadmium stannate, zinc oxide, cuprous oxide and tin oxide.

Device according to any one of claims 24 to 28, characterized in that said highly reflective material is selected from silver, gold, aluminum and copper.

30. Multi-cell eotogalvanic device formed of multiple layers of amorphous semiconductor alloys deposited on a substrate, characterized by: a plurality of single cell units arranged in series with each other, including a bottom unit, each said cell unit a first doped amorphous semiconductor alloy layer, a body of an intrinsic amorphous semiconductor alloy deposited on said first doped layer, a further doped amorphous semiconductor alloy layer deposited on said intrinsic body and with opposite conductivity to said first doped amorphous semiconductor. conductor alloy layer includes a back reflector between said bottom part unit and said substrate comprising a first layer formed of a transparent material adjacent to said bottom part unit and a second layer between said first layer and said substrate, second layer is formed from a highly reflective material.

31. Device according to claim 30, characterized in that said transparent material comprises a transparent conductor.

Device according to claim 31, characterized in that said transparent conductor comprises a transparent conductive oxide.

33. Device according to claim 32, characterized in that said transparent conductive oxide is selected from indium tin oxide, cadmium stannate, zinc oxide, cuprous oxide and tin oxide.

A device according to any one of claims 30 to 33, characterized in that said highly reflective material is a highly reflective metallic material.

Device according to claim 34, characterized in that said highly reflective metallic material is selected from aluminum, silver, gold and copper or alloys thereof. 8 3 0 0 S 2 5 0

The device according to any one of claims 30 to 35, characterized in that said first doped layer (116, 158, 164) of said bottom cell comprises a p-type amorphous wide bandgap silicon alloy. • 5

The device according to any one of claims 30 to 36, characterized in that said plurality of cell units comprises a top cell unit, and wherein said further doped layer (116, 158, 164) of said top cell unit is a p-type amorphous wide band gap silicon alloy.

Cell according to claim 30, characterized in that said. transparent material comprises a transparent barrier layer (115, 159, 170) between said bottom plot unit and said first layer (116, 158, 164) to enhance the reflection of unused light back in said device (110, 150) and for preventing diffusion of said highly reflective material into said device.

The device according to claim 38, characterized in that said transparent barrier layer (115, 159, 170) is a transparent conductive oxide.

The device according to claim 39, characterized in that said transparent conductive oxide is selected from indium tin oxide, cadmin stannate, zinc oxide, cuprous oxide and tin oxide.

An apparatus according to any one of claims 30 to 40, characterized in that said highly reflective material is a. is highly reflective metallic material.

The device according to claim 41, characterized in that said highly reflective metallic material is selected from aluminum, silver, gold, and copper and alloys thereof.

43. An apparatus according to any one of claims 30-42, characterized in that said first doped layer (116, 158, 164) of said bottom cell comprises a wide bandgap p-type amorphous silicon alloy.

44. An apparatus according to claim 30, characterized in that said plurality of cell units comprises a top cell unit, said further doped layer (116, 158, 164) of said top cell unit comprising the wide band gap p-type amorphous silicon alloy. 8300925 * *

45. An apparatus according to any one of claims 3, 19, 27, 32 or 39, characterized in that said transparent conductive oxide has a thickness defined by the expression:. d = Λ v * n 5 where: d is the layer thickness; A is the minimum photon wavelength to be reflected; n the refractive index of the transparent conductor .; and k is an odd integer multiplication number. 10

46. Reflector member for use in a photovoltaic device as described in any one of the preceding claims 1-45. 8300925