DE102008049448A1

DE102008049448A1 - Leistungsstarke optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008049448A1
Application number: DE102008049448A
Authority: DE
Inventors: Chiung-Wei Lin; Yi-Liang Chen
Original assignee: Tatung Co Ltd; Tatung University
Current assignee: Tatung Co Ltd; Tatung University
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-12-03
Also published as: JP2009283886A; TW200950108A; US20090283138A1; JP4901834B2; TWI513014B

Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung wird bereitgestellt. Die optoelektronische Vorrichtung beinhaltet ein p-leitendes Halbleitersubstrat, eine n-leitende Schicht aus einem transparenten amorphen Oxidhalbleiter (TAOS), die sich auf einer Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats befindet, und eine Rückelektrode auf einer anderen Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats. Die n-leitende TAOS-Schicht baut einen Teil einer P-N-Diode auf und dient als eine Fensterschicht und eine Frontelektrodenschicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diode, die für eine optoelektronische Vorrichtung und eine die Diode verwendende Solarzelle angepasst ist.
Beschreibung der zugehörigen Technik
Eine Solarzelle kann Solarenergie in Elektrizität direkt umwandeln. Wenn es um Umweltverschmutzung und die Verknappung fossiler Brennstoffe geht, rückt die Entwicklung von Solarzellen in den Fokus.
Eine Solarzelle erzeugt Photoelektrizität hauptsächlich über den photovoltaischen Effekt. Im Allgemeinen betrifft ein photovoltaischer Effekt einen Effekt, bei dem zwei Endelektroden einer P-N-Diode eine Ausgangsspannung erzeugen, nachdem Photonen die P-N-Diode zur Stromerzeugung durchdringen.
In einer typischen Solarzelle wird eine n-dotierte Schicht auf einem p-leitenden Siliciumsubstrat durch Diffusion gebildet und anschließend werden eine Frontelektrode und Rückelektrode an beiden Seiten des p-leitenden Siliciumsubstrats gebildet. Die Frontelektrode ist aus Metall gebildet, das notwendigerweise die n-dotierte Schicht darunter bedeckt. Als Folge ist die Anzahl der in die n-dotierte Schicht einfallenden Photonen verringert und die Energieumwandlungseffizienz der Zelle ist schwer beeinträchtigt. Ferner ist üblicherweise eine Fensterschicht, die den Eintritt von Photonen gestattet, zwischen der Frontelektrode und der n-dotierten Schicht angeordnet, um die Reflexion von einfallendem Licht zu verringern. Eine solche Anordnung erschwert nicht nur den Herstellungsprozess, sondern erhöht auch die Herstellungskosten davon.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue P-N-Diodenstruktur bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine optoelektronische Vorrichtung einer P-N-Diode bereit, die über einen einfachen Prozess zur Verringerung der Herstellungskosten hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine für eine optoelektronische Vorrichtung angepasste Diode bereit, die ein p-leitendes Halbleitersubstrat und eine n-leitende Schicht aus einem transparenten amorphen Oxidhalbleiter (TAOS) umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten Diode hauptsächlich aus Zinkoxid (ZnO), einem Gemisch aus Zinnoxid und Zinkoxid (hiernach ”ein ZnO-SnO₂-Gemisch”) oder einem Gemisch aus Zinkoxid und Indiumoxid (hiernach ”ein ZnO-In₂O₃-Gemisch”) gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das p-leitende Halbleitersubstrat in der vorgenannten Diode einen p-leitenden Siliciumwafer, einen p-leitenden Siliciumfilm oder andere p-leitende Halbleitermaterialien.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine optoelektronische Vorrichtung bereit, die ein p-leitendes Halbleitersubstrat, eine n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht und eine Rückelektrode umfasst. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht ist auf einer Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats angeordnet. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht und das p-leitende Halbleitersubstrat bauen eine P-N-Diode auf. Die Rückelektrode ist auf einer anderen Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung als eine Fensterschicht und eine Frontelektrodenschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung aus einer einzelnen leitenden Materialschicht gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung aus zwei Materialschichten mit der gleichen Leitungsart aber mit unterschiedlicher Leitfähigkeit, wobei die Materialschicht mit der geringeren Leitfähigkeit nahe dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung aus einer Materialschicht mit einem Leitfähigkeitsgradienten gebildet, wobei ein Teil der Materialschicht, die die geringere Leitfähigkeit aufweist, nahe dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist, während ein anderer Teil, der eine höhere Leitfähigkeit aufweist, entfernt von dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die vorgenannte optoelektronische Vorrichtung ferner die Frontelektrodenschicht, die aus einem Metall, einem transparenten leitfähigen Oxid oder einer Kombination davon gebildet ist. Die Frontelektrodenschicht ist auf der transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Metall zur Bildung der Frontelektrodenschicht Aluminium, Silber, Molybdän, Titan, Eisen, Kupfer, Mangan, Cobalt, Nickel, Gold, Zink, Zinn, Indium, Chrom, Platin, Wolfram oder eine Legierung davon.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das transparente leitfähige Oxid zur Bildung der Frontelektrodenschicht Indium-Zinn-Oxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Gallium-dotiertes Zinkoxid oder eine Kombination davon.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das p-leitende Halbleitersubstrat in der vorgenannten optoelektronischen Vorrichtung einen p-leitenden Siliciumwafer, einen p-leitenden Siliciumfilm oder andere p-leitende Halbleitermaterialien.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die optoelektronische Vorrichtung eine Solarzelle.
Die P-N-Diode der vorliegenden Erfindung kann in der optoelektronischen Vorrichtung eingesetzt werden.
Die optoelektronische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch einen einfacheren Prozess hergestellt und erfordert weniger Material, was die Herstellungskosten verringert.
Zur besseren Verständlichkeit der vorstehenden und anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind bevorzugte Ausführungsformen, die von Figuren begleitet sind, nachstehend detailliert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Spezifikation mit aufgenommen und stellen einen Teil von ihr dar. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Diode, die für eine optoelektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepasst ist.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 stellt die charakteristischen Ausgangskurven von Strom gegen Spannung von einer Diode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
7 stellt die charakteristischen Ausgangskurven von Strom gegen Spannung von einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Reflexion gegen die Wellenlänge, gemessen von einem Fluoreszenzspektrophotometer, einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines p-leitenden Siliciumwafers darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Diode, die für eine optoelektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepasst ist.
Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Diode 100 in dieser Ausführungsform ein p-leitendes Halbleitersubstrat 10 und eine n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12. Das p-leitende Halbleitersubstrat 10 kann ein Wafer oder ein Film sein, beispielsweise ein p-leitender Siliciumwafer oder ein p-leitender Siliciumfilm. Das p-leitende Halbleitersubstrat 10 kann auch aus anderen p-leitenden Halbleitermaterialien hergestellt sein. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 ist auf dem p-leitenden Halbleitersubstrat angeordnet. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 ist beispielsweise hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon.
In dieser Ausführungsform ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 kann durch physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD), chemische Dampfphasenabscheidung (CVD), einen Aufschleudervorgang, einen Sol-Gel-Prozess oder eine Kathodenzerstäubung gebildet werden.
Die vorgenannte Diode ist in einer optoelektronischen Vorrichtung anwendbar. In der folgenden Ausführungsform dient eine Solarzelle als ein Beispiel zur Erläuterung der Anwendungen der Diode.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 2 besteht eine Solarzelle 200 in dieser Ausführungsform aus dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10, einer Rückelektrode 14 und der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 12. Das p-leitende Halbleitersubstrat 10 kann ein Wafer oder ein Film sein, der aus einem p-leitenden Halbleiter gebildet ist, beispielsweise ein p-leitender Siliciumwafer oder ein p-leitender Siliciumfilm. Das p-leitende Halbleitersubstrat 10 kann auch aus anderen p-leitenden Halbleitermaterialien gebildet sein. Die Rückelektrode 14 ist auf einer Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 angeordnet und ist aus einem Metall, einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) oder einer Kombination davon gebildet. Das Metall ist beispielsweise Aluminium, Silber, Molybdän, Titan, Eisen, Kupfer, Mangan, Cobalt, Nickel, Gold, Zink, Zinn, Indium, Chrom, Platin, Wolfram oder eine Legierung davon. Das transparente leitfähige Oxid ist beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, Fluor-dotiertem Zinnoxid, Aluminium-dotiertem Zinkoxid, Gallium-dotiertem Zinkoxid oder einer Kombination davon gebildet.
Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 ist auf einer anderen Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Außerdem ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 beispielsweise hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon. In dieser Ausführungsform ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 beispielsweise aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet.
In dieser Ausführungsform bauen die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 und das p-leitende Halbleitersubstrat 10 eine P-N-Diode auf, die als eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung dient. Außerdem dient die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 ferner als eine Fensterschicht zur Absorption von Photonen und als eine Frontelektrode. Somit benötigt die Solarzelle dieser Ausführungsform keine zusätzliche Fensterschicht und keine zusätzliche Frontelektrode. Folglich kann Licht direkt auf die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 einfallen, ohne durch die Frontelektrode geblockt zu werden, um Strom in einer Verbindung des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 zu erzeugen.
Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform eingeschränkt. Verschiedene Modifikationen oder Änderungen können an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend detailliert.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 3 besteht eine transparente Dünnschicht-Solarzelle 300 in dieser Ausführungsform aus dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10, der Rückelektrode 14 und einer n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18. Das Material des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 und die Anordnung und das Material der Rückelektrode 14 sind die gleichen wie in der vorstehenden Ausführungsform. Die Beschreibungen davon sind deshalb hier weggelassen. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 18 ist auf einer anderen Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Außerdem ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 18 im Wesentlichen aus einem n-leitenden Material gebildet, das aus zwei transparenten Materialschichten 18a und 18b besteht, die unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Die Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit ist näher an dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10; die Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit ist entfernt von dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10.
In einer Ausführungsform sind die Komponenten der transparenten Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit die gleichen wie die der transparenten Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit, aber die Verhältnisse der Komponenten sind verändert, um unterschiedliche Leitfähigkeiten zu erhalten. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 18 ist beispielsweise hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon. In einer Ausführungsform ist die Materialschicht 18b der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18 aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet und die Materialschicht 18a ist ebenfalls aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet, aber der Sauerstoffgehalt der Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit ist niedriger. In einer anderen Ausführungsform unterscheidet sich die Zusammensetzung der Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit von der der Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit. Die Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit kann aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch, einem ZnO-In₂O₃-Gemisch oder einer ZnO-Legierung, wie Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), gebildet sein. Die Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit kann aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch, einem ZnO-In₂O₃-Gemisch oder einer ZnO-Legierung, wie Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), gebildet sein. In einer Ausführungsform ist die Materialschicht 18b der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18 aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet, während die Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit aus nicht-Aluminium-dotiertem ZnO gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform ist die Materialschicht 18b der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18 aus Indium-Zinn-Oxid gebildet, während die Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet ist.
In dieser Ausführungsform bauen die Materialschicht 18a mit der geringeren Leitfähigkeit in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18 und das p-leitende Halbleitersubstrat 10 eine P-N-Diode auf, die als eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung dient. Die Materialschicht 18b mit der höheren Leitfähigkeit in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 18 dient ebenfalls als eine Fensterschicht zur Absorption von Photonen und als eine Frontelektrode. Somit benötigt die Solarzelle dieser Ausführungsform keine zusätzliche Fensterschicht und keine zusätzliche Frontelektrode. Folglich kann Licht direkt auf die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 18 einfallen, ohne durch die Frontelektrode geblockt zu werden, um Strom in einer Verbindung des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 zu erzeugen.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 4 umfasst eine transparente Dünnschicht-Solarzelle 400 dieser Ausführungsform das p-leitende Halbleitersubstrat 10, die Rückelektrode 14 und eine n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20. Das Material des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 und die Anordnung und das Material der Rückelektrode 14 in dieser Ausführungsform sind denen in der Ausführungsform der 2 ähnlich. Die Beschreibungen davon sind deshalb hier weggelassen. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform der 2 liegt in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20. Gleichermaßen ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20 ebenfalls auf einer anderen Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 angeordnet und im Wesentlichen aus einem n-leitenden Material gebildet. Jedoch ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20 aus einer Materialschicht mit einem Leitfähigkeitsgradienten ausgebildet, das in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 verteilt ist. In der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 weis ein Teil näher zu dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10 eine geringere Leitfähigkeit auf, während ein anderer Teil, der entfernt von dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10 ist, eine höhere Leitfähigkeit aufweist. Während der Abscheidung kann der Anteil der Zusammensetzung der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 verändert werden, um einen Leitfähigkeitsgradienten in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 zu erzeugen. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20 ist beispielsweise hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet und umfasst ferner andere Elemente. Die vorgenannten anderen Elemente umfassen Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon. In dieser Ausführungsform ist die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20 beispielsweise aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet, wobei das Verhältnis der Sauerstoffatome von dem Teil nahe dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10 zu dem Teil entfernt von dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10 abnimmt.
In dieser Ausführungsform bauen der Teil mit der geringeren Leitfähigkeit in der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 und das p-leitende Halbleitersubstrat 10 eine P-N-Diode auf, die als eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung dient. In der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 20 dient der Teil mit der höheren Leitfähigkeit gleichzeitig als eine Fensterschicht zur Absorption von Photonen und als eine Frontelektrode. Somit benötigt die Solarzelle dieser Ausführungsform keine zusätzliche Fensterschicht und keine zusätzliche Frontelektrode. Folglich kann Licht direkt auf die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 20 einfallen, ohne durch die Frontelektrode geblockt zu werden, um Strom in einer Verbindung des p-leitenden Halbleitersubstrats 10 zu erzeugen.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transparenten Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 5, falls der schattierte Bereich nicht betrachtet wird, kann eine Frontelektrode 16 zusätzlich auf der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht 12 in der Struktur, die in 1 gezeigt ist, gebildet werden. Die Frontelektrode 16 ist beispielsweise aus einem Metall, einem transparenten leitfähigen Oxid oder einer Kombination davon gebildet. Das Metall ist beispielsweise Aluminium, Silber, Molybdän, Titan, Eisen, Kupfer, Mangan, Cobalt, Nickel, Gold, Zink, Zinn, Indium, Chrom, Platin, Wolfram oder eine Legierung davon. Das transparente leitfähige Oxid ist beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, Fluor-dotiertem Zinnoxid, Aluminium-dotiertem Zinkoxid, Gallium-dotiertem Zinkoxid oder einer Kombination davon gebildet. Mit anderen Worten sind eine transparente Dünnschicht-Solarzelle 500 dieser Ausführungsform, die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 mit dem p-leitenden Halbleitersubstrat 10 kombiniert, um die P-N-Diode aufzubauen, die als eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung verwendet wird, während die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht 12 als eine Fensterschicht zur Absorption von Photonen dient. Die Frontelektrode 16 und die Rückelektrode 14 können aus einem herkömmlichen Metall oder transparenten leitfähigen Oxid gebildet sein.

In einer Ausführungsform ist eine P-N-Diode aus einer n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht, die aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) gebildet ist, und einem p-leitenden Halbleitersubstrat, das aus einem p-leitenden Siliciumwafer gebildet ist, konstruiert. Bei Strahlungsaufnahme sind die charakteristischen Ausgangskurven der P-N-Diode in 6 dargestellt. Bei Betrachtung der Strahlungsaufnahme sind die charakteristischen Kurven des Stroms gegen die Spannung, die von einer Solarzelle ausgegeben werden, die durch die vorgenannte Diode gebildet wird, in 7 dargestellt und die Daten sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

TAOS-Solarzelle	Ergebnisse
Arbeitsspannung V_m (Volt)	0,15
Maximaler Strom I_m (Ampere)	1,81 × 10^–4
Offene Spannung V_oc (Volt)	0,22
Kurzschlußstrom I_sc (Ampere)	2,94 × 10^–4
Maximale Ausgangsleistung P_m (Watt)	2,71 × 10^–5
Füllfaktor FF (%)	42,03
Umwandlungseffizienz h (%)	0,34

Basierend auf der Messung des ausgehenden Stroms gegen die Spannung, wie in 7 gezeigt ist, weist eine Solarzelle aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid eine bevorzugte Strom-Spannung-(I-V)-Charakteristik auf. Es belegt, dass Licht effektiv in die Verbindung eines p-leitenden Siliciumwafers und eines Aluminium-dotierten Zinkoxidfilms dieser Art von Aluminium-dotierter Zinkoxid-Solarzelle übertragen werden kann, um ein internes elektrisches Feld zur effektiven Erzeugung eines photoelektrischen Stroms zu bilden (FF = 42,03%, V_oc = 0,22 V, J_sc = 2,94 × 10^–4 A/cm², η = 0,34%). Basierend auf den vorstehenden Messergebnissen ist ebenfalls bekannt, dass der Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm die Charakteristika einer n-leitenden Halbleiterschicht aufweist, und der Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm kann direkt auf dem p-leitenden Siliciumwafer-Substrat abgeschieden werden, um den Herstellungsprozess der Solarzelle weiter zu vereinfachen. Außerdem kann das Problem der Opazität eines herkömmlichen Halbleiters überwunden werden, indem der transparente Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm verwendet wird. Ferner ist die Oberseite des Aluminium-dotierten Zinkoxids auf der p-leitenden Siliciumwafer-Struktur von keiner Elektrode bedeckt und deshalb kann mehr sichtbares Licht effizient in die PN-Verbindung einfallen, um mehr Strom zu erzeugen. Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass die P-N-Diode der vorliegenden Erfindung ebenfalls bei der Herstellung von Solarzellen anwendbar ist.
Die Kurven in 8 zeigen jeweils das Verhältnis zwischen der Reflexion gegen Wellenlänge, gemessen von einem Fluoreszenzspektrophotometer, eines p-leitenden Siliciumwafers und der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid, das auf dem p-leitenden Siliciumwafer abgeschieden ist. 8 zeigt, dass die Reflexion in dem Bereich der kurzen Wellenlänge gering ist, was anzeigt, dass der Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm kurzweiliges Licht absorbieren kann; im Vergleich mit dem p-leitenden Siliciumwafer weist der Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm ferner eine geringere Reflexion in dem Bereich des sichtbaren Lichts auf. Somit kann der Aluminium-dotierte Zinkoxidfilm ebenfalls sichtbares Licht absorbieren. Die Darstellung der 8 belegt, dass die Reflexion in dem Wellenlängenbereich von 350 nm–1000 nm geringer ist, was bedeutet, dass Aluminium-dotiertes Zinkoxid große Mengen von Photonen absorbieren kann und sich daher zur Verwendung als eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und als eine Fensterschicht eignet.
Die vorliegende Erfindung verwendet die P-N-Diode, die von der n-leitenden transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht und dem p-leitenden Siliciumwafer gebildet wird, für die optoelektronische Vorrichtung, so dass die Vorrichtung eine ausreichende Umwandlungseffizienz aufweisen kann. Die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht stellt eine ausreichende Leitfähigkeit bereit. Bei Anwendung auf eine Solarzelle baut die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht nicht nur einen Teil der P-N-Diode auf, sondern dient ferner als eine Fensterschicht zur Absorption von Photonen und als eine Frontelektrode. Als Folge ist die zusätzliche Bildung einer Fensterschicht und einer Frontelektrode nicht erforderlich. Somit werden der Herstellungsprozess vereinfacht, das benötigte Material verringert und die Herstellungskosten herabgesetzt.
Obwohl die vorliegende Erfindung durch die vorstehenden Ausführungsformen offenbart wurde, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht eingeschränkt. Fachleute können einige Modifikationen und Veränderungen vornehmen, ohne von dem Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit fällt der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in die angefügten Ansprüche.

Claims

Diode, die folgendes umfasst: ein p-leitendes Halbleitersubstrat; und eine n-leitende Schicht aus einem transparenten amorphen Oxidhalbleiter (TAOS), die auf dem p-leitenden Halbleitersubstrat angeordnet ist.
Diode nach Anspruch 1, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht hauptsächlich aus Zinkoxid (ZnO), einem Gemisch aus Zinnoxid und Zinkoxid (einem ZnO-SnO₂-Gemisch) oder einem Gemisch aus Zinkoxid und Indiumoxid (einem ZnO-In₂O₃-Gemisch) gebildet ist und ferner Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon umfasst.
Diode nach Anspruch 1, wobei das p-leitende Halbleitersubstrat einen p-leitenden Siliciumwafer, einen p-leitenden Siliciumfilm oder andere p-leitende Halbleitermaterialien umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung, die folgendes umfasst: ein p-leitendes Halbleitersubstrat, das eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst; eine Rückelektrode, die auf der zweiten Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats angeordnet ist; und eine n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht, die auf der ersten Oberfläche des p-leitenden Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht und das p-leitende Halbleitersubstrat eine P-N-Diode aufbauen.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht als eine Fensterschicht und eine Frontelektrodenschicht dient.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht hauptsächlich aus ZnO, einem ZnO-SnO₂-Gemisch oder einem ZnO-In₂O₃-Gemisch gebildet ist und ferner Aluminium, Gallium, Indium, Bor, Yttrium, Scandium, Fluor, Vanadium, Silicium, Germanium, Zirconium, Hafnium, Stickstoff, Beryllium oder eine Kombination davon umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht aus einer einzelnen leitenden Materialschicht gebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht aus zwei Materialschichten mit der gleichen Leitungsart aber mit unterschiedlicher Leitfähigkeit besteht und die Materialschicht mit der geringeren Leitfähigkeit nahe dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die n-leitende transparente amorphe Oxidhalbleiterschicht aus einer Materialschicht mit einem Leitfähigkeitsgradienten gebildet ist und ein Teil der Materialschicht, die die geringere Leitfähigkeit aufweist, nahe dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist, während ein anderer Teil, der eine höhere Leitfähigkeit aufweist, entfernt von dem p-leitenden Halbleitersubstrat ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine Frontelektrodenschicht, die aus einem Metall, einem transparenten leitfähigen Oxid oder einer Kombination davon gebildet ist, umfasst und auf der transparenten amorphen Oxidhalbleiterschicht angeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Metall Aluminium, Silber, Molybdän, Titan, Eisen, Kupfer, Mangan, Cobalt, Nickel, Gold, Zink, Zinn, Indium, Chrom, Platin, Wolfram oder eine Legierung davon umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das transparente leitfähige Oxid Indium-Zinn-Oxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Gallium-dotiertes Zinkoxid oder eine Kombination davon umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das p-leitende Halbleitersubstrat einen p-leitenden Siliciumwafer, einen p-leitenden Siliciumfilm oder andere p-leitende Halbleitermaterialien umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die optoelektronische Vorrichtung eine Solarzelle ist.