JP2011507306A - 干渉裏側マスクを有する光起電力装置 - Google Patents

Abstract

干渉マスク（３００）が、光起電力デバイスの裏側の反射性導体（１６６０、１７３０）を覆う。そのような干渉は、導体からの入射光の反射を低減することができる。様々な実施形態では、マスクが反射を低減し、その結果、おもて電極パターンおよび裏電極パターンが黒色に見え、またはデバイスの周囲のフィーチャと色が同様に見える。他の実施形態では、マスクは、電極パターンが可視スペクトル内の色と調和するように、光の反射を調整することができる。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００７年１２月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／０１４，４０５号の利益を主張するものであり、その内容全体を参照により組み込み、その内容全体を本願の一部とみなすべきである。

本願は、２００７年１２月４日に出願された米国特許出願第１１／９５０，３９２号（整理番号第ＱＭＲＣ．００７Ａ／０８０１７１）、２００７年１１月７日に出願された米国特許仮出願第６１／００２，１９８号（整理番号第ＱＭＲＣ．００７ＰＲ／０８０１７１Ｐ１）、および本願と同日付で出願された番号不明の米国特許出願（整理番号第ＱＭＲＣ．００８Ａ２／０８０４１９Ｕ２）に関連する。

本発明は、一般に、たとえば光起電力電池など、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電子トランスデューサの分野に関する。

１世紀以上の間、米国では、石炭、石油、天然ガスなど化石燃料が主なエネルギー源を形成してきた。代替エネルギー源の必要性が高まっている。化石燃料は、急速に枯渇しつつある再生不能なエネルギー源である。インドや中国など開発途上国の大規模な工業化は、使用可能な化石燃料に対する著しい負担になっている。さらに、地政学的問題が、そのような燃料の供給に直ちに影響を及ぼす可能性がある。地球温暖化もまた、近年における、より大きな関心事である。いくつかの要因が地球温暖化の原因であると考えられるが、化石燃料の広範な使用が地球温暖化の主な原因と推定されている。したがって、環境的にも安全である再生可能かつ経済的に可能なエネルギー源を見つけることが、緊急に求められている。太陽エネルギーは、熱および電気など、他の形態のエネルギーに変換することができる環境的に安全な再生可能エネルギー源である。

光起電力（ＰＶ）電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、したがって太陽エネルギーを電力に変換するために使用することができる。光起電力太陽電池は、非常に薄くし、モジュール式にすることができる。ＰＶ電池は、サイズが数ミリメートルから数十センチメートルに及ぶ可能性がある。１つのＰＶ電池からの個別の電気出力は、数ミリワットから数ワットに及ぶ可能性がある。十分な電気量を生産するために、いくつかのＰＶ電池を電気的に接続し、アレイでパッケージすることができる。ＰＶ電池は、衛星および他の宇宙船に電力を供給すること、住宅用不動産および営業用不動産に電力を供給すること、自動車バッテリを充電することなど、広範な応用分野で使用することができる。

米国特許仮出願第６１／０１４，４０５号 米国特許出願第１１／９５０，３９２号 米国特許仮出願第６１／００２，１９８号

ＰＶデバイスは、炭化水素燃料に対する依存を少なくする可能性を有するが、ＰＶデバイスの広範な使用は、非効率および美的問題によって妨げられている。したがって、これらの側面のいずれかを改善することにより、ＰＶデバイスの使用を増大させることができる。

一実施形態では、光が入射するおもて側とそのおもて側の反対側の裏側とを画定する光起電力デバイスが、光起電力活性材料を含む。導体がその光起電力材料の裏側に配置される。光干渉マスクが導体の裏側の上に配置される。

他の実施形態では、光起電力デバイスが、そのある側での入射光から電流を生成するための手段を含む。また、このデバイスは、生成された電流を導くためのおもて側手段および裏側手段と、裏側導電手段を光起電力デバイスの入射側から干渉によりマスクするための手段とを含む。

他の実施形態では、光起電力デバイスを製造する方法が、光起電力活性層と、おもて側導体と、裏側導体とを有する光起電力発電機を用意するステップを含む。おもて側導体は、おもて側を介して光起電力活性層に光を通すように構成される。複数の層が光起電力発電機の裏側導体の上に形成され、裏側導体をマスクするように構成された干渉変調器を画定する。

他の実施形態では、光が入射するおもて側とそのおもて側の反対側の裏側を有する光起電力デバイスを製造する方法が、光起電力デバイスの裏側からの可視反射を低減するように構成された干渉変調器を形成するステップを含む。

本明細書に開示されている例示的な実施形態が添付の概略図面に例示されているが、これらの図面は、例示的なものにすぎない。

論理上の光干渉キャビティ（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｃａｖｉｔｙ）の概略図である。 光干渉変調器の一実施物を形成する複数の層の概略図である。 吸収体層、光学共鳴キャビティ、および反射体を備える、図２のものと同様の干渉変調器（ＩＭＯＤ）スタックのブロック図である。 光学キャビティが吸収体層と反射体層の間の柱（ｐｏｓｔｓ ｏｒ ｐｉｌｌａｒｓ）によって形成された空隙を含むＩＭＯＤの概略図である。 光学共鳴キャビティを電気機械的に調整することができる、「開」状態にあるＩＭＯＤの一実施例の図である。 光学共鳴キャビティを電気機械的に調整することができる、「閉」状態にあるＩＭＯＤの図である。 垂直入射広帯域白色光に関して黄色を反射するように構成された光学キャビティを有する干渉光変調器の全反射対波長の図である。 垂直入射広帯域白色光に関して可視反射を最小限に抑えるように構成された光学キャビティに関する全反射対波長の図である。 入射角または視野角が垂直に対して約３０度であるときの、図５のものと同様の干渉光変調器の全反射対波長の図である。 ｐ−ｎ接合を備える光起電力電池の概略図である。 堆積薄膜または堆積光起電力活性材料を含むフォトセルを概略的に示すブロック図である。 反射性電極がおもて側で見えている太陽光起電力デバイスの一例を示す概略平面図である。 反射性電極がおもて側で見えている太陽光起電力デバイスの一例を示す等角断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 光起電力デバイスと一体化された干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクの一実施形態を製造するプロセスのステップを示し、ＩＭＯＤマスクが光起電力デバイスおもて電極と共にパターン形成される概略横断面図である。 ＩＭＯＤマスクの上に保護膜を形成した後の図１０Ｇの光起電力デバイスの概略横断面図である。 他の実施形態による、光起電力デバイスの上にＩＭＯＤマスクを追加するステップを示し、ＩＭＯＤマスク用の、光学共鳴キャビティを画定する少なくとも１つの層がパターン形成されないままである概略横断面図である。 他の実施形態による、光起電力デバイスの上にＩＭＯＤマスクを追加するステップを示し、ＩＭＯＤマスク用の、光学共鳴キャビティを画定する少なくとも１つの層がパターン形成されないままである概略横断面図である。 他の実施形態による、光起電力デバイスの上にＩＭＯＤマスクを追加するステップを示し、ＩＭＯＤマスク用の、光学共鳴キャビティを画定する少なくとも１つの層がパターン形成されないままである概略横断面図である。 他の実施形態による、光起電力デバイスの上にＩＭＯＤマスクを追加するステップを示し、ＩＭＯＤマスク用の、光学共鳴キャビティを画定する少なくとも１つの層がパターン形成されないままである概略横断面図である。 他の実施形態による、ＩＭＯＤマスクが電極を覆っており、ＩＭＯＤマスクが、光起電力デバイスおもて電極よりわずかに広くなるようにパターン形成されている層を備える、光起電力デバイスの概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、透明基板上の薄膜光起電力デバイスを製造するプロセスのステップを示す概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、透明基板上の薄膜光起電力デバイスを製造するプロセスのステップを示す概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、透明基板上の薄膜光起電力デバイスを製造するプロセスのステップを示す概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、透明基板上の薄膜光起電力デバイスを製造するプロセスのステップを示す概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、透明基板上の薄膜光起電力デバイスを製造するプロセスのステップを示す概略横断面図である。 透明基板上の薄膜光起電力デバイスと一体化されたＩＭＯＤマスクの他の実施形態の概略横断面図であり、ＩＭＯＤマスク用の、光学共鳴キャビティを画定する少なくとも１つの層がパターン形成されないままである図である。 活性光起電力材料を有する基板の側と反対側の、透明基板のおもて側で一体化されたＩＭＯＤマスクの他の実施形態の概略横断面図である。 ＩＭＯＤマスクがおもて電極の上に形成されていない、単結晶半導体光起電力デバイスを用いて形成された光起電力デバイスの概略横断面図である。 ＩＭＯＤマスクがおもて電極の上に形成されている、単結晶半導体光起電力デバイスを用いて形成された光起電力デバイスの概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを有する、干渉を用いて改善された（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ−ｅｎｈａｎｃｅｄ）光起電力デバイスの一実施形態の概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクが裏電極に動作可能に結合されている、干渉を用いて改善された光起電力デバイスの一実施形態の概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクを片側に有する導電性リボンの一実施形態の概略横断面図である。 複数の光起電力デバイスの相互接続用に光起電力デバイスの電極に接続された、図１７Ａのものと同様のマスク付きリボンを有する光起電力デバイスの概略横断面図である。 一体化されたＩＭＯＤマスクがリボン導体の両側を覆っている導電性リボンの他の実施形態の概略横断面図である。 複数の光起電力デバイスの相互接続用に光起電力デバイスの電極に接続された、図１８Ａのものと同様のマスク付きリボンを有する光起電力デバイスの概略横断面図である。 リボン導体と光起電力層が光起電力デバイス上で一体化するために別々に製造される、干渉を用いて改善された光起電力リボンの一実施形態の概略横断面図である。 導電性リボンによって相互接続された複数の光起電力デバイス、ウェハ、またはセルの概略的な裏返し図である。

光エネルギーを電気エネルギーまたは電流に変換するために、使用可能な表面上で光起電力（ＰＶ）デバイスを広く採用することを妨げる１つの問題は、ＰＶデバイス上の導体または電極の美的に望ましくない外観である。一般的なおもて電極材料の高い反射率が、活性ＰＶ材料それ自体の、より濃い色の外観と対照をなし、さらに、ＰＶデバイスが周囲の材料と調和するのを妨げる。本明細書で以下に述べる諸実施形態は、電極を暗色にし、隠し、または調和させ、したがってＰＶデバイス用の導体の上に干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクを設けるように設計されたＩＭＯＤ構造を使用する。ＩＭＯＤマスクに入射する光は、光干渉の原理により、電極の領域内で可視反射を引き起こさない、またはほとんど引き起こさない。干渉マスク効果は、ＩＭＯＤマスクを構成する材料の寸法および基本的な光学特性によって決まる。したがって、マスク効果は、一般的な染料または塗料に比べて、経時的に退色しやすいものではない。

本明細書では、いくつかの好ましい実施形態および実施例について論じるが、本発明の主題は、具体的に開示されている実施形態を越えて、本発明の他の代替実施形態および／または使用、ならびにその明らかな修正および均等物に及ぶことは理解されるであろう。本明細書に開示されている本発明の範囲は、開示されている特定の実施形態によって限定すべきでないものとする。したがって、たとえば本明細書に開示されているどの方法またはプロセスにおいても、その方法／プロセスを構成する行為または動作は、任意の好適な順序で実施することができ、特に指摘されていない限り、必ずしも開示されている何らかの特定の順序に限定されない。適切な場合、諸実施形態の様々な態様および利点について述べられている。必ずしもそのような態様または利点のすべてが、何らかの特定の実施形態に従って達成できるわけではないことは理解される。したがって、たとえば、本明細書で教示または示唆されている可能性がある他の態様または利点を必ずしも達成することなしに、本明細書で教示されている１つの利点または１群の利点を達成するように、または最適化するように様々な実施形態を実施することができることを理解されたい。以下の詳細な説明は、本発明のいくつかの特定の実施形態を対象とする。しかし、本発明は、多数の様々な方法で実施することができる。本明細書に述べられている諸実施形態は、光エネルギーを収集し光エネルギーを電気エネルギーに変換するための光起電力デバイスを含む広範なデバイスで実施することができる。

この説明では、全体を通じて同様の部分が同様の符号で指定されている図面を参照する。以下の説明から明らかになるように、これらの実施形態は、光起電力活性材料を備える様々なデバイスで実施することができる。

図１は、光学共鳴キャビティを示す。そのような光学共鳴キャビティの一例が、反射色のスペクトルを生成することができる石けん膜である。図１に示されている光学共鳴キャビティは、２つの界面または表面１０１、１０２を備える。これらの２つの表面１０１、１０２は、同じ層の反対側の表面とすることができる。たとえば、これらの２つの表面１０１、１０２は、ガラスまたはプラスチックプレートもしくはシートの表面、あるいはガラス、プラスチック、または任意の他の透明な材料の膜を含むことができる。空気または他の媒体が、プレート、シート、または膜を取り囲んでいてもよい。図の例では、界面１０１、１０２のそれぞれにて、光が部分的に反射し、部分的に透過する。

光学共鳴キャビティのおもて面１０１に入射する光線１０３が、光路１０４によって示されているように部分的に反射され、光路１０５に沿っておもて面１０１を部分的に透過する。透過光は、光路１０７に沿って部分的に反射され、光路１０６に沿って部分的に透過し共鳴キャビティから出ることもある。透過する光の量および反射する光の量は、光学共鳴キャビティを形成する材料の屈折率、および周囲の媒体の屈折率によって決まる可能性がある。この例は、当業者には理解されるように、複数の内部反射を省略することによって単純化されている。

本明細書の考察では、光学共鳴キャビティから反射される光の全強度は、２つの反射された光線１０４、１０７の可干渉性の重ね合わせである。そのような可干渉性の重ね合わせの場合、２つの反射ビームの振幅および位相が共に、総強度に寄与する。この可干渉性の重ね合わせが、干渉と呼ばれる。２つの反射された光線１０４、１０７は、互いに対して位相差を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、２つの波の間の位相差が１８０度であり、互いに打ち消し合う可能性がある。２つの光線１０４、１０７の位相および振幅が強度を低減するように構成されている場合には、それらの２つの光ビームは、弱め合うように干渉すると称される。一方、２つの光ビーム１０４、１０７の位相および振幅が強度を増大するように構成されている場合には、それらの２つの光線は、強め合うように干渉すると称される。この位相差は２つの経路の光路差に依存し、この光路差は、光学共鳴キャビティの厚さ、これらの２つの表面１０１、１０２間の材料の屈折率、および周囲の材料の屈折率が光学共鳴キャビティを形成する材料より高いか、それとも低いかに依存する。また、この位相差は、入射ビーム１０３内の異なる波長についても異なる。したがって、いくつかの実施形態では、光学共鳴キャビティは、入射光１０３の波長の特定の集合を反射することができ、一方、入射光１０３の他の波長を透過する。したがって、いくつかの波長は、強め合うように干渉する可能性があり、いくつかの波長は、弱め合うように干渉する可能性がある。したがって、一般に、光学共鳴キャビティによって反射される色および全強度、および透過する色および全強度は、厚さ、光学共鳴キャビティを形成する材料、および周囲の媒体によって決まる。また、反射波長および透過波長は視角に依存し、異なる波長が異なる角度で反射され透過する。

図２では、光学共鳴キャビティが２つの層の間で画定されている。具体的には、吸収体層２０１が光学共鳴キャビティの上面またはおもて面１０１を画定し、一方、下部反射体層２０２が光学共鳴キャビティの下面または裏面１０２を画定している。吸収体層および反射体層の厚さは、互いに実質的に異なってもよい。たとえば、典型的には、吸収体層２０１は、下部反射体層２０２より薄くされ、部分的に透過性となるように設計される。吸収体層および反射体層は、金属を含むことができる。図２に示されているように、光干渉キャビティの吸収体層２０１に入射する光線２０３は、部分的に反射され、経路２０４、２０７のそれぞれに沿って光干渉キャビティから出る。おもて側または入射側の、観察者が見る照明領域は、２つの反射光線２０４、２０７の重ね合わせである。デバイスによって実質的に吸収される光量、または透過して下部反射体２０２を通ってデバイスから出る光量は、吸収体層２０１および反射体層２０２の厚さおよび組成を変えることによって著しく増大または低減することができ、一方、反射の見かけの色は、主に、それらの間の光学共鳴キャビティのサイズまたは厚さ、および吸収体層２０１の材料特性によって左右される干渉効果によって決定される。

いくつかの実施形態では、おもて面１０１と裏面１０２の間の光学キャビティは、光透過性誘電体層などの層、または複数の層によって画定される。他の実施形態では、おもて面１０１と裏面１０２の間の光学共鳴キャビティは、空隙、または光透過性層と空隙の組合せによって画定される。光干渉キャビティのサイズは、入射光の、１つまたは複数の特定の色の反射を最大化または最小化するように調整することができる。光干渉キャビティによって反射される１つまたは複数の色は、キャビティの厚さを変更することによって変更することができる。したがって、光干渉キャビティによって反射される１つまたは複数の色は、キャビティの厚さに依存し得る。キャビティ高さが、光干渉によって特定の波長が最大化または最小化されるようなものであるとき、その構造は、本明細書では干渉変調器（ＩＭＯＤ）と称する。ＩＭＯＤは、静的（固定）なものでも、動的（能動）なものでもよい。

いくつかの実施形態では、上部吸収体と下部反射体の間の光学共鳴キャビティの高さは、たとえば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によって能動的に変えることができる。ＭＥＭＳは、微小機械要素、アクチュエータ、および電子回路を含む。微小機械要素は、堆積、エッチング、ならびに／あるいは、基板および／もしくは堆積された材料層の一部をエッチングもしくは除去する、または電気デバイスおよび電気機械デバイスを形成するように層を追加する他のマイクロマシニングプロセスを使用して作成することができる。そのようなＭＥＭＳデバイスは、電気機械的に調整することができる光学共鳴キャビティを有するＩＭＯＤを含む。ＩＭＯＤは、光干渉の原理を使用して、光を選択的に吸収および／または反射する。いくつかの実施形態では、干渉変調器が１対の導電プレートを備えることができ、その一方は、部分的に反射性かつ部分的に透過性であり、その他方は、部分的または完全に反射性である。これらの導電プレートは、適切な電気信号を印加したとき相対的に運動することができる。特定の実施形態では、一方のプレートが、基板上に堆積された静止層を備えることができ、他方のプレートが、その静止層から空隙によって分離された金属膜を備えることができる。本明細書でより詳細に述べるように、１つのプレートの、もう１つのプレートに対する位置により、干渉変調器に入射する光の光干渉が変化し得る。このようにして、ＭＥＭＳ干渉変調器（ＩＭＯＤ）によって出力される光の色を能動的に変えることができる。

そのようなＭＥＭＳによって調整可能な光干渉キャビティ、またはＭＥＭＳ ＩＭＯＤを使用して、少なくとも２つの状態をもたらすことが可能である。第１の状態は、（キャビティのサイズに基づいて）選択された色の光が強め合うように干渉し、反射されキャビティから出るというある寸法の光干渉キャビティを含む。第２の状態は、可視波長が実質的に吸収されるような、光の強め合う干渉、および／または弱め合う干渉により生成される可視の黒色（ｖｉｓｉｂｌｅ ｂｌａｃｋ）状態を含む。別法として、これらの２つの状態は、カラーかつ広域スペクトル（白色）の反射性とすることができる。

図３Ａは、ＩＭＯＤスタック３００の簡略図である。図のように、ＩＭＯＤスタック３００は、吸収体層３０１と、反射体３０３と、吸収体層３０１と反射体３０３の間に形成された光学共鳴キャビティ３０２とを備える。反射体３０３は、たとえばアルミニウムなど金属層を含むことができ、典型的には、不透明となるのに十分に厚いもの（たとえば３００ｎｍ）である。光学共鳴キャビティ３０２は、空隙および／または１つもしくは複数の光透過性材料を含むことができる。光学共鳴キャビティ３０２が反射体３０３と吸収体層３０１の間の単一の層によって画定される場合、透明導体または透明誘電体を使用することができる。いくつかの実施形態では、光学共鳴キャビティ３０２は、空隙、透明導電材料、および透明誘電体層のうちの２つ以上を含むことができる複数の材料を含む複合構造を備えることができる。複数の層および／または空隙の考えられる利点は、スタックの選択された層が、ＩＭＯＤスタック３００におけるその光学的な役割に加えて、デバイスパシベーションまたは耐引掻性など、複数の機能を果たすことができることである。いくつかの実施形態では、光学共鳴キャビティは、導電性か、それとも誘電性かに関わらず、１つまたは複数の部分的に透過性の材料を含むことができる。光干渉キャビティ３０２用の例示的な透明材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、および／または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）など誘電体を含むことができる。

この実施形態では、光は、最初に吸収体層３０１内に入ることによってＩＭＯＤスタック３００を通過する。一部の光は、部分的に透過性の吸収体層３０１を通過し、光干渉キャビティ３０２を通過し、反射体３０３から反射され、光学共鳴キャビティ３０２を通り、吸収体層３０１を通って戻る。

図３Ｂを参照すると、他の実施形態では、光学共鳴キャビティ３０２の厚さが、柱（ｐｏｓｔｓ ｏｒ ｐｉｌｌａｒｓ）などスペーサ３１１によって支持された空隙３０２を備えることができる。ＩＭＯＤ３００内では、光学共鳴または干渉キャビティ３０２は、静的な空隙、または動的、すなわち、たとえばＭＥＭＳ技術を使用して可変の空隙とすることができる。

図３Ａまたは図３Ｂに示されている干渉変調器（ＩＭＯＤ）構造は、光干渉を使用して、所望の反射出力を選択的に生成する。この反射出力は、光学共鳴キャビティ３０２の厚さおよび光学特性、ならびに吸収体３０１および反射体３０３の厚さおよび光学特性を選択することによって「変調」することができる。また、この反射出力は、ＭＥＭＳデバイスを使用し、光学共鳴キャビティ３０２のサイズを変更して、動的に変えることができる。吸収体３０１の表面を見る人に観察される色は、ＩＭＯＤから実質的に反射され、ＩＭＯＤの様々な層によって実質的に吸収されず、かつ弱め合うように干渉しない周波数に対応することになる。干渉し、実質的に吸収されない周波数は、光学共鳴キャビティ３０２の厚さを選択することによって変えることができる。

図３Ｃおよび図３Ｄは、共鳴キャビティ（図３Ｂの３０２）が空隙を含んでおり、ＭＥＭＳ技術を使用して電気機械的に変更可能である、ＩＭＯＤの一実施形態を示す。図３Ｃは、「開」または「弛緩」状態になるように構成されたＩＭＯＤを示し、図３Ｄは、「閉」または「収縮」状態になるように構成されたＩＭＯＤを示す。図３Ｃおよび図３Ｄに示されているＩＭＯＤは、基板３２０、薄膜スタック３３０、反射膜３０３を備える。薄膜スタック３３０は、（図３Ａおよび図３Ｂの３０１に対応する）吸収体と、別個の透明電極、およびその電極を互いに絶縁された状態で保つための誘電体層など他の層および材料とを備えることができる。いくつかの実施形態では、薄膜スタック３３０は、基板３２０に取り付けてもよい。「開」状態では、薄膜スタック３３０が間隙３４０によって反射膜３０３から分離されている。いくつかの実施形態では、たとえば図３Ｃに示されているように、間隙３４０は、レールまたは柱（ｐｉｌｌａｒｓ ｏｒ ｐｏｓｔｓ）などスペーサ３１１によって支持された空隙とすることができる。「開」状態では、間隙３４０の厚さが、いくつかの実施形態において、たとえば１２０ｎｍと４００ｎｍの間で変わることができる（たとえば、約２６０ｎｍ）。したがって、「開」状態では、図３Ａおよび図３Ｂの光学共鳴キャビティは、薄膜スタック３３０内の吸収体の上の任意の透明層と共に空隙を備える。

いくつかの実施形態では、このＩＭＯＤは、薄膜スタック３３０と反射膜３０３の間で電圧差を加えることによって、図３Ｄに示されているように、「開」状態から「閉」状態に切り替えることができる。「閉」状態では、薄膜スタック３３０と反射膜３０３の間の、吸収体の上の光学キャビティは、たとえば薄膜スタック３３０内の吸収体上に重なる誘電体層によって画定され、典型的には、「黒色」または最小限の可視反射を反射するように構成される。全体的な空隙の厚さは、いくつかの実施形態では、たとえば「開」状態と「閉」状態の間で、約０ｎｍと約２０００ｎｍの間において変わることができる。

「開」状態では、入射光の１つまたは複数の周波数が、基板３２０の表面の上方で強め合うように干渉する。したがって、入射光のいくつかの周波数は、ＩＭＯＤ内で実質的に吸収されず、ＩＭＯＤから反射される。ＩＭＯＤから反射される周波数は、ＩＭＯＤの外側で強め合うように干渉する。基板３２０の表面を見る人に観察される表示色は、ＩＭＯＤから実質的に反射され、ＩＭＯＤの様々な層によって実質的に吸収されない周波数に対応することになる。強め合うように干渉し、実質的に吸収されない周波数は、（間隙３４０を含む）光学キャビティの厚さを変更し、それによって光学共鳴キャビティの厚さを変更することによって変えることができる。

図４は、ＩＭＯＤ（たとえば、図３Ａまたは図３ＢのＩＭＯＤ３００）のおもて面に対して直角または垂直の方向から見たときのＩＭＯＤの全反射対波長のグラフを示す。この全反射のグラフは、約５５０ｎｍ（黄色）のところで反射ピークを示している。ＩＭＯＤを見る人は、ＩＭＯＤが黄色であるのに気づくことになる。前述のように、全反射曲線のピークの位置は、光学共鳴キャビティ３０２の厚さまたは材料を変更することによって、またはスタック内の１つもしくは複数の層の材料および厚さを変更することによって、シフトさせることができる。

図５は、可視範囲内の反射が最小になるように光学キャビティの厚さが選択されたＩＭＯＤについて、約４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲にわたる波長に対するＩＭＯＤの全反射のグラフを示す。全反射が可視波長領域全体で均一に低いことがわかる。したがって、光がほとんど干渉変調器から反射されない。ＩＭＯＤのおもて面を垂直に見る人に観察される色は、いくつかの実施形態では、概して黒色、赤みがかった黒、または紫であり得る。

一般に、ＩＭＯＤスタックは、視野角依存性を有する可能性がある。しかし、可視範囲内でのＩＭＯＤ反射を最小限に抑えるように光学共鳴キャビティを選択すると、角度依存性はかなり低くなる傾向がある。図６は、入射角または視野角が３０度であるときの、可視反射を最小限に抑えるように最適化された光学共鳴キャビティを有するＩＭＯＤに関する全反射対波長を示す。全反射が可視波長領域全体で均一に低いことがわかる。したがって、可視光がほとんど干渉変調器から反射されない。図５と図６の比較から、可視反射を最小限に抑えるように選択または調整されたキャビティ３０２を有するＩＭＯＤのスペクトル応答は、垂直入射と入射角または視野角が３０度であるときに関してほぼ同じである。換言すれば、可視反射を最小限に抑えるように選択されたキャビティを有する「黒色」ＩＭＯＤのスペクトル応答は、入射角または視野角に対する強い依存性を示さない。

図７は、典型的な光起電力（ＰＶ）電池７００を示す。典型的な光起電力電池は、光エネルギーを電気エネルギーまたは電流に変換することができる。ＰＶ電池は、環境に対する影響があまりない、たとえばカーボンフットプリントが少ない再生可能エネルギー源の一例である。ＰＶ電池を使用すると、エネルギー発生のコストを削減することなど、考えられる費用便益をもたらすことができる。ＰＶ電池は、たとえば郵便切手より小さいものから差渡し数インチのものまで、多数の様々なサイズおよび形状を有することができる。いくつかのＰＶ電池を共に接続し、長さ数フィート、幅数フィートに及ぶことがあるＰＶ電池モジュールを形成することができることもしばしばである。モジュールは、様々なサイズおよび電力出力のＰＶアレイを形成するように組み合わせ、また接続することができる。

アレイのサイズは、特定の場所で使用可能な日光の量や消費者のニーズなど、いくつかの要因によって決まる可能性がある。アレイのモジュールは、電気接続、取付け金具、パワーコンディショニング機器、および太陽が陰っているとき使用するために太陽エネルギーを貯蔵するバッテリを含むことができる。ＰＶデバイスは、その付帯電気接続および周辺機器を有する単セル、あるいはＰＶモジュールまたはＰＶアレイとすることができる。また、ＰＶデバイスは、機能上関連のない電気構成部品、たとえばＰＶ電池によって給電される構成部品を含むことができる。

典型的なＰＶ電池は、２つの電極間に配置されたＰＶ活性領域を備える。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池は、層のスタックが形成される基板を備える。ＰＶ電池のＰＶ活性層は、ケイ素など半導体材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、活性領域は、図７に示されているように、ｎ型半導体材料７０３とｐ型半導体材料７０４を接触させることによって形成されるｐ−ｎ接合を含むことができる。そのようなｐ−ｎ接合は、ダイオードのような特性を有することができ、したがってフォトダイオード構造と呼ばれることもある。

ＰＶ活性層７０３、７０４は、電流経路を形成する２つの電極間に挟まれている。裏電極７０５は、アルミニウム、銀、モリブデン、または何らかの他の導電材料で形成することができる。裏電極は、粗い未研磨のものとすることができる。おもて電極７０１は、接触抵抗を下げ、収集効率を高めるように、ｐ−ｎ接合のおもて面のかなりの部分を覆うように設計される。おもて電極７０１が不透明材料で形成される実施形態では、おもて電極７０１は、ＰＶ活性層のおもての上に開口または窓を残すように構成され、照明がＰＶ活性層に入射することを可能にする。いくつかの実施形態では、おもて電極は、透明導体、たとえば酸化スズ（ＳｎＯ_２）または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など透明導電酸化物（ＴＣＯ）を含むことができる。ＴＣＯは、良好な電気接触および導電率をもたらし、同時に入射光に対して透過性であることができる。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池はまた、おもて電極７０１の上に配置された反射防止（ＡＲ）コーティング７０２の層を備えることができる。ＡＲコーティング７０２の層は、ＰＶ活性層７０３、７０４のおもて面から反射される光の量を低減することができる。

活性ＰＶ材料のおもて面が照明されると、光子が活性領域内の電子にエネルギーを伝達する。光子によって伝達されたエネルギーが半導体材料のバンドギャップより大きい場合、電子は、伝導帯に入るのに十分なエネルギーを有することができる。ｐ−ｎ接合の形成と共に内部電界が生じている。内部電界は、付勢された電子に作用し、これらの電子を移動させ、それによって外部回路７０７内に電流の流れを作り出す。得られた電流の流れを使用し、電荷を貯蔵する、または図７に示されている電球７０６など様々な電気デバイスに直接給電することができる。

いくつかの実施形態では、図７に示されているｐ−ｎ接合を、真性またはドープされていない半導体層がｐ型半導体とｎ型半導体の間に挟まれているｐ−ｉ−ｎ接合によって置き換えることができる。ｐ−ｉ−ｎ接合は、ｐ−ｎ接合より高い効率を有する可能性がある。いくつかの他の実施形態では、ＰＶ電池が複数の接合を備えることができる。

ＰＶ活性層は、結晶シリコン（ｃ−ｓｉｌｉｃｏｎ）、非晶質シリコン（ａ−ｓｉｌｉｃｏｎ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、二セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、光吸収性染料および光吸収性ポリマー、光吸収性ナノ粒子を分散させたポリマー、ＧａＡｓなどＩＩＩ−Ｖ族半導体など、様々な光吸収性の光起電力材料のいずれかによって形成することができる。他の材料を使用することもできる。光子が吸収されエネルギーが電子キャリア（正孔および電子）に伝達される光吸収性材料を、本明細書ではＰＶ電池のＰＶ活性層と称し、この用語は、複数の活性な下位層を包含するものとする。ＰＶ活性層用の材料は、ＰＶ電池の所望の性能および応用分野に応じて選択することができる。

いくつかの実施形態では、ＰＶ電池は、薄膜技術を使用することによって形成することができる。たとえば、光エネルギーが透明基板を通過する一実施形態では、ＰＶ電池は、ＴＣＯの第１の層またはおもて電極層を基板上に堆積することによって形成することができる。ＰＶ活性材料が第１の電極層上に堆積される。第２の電極層を、ＰＶ活性材料の層上に堆積することができる。これらの層は、物理的蒸着技法、化学気相堆積技法、電気化学技法などの堆積技法を使用して堆積することができる。薄膜ＰＶ電池は、薄膜シリコン、ＣＩＳ、ＣｄＴｅ、またはＣＩＧＳなど、非晶質材料または多結晶材料を含むことができる。薄膜ＰＶ電池のいくつかの利点は、とりわけ小さなデバイスフットプリント、および製造プロセスの拡張性である。

図８は、典型的な薄膜ＰＶ電池８００を概略的に示すブロック図である。典型的なＰＶ電池８００は、光が通過することができるガラス基板８０１を含む。ガラス基板８０１上には、第１の電極層８０２、ＰＶ活性層８０３（非晶質シリコンを含んで示されている）、および第２の電極層８０５が配置されている。第１の電極層８０２は、ＩＴＯなど透明導電材料を含むことができる。図のように、第１の電極層８０２および第２の電極層８０５は、薄膜ＰＶ活性層８０３を間に挟んでいる。図のＰＶ活性層８０３は、非晶質シリコン層を含む。当技術分野で知られているように、ＰＶ材料として働く非晶質シリコンは、１つまたは複数のダイオード接合を含むことができる。さらに、１つまたは複数の非晶質シリコンＰＶ層は、真性シリコンの層がｐドープ層とｎドープ層の間に挟まれているｐ−ｉ−ｎ接合を含むことができる。

図９Ａおよび図９Ｂに示されているように、多数のＰＶデバイスが、鏡面導体または反射性導体９１０、９１１を、デバイスのおもて側または光入射側、ならびにＰＶデバイス９００の裏側に使用している。表側または光入射側の導体は、バス電極９１０またはグリッドライン電極９１１を備えることができる。光エネルギーがＰＶ活性材料９０３によって吸収されると、電子−正孔対が生成される。これらの電子と正孔は、図９Ｂに示されているように、おもて電極９１０、９１１または裏電極９０５の一方または他方に移動することによって電流を生成することができる。おもて導体またはおもて電極９１０、９１１は、電子または正孔が電極に到達するために移動しなければならない距離を短縮し、一方、十分な光がＰＶ活性層９０３に通過することができるようにパターン形成される。しかし、これらの電極によって生じる明るい反射線は、しばしば魅力がないものとみなされ、その結果、ＰＶデバイスが、目に見える場所で使用されないことがしばしばである。

したがって、下記のいくつかの実施形態は、電極パターンが暗色または黒色に見え、露出したＰＶ活性領域の外観によりよく調和するように見苦しい電極を覆う方法について説明する。さらに、下記で述べられているいくつかの実施形態は、周囲の構造（たとえば、屋上タイル）とよりよく調和することができるように外観が均一である光起電力デバイスを提供する。これは、パターン形成された電極を有するＰＶデバイスのおもての部分を暗色にすることによって、または光起電力デバイスのおもて面全体（電極および活性領域）を暗色にすることによって達成することができる。

導電層または電極からの反射を抑制するように電極を暗色にする、または他の形でマスクする１つの方法は、電極を暗色にするように、かつ／または露出したＰＶ活性領域の色付きの外観と調和するように反射率を調整して干渉変調器（ＩＭＯＤ）をマスクとして使用することである。ＩＭＯＤスタックでは、ＩＭＯＤ反射体（たとえば、図３Ａまたは図３Ｂの反射体３０３）の機能は、マスクされる導体（たとえば、図９Ａおよび図９Ｂのおもてバス電極９１０またはグリッドライン電極９１１）で果たすことができる。ＩＭＯＤマスクに入射する光は、上記で論じた光干渉の原理により、電極の領域内で可視反射を引き起こさない、またはほとんど引き起こさない。有利には、干渉効果は、吸収体および光学共鳴キャビティの厚さおよび材料によって制御される。したがって、マスク効果は、一般的な染料または塗料に比べて、経時的に退色しやすいものではない。

図１０Ａ〜１０Ｇは、おもて電極上のＩＭＯＤマスクを組み込むＰＶデバイスを作製するためのプロセスの一例を示す。この例は、ＰＶ活性材料の堆積薄膜を使用する。一実施形態では、そのような光起電力デバイスは、プラスチック、ガラス、または別の好適なワークピースなど、基板１０１０上に形成することができる。図１０Ａに示されているように、そのようなデバイスを製造する方法は、既知の方法を使用して基板１０１０上に裏電極１０２０を形成することを含むことができる。光起電力デバイス用の裏電極１０２０として働くように、金属層を堆積することができるが、非金属導電材料を使用することもできる。

図１０Ｂを参照すると、この方法は、光起電力活性材料１０３０の形成をさらに含む。図の実施形態では、光起電力（ＰＶ）活性材料１０３０は、堆積薄膜を含むが、他の構成では、単結晶の半導体基板の一部分および／またはその上のエピタキシャル層が使用される。堆積ＰＶ活性材料は、たとえば、最近普及しつつある非晶質シリコン薄膜を含むことができる。薄膜としての非晶質シリコンは、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、電気化学気相堆積、またはプラズマ化学気相堆積 （ＰＥＣＶＤ）によって、ならびに当業者に知られている他の方法によって、大面積の上に堆積することができる。当業者に知られているように、非晶質シリコン層を含むＰＶ活性材料は、ｎドープシリコンおよび／またはｐドープシリコンを有する１つまたは複数の接合を含むことができ、またｐ−ｉ−ｎ接合をさらに含むことができる。ＰＶ活性材料１０３０用の他の適切な材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｇｅ合金、セレン化銅インジウムガリウムのような合金、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ならびにＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、またはタンデム多接合光起電力材料および膜を含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化ホウ素 （ＢＡｓ）などの材料を含む。窒化インジウムガリウムのような半導体合金を使用することもできる。他の光起電力材料およびデバイスもまた可能である。これらの材料を形成する方法は、当業者に知られている。例示的な例として、ＣＩＧＳのような合金は、銅、ガリウム、およびインジウムを同時蒸着または同時スパッタし、次いでセレン化物蒸気を用いてアニールし、最終的なＣＩＧＳ構造を形成する真空ベースのプロセスによって形成することができる。非真空ベースの代替プロセスもまた、当業者に知られている。

図１０Ｃでは、任意選択で透明導電酸化物（ＴＣＯ）１０４０がＰＶ活性材料１０３０の上に堆積される。ＴＣＯ層は、ＰＶ活性層１０３０に対する電極接触を改善するために、光起電力材料、特に薄膜光起電力材料と共にしばしば使用される。機能的には、ＴＣＯ１０４０は、ＰＶ活性材料１０３０によって生成される電流を搬送するための回路を完成するおもて電極の一部を形成するが、従来、ＴＣＯ１０４０上に重なり、ＰＶ電池をより広範な回路に接続する、より導電性の金属導体がおもて電極と呼ばれている。当業者には知られているように、一般的なＴＣＯは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。ＩＴＯを形成または堆積する方法は、当技術分野で周知であり、電子ビーム蒸着、物理的蒸着、またはスパッタ堆積技法を含む。他のＴＣＯ材料および製造プロセスを使用することもできる。他の実施形態では、ＴＣＯ層を省略することができる。

図１０Ｄでは、ＴＣＯ材料１０４０の堆積の後に、おもて導体層１０５０の形成が続く。おもて導体層１０５０は、おもて電極として働くように、またＰＶ電池によって生成される電流を搬送する回路にＰＶ電池を接続するように、金属または非常に導電性の高い材料を含むことができる。上記で指摘したように、そのような導体は、かなり反射性のものとなる傾向があり、ＰＶデバイスの外観を損ね、ＰＶデバイスの広範な使用を妨げる可能性がある。おもて導体層１０５０用の典型的な反射性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、およびクロム（Ｃｒ）を含む。

図１０Ｅに示されているように、光学共鳴キャビティ１０６０がおもて導体層１０５０の上に形成される。図の実施形態では、光学共鳴キャビティ１０６０は、堆積透明層であるが、図３Ａおよび図３Ｂに関連して上記で論じたように、他の構成では、このキャビティは、柱（ｐｏｓｔｓ、ｐｉｌｌａｒｓ）またはレールなどスペーサによって支持された空隙（図３Ｂ参照）、単一の導電性層または誘電体層、複数の導電性透明層または誘電性透明層によって形成された複合体、または、空隙と１つまたは複数の透明層との組合せによって形成された複合体を含むことができる。透明材料の単一の層からなる光学共鳴キャビティは、製造を単純化し、コストを削減することができる。複数の層および／または空隙を有する複合構造は、形成されるＩＭＯＤマスクにおけるその光学的な役割に加えて、複数の層を使用し、デバイスパシベーションまたは耐引掻性など、複数の機能を果たすことができる。

また、空隙または複合光学共鳴キャビティは、デバイス通気、あるいは複数の色を反射するために、または能動的に（電気的に）調整可能なＩＭＯＤマスクを形成するためにＭＥＭＳを使用する能力を提供することなど、複数の機能を果たすことができる。ＩＭＯＤマスクの反射体３０３がＰＶデバイス用のおもて電極としても働く図の実施形態では、反射体３０３は、たとえばＰＶデバイスが活動状態でないとき静電駆動するための静止電極として使用することができる。吸収体３０１は、可動電極として働くことができる。静電ＭＥＭＳの動作およびＰＶデバイスからの電流収集という２つの機能を処理するための相互接続および外部回路は、ＰＶデバイスの活性ＩＭＯＤマスクと一体化することができることを、当業者なら理解するであろう。

一実施形態の光学共鳴キャビティ１０６０は、ＳｉＯ_２または他の透明誘電性材料の層によって形成される。ＳｉＯ_２（または同様の屈折率の）光学共鳴キャビティ１０６０に適した厚さは、暗色または黒色の干渉効果を作り出すためには、３００Å（オングストローム）と１０００Åの間である。ＳｉＯ_２を堆積または形成する方法は、ＣＶＤならびに他の方法を含めて、当技術分野で知られている。光学共鳴キャビティ１０６０を形成するための他の好適な透明材料は、ＩＴＯ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３を含む。他の実施形態の光学共鳴キャビティ１０６０は、空隙層およびＳｉＯ_２または別の透明誘電性材料によって形成される。空隙光学共鳴キャビティ１０６０に適した厚さは、暗色または黒色の干渉効果を作り出すためには、４５０Åと１６００Åの間である。

図１０Ｆを参照すると、吸収体層１０７０が光学共鳴キャビティ１０６０の上に形成される。構築されるＩＭＯＤマスクが自然反射性のおもて導体１０５０の外観を干渉により暗色にするように設計される図の実施形態では、吸収体層１０７０は、たとえば半透明の厚さの金属層または半導体層を含むことができる。また、この吸収体層は、非ゼロのｎ＊ｋ、すなわち屈折率（ｎ）と消衰係数（ｋ）の非ゼロ積を有する材料を含むことができる。具体的には、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−クロム合金（ＭｏＣｒ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）がすべて、好適な層を形成する。一実施形態では、吸収体層１０７０の厚さは、２０Åと３００Åの間である。この厚さは、不透明層を作り出す厚さ未満となるように選択される。

図１０Ｇを参照すると、次いで、図１０Ｆに示されているスタックが、たとえばフォトリソグラフィパターニングおよびエッチング、または図１０Ｇに示されているＰＶデバイス１０００Ｇを形成するための別の好適な技法を使用してパターン形成される。得られる干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスク３００は、（ＰＶデバイス用のおもて導体またはおもて電極としても働く）反射体３０３、（パターニングの前には符号１０６０によって参照されていた）光学共鳴キャビティ３０２、および、パターン形成された吸収体３０１を備える。図１０Ｇの実施形態では、反射体３０３、光学共鳴キャビティ３０２、および吸収体３０１は、共にパターン形成され、したがって互いに位置合わせされる。他の実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００の構成要素は、下記の図１２の考察からよりよく理解されるように、ＩＭＯＤマスク反射体３０３として働く導体のパターンとは幾分異なるパターンを有することができる。したがって、ＩＭＯＤマスク３００は、おもて電極または反射体３０３を覆う。ＩＭＯＤマスク３００と、ＰＶデバイス用のおもて電極として働く反射体３０３との位置合わせには、鋭角の視角で、反射体３０３の側部からの何らかの極小反射のリスクがある。一方、吸収体３０１は、より正確にはおもて電極として存在する反射体３０３が常に妨げている光より多くの光がＰＶ活性層に到達するのを妨げないようにパターン形成され、したがって、吸収体３０１は、ＰＶ効率がそれ以上低下するのを回避するようにパターン形成される。

吸収体３０１および光学共鳴キャビティ３０２の材料および寸法は、下にある反射体３０３からの反射率を低減するように選択される。反射率は、マスク３００の上部表面に対して直角の方向での［ＩＭＯＤマスク３００から反射される光の強度］対［ＩＭＯＤマスク３００の上部への入射光の強度］の比として定義される。反射体３０３用の一般的なＰＶデバイスおもて電極材料は、３０％〜９０％の範囲内の反射率を示す。しかし、ＩＭＯＤマスク３００は、干渉により反射率全体を１０％未満に低減するように構成される。したがって、ＩＭＯＤマスク３００の上方で観察可能な反射率は、最も一般的なおもて電極（反射体３０３）材料について１０％未満（この点で反射は「灰色」に見える傾向がある）であり、より典型的には５％未満である。本明細書における開示に鑑みて、吸収体３０１内の層および光学共鳴キャビティ３０２用の材料および寸法を適正に選択することによって、反射率を１％〜３％と同程度、したがって真に「黒色」に見える程度に低減することができることを、当業者なら理解するであろう。

したがって、観察者には、ＰＶデバイスのおもて導体から反射する光が見えない、またはほとんど見えない。したがって、電極を覆うＩＭＯＤマスク３００によって形成されたパターンは、暗色または黒色に見える可能性がある。別法として、ＩＭＯＤマスク３００の構造は、おもて導体に隣接する光起電力活性材料の可視領域の色と実質的に調和する色を反射するように選択される。大抵のＰＶデバイスの場合、ＰＶ活性エリアはかなり暗色に見え、その結果、ＩＭＯＤマスク３００によって可視反射を低減することにより、導体がＰＶ活性エリアの外観と効果的に調和され、ＰＶデバイスの２つの領域を目で見て区別することが困難になる。しかし、非常に変わったＰＶ材料、またはＰＶ活性材料の上の窓を覆った他のコーティングにより、ＰＶ活性材料の可視領域が暗色または黒色以外の色を示す限りにおいて、そのＰＶ活性エリアの可視領域と調和し、ＰＶデバイスに対する均一な色または外観を作り出すために、他の色を反射するようにＩＭＯＤマスク３００を構築することができる。

光学共鳴キャビティ３０２が柱（ｐｏｓｔｓ、ｐｉｌｌａｒｓ）またはレールなどスペーサによって画定された空隙を備える一例（図３Ｂ参照）では、暗色または黒色のＩＭＯＤマスク３００を作り出すための空隙の好適な高さは、一部にはＩＭＯＤマスク３００用に選択された他の材料に応じて、４５０Åと１６００Åの間である。光学共鳴キャビティ３０２が、１と３の間の屈折率を有する誘電体（たとえばＳｉＯ_２）を備える他の例では、暗色または黒色のＩＭＯＤマスク３００は、３００Åと１０００Åの間の誘電体厚さを用いて作り出すことができる。

図１０Ｈを参照すると、ＰＶデバイス１０００Ｈは、ＩＭＯＤマスクのマスク機能から逸脱することなしに、上に重なるハードコート、反射防止コーティング、またはパシベーション層など、追加の層を含むことができる。たとえば、ＩＭＯＤマスク３００上に重なる誘電体層１０８０は、ＳｉＯ_２または窒化ケイ素を含むことができ、ＰＶデバイス用の上部パシベーション層として働くことができる。さらに、誘電体層１０８０は、おもて電極領域の黒色状態をさらに向上させることができる反射防止（ＡＲ）層として働くのに適した厚さで設けることができる。酸化ケイ素または窒化ケイ素のＡＲ層用の典型的な厚さは、約３００Åと１５００Åの間である。見る人とおもて電極反射体３０３の間に他の層が配置される限りにおいて、干渉マスク３００が所望の反射率を確実に生成するように、様々な層の材料、光学特性、および厚さを選択する上で調整が必要とされる可能性がある。

図１１Ａ〜１１Ｄは、おもて電極をパターン形成した後でＩＭＯＤ黒色マスクが形成される他の実施形態を示す。図１１Ａは、フォトリソグラフィおよびエッチングなどによって、図１０Ｄの導体層１０５０が、パターン形成されたおもて電極または反射体３０３が残るようにパターン形成された後の図１０ＤのＰＶデバイス構造を示す。おもて導体層１０５０に適切な材料は、図１０Ｄに関連して上記で論じられている。パターニングにより、パターン形成された導体またはおもて電極が画定され、これらは、形成しようとするＩＭＯＤマスク用の反射体３０３としても働くことになる。図１１Ａの構造は、たとえば、パッケージング前の予め作製された光起電力（ＰＶ）デバイスを表すことができる。別法として、他の実施形態では、ＰＶデバイスは、パッケージングされ、図１１Ｂ〜１１Ｄのステップを行う前に、たとえば、図１１Ａの構造の上にパシベーション層（図示せず）を含んでもよい。そのような構成では、その後で形成される光学共鳴キャビティおよび吸収体に関する材料および寸法の選択により、パシベーション層の光学的効果を補償すべきである。換言すれば、そのような不図示の実施形態では、パシベーション層（図示せず）は、形成される複合光学共鳴キャビティの一部とみなすことができる。

図１１Ｂは、ブランケット層を形成した後の図１１Ａの構造、またはＩＭＯＤマスク用の光学共鳴キャビティ層１０６０を画定するように選択された複合構造を示す。図１０Ｅの考察で指摘したように、光学共鳴キャビティ層１０６０は、柱（ｐｏｓｔｓ、ｐｉｌｌａｒｓ）またはレールなどスペーサによって画定された空隙（図３Ｂ参照）、単一の導電性層または誘電体層、複数の導電性透明層または誘電性透明層によって形成された複合体、または、空隙と１つまたは複数の透明層との組合せによって形成された複合体とすることができる。

図１１Ｃは、吸収体層１０７０堆積後の図１１Ｂの構造を示す。半透明の吸収体層１０７０に適した材料および厚さは、図１０Ｆに関連して上記で論じられている。

図１１Ｄは、パターン形成された吸収体３０１を残すように吸収体層１０７０をパターン形成した後の図１１Ｃの構造を示す。図の実施形態では、光学共鳴キャビティ層１０６０は、ブランケット層またはパターン形成されていない層として残されている。したがって、光学共鳴キャビティ層１０６０は、ＰＶ電池の上を一面に覆っている（ｂｌａｎｋｅｔｅｄ）。吸収体３０１は、導体／電極３０３を実質的に覆うように、フォトリソグラフィマスキングおよびエッチングによってなど、パターン形成される。

結果的に得られる図１１Ｄの構造は、おもて導体またはおもて電極としても働く、パターン形成された反射体３０３と、ブランケット光学共鳴キャビティ層１０６０と、パターン形成された吸収体３０１とを含む干渉マスクまたはＩＭＯＤマスク３００を備えるＰＶデバイス１１００である。上記で論じた単一の層または複合構造を表すことができるブランケット光学共鳴キャビティ層１０６０はまた、ＰＶ活性層１０３０が可視である、または露出されている領域全体にわたって、ＰＶ活性層１０３０用または光学的に介在するＴＣＯ層１０４０用のパシベーションまたは反射防止など他の機能を果たすことができる。パターン形成された反射体３０３と吸収体３０１の間にある光学共鳴キャビティ層１０６０の領域は、ＩＭＯＤマスク３００用の光学共鳴キャビティ３０２を形成する。図の実施形態では、吸収体３０１は、反射体３０３と実質的に位置合わせされるようにパターン形成される。

図１２は、図１１Ｃに関連して論じたＰＶデバイスの層上に重なる光学共鳴キャビティ層１０６０および吸収体層１０７０（図１１Ｃ参照）が、パターン形成された反射体３０３を覆うように共にパターン形成され、図１２に示されているＰＶデバイス１２００を生み出す、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、吸収体３０１および光学共鳴キャビティ３０２は、電極を覆うように共にパターン形成されるが、電極３０３をわずかに越えて延在する。そのような実施形態では、パターン形成された吸収体３０１は、電極の縁部を各側で電極の幅の１０％未満だけ、また一実施形態では、電極幅の５％未満だけ越えて横方向に延在することができ、吸収体３０１（図示せず）の長さは、独立して電極長さと位置合わせする、またはそれより（１０％未満または５％未満だけ）長くすることができる。より広い吸収体３０１は、おもて導体／反射体３０３からの反射をマスクするように、よりよく覆うことを確実にし、反射体３０３のパターンと吸収体３０１のパターンとの間の適度なレベルのマスクミスアライメントに対処する。一方、干渉によりマスクされている反射体３０３より吸収体３０１の方が広い範囲を最小限に抑えることによって、ＰＶ活性層１０３０に到達する光の量、したがってＰＶデバイス全体の効率が高く保たれ得る。

図示されていない他の実施形態では、吸収体層および光学共鳴キャビティ構造が、ＰＶデバイスのすべての上に延在することができるが、その場合には、ＰＶ活性層に到達する光の減少を最小限に抑えるために、吸収体層を非常に薄く（大部分を透過性に）すべきである。したがって、透過率を最大にするためにブランケット吸収体層を薄くしたとき、暗色または「黒色」効果の程度は、幾分犠牲になる。その場合には、その反射色をおもて電極領域内のＩＭＯＤの反射色とよりよく調和させるために、ＰＶ活性層の上に、比較的高い透過率を有する追加の半透明反射体を使用することも望ましい可能性がある。

図１０Ｈに関連して論じたように、図１１Ｄおよび図１２の干渉マスク３００はまた、諸実施形態の表面の上に形成または堆積されたさらなる層によって保護またはパシベーションすることができる。

図１３Ａ〜１３Ｅは、光がＰＶ活性領域内に透過される透明基板の上にＰＶデバイスの諸層が形成される他の実施形態を製造するためのプロセスを示す。図１３Ａは、ガラス、プラスチック、または有用な光学特性を有する他の適切な基板など、適切な光透過性基板１３１０から始まる。吸収体層１３２０が、光入射側またはおもて側と反対側の、基板の裏側に形成または堆積される。したがって、図１３Ａ〜１３Ｅでは、光が下方から入射する。半透明の吸収体層１３２０に適した材料および厚さは、図１０Ｆの吸収体層１０７０に関連して上記で論じられている。

図１３Ｂは、吸収体層１３２０の上に光学共鳴キャビティ層１３３０を形成または堆積した後の図１３Ａの構造を示す。図１０Ｅの考察で指摘したように、光学共鳴キャビティ層１３３０は、柱（ｐｏｓｔｓ、ｐｉｌｌａｒｓ）またはレールなどスペーサによって画定された空隙（図３Ｂ参照）、単一の導電性層または誘電体層、複数の導電性透明層または誘電性透明層によって形成された複合体、または、空隙と１つまたは複数の透明層との組合せによって形成された複合体とすることができる。

図１３Ｃは、光学共鳴キャビティ層１３３０の上に導体層１３４０をさらに形成または堆積したところを示す。導体層１３４０に適した材料は、図１０Ｄの導体層１０５０に関連して上記で論じられている。

図１３Ｄを参照すると、層１３２０、１３３０、１３４０をパターニングまたはエッチングすることにより、反射体３０３のパターンと実質的に同様の、またはそれを覆うＩＭＯＤマスク３００のパターンが形成される。層スタックをパターニングすることにより、パターン形成された導体またはおもて電極が画定され、これらは、ＩＭＯＤマスク３００用の反射体３０３として働くことになる。反射体３０３は、基板の裏側に形成されてはいるが、まだ形成されていないＰＶ活性層に対して依然としておもて方向の（光入射側により近い）ものであり、そのため、反射体３０３は、ＰＶデバイス用の「おもて導体」を画定するといわれる。

図１３Ｅは、薄膜光起電力（ＰＶ）活性層１３５０を干渉マスク３００の光入射側の背後または反対側に堆積し、それに続いて裏導体層１３６０を堆積した結果を示す。薄膜ＰＶ活性層に適切な材料は、図１０Ｂに関連して上記で論じられており、一般に、ＰＶ活性材料は、非晶質シリコンなど、多数のタイプの光電性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）半導体材料を含む。図示されていないが、ＩＴＯなど透明導体層（ＴＣＯ）を、ＰＶ活性層１３５０の堆積の前に堆積し、ＰＶ活性層１３５０とおもて導体３０３の間の電気接触を改善し、したがってＰＶデバイス１３００Ｅの収集効率を改善することができる。裏導体層１３６０は、金属導電層を含み、典型的には不透明の厚さに形成される。

図１３Ａ〜１３Ｅの実施形態では、ＰＶデバイス用の干渉マスク３００は、ＰＶ活性材料１３５０を形成または堆積する前に光学基板上に形成される。この実施形態では、光起電力デバイスおよび干渉マスク３００は、基板の光入射側またはおもて側の反対側である光学基板の側に形成される。したがって、層形成の順序は、図１０Ａ〜１０Ｇのものと反対にすることができる。追加の層（図示せず）は、ＰＶ活性層１３５０と基板１３１０の間のＴＣＯ、および基板１３１０のおもて側のＡＲコーティングまたはハードコートを含むことができる。

図１３Ｆは、他の実施形態を示す。図１３Ｆは、図１３Ａの吸収体層１３２０が光学共鳴キャビティ層１３７０の形成前にパターニングされ、パターン形成された吸収体３０１を残すところを示す。次いで、光学共鳴キャビティ層１３７０が、パターン形成された吸収体３０１の上に堆積される。図１０Ｅの考察で指摘したように、光学共鳴キャビティ層１３７０は、柱（ｐｏｓｔｓ、ｐｉｌｌａｒｓ）またはレールなどスペーサによって画定された空隙（図３Ｂ参照）、単一の導電性層または誘電体層、複数の導電性透明層または誘電性透明層によって形成された複合体、または、空隙と１つまたは複数の透明層との組合せによって形成された複合体とすることができる。導体材料の層が、光学共鳴キャビティ層１３７０の上に堆積される。次いで、導体層をパターニングし、ＩＭＯＤマスク３００用のパターン形成された反射体３０３としても働くＰＶデバイス１３００Ｆ用のおもて電極を形成することができ、一方、光学共鳴キャビティ層１３７０をＰＶ電池の上で、パターン形成されないまま残す。その後で、ＰＶ活性層１３５０が（おもて電極を含む）ＩＭＯＤマスク３００の上に形成され、裏電極１３６０がＰＶ活性層１３５０の上に形成される。

図１３Ｆに示されているように、光が基板を透過する実施形態においてブランケット光学共鳴キャビティ層１３７０を使用することには、いくつかの利点がある可能性がある。上述のように、電極と光起電力材料の間の接触を改善するために、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）がしばしば使用される。図１３Ｆの実施形態では、光学共鳴キャビティ構造は、反射体３０３によって形成されたおもて電極と接触するＴＣＯ層を含む、またはそのＴＣＯ層によって形成することができる。図１３Ｅと図１３Ｆとの比較から明らかなように、ブランケット光学キャビティ層１３７０を使用することにより、デバイスのプロファイルまたは起伏形状もまた低減され、したがって後続の（たとえば薄膜ＰＶ活性層１３５０の）堆積がより容易になる。

図１３Ｇは、干渉マスク３００が透明基板１３１０の光入射側またはおもて側に形成され、一方、おもて電極１３９０および光起電力（ＰＶ）活性層１３５０が、光入射側またはおもて側の反対側の、基板１３１０の裏側にある他の実施形態を示す。そのような実施形態では、反射性おもて電極１３９０と吸収体３０１の間の基板１３１０の厚さにより、おもて側ＩＭＯＤマスク３００が、基板１３１０の他方の側にある反射性おもて電極１３９０を覆うようにパターン形成された、基板１３１０のおもて側の別個の反射体３０３を含むことが望ましい。この場合には、ＰＶデバイス１３００Ｇは、基板１３１０の裏側の従来構造を有し、透明基板１３１０の裏側の上に順番に形成された、パターン形成されたおもて電極１３９０、ＴＣＯ層１３８０、ＰＶ活性層１３５０、および裏電極１３６０を含む。基板１３１０のおもて側は、光透過性基板１３１０のおもて側に順番に形成された、別個の反射体３０３、光学共鳴キャビティ３０２、および吸収体３０１のＩＭＯＤマスク３００スタックを含む。図の諸実施形態の場合と同様に、このＩＭＯＤスタックは、パターン形成されたおもて導体１３９０を覆うようにパターン形成されることが好ましいことになる。そのようなＩＭＯＤマスクは、それ自体の反射体３０３および吸収体３０１を有するため、ＰＶ活性層１３５０から電気的に分離され、したがって静電ＭＥＭＳ ＩＭＯＤを形成するように別々に相互接続させることができる。そのような実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００は、図３Ｃおよび図３Ｄに示されているように開閉可能となる。この場合には、光学共鳴キャビティ３０２は、可動電極（図３Ｃおよび図３Ｄの３０３）が移動することができる空隙（図３Ｃの３４０）を含むことができる。当業者には理解されるように、そのような実施形態では、誘電体層および他の層、ならびに可動電極／反射体を静止電極／吸収体から離隔するための支柱を、基板１３１０のおもてに形成し、基板１３１０の光入射側に可動のＩＭＯＤマスク３００を実装することができる。

図１４Ａ〜１４Ｂは、光起電力材料が、単結晶半導体基板の一部および／またはそのような単結晶基板の上に形成されたエピタキシャル層である、ＩＭＯＤマスクをＰＶデバイス１４００Ａと一体化する実施形態を示す。図１４Ａは、裏電極１４１０、ｐ型シリコン層１４２０、ｎ型シリコン層１４３０、おもて導体またはおもて電極３０３、および反射防止コーティング１４５０を備える光起電力（ＰＶ）デバイス１４００Ｂを示す。前述のように、おもて電極３０３（たとえば、ＰＶアレイ用のバスラインまたはグリッドラインとすることができる）がマスクされること、またはおもて電極３０３からの反射が低減される、または最小限に抑えられることが望ましい。したがって、干渉マスク３００を、図１４Ｂに示されているように電極の光入射側またはおもて側に形成することができる。これは、上述のものと同様の方法で、同様の材料を使用して行うことができる。一実施形態では、プロセスは、図１４Ａのように導体３０３がすでにパターン形成されている活性領域を備えるシリコン基板または単結晶シリコン材料から始めることができ、ＩＭＯＤマスク３００がその上に形成される。他の実施形態では、プロセスは、おもて導体またはおもて電極のパターンがない活性領域を備えるシリコン基板または単結晶シリコン材料から始めることができ、おもて導体は、図１０Ａ〜１ＯＧおよび図１１Ａ〜１１Ｄに関連して上記で論じたものと同様の技法を使用して、光学共鳴キャビティ３０２および吸収体３０１と共に反射体３０３として形成される。すでに指摘したように、吸収体３０１および光学共鳴キャビティ３０２、または吸収体単独を、おもて電極／反射体３０３と実質的に位置合わせされるようにパターン形成し、図１４Ｂに示されているように反射体３０３を覆うことができる。他の実施形態では、吸収体３０１および光学共鳴キャビティ３０２、または吸収体単独を、おもて電極／反射体３０３のパターンに従うようにし、しかし反射体３０３より大きい表面積を覆うようにより広くなるようにパターン形成することができる。図１１Ｄおよび図１３Ｆのように、光学共鳴キャビティ層は、パターン形成されないまま残す、またはＰＶ電池の上を一面に覆うことができ、一方、おもて電極／反射体３０３および吸収体３０１はパターン形成される。他の実施形態では、吸収体３０１、光学共鳴キャビティ３０２、および／またはおもて電極／反射体３０３をスクリーン印刷することができ、その場合には、形成とパターニングが同時に行われる。おもて電極／反射体、光学共鳴キャビティ、および吸収体を形成する層は、任意のグループで共に、または別々にスクリーン印刷することができる。さらに、一部の層をリソグラフィおよびエッチングによってパターン形成することができ、一方、他の層をスクリーン印刷することができる。

前述の諸実施形態は、多種多様な構造を有するＰＶデバイスのおもて電極を干渉によりマスクするために使用することができるＩＭＯＤマスク構造を教示している。たとえば、上記で論じた薄膜および結晶シリコンＰＶ電池、ならびに透過性基板の実施形態に加えて、干渉マスクまたはＩＭＯＤマスクを使用し、薄膜型の、干渉を用いて改善された（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ−ｅｎｈａｎｃｅｄ）光起電力電池またはデバイスのおもて電極からの反射をマスクすることができる。

図１５は、好適な基板１５１０上に形成された、干渉を用いて改善されたセルのおもて導体またはおもて電極として働くことができる反射体３０３からの反射を干渉マスク３００がマスクするＰＶデバイス１５００の一実施形態を示す。図の実施形態では、導体３０３は、ＴＣＯ層１５５０を介してＰＶ活性層１５４０と電気接触する。他の実施形態では、導体３０３は、活性層１５４０と直接電気接触し、または図示されていない他の層または材料を介して電気接触する。図の、干渉を用いて調整される（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎｅｄ）光起電力電池は、ＰＶ活性層１５４０の背後またはその光入射側の反対側に配置された反射体１５２０および光学共鳴キャビティ１５３０を備える。ＰＶ活性層１５４０は、非晶質シリコン、ＣＩＧＳ、または他の薄膜半導体光起電力材料など、薄膜光起電力材料を含むことができる。反射体１５２０および光学共鳴キャビティ１５３０の光学特性（寸法および材料特性）は、光起電力電池のＰＶ活性層１５４０内の、光エネルギーが電気エネルギーに変換される場の増大をもたらすように、層状ＰＶデバイス１５００の界面からの反射が干渉的に合計される（ｃｏｈｅｒｅｎｔｌｙ ｓｕｍ）ように選択される。そのような、干渉を用いて改善された光起電力デバイスは、干渉光起電力電池の活性領域内で光エネルギーの吸収を高め、それによってデバイス１５００の効率を高める。この実施形態に対する変形形態では、複数の光学共鳴キャビティを使用し、光の相異なる波長を別々に調整し、ＰＶ活性層内での吸収を最大化することができる。埋込み光学共鳴キャビティ１５３０は、透明な導電性もしくは誘電性の材料、空隙、またはそれらの組合せを備えることができる。

図１６を参照して、窓応用分野向けなど、光起電力デバイスの裏側が見えるものとなり得る応用分野では、干渉マスク３００は、光起電力活性層１３５０の裏側と一体化する、またはその裏側に形成することができ、より具体的には、裏電極１６６０の裏側を覆って形成することができる（図１６参照）。おもて電極１６９０の場合と同様に、裏電極１６６０は、目に見えたとき反射性であり、見苦しいものとなる傾向がある。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００は、マスクから反射される光の色が光起電力デバイスの裏側の、周囲のフィーチャの色と実質的に調和するように構成される。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００は、マスクから反射される光の色が可視スペクトル内の色と実質的に調和するように構成される。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００から反射される光が、可視スペクトルに関連する波長内に入る。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００は、入射可視光がＩＭＯＤマスク３００の裏側から反射されず、またはほとんど反射されず、その結果、通常の視角からＩＭＯＤマスクが黒色に見えるように構成される。したがって、ＩＭＯＤマスク３００は、裏電極からの反射率（通常３０〜９０％）を１０％未満、または５％未満に大きく低減することができる。黒い外観が望ましい場合、反射率を約１〜３％にすることができる。

いくつかの実施形態では、裏側干渉マスク３００は、裏電極１６６０内のどのパターンをも覆うように、ウェハ全体にわたって、またはセル全体にわたってパターン形成することができる。ＰＶ機能から見ると、そのようなパターニングは必要とされない可能性がある。というのは、変換すべき光がおもて側を通って入来し、裏側を不透明とすることができ、その結果、裏側干渉マスクは、ウェハの裏側を一面に覆う、またはその裏側全体を覆うことができるからである。しかし、裏側が目に見える応用分野については、窓または太陽電池パネルの一部が、しばしば拡散透光性、透明、または半透明である。その場合には、裏電極１６６０のパターンに従うようにＩＭＯＤマスク３００をパターン形成することは、裏電極１６６０に隣接する領域内で透明性を維持し、それによって一部の光を通す助けとなり得る。上記で論じたように、おもて電極に関して、そのようなＩＭＯＤマスクパターンは、裏電極パターンと位置合わせされても、裏電極の表面を１０％未満または５％未満だけ越えて覆い、または延在してもよい。また、おもて側ＩＭＯＤマスクと同様に、裏側マスク３００の光学共鳴キャビティ３０２は、導電性層もしくは誘電体層、空隙、複数の層、または層と空隙の組合せを含めて、光透過性膜を用いて形成することができる。

図１７Ａ〜２０を参照すると、干渉変調器（ＩＭＯＤ）マスクは、導電性リボンまたはタブの高反射率をマスクすることができる。このリボンは、複数の光起電力（ＰＶ）デバイス、セル、またはウェハを跨いで電極またはバスを接続し、大型の太陽電池パネルを形成し、これらの太陽電池パネルは、直流に変換することができる電荷の量を大幅に増大する。導電性リボンの上にＩＭＯＤマスクを導入することにより、反射性リボンの外観がマスクされ、または周囲の光起電力デバイスと調和され、そのデバイスが消費者にとってより魅力的なものになる。典型的なＰＶデバイスについては、ＩＭＯＤマスクは、ＰＶデバイスのおもて側または裏側でリボンからの反射を低減し、リボンからの明るい反射を暗くする。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスクは、マスクから反射される光の色が光起電力デバイス上の周囲のフィーチャの色と実質的に調和するように構成される。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスクは、マスクから反射される光の色が可視スペクトル内の色と実質的に調和するように構成される。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスクから反射される光が、可視スペクトルに関連する波長内に入る。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスクは、入射可視光がＩＭＯＤマスクから反射されず、またはほとんど反射されず、その結果、通常の視角からＩＭＯＤマスクが黒色に見えるように構成される。おもて電極に関連して上記で論じたように、ＩＭＯＤマスクは、１０％未満、またはさらに５％未満の可視範囲内の反射率を示すことが好ましい。黒い外観が望ましい場合、ＩＭＯＤマスクは、約１〜３％範囲内の反射率を用意することができる。他の構成では、「マスキング」は、デバイス上の隣接するフィーチャと調和する可視スペクトル内の色を干渉により生成することを含むことができる。「カラー」ＩＭＯＤマスクは、たとえば赤色、緑色、青色、オレンジ色などに見えるように、波長の１つまたは複数の可干渉性の帯域を反射することができる。

図１７Ａを参照すると、一実施形態では、導電性リボンが、リボンの片側で干渉マスクスタックと一体化される。図の導電性リボンは、細長い導体層３０３、光学共鳴キャビティ３０２、および吸収体層３０１を備える。いくつかの実施形態では、光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１の堆積前に、別個の金属反射体またはミラー層（図示せず）が導体層３０３上に堆積される。ミラー層は、ＡｌもしくはＭｏ、または他の同様の材料から形成することができる。図１７Ａに示されている実施形態では、導体層３０３それ自体が、ＩＭＯＤマスク３００用の反射体、およびＰＶ電池間で電流の大部分を搬送する導電性リボン材料の両方として機能する。導体層は、一般に、複数のＰＶデバイス、セル、またはウェハを接続するのに十分な長さと、高導電率を生成するのに十分な幅１７０２および厚さ１７０４とを用いて寸法設定される。典型的な厚さ１７０４は、０．０８ｍｍと０．３ｍｍの間であり、一方、典型的な幅１７０２は、１．５ｍｍと１５ｍｍの間である。導体層３０３の縁部は、傾斜させても丸めてもよい。導体層３０３は、一般に銅を含むが、他の導電性材料を用いて形成することができる。光学共鳴キャビティ３０２は、ＳｉＯ_２など光透過性誘電体層、またはＩＴＯもしくはＺｎＯなど光透過性の導電性材料で形成することができる。おもて側および裏側のＩＭＯＤマスクに関してすでに述べたように、光学共鳴キャビティ３０２は、単一の光透過性層、複数の層、空隙、およびその組合せを用いて形成することができる。光学共鳴キャビティ３０２は、たとえば強め合う干渉または弱め合う干渉のために可視スペクトルに関連するある波長を選択して、光の選択波長の強め合う干渉および／または弱め合う干渉を最適化するような寸法で構成される。

導体層３０３の２つの主な側の一方を、図１７Ａに示されているように光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１で被覆または積層することができる。図１７Ａの実施形態を形成する１つの方法は、テープまたは別の基板など支持層１７１０上にリボン導体を配置し、それを追加の材料で被覆し、露出した表面上に光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１を形成することである。光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１をリボン導体３０３上に被覆する別の方法は、層３０１、３０２をスパッタツール内で堆積しながら、リボン導体をロールからロールに巻き取ることである。

図２０を参照すると、次いで、一体化されたＩＭＯＤマスク３００を有する予め作製されたリボンを、複数の太陽電池２０１０の接点、電極、またはバスと相互接続し、より大型の太陽電池パネル２０００を形成することができる。ウェハがスタックからアンロードされ、位置合わせされる。光起電力リボンがある長さに切断され、応力除去用の湾曲が設けられる。図１２は、光起電力リボンがウェハの裏側に取り付けられるところを示すが、このプロセスは、おもて側で行うこともできる。

図１７Ｂは、相互接続しようとする導体の少なくとも一部分に付着されるはんだ１７２０または別の材料の接着層の使用を示す。次いで、一体化されたＩＭＯＤマスク３００の導体３０３がはんだ１７２０上に配置され、はんだ１７２０は、図１７Ｂに示されているように、セル接点１７３０の上部、またはおもて電極１７９０上に配置されている。はんだ１７２０がセル接点１７３０によって裏電極１７６０と接触して示されているが、はんだは裏電極と直接接触することができることを理解されたい。この方法は、リボン導体３０３を、絶縁材料を介して、単一のステップで、または複数のステップで、おもて電極１７９０、裏電極１７６０に、かつ／または接点１７３０上ではんだ付けするのに有用である。いくつかの実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００は、導電性フィーチャ間の電気接触を促進するために導電性とすることもできる。

図１７Ｂの構造はまた、複数のＰＶデバイスのリボン相互接続の標準的な形成と、それに続くＩＭＯＤマスク層のシャドーマスク堆積、または堆積およびパターニングによって得ることができる。はんだ、または他の導電性接着剤層はそのようなプロセスによって省略することができるが、実際には、薄膜堆積は、大型の相互接続された太陽電池パネル上では困難である。

図１８Ａに示されている他の実施形態では、リボン導体３０３は、製造をより容易にするために、両側において干渉マスクスタックで被覆され、一体型ＩＭＯＤマスク付きリボン１８００を形成してから、リボンをＰＶデバイスに取り付ける。この実施形態では、光学共鳴キャビティ３０２は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、たとえばＩＴＯまたはＺｎＯなど、透明導電性材料から形成されることが好ましい。また、吸収体層３０１は、ＰＶデバイス用の導体と（図の実施形態では、ＩＭＯＤマスク３００用の反射体としても働く）リボン導体３０３との間の電気接触を促進するために、半透明の厚さのＭｏ、Ｃｒ、ＭｏＣｒ、またはＴｉなど、導電性材料から形成されることが好ましい。したがって、被覆済みリボン１８００は、ＰＶデバイスの導体に、容易にはんだ付けし、または他の方法で電気的、機械的に接続することができる。図１７Ａに関連して指摘したように、包囲型実施形態のＩＭＯＤマスク３００は、リボン導体３０３と光学共鳴キャビティ３０２の間の、別個の反射性ミラー層をも含むことができる。

図１８Ｂは、一体型ＩＭＯＤマスク付きリボン１８００を光起電力デバイスに取り付ける１つの方法の拡大図を示す。この実施形態では、光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１がリボン導体３０３の両側に被覆された一体型ＩＭＯＤマスク付きリボン１８００が、ＰＶデバイスのおもて電極１８９０に付着され、接着層１８１０によって取り付けられる。図の実施形態では、おもて電極１８９０は、ＴＣＯ層１８８０によってＰＶ活性層１８５０と電気的に連絡する。この方法は、リボン導体３０３が、一体化されたＩＭＯＤマスク３００と共に予め作製されていることを除いて、図１７Ｂに示されているはんだ付け法と同様である。

図１９に示されている他の実施形態では、ＩＭＯＤマスク層（光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１）およびリボン導体３０３が、予め作製されるが、別々に供給される。たとえば、光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１を形成する層は、任意選択で剥離層（図示せず）と共に、テープまたは他の基板（図示せず）上に形成される。この実施形態では、導体リボン３０３および光起電力層は、リボンのタビング（ｔａｂｂｉｎｇ）もしくははんだ付け時に、またはその後で、ＰＶデバイス上で一体化することができる。図１７Ｂおよび図１９を参照すると、１つの可能なシーケンスに従って、相互接続しようとするＰＶデバイスのおもて電極および裏電極上に、第１のはんだ１７２０が配置される。次に、リボン導体３０３が、前述のセル接点１７３０、おもて電極１７９０、および／または裏電極１７６０と位置合わせされ、定位置ではんだ付けまたはタビングされる。次に、ＩＭＯＤマスク層（光学共鳴キャビティ３０２および吸収体層３０１）がリボン導体３０３上に被覆または積層される。

前述の詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態を開示しているが、この開示は例示的なものにすぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。開示されている特定の構成および操作は、上述のものと異なる可能性があること、また本明細書に述べられている方法は、半導体デバイスの作製以外の状況で使用することができることを理解されたい。

１０１ 上面またはおもて面
１０２ 下面または裏面
１０３ 光線
１０４ 光路
１０５ 光路
１０６ 光路
１０７ 光路
２０１ 吸収体層
２０２ 下部反射体層
２０３ 光線
２０４ 経路
２０７ 経路
３００ ＩＭＯＤスタック
３０１ 吸収体層
３０２ 光学共鳴キャビティ
３０３ 反射体、反射膜、おもて導体またはおもて電極
３１１ スペーサ
３２０ 基板
３３０ 薄膜スタック
７００ 光起電力（ＰＶ）電池
７０１ おもて電極
７０２ 反射防止（ＡＲ）コーティング
７０３ ｎ型半導体材料
７０４ ｐ型半導体材料
７０５ 裏電極
７０６ 電球
７０７ 外部回路
８００ 薄膜ＰＶ電池
８０１ ガラス基板
８０２ 第１の電極層
８０３ ＰＶ活性層
８０５ 第２の電極層
９００ ＰＶデバイス
９１０ 鏡面導体または反射性導体、バス電極
９１１ 鏡面導体または反射性導体、グリッドライン電極
１０１０ 基板
１０２０ 裏電極
１０３０ 光起電力活性材料
１０４０ 透明導電酸化物（ＴＣＯ）
１０５０ おもて導体層
１０６０ 光学共鳴キャビティ
１０７０ 吸収体層
１０８０ 誘電体層
１１００ ＰＶデバイス
１２００ ＰＶデバイス
１３１０ 光透過性基板
１３２０ 吸収体層
１３３０ 光学共鳴キャビティ層
１３４０ 導体層
１３５０ 光起電力（ＰＶ）活性層
１３６０ 裏導体層、裏電極
１３７０ 光学共鳴キャビティ層
１３８０ ＴＣＯ層
１３９０ おもて電極
１３９０ おもて電極、おもて導体
１４１０ 裏電極
１４２０ ｐ型シリコン層
１４３０ ｎ型シリコン層
１４５０ 反射防止コーティング
１５００ ＰＶデバイス
１５１０ 基板
１５２０ 反射体
１５３０ 光学共鳴キャビティ
１５４０ ＰＶ活性層
１５５０ ＴＣＯ層
１６６０ 裏電極
１６９０ おもて電極
１７０２ 幅
１７０４ 厚さ
１７１０ 支持層
１７２０ はんだ
１７３０ セル接点
１７９０ おもて電極
１８００ 一体型ＩＭＯＤマスク付きリボン
１８１０ 接着層
１８５０ ＰＶ活性層
１８８０ ＴＣＯ層
１８９０ おもて電極
２０００ 太陽電池パネル
２０１０ 太陽電池
１０００Ｇ ＰＶデバイス
１０００Ｈ ＰＶデバイス
１３００Ｅ ＰＶデバイス
１３００Ｆ ＰＶデバイス
１４００Ｂ 光起電力（ＰＶ）デバイス

Claims (26)

1. 光が入射するおもて側と前記おもて側の反対側の裏側とを画定する光起電力デバイスであって、
   光起電力活性材料と、
   前記光起電力活性材料の前記裏側の導体と、
   前記導体の前記裏側の上の光学干渉マスクと
   を備える光起電力デバイス。
2. 前記光学干渉マスクが、前記マスクから反射される光の色が光起電力デバイスの前記裏側の、周囲のフィーチャの色と実質的に調和するように構成されている、請求項１に記載の光起電力デバイス。
3. 前記光学干渉マスクが、前記マスクから反射される光の前記色が可視スペクトル内の色と実質的に調和するように構成されている、請求項２に記載の光起電力デバイス。
4. 前記光学干渉マスクから反射される前記光が、可視スペクトルに関連する波長内に入る、請求項１に記載の光起電力デバイス。
5. 前記光学干渉マスクが、入射可視光が前記光学干渉マスクの前記裏側から反射されず、またはほとんど反射されず、その結果、通常の視角から前記光学干渉マスクが黒色に見えるように構成されている、請求項１に記載の光起電力デバイス。
6. 前記光学干渉マスクが、前記マスクからの可視範囲内の反射率が１０％未満であるように構成されている、請求項１に記載の光起電力デバイス。
7. 前記光学干渉マスクが、
   反射性表面と、
   前記反射性表面の前記裏側の上の光学共鳴キャビティと、
   前記光学共鳴キャビティの前記裏側の上の吸収体と
   を備える、請求項１に記載の光起電力デバイス。
8. 前記反射性表面が、前記導体と前記光学共鳴キャビティの間の別個の金属反射体層によって画定される、請求項７に記載の光起電力デバイス。
9. 前記反射性表面が、前記導体の裏面によって画定される、請求項７に記載の光起電力デバイス。
10. 窓に組み込まれる、請求項１に記載の光起電力デバイス。
11. ディスプレイと、
    前記ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
    前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと
    をさらに備える、請求項１に記載の光起電力デバイス。
12. 前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成されたドライバ回路
    をさらに備える、請求項１１に記載の光起電力デバイス。
13. 前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラ
    をさらに備える、請求項１２に記載の光起電力デバイス。
14. そのある側の入射光から電流を生成するための手段と、
    前記生成された電流を導くためのおもて側手段および裏側手段と、
    前記裏側導電手段を光起電力デバイスの入射側から干渉によりマスクするための手段と
    を備える光起電力デバイス。
15. 光起電力デバイスを製造する方法において、
    光起電力活性層と、おもて側導体と、裏側導体とを有する光起電力発電機を用意するステップであって、前記おもて側導体が、おもて側を介して前記光起電力活性層に光を通すように構成されている、ステップと、
    前記裏側導体をマスクするように構成された干渉変調器を画定するように、複数の層を前記光起電力発電機の前記裏側導体の上に形成するステップと
    を含む方法。
16. 前記干渉変調器が、前記光起電力デバイスの裏側と一体化される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記干渉変調器が、前記裏側導体全体にわたって堆積される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記干渉変調器が、前記裏側導体の表面を約１０％未満だけ越えて延在する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記干渉変調器が、前記裏側導体の表面を約５％未満だけ越えて延在する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記干渉変調器が、前記裏側導体全体にわたってパターン形成される、請求項１５に記載の方法。
21. 前記干渉変調器が、吸収体と、光学共鳴キャビティと、導体とを備え、前記吸収体が、前記裏側導体のパターンに従うようにパターン形成される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記光学共鳴キャビティが、前記裏側導体のパターンに従うようにパターン形成される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記吸収体および光学共鳴キャビティが、前記光起電力デバイスの露出した部分によって反射される可視スペクトルと実質的に調和する可視光を反射するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
24. 光が入射するおもて側と前記おもて側の反対側の裏側とを有する光起電力デバイスを製造する方法であって、前記光起電力デバイスの前記裏側からの可視反射を低減するように構成された干渉変調器を形成するステップを含む方法。
25. 前記干渉変調器が、黒色外観を干渉により生成する、請求項２４に記載の方法。
26. 前記干渉変調器が、可視スペクトル内の可干渉性の色を干渉により生成する、請求項２４に記載の方法。

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