專利名稱：光電池用二硅化鐵的提純方法與材料的制作方法
光電池用二硅化鐵的提純方法與材料
相關(guān)申請(qǐng)的相互參考
本申請(qǐng)?jiān)诿绹?guó)申請(qǐng)了優(yōu)先權(quán)，臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮镹o.60/976，239，申請(qǐng) 曰為2007年9月28日；本申請(qǐng)通常所指弗雷德里維克.梅庫(kù)萊克多等AiL 明的"光電池用二硅化鐵的提純方法與材料"并為所有目的所引用。
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背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池材料，具體涉及一種太陽(yáng)能發(fā)電裝置用半導(dǎo)體 材料的制作方法和結(jié)構(gòu)。已通過(guò)商業(yè)化的二硅化鐵實(shí)現(xiàn)了該方法和結(jié)構(gòu)， 這僅是一個(gè)例子，但本發(fā)明可能還有其他配置。
從開(kāi)始以來(lái)，人類(lèi)就一直面臨著找到利用能源方法的挑戰(zhàn)。能源可分
為石化能源、水能、原子能、風(fēng)能、生物能、太陽(yáng)能，以及包括木材，煤
等占多數(shù)的原始型能源。上個(gè)世紀(jì)，現(xiàn)代文明已依賴于作為重要能源的石
化能源。石化能源包括天然氣和石油。天然氣包括丁烷和丙烷等較輕形式
的氣體，通常用于家庭取暖和烹飪的燃料。石油包括汽油、柴油、噴氣燃
料等，通常用于運(yùn)輸。較重形式的石化能源在一些地方也可用作家庭取暖。
不幸的是，基于地球上可用總量，石化能源有限且本質(zhì)上不能再生，另夕卜， 由于汽車(chē)和4吏用石化產(chǎn)品的增加，石化能源正成為相當(dāng)稀缺的資源，隨著
時(shí)間的流逝其最終將#。
最近，已迫切需要清潔能源。水力發(fā)電就是清潔能源的一個(gè)例子，通 過(guò)修建大型水壩，阻擋水的流動(dòng)，通過(guò)水力驅(qū)動(dòng)發(fā)電積i發(fā)電，如內(nèi)華達(dá)州 的胡佛水壩，其所發(fā)的電供加利福尼亞州洛杉磯市的大部分地區(qū)使用。清
潔且能再生的能源也包括風(fēng)能、生物能，等等。即，風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為 更有用的形式的能量如電能。其他形式的清潔能源包括太陽(yáng)能。該發(fā)明背 景以及下面更具體的敘述揭示了太陽(yáng)能詳細(xì)情況。
太陽(yáng)能通常將來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射轉(zhuǎn)換為能源的其他有用形式，包括 熱能和電力。通常通過(guò)太陽(yáng)能電池來(lái)應(yīng)用太陽(yáng)能。雖然太陽(yáng)能清潔且在一 定程度獲得了成功，其在全世界廣泛應(yīng)用之前仍存在許多缺陷。例如，一種太陽(yáng)能電池采用結(jié)晶材料，該結(jié)晶材料由半導(dǎo)體錠構(gòu)成，這些結(jié)晶材料 包括將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電流的光電4體裝置。結(jié)晶材料生產(chǎn)成本高，很 難大量生產(chǎn)。另外，采用結(jié)晶材料制成的裝置能源轉(zhuǎn)換效率低。其他類(lèi)型 的太陽(yáng)能電池采用薄膜技術(shù)，形成薄膜的感光材料，將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電 流。在利用薄膜技術(shù)制作太陽(yáng)能電池時(shí)也存在類(lèi)似的缺陷，也就是說(shuō)，效 率通常也低。另外，膜的可靠性差，在常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中使用期P艮短。通常
通過(guò);Wfe設(shè)備很難將薄膜與其他材料集成為 一體。本專利說(shuō)明書(shū)以及下面 更具體的敘述揭示了這些常規(guī)技術(shù)的缺陷。本發(fā)明實(shí)施范例涉及一種光電池用半導(dǎo)體材料的制作方法與系統(tǒng)，具 體涉及一種光電池裝置用半導(dǎo)體材料的制作方法與結(jié)構(gòu)。已利用所述方法 來(lái)提供光電池用P二硅化鐵，這僅是一個(gè)例子，但本發(fā)明更廣泛的應(yīng)用范 圍也將獲得認(rèn)可。
08在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述方法包括提供二硅化鐵第一樣品。所述 二珪化鐵第一樣品至少包括a相二珪化鐵、p相二珪化鐵與￡相硅化鐵并 具有第一粒徑特征。所述方法包括在惰性環(huán)境中保持二硅化鐵第一樣品并 在惰性環(huán)境中對(duì)二硅化鐵第 一樣品進(jìn)行加熱，以形成二硅化鐵第二樣品。 所述二硅化鐵第二樣品基本包括p相二硅化鐵(大于大約卯％ )。所述二 珪化鐵第二樣品具有第二粒徑特征。所述方法包括形成含有二硅化鐵第二 樣品與有機(jī)溶劑的材料的第一混合物。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述的材 料的第 一混合物包括經(jīng)過(guò)研磨加工的二珪化鐵第二樣品。所述方法包括除 去有機(jī)溶劑，得到基本包括p二硅化鐵的二硅化鐵第三樣品。所述二珪化 鐵第三樣品具有第三粒徑特征。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述方法包括提供二硅化鐵第一樣品。所述 二硅化鐵第一樣品至少包括一a相實(shí)體、一p相實(shí)體以及一s相實(shí)體，所 述a相實(shí)體的范圍大約為全相實(shí)體的5%到20%,所述p相實(shí)體范圍大約 為全相實(shí)體的30%到75%,所述￡相實(shí)體范圍大約為全相實(shí)體的5%到 20%。所述方法包括在氮，氦，氬等惰性環(huán)境中保持二硅化鐵第一樣品。
5所述方法包括在惰性環(huán)境中加熱二硅化鐵第 一樣品，以形成二硅化鐵第二 樣品。所述二硅化鐵第二樣品基本包括P相二硅化鐵并具有范圍為大約1
微米到大約20微米的第一粒徑特征。所述方法包括在第二樣品中加入有機(jī) 溶劑形成二硅化鐵第二樣品與有機(jī)溶劑的材料的第一混合物。在一個(gè)具體 實(shí)施范例中，對(duì)含二硅化鐵第二樣品的材料的第一混合物進(jìn)行研磨加工， 將具有第 一粒徑特征的二硅化鐵第二樣品轉(zhuǎn)換為具有第二粒徑特征的二硅 化鐵第三樣品。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述第二粒徑范圍為大約l微米 到大約2微米。所述方法還包括從二硅化鐵第三樣品中除去有機(jī)溶劑，得 到具有第二粒徑特征且p相實(shí)體大于大約卯％的二硅化鐵第三樣品。圖2-6為才艮據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施范例，制作p相二珪化鐵的示意圖。
發(fā)明詳述

圖1為才艮據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施范例，制作p相二硅化鐵樣品的流程圖 100。所述方法可概括如下
1. 第102步開(kāi)始；
2. 第104步提供^>一 a相實(shí)體、 一 卩相實(shí)體以及一 ￡相實(shí)體的二硅 化鐵第一樣品；3. 第106步加熱二硅化鐵樣品；
4. 第108步將二硅化鐵第一樣品轉(zhuǎn)換為基本含p相實(shí)體(例如大于 大約卯％ )并具有第一粒徑(大約20目)特征的二硅化鐵第二樣品；
5. 第110步混合二硅化鐵第二樣品與溶劑；
6. 第112步研磨；
7. 第114步干燥；
8. 第116步獲得基本含p相二硅化鐵并具有第二粒徑(大約1微米 到2微米)特征的二珪化鐵第三樣品；
9. 第118步結(jié)束。參考圖3，該圖為p相二硅化鐵樣品制作方法的示意筒圖。所述簡(jiǎn)圖 僅為一個(gè)實(shí)例，并不過(guò)分限制本文所述的權(quán)利要求。技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)可其他 變化、修^LA選擇方式。如圖所示，在腔室(302)內(nèi)形成二珪化鐵第一樣 品(304)。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，二硅化鐵第一樣品保持在所述腔室內(nèi) 的惰性氣體環(huán)境中。采用氮、氬、氦等可形成惰性環(huán)境。如圖所示，二硅 化鐵第一樣品保持在惰性環(huán)境中時(shí)對(duì)二硅化鐵第一樣品進(jìn)行加熱過(guò)程 (306)，以形成二硅化鐵第二樣品。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，用大約700 攝氏度到大約800攝氏度的溫度加熱大約16小時(shí)到大約17小時(shí)。在另一 個(gè)實(shí)施范例中，用大約800攝氏度到大約850攝氏度的溫度加熱大約16小
7時(shí)到大約18小時(shí)。通過(guò)所述加熱過(guò)程，可將所述a相二珪化鐵以及所述￡ 相硅化鐵轉(zhuǎn)換為所述p相實(shí)體。所述二硅化鐵第二樣品基本包括p 二硅化 鐵。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述二硅化鐵第二樣品包括大于大約卯％的 P 二硅化鐵。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述二硅化鐵第二樣品具有范圍為 大約1微米到大約20微米的粒徑特征。當(dāng)然也可能有其他變化、修M選 擇方式。所述方法包括允許將二硅化鐵第二樣品大致冷卻到大約室溫。在一個(gè) 具體實(shí)施范例中，冷卻后的二硅化鐵第二樣品與適當(dāng)有機(jī)溶劑混合，以形 成圖4所示的材料的第一混合物(402 )。該有機(jī)溶劑可包括烷類(lèi)(如辛烷)， 或醇類(lèi)(如異丙醇)有機(jī)溶劑等。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，如圖5所示， 對(duì)所述的材料的第一混合物進(jìn)行研磨加工過(guò)程，所述材料的第一混合物含 P相二珪化鐵大于卯。/。的二硅化鐵第二樣品。在一個(gè)首選實(shí)施范例中，采 用球磨技術(shù)方法進(jìn)行研磨加工。也可采用其他研磨工藝。在一個(gè)具體實(shí)施 范例中，采用了多個(gè)球體(502)共同研磨的方法。根據(jù)應(yīng)用情況，所述多 個(gè)球體可為金屬球或陶瓷球。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述多個(gè)球體為二 氧化鋯制作的陶資球。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，每個(gè)球體直徑大約為3毫 米。將含二硅化鐵第二樣品的材料的第一混合物與多個(gè)陶瓷球;^適當(dāng)?shù)?容器內(nèi)。該類(lèi)容器可包括Haan、 Restsch、德國(guó)生產(chǎn)的二氧化鋯涂層不銹 鋼罐。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，將所述裝有材料的第一混合物與多個(gè)二氧 化鋯球的容器裝入旋轉(zhuǎn)式行星球磨機(jī)內(nèi)。所述旋轉(zhuǎn)式行星球磨機(jī)同樣由 Haan、 Restsch、德國(guó)生產(chǎn)。才艮據(jù)所述實(shí)施范例，研磨時(shí)間大約為15小時(shí) 到大約30小時(shí)。另外，根據(jù)溶劑與其他條件，可停止球磨以減小所述罐的 內(nèi)部壓力，然后大約1小時(shí)后繼續(xù)i^ff研磨加工。當(dāng)然，也可能有其他4務(wù) 改、變化以及選擇方式。另外，所述實(shí)施范例采用涂有二氧化鋯(產(chǎn)自 Restsch)的不銹鋼罐作為混合容器。在所述罐內(nèi)裝有重量大約為50克、 直徑為3亳米的二氧化鋯球，20克二硅化鐵第二樣品以及15克辛烷等適 當(dāng)溶劑。將所述罐^v旋轉(zhuǎn)式行星球磨機(jī)(產(chǎn)自Restsch)后，于400到 600rpm的^研磨大約15到30小時(shí)。根據(jù)溶劑與其他條件，可停止球磨 以減小所述罐的內(nèi)部壓力，然后大約1小時(shí)后繼續(xù)進(jìn)^ff研磨加工。如圖6所示，通過(guò)干燥過(guò)程(602)，除去材料的第一混合物內(nèi)的有機(jī) 溶劑，得到二硅化鐵第三樣品(604)。所述干燥過(guò)程可包括真空過(guò)程或加 熱過(guò)程，或從材料的第一混合物內(nèi)蒸發(fā)有機(jī)溶劑的組合處理。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述二硅化鐵第三樣品至少包括95。/。的p相二硅化鐵。所述 二硅化鐵第三樣品具有范圍為大約1微米到2微米，大小基本一致的粒徑 606的特征。在一個(gè)具體實(shí)施范例中，所述二硅化鐵第三樣品具有范圍為 0.8 eV到0.9eV帶隙的所需半導(dǎo)體特征。當(dāng)然也可能有其他變化、修M 選擇方式。此處描述的實(shí)例及實(shí)施例僅為說(shuō)明目的，技術(shù)人員可進(jìn)行各種細(xì)小的 修改或變化，其將包含在申請(qǐng)范圍與附加要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光電池裝置用二硅化鐵的制作方法，所述方法包括提供至少包括一α相實(shí)體、一β相實(shí)體與一ε相實(shí)體的二硅化鐵第一樣品，所述α相實(shí)體的范圍大約為全相實(shí)體的5％到20％，所述β相實(shí)體范圍大約為全相實(shí)體的30％到75％，以及ε相實(shí)體范圍大約為全相實(shí)體的5％到20％；在惰性環(huán)境中保持二硅化鐵第一樣品；保持在惰性環(huán)境中對(duì)所述二硅化鐵第一樣品進(jìn)行加熱，以形成二硅化鐵第二樣品。所述二硅化鐵第二樣品基本包括β相二硅化鐵并具有范圍為大約1微米到大約20微米的第一粒徑特征；在所述二硅化鐵第二樣品中加入有機(jī)溶劑，以形成含有二硅化鐵第二樣品與有機(jī)溶劑的材料的第一混合物；對(duì)含二硅化鐵第二樣品的材料的第一混合物進(jìn)行研磨加工，將具有第一粒徑的二硅化鐵第二樣品轉(zhuǎn)換為具有第二粒徑的二硅化鐵第三樣品，所述第二粒徑范圍為大約1微米到大約2微米；從二硅化鐵第三樣品中除去有機(jī)溶劑；得到具有第二粒徑特征且β相實(shí)體大于大約90％的二硅化鐵第三樣品。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中第一二硅化鐵來(lái)自商業(yè)化二硅化鐵。
3. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一粒徑范圍為大約15目到大約25 目。
4. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述二硅化鐵第一樣品包括大于大約75% 的p相二硅化鐵。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述惰性環(huán)境由氮、氬、氦等形成。
6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱過(guò)程是在大約800攝氏度到大約 850攝氏度下進(jìn)行大約16小時(shí)到大約17小時(shí)。
7. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述加熱過(guò)程是在大約700攝氏度到大約 800攝氏度下進(jìn)行大約16小時(shí)到大約18小時(shí)。
8. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述有機(jī)溶劑選自異丙醇(IPA)及辛烷 等有機(jī)溶劑。
9. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述二硅化鐵第二樣品包括大于約95% 的p相二硅化鐵。
10. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二粒徑為大約20目。
11. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述研磨加工為球磨加工。
12. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述的球磨加工包括 采用直徑范圍為大約2.5毫米到大約3.5毫米的多個(gè)陶瓷球； 將材料混合物與多個(gè)陶瓷球混合;^t^研磨容器內(nèi)；并采用旋轉(zhuǎn)式行星球磨;Mf磨所述材料混合物。
13. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述二硅化鐵第三樣品至少包括卯％的 (5相二珪化鐵。
14. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二粒徑小于等于2微米。
15. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二粒徑范圍為大約l微米到大約 2微米。
16. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述二硅化鐵第三樣品具有范圍為0.8 eV 到大約0.9 eV的帶隙特征。
全文摘要
一種光電池裝置用二硅化鐵的制作方法。所述方法包括提供一至少包括一α相實(shí)體、一β相實(shí)體與一ε相實(shí)體的二硅化鐵第一樣品，所述方法包括在惰性環(huán)境中保持所述二硅化鐵第一樣品，以及加熱所述二硅化鐵第一樣品以形成二硅化鐵第二樣品。所述二硅化鐵第二樣品基本包括β相二硅化鐵且具有第一粒徑的特征。所述方法包括在二硅化鐵第二樣品中加入有機(jī)溶劑，形成含有二硅化鐵第二樣品與有機(jī)溶劑的材料的第一混合物，并對(duì)含有二硅化鐵第二樣品的材料的第一混合物進(jìn)行研磨加工。所述方法包括將具有第一粒徑的二硅化鐵第二樣品轉(zhuǎn)換為具有第二粒徑的二硅化鐵第三樣品。除去有機(jī)溶劑，得到以具有第二粒徑且β相實(shí)體含量為大約90％或更高為特征的二硅化鐵第三樣品。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101578693SQ200880001622
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者弗雷德里·維克·梅庫(kù)萊克, 霍華德·W·H·李, 高賓生 申請(qǐng)人:Stion太陽(yáng)能電池有限公司