專利名稱：單結(jié)光伏電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用應(yīng)力誘發(fā)基板剝落的半導(dǎo)體基板制造。
背景技術(shù)：
成本限制傾向于排除用于所有但是又最需要的光伏(Photovoltaic，PV)應(yīng)用的化合物半導(dǎo)體基板的使用(諸如衛(wèi)星與基于空間的PV系統(tǒng))，這是由于化合物半導(dǎo)體基板通常相對昂貴。因此期望減少在工藝期間的化合物基板的浪費(fèi)。示例性化合物半導(dǎo)體基板 是砷化鎵(GaAs)，其在高效率多結(jié)電池中可用作基礎(chǔ)基板。GaAs的高光學(xué)吸收確保了少于大約10微米厚度的GaAs即足以從太陽光譜獲取光子；剩余的基板材料用作載體，且對于PV電池的作用而言不是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，用于形成單結(jié)光伏電池的方法包括形成摻雜物層于半導(dǎo)體基板的表面上；擴(kuò)散摻雜物層進(jìn)入半導(dǎo)體基板以形成半導(dǎo)體基板的摻雜層；形成金屬層于摻雜層上方，其中在金屬層中的拉伸應(yīng)力配置成在半導(dǎo)體基板中造成開裂(fracture);從半導(dǎo)體基板開裂處去除半導(dǎo)體層；以及使用半導(dǎo)體層形成單結(jié)光伏電池。在一個方面中，單結(jié)光伏電池包括摻雜層，其包含擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體基板的摻雜物；圖案化導(dǎo)電層，其形成于摻雜層上；半導(dǎo)體層，其包含位于在相對于圖案化導(dǎo)電層的摻雜層的表面上的摻雜層上的半導(dǎo)體基板；以及歐姆接觸層，其形成于半導(dǎo)體層上。附加特征經(jīng)由本示例性實(shí)施例的所述技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其它實(shí)施例于文中詳細(xì)說明，并視為所主張的的一部分。為了優(yōu)選了解示例性實(shí)施例的所述特征，請參照說明與所述圖式。


現(xiàn)在參照各附圖，其中在圖中相似組件的編號也相似。圖I示出了用于形成單結(jié)PV電池的方法的實(shí)施例。圖2示出了具有摻雜物層的半導(dǎo)體基板的實(shí)施例。圖3不出了具有慘雜層的半導(dǎo)體基板的實(shí)施例。圖4示出了具有受應(yīng)力的金屬層的半導(dǎo)體基板的實(shí)施例。圖5示出了在剝落后的半導(dǎo)體基板的實(shí)施例。圖6示出了單結(jié)PV電池的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式提供用于形成單結(jié)PV電池的系統(tǒng)與方法的實(shí)施例，其示例性實(shí)施例在以下詳細(xì)討論。需要用于形成基板的廢料相對少的相對薄的化合物半導(dǎo)體基板層(諸如GaAs)的方法。剝落(spalling)為方法提供了以成本高效方式從半導(dǎo)體基板的較大晶片或錠(ingot)形成相對薄的半導(dǎo)體基板層，減少基板材料的浪費(fèi)。在某些實(shí)施例中，相對薄層可能少于大約50 μ m(微米)厚，且可用于形成單結(jié)PV電池?；鍎兟渫ㄟ^施加一個或多個受拉伸應(yīng)力的金屬層至基板而于基板中誘發(fā)開裂。當(dāng)剝落用在具有〈111〉或〈100〉表面晶向的GaAs基板上時，開裂軌跡可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致困難與不一致的層去除。然而，使用〈110〉表面晶向化合物半導(dǎo)體基板相較于〈111〉與〈100〉表面晶向而言，具有相對一致的基板剝落特性。圖I示出了用于形成單結(jié)PV電池的方法100的實(shí)施例。半導(dǎo)體基板可包含η型或P型半導(dǎo)體基板?；衔锇雽?dǎo)體基板可包含化合物半導(dǎo)體基板，在某些實(shí)施例中諸如GaAS，且在某些實(shí)施例中可具有〈110〉表面晶向。參照圖2至圖6討論圖I。在塊101中，摻雜物 層202形成于半導(dǎo)體基板201上，如圖2中所示。摻雜物層202可通過任何適當(dāng)方法形成，其包括但不限于電鍛、CVD (chemical vapor deposition,化學(xué)氣相沉積)、PVD (physicalvapor deposition,物理氣相沉積)或網(wǎng)版印刷。摻雜物層202可包含鋅(zinc,Zn),或者含鋅層(在某些實(shí)施例中)。在塊102中，摻雜物層202擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體基板201，產(chǎn)生如顯示于圖3中的摻雜層301。摻雜層301可具有與基板201的摻雜類型相同的摻雜類型(P型或η型)，或者其可能相反。摻雜層301可包含用于單結(jié)PV電池的背面場(BSF)或電接觸層。在某些實(shí)施例中，摻雜層301也可用作籽晶層?？蛇x的，在塊103中，使用任何適當(dāng)技術(shù)(其包括但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或浸鍍(諸如鈀浸鍍))可如圖3所示的形成可選的籽晶層302，從而為了隨后使用電化學(xué)或無電極電鍍技術(shù)的化學(xué)鍍制備基板201的表面。籽晶層302是可選的；若基板包含η型半導(dǎo)體基板201，則籽晶層302可不存在。在某些實(shí)施例中，籽晶層302可在擴(kuò)散步驟102之前沉積于摻雜物層202上；在其它實(shí)施例中，籽晶層302可在擴(kuò)散步驟102之后沉積于摻雜層301上。籽晶層302可包含一個或多個金屬層。籽晶層302可對于摻雜層301形成歐姆接觸，及/或用作蝕刻停止層(諸如鈦(Ti))以在后處理(以下參照圖6討論)期間去除受應(yīng)力的金屬層401時保護(hù)下方層。在塊104中，受應(yīng)力的金屬層401形成于摻雜層301 (或者(在存在籽晶層的實(shí)施例中，在可選的籽晶層302)上方，如顯示于圖4中的。受應(yīng)力的金屬401可通過電鍍形成，且其在某些實(shí)施例中可包含鎳(Ni)。在某些實(shí)施例中，包含摻雜層301的原子可和受應(yīng)力的金屬401—起形成合金，舉例來說，NiZn。在其它實(shí)施例中，摻雜層301可用作摻雜層301與受應(yīng)力的金屬401兩者(例如摻雜層301可包含受拉伸應(yīng)力的Zn)。在某些實(shí)施例中，受應(yīng)力的金屬層401的厚度可以大于大約2 μ m，且在某些示例性實(shí)施例中，介于3 μ m和10 μ m之間。在基板201包含η型半導(dǎo)體基板的實(shí)施例中，受應(yīng)力的金屬401可不需要播籽晶(seeding)而直接電鍍于基板201的表面上。在某些實(shí)施例中，在受應(yīng)力的金屬401中所含有的拉伸應(yīng)力可能多于大約100兆帕斯卡(Mpa)。在塊105中，受應(yīng)力的金屬401、可選的籽晶層302、摻雜層301及半導(dǎo)體層501從半導(dǎo)體基板201剝落，如圖5中所示。剝落可包含受控制的或自發(fā)性的剝落。受控制的剝落可通過粘著撓性(flexible)處理層502于受應(yīng)力的金屬層401上而執(zhí)行，使用撓性處理層502與受應(yīng)力的金屬401中所含有的拉伸應(yīng)力以引發(fā)在基板201內(nèi)的開裂503，并從基板201去除半導(dǎo)體層501、可選的籽晶層302、摻雜半導(dǎo)體層301、拉伸應(yīng)力層401及撓性處理層502。處理層502可包含塑料、聚合物、玻璃或金屬的膜，且在某些實(shí)施例中可以是水溶性的。處理層502也可包含特殊的粘著帶，其在熱能、光學(xué)或化學(xué)地可從受應(yīng)力的金屬401脫落。另外，在自發(fā)性剝落中，在受應(yīng)力的金屬層401中的拉伸應(yīng)力可自行引發(fā)開裂503，將半導(dǎo)體層501和基板201分開而不需要處理層502。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層501的厚度可少于大約50 μ m。由于在金屬層401中的拉伸應(yīng)力，故在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層501與摻雜半導(dǎo)體層301在剝落之后可具備剩余的 壓縮應(yīng)變。不管剝落之前或之后，在半導(dǎo)體層501與摻雜半導(dǎo)體層301中所含有的應(yīng)變的規(guī)?？赏ㄟ^改變金屬層401的厚度及/或應(yīng)力而控制。使用半導(dǎo)體層501所建立的PV電池的光學(xué)性質(zhì)可通過調(diào)整在半導(dǎo)體層501中的應(yīng)變量而調(diào)節(jié)。在塊106中，使用半導(dǎo)體層501形成單結(jié)PV電池600。接觸層601沉積于半導(dǎo)體層501上。接觸層601可包含適用于為了半導(dǎo)體層501形成歐姆接觸的材料。舉例來說，若半導(dǎo)體層501包含η型GaAs，則接觸層601可包含GePd (鍺鈀)或GeAu (鍺金)合金。處理基板602隨后形成于接觸層601上。處理基板602可包含金屬箔、陶瓷、玻璃或基于聚合物的材料，且可以導(dǎo)電。隨后去除處理層502與受應(yīng)力的金屬401。受應(yīng)力的金屬401可選地被化學(xué)蝕刻，或者可通過反應(yīng)性離子蝕刻被去除。在優(yōu)選實(shí)施例中，王水(硝酸與鹽酸混合物)溶液可用于受應(yīng)力的金屬401的蝕刻；在此類實(shí)施例中，包含Ti的籽晶層302可充當(dāng)蝕刻停止層以保護(hù)摻雜層301與半導(dǎo)體層501。可通過使用標(biāo)準(zhǔn)光刻術(shù)來蝕刻任何多余金屬以圖案化可選的籽晶層302及/或摻雜層301而形成圖案化接觸層603a-d。另外，圖案化接觸層603a-d可通過在去除受應(yīng)力的金屬401之后，沉積或絲網(wǎng)印刷適當(dāng)金屬材料于可選的籽晶層302或摻雜層301的表面上而形成。半導(dǎo)體層501可含有在半導(dǎo)體層501中由在金屬層401中的應(yīng)力所誘發(fā)的壓縮應(yīng)變量；在半導(dǎo)體層501中的應(yīng)變量可決定單結(jié)PV電池600的光學(xué)性質(zhì)。在示例性實(shí)施例中，基板201可包含<110>n型摻雜磷的GaAs，其具有大約IOOhm/cm(歐姆/厘米)的電阻?；?01可以是直徑大約43mm的錠?？赏ㄟ^在25°C使用包含300g/l的NiCl2與20g/l的硼酸的電鍍?nèi)芤阂設(shè). 6Amps (安培)的電鍍電流以Ni電鍍基板201持續(xù)5分鐘而形成受應(yīng)力的金屬層401。形成于基板201上的Ni受應(yīng)力的金屬層401可從基板201的邊緣自發(fā)性引發(fā)開裂(也即自發(fā)性剝落)，其將GaAs的半導(dǎo)體層501和基板201分開。GaAs的半導(dǎo)體層501可能大約ΙΟμπι厚，其有大約5μπι厚的Ni層401。半導(dǎo)體層501可用于形成單結(jié)PV電池600。示例性實(shí)施例的所述技術(shù)效果與效益包括化合物半導(dǎo)體基板的相對薄層的形成，其以相對成本高效的方式用于單結(jié)PV電池。于文中所使用的術(shù)語僅為了說明特定實(shí)施例的用途，且不欲為本發(fā)明的限制。如于文中所使用，所述單數(shù)形「(a、an)」及所述「(the)」欲也包括所述復(fù)數(shù)形，除非上下文明顯另有所指。將更可了解當(dāng)所述用語「包含(comprises、comprising)」用于此說明書中時，明確說明所述特征、整體、步驟、操作、組件及/或部件的存在，但并未排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、組件、部件及/或其群組的存在或附加。
在以下所述申請專利范圍中的所述對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、行為及所有手段或步驟加功能組件的相等物欲包括任何結(jié)構(gòu)、材料或行為，其用于執(zhí)行伴隨著如明確所主張其它所主張組件的功能。為了示出了與說明的用途已呈現(xiàn)本發(fā)明的說明，但不欲為全面性或限于本發(fā)明所揭示的形式。此領(lǐng)域一般技術(shù)者可在不悖離本發(fā)明的范疇與精神之前提下將可得知許多修飾例與變化例。實(shí)施例經(jīng)選擇并說明以最佳解釋本發(fā)明與實(shí)際應(yīng)用的所述原理，并讓此領(lǐng)域其它一般技術(shù)者能夠了解用于各種實(shí)施例的本發(fā)明，其有如適合于所列入考慮的特定使用的各種修飾例。工業(yè)實(shí)用性 本發(fā)明在制造光伏電池方面是有效的。
權(quán)利要求
1.一種用于形成單結(jié)光伏電池(600)的方法，所述方法包含 形成摻雜物層(202)于半導(dǎo)體基板(201)的表面上； 擴(kuò)散摻雜物層(202)進(jìn)入半導(dǎo)體基板的錠，以形成半導(dǎo)體基板的摻雜層(301)； 形成金屬層(401)于所述摻雜層(301)上方，其中所述金屬層中的拉伸應(yīng)力被配置成在所述半導(dǎo)體基板(201)中導(dǎo)致開裂(503)； 從半導(dǎo)體基板(201)在開裂(503 )處去除半導(dǎo)體層(501);以及 使用半導(dǎo)體層(501)形成單結(jié)光伏電池(600 )。
2.如權(quán)利要求I的方法，其中所述摻雜物層(202)包含鋅。
3.如權(quán)利要求I的方法，其中所述金屬層(401)包含鎳。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中金屬層(401)的厚度大于大約2微米。
5.如權(quán)利要求I的方法，其中形成所述金屬層(401)包含電鍍。
6.如權(quán)利要求I的方法，其中所述半導(dǎo)體基板(201)包含具有〈110〉表面晶向的砷化鎵。
7.如權(quán)利要求I的方法，其中所述半導(dǎo)體基板(501)處于壓縮應(yīng)變下，該壓縮應(yīng)變由所述金屬層(401)中的拉伸應(yīng)力所誘發(fā)。
8.如權(quán)利要求I的方法，還包括在形成所述金屬層(401)之前形成籽晶層(302)于摻雜層(301)上。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述籽晶層(302)包含鈦，且籽晶層被配置成在使用所述半導(dǎo)體層(501)形成單結(jié)光伏電池(600)期間充當(dāng)蝕刻停止層。
10.如權(quán)利要求I的方法，還包括在擴(kuò)散摻雜物層之前形成籽晶層(302)于摻雜層(301)上。
11.如權(quán)利要求I的方法，其中從半導(dǎo)體基板(201)在開裂(503)處去除所述半導(dǎo)體層(501)包含粘著處理層(502)于所述金屬層(401)，所述處理層包含塑料、聚合物、玻璃或金屬的膜或者粘著帶中的一個。
12.如權(quán)利要求I的方法，其中半導(dǎo)體層(501)的厚度小于大約50微米。
13.如權(quán)利要求I的方法，其中使用所述半導(dǎo)體層(501)形成單結(jié)光伏電池(600)包含 形成歐姆接觸層(601)于所述半導(dǎo)體層(501)上；以及 形成處理基板層(602 )于所述歐姆接觸層(601)上方，所述處理基板包含導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料包含金屬箔、玻璃或陶瓷材料中的一種。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中使用所述半導(dǎo)體層(501)形成單結(jié)光伏電池(600)還包括 去除金屬層(401);以及 形成圖案化導(dǎo)電層(603a-d)于與半導(dǎo)體層(501)相對的摻雜層(301)的表面上。
15.一種單結(jié)光伏電池(600)，其包含 摻雜層(301)，其包含擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體基板(201)的摻雜物； 圖案化導(dǎo)電層(6038-(1),其形成于摻雜層(301)上； 半導(dǎo)體層(501)，其包含位于在與圖案化導(dǎo)電層(603a-d)相對的摻雜層表面上的摻雜層(301)上的半導(dǎo)體基板(201);以及歐姆接觸層(601)，其形成于半導(dǎo)體層(501)上。
16.如權(quán)利要求15的單結(jié)光伏電池(600)，其中摻雜物包含鋅。
17.如權(quán)利要求15的單結(jié)光伏電池(600)，還包括處理基板層(602)，其位于歐姆接觸層(601)上方,處理基板包含導(dǎo)電材料,該導(dǎo)電材料包含金屬箔、玻璃或陶瓷材料中的一種。
18.如權(quán)利要求15的單結(jié)光伏電池(600)，其中半導(dǎo)體基板(201)包含具有〈110〉表面晶向的砷化鎵GaAs。
19.如權(quán)利要求15的單結(jié)光伏電池(600)，其中半導(dǎo)體層(501)處于壓縮應(yīng)變下。
20.如權(quán)利要求15的單結(jié)光伏電池(600)，其中半導(dǎo)體層(501)的厚度小于大約50微米。
全文摘要
一種用于形成單結(jié)光伏電池的方法，其包括形成摻雜物層于半導(dǎo)體基板的表面上；擴(kuò)散摻雜物層進(jìn)入半導(dǎo)體基板以形成半導(dǎo)體基板的摻雜層；形成金屬層于摻雜層上方，其中在金屬層中的拉伸應(yīng)力配置成在半導(dǎo)體基板中造成開裂；從半導(dǎo)體基板開裂處去除半導(dǎo)體層；以及使用半導(dǎo)體層形成單結(jié)光伏電池。一種單結(jié)光伏電池包括摻雜層，其包含擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體基板的摻雜物；圖案化導(dǎo)電層，其形成于摻雜層上；半導(dǎo)體層，其包含位于在相對于圖案化導(dǎo)電層的摻雜層的表面上的摻雜層上的半導(dǎo)體基板；以及歐姆接觸層，其形成于半導(dǎo)體層上。
文檔編號H01L31/18GK102834934SQ201180005695
公開日2012年12月19日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者S·W·比德爾, K·E·福格爾, N·E·索薩·柯蒂斯, D·薩達(dá)納, D·沙赫爾耶迪, B·A·瓦卡塞爾 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司