专利名称：单结光伏电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用应力诱发基板剥落的半导体基板制造。
背景技术：
成本限制倾向于排除用于所有但是又最需要的光伏(Photovoltaic，PV)应用的化合物半导体基板的使用(诸如卫星与基于空间的PV系统)，这是由于化合物半导体基板通常相对昂贵。因此期望减少在工艺期间的化合物基板的浪费。示例性化合物半导体基板 是砷化镓(GaAs)，其在高效率多结电池中可用作基础基板。GaAs的高光学吸收确保了少于大约10微米厚度的GaAs即足以从太阳光谱获取光子；剩余的基板材料用作载体，且对于PV电池的作用而言不是必要的。
发明内容
在一个方面中，用于形成单结光伏电池的方法包括形成掺杂物层于半导体基板的表面上；扩散掺杂物层进入半导体基板以形成半导体基板的掺杂层；形成金属层于掺杂层上方，其中在金属层中的拉伸应力配置成在半导体基板中造成开裂(fracture);从半导体基板开裂处去除半导体层；以及使用半导体层形成单结光伏电池。在一个方面中，单结光伏电池包括掺杂层，其包含扩散进入半导体基板的掺杂物；图案化导电层，其形成于掺杂层上；半导体层，其包含位于在相对于图案化导电层的掺杂层的表面上的掺杂层上的半导体基板；以及欧姆接触层，其形成于半导体层上。附加特征经由本示例性实施例的所述技术实现。其它实施例于文中详细说明，并视为所主张的的一部分。为了优选了解示例性实施例的所述特征，请参照说明与所述图式。
现在参照各附图，其中在图中相似组件的编号也相似。图I示出了用于形成单结PV电池的方法的实施例。图2示出了具有掺杂物层的半导体基板的实施例。图3不出了具有惨杂层的半导体基板的实施例。图4示出了具有受应力的金属层的半导体基板的实施例。图5示出了在剥落后的半导体基板的实施例。图6示出了单结PV电池的实施例。
具体实施例方式提供用于形成单结PV电池的系统与方法的实施例，其示例性实施例在以下详细讨论。需要用于形成基板的废料相对少的相对薄的化合物半导体基板层(诸如GaAs)的方法。剥落(spalling)为方法提供了以成本高效方式从半导体基板的较大晶片或锭(ingot)形成相对薄的半导体基板层，减少基板材料的浪费。在某些实施例中，相对薄层可能少于大约50 μ m(微米)厚，且可用于形成单结PV电池。基板剥落通过施加一个或多个受拉伸应力的金属层至基板而于基板中诱发开裂。当剥落用在具有〈111〉或〈100〉表面晶向的GaAs基板上时，开裂轨迹可能不稳定，导致困难与不一致的层去除。然而，使用〈110〉表面晶向化合物半导体基板相较于〈111〉与〈100〉表面晶向而言，具有相对一致的基板剥落特性。图I示出了用于形成单结PV电池的方法100的实施例。半导体基板可包含η型或P型半导体基板。化合物半导体基板可包含化合物半导体基板，在某些实施例中诸如GaAS，且在某些实施例中可具有〈110〉表面晶向。参照图2至图6讨论图I。在块101中，掺杂物 层202形成于半导体基板201上，如图2中所示。掺杂物层202可通过任何适当方法形成，其包括但不限于电锻、CVD (chemical vapor deposition,化学气相沉积)、PVD (physicalvapor deposition,物理气相沉积)或网版印刷。掺杂物层202可包含锌(zinc,Zn),或者含锌层(在某些实施例中)。在块102中，掺杂物层202扩散进入半导体基板201，产生如显示于图3中的掺杂层301。掺杂层301可具有与基板201的掺杂类型相同的掺杂类型(P型或η型)，或者其可能相反。掺杂层301可包含用于单结PV电池的背面场(BSF)或电接触层。在某些实施例中，掺杂层301也可用作籽晶层。可选的，在块103中，使用任何适当技术(其包括但不限于化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或浸镀(诸如钯浸镀))可如图3所示的形成可选的籽晶层302，从而为了随后使用电化学或无电极电镀技术的化学镀制备基板201的表面。籽晶层302是可选的；若基板包含η型半导体基板201，则籽晶层302可不存在。在某些实施例中，籽晶层302可在扩散步骤102之前沉积于掺杂物层202上；在其它实施例中，籽晶层302可在扩散步骤102之后沉积于掺杂层301上。籽晶层302可包含一个或多个金属层。籽晶层302可对于掺杂层301形成欧姆接触，及/或用作蚀刻停止层(诸如钛(Ti))以在后处理(以下参照图6讨论)期间去除受应力的金属层401时保护下方层。在块104中，受应力的金属层401形成于掺杂层301 (或者(在存在籽晶层的实施例中，在可选的籽晶层302)上方，如显示于图4中的。受应力的金属401可通过电镀形成，且其在某些实施例中可包含镍(Ni)。在某些实施例中，包含掺杂层301的原子可和受应力的金属401—起形成合金，举例来说，NiZn。在其它实施例中，掺杂层301可用作掺杂层301与受应力的金属401两者(例如掺杂层301可包含受拉伸应力的Zn)。在某些实施例中，受应力的金属层401的厚度可以大于大约2 μ m，且在某些示例性实施例中，介于3 μ m和10 μ m之间。在基板201包含η型半导体基板的实施例中，受应力的金属401可不需要播籽晶(seeding)而直接电镀于基板201的表面上。在某些实施例中，在受应力的金属401中所含有的拉伸应力可能多于大约100兆帕斯卡(Mpa)。在块105中，受应力的金属401、可选的籽晶层302、掺杂层301及半导体层501从半导体基板201剥落，如图5中所示。剥落可包含受控制的或自发性的剥落。受控制的剥落可通过粘着挠性(flexible)处理层502于受应力的金属层401上而执行，使用挠性处理层502与受应力的金属401中所含有的拉伸应力以引发在基板201内的开裂503，并从基板201去除半导体层501、可选的籽晶层302、掺杂半导体层301、拉伸应力层401及挠性处理层502。处理层502可包含塑料、聚合物、玻璃或金属的膜，且在某些实施例中可以是水溶性的。处理层502也可包含特殊的粘着带，其在热能、光学或化学地可从受应力的金属401脱落。另外，在自发性剥落中，在受应力的金属层401中的拉伸应力可自行引发开裂503，将半导体层501和基板201分开而不需要处理层502。在某些实施例中，半导体层501的厚度可少于大约50 μ m。由于在金属层401中的拉伸应力，故在某些实施例中，半导体层501与掺杂半导体层301在剥落之后可具备剩余的 压缩应变。不管剥落之前或之后，在半导体层501与掺杂半导体层301中所含有的应变的规模可通过改变金属层401的厚度及/或应力而控制。使用半导体层501所建立的PV电池的光学性质可通过调整在半导体层501中的应变量而调节。在块106中，使用半导体层501形成单结PV电池600。接触层601沉积于半导体层501上。接触层601可包含适用于为了半导体层501形成欧姆接触的材料。举例来说，若半导体层501包含η型GaAs，则接触层601可包含GePd (锗钯)或GeAu (锗金)合金。处理基板602随后形成于接触层601上。处理基板602可包含金属箔、陶瓷、玻璃或基于聚合物的材料，且可以导电。随后去除处理层502与受应力的金属401。受应力的金属401可选地被化学蚀刻，或者可通过反应性离子蚀刻被去除。在优选实施例中，王水(硝酸与盐酸混合物)溶液可用于受应力的金属401的蚀刻；在此类实施例中，包含Ti的籽晶层302可充当蚀刻停止层以保护掺杂层301与半导体层501。可通过使用标准光刻术来蚀刻任何多余金属以图案化可选的籽晶层302及/或掺杂层301而形成图案化接触层603a-d。另外，图案化接触层603a-d可通过在去除受应力的金属401之后，沉积或丝网印刷适当金属材料于可选的籽晶层302或掺杂层301的表面上而形成。半导体层501可含有在半导体层501中由在金属层401中的应力所诱发的压缩应变量；在半导体层501中的应变量可决定单结PV电池600的光学性质。在示例性实施例中，基板201可包含<110>n型掺杂磷的GaAs，其具有大约IOOhm/cm(欧姆/厘米)的电阻。基板201可以是直径大约43mm的锭。可通过在25°C使用包含300g/l的NiCl2与20g/l的硼酸的电镀溶液以O. 6Amps (安培)的电镀电流以Ni电镀基板201持续5分钟而形成受应力的金属层401。形成于基板201上的Ni受应力的金属层401可从基板201的边缘自发性引发开裂(也即自发性剥落)，其将GaAs的半导体层501和基板201分开。GaAs的半导体层501可能大约ΙΟμπι厚，其有大约5μπι厚的Ni层401。半导体层501可用于形成单结PV电池600。示例性实施例的所述技术效果与效益包括化合物半导体基板的相对薄层的形成，其以相对成本高效的方式用于单结PV电池。于文中所使用的术语仅为了说明特定实施例的用途，且不欲为本发明的限制。如于文中所使用，所述单数形「(a、an)」及所述「(the)」欲也包括所述复数形，除非上下文明显另有所指。将更可了解当所述用语「包含(comprises、comprising)」用于此说明书中时，明确说明所述特征、整体、步骤、操作、组件及/或部件的存在，但并未排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、组件、部件及/或其群组的存在或附加。
在以下所述申请专利范围中的所述对应结构、材料、行为及所有手段或步骤加功能组件的相等物欲包括任何结构、材料或行为，其用于执行伴随着如明确所主张其它所主张组件的功能。为了示出了与说明的用途已呈现本发明的说明，但不欲为全面性或限于本发明所揭示的形式。此领域一般技术者可在不悖离本发明的范畴与精神之前提下将可得知许多修饰例与变化例。实施例经选择并说明以最佳解释本发明与实际应用的所述原理，并让此领域其它一般技术者能够了解用于各种实施例的本发明，其有如适合于所列入考虑的特定使用的各种修饰例。工业实用性 本发明在制造光伏电池方面是有效的。
权利要求
1.一种用于形成单结光伏电池(600)的方法，所述方法包含 形成掺杂物层(202)于半导体基板(201)的表面上； 扩散掺杂物层(202)进入半导体基板的锭，以形成半导体基板的掺杂层(301)； 形成金属层(401)于所述掺杂层(301)上方，其中所述金属层中的拉伸应力被配置成在所述半导体基板(201)中导致开裂(503)； 从半导体基板(201)在开裂(503 )处去除半导体层(501);以及 使用半导体层(501)形成单结光伏电池(600 )。
2.如权利要求I的方法，其中所述掺杂物层(202)包含锌。
3.如权利要求I的方法，其中所述金属层(401)包含镍。
4.如权利要求3的方法，其中金属层(401)的厚度大于大约2微米。
5.如权利要求I的方法，其中形成所述金属层(401)包含电镀。
6.如权利要求I的方法，其中所述半导体基板(201)包含具有〈110〉表面晶向的砷化镓。
7.如权利要求I的方法，其中所述半导体基板(501)处于压缩应变下，该压缩应变由所述金属层(401)中的拉伸应力所诱发。
8.如权利要求I的方法，还包括在形成所述金属层(401)之前形成籽晶层(302)于掺杂层(301)上。
9.如权利要求8的方法，其中所述籽晶层(302)包含钛，且籽晶层被配置成在使用所述半导体层(501)形成单结光伏电池(600)期间充当蚀刻停止层。
10.如权利要求I的方法，还包括在扩散掺杂物层之前形成籽晶层(302)于掺杂层(301)上。
11.如权利要求I的方法，其中从半导体基板(201)在开裂(503)处去除所述半导体层(501)包含粘着处理层(502)于所述金属层(401)，所述处理层包含塑料、聚合物、玻璃或金属的膜或者粘着带中的一个。
12.如权利要求I的方法，其中半导体层(501)的厚度小于大约50微米。
13.如权利要求I的方法，其中使用所述半导体层(501)形成单结光伏电池(600)包含 形成欧姆接触层(601)于所述半导体层(501)上；以及 形成处理基板层(602 )于所述欧姆接触层(601)上方，所述处理基板包含导电材料，该导电材料包含金属箔、玻璃或陶瓷材料中的一种。
14.如权利要求13的方法，其中使用所述半导体层(501)形成单结光伏电池(600)还包括 去除金属层(401);以及 形成图案化导电层(603a-d)于与半导体层(501)相对的掺杂层(301)的表面上。
15.一种单结光伏电池(600)，其包含 掺杂层(301)，其包含扩散进入半导体基板(201)的掺杂物； 图案化导电层(6038-(1),其形成于掺杂层(301)上； 半导体层(501)，其包含位于在与图案化导电层(603a-d)相对的掺杂层表面上的掺杂层(301)上的半导体基板(201);以及欧姆接触层(601)，其形成于半导体层(501)上。
16.如权利要求15的单结光伏电池(600)，其中掺杂物包含锌。
17.如权利要求15的单结光伏电池(600)，还包括处理基板层(602)，其位于欧姆接触层(601)上方,处理基板包含导电材料,该导电材料包含金属箔、玻璃或陶瓷材料中的一种。
18.如权利要求15的单结光伏电池(600)，其中半导体基板(201)包含具有〈110〉表面晶向的砷化镓GaAs。
19.如权利要求15的单结光伏电池(600)，其中半导体层(501)处于压缩应变下。
20.如权利要求15的单结光伏电池(600)，其中半导体层(501)的厚度小于大约50微米。
全文摘要
一种用于形成单结光伏电池的方法，其包括形成掺杂物层于半导体基板的表面上；扩散掺杂物层进入半导体基板以形成半导体基板的掺杂层；形成金属层于掺杂层上方，其中在金属层中的拉伸应力配置成在半导体基板中造成开裂；从半导体基板开裂处去除半导体层；以及使用半导体层形成单结光伏电池。一种单结光伏电池包括掺杂层，其包含扩散进入半导体基板的掺杂物；图案化导电层，其形成于掺杂层上；半导体层，其包含位于在相对于图案化导电层的掺杂层的表面上的掺杂层上的半导体基板；以及欧姆接触层，其形成于半导体层上。
文档编号H01L31/18GK102834934SQ201180005695
公开日2012年12月19日 申请日期2011年2月16日 优先权日2010年2月26日
发明者S·W·比德尔, K·E·福格尔, N·E·索萨·柯蒂斯, D·萨达纳, D·沙赫尔耶迪, B·A·瓦卡塞尔 申请人:国际商业机器公司