[发明专利]重量超轻的光伏器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请于2004年10月21日，标题为“Ultra Lightweight Electronic Device and Method for its Manufacture”(重量超轻的电子器件 和其制造方法)的美国临时专利申请号60/620,808的权益，本说明书以 参考形式将其并入。

政府利益

本发明是在空军研究实验室授予的合同为F29601-03-C-0122 的政府支持下进行的。美国政府对本发明具有一定权利。

技术领域

本发明一般涉及光伏器件和其它电子器件。更具体地，本发 明涉及重量超轻的光伏器件和其制造方法。

背景技术

重量是许多电子器件应用中一个非常重要的因素。例如，光 伏发电器阵列经常在重量很重要的航空航天和军事应用中用作电源。 在其它移动应用及运输大件物品很困难的特定应用中，光伏器件的重 量也是具有重要意义的。功率系数或比功率(specific power)是光伏发 电器器件的一种特性，它是以发电器重量的每千克的瓦特数为单位表 示的。在航空航天应用中采用的传统类型的重量轻的光伏发电器具有 的比功率额定值约为30-50瓦特/千克(w/kg)。基于薄膜半导体材料并 采用重量非常轻的衬底的重量超轻的光伏发电器表现出的比功率水平 在500-1500w/kg的范围内。

在许多情况下，重量轻的和重量超轻的光伏器件，以及其它 重量轻的电子器件是由包括使用置于衬底上的原材料的工艺制造的， 原材料是由诸如光伏或其它半导体材料的电子活性材料(electronically active material)体组成的。一般来说，光伏材料是由一个或更多个亚 微米厚的薄膜半导体材料层构成的，该薄膜半导体材料包括但不局限 于第IV氢化族合金材料，并且衬底是相对厚的支撑部件。制造重量轻 的电子器件的一个步骤包括蚀刻去掉衬底层的一些或全部厚度，以便 减少器件的总重量。此类蚀刻去掉一般是在器件已经经过多个处理步 骤，诸如附加电极，前表面封装等等之后完成的。

为了最大程度地减少重量，一般希望尽可能在最大程度上减 少衬底的厚度。然而，已经发现，在实际中很难将衬底蚀刻到小于1 千分之一寸或密耳(mil)的厚度。一般的衬底材料可能包括瑕疵、污 染或导致非均匀蚀刻的成分变化的区域，并且此类特征会导致在蚀刻 的衬底上形成小孔、缝隙、空隙等等，并且这些瑕疵会导致分层或对 电子活性材料的相邻部分造成损害。蚀刻衬底存在的这个困难对制造 重量轻的和重量超轻的半导体器件造成了限制。

在下文将详细说明使用本发明克服现有技术的问题，并使电 子器件的衬底可被蚀刻到小于1密耳的厚度，从而能制造重量很轻的 器件。

发明内容

本说明书公开的是一种制造重量轻的光伏器件的方法。所述 方法包括采用用于器件的衬底，该衬底由可被蚀刻剂成分蚀刻的材料 构成。阻挡层被置于所述衬底上。阻挡层是由蚀刻所述衬底的蚀刻剂 不可蚀刻的材料构成的。光伏活性材料体被布置于所述阻挡层上，所 述衬底与蚀刻剂接触，以便蚀刻去掉所述衬底的至少一部分厚度。该 方法导致生产重量超轻的光伏器件。在典型的应用中，蚀刻后所述衬 底的厚度不超过0.5密耳(mil)。

在特殊情况下，所述衬底由诸如铁合金的金属制成，其是诸 如氯化铁溶液的酸性材料可蚀刻的。阻挡层由不可蚀刻性材料构成， 不可蚀刻性材料可以包括诸如钛或钼的金属，或诸如碳、陶瓷、含陶 合金等等的非金属性材料。在一些情况下，所述阻挡层的厚度在 0.0001-0.5密耳范围内。在一些情况下，所述衬底可以包括聚合物衬底， 且所述蚀刻剂可以包括用于聚合物的溶剂。

在特定的实施例中，所述光伏活性材料是诸如第IV族合金材 料的薄膜半导体材料。在特定的应用中，所述光伏活性材料体被配置 成包括至少一个三元组(triad)，该三元组由插入半导体材料的反向掺 杂层之间的一层基本无杂质的半导体材料构成。本说明书还公开了根 据本发明的方法制造的器件。

附图说明

图1是根据本发明在蚀刻其衬底前的光伏器件的一部分的横 截面图；

图2是图1的光伏器件的一部分衬底已经被蚀刻去掉之后的 横截面图；