[发明专利]使用厚层转移工艺制造太阳能电池的方法和结构

说明书

相关申请的交叉参考

本非临时申请要求于2006年9月8日提交的第60/825,095号 美国临时专利申请的优先权，并通过引证将其全部内容结合于此。

背景技术

根据本发明的实施例大体涉及包括使用用于光伏应用的层转 移技术形成太阳能电池结构的方法和结构的技术。但是应该意识 到，本发明具有很宽的应用范围；其还可以应用于其他类型的应用， 例如，集成半导体器件、光子器件、压电器件、平板显示器、微电 子机械系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、执行器、集成 电路、生物及生物医学器件等的三维封装。

从最开始，人类就依靠“太阳”来获取几乎所有形式的能量。 这样的能量来自石油、发光物、木头、以及各种形式的热能。仅作 为一个实例，人类已经严重依赖诸如煤和煤气的石油资源来满足人 们的许多需要。不幸的是，这种石油资源已经衰竭并且已经导致了 许多其他问题。已经提出利用太阳能作为替代来在一定程度上减少 我们对石油资源的依赖。仅作为一个实例，可以从通常由硅制成的 “太阳能电池”获得太阳能。

硅太阳能电池当暴露于来自太阳的太阳射线时产生电能。射线 对硅原子有影响并形成迁移至硅本体中的p掺杂区和n掺杂区的电 子和空穴，并且在这些掺杂区之间产生电压差和电流。根据应用， 已经将太阳能电池与聚光(concentrating)元件集成在一起以提高 效率。作为一个实例，使用将射线导向有源光伏材料的一个或多个 部分的聚光元件来累积和集中射线。尽管这样很有效，但是这些太 阳能电池仍然有很多局限性。

仅作为一个实例，太阳能电池依赖于诸如硅的原材料。这种硅 通常使用多晶硅和/或单晶硅材料制成。这些材料通常难以制造。多 晶硅电池通常通过制造多晶硅板来制成。尽管可以有效地制成这些 板，但是它们并不具有高效太阳能电池的最佳性能。单晶硅具有高 等级太阳能电池的适当性能。然而，这种单晶硅昂贵并且也难以高 效且成本节约的方式用于太阳能应用。通常，薄膜太阳能电池由于 使用了较少的硅材料而不是很昂贵，但是相比于由单晶硅衬底制成 的更昂贵的体硅电池，它们的非晶或多晶结构效率较低。通过本说 明书以及以下更具体的描述可以发现这些以及其他的局限性。

从上述可以看出，期望得到用于制造大衬底的节约成本且更高 效的技术。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种用于制造光伏材料的技术。 更具体地，本发明提供了一种包括用于使用用于光伏应用的层转移 技术制成太阳能电池结构的方法和结构的技术。但应意识到，本发 明具有较宽的应用范围；该技术还可以应用于其他类型的应用，诸 如用于集成半导体器件、光子器件、压电器件、平板显示器、微电 子机械系统(“MEMS”)、纳米技术装置、传感器、执行器、集成 电路、生物及生物医学器件等的三维封装。

在一个具体实施例中，本发明提供了一种用于制造光伏电池 (例如，太阳能电池，太阳能板)的方法。该方法包括：提供半导 体衬底，该衬底包括表面区、解理区、以及位于表面区和解理区之 间且将被去除的第一厚度的材料。该方法包括：将半导体衬底的表 面区耦合至光学透明衬底(例如，玻璃、石英、塑料)的第一表面 区。在一个优选实施例中，光学透明衬底包括第一表面区和第二表 面区。该方法还包括对半导体衬底进行解理以从半导体衬底去除第 一厚度的材料，而同时表面区保持耦合至第一表面区，以形成解理 表面区。例如，在光伏应用中，如果第一厚度的材料具有足够的厚 度，则可以将所转移的第一厚度的材料用作吸收层。根据第一厚度 材料的厚度，第一厚度材料可以足以用于有效的薄膜太阳能电池。 在一些实施例中，第一厚度材料可以厚到足以作为使用传统方法 (诸如切割和切片工艺)制成的厚衬底的具成本效益的替代物。更 薄厚度的材料也可以用作用于随后外延生长工艺的单晶模板。可选 地，该方法包括形成与解理后的表面区叠置的第二厚度的半导体材 料，以形成合成厚度的半导体材料。