[发明专利]晶片接合的太阳能电池和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术，更具体而言，涉及用于提高多结太阳能电池的太阳能利用率的晶片接合的（wafer bonded）太阳能器件和制造方法。

背景技术

随着对低成本清洁能量的关注的增长，作为化石燃料能量产生的替代，太阳能重新成为焦点。清洁且可持续的太阳能典型地依赖于用于其实施的昂贵技术。这些技术包括将集成电路或集成电路技术并入太阳能电池的制造中。与当前太阳能面板相关的费用是在太阳能方向上发展的强大障碍。

太阳能面板采用光伏电池产生电流。当光子碰撞硅时，光子可传输通过硅，反射离开表面或在光子能量高于硅带隙值时被硅吸收。依赖于带结构，这会产生电子空穴对，有时产生热。为了实现良好的载流子收集效率，已开发了多结电池。多结电池包括在彼此顶上层叠的两个或更多的电池。传输通过顶电池的任何辐射具有被下部电池（lower cell）吸收的机会。

理论上，叠层中的多结电池越多，总效率应该越高。然而，常规器件的情况并不是这样。在实践中，常规串列叠层（tandem stack）的效率随着叠层中的每个附加电池而从理论上估计的效率逐渐降低。例如，对于四电池叠层，理论效率为约50%，而实际上真实效率为约30%。

串列叠层还具有许多制造问题。当在彼此顶上生长叠层（例如，通过外延沉积方法）时，在叠层材料之间会出现晶格失配。这极大地影响了材料选择，这是因为邻近的电池决定可采用哪些材料。此外，由于需要仔细选择邻近的电池之间的带隙能量，因此找到合适材料以形成串列叠层变得极具挑战性。

发明内容

光伏器件和制造方法包括多结电池，每个电池具有独立于其他电池生长并包括不同的带隙能量的材料。界面被设置在所述电池之间并被配置为晶片接合所述电池，其中所述多结电池被配置为相邻近而不考虑（without regard to）晶格失配。

一种用于形成光伏器件的方法包括：在第一晶片上形成蚀刻停止层并在所述蚀刻停止层上生长第一材料，所述第一晶片和所述第一材料晶格匹配；将所述第一材料晶片接合到第二晶片，其中，所述第一材料和所述第二晶片具有不同的带隙能量；以及去除所述第一晶片直到所述蚀刻停止层并去除所述蚀刻停止层，其中，所述第一材料和所述第二晶片分别形成所述器件的光响应电池。

另一种用于形成光伏器件的方法包括：提供具有至少一个材料层的第一晶片；在第二晶片上形成蚀刻停止层并在所述蚀刻停止层上生长至少第二材料，所述第二晶片和所述第二材料晶格匹配；使用界面缓冲层将所述第二材料晶片接合到所述第一晶片，其中，所述第二材料和所述第一晶片具有不同的带隙能量；去除所述第二晶片直到所述蚀刻停止层；以及去除所述蚀刻停止层，其中，所述第二材料和所述第一晶片分别形成用于所述器件的至少两个光响应电池。

通过结合附图阅读的示例性实施例的以下详细描述，这些和其他特征以及优点将变得显而易见。

附图说明

本公开将参考附图提供优选实施例的以下描述中的细节，其中：

图1为根据一个示例性实施例的光伏器件的串列叠层的示例性截面图；

图2A为根据本发明原理的在其上形成有界面或缓冲层的晶片的示例性截面图；

图2B为根据本发明原理正与在其上生长有蚀刻停止层和电池材料的第二晶片接合的图2A的晶片的示例性截面图；

图2C为示出了根据本发明原理将图2B的晶片晶片接合到第二晶片的生长的材料的示例性截面图；

图2D为示出了根据本发明原理去除了蚀刻停止层和第二晶片以形成多结叠层的示例性截面图；

图2E为示出了根据本发明原理将另一电池添加到图2D的叠层的示例性截面图；

图3A为示出了根据另一实施例剥脱（spall）和劈裂（cleave）图2B的第二晶片以减小第二晶片的厚度的示例性截面图；

图3B为示出了根据本发明原理去除蚀刻停止层和第二晶片的剩余部分以形成多结叠层的示例性截面图；

图4为根据一个示例性实施例的具有作为第三电池的Si的光伏器件的多结叠层的示例性截面图；

图5为根据另一示例性实施例的具有作为第三电池的InGaAs的光伏器件的串列叠层的示例性截面图；以及

图6为示出了根据本发明原理的用于使用晶片接合制造串列叠层的方法的框图/流程图。

具体实施方式