具有纹理化前表面和/或背表面的薄膜半导体光电器件制造技术

本发明专利技术涉及具有纹理化前表面和/或背表面的薄膜半导体光电器件。公开一种用于提供在光电器件中的纹理化层的方法。方法包括将模板层沉积在第一层上。模板层在厚度上或在组成上或在两者上具有明显的不均匀性，包括形成一个或多个岛状物以提供岛状物层的至少一个纹理化表面的可能性。方法还包括将模板层和第一层暴露于蚀刻工艺以产生或改变至少一个纹理化表面。改变的至少一个纹理化表面在操作中引起光散射。

【技术实现步骤摘要】
具有纹理化前表面和/或背表面的薄膜半导体光电器件本申请为申请日为2015年08月05日，申请号为201510475349.5，专利技术名称为“具有纹理化前表面和/或背表面的薄膜半导体光电器件”的申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请是于2012年1月19日提交的、题为“TEXTURINGALAYERINANOPTOELECTRONICDEVICEFORIMPROVEDANGLERANDOMIZATIONOFLIGHT”的美国专利申请第13/354,175号的部分继续申请，该美国专利申请通过引用以其整体并入本文。
本专利技术的实施方案通常涉及光电半导体器件(比如包括太阳能电池的光伏器件)，以及用于制造此类器件的方法。
技术介绍
光电器件比如光伏器件和发光二极管(LED)的用途变得较广泛，因为能源效率的重要性增加。在光伏器件比如太阳能电池中，太阳能电池的结吸收光子以产生电子空穴对，所述电子空穴对被结的内电场分开以产生电压，从而将光能转换成电能。理想的光伏(PV)器件的吸收体层将吸收撞击在面向光源的PV器件的正面的所有的光子，因为开路电压(Voc)或短路电流(Isc)与光强度成比例。然而，若干损耗机理通常干扰PV器件的吸收体层，所述吸收体层吸收到达器件的正面的所有的光。例如，某些光子可以穿过吸收体层而不产生任何电子空穴对并且因此从不有助于通过器件产生电能。在其他情况下，PV器件的半导体层可以是光滑的并且因此可以反射撞击光子中的大部分，防止这些光子以免到达吸收体层。因此，存在对具有增加的效率的光电器件和用于与常规的光电器件制造相比以减少的成本和较大的灵活性制造此类光电器件的方法的需求。
技术实现思路
公开用于提供光电器件中的纹理化层的方法。方法包括将模板层沉积在第一层上。模板层在厚度上或在组成上是明显不均匀的，包括形成一个或多个岛状物以提供岛状物层的至少一个纹理化表面的可能性。方法还包括将模板层和第一层暴露于蚀刻工艺以产生或改变至少一个纹理化表面。至少一个纹理化表面在操作中引起光散射。公开用于提供光电器件的方法。方法包括沉积吸收体层和沉积发射体层。方法还包括将第一材料的第一层沉积在发射体层和吸收体层上。此外，方法包括将第二材料的模板层沉积在第一层上。方法还包括将模板层和第一层暴露于蚀刻工艺以产生或改变至少一个纹理化表面。至少一个纹理化表面在操作中引起光散射。最后，方法包括将介电层沉积在岛状物层上和将金属层沉积在介电层上。公开用于提供光电器件的方法。方法包括沉积发射体层和沉积吸收体层。方法还包括将第一材料的第一层沉积在发射体层和吸收体层上。此外，方法包括将第二材料的模板层沉积在第一层上。方法还包括将模板层和第一层暴露于蚀刻工艺以产生或改变至少一个纹理化表面。至少一个纹理化表面在操作中引起光散射。最后，方法包括将抗反射层沉积在岛状物层上。附图说明附图仅仅例证某些实施方案并且因此不被认为限制范围。图1A-1C示出在第一层之上的模板岛状物层的自顶向下视图；图2描绘根据本文描述的某些实施方案的光伏器件的横截面视图；图3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、和3H描绘图1的光伏器件的横截面视图，其中岛状物层已经被沉积在基底层上；图4描绘图3的光伏器件的横截面视图，其中半导体接触层和介电层已经被沉积在岛状物层上；图5描绘图4的光伏器件的横截面视图，其中已经在介电层中形成孔；图6A和6B描绘掩模的不同实施方案的俯视图，所述掩模可以被用于形成在图5中示出的介电层中的孔；图7描绘图5的光伏器件的横截面视图，其中金属层已经被沉积在介电层上；图8描绘在剥离工艺之后由图7的光伏器件产生的光伏电池的一个实施方案的横截面视图；图9描绘由图3A的光伏器件产生的光伏电池的另一个实施方案的横截面视图；图10描绘例证通过器件的背面上的纹理化层散射光的光伏电池的横截面视图；图11描绘根据本文描述的某些实施方案的、提供正面光捕获纹理化层的光伏器件的横截面视图；图12描绘图11的光伏器件的横截面视图，其中岛状物层已经被沉积在基底层上；以及图13描绘图12的光伏器件的横截面视图，其中层已经被沉积在岛状物层上。具体实施方式本专利技术的实施方案通常涉及光电器件和工艺，并且更特别地涉及包括一个或多个纹理化层的光电半导体器件以及用于形成此类光电器件的制造工艺。在本文中，层可以被描述成被沉积在一个或多个其他层上。此术语指示层可以被直接沉积在其他层的顶部，或在某些实施方案中可以指示一个或多个另外的层可以被沉积在层和其他层之间。此外，其他的层可以以任何顺序布置。在本文中术语模板层被定义为指示在厚度上或在组成上或在两者上具有明显的不均匀性的层。这包括厚度不均匀性是如此大以致模板层是多个分开的岛状物的可能性。当模板层和在模板层之下的层被暴露于蚀刻剂或蚀刻工艺时，纹理化表面被产生或改变。纹理化表面能够引起光散射，这可以改进光电器件中的光捕获。术语岛状物指的是在平面上不连续的材料层，这允许蚀刻剂潜在地到达在下方的层。岛状物层可以形成多个明显的不连接的区域(图1A)，或可以被充分连接但具有间隙(图1B)，或可以是两者的组合(图1C)。这些图中的每个示出在第一层112之上的模板岛状物层152的自顶向下视图。这些层在本文中被更详细地描述。本文公开的实施方案涉及出于较大的器件效率使用纹理化层的光捕获。图2例证适合用于与本文描述的实施方案一起使用的光伏器件100的一个实施方案的横截面视图。虽然本文的实施例涉及光伏器件，描述的特征还可以被应用于其他光电半导体器件比如LED，例如以散射器件中的光从而提供增加的或更有效率的光产生。器件100包括通过被布置于其间的ELO释放层或牺牲层104与生长晶圆101耦合的电池120。含有不同组成成分的多个外延材料层被沉积在光伏器件100内。多个外延材料层可以被生长或以其他方式通过用于半导体生长的适当的方法形成。电池120可以是例如具有由第III-V族材料制成的层的基于砷化镓的电池。第III-V族材料是外延生长层的薄膜。在某些实施方案中，外延生长层可以通过在例如高生长速率气相沉积工艺期间生长第III-V族材料来形成。高生长速率沉积工艺允许大于5μm/hr的生长速率，比如约10μm/hr或更大，或高达约100μm/hr或更大。高生长速率工艺包括在加工系统内加热晶圆到约550℃或更大的沉积温度、将晶圆暴露于包含化学前体的沉积气体，比如镓前体气体和用于砷化镓沉积工艺的砷化氢、以及将包含砷化镓的层沉积在晶圆上。沉积气体可以包含第V族前体，比如砷化氢、磷化氢、或氨。如本文所描述，用于沉积或形成第III-V族材料的沉积工艺可以在多种类型的沉积室中进行。例如，可以被用于生长、沉积或以其他方式形成第III-V族材料的一种连续进料沉积室在皆于2009年5月29日提交的共同转让的美国专利申请第12/475,131号和第12/475,169号中描述，它们通过引用以其整体并入本文。在器件100中可用的层和用于形成此类层的方法的某些实例在于2010年11月3日提交的共同未决的美国专利申请第12/939,077号中公开，并且其通过引用以其整体并入本文。在某些实施方案中，一个或多个缓冲层102可以在生长晶圆101上形成以便开始形成光伏器件100。生长晶圆101可以包括例如n型或半绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有至少一个纹理化表面的光电器件，所述至少一个纹理化表面通过执行包括以下步骤的方法制成：在生长衬底上外延生长所述光电器件的半导体层；将所述半导体层暴露于蚀刻工艺以在所述半导体层上形成所述至少一个纹理化表面；和从所述生长衬底剥离所述光电器件。

【技术特征摘要】
2014.08.05 US 14/452,3931.一种具有至少一个纹理化表面的光电器件，所述至少一个纹理化表面通过执行包括以下步骤的方法制成：在生长衬底上外延生长所述光电器件的半导体层；将所述半导体层暴露于蚀刻工艺以在所述半导体层上形成所述至少一个纹理化表面；和从所述生长衬底剥离所述光电器件。2.根据权利要求1所述的光电器件，其中从所述生长衬底剥离所述光电器件包括执行外延剥离(ELO)工艺。3.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述蚀刻工艺通过基于液体或溶液的化学蚀刻剂来完成。4.根据权利要求1所述的光电器件，其中蚀刻工艺通过气体蚀刻、激光蚀刻、等离子体蚀刻或离子蚀刻中的一个或多个完成。5.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述至少一个纹理化表面被配置为引起光散射。6.根据权利要求5所述的光电器件，其中所述至少一个纹理化表面被配置为使光子以随机角度散射。7.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体层包括镓、铝、铟、磷、氮或砷中的至少一种或多种。8.根据权利要求1所述的光电器件，还包括在所述至少一个纹理化表面上沉积以下中的一个或多个：介电层，透明导电氧化物(TCO)层，抗反射性涂层，或反射性金属层。9.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述至少一个纹理化表面是比所述光电器件的p-n结更远离所述光电器件的前侧定位的背部反射层的一部分。10.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述至少一个纹理化表面是比所述光电器件的p-n结更靠近所述光电器件的前侧定位的前窗口层的一部分。11.根据权利要求1所述的光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁逸康，布兰登·M·卡耶斯，罗斯·特威斯特，西尔维亚·斯普尤特，刘峰，雷格·东克，美利莎·J·艾契尔，何甘，
申请(专利权)人：奥塔装置公司，
类型：发明
国别省市：美国,US