薄膜的区段熔融重结晶制造技术

太阳电池包括重结晶层，其中所述重结晶层具有太阳电池的照射区域的大小的至少90%的至少一个晶体晶粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】太阳电池包括重结晶层，其中所述重结晶层具有太阳电池的照射区域的大小的至少90%的至少一个晶体晶粒。【专利说明】薄膜的区段熔融重结晶优先权本申请是2011年I月20日提交的U.S.13/010，700的部分继续申请并且要求来自2010年I月20日提交的美国临时申请61/296，799的优先权，所述申请都通过引用并入。相关申请的交叉引用本申请与美国申请12/074，651、12/720， 153、12/749， 160、12/789，357、12/860，048、12/860，088、12/950，725、13/010，700、13/019，965、13/073，884、13/077，870、13/214，158和U.S.7，789，331部分有关；所有这些申请为相同受让人所拥有并且通过引用全文并入。在引用的材料中引证附加技术说明和背景。
本技术通常涉及一种用于实现薄膜中的大晶粒生长的工艺，具体应用于制备用于在光伏器件中使用的硅层。
技术介绍
已经在许多如下应用中讨论和实施区段熔融重结晶(ZMR)，这些应用要求在已经生产出具有标准结晶性质的材料之后形成高质量、低故障晶格。这一应用的示例是在太阳电池制作或者平板显示器件中的薄膜沉积。在这两种情况下，如果沉积为非晶的，则需要重结晶表面以实现器件所需的电性质。ZMR的基本要求是生成足够的局部热以便熔融沉积的材料的部分并且在离开区段的材料固化并且根据充当种子的在熔融区段后面的材料的晶态结构重结晶时继续熔融进入区段的新材料。在文献中记录好的常见方法使用聚焦于经历ZMR的表面的高功率卤素灯或者碳条加热元件，所述碳条通过让高电流通过条来加热，依赖于碳的电阻生成热。这两个应用都能够ZMR，但是需要有效控制并且在制造环境中不易实施。此外，卤素灯和碳条加热元件需要大量基部加热器以升高处理的器件的总温度至大约1000-1200°C，ZMR在这一点能够有效重结晶几微米厚度的层，通常为2至5 μ m。另一常见应用基于受激准分子激光器并且用于在薄膜晶体管(TFT)平板显示器(FPD)中使用。用于TFT FH)的沉积是沉积与在太阳能应用中的近似30微米的最优层厚度比较的通常以nm为单位测量的非晶硅层。如对于TFT应用而进行的受激准分子激光器重结晶产生近似0.1微米的晶体域。为了实现必需电子性质而在太阳能应用中需要的晶体域是mm到cm级。对于ZMR的太阳能应用，能量必须传播入娃层中。换而言之,在太阳能应用中的ZMR实现方式是容量过程(volume process)，显著区别于现有的基于受激准分子激光器的ZMR。K.Yamamoto 在 〃Thin film crystalline silicon solar cells〃，JSAPInternational, N0.7，January2003中指出用于多晶、薄膜太阳电池的合乎需要的材料特性。对于在500mV以上的断路电压Voc，必须优化晶粒大小和载体寿命；例如在约0.1微米的晶粒大小下，在晶界的重组速率必须小于1，000cm/so Yamamoto指出对于实现这些性质有益的若干处理参数、即晶粒的氢钝化、低氧含量和〈110〉取向或者至少优选〈110〉取向。通过引用将Yamamoto全文并入并且附带于此。U.S.7，645，337公开一种用于提供具有受控微结构的多晶膜的复杂方法；用复杂光学装置和精确激光图案实现薄硅膜的优选取向。在现有技术中发现如图1、2和3中所不的不例溶融区段。图1 来自 Fraunhoffer ISE, Eyer, A;Haas, F;Kieliba, T; ZoneMelting Recrystallisation(ZMR)Processor for400mm Wide Samples, 〃19thEuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, 7-llJune，2004。Eyer 等人聚焦于薄的 5 μ m层，在其上外沿生长更厚的层。熔融机制基于很集中的线熔融，该线熔融产生高的热梯度。在线熔融以外，重结晶工艺立即开始；Eyer报告如图1中所示1-1.5mm的熔融区段。图2是来自这一实验室的示例，该示例利用小于1_的熔融线宽以实现近似1_宽的窄熔融。在所有情况下，重结晶表面看似图2。我们发现了沿熔融区段传播方向的伸长晶体的截然不同的重结晶图案，其对于证明的所有方法都是典型的，无论它是石墨带、激光ZMR或者卤素ZMR。图3来自设备制造商TCZ—Cymer的子公司。受激准分子激光器用来生成薄膜硅重结晶，该薄膜硅重结晶能够生成近似10微米长的晶体，示出的所有三种情况是对于具有迅速重结晶的约Imm宽的“薄”熔融区段。在这一领域中的现有技术包括E.A.Holm等人关于在升高温度的晶粒生长的研究:"How Grain Growth Stops: 〃； Science328, 11382010 ;通过引用全文并入并且附带于此。Holm发表用于计算机模拟的结果，该计算机模拟使用一种用于镍重结晶的合成驱动力分子动态性方法° S.Hayashi 等人在"Formation of High Crystallinity Silicon Filmsby High Speed Scanning of Melting Region Formed by Atmospheric Pressure DC ArcDischarge Micro-Thermal-PIasma-Jet and its Application to Thin Film TransistorFabrication";Applied Physics Express3, 2010, 061401 中公开通过高速扫描非晶娃a_Si中的熔融区域而实现的具有约60微米的最大晶粒大小的横向晶粒。辐照时间约为1.4到1.8ms ;熔融持续时间约为0.5ms,并且重结晶时间约为0.5ms或者更少；报导的晶粒大小在等离子体射流行进的方向上约为5微米宽乘约为60微米长。U.S.2008/0268566公开用于加速区段熔融的多个热源；未给予对冷却时间约束的考虑。这里引证的所有参考文献通过引用全文并入，将S.Hayashi等人附带于此。在U.S.7，749，819、U.S.7,888, 247,U.S.7，914，619、U.S.2009/0256057、U.S.2011/0175099、U.S.6，322，625、U.S.7，645，337、U.S.2008/0023070, U.S.2008/0202576, U.S.2008/0202577, U.S.2008/0268566、U.S.2010/0132779,U.S.2010/0178435,U.S.2011/0192461 和 U.S.2010/0190288 中发现附加现有技术。所有参考文献通过引用而完全结合于此。常规太阳电池依然成本高。需要借助低成本处理来提高转换效率。在常规技术以上明显增加晶粒大小是一种用于提高转换效率并且降低成本的技术。本专利技术公开一种适用于太阳电池和所有基于薄膜的器件的器件结构和形成方法，这些器件包括需要更大晶粒大小的显示面板和其他器件。【专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
重结晶材料层的方法，包括以下步骤：选择衬底，所述衬底具有沉积到所述衬底上的层；推进所述衬底经过第一区段S，从而在所述沉积层的至少部分内建立温度TS，其中TS小于所述层的熔点TMP；推进所述衬底经过第二区段I，从而在所述沉积层的至少部分内建立温度TI，其中TI大于TS；推进所述衬底经过第三区段M，从而在所述沉积层的至少部分内建立温度TM，其中TM大于TMP；并且推进所述衬底经过第四区段R，从而在所述沉积层的至少部分内建立温度TR，其中TR低于所述沉积层的TMP并且高于预定温度X*TMP持续至少Y秒，其中在约Q mm/sec的速率下依次推进所述衬底和层经过所述第一至第四区段，从而在所述沉积层的至少部分内建立每个区段的温度标准，同时所述部分在物理上处于相应区段内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里·亨德勒，莎伦·泽维，德普·李，
申请(专利权)人：集成光伏公司，
类型：发明
国别省市：美国;US