多结太阳能电池装置的制造制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制造多结太阳能电池装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一加工基板；提供第二基板；在所述第一加工基板上形成至少一个第一太阳能电池层，以得到第一晶圆结构；在所述第二基板上形成至少一个第二太阳能电池层，以得到第二晶圆结构；将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构；脱离所述第一加工基板；去除所述第二基板；将第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多结太阳能电池装置的制造
本专利技术涉及多结太阳能电池基板的制造，特别地，涉及包括层转印处理的多结太阳能电池基板的制造以及用于地面和空间相关应用的太阳能电池装置的制造。
技术介绍
光伏或太阳能电池被设计用于将太阳能辐射转换成电流。在聚光太阳能光伏应用中，入射的太阳光在它被导向太阳能电池之前被光学聚光。例如，入射的太阳光被主镜接收，主镜将接收到的辐射向着次镜反射，次镜进而将辐射向着太阳能电池反射，太阳能电池通过例如在III-V族半导体或单晶硅中生成电子-空穴对，将被聚集的辐射转换成电流。另选地，可通过使用像菲涅尔(Fresnel)透镜的透射型光学器件将太阳光聚集到太阳能电池上。由于不同的半导体材料组成对于不同波长的输入太阳光表现出最佳吸收，因此已提出多结太阳能电池，这些多结太阳能电池包括例如在不同波长范围内表现出最佳吸收的三个单元。例如，三单元结构可包括带隙值是1.8eV的GaInP顶部单元层、带隙值是1.4eV的GaAs中间单元层和带隙值是0.7eV的Ge底部单元层。原理上，III-V或IV族半导体可被用作通过层转印/粘结而制造的多结太阳能电池装置的有源单元层。多结太阳能电池常常是通过单片外延生长制造的。单片外延生长处理通常需要几本上与之前形成的层或下伏的基板晶格匹配的任何成形层。然而，在生长基板上外延生长太阳能电池层仍然存在晶格不匹配方面的棘手问题。例如，不适于在Ge基板上外延生长InP太阳能电池层，因为InP太阳能电池层的晶体和光学特性将由于晶体不匹配而导致严重劣化。另外，在传统使用的层转印处理中，在转印了外延生长层之后，损失了中间基板。因此，即便是近期的加工处理，仍然需要其中实现了具有低缺陷率的太阳能电池层并且可循环使用中间基板的多结太阳能电池装置的改进制造处理。
技术实现思路
本专利技术应对上述需要，因此，提供了一种制造多结太阳能电池装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一加工基板；提供第二基板；在所述第一加工基板上形成至少一个第一太阳能电池层，以得到第一晶圆结构；在所述第二基板上形成至少一个第二太阳能电池层，以得到第二晶圆结构；将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构；脱离所述第一加工基板；去除所述第二基板；将第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层。另选地，可提供第一基板和第二加工基板。术语“加工基板”包括与仅仅纯粹的体基板不同的基板，而是包括在基板中形成的层或界面，以便于将它从通过结合第一晶圆结构和第二晶圆结构而得到的结构去除。特别地，“加工基板”可包括在种层和基体基板之间的拉链层。特别地，加工基板可包括在去除加工基板的步骤中脱离种层的基体基板。通过拉链层进行脱离允许循环使用脱离的基板。在文档中，措辞“脱离加工基板”应该被解释为脱离基体基板。在该脱离步骤之后，可以进行去除拉链层的可能残余物(如果有的话)，并且从剩余结构中去除种层。拉链层可以是例如通过限定上种层和下基体基板的界限的合适处理(例如，基板中的氢和/或氦注入)而形成的弱化层。可通过在基体基板的表面上进行阳极蚀刻用埋入的多孔层来形成拉链层。然后，可在多孔层的顶部上执行种层的外延生长。拉链层可被设置成用于在外延序列期间的中间应变层(Si基质中的SiGe，特别地，Si基板中的20％的SiGe的中间应变层)中进行激光剥离、化学剥离或机械分裂的吸收层形式。在这个替代形式中，可通过种层本身形成拉链层，例如，可选择性地化学蚀刻掉种层以脱离加工基板。拉链层还可由用于插入在种层和透明基体基板之间的激光剥离的SiN吸收层形成，如WO2010/0125878的示例中已知的。加工基板的另一种可能性如下：在种层和基体支承件的相对表面之间形成可去除的(表现出小于1.5J/m2的低结合能量，优选地小于1J/m2的低结合能量)结合界面。在这种可能性中，通过该可去除结合界面形成拉链层。可在种层上通过外延来生长第一太阳能电池层，同时保留结合界面的可去除特性，其中，加工基板被加热至外延生长温度。通过执行特别地通过化学侵蚀或蚀刻而执行的用于增强种层或基板中的一个的对向表面的粗糙度的处理，通过产生用于减小种层或基板(或它们中的每个上的SiO2或Si3N4中的结合层)中的一个的相对表面的亲水性的处理，得到低能量结合。此外，可选择用于结合层的不同材料，使得实现界面材料的弱本征相互化学亲和性。例如，可通过应用流体喷射或叶片施加的热处理或机械应力，执行基体基板的脱离。例如，在WO03/063214中公开了这种类型的脱离。如已经提到的，加工基板包括在拉链层的顶部或可去除结合界面处形成的种层。通过从晶圆转印到晶圆的层转印，例如，通过SmartCutTM工艺，将种层从种基板转印到基体基板。种层可包含或者不包含起初通过在种基板上外延生长形成的外延层。另选地，种层被从体种基板转印或者脱离体种基板。在本专利技术的优选实施方式中，种层不用作太阳能电池层，而是在种层上生长第一太阳能电池层。根据上述方法中的特定示例，所述第一加工基板包括拉链层和第一种层并且所述方法包括特别地随后执行的以下步骤：a)在所述拉链层脱离所述第一加工基板的基体基板；b)去除所述第一种层；c)特别地，通过导电结合接触件将所述第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层；d)去除所述第二基板。种层不必被用作太阳能电池层的部分，因为它的带隙会不适于将最终形成多结太阳能电池的一系列电池层中的最佳效率。因此，在本专利技术的实施方式中，种层不仅用于生长第一太阳能电池层，从而导致多结太阳能电池装置包括满足晶体特性和电特性的第一太阳能电池层(作为底部单元)。事实上，根据以上示例，可例如随后在通过诸如蚀刻的化学处理进行的处理中去除种层。在上述示例中，可生长具有高的晶体和电质量的太阳能电池层。例如，可实现小于106/cm2的位错密度。可通过激光剥离执行拉链层处的脱离：将激光束辐射到加工基板(例如，包括蓝宝石基板)，并且招致拉链层中材料降解，从而允许在拉链层脱离。此外，在上述示例中，在脱离第一加工基板直至将第三基板结合到第一加工基板的期间或者在此之后，第二基板为堆叠的太阳能电池层提供机械稳定性。第三基板是太阳能电池装置的最终基体基板。形成在最终基体基板上的太阳能电池层的堆叠可经受抛光处理，以实现最终的太阳能电池。抛光处理或构图的步骤可包括通过蚀刻、沉积和构图抗反射涂层和进行其电接触来用堆叠的太阳能电池层形成台面(形成在晶圆的完整表面上方)。最终基体基板可由导热和导电的材料制成，例如，由铝或铜或钼或钨或用于欧姆接触的像硅一样的被掺杂的半导体制成。由钨或钼或像Ge、GaAs或InP一样的被掺杂的半导体制成的最终基体基板可特别适于容纳由例如GaAs或GaAsOS(参见下文)制成的第二基板上设置的太阳能电池层的堆叠。特别地，最终基体基板的CTE与第二基板的CTE的差异应该小于30％，以避免与结合到最终基板相关的问题。根据用于制造多结太阳能电池的本专利技术方法的替代实施方式，第一加工基板包括体基板，所述体基板具有通过注入的离子物质而形成在其中(并且限定体基板的被注入表面和被注入物质的层之间的种层)的层，所述方法包括特别地随后执行的以下步骤：a)脱离第一加工基板的体基板的在通过注入的离子物质所形成的层处的部分；b)去除第一种层；c)特别地，通过导电结合将所述第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造多结太阳能电池装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一加工基板；提供第二基板；在所述第一加工基板上形成至少一个第一太阳能电池层，以得到第一晶圆结构；在所述第二基板上形成至少一个第二太阳能电池层，以得到第二晶圆结构；将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构；脱离所述第一加工基板；去除所述第二基板；将第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.28 EP 12290107.71.一种制造多结太阳能电池装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一加工基板；提供第二基板；在所述第一加工基板上形成至少一个第一太阳能电池层，以得到第一晶圆结构，其中，所述第一加工基板包括在所述第一加工基板内的方便在后续加工步骤中在晶圆结合之后脱离所述第一加工基板的层或界面；在所述第二基板上形成至少一个第二太阳能电池层，以得到第二晶圆结构；将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构；脱离所述第一加工基板；去除所述第二基板；以及将第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一加工基板包括拉链层和第一种层，并且其中所述方法包括随后执行的以下步骤：a)在所述拉链层脱离所述第一加工基板的基体基板；b)去除所述第一种层；c)通过导电结合接触件将所述第三基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层；d)去除所述第二基板。3.根据权利要求2所述的方法，其中通过所述第一加工基板的种层和基体层之间的电磁吸收层形成所述拉链层，并且通过激光剥离执行所述第一加工基板的脱离；或者所述拉链层是弱化层，并且通过施加热或机械应力执行所述第一加工基板的脱离；或者所述拉链层是多孔层；所述拉链层呈现低结合界面。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一加工基板包括蓝宝石基板，并且所述第一种层包括InP、InAs、GaSb或GaAs或者由InP、InAs、GaSb或GaAs组成。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个第一太阳能电池层包括第一层和第二层，和/或所述至少一个第二太阳能电池层包括第三层和第四层。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一层包括GaInAs或者由GaInAs组成，和/或所述第二层包括GaInAsP或者由GaInAsP组成，和/或所述第三层包括GaAs或者由GaAs组成，和/或所述第四层包括GaInP或者由GaInP组成。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二层和所述第三层分别形成在所述第一层和所述第四层上，或者所述第二层和所述第四层分别形成在所述第一层和所述第三层上。8.根据权利要求1所述的方法，其中通过直接结合执行将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构的步骤。9.根据权利要求1所述的方法，其中在室温下执行将所述第一晶圆结构结合到所述第二晶圆结构的步骤，之后在40...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·吉瑟兰，尚塔尔·艾尔纳，F·迪姆罗特，A·W·贝特，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR