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用于制造多结太阳能电池装置的方法，该方法包括以下步骤：设置具有下表面和上表面的第一基板；设置具有下表面和上表面的第二基板；在第一基板的上表面和第二基板的下表面处将第一基板结合到第二基板；以及随后在第一基板的下表面上形成至少一个第一太阳能电池层，并且在第二基板的上表面处形成至少一个第二太阳能电池层。

【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，具体地，涉及包括晶片转移(transfer)工艺的多结太阳能电池基板的制造和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
光伏电池或太阳能电池被设计为用于将太阳辐射转换为电流。在聚光太阳能光伏应用中，入射太阳光在指向太阳能电池之前被光学集中。例如，入射太阳光由主镜接收，主镜向次镜反射接收到的辐射，次镜依次向太阳能电池反射辐射，太阳能电池通过在III-V族半导体或单晶硅中产生电子-空穴对将集中的辐射转换为电流。另选地，太阳光可以通过利用如菲涅尔(Fresnel)透镜的透射光学器件集中到太阳能电池上。因为不同的半导体材料组成对于不同波长的入射太阳光显示出最佳吸收，所以提出了多结太阳能电池，例如，该多结太阳能电池包括三个电池，这三个电池在不同波长范围中显示最佳吸收。例如，三电池结构可以包括间隙值为1.8eV的GaInP顶电池层、间隙值为1.4eV的GaAs中间电池层和间隙值为0.7eV的Ge底电池层。原则上，III-V族或IV族半导体可以用作通过层转移/结合而制造的多结太阳能电池装置的有源电池层。多结太阳能电池通常通过单片式外延生长来制造。单片式生长工艺通常要求任何形成的层是基本与之前形成的层或底层基板匹配的晶格。然而，在所生长的基板上的太阳能电池层的外延生长仍然存在晶格失配的棘手问题。例如，因为InP太阳能电池层的结晶和光学特性会由于晶格误配而严重劣化，所以不适合在Ge基板上外延生长InP太阳能电池层。另外，在通常使用的转移工艺中，中间基板在外延生长层转移之后被丢弃。由此，不管目前的工程进展如何，仍然需要一种多结太阳能电池装置的改进制造工艺，在该工艺中，实现具有低缺陷率的太阳能电池层并且可以循环使用中间基板。
技术实现思路
本专利技术解决了上述需求，因此提供了一种用于制造多结太阳能电池装置的方法，该方法包括以下步骤：设置第一基板；设置第二基板；将第一基板结合到第二基板；并且随后在第一基板的所露出的表面上形成至少一个第一太阳能电池层，并且在第二基板的所露出的表面处形成至少一个第二太阳能电池层。由此，所得到的结构在结合的第一基板和第二基板的任意一侧(分别是上表面和下表面)上包括至少一个太阳能电池层。与现有技术不同，在任意太阳能电池层已经形成在基板上之前，在第一基板和第二基板的主表面处执行结合。因为这些基板的结合表面可以在结合之前制备(例如通过抛光)，所以可以高质量地实现结合，具体地，与涉及一个或两个(外延生长)太阳能电池层的结合相比，可以以更好的质量实现结合。接触和结合可以在大约400℃至大约600℃(更优选地，在450℃到550℃之间)的相对高温下执行。优选地，虽然不排除在更高温度下执行接触步骤，但可以在达到400℃到600℃之间的最大温度的退火步骤之前，在室温下执行接触步骤。结合步骤对于所得到的结构的质量是重要的，并且有利的是，执行高温结合退火，以便在两个基板之间实现高质量的结合界面，而没有明显缺陷。在形成优选方法的直接结合的情况下，可以执行待结合的表面的抛光，以便在例如5*5微米的领域上使表面平滑为0.5nmRMS，以于随后的太阳能电池获得增强的结合强度和改善的效率和可靠性。另选地，导电、透光材料可以用作结合层并且促进两个基板的粘合。例如，第二基板可以是大约100微米(或从大约100微米至大约300微米)的相对薄的基板，以向所得到的结构提供机械稳定性。具体地，第二基板可以由GaAs制成或包括GaAs。第一基板可以以加工基板(具体地，包括蓝宝石)的形式设置。术语“加工基板”包括与仅纯块状基板(purebulksubstrate)不同的基板，而是包括形成在基板中的层或界面，以便于从由第一晶片结构和第二晶片结构的结合而得到的结构去除该层或界面。具体地，“加工基板”可以包括晶种层与底基板之间的拉链层(zipperlayer)。具体地，加工基板可以包括在去除加工基板的步骤中从晶种层分离的底基板。利用拉链层的分离允许循环使用所分离的基板。在本申请中，“加工基板的分离”的表达应当被解释为底基板的分离。该分离步骤可以在去除拉链层的可能的残留物(若有的话)和从残留结构去除晶种层之前。拉链层可以是限定上晶种层和下底基板的、例如通过合适的处理(例如，在基板中进行氢离子注入或氦离子注入)而形成的弱化层。拉链层可以通过在底基板的表面处进行阳极蚀刻、由多孔埋层形成。然后，可以在多孔层的顶部上执行晶种层的外延生长。拉链层可以以吸收层的形式设置，用于在外延工序(Si矩阵中的SiGe，具体地，Si基板中20％的SiGe中间应变层)期间在中间应变层中进行激光剥离、化学剥离或机械分离。在该另选方案中，拉链层可以由晶种层本身形成，例如，晶种层可以选择性且化学性地蚀刻开去，以分离加工基板。如从WO2010015878可知，拉链层也可以由插入在晶种层与透明底基板之间的、用于激光剥离的SiN吸收层形成。用于加工基板的另一种可能性如下。可去除结合界面(呈现小于1.5J/m2的低结合能，优选地，小于1J/m2)形成在晶种层和基底支撑部相面对的表面(facingsurface)之间。在该可能性下，拉链层由可去除结合界面形成。在将加工基板加热到外延生长温度的情况下，第一太阳能电池层可以在保护结合界面的可去除特性的同时在晶种层上通过外延而生长。通过执行用于增大晶种层或基板其中之一的接触面的粗糙度的处理(尤其是通过化学侵蚀或蚀刻来执行)，通过完成用于减小晶种层或基板其中之一的接触面(或晶种层和基板的每个上的SiO2或Si3N4中的结合层)的亲水性，获得低能结合。而且，可以选择用于结合层的不同材料，以实现界面材料的较弱的内在相互化学亲和力。例如，可以通过施加热处理或从一股液体或刀片施加的机械应力来执行底基板的分离。这在WO03/063214中示例公开。如上所述，加工基板可以包括形成在拉链层的顶部或可去除结合界面处的晶种层。晶种层通过从晶片到晶片的层转移(例如，通过SmartCutTM工艺)而从晶种基板转移到底基板。晶种层可以包括或不包括通过外延在晶种基板上原始形成的外延层。另选地，晶种层已经从块状晶种基板转移或与块状晶种基板分离。在本专利技术的优选实施方式中，晶种层不用作太阳能电池层，而第一太阳能电池层生长在晶种层上。第一基板可以以InP块状基板的形式设置，该第一基板包括某个注入层中的H或He注入物(implant)，在某个注入层处，InP块状基板的一部分可以在结合到第二基板之后分离。第一基板也可以是上述加工基板。具体地，第一基板可以包括拉链层(参见上面的描述)并且该方法可以包括在拉链层处分离第一加工基板的一部分的步骤。不管怎样，根据示例性实施方式的本专利技术的方法可以包括在结合之后且在形成太阳能电池层之前减薄第一基板和第二基板中的至少一个基板。根据示例，第一基板以InP的形式设置在蓝宝石基板上，并且在分离蓝宝石基底并且可选地去除InP层上的残留材料之前，将InP层结合到第二基板。不管选择什么方法设置InP层，优选的是，该层的厚度小于10微米，更优选地，小于1微米。太阳能电池层可以以高结晶和电学质量生长在InP层(基板)上。例如，可以实现小于106/cm2的位错密度。如上面提到的，可以例如通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造多结太阳能电池装置的方法，该方法包括以下步骤：设置第一基板；设置第二基板；将所述第一基板结合到所述第二基板；并且随后在所述第一基板的露出的表面上形成至少一个第一太阳能电池层，并且在所述第二基板的露出的表面处形成至少一个第二太阳能电池层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.28 EP 12290108.51.一种用于制造多结太阳能电池装置的方法，该方法包括以下步骤：设置第一基板；设置第二基板；将所述第一基板结合到所述第二基板；并且随后在所述第一基板的露出的表面上形成至少一个第一太阳能电池层，并且在所述第二基板的露出的表面处形成至少一个第二太阳能电池层。2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在结合之后且在形成所述太阳能电池层之前，减薄所述第一基板和所述第二基板中的至少一个基板。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述第一基板是第一加工基板。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一基板包括拉链层，并且其中，所述方法包括在所述拉链层处分离所述第一加工基板的一部分的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述拉链层经由所述第一加工基板的晶种层与基底层之间的电磁吸收层形成，并且所述第一加工基板的分离通过激光剥离来执行；或者，所述拉链层是弱化层，并且所述第一加工基板的分离通过施加热应力或机械应力来执行；或者所述拉链层是多孔层；所述拉链层呈现低结合界面。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述弱化层形成为H和/或He注入物。7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括抛光所述基板的待结合的表面。8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在结合之后在所述至少一个第一太阳能电池层上形成接触部，或者在结合之后在所述至少一个第二太阳能电池层上形成接触部。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一基板包括InP。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二基板包括GaAs或由GaAs组成。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二基板是第二加工基板。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二加工基板是蓝宝石上的GaAs基板。13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括在结合所述第一基板和所述第二基板之后，分离所述第二加工基板的蓝宝石基底。14.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个第一太阳能电池层包括第一层和所述第一层上的第二层，和/或所述至少一个第二太阳能电池层包括第三层和所述第三层上的第四层。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一层包括GaInAs或由GaInAs组成，和/或所述第二层包括GaInAsP或由GaInAsP组成，和/或所述第三层包括GaAs或由GaAs组成，和/或所述第四层包括GaInP或由GaInP组成。16.根据权利要求1所述的方法，其中，在400℃至600℃的温度下，执行结合所述第一基板和所述第二基板的步骤。17.根据权利要求16所述的方法，其中，在450℃到550℃之间的温度下，执行结合所述第一基板和所述第二基板的步骤。18.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括在分离所述第一基板之后，将底基板结合到所述至少一个第一太阳能电池层。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述底基板由Cu、Mo、W或Si或Al制成。20.根据权利要求1...

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