球形半导体颗粒的批量生产方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种球形半导体颗粒的批量生产方法和设备，该方法包括在坩埚中存储半导体；通过加热装置加热并熔化坩埚中的半导体；在气相中使来自坩埚的熔融半导体从喷嘴滴落；和通过振动装置振动坩埚中的所述熔融半导体或在气相中滴落的熔融半导体。本发明专利技术的方法和设备通过从喷嘴滴落已经在坩埚中熔化的半导体并且使该熔融半导体振动的简单操作，可以大量制作具有均匀颗粒直径的球形半导体颗粒。如此制作的颗粒可以容易地在气相中转变成单晶或多晶颗粒。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电设备，和一种适用于制造光电设备等的大量制作球形半导体颗粒的批量生产方法和设备。在本文所述的公开中，术语“pin结”应理解为包括如下结构，在近似球形的光电转换元件干形成有n-、i-和p-型半导体层，并由此使这些半导体层以所述顺序从该近似球形光电转换元件的内部向外设置或者从外部向内设置。
技术介绍
通常的现有技术提供的光电设备所包括的光电转换元件由晶体硅半导体晶片制成。现有技术的光电设备由于其晶体制作步骤复杂而成本较高。另外，制作半导体晶片的步骤不仅复杂，因为它包括块状单晶的切割、切片和磨光；而且该步骤也比较浪费，因为由切割、切片、磨光等产生的晶体废料在体积上多达初始块状单晶的大约50％以上。另一现有技术提供的光电设备所包括的光电转换元件由非晶硅(简称“a-Si”)薄膜制成，它解决了上面所述的问题。由于薄膜光电转换层由等离子体CVD(化学气相沉积法)方法形成，所以该现有技术光电设备具有如下优点，不再必需传统方法所需的诸多步骤例如块状单晶切割、切片和磨光，并且沉积膜可以整体用作器件活性层。然而该非晶硅光电设备具有如下缺点，由于非晶结构使得半导体内部具有大量晶体缺陷(即间隙状态)，非晶硅太阳能电池具有光电转换效率因光致退化现象而降低的问题。为解决此问题，现已研制开发出一种通过采用氢化处理以消减晶体缺陷的技术，从而实现了诸如非晶硅太阳能电池等电子器件的制造。然而即使这种处理也不能完全消除晶体缺陷的负面影响，例如非晶硅太阳能电池仍然具有光电转换效率降低15％至25％的弱点。一种用于抑制光致退化的新近研制技术已经实现一种堆叠型太阳能电池，其中光电活性i-型层制作得极薄，并且采用2结或3结太阳能电池，由此能成功地将光致退化抑制至大约10％。显然当太阳能电池的工作温度较高时其光致退化程度降低。尽管现在已经研制出可使太阳能电池在上述这种条件下工作的模块技术，但是它不能满足所有需求，因而还需要进一步的改进。再一个克服上述问题的现有技术公开在日本已审查的专利公告JP-B27-54855(1995)中。根据该现有技术，以下述方式制作一个太阳能阵列。将每个具有p-型硅球体和n-型硅表层的球形颗粒埋在具有多个孔的铝箔中。通过从铝箔的后侧蚀刻除去n-型硅表层，将内部的p-型硅球体加以暴露。将暴露式硅球体连接至另一铝箔板上。在该现有技术中，为了通过降低高纯硅的用量来降低成本，必须通过降低颗粒的外径来降低整个装置的平均厚度。为了提高转换效率，必须增大光接收表面，为此目的，必须将颗粒设置得彼此更加靠近。总之，需要将大量具有较小外径的颗粒密集排布并且连接至铝箔板上。这使得将颗粒连接至铝箔板上的步骤复杂化，结果不能实现充分的成本降低。需要上述这种球形半导体颗粒来制造如公开在JP-B2 7-54855中的太阳能阵列。在这种太阳能阵列中，通过将硅球形半导体颗粒电连接至金属箔基板上，可以获得由照射光至硅球形半导体颗粒产生的光电动力。如美国专利No.5,012,619中所公开的，这种球形颗粒以如下方式制造，而将固态材料压碎成具有不规则外形的颗粒，所得颗粒加入一个设有研磨用内衬的园筒中，并且在园筒中形成气体旋流以使颗粒与内衬碰撞或者使颗粒互相碰撞。该现有技术需要很多的时间和劳动来制造球形半导体颗粒，因而在成本降低方面是较差的。另一个现有技术公开在日本未审查的专利公告JP-A 8-239298(1996)中。在该现有技术中，用下述方式制作一个较细的硅棒。将一个保持竖直的硅棒的端部通过高频加热进行熔化。在硅籽晶熔融粘结至熔化的硅棒上之后，将硅籽晶与硅棒沿竖直方向彼此分离，从而获得粗细度小于1mm的细硅棒。该现有技术是以例如5mm/min至10mm/min的速度来制作细硅棒。但是，人们期望能以比此制造速度高得多的速度制作大量的球形半导体颗粒。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高度可靠的高效率的光电设备，它可以容易地大量制作同时降低了半导体材料例如高纯硅的用量，也即提供一种高度可靠的高效率的可以用较小量资源和能量消耗的低成本制造的光电设备。本专利技术的另一个目的在于提供一种能够容易地用简单操作来大量制作球形半导体颗粒的方法和设备。本专利技术的第一方面提供了一种光电设备，包括(a)多个光电转换元件，每个光电转换元件具有近似球形的形状并且包括一个第一半导体层和位于第一半导体层外部的一个第二半导体层，用于在第一与第二半导体层之间产生光电动力，第二半导体层具有一个开口，一部分第一半导体层通过该开口暴露出来；和(b)支座，包括一个第一导体，一个第二导体，和一个位于第一与第二导体之间用于使第一与第二导体彼此电绝缘的绝缘体，该支座具有多个彼此相邻设置的凹槽，凹槽内表面由第一导体或者由形成于第一导体上的覆盖层构成，光电转换元件位于相应的凹槽中，使得光电转换元件由构成凹槽的第一导体部分或形成于其上的覆盖层部分所反射的光束加以照射，第一导体电连接至光电转换元件的第二半导体层，并且第二导体电连接至第一半导体层的暴露部分。根据本专利技术，近似球形的光电转换元件设在支座的相应凹槽中，相应凹槽的内表面由第一导体或由形成在第一导体上的覆盖层构成。因此，外部光束例如日光直接照射在每个光电转换元件上，以及在由位于凹槽内表面上的第一导体部分或形成在第一导体上的覆盖层部分反射之后照射在每个光电转换元件上。由于光电转换元件位于相应凹槽中，所以其间形成有间隔，也就是说，其设置不是密集的。然而，降低了所用光电转换元件的数量，则结果可以减少光电转换元件的高纯度材料(例如硅)的用量，并且可以更容易地进行将光电转换元件连接至支座导体的步骤。另外，凹槽设置得彼此相邻，从而外部光束由凹槽的内表面加以反射然后照射在光电转换元件上。因此，光电转换元件可以有效地利用外部光束产生光电动力。相应地实现了与光电转换元件光源相对的每单位面积产生电能的最大化。光电转换元件可以由单晶、多晶或非晶体材料制成，并且可以由硅材料、化合物半导体材料等制成。光电转换元件可以具有pn结构、pin结构、肖特基势垒结构、MIS(metal-insulator-semiconductor，金属-绝缘体-半导体)结构、同质结结构、异质结结构等。内部第一半导体层通过外部第二半导体层的开口而部分暴露，这使得将光照射时在第一与第二半导体层之间产生的光电动力输出成为可能。位于支座相应凹槽中的相应光电转换元件的第二半导体层电连接至支座的第一导体。相应光电转换元件的内部第一半导体层的暴露部分电连接至第二导体，第二导体形成在第一导体上，并有绝缘体介于其间。在第一导体和第二导体延伸以形成平面的结构中，光电转换元件在平行于第一和第二导体的方向上彼此相连，从而可以产生大的电流。光电转换元件可以是完全球体，或者具有近似完全球面的外表面。第一半导体层可以是固体并且具有近似球形的形状。替代地，第一半导体层可以形成在一个预先制作的芯部的外表面上。作为进一步的替代方式，近似球形第一半导体层可以具有一个空心的中央部分。在本专利技术中，优选光电转换元件具有0.5mm至2.0mm的外径。根据本专利技术，光电转换元件可以具有0.5mm至2.0mm的外径，优选为0.8mm至1.2mm，更优选为大约1.0mm。这使得可以充分地降低材料例如高纯硅的用量并且使电能产生量最大化成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形半导体颗粒的批量生产方法，包括：在坩埚中存储半导体；通过加热装置加热并熔化坩埚中的半导体；在气相中使来自坩埚的熔融半导体从喷嘴滴落；和通过振动装置振动坩埚中的所述熔融半导体或在气相中滴落的熔融半导体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：浜川圭弘，室园干男，高仓秀行，山口由岐夫，山形顺，安田英典，
申请(专利权)人：珂琳二一风险投资株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]