多晶硅板制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制造至少一个多晶硅膜（６８，７０）的方法，该多晶硅膜的两个面（６４，６６）之一呈现预定凹凸，在该方法中，多晶硅层（６０，６２）被沉积在支撑（５０）的两个面（５６，５８）的至少一个上。该方法包含步骤：压印该支撑（５０）的所述面（５２，５４）以向其提供与所述凹凸匹配的形状；在该支撑（５０）的所述压印的面（５６，５８）上沉积所述多晶硅层（６０，６２），与所述压印的面（５６或５８）接触的所述多晶硅层的表面（６４或６６）所述凹凸的形状相匹配；以及取出所述多晶硅层（６０或６２）以获得所述多晶硅膜（６８或７０）。本发明专利技术适用于制造太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多晶硅板的制备方法，具体地涉及小厚度的板，各个板的两个面中至少一个具有预定凹凸。该凹凸可存在于面的大部分上(例如对于纹理化(texture)的情形)和/或小部分上(对板做标记或者通过肋强化其刚度)。该方法最适用于制造太阳能电池，也称为光伏电池或太阳电池。
技术介绍
典型的光伏电池为具有n-p结的二极管，该结非常浅并平行于表面。受光照时，能量hv大于半导体禁带宽度Eg的光子被吸收并产生电子-空穴对。以这种方式产生的少数载流子(n区内为空穴，p区内为电子)被n-p结收集。由此形成从n区流向p区的电流Iph。金属接触形成于n型区(发射极)的表面上以及p型区(基极)的背面上，从而收集该电流。光伏发电的市场主要为制作于结晶硅上的n-p(或p-n)结类型的光伏电池。通常需要寻求在特定光照下产生的光电流密度的最大值。这等于最大化对由入射辐射有用部分(能量hv＞Eg)所产生的少数载流子的收集。几种技术被用于这种目的。例如，其中一些技术为增大基极的厚度，使得靠近红外的长波长光子可以被吸收(但是导致硅消耗这一不利方面)；减小结的深度以促进基极内对靠近UV的短波长光子的吸收；在光照面上沉积抗反射层，以改善对入射辐射的收集；或者真正减少在界面(前面、背面、接触)的复合过程。最后的技术为对表面进行纹理化。该技术例如描述于J.Nijs，J.Szlufcik，J.Poortmans et al.发表于IEEE Trans.Electron Devices 46(10)(1999)1948的文献，其包含形成表面凹凸，换而言之，对表面进行纹理化以形成锥体。图1示出了这种技术工作的原理。硅层12的接收光的面10由准相同且相邻的锥体14(用三角形剖面表示)的阵列构成，锥体14的侧面与锥体基底形成约45°角。垂直表面的入射光束16首先产生被吸收于层12中的折射束18，其次产生反射束20。反射束射到相邻锥体，首先产生离开硅层并因此损失的反射束22，其次产生第一折射束24，该第一折射束24随后形成被该层吸收的第二折射束26。该凹凸因此增大了光伏电池的总效率。特别地·入口面上的有效光反射系数减小了，尤其是当入射光包含大的散射光分量时；以及·在基底内传播的光线相对于该光伏电池的宏观表面的倾斜角度大幅增大，这产生两个后果首先增大了在半导体基底内的传播距离，其次增大了该半导体的背面上光的反射系数。这两个效果增大了长波长光子被吸收的可能性。因此，和硅层具有平面表面的太阳能电池相比，这些效果有助于增大光电流密度以及太阳能电池的开路电压。当期望大幅减小硅层厚度以降低器件成本时，通常从约300微米(μm)或350μm(传统的光伏电池)减小到小于100μm或者降低到50μm(或者甚至更小)时，存在这种纹理对于维持高转换效率是非常重要的。在该范围内，且在背面上的反射系数通常小于0.6(在背面上的垂直入射)，近垂直入射表面的入射辐射的大部分未在该材料的厚度中被吸收，除非采取了预防措施。
技术实现思路
本专利技术的一个应用在于将多晶硅层纹理化以制作太阳能电池，尤其有益于小于300μm的小厚度的层。该纹理化包含将预定凹凸，例如平行凹槽的阵列或锥体阵列传递到层表面。在仅适用于表面接近(100)晶面的单晶硅板的第一已知纹理化技术中，使用KOH和异丙醇的溶液化学蚀刻该表面以进行纹理化。这种蚀刻是高度各向异性并特别针对(100)晶面的，且可以在宏观表面上获得倾角为45°的非常规则的微米尺寸的锥体。然而，这种技术在应用于多晶硅板时，有效性降低很多，而多晶硅板出于成本原因被越来越多地使用。在这种情况下，其他技术已经被尝试。然而，这些技术依赖于各向同性蚀刻，即，在相似条件下攻击所有晶粒的蚀刻使用酸介质的化学或电化学蚀刻(描述于文献V.Y.Yerokhov，R.Hezel，M.Lipinski，R.Ciach，H.Nagel，A.Mylyanych，P.Panek，Solar Energy Materials&Solar Cells 72(2002)291-298)、气体中的反应离子蚀刻(RIE)，例如使用包含氯化物的等离子体(描述于文献S.Fujii，Y.Fukawa，H.Takahashi，Y.Inomata，K.Okada，K.Fukui，K.Shirasawa，Solar Energy Materials&Solar Cells 65(2001)269-275)。另一个已知技术涉及机械蚀刻，描述于文献F.Duerinckx，J.Szulfcik，J.Nijs，R.Mertens，C.Gerhards，C.Markmann，P.Fath，G Willek，High efficiency，mechanically V.textured，screen printed multicrystalline silicon solar cells withsilicon nitride passivation，Proceedings 2nd World Conference on PV SolarEnergy Conversion，1998。机械蚀刻包含使用例如金刚砂轮的机械工具，通过机械方法直接在硅层表面上形成凹凸，例如互相平行的凹槽或锥体的阵列。然而该操作显著扰乱了厚度约10μm以上的硅的结构，由此产生如下效果，即，在随后将硅进行热处理之后在硅的所有体积内引发缺陷。此外，机械蚀刻缓慢且昂贵，因此在工业上是无效的。每个这些技术在成本方面(电化学蚀刻、等离子体蚀刻和机械蚀刻)或者在有效性方面(酸化学蚀刻)存在严重的限制。鉴于所涉及的处理和/或机械应力，多个这些技术不适用于厚度小于300μm的非常薄的板，这种板通常非常脆。这适用于机械蚀刻且在一定程度上适用于电化学清洗(处理)。本专利技术的方法不存在以上缺点。本专利技术的另一个应用涉及对板做标记，从而将一个板或一系列硅板与其他硅板区分开。本专利技术的另一个应用在于强化薄硅板的刚度。一般而言，通过提出一种比现有技术方法廉价的方法，且该方法是有效的，因为其不扰乱硅的内部结构并可以工业实施，本专利技术解决了浮雕多晶硅板的问题，特别是小于300μm的小厚度的多晶硅板。更确切地说，本专利技术提供了一种制造至少一个多晶硅板的方法，该多晶硅板的两个面之一呈现预定凹凸，在该方法中，多晶硅层被沉积在支撑(support)的两个面中至少一个上，该方法的特征在于以下步骤·浮雕该支撑的所述面以向其传递与所述凹凸互补的形状；·在该支撑的所述浮雕面上沉积多晶硅层，与所述浮雕面接触的所述多晶硅层的表面于是呈现所述凹凸的形状；·切割所述多晶硅层；以及·除去所述支撑以获得所述多晶硅板。该预定凹凸可执行一个或多个功能。例如，该凹凸可用于纹理化硅板的面。这种情况下，该凹凸至少占据该面(或多个面)的大部分。除纹理化之外或与纹理化无关地，该凹凸可用于使用参考来标记该硅层，以将该板或者由该硅层衍生的一系列板与其他硅板区分开。当该凹凸仅涉及板的一部分时，其还可通过产生肋而用于增大本身相对柔软的薄硅板的刚度。由于本专利技术最为适用于制造太阳能电池，所述凹凸可被选择来将该硅层表面的大部分纹理化，从而增大入射光被吸收到所述层的概率。在本专利技术的第一变形实施中，所述纹理化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造至少一个多晶硅板（６８，７０）的方法，所述至少一个多晶硅板的两个面之一（６４，６６）呈现出预定凹凸，在所述方法中，多晶硅层（６０，６２）被沉积在支撑（５０）两个面的至少一个（５６，５８）上，所述方法的特征在于以下步骤：浮雕所 述支撑（５０）的所述面（５２，５４）以向其传递与所述凹凸互补的形状；在所述支撑（５０）的所述浮雕面（５６，５８）上沉积所述多晶硅层（６０，６２），与所述浮雕面（５６或５８）接触的所述多晶硅层的表面（６４或６６）于是具有所述凹凸的形状 ；切割所述多晶硅层（６０或６２）；以及除去所述支撑以获得所述多晶硅板（６８或７０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2004-4-5 04506801.一种制造至少一个多晶硅板(68，70)的方法，所述至少一个多晶硅板的两个面之一(64，66)呈现出预定凹凸，在所述方法中，多晶硅层(60，62)被沉积在支撑(50)两个面的至少一个(56，58)上，所述方法的特征在于以下步骤浮雕所述支撑(50)的所述面(52，54)以向其传递与所述凹凸互补的形状；在所述支撑(50)的所述浮雕面(56，58)上沉积所述多晶硅层(60，62)，与所述浮雕面(56或58)接触的所述多晶硅层的表面(64或66)于是具有所述凹凸的形状；切割所述多晶硅层(60或62)；以及除去所述支撑以获得所述多晶硅板(68或70)。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述支撑(50)为碳带。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述碳带在其表面(52，54)被浮雕以向其传递与所述凹凸互补的所述形状之后，被覆盖了热解石墨的保护涂层(56，58)。4.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，通过将所述支撑夹在两个轧辊(30，32)之间并使所述支撑(28)在所述两个轧辊之间穿过，所述支撑的所述面(46，48)被浮雕以向其传递与所述凹凸(44)互补的形状，所述轧辊中至少一个的浮雕表面具有所述预定凹凸的形状。5.根据任一权利要求1至3的方法，其特征在于，通过模具对所述支撑进行浮雕，所述支撑面被浮雕以向其传递与所述凹凸互补的形状，所述模具的浮雕表面具有其上已经浮雕了所述预定凹凸的平面表面的形状。6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，所述轧辊(30，32)或所述模具的所述表面优选地由选自碳、碳化硅、硅和氮化硅的材料制成。7.根据权利要求4或6的方法，其特征在于，所述两个轧辊(30，32)的浮雕表面具有所述凹凸的形状，所述支撑(28)的两个面(46，48)于是在夹在并穿过所述轧辊之间时具有与所述凹凸(44)互补的形状。8.根据权利要求3和7的方法，其特征在于，使所述带(72)穿过熔融的硅浴(80)并以固定速度(86)垂直向上提拉以离开所述浴，多晶硅层(88，90)被同时且连续地沉积到所述带(72)的两个面(74，76)上，由此获得两个多晶硅层(88，90)，每个所述多晶硅层的一个表面具有所述凹凸。9.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，所述支撑(28，50，72，100)通过将由所述支撑和所述多晶硅构成的组件加热到高温而烧掉从而被除去。10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在所述支撑被烧掉之后，具有所述凹凸的形状的多晶硅的面(64，66)被清洗。11.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，所述支撑(28，50，72，100)的厚度范围为200μm至350μm，优选范围为200μm至300μm。12.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，所述多晶硅层(68，70，88，90)的厚度范围为40μm至300μm。13.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述保护涂层(56，58)的厚度基本上等于1μm。14.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德雷米，克里斯琴贝劳特，
申请(专利权)人：索拉尔福斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]