所公开的主题涉及薄膜的激光结晶的使用，以产生外延纹理结晶厚膜。在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括：提供用于在衬底上结晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括具有主表面结晶取向的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；使用脉冲激光器从衬底的背面照射该膜，以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分同时籽晶层的第二部分保持固态；以及重新凝固顶层的第一部分，以形成以籽晶层外延的结晶激光，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据美国法典第35卷第119条(e)款要求以下申请的利益，这些申请的全 部内容通过引用被并入本文于2007 年 11 月 21 日提交的、标题为Methods and Systems forBackside Laser Induced Epitaxial Growth of Thick Film” 的第 60/989，729 号美国临时申请；以及于 2007 年 12 月 7 日提交的、标题为 “Methods and Systems forBackside Laser Induced Epitaxial Growth of Thick Film” 的第 61/012，229 号美国临时申请。本文中引用的所有专利、专利申请和专利出版物通过引用被全部并入本文。本申请涉及与其在同一日期提交的并且标题为“Systems andMethods for Preparing Epitaxially Textured Polycrystalline Films，，的共同拥有禾口共同未决的串 请，其内容通过引用被全部并入本文。
技术介绍
本文中描述的主题涉及用于制备外延生长纹理厚膜的系统和方法。厚膜在太阳能电池应用中特别有用，因为较厚的膜可以吸收更多的光子，从而产 生更多的电。太阳能电池或光伏电池是将光能转换为电能的器件。当材料暴露于光时，太 阳能或光伏电池在光吸收材料中产生电。当光能照射到太阳能电池时，光伏效应产生电。光吸收材料通常是半导体材料。当前有用在太阳能电池中的多种不同的半导体材 料且常见材料是硅。硅的最有效的形式(例如，从入射光中捕获最大量的能量)是作为单 晶硅。然而，单晶硅晶片是昂贵的。在很多光伏应用中，所使用的硅是相对厚的多晶或非晶 硅膜。例如，可以使用具有大约1微米至高达20微米的厚度的膜。多晶硅或非晶硅可以用 在试图降低制造成本中。然而，因而产生的电池不如使用单晶硅的电池有效。可以通过化学气相沉积(CVD)(例如等离子体增强(PE-CVD))从例如硅烷气体和 氢气制造硅薄膜。根据沉积参数，这可以产生非晶硅(a-Si)或多晶硅(poly-Si)。从这些 材料制造的太阳能电池往往具有比体硅更低的能量转换效率，但生产起来也更不昂贵，且 它们可以在大表面上产生。
技术实现思路
所公开的主题涉及薄膜的激光结晶的使用，以产生外延纹理结晶厚膜。在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括提供用于在衬底上结 晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括具有主表面结 晶取向的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；使用脉冲激光器从衬底的背面照射该膜， 以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分，同时顶层的第二部分保持固态；以及重新凝 固顶层的第一部分，以形成以籽晶层外延的结晶激光，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。在一个或多个实施方式中，籽晶层包括多晶硅。在一个或多个实施方式中，顶层包括非晶硅。在一个或多个实施方式中，顶层具有{111}取向的主表面结晶取向。在一个或多个实施方式中，顶层具有{100}取向的主表面结晶取向。在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。在一个或多个实施方式中，使用从下列项组成的组中选择的技术来沉积籽晶层 区熔再结晶(ZMR)、固相再结晶、化学气相沉积(CVD)、溅射、蒸发、表面能量驱动的二次晶 粒生长(SEDSGG)、混合相凝固和脉冲激光结晶法。在一个或多个实施方式中，该方法包括使用脉冲照射在背面照射籽晶层，以在籽 晶层的整个厚度中增加籽晶层的纹理。在一个或多个实施方式中，使用从低压化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD、 物理气相沉积技术和溅射沉积组成的组中选择的方法来沉积顶层。在一个或多个实施方式中，该膜包括从金属和半导体材料组成的组中选择的材 料。在一个或多个实施方式中，顶层具有在1微米到大约20微米的范围内的厚度。在一个或多个实施方式中，籽晶层具有在50纳米到大约1微米的范围内的厚度。在一个或多个实施方式中，照射膜的步骤包括用连续波或准分子激光器照射。在一个或多个实施方式中，该方法包括从膜的上表面加热膜。在一个或多个实施方式中，加热包括从膜的正面共同照射。在一个或多个实施方式中，加热包括与加热的表面接触。在一个或多个实施方式中，照射熔化整个顶层。在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括提供用于在衬底上结 晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括具有主表面结晶取向 的籽晶层、在籽晶层之上布置的顶层、以及在籽晶层之下布置的金属层；使用在金属可吸收 的波长处的脉冲激光器来照射膜以加热金属层，所述热被传输到顶层以在与籽晶层的界面 处熔化顶层的第一部分，同时籽晶层的第二部分保持固态；重新凝固顶层的第一部分，以形 成以籽晶层外延的结晶层，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。在一个或多个实施方式中，照射步骤通过膜的正面进行。在一个或多个实施方式中，光的一部分被膜吸收。在一个或多个实施方式中，照射步骤通过膜的背面进行。在一个或多个实施方式中，该方法包括在籽晶层和金属膜之间提供缓冲层。在一个或多个实施方式中，制造太阳能电池的方法包括通过提供用于在衬底上 结晶的膜来制备结晶硅层，其中衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括包 含具有表面纹理的晶粒的籽晶层以及在低缺陷密度籽晶层之上布置的顶层，所述顶层具有 大于籽晶层的厚度；使用脉冲激光器从衬底的背面照射膜，以在与籽晶层的界面处熔化低 质层的一部分，其中晶体从籽晶层外延地生长；以及在两个电极之间布置多晶硅层。在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的系统包括衬底，其中衬底的至少 一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括布置在衬底上用于结晶的膜，该膜包括包含具 有表面纹理的晶粒的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；用于使用脉冲激光器从衬底的 背面照射膜以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分同时顶层的第二部分保持固态的装置；以及用于使结晶材料的第一部分生长以在籽晶层上形成外延层从而释放足以熔化顶 层的相邻部分的热的装置。在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。 附图说明如附图所示的，从以下更具体的描述中，本文中所述的实施方式的上述和其他特 征将明显。图1简要示出了根据本文中所述的一个或多个实施方式的激光照射方法。图2是根据本文中所述的一个或多个实施方式的背面照射过程的简要说明。图3是根据本文中所述的一个或多个实施方式的具有位于衬底和籽晶层之间的 金属膜的厚膜的横截面。图4a_4c是根据本文中所述的一个或多个实施方式的厚膜的正面照射过程的简 要说明，其中金属膜位于衬底和籽晶层之间。具体实施例方式按照惯例，使用在高温执行的化学气相沉积(CVD)工艺来进行薄膜的外延生长， 以确保籽晶层的晶格取向的高质再现。然而，这样的工艺需要使用可以经受高温的衬底。如 果还需要或期望衬底的透明度，如对于太阳能电池可能是这种情况，则衬底需要由石英或 专用高温玻璃制造。这些衬底可能是昂贵的并且可能在大尺寸下不可得到。此外，经由CVD 的外延可能具有非常低的沉积率。以前，通过在薄结晶籽晶层(C-Si)上沉积在此也被称为“顶层”的厚的有缺陷的 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备厚结晶膜的方法，包括：提供用于在衬底上结晶的膜，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括：（ａ）籽晶层，其具有主表面结晶取向；以及（ｂ）顶层，其布置在所述籽晶层之上；使用脉冲激光器从所述衬底的背面照射所述膜，以在与所述籽晶层的界面处熔化所述顶层的第一部分，同时所述顶层的第二部分保持固态；以及重新凝固所述顶层的所述第一部分，以形成以所述籽晶层外延的晶体激光，从而释放热以熔化所述顶层的相邻部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-21 60/989,729;US 2007-12-7 61/012,229一种用于制备厚结晶膜的方法，包括提供用于在衬底上结晶的膜，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括(a)籽晶层，其具有主表面结晶取向；以及(b)顶层，其布置在所述籽晶层之上；使用脉冲激光器从所述衬底的背面照射所述膜，以在与所述籽晶层的界面处熔化所述顶层的第一部分，同时所述顶层的第二部分保持固态；以及重新凝固所述顶层的所述第一部分，以形成以所述籽晶层外延的晶体激光，从而释放热以熔化所述顶层的相邻部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述籽晶层包括多晶硅。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层包括非晶硅。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层具有{111}取向的主表面结晶取向。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层具有{100}取向的主表面结晶取向。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶层具有大于所述籽晶层的厚度。7.根据权利要求1所述的方法，其中使用从下列项组成的组中选择的技术来沉积所述 籽晶层区熔再结晶(ZMR)、固相再结晶、化学气相沉积(CVD)、溅射、蒸发、表面能量驱动的 二次晶粒成长(SEDSGG)、混合相凝固和脉冲激光结晶法。8.根据权利要求7所述的方法，还包括使用脉冲照射在背面照射所述籽晶层以在所述 籽晶层的整个厚度中增加所述籽晶层的纹理。9.根据权利要求1所述的方法，其中使用从低压化学气相沉积(CVD)、等离子体增强 CVD、物理气相沉积技术和溅射沉积组成的组中选择的方法来沉积所述顶层。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜包括从金属和半导体材料组成的组中选 择的材料。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶层具有在1微米到大约20微米的范围内的厚度。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述籽晶层具有在50纳米到大约1微米的范围 内的厚度。13.根据权利要求1所述的方法，其中照射膜的所述步骤包括用连续波或准分子激光 器照射。14.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述膜的上表面加热所述膜。15.根据权利要求14所述的方法，其中加热包括从膜的正面共同照射。16...
【专利技术属性】
技术研发人员：JS伊姆，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。