[發明專利]硅薄膜、硅薄膜光伏電池以及它們的制造方法

無效

• 申請號: 201180002927.3
• 申請日: 2011-01-31
• 公開（公告）號: CN102713026A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 秋山信之
• 申請（專利權）人: 秋山信之
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;H01L21/02;H01L21/20;H01L31/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及薄膜狀態的硅的制造方法，并且本發明特別涉及通過在薄膜生長后從基板剝離獲得的可分離地用作薄膜的硅薄膜和硅薄膜光伏電池及其制造方法。

背景技術

在執行光伏發電的情況下，頻繁地使用作為半導體的硅。預期硅可提高光伏發電的效率，并且硅元素在地球上豐富存在且從資源消耗上看是自由的，因此期待硅在工業上發展。預期采用硅的光伏電池可提供25％的理論轉換效率，并且目前實現約20％的轉換效率。

用于獲得這樣光學效率的光伏發電的硅晶片可通過以下方式獲得：切割采用CZ法等形成的單晶硅或者在模具中溶化和固化的多晶硅的硅錠以具有約180μm的厚度，并且鏡面拋光切割面。這里，為了切割硅錠，廣泛地采用線鋸(wire?saw)。因此，為了制造一片硅晶片，切割余量是必要的，并且在考慮切割余量的情況下對于制造一片硅晶片而言，約360μm的厚度是必要的。

因此，通過應用允許用于光伏電池的硅晶片具有約30微米厚度的技術，可獲得所希望的發電量。然而，根據上述方法，為了獲得晶片在切割時的機械強度，需要形成厚度大于必要值的硅晶片，并且用于切割硅晶片的切割余量是必要的。從而，大部分的硅原材料被浪費，并且成為光伏發電的成本降低的很大負擔。

為了解決這個問題，提出了采用通過外延生長形成硅薄膜的技術(參見日本專利No.3007971、國際公開No.WO2005/069356、日本專利申請特開No.6-20945、日本專利申請特開No.4-199749、日本專利申請國家公開(特開)No.2009-505938、Applied?Physics，Vol.76?No.6，619，2007，“Phenomenon?and?Prospects?of?Silicon-Based?Photovoltaic?Cell”，written?by?Michio?Kondo，Research?Center?for?Photovoltaics，National?Institute?of?Advanced?Industrial?Science?and?Technology，and“MOS?Device?Epitaxial?Wafer，Chapter?2，Section?1：Epitaxial?Seicho?Gijutsu(Epitaxial?Growth?Technology)”，Realize?Inc.)，并且采用獲得的薄膜狀態的硅作為光伏電池的材料。此時，硅薄膜形成在硅基板上，因此其在形成后剝離是必要的。

在日本專利申請特開No.2002-217438中，公開了這樣的技術，其中在硅基板上外延生長硅薄膜，并且在生長后對基板施加應力，從而將硅薄膜從基板剝離。然而，根據這項技術，因為也對硅薄膜施加應力，所以應力可能容易集中在硅薄膜的特定位置，并且存在集中的位置產生裂縫或裂紋的困擾，從而該技術不適合于形成大面積的硅薄膜。

因此，考慮這樣一種技術，其中，通過對硅應用在藍寶石基板上選擇生長氮化鎵的技術，如日本專利申請特開No.2004-55799所述，剝離時對硅薄膜施加的應力可通過減少硅基板和硅薄膜之間的接合面積而得到抑制，從而易于執行機械剝離。

在美國專利No.4,578,142中，公開了這樣的技術，其中，通過在硅基板上選擇性形成氧化硅膜，在硅基板的暴露區域中生長單晶硅，沿著水平方向在氧化硅膜上生長單晶硅，并且用單晶硅薄膜覆蓋氧化硅膜的表面，而在硅基板上形成硅薄膜。

在日本專利申請提特開No.6-20945中，公開了這樣的技術，其中，通過在硅基板上選擇性形成氧化硅膜，在硅基板的暴露區域中生長單晶硅，沿著水平方向在氧化硅膜上生長單晶硅，并且覆蓋單晶硅薄膜，而在硅基板上形成硅薄膜。在日本專利申請特開No.6-20945中，目的是在生長后將作為絕緣膜的氧化硅膜和硅薄膜彼此分開。首先，作為絕緣膜的氧化硅膜通過熱氧化形成在硅基板上，利用通過混合顆粒直徑為1μm的硅石粉末獲得的光致抗蝕劑涂覆硅基板，然后通過采用通常的光刻技術在硅基板上設置狹縫狀的暴露區域。接下來，通過采用丙酮清洗硅基板，從粉末顆粒去除光致抗蝕劑，從而使硅石粉末保留在氧化硅膜上，其后，通過采用選擇性生長法在硅基板上形成硅薄膜。這些硅石粉末弱化了生長后的硅基板和硅薄膜之間的接合力，從而可執行從氧化硅膜上的剝離。