[发明专利]制备选择晶体生长基片的方法

说明书

本发明涉及一种制备选择晶体生长基片的方法，一种选择晶体生长的方法和一种利用该方法制备太阳电池的方法。本发明尤其涉及一种能够以低成本连续进行选择晶体生长的方法，一种制备用于选择晶体生长基片的方法，以及一种利用上述选择晶体生长方法能够连续制备具有良好能量转换效率的太阳电池的方法。

太阳电池已被用作各种仪器的驱动能源。

太阳电池具有一个采用Pn结或pin型结的功能部分，通常是使用硅作为构成这些Pn结和pin型结的半导体。就光能转换成电力的效率而言，较好是使用单晶硅，但就扩大面积和降低成本而言，则认为非晶硅是有益的。

近几年来，为了类似非晶硅的低成本和类似单晶硅的高能量转换效率之目的，对使用多晶硅作为了不少研究。然而按照现有技术所建议的方法，将大块成形多晶切成薄片并使用，因此难于制成0.3毫米或更小的厚度，从而不能使厚度达到足以使光剂量充分吸收的薄厚度。因此，不可能有效地利用这种材料。简言之，为了提高效率和降低制造成本，必须使厚度尽量薄些。

因此，已经进行了通过使用如化学汽相沉积（CVD）等薄层形成技术来生成多晶硅薄膜的尝试，但用该方法得到的晶粒尺寸至多的几微米，即使与大块多晶硅切成的薄片相比时，其能量转换效率是比较低的。

还有，已进行了通过用激光束照射由上述CVD方法形成的多晶硅薄层，由此使其熔化和再结晶以增大晶粒尺寸的尝试，但对降低成本方面则不尽人意，而且也难于做到稳定生产。

这种状况不局限于硅，对化合物半导体也同样的如此。

另一方面，作为一种用于改善太阳电池的整体生产率的方法，是US4400409所公开的方法。该方法包括连续地将缠绕在释放卷轴上的基片从释放卷轴上展开，然后将该基片送入薄层形成室，在薄层形成室中进行薄层生成的处理，随后将薄层连续地缠绕在接受卷轴上。US4400409还公开了通过提供多个薄层形成室将彼此不同的半导体层迭合。然而，即使用这种方法制备太阳电池时，也不能得到上述大尺寸晶粒的多晶薄层，在这种情况下，得到的转换效率不能令人满意。

另一方面，作为一种制备具有足够大晶粒尺寸和良好能量转换效率的薄型太阳电池的方法，是公开在EP276961A₂中的方法。该申请公开了“制备太阳电池的一种方法，该方法包括：在基体表面上进行形成第一导电型的第一个半导体层，包括将不同于构成所说基体表面的材料加到所说的基体上的步骤，该材料的成核密度（ND）在足够小的面积上充分大于构成所说基体表面材料的成核密度，以使晶体生长仅由一个单核发生，从而形成一个成核表面，将晶体形成处理用于所说的基体以在成核表面上形成单核，并自单核生长单晶;然后在上述第一个半导体层上形成第二导电型的第二个半导体层”。

这种工艺运用了选择单晶生长的方法。选择单晶生长的方法是这样一种方法，其中通过利用各种材料间参数的差异，这些参数在薄层形成工艺中可影响成核，如表面能、附着系数、剥离系数、表面扩散速度等等，使晶体选择性地生长。更确切地说，它是这样一种方法，其中在非成核表面上（具有较小成核密度的表面）提供的成核表面的基础上使单晶生长，该成核表面具有比所述非成核表面足够大的成核密度并具有充分微小的表面积，以便仅仅形成生长单晶的核，在这种方法中，自非成核表面上不发生单晶生长，而单晶生长仅发生在成核表面上。然而，即使可以使用这种方法，对制备具有良好生产效率的大面积太阳电池来说，仍留有不少有待改进之处。

上述EP276961A₂公开专利申请所描述的工艺方法中，将由通常采用现有技术的光刻方法进行的常规图形实际用于提供不同种类的可在基体表面上变成成核表面的材料。

这种光刻步骤是以批量处理来完成的。由于这一原因，为了利用大尺寸晶粒获得高性能太阳电池，同时并连续进行多个步骤，从而难于改进生产效率。

因此，利用上述任何一种方法，在目前状况下，通过利用能得到良好转换效率并具有良好生产效率的大尺寸晶粒制备太阳电池是极为困难的。

作为本发明者们考虑到上述现有技术进行充分研究的结果，本发明是建在如下所得到的发现的基础上的，该发现是可以通过在所需的基体区域上集中施加一种电场，由此使成核表面由非成核表面上暴露出来，而不是直接使用光刻来形成选择晶体生长的基体。