專利名稱：太陽能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及太陽能電池及其制造。特別地，本發(fā)明涉及具有產(chǎn)生增強的太陽能電池性能指標(biāo)的結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能電池在制作過程中必須經(jīng)過許多的制造步驟。這些步驟中的每一步通常都需要非常當(dāng)心以便保證太陽能電池滿足其目標(biāo)規(guī)格(性能指標(biāo))，這些規(guī)格也包括其他諸如轉(zhuǎn)換效率、開路電壓、短路電流密度、以及填充系數(shù)。聚光光伏(CPV，concentrated photovoltaics 或 concentrator photovoltaics) 領(lǐng)域(在該領(lǐng)域中，太陽光匯聚(聚集)于太陽能電池上)近來已經(jīng)成為眾多研究、開發(fā)、 以及商業(yè)活動的焦點。CPV的目標(biāo)之一是在更小尺寸的太陽能電池上產(chǎn)生更多電力。這要求小面積的高效率太陽能電池。用于CPV的太陽能電池的示例性尺寸例如可以是從15mm χ 15mm至Imm χ Imm或更小。典型地，用于CPV的多個多結(jié)太陽能電池外延生長在相同半導(dǎo)體晶片上并且隨后通過沿著預(yù)設(shè)的鋸切道(sawing lane)或切割道(cutting lane)鋸切晶片而彼此分開。 典型地，鋸切半導(dǎo)體晶片的缺點之一是鋸切會沿著鋸切口(saw cut)在太陽能電池的周邊 (perimeter)上產(chǎn)生缺陷。在這些缺陷的擴散長度內(nèi)的光生載流子(即電子和空穴)能擴散至缺陷并且在缺陷處被俘獲(trap)或復(fù)合(recombine)，從而降低了太陽能電池的性能指標(biāo)?；瘜W(xué)和表面鈍化，例如濕法蝕刻或SiN等離子增強化學(xué)氣相沉積，能用于消除或鈍化這些缺陷。然而，有很大可能一部分缺陷仍會保留。此外，在一些鈍化工藝中使用的化學(xué)物質(zhì)是環(huán)境不友好型的，并且處理它們成本高昂。太陽能電池性能指標(biāo)的下降在由高質(zhì)量材料制成的小的太陽能電池上表現(xiàn)特別明顯，高質(zhì)量材料為光生載流子提供了長的擴散長度。這種長的擴散長度使大部分光生載流子到達(dá)太陽能電池的周邊，在由鋸切工藝所產(chǎn)生的缺陷處復(fù)合(或被俘獲)。過去，高效率太陽能電池主要使用在空間應(yīng)用上，例如，為衛(wèi)星提供電力。在這種應(yīng)用中，太陽能電池具有大的表面積，并且基本上很少或不擔(dān)心有關(guān)于器件的周邊上的缺陷處的光生載流子的復(fù)合。由于在太陽能電池的周邊上的缺陷處復(fù)合的是小部分光生載流子，因此，任何這種復(fù)合對轉(zhuǎn)換效率的影響是可忽略的。另一缺點是在半導(dǎo)體晶片上太陽能電池之間提供的鋸切道和鋸縫(saw kerf)占據(jù)了相當(dāng)大部分的晶片(太陽能電池形成于該晶片上)。在鋸切道中使用的材料最終會浪費，而不是用于將光轉(zhuǎn)換為電。由于當(dāng)太陽能電池具有小的表面積時，即當(dāng)切割道與太陽能電池表面積的比值很大時，浪費的材料的份額會更高，因此這個問題在小尺寸太陽能電池上加劇。鋸切半導(dǎo)體晶片的其他缺點是能產(chǎn)生含有環(huán)境不友好型成分的殘渣。例如，就 III-V太陽能電池(即由包括元素周期表的III和V族元素的材料制成的太陽能電池)而言，鋸切工藝會產(chǎn)生可能含有砷、鎵、磷等的殘渣。處理這種殘渣成本高昂。因此，期望對太陽能電池的改良。

發(fā)明內(nèi)容
在第一種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)。所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個p-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上， 所述覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層；以及側(cè)壁，沿著所述覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸，所述側(cè)壁具有劈裂的表面(cleaved surface)，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。所述覆蓋層可以是暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部的圖案化覆蓋層。所述太陽能電池還可以包括形成于部分所述圖案化覆蓋層之上的金屬層。部分所述金屬層可以限定所述太陽能電池的母線。所述太陽能電池窗口層可以包括磷化鋁銦，所述覆蓋層可以包括砷化鎵，并且所述至少一個p-n結(jié)中的至少一個可以包括砷化銦鎵。所述覆蓋層還可以包括銦。所述太陽能電池可以是這樣所述至少一個P-n結(jié)、所述太陽能電池窗口層、 以及所述覆蓋層與所述鍺襯底假同晶(pseudomorphic)。所述太陽能電池，還可以包括側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述圖案化覆蓋層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述圖案化覆蓋層。所述側(cè)片可以是電絕緣片。所述電絕緣片包括氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、玻璃、BK7、石英、藍(lán)寶石、 硼硅玻璃、富鋁紅柱石、滑石、鎂橄欖石、氧化鋯、氮化硼、聚合物、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯并環(huán)丁烯至少其中之一。所述側(cè)片可以包括半絕緣硅。所述太陽能電池還可以包括電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層之上，以便限定所述太陽能電池的母線，所述金屬層還形成于部分所述圖案化覆蓋層之上。 所述太陽能電池還可以包括電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上；側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述電絕緣層。所述鍺可以是具有位于0° 和20°之間的鄰位角的鄰位襯底。在第二種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個P-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個p-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部；側(cè)壁，沿著所述圖案化覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸； 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述圖案化覆蓋層和部分所述側(cè)片之上， 所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述圖案化覆蓋層。所述側(cè)壁可以具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。在第三種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個p-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部；電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上；側(cè)壁，沿著所述圖案化覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸；側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述電絕緣層。所述側(cè)壁可以具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。在第四種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個P-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部；電絕緣層，形成于部分所述太陽能電池窗口層的頂上，鄰接于所述圖案化覆蓋層；側(cè)壁，沿著所述電絕緣層的高度朝向所述鍺襯底延伸；側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層、部分所述側(cè)片以及部分所述圖案化覆蓋層之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片、所述絕緣層、以及所述圖案化覆蓋層。所述側(cè)壁可以具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。在第五種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個P-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部；電絕緣層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，鄰接于所述圖案化覆蓋層；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層以及部分所述圖案化覆蓋層之上， 所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述電絕緣層以及所述圖案化覆蓋層。在第六種方案中，本公開文本提供了一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)， 形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個P-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部；電絕緣層，形成于所述圖案化覆蓋層的頂上；以及金屬層， 形成于部分所述電絕緣層以及部分所述圖案化覆蓋層之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述電絕緣層以及所述圖案化覆蓋層。在第七種方案中，本公開文本提供了一種從半導(dǎo)體晶片制造太陽能電池的方法， 所述半導(dǎo)體晶片具有形成于鍺襯底之上的多個外延生長層，一些所述外延生長層限定形成于所述鍺襯底的頂上的p-n結(jié)，所述多個外延生長層包括形成于所述p-n結(jié)的頂上的窗口層，所述多個外延生長層還包括形成于所述窗口層的頂上的覆蓋層，所述方法包括步驟沿著劃刻道以預(yù)設(shè)圖案劃刻所述覆蓋層，以便在所述劃刻道中獲取劃刻線；以及沿著所述劃刻線分開所述半導(dǎo)體晶片以便獲取多個太陽能電池。劃刻之前包括將所述外延生長層固定至可拉伸的薄膜的步驟，并且所述分開步驟包括拉伸所述可拉伸的薄膜。參考隨附附圖，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明的特定實施例的以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的其他方案和特征會變得顯而易見。


參考隨附附圖，現(xiàn)在僅通過示例方式對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，其中圖1示出本公開文本的示例性太陽能電池的剖視圖；圖2示出已在其覆蓋層上劃刻的太陽能電池的掃描電子顯微鏡顯微圖片；圖3示出已在其窗口層(window layer)上劃刻的太陽能電池的掃描電子顯微鏡顯微圖片；圖4示出本公開文本的示例性太陽能電池的俯視圖；圖5示出圖4的太陽能電池的剖視圖；圖6示出圖4的太陽能電池的另一剖視圖；圖7示出圖4的太陽能電池在其上具有金屬層之前的俯視圖；圖8示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的俯視圖；圖9示出圖8的太陽能電池的剖視圖；圖10示出圖8的太陽能電池的另一剖視圖；圖11示出圖8的太陽能電池在其上具有金屬層之前的俯視圖；圖12示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的剖視圖；圖13示出圖12的太陽能電池的俯視圖；圖14示出本公開文本的再一示例性太陽能電池的俯視圖；圖15示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的剖視圖；圖16示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的剖視圖；圖17示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的剖視圖；圖18示出本公開文本的另一示例性太陽能電池的剖視圖；圖19示出在其上形成多個太陽能電池圖案的半導(dǎo)體晶片的俯視圖；圖20示出圖19的半導(dǎo)體晶片的近視圖；圖21示出本公開文本的半導(dǎo)體晶片的剖視圖；圖22示出經(jīng)過處理步驟的圖21的半導(dǎo)體晶片的剖視圖；圖23示出經(jīng)過后續(xù)處理步驟的圖22的半導(dǎo)體晶片的剖視圖；圖M示出正被劃刻的圖23的半導(dǎo)體晶片的剖視圖；圖25示出一對并排的太陽能電池在分開前的俯視圖沈示出正被劃刻的圖25的并排的一對太陽能電池的剖視圖；圖27示出4個并排的太陽能電池結(jié)構(gòu)彼此分開前的俯視圖；圖觀示出本公開本文的示例性方法；以及圖四示出本公開文本的另一示例性方法。
具體實施例方式大體上，本公開文本提供了基于半導(dǎo)體材料的晶體太陽能電池，其具有平行于太陽能電池的劈裂面(cleaving plane)的側(cè)壁。劈裂面基本上平行于太陽能電池的晶面 (crystal plane)。側(cè)壁是通過劃刻太陽能電池的覆蓋層(cap layer)并通過劈裂操作形成。這樣，側(cè)壁具有缺陷(例如，通過太陽能電池所吸收的光在太陽能電池中產(chǎn)生的光生載流子的非輻射性復(fù)合(recombination)中心)的密度低。由于高質(zhì)量的側(cè)壁的緣故，太陽能電池具有改善的性能指標(biāo)，例如，改善的轉(zhuǎn)換效率。本公開文本還提供這樣的太陽能電池 其提高了在制造工藝中使用的昂貴的半導(dǎo)體晶片的百分比(即提高了晶片利用率)。更高百分比的晶片的使用可以通過在鄰接于太陽能電池的側(cè)壁的側(cè)片上形成(至少部分形成) 太陽能電池的母線來實現(xiàn)。典型地，多個太陽能電池同時產(chǎn)生在晶體半導(dǎo)體襯底上，在該襯底上外延生長一系列形成除其他結(jié)構(gòu)外的一個或多個p-n結(jié)的半導(dǎo)體材料。p-n結(jié)用于通過分開光生載流子來產(chǎn)生光電壓。窗口層(或太陽能電池窗口層)生長在一個或多個P-n結(jié)的頂部之上，該窗口層典型地是在波長范圍內(nèi)具有高的透光度(例如，對大部分太陽光而言是可穿透的) 的半導(dǎo)體層，并且還具有良好的薄層導(dǎo)電率以便橫向傳送電流。本領(lǐng)域公知的是，窗口層的作用之一是反射少數(shù)載流子以防止它們到達(dá)太陽能電池的頂端部分，在那里，它們能與多數(shù)載流子復(fù)合或消失在表面復(fù)合中心。窗口層的另一功能是使光進(jìn)入太陽能電池。通過將太陽能電池電性連接至任何合適的負(fù)載(例如連接至電網(wǎng)的逆變電源變換器)能夠使用由太陽能電池的一個或多個P-n結(jié)產(chǎn)生的光電壓。為了將太陽能電池連接至負(fù)載，在太陽能電池之上形成電接觸(electrical contact)。通過在窗口層上生長高摻雜覆蓋層，緊接著在覆蓋層上形成圖案化金屬沉積層典型地會形成第一接觸。這樣，第一接觸形成于一個或多個P-n結(jié)的窗口側(cè)上。必須移除特定區(qū)域內(nèi)的覆蓋層以暴露窗口層以便使光穿透太陽能電池。還可以將覆蓋層從鋸切道移除。導(dǎo)線或?qū)щ姳舆B接金屬沉積層和負(fù)載。第二接觸與一個或多個P-n結(jié)相對形成，典型地，在太陽能電池的襯底側(cè)之上，并且隨后連接至負(fù)載以便接通電路。第二接觸可以采取高摻雜半導(dǎo)體、歐姆接觸、金屬層、連接至ρ/η結(jié)的隧道結(jié)，或以上述組合的形式。通常而言，一旦太陽能電池分開成為芯片(die) 并且安裝到載體上，連接線和太陽能電池之間的連接得以實現(xiàn)。不管太陽能電池是單結(jié)太陽能電池或多結(jié)太陽能電池，或者不管太陽能電池是否為假同晶電池(即，與襯底具有相同的平均晶格常數(shù)并且與襯底相關(guān)，也就是說，單晶太陽能電池)、變形電池(metamorphic cell)、以及具有替代襯底的反變形電池，都可以通過類似工藝實現(xiàn)這種接觸。圖1示出本公開文本的太陽能電池100的實施例的剖視圖。太陽能電池100是由半導(dǎo)體材料制成，具有晶體結(jié)構(gòu)和多個晶面。太陽能電池100具有襯底102，該襯底例如可以是IV族襯底，例如鍺襯底。p-n結(jié)104(或多于一個p-n結(jié))形成于襯底102之上，并且窗口層106形成于p-n結(jié)104之上。此外，覆蓋層108形成于窗口層106之上，并且金屬層110形成在于覆蓋層之上。盡管本公開文本描述了具有一個p-n結(jié)的太陽能電池，但具有形成于襯底102和窗口層106之間的任意數(shù)量的p-n結(jié)的太陽能電池也在本公開文本的范圍內(nèi)。此外，本公開文本包括由III-V 二元、三元、和/或四元合金，以及II-VI族合金，或IV 族元素或合金材料制成的太陽能電池。硫族(chalcogen)半導(dǎo)體能以合適的晶體形式，或是上述提及的族的合金的組合來生長。具體地說，這包括下列元素或合金或組合形式Si、Ge、SiGe、GaP、AlP、AlGaP、ZnS、 ZnSe, ZnSeS、GaAs, AlAs、AlGaAs, MgS, InP, CdS, MgSe, GaInP, AlInP, AlGaInP, InGaAs, AlInGaAs, InGaAsP、AlGaAsP、AlInGaAsP, InAs, AlInAs、AlInAsP, GaSb, GaAsSb, AlAsSb、 GaAlAsSb, AlInSb, GalnSb、AlInGaSb, CdSe, CdSSe, AlSb、ZnTe, MgTe, InSb、CdTe, InN、 A1N、GaN、InGaN, AlGaN, InGaAlN, InGaAsN, InAlGaAsN, BN、BP、BAs, BSb, InGaAlPAsSb, BInGaAlNPAsSb, CuInGaS, CuInGaSe, CdIn2S4, CdIn2Se4,以及其他。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，以上列出的合金的順序或含量可以根據(jù)實施例的需要進(jìn)行改變或調(diào)整。此外，這些合金可以包含低維同質(zhì)結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)構(gòu)、或納米結(jié)構(gòu)。太陽能電池具有沿著覆蓋層108的高度114或沿著覆蓋層108的高度114的一部分并朝向襯底102延伸的側(cè)壁112。側(cè)壁112形成于半導(dǎo)體晶片的劃刻和劈裂(cleave)操作中，該半導(dǎo)體晶片包括襯底102、p-n結(jié)104、窗口層106、覆蓋層108以及，可選地，金屬層 110。這種晶片的實例以及劃刻和劈裂操作的實例將在本公開文本的其他地方描述。通過劈裂操作所形成的側(cè)壁112平行于太陽能電池100的劈裂面，并且由于太陽能電池是具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，劈裂面平行于太陽能電池100的晶面。劈裂面也可被稱為劈裂平面 (cleavage plane)。本領(lǐng)域公知的是，光生載流子(電子和空穴)可以在太陽能電池100 中輻射復(fù)合，而對產(chǎn)生電流毫無貢獻(xiàn)。由于側(cè)壁112基本上不具有缺陷，因此該側(cè)壁112可以作為反射鏡將到達(dá)側(cè)壁112的光致發(fā)光(photoluminescence)向p-n結(jié)104反射，在該 P-n結(jié)104中，光致發(fā)光可以被吸收并產(chǎn)生光電流。這樣，側(cè)壁112能防止光生載流子非輻射復(fù)合或被俘獲，并且也能將光致發(fā)光向P-n結(jié)104反射，在該p-n結(jié)104中，光致發(fā)光可以被吸收并且產(chǎn)生光電流。正如以下將要詳細(xì)公開的，分開形成于半導(dǎo)體晶片之上的太陽能電池可以通過劃刻和劈裂操作來實現(xiàn)。劈裂操作可以包括拉伸操作。劃刻步驟是指在半導(dǎo)體晶片上劃刻線以沿著劃刻線使半導(dǎo)體晶片變薄，或在需要形成劈裂面之處產(chǎn)生斷裂(break)。劃刻線基本上平行于半導(dǎo)體晶片的晶面。拉伸操作涉及拉伸可拉伸的薄膜(membrance)，在該薄膜上固定有劃刻后的半導(dǎo)體晶片。當(dāng)拉伸可拉伸的薄膜時，晶片會沿著劃刻線劈裂(斷裂，分開)， 并且生成多個具有劈裂面?zhèn)缺?cleaved surface sidewall)的太陽能電池芯片，該劈裂面?zhèn)缺谄叫杏谔柲茈姵?半導(dǎo)體晶片)的晶面。具有這種側(cè)壁的太陽能電池的優(yōu)點將在以下描述。圖2和圖3中的每一個表示使用相同的金剛石劃線工具劃刻后的太陽能電池的側(cè)壁的60°傾斜掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖片。圖2示出的太陽能電池的結(jié)構(gòu)與圖1示出的結(jié)構(gòu)相似，因為圖2的太陽能電池的窗口層具有作為側(cè)壁的一部分的覆蓋層。對圖2的太陽能電池的劃刻作用于覆蓋層，在這種情況下，覆蓋層是由砷化鎵(GaAs)制成。圖3示出的太陽能電池不具有作為側(cè)壁的一部分的覆蓋層。這樣，對圖3的太陽能電池的劃刻作用于窗口層自身。在圖2和圖3中，形成p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)以大括號141的高度表示。從圖2和圖3明顯可以看出，在其窗口層直接劃刻的太陽能電池(圖3)比通過覆蓋層劃刻的太陽能電池(圖2)發(fā)生更多損傷(damage)。此外，圖3表明，在其窗口層上直接劃刻的太陽能電池的損傷延伸至p-n結(jié)中。與圖3的太陽能電池相比，圖2的太陽能電池沒有這樣的損傷延伸至p-n結(jié)中。正如以下表明的，沒有這樣的損傷會帶來太陽能電池性能指標(biāo)的改善。本領(lǐng)域公知的是，為了獲取增強的太陽能電池性能，優(yōu)選使用這樣一種半導(dǎo)體窗口材料(窗口單元106)其帶隙具有的能量足夠大使得針對大部分經(jīng)過其傳送的太陽光是透明的并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用在太陽能電池中的半導(dǎo)體的能帶隙，而且該半導(dǎo)體窗口材料優(yōu)選具有與太陽能電池的其余部分相似的材料晶格常數(shù)以避免太陽能電池中的晶格缺陷(例如，位錯)。在圖2和圖3的太陽能電池中，窗口層是由三元材料制成，在本實例中，磷化鋁銦(AlInP)要比用作圖2的太陽能電池中的覆蓋層的GaAs更易碎(脆的)。如所觀察到的，在AlInP層上劃刻要比在GaAs層上劃刻產(chǎn)生更多損傷，這可以歸因于這些材料的抗斷裂(fracture)，或經(jīng)受韌性斷裂，或沿著明確限定的平面劈裂，或更混亂地劈裂這些不同特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，直接在其他可能的窗口材料上劃刻，例如在磷化鋁銦鎵 (AlInGaP)、硒化鋅(&!%)、磷化鋁(AlP)，或其他具有適于用作窗口層的帶隙和晶格常數(shù)的III-V或II-VI合金上劃刻，預(yù)計會導(dǎo)致相似的行為，也就是說，要比GaAs更容易出現(xiàn)混亂或隨機的斷裂。表1示出從由直接在其窗口層上劃刻的晶片而得到的多個太陽能電池芯片(例如，如圖3的實例所示)以及由在其覆蓋層上劃刻的晶片而得到的多個太陽能電池芯片 (例如，如圖2的實例所示)所得到的開路(Voc)數(shù)據(jù)。在這兩種情況下，開路電壓Voc在太陽能電池仍然位于晶片之上(之前)，以及在已經(jīng)從晶片劃刻和劈裂后(之后)測量得到。表 權(quán)利要求
1.一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個p-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層；以及側(cè)壁，沿著所述覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸，所述側(cè)壁具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述太陽能電池，其中，所述覆蓋層是暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部的圖案化覆蓋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，還包括形成于部分所述圖案化覆蓋層之上的金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其中，部分所述金屬層限定所述太陽能電池的母線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其中，所述太陽能電池窗口層包括磷化鋁銦，所述覆蓋層包括砷化鎵，并且所述至少一個P-n結(jié)中的至少一個包括砷化銦鎵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中，所述覆蓋層還包括銦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述至少一個p-n結(jié)、所述太陽能電池窗口層、以及所述覆蓋層與所述鍺襯底假同晶。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，還包括 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述圖案化覆蓋層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述圖案化覆蓋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中，所述側(cè)片是電絕緣片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池，其中，所述電絕緣片包括氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、玻璃、BK7、石英、藍(lán)寶石、硼硅玻璃、富鋁紅柱石、滑石、鎂橄欖石、氧化鋯、氮化硼、聚合物、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯并環(huán)丁烯至少其中之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中，所述側(cè)片包括半絕緣硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，還包括 電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層之上以便限定所述太陽能電池的母線，所述金屬層還形成于部分所述圖案化覆蓋層之上。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，還包括 電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上； 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述電絕緣層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述鍺襯底是具有位于0°和20°之間的鄰位角的鄰位襯底。
15.一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個p-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個p-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部； 側(cè)壁，沿著所述圖案化覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸； 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述圖案化覆蓋層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述圖案化覆蓋層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池，其中，所述側(cè)壁具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。
17.一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個p-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部； 電絕緣層，形成于部分所述圖案化覆蓋層之上； 側(cè)壁，沿著所述圖案化覆蓋層的高度朝向所述鍺襯底延伸； 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層和部分所述側(cè)片之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片和所述電絕緣層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能電池，其中，所述側(cè)壁具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。
19.一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個p-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部； 電絕緣層，形成于部分所述太陽能電池窗口層的頂上，鄰接于所述圖案化覆蓋層； 側(cè)壁，沿著所述電絕緣層的高度朝向所述鍺襯底延伸； 側(cè)片，鄰接于所述側(cè)壁；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層、部分所述側(cè)片以及部分所述圖案化覆蓋層之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述側(cè)片、所述絕緣層、以及所述圖案化覆蓋層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能電池，其中，所述側(cè)壁具有劈裂的表面，所述劈裂的表面基本上平行于所述太陽能電池的劈裂面，所述劈裂面基本上平行于所述太陽能電池的晶面。
21.一種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個p-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部； 電絕緣層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，鄰接于所述圖案化覆蓋層；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層以及部分所述圖案化覆蓋層之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述電絕緣層以及所述圖案化覆蓋層。
22.—種由半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，所述太陽能電池為具有多個晶面的晶體結(jié)構(gòu)，所述太陽能電池包括鍺襯底；至少一個P-n結(jié)，形成于所述鍺襯底的頂上，所述至少一個p-n結(jié)包含III族元素和V族元素；太陽能電池窗口層，形成于所述至少一個P-n結(jié)的頂上；圖案化覆蓋層，形成于所述太陽能電池窗口層的頂上，所述圖案化覆蓋層電性連接至所述太陽能電池窗口層，所述圖案化覆蓋層暴露所述太陽能電池窗口層的光輸入部； 電絕緣層，形成于所述圖案化覆蓋層的頂上；以及金屬層，形成于部分所述電絕緣層以及部分所述圖案化覆蓋層之上，所述金屬層限定所述太陽能電池的母線，所述母線跨接所述電絕緣層以及所述圖案化覆蓋層。
23.—種從半導(dǎo)體晶片制造太陽能電池的方法，所述半導(dǎo)體晶片具有形成于鍺襯底之上的多個外延生長層，一些所述外延生長層限定形成于所述鍺襯底的頂上的P-n結(jié)，所述多個外延生長層包括形成于所述P-n結(jié)的頂上的窗口層，所述多個外延生長層還包括形成于所述窗口層的頂上的覆蓋層，所述方法包括步驟沿著劃刻道以預(yù)設(shè)圖案劃刻所述覆蓋層，以便在所述劃刻道中獲取劃刻線；以及沿著所述劃刻線分開所述半導(dǎo)體晶片以便獲取多個太陽能電池。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，劃刻之前包括將所述外延生長層固定至可拉伸的薄膜的步驟，并且所述分開步驟包括拉伸所述可拉伸的薄膜。
全文摘要
太陽能電池及制作太陽能電池的方法。所述方法包括通過劃刻晶片以在晶片上形成劃刻線來分開形成于半導(dǎo)體晶片上的相鄰的太陽能電池的步驟以及在劃刻線處或鄰接于劃刻線處施加力以便分開所述太陽能電池的步驟。劃刻作用于覆蓋太陽能電池的窗口層的覆蓋層上，從而最小化對窗口層的損傷并且減輕缺陷傳播至形成于太陽能電池中的p-n結(jié)中。
文檔編號H01L31/06GK102576778SQ201080044360
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者丹尼斯·保羅·馬森, 埃里克·德豐, 西蒙·法法爾德 申請人:瑟雷姆技術(shù)公司