具有紋理化前表面和/或背表面的薄膜半導(dǎo)體光電器件的制作方法
【專利說(shuō)明】具有紋理化前表面和/或背表面的薄膜半導(dǎo)體光電器件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是于2012年1月19日提交的、題為“TEXTURING A LAYER IN ANOPTOELECTRONIC DEVICE FOR IMPROVED ANGLE RANDOMIZAT1N OF LIGHT”的美國(guó)專利申請(qǐng)第13/354，175號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專利申請(qǐng)通過(guò)引用以其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方案通常涉及光電半導(dǎo)體器件(比如包括太陽(yáng)能電池的光伏器件)，以及用于制造此類(lèi)器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]光電器件比如光伏器件和發(fā)光二極管(LED)的用途變得較廣泛，因?yàn)槟茉葱实闹匾栽黾?。在光伏器件比如太?yáng)能電池中，太陽(yáng)能電池的結(jié)吸收光子以產(chǎn)生電子空穴對(duì)，所述電子空穴對(duì)被結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)分開(kāi)以產(chǎn)生電壓，從而將光能轉(zhuǎn)換成電能。理想的光伏(PV)器件的吸收體層將吸收撞擊在面向光源的PV器件的正面的所有的光子，因?yàn)殚_(kāi)路電壓(VJ或短路電流(IJ與光強(qiáng)度成比例。然而，若干損耗機(jī)理通常干擾PV器件的吸收體層，所述吸收體層吸收到達(dá)器件的正面的所有的光。例如，某些光子可以穿過(guò)吸收體層而不產(chǎn)生任何電子空穴對(duì)并且因此從不有助于通過(guò)器件產(chǎn)生電能。在其他情況下，PV器件的半導(dǎo)體層可以是光滑的并且因此可以反射撞擊光子中的大部分，防止這些光子以免到達(dá)吸收體層。
[0005]因此，存在對(duì)具有增加的效率的光電器件和用于與常規(guī)的光電器件制造相比以減少的成本和較大的靈活性制造此類(lèi)光電器件的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開(kāi)用于提供光電器件中的紋理化層的方法。方法包括將模板層沉積在第一層上。模板層在厚度上或在組成上是明顯不均勻的，包括形成一個(gè)或多個(gè)島狀物以提供島狀物層的至少一個(gè)紋理化表面的可能性。方法還包括將模板層和第一層暴露于蝕刻工藝以產(chǎn)生或改變至少一個(gè)紋理化表面。至少一個(gè)紋理化表面在操作中引起光散射。
[0007]公開(kāi)用于提供光電器件的方法。方法包括沉積吸收體層和沉積發(fā)射體層。方法還包括將第一材料的第一層沉積在發(fā)射體層和吸收體層上。此外，方法包括將第二材料的模板層沉積在第一層上。方法還包括將模板層和第一層暴露于蝕刻工藝以產(chǎn)生或改變至少一個(gè)紋理化表面。至少一個(gè)紋理化表面在操作中引起光散射。最后，方法包括將介電層沉積在島狀物層上和將金屬層沉積在介電層上。
[0008]公開(kāi)用于提供光電器件的方法。方法包括沉積發(fā)射體層和沉積吸收體層。方法還包括將第一材料的第一層沉積在發(fā)射體層和吸收體層上。此外，方法包括將第二材料的模板層沉積在第一層上。方法還包括將模板層和第一層暴露于蝕刻工藝以產(chǎn)生或改變至少一個(gè)紋理化表面。至少一個(gè)紋理化表面在操作中引起光散射。最后，方法包括將抗反射層沉積在島狀物層上。
【附圖說(shuō)明】
[0009]附圖僅僅例證某些實(shí)施方案并且因此不被認(rèn)為限制范圍。
[0010]圖1A-1C示出在第一層之上的模板島狀物層的自頂向下視圖；
[0011]圖2描繪根據(jù)本文描述的某些實(shí)施方案的光伏器件的橫截面視圖；
[0012]圖3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、和3H描繪圖1的光伏器件的橫截面視圖，其中島狀物層已經(jīng)被沉積在基底層上；
[0013]圖4描繪圖3的光伏器件的橫截面視圖，其中半導(dǎo)體接觸層和介電層已經(jīng)被沉積在島狀物層上；
[0014]圖5描繪圖4的光伏器件的橫截面視圖，其中已經(jīng)在介電層中形成孔；
[0015]圖6A和6B描繪掩模的不同實(shí)施方案的俯視圖，所述掩模可以被用于形成在圖5中示出的介電層中的孔；
[0016]圖7描繪圖5的光伏器件的橫截面視圖，其中金屬層已經(jīng)被沉積在介電層上；
[0017]圖8描繪在剝離工藝之后由圖7的光伏器件產(chǎn)生的光伏電池的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面視圖；
[0018]圖9描繪由圖3A的光伏器件產(chǎn)生的光伏電池的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面視圖；
[0019]圖10描繪例證通過(guò)器件的背面上的紋理化層散射光的光伏電池的橫截面視圖；
[0020]圖11描繪根據(jù)本文描述的某些實(shí)施方案的、提供正面光捕獲紋理化層的光伏器件的橫截面視圖；
[0021]圖12描繪圖11的光伏器件的橫截面視圖，其中島狀物層已經(jīng)被沉積在基底層上；以及
[0022]圖13描繪圖12的光伏器件的橫截面視圖，其中層已經(jīng)被沉積在島狀物層上。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的實(shí)施方案通常涉及光電器件和工藝，并且更特別地涉及包括一個(gè)或多個(gè)紋理化層的光電半導(dǎo)體器件以及用于形成此類(lèi)光電器件的制造工藝。
[0024]在本文中，層可以被描述成被沉積在一個(gè)或多個(gè)其他層上。此術(shù)語(yǔ)指示層可以被直接沉積在其他層的頂部，或在某些實(shí)施方案中可以指示一個(gè)或多個(gè)另外的層可以被沉積在層和其他層之間。此外，其他的層可以以任何順序布置。
[0025]在本文中術(shù)語(yǔ)模板層被定義為指示在厚度上或在組成上或在兩者上具有明顯的不均勻性的層。這包括厚度不均勻性是如此大以致模板層是多個(gè)分開(kāi)的島狀物的可能性。當(dāng)模板層和在模板層之下的層被暴露于蝕刻劑或蝕刻工藝時(shí)，紋理化表面被產(chǎn)生或改變。紋理化表面能夠引起光散射，這可以改進(jìn)光電器件中的光捕獲。
[0026]術(shù)語(yǔ)島狀物指的是在平面上不連續(xù)的材料層，這允許蝕刻劑潛在地到達(dá)在下方的層。島狀物層可以形成多個(gè)明顯的不連接的區(qū)域(圖1A)，或可以被充分連接但具有間隙(圖1B)，或可以是兩者的組合(圖1C)。這些圖中的每個(gè)示出在第一層112之上的模板島狀物層152的自頂向下視圖。這些層在本文中被更詳細(xì)地描述。
[0027]本文公開(kāi)的實(shí)施方案涉及出于較大的器件效率使用紋理化層的光捕獲。
[0028]圖2例證適合用于與本文描述的實(shí)施方案一起使用的光伏器件100的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面視圖。雖然本文的實(shí)施例涉及光伏器件，描述的特征還可以被應(yīng)用于其他光電半導(dǎo)體器件比如LED，例如以散射器件中的光從而提供增加的或更有效率的光產(chǎn)生。
[0029]器件100包括通過(guò)被布置于其間的EL0釋放層或犧牲層104與生長(zhǎng)晶圓101耦合的電池120。含有不同組成成分的多個(gè)外延材料層被沉積在光伏器件100內(nèi)。多個(gè)外延材料層可以被生長(zhǎng)或以其他方式通過(guò)用于半導(dǎo)體生長(zhǎng)的適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬伞ｋ姵?20可以是例如具有由第II1-V族材料制成的層的基于砷化鎵的電池。第II1-V族材料是外延生長(zhǎng)層的薄膜。在某些實(shí)施方案中，外延生長(zhǎng)層可以通過(guò)在例如高生長(zhǎng)速率氣相沉積工藝期間生長(zhǎng)第II1-V族材料來(lái)形成。高生長(zhǎng)速率沉積工藝允許大于5 μ m/hr的生長(zhǎng)速率，比如約10 μ m/hr或更大，或高達(dá)約ΙΟΟμπι/hr或更大。高生長(zhǎng)速率工藝包括在加工系統(tǒng)內(nèi)加熱晶圓到約550°C或更大的沉積溫度、將晶圓暴露于包含化學(xué)前體的沉積氣體，比如鎵前體氣體和用于砷化鎵沉積工藝的砷化氫、以及將包含砷化鎵的層沉積在晶圓上。沉積氣體可以包含第V族前體，比如砷化氫、磷化氫、或氨。
[0030]如本文所描述，用于沉積或形成第II1-V族材料的沉積工藝可以在多種類(lèi)型的沉積室中進(jìn)行。例如，可以被用于生長(zhǎng)、沉積或以其他方式形成第II1-V族材料的一種連續(xù)進(jìn)料沉積室在皆于2009年5月29日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/475，131號(hào)和第12/475，169號(hào)中描述，它們通過(guò)引用以其整體并入本文。
[0031]在器件100中可用的層和用于形成此類(lèi)層的方法的某些實(shí)例在于2010年11月3日提交的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/939，077號(hào)中公開(kāi)，并且其通過(guò)引用以其整體并入本文。
[0032]在某些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)緩沖層102可以在生長(zhǎng)晶圓101上形成以便開(kāi)始形成光伏器件100。生長(zhǎng)晶圓101可以包括例如η型或半絕緣材料，并且可以包括與一種或多種隨后沉積的緩沖層相同或類(lèi)似的材料。在其他實(shí)施方案中可以包括Ρ型材料。
[0033]犧牲層(EL0釋放層)104可以被沉積在生長(zhǎng)晶圓101或緩沖層102 (如果存在)上。犧牲層104可以包含適當(dāng)?shù)牟牧?，比如砷化鋁(AlAs)或砷化鋁合金，并且被用于形成用于在電池120內(nèi)包含的層的晶格結(jié)構(gòu)，并且然后在EL0工藝期間被蝕刻并且被去除。
[0034]光伏電池120的層可以被沉積在犧牲層104上，其在某些實(shí)施方案中可以包括前接觸層105、前窗口 106、鄰近前窗口 106形成的吸收體層108、發(fā)射體層110、以及用于紋理化的基底層112。前半導(dǎo)體接觸層105、或界面層可以被沉積在犧牲層104上。前接觸層105在某些實(shí)施方案中可以是η摻雜的層，包含第II1-V族材料，比如砷化鎵。
[0035]前窗口 106，也被稱為鈍化層，可以在襯底101上在犧牲層104上形成，或如果存在，在任選的接觸層105上形成。前窗口 1