CN1104039C - 处理薄晶体硅片和晶体硅太阳能电池的方法 - Google Patents

Abstract

晶体硅的半导体片和由此片制造的元件，例如，太阳能电池，因为材料的易碎性，使其增加破裂的危险，为了保证可靠的处理，要求有一最小厚度。为了改善处理，提供具有大面积机构保护层的半导体片，接着对此半导体片进行成形处理。

Description

处理薄晶体硅片和晶体硅太阳能电池的方法

发明领域

本发明涉及一种处理薄晶体硅型硅片和晶体硅型太阳能电池的方法。

背景技术

晶体硅(C-Si)太阳能电池广泛地用于世界各地。这些太阳能电池很好地满足了环境相容性，可大面积生产性、高效率，合适地成本的要求。但是，和薄膜非晶硅(A-Si：H)，联硒铟(镓)铜(CIS，CGS)碲化镉(CdTe)太阳能电池相比，它们还有几个缺点。

晶体硅非常脆，因此，它容易断裂。由于可控制的晶体硅片和由该材料制造的太阳能电池非常容易破裂，为了能够保证可靠地处理和控制它们，通常，它们必须要具有大约300μm的厚度。由于易碎性，至今，在锯片之前，必须通过适当修整C-Si单晶棒来成形晶片。因此，不可能使单个晶片或者单个太阳能电池单独单独成形，否则，要花费巨大费用才有可能。

至今，不可能使由晶体硅生产的太阳能电池应用在高度弯曲的表面上而不导致其破裂。虽然，欧洲专利申请0221287公开了利用特殊叠层技术，把晶体硅太阳能电池嵌在轻微弯曲载体和均匀弧形玻璃板之间的方法。但是，该方法仅限于弯曲度弱于例如象汽车顶部那样轻微弧形的表面。

发明方案概述

本发明的目的是说明形成晶体半导体材料晶片的方法，该方法避免了上述的缺点，使它可能以简单的方式应用于半导体晶片，特别是应用于曲面上的太阳能电池，或者应用于所要求形状的太阳能电池上。

按照本发明原理，采用下述方法实现上述目的，在处理半导体晶片之前，在该半导体晶片的很大表面上设置机械保护层，然后再成形处理薄的半导体晶片，用其上的保护层给出选定形状的半导体晶片。

已经发现，通过在很大表面上加机械保护层，可保护薄的半导体晶片，使其避免微损伤。这种方法，可防止半导体晶片的碎裂和破裂。其必要条件是把保护层牢固地设置在晶片上，用适合弯曲的合适的胶牢固地粘接到晶片上。那样的保护层可使半导体晶片的厚度显著的减少，同时，不增加片子破裂的危险。

由于减少到例如170μm以下的厚度，用保护层创造性地设置于半导体晶片上，显示出新的不可预料的有利特性。可以弯曲上述半导体晶片，而不使其产生危险和立刻产生断裂。由此，根据半导体晶片的厚度，实现了20cm以下的曲率半径。结果，可能首次应用在严重弯曲表面制造的半导体晶片或者象太阳能电池那样的元件。因此实质上扩大了上述元件的可用性。例如，现在，可能把太阳能电池直接应用到一维高度弯曲的表面上，例如，以简单方式把太阳能电池应用到用品上，车辆或者建筑物的外部上，但是到目前为止，这还不可能。另一个优点是能使半导体晶片厚度减薄。在制造扁平元件时节省半导体材料，使该元件获得附加的真正优点。例如，在较薄太阳能电池情况、缩短了由于光生电压产生的电荷载流子必须横过半导体内部直到它们达到前边和后边电流收集接点所经过的通路长度。由于缩短通路长度，载流子的复合可能性减少了，所以可能收集更多的电荷载流子，使太阳能电池达到较高的效率。可以由满足前述要求的任意材料、制造本发明所用的机械保护层。保护层具有特别的优点，但是，保护层可能作为功能层保留在半导体晶片上或者由此制造的元件上，或者接着用简单方法把它除掉。

例如，简单设置和接着简单除去的保护层可以由塑料构成，以液态形式设置该塑料保护层，然后把它固化。

根据聚合物的类型，可以采用热固化，或电磁辐射固化，或者二者组合形式的固化。应用一种合适的低粘度的聚合物或者短链的母体化合物(母体或者单体)，不用溶剂，通过固化，可能把它转化成固态。例如，聚合物可能是一种辐射固化的涂层化合物或者可能是一种光刻胶。但是，可能采用单组分或双组分的反应树脂。例如，环氧树脂可被制成一种体系，该体系只能采用适当的光引发剂通过辐射进行固化。由树脂组分和硬化剂组分组成的一种反应树脂混合物，在加到半导体晶片之前已接近混合，然后在适中温度可能固化。

一种同时构成元件功能层的机构保护层，由半导体晶片制成，例如，可能是导电层。然而，该目的要求的金属层是由可弯曲的金属组成。

另一种合适的保护层可能由导电膏组成，通过加压驱动，把导电膏印在晶片上。除了高比例的金属微粒以外，此膏还含有可烧结的陶瓷组分，也许，还有用于调整使用特性的粘接剂。例如，公知的合适导电膏，除了玻璃微粒以外，还包含银，锡，或它们的合金。导电膏，在被打进后，可以用简单的方法被印在半导体晶片的宽大表面上，它构成半导体晶片的保护层，具有良好的粘接性和机械稳定性。它们可能作为由此制成元件的载流接点。

本发明的方法，适于采用10-20μm厚的保护层。-除了半导体晶片的厚度外，保护层的厚度由保护层材料特性精确地限定，保护层厚度可以超过或要求超过此范围。本发明方法表明，即使利用由硬度低的聚合物制造的保护层，也提高了半导体晶片的可制造性和可弯曲性。

很方便地利用本发明的方法，处理薄的三个晶硅片的半导体晶片。在Solid State phenomena.Vol.32-33(1993)，pp.21-26由G.Martinelli的论文，公开了上述三个晶体的技术。三个晶体由相互成一定角度的三个单晶体组成。由两个单晶区之间的平面形成界面。上述三个平面成直线相交。然而，没有一个平面横切整个三晶片。最好，由硅晶体的结晶面，形成单晶区中的两个单晶区之间的界面，并且是<111>面。因此，由这些界面确定的平面，也以晶体确定的角相交，假定角度值是理想的109.47°和125.26°。

上述三晶体有下述优点，它不包含斜过晶体的<111>平面。相反，常规硅单晶有许多上述平面。在拉制晶体时，位移(偏移，不对准)可能平行于这些平面，在接着由晶体锯晶片时，这些位移形成最可能破裂的点。相反，在三晶体情况，没有切过整个晶体的上述偏移或不对准的平面。

可能由上述三晶体锯下晶片，它们使薄片极难破裂。例如，可能由三晶体锯下仅仅60μm厚的晶片，并且有高的成品率，例如，95％。

用本发明的方法，对由三晶体硅锯下的薄片稳定处理后，它具有至今未知的奇异特性。当提供具有10-20μm厚有机保护层的厚度为30-150μm的三晶体硅片时，可能操作几乎象纸片一样的薄片子，而且不破裂。一个发明的涂覆过的硅三晶体，具有奇异的可弯曲性，曲率半径达到2cm或更小，而且不破裂。

按照本发明的方法，可以把上述涂覆的三晶体硅片形成任意的外部形状。简单的冲孔或者用刀片切割，可以把晶片或者由该硅片制成的元件形成任意外部形状，而且不损伤该元件。接着，可用溶剂基本上除掉聚合物层。由此，涂覆的三晶体硅片是如此稳定，以致于可能从晶片中央冲有任意外形的“孔”。按照本发明的方法，实际上可以把上述晶片形成任意可得到的外部形状，例如，可以把太阳电池设置到任意形状的底面或者表面上。上述表面可能具有垂直切面，用该切面，可在太阳电池中提供或者生产合适形状的凹槽。

附图说明

图1-4表示按照本发明的方法，根据加工步骤的先后，设置保护层的半导体晶片。

图5表示适用本发明方法的三晶体硅片的平面图。

图6表示按照本发明方法，生产的具有凹槽的半导体晶片。

具体实施方式

在图1利用图解说明设置在半导体晶片上的保护层。首先把由有机聚合物组成的保护层2，设置在晶体硅半导体晶片1上，厚度为小于170μm。在此实施例中，采用UV固化的负性光刻胶。采用制造半导体的标准方法，作为溶液喷涂，刷涂，旋涂光刻胶。在宽大表面上设置保护层2后，对此层进行干燥。可以加热保护层2和/或进行加速固化。为此目的，在10秒、加热到150℃是合适的。

为了固化，用紫外线辐射源照射保护层2，例如，在350nm的辐射源下照射1秒钟。固化了的保护层2显示出和半导体晶片1之间的良好粘接性，厚度为10-20μm。

在另外一实施例中，采用丝网印制法，在半导体晶片1的宽大表面上、设置含银、二氯化硅微粒的膏，可能形成保护层2。为此目的，可能采用常规的丝网印制膏，在光致电压的标准制法中，采用这些类型的膏，用于制造背面接点。在宽大表面上涂膏后，把其中含有的粘合剂烧掉，由此，借助于其中包含的二氯化硅微粒，把膏层烧固在半导体上面。得到了厚度大约为10-20μm的均匀的金属化了的导电保护层2。

本发明的又一个实施例，用图2表示在两面设有保护层的半导体晶片1。因此，可能采用相同或者不同的材料设置保护层2或者2′。例如，首先制造一金属化导电层的保护层2，然后再为背面制造有机聚合物的第二保护层2′。

现在可处理象纸片一样的至少具有一保护层2的半导体晶片1，并且可能进行成形工艺。上述成形工艺可能包括一维地弯曲半导体晶片，例如，以便把晶片粘到或叠加到曲面上或者用其它方法把晶片固定到曲面上。通过冲孔，锯割，或者切割，或者按所希望的规格定作，可能使设有保护层2的半导体晶片1成为所希望的外部形状。

图3表示设有保护层2的半导体晶片1，该半导体晶片位于在弧形载体4上。例如，半导体晶片1是太阳电池，其保护层2是导电的金属化背面接点，它由丝网印制加压方法制成。例如，一弯曲的玻璃平面可作为载体4。借助于粘胶层3可能实现粘接过程。最简单的情况，胶层3是热塑热熔箔，该箔夹在太阳能电池1和由玻璃组成的载体4之间。稍微加外压，使整个排列变成超过热熔粘胶箔的软化点的一点，接着冷却。由此，产生如图3所示的叠层。

可能设置例如由光刻胶组成的有机聚合物层作为保护层，然后固化它。在成形处理后，例如，把它粘到弧形载体上，接着，用溶剂，例如丙酮除去保护层。

图4表示成形处理的又一种可能性。把设有保护层2的太阳电池1用胶层3粘到外面成弧形的载体4上，例如，载体4由玻璃组成。在粘接太阳电池1后，除掉保护层2(图4中没有表示)。再叠置层5，用于覆盖太阳能电池1；这可能是又一个热塑热熔粘接箔，或者用上述热熔粘合箔设置的保护箔。由覆盖层5和被完全覆盖的太阳电池1制成了叠层。覆盖层5在太阳能电池四周有重叠部分，在叠制工艺时，它和底面或者和载体4变成固定连接。

图5表示由三晶体块锯下的三晶体片6的平面图。三个单晶区M1，M2，M3在中间相互斜交，所以，没有一个边界可能成为完全切过三晶体的平面。单晶区之间的两个平面，最好是硅的<111>平面，或者是最大偏离该晶体限定平面的±2％的平面。因为要求可用的较大的角度，所以在三个界面没有晶体平面形成。这被称为第二量级的界面。

由上述三晶体硅片6组成的半导体晶片1，可能由大的三晶体块锯下，所以该片厚度大约为30μm，如图1和图2所示，在其一侧或两侧可能设置保护层2。这样，保护层的厚度总计为10-20μm。设置有保护层2的半导体晶片1(三晶体片)显示出奇异的可弯曲性，并且在成形工艺时耐破裂。由此，可以把这种复合物弯曲到很大程度而不破裂，曲率半径可以达到2cm或者更小。因此，可以采用胶合或叠层方法把复合物固定在较高弯曲的底座上(见图3和图4)。

可能通过冲孔或切割，对设有保护层2的半导体晶片1选择切割。如图6所示，可以从半导体晶片1中切除任意形状的凹槽7、而不损伤机械稳定性。还可以对设有凹槽7的半导体晶片1进行成形处理，例如，可以再把它粘接或者叠加到一维弯曲的表面上。

本发明的方法非常适用于制造太阳电池，由此，可能选择切割由三晶体片制造的上述电池，以便很好地把它装配到要固定太阳能电池的表面上。此外，可以利用本发明的方法，把太阳能电池设置在弯曲的表面，特别是高度弯曲的表面，至今还不可能把晶体硅太阳能电池设置在上述弯曲的表面上。

但是，通常，本发明的方法的目的是，在制造太阳能电池的各工艺步骤中，用于减少使半导体晶片破裂的危险。除了在处理半导体晶片和由该半导体晶片制造的太阳能电池过程中增加稳定性外，还可能制成比以前更薄的太阳能电池，获得开头提到的有关太阳能电池特性的优点。

虽然，本领域技术人员可以提出各种改型和变化，但那是发明者包括在本专利内的意图，并且证明这些变化和改型恰好在他们对现有技术所作贡献的范围内。

Claims (10)

1.一种加工薄半导体硅片的方法，其包括下列步骤：

提供其表面具有机械保护层的半导体硅片；和

加工其上具有所述机械保护层的所述半导体硅片，以便使所述半导体硅片具有选定的形状，其中所述加工工艺包括从切割、锯、冲孔、一维弯折中选择的一种加工步骤。

2.按照权利要求1的一种方法，还包括下述步骤，在使所述半导体硅片具有所述选择形状后，从所述半导体硅片除掉所述机械保护层。

3.按照权利要求1的一种方法，其中所述的半导体硅片有相对的主要表面，其中提供其半导体硅片的宽大表面设置机械保护层的步骤，包括把机械保护层设置到所述半导体晶片的所述相对的主要表面的每一个表面上的步骤。

4.按照权利要求1的一种方法，包括设置三晶体硅片作为所述半导体硅片的又一步骤。

5.按照权利要求4的一种方法，包括由三晶体硅片作为所述半导体硅片制造元件的又一步骤。

6.按照权利要求1的一种方法，其中，提供其表面具有机构保护层的所述半导体硅晶片的步骤，包括把厚度为大约10-50μm的由有机聚合物构成的保护层设置到所述半导体硅片上的步骤。

7.按照权利要求1的一种方法，其中，提供在其表面上具有机构保护层的所述半导体晶片的步骤，包括把金属化的导电印刷膏涂到所述半导体晶片上作为机构保护层的步骤。

8.按照权利要求7的一种方法，包括提供其厚度为30-170μm的半导体晶片的又一步骤。

9.按照权利要求1的一种方法，包括提供其厚度为30-170μm的半导体晶片的又一步骤。

10.按照权利要求1的一种方法，包括由具有所述选择形状的所述半导体晶片形成太阳能电池的又一步骤。

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