CN111164734A - 制备含碳化硅的无氮层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过含碳和硅溶液或分散体生产薄的无氮碳化硅层的方法。

Description

制备含碳化硅的无氮层的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域。特别地，本发明涉及一种生产含碳化硅层的方法，该含碳化硅层无氮。此外，本发明涉及碳化硅(SiC)层和碳化硅层在太阳能电池中的用途。此外，本发明涉及一种生产太阳能电池的方法和太阳能电池。
背景技术
在气候变化时期，再生能源和/或机械和/或电气和/或化学能源的再生类型变得越来越重要。在光伏领域有很大的潜力。长期以来，研究界和/或工业界一直认为，根据使用的材料和太阳能电池的设计，最大效率约为30％至40％。然而，由于硅的带隙很小，太阳高能量辐射引起的热化问题无法避免。因此，所有能量高于带隙的光子都会导致更高的能量辐射，从而限制了太阳能电池理论上可能的最大效率。
这个最大效率也被称为肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit)。肖克利和奎伊瑟已经确定了效率的上限，即太阳有效能量的利用率，约为30％，特别是考虑到地球大气层外未聚焦的太阳光。
在研究方面，近几年和几十年来，在提高最大效率方面进行了调查或采取了不同的研究方法。总之，不同的趋势和方法可以用术语“第三代太阳能电池”来描述。对于所谓的“第三代太阳能电池”，假设最大效率为86％。这种效率是基于卡诺效率(Carnotefficiency)，考虑到太阳温度和可用的已辐射的太阳辐射比例，由玻尔兹曼定律(Boltzmann law)确定。最终，理论上最大可能的卡诺效率在实际应用中无法通过辐射功率的可用部分以太阳能电池形式在商业光伏应用中来实现。然而，出发点是，可以提高先前假设的效率，该效率由于半导体技术而受到限制。
在通用术语“第三代太阳能电池”下，将各种优化效率的方法捆绑在一起，以试图减少热化损失。除串联太阳能电池外，大多数方法都是尚未实现或证明的理论概念和模型。这方面的例子是热光伏转换，其中中间吸收层(absorber)由太阳辐射加热，太阳能电池背面的吸收层吸收中间吸收层的部分热辐射并将其转换为电能。另一方面，在串联电池中，可以使用单色辐射来操作太阳能电池，其中多个太阳能电池一个接一个地排列，能隙减小。在上下转换的概念中，计划通过发光材料使太阳光谱适应太阳电池材料。
第三代太阳能电池的进一步研究方向可以在“中间带太阳能电池”中看到，该电池利用了“杂质光伏(IPV)效应”。通过将“中间”带(IB)作为导带和价带之间的所谓中间带，可以使用能量低于带隙的光子。如果光子的能量低于导带和价带之间的带隙，那么光子就不会被传输利用。因此，感应的光电流和太阳能电池的效率都可以提高。因此，通过中间带或中间能级可以产生额外的电子-空穴对，尽管也可以通过中间态重新组合电子-空穴对。
在中间带太阳能电池领域，由于材料的带隙较大，目前还没有考虑在太阳能电池中使用。在较大的带隙下，可以避免上述的热化问题，但传统太阳能电池的最大效率在2ev以上的带隙处也会显著下降，因此不考虑2ev以上的带隙，其不受热化问题的影响。传统太阳能电池在1ev和2ev之间的带隙中达到肖克利-奎伊瑟极限后，其最大可能效率最高。
选择合适的材料来实现中间带(IB)太阳能电池是很困难的，因为必须考虑大量不同的因素。尽管中间带太阳能电池的理论方法前景广阔，但这些还不可用。现有技术仅讨论了理论上可能的材料组合物。
例如，人们认为中间带太阳能电池是基于使用量子点的新型纳米材料。此外，已知掺杂杂质或使用低合金半导体合金。由于不需要的组合，通过杂质引起的重组通道进行杂质掺杂很困难。利用量子点，可以证明中间带太阳能电池的基本概念，从而中间带可以提高太阳能电池的效率。此外，砷化镓(GaAs)用作上述系统的主体材料，因此1.42ev的带隙能量大大低于2.4ev的中间带太阳能电池的最佳带隙能量。低合金半导体合金还包括InGaAsN和ZnTe:O，其中中间带的能级可根据合金组成变化。上述方法目前正在进行科学的讨论和研究。
此外，立方碳化硅(3C-SiC)被认为是第三代太阳能电池研究领域的一种材料。从理论上讲，3C-SiC的带隙可以应用于中间带太阳能电池，尽管目前的现有技术还没有为这种太阳能电池的生产提供任何具体的建议。在3C-SiC中掺入硼，使得能级为0.7ev，高于价带。这个能级可以在中间带太阳能电池中使用。然而，3C-SiC不能用于中间带太阳能电池的层状结构中，特别是在大规模工业应用中。3C-SiC中间带太阳能电池的基本可行性在现有技术中进行了科学的讨论。特别是，对层内杂质掺杂进行了研究，参见如
Figure BDA0002431028370000031
等人，“Cubic silicon carbide as a potential photovoltaic material”，2016,SolarEnergy Materials and Solar Cells,(145),104-108。此外，Sun等人在“Solar drivenenergy conversion applications based on 3C-SiC”，2016,30Materials ScienceForum,1028-1031中表明，3C-SiC是一种很有前途的中间带太阳能电池应用材料。
然而，如前所述，现有技术缺乏具有更高效率的中间带太阳能电池的实际实现，特别是当使用基于3C-SiC的主体材料时。掺杂3C-SiC材料的理论基本适用性与上述类型太阳能电池的实际生产仍有较大差距。
掺杂3C-SiC层在载流子表面或在用于生产太阳能电池的衬底上的沉积有一些问题，这些问题使用用于生产太阳能电池的沉积层的已知方法无法克服。中间带太阳能电池生产中最大的挑战是光伏特性的实现。
对碳化硅太阳能电池的制造工艺缺乏了解也是由于碳化硅不是适合传统太阳能电池的材料。如上所述，2.3ev的带隙对于传统的太阳能电池来说被认为太大了。例如，当带隙大于2ev时，传统太阳能电池中3C-SiC的最大效率明显低于硅。
此外，关于3C-SiC中间带太阳能电池，对3C-SiC中间带太阳能电池的研究受到SiC单晶生产价格过高、目前使用的SiC晶片可用面积不够大，3C-SiC材料生产中存在的问题以及SiC晶片脱氮的必要性的阻碍，这些都阻碍了可用产品(即实际生产的中间带太阳能电池)的实现。采用标准的结晶工艺，3C-SiC的生产难度大，成本高。因此，太阳能电池所需的最小面积不能使用现有技术已知的方法生产。用于生产太阳能电池的晶片也太小了。
另一个问题是，商用碳化硅不可避免地受到氮的污染。氮是碳化硅中的浅施主，因此具有电活性。为了获得半绝缘碳化硅，通常用硼钝化氮。硼是3C-SiC中的受主。因此，碳化硅按体积计含有硼受主和氮施主。然而，在太阳辐射下，这会导致强烈而快速的施主-受主复合发光。这种复合发光代表太阳能电池的有效短路，因此应该不惜一切代价加以避免。
到目前为止，在现有技术中不能提供商业上可用的中间带太阳能电池，特别是不能提供使用3C-SiC的商业上可用的中间带太阳能电池。
发明内容
现在，本发明的目的是避免或至少实质上减少和/或减轻上述技术现状中所描述的缺点和问题。
特别地，本发明的目的是提供一种制备含碳化硅层的方法，该方法旨在确保该层至少基本上不含氮。
根据本发明的第一方面，本发明的主题是根据权利要求1的用于产生含碳化硅层的方法；此外，本发明的这方面的有利实施方式是各从属权利要求的子主题。
根据本发明的第二方面，本发明的另一主题是根据权利要求13的碳化硅(SiC)层。
此外，根据本发明的第三方面，本发明的主题是根据权利要求15的用于生产太阳能电池的方法；本发明这方面的进一步有利实施方式是各从属权利要求的子主题。
最后，根据本发明的第四方面，本发明的另一主题是根据权利要求20的太阳能电池。
不用说，以下提及的特定特征，在特定的特殊实施方式或类似中，仅针对本发明的一个方面描述，也适用于本发明的其他方面，而无需任何明确提及。
此外，对于下文所述的所有相对值或百分比，特别是与重量有关的数量或量，应当注意，在本发明的框架内，这些将由本领域技术人员选择，其方式使得成分、添加剂或辅助物质或类似物的总和按总是100％或按重量计100％。然而，对于本领域技术人员来说，这是不言而喻的。
此外，根据应用和个别情况，技术人员可以偏离下面列出的值、范围或数量，而不脱离本发明的范围。
此外，下面规定的所有参数或类似参数可以通过标准化或明确规定的测定方法或本领域技术人员本身已知的常用测定方法来测定。
在作出这一规定的情况下，本发明的主题在下文中更详细的说明。
因此，根据本发明的第一方面，本发明的主题是一种生产含碳化硅层的方法，所述层为无氮层，其中
(a)在第一方法步骤中，将液态含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶(precursorsol)施加到载体上；
(b)在第一方法步骤(a)之后的第二方法步骤中，含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，转化为碳化硅，其中含碳和硅的溶液或分散体经过多级热处理，其中
(i)在第一热处理阶段(i)将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶加热至300℃或更高，特别是300℃至1800℃，优先800℃至1000℃，以及
(ii)在第一热处理阶段(i)之后的第二热处理阶段中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，加热至1800℃或更高温度，特别是1800℃至2200℃。
在本发明的上下文中，“无氮”层被理解为至少基本上不含氮的层。此外，在本发明的上下文中，“完全无氮”层被理解为至少基本上不含氮的层。然而，原则上，有可能单个氮原子仍然存在于该层中，其中少量氮不足以使该层显示含氮层的特性。特别地，无氮层的构造方式使得该层显示无氮层的特性。因此，氮对该层不再有任何影响。因此，该层不含氮的声明并不涉及原子水平或原子尺度，但该声明表明该层不受氮的任何影响。
如申请人意外地发现的，含氮化合物在加热到至少基本上1000℃优选15至60分钟时被分解并转换为气相，特别是其中氮以元素氮或挥发性氮化合物存在。
根据本发明的优选实施方式，含碳化硅的层包括任选掺杂碳化硅，即包含碳化硅的层是任选掺杂碳化硅层。
申请人发现，无氮含碳化硅层可由含碳和含硅的溶液或分散体生产，其中后者具有极少量的缺陷，因此该层非常适合半导体应用。
此外，根据本发明的方法，无氮碳化硅层可以在多种载体上产生，而不仅仅是在诸如碳化硅或硅片等单晶硅衬底上。特别地，在本发明的上下文中，也可以在碳化硅层产生之后移除载体。最终，只要该层尚未固化或热处理，则载体用于该层的布置或沉积。
根据本发明的方法能够简单、经济且可重复生产表面平坦的无氮碳化硅或碳化硅体。
通过在方法步骤(b)中的至少两级热处理，含碳和硅溶液或分散体特别温和完全地转化为只有极少量缺陷的单晶硅碳化硅。
在本发明的上下文中，含碳和硅的溶液和分散体是指溶液或分散体，特别是前体溶胶，其含有含碳和硅的化合物，其中单个化合物可含有碳和/或硅。优选地，所述含碳和硅的化合物适合作为待制备的目标化合物的前体溶胶。
在本发明的上下文中，前体被理解为通过化学反应和/或在能量的影响下反应以形成一个或多个目标化合物的化合物或化合物的混合物。
在本发明中，前体溶胶被理解为前体物质的溶液或分散体，特别是反应生成所需目标化合物的起始化合物，优选前体。在前体溶胶中，化合物或化合物混合物不再一定以最初使用的化合物的形式存在，而是例如作为水解物、缩合物或其他反应物或中间产物存在。然而，“溶胶”一词也特别清楚地表明了这一点。在溶胶-凝胶过程的范围内，无机材料通常在水解或溶剂分解作用下转化为反应性中间产物或团聚体和颗粒，即所谓的溶胶，随后老化为凝胶，特别是通过缩合反应，其中较大的颗粒和团聚体在溶液或分散体中形成。
在本发明的上下文中，SiC前体溶胶被理解为一种溶胶，特别是一种溶液或分散体，其中含有化合物或其反应产物，在加工条件下可从中获得碳化硅。
在本发明的上下文中，溶液应理解为通常为液体单相系统，其中至少一种物质，特别是化合物或其组分，例如离子，均匀地分布在另一种物质，即所谓的溶剂中。在本发明的上下文中，分散体被理解为至少两相系统，第一相即分散相，分布在第二相、连续相中。连续相也被称为分散介质或分散剂；在本发明中，连续相通常以液体的形式存在，并且在本发明中，分散体通常为固体-液体分散体。
然而，特别是对于溶胶或聚合物，从溶液到分散体的转变通常是流体的，不再能够清楚地区分溶液和分散体。
在本发明的上下文中，层是指材料的分布，特别是以单晶的形式，在一个平面上具有一定的层厚度，特别是在载体或衬底的表面上。平面不必完全被材料覆盖。然而，通常载体或衬底的至少一个表面完全被碳化硅层或含碳和硅的溶液或分散体层覆盖。
在本发明的上下文中，载体被理解为其上施加含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶的材料。特别是，在本发明的上下中，载体是具有至少一个优选平坦表面的三维或几乎二维结构，在该表面上施加含碳和硅溶液或分散体。因此，所述载体优选为用于从无定形含碳和硅溶液生产碳化硅层的载体材料。
如前所述，在本发明的上下文中生产的碳化硅是掺杂碳化硅或未掺杂碳化硅，碳化硅优选为单晶形式。单晶特别适合用于半导体技术。
在本发明的上下文中，通常旨在在第一方法步骤(a)中，将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，作为一层，特别是作为均匀层施加到载体上。通过将含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，以层的形式施加在载体上，可以获得均匀的碳化硅单晶层。
通常，在第一热处理阶段(i)含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，被转变为玻璃。第一热处理阶段的加热特别地去除溶剂、分散剂和其他挥发性物质，并将含碳和硅溶液或分散体的非挥发性成分热解。在热解过程中，优选玻璃仍然保持，其中优选硅和碳以高浓度存在。在本发明中，玻璃被理解为具有近阶但不是远阶的非晶固体。玻璃尤其是凝固的熔体。
关于在处理阶段(i)中加热含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶的时间段，这可以在很大范围内自然变化。然而，在本发明的上下文中，已经证明在第一热处理阶段(i)如果含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，加热至少大体上5到150分钟，优选10到120分钟，优选15到60分钟，则该方法是有效的。
上述时间段使得在热解和结晶为碳化硅的过程中确保无氮层成为可能。在此过程中，含氮化合物被分解并转变为气相。上述优选约30分钟的时间段确保至少实质上所有相关含氮化合物也已分解，从而通过热处理获得的含碳化硅层具有完全无氮层的特性。
就含碳和硅溶液或分散体，特别是在处理阶段(i)中获得的玻璃在第二处理阶段(ii)中被加热的时间段而言，这可以在很大范围内变化。通常，在处理阶段(ii)中，将含碳和硅溶液或分散体，特别SiC前体溶胶，优选在处理阶段(i)中获得的玻璃加热10分钟以上，尤其是15分钟以上，优选20分钟以上，更优选25分钟以上。
类似地，在本发明的上下文中，可提供在处理阶段(ii)中，将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选在处理阶段(i)中获得的玻璃加热10至90分钟，特别是10至40分钟，优选20至35分钟，更优选25至40分钟，尤其优选至少基本上40分钟。上述时间段足以使前体完全转化为碳化硅并形成碳化硅单晶，但足够短以防止碳化硅过度升华。
在本发明的优选实施方式中，在第一热处理阶段(i)之前的处理阶段中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，被加热到50℃到800℃范围内的温度，特别是100℃到500℃，优选100℃到250℃。关于加热时间段，已经发现，如果在第一热处理阶段(i)之前的干燥阶段进行至少基本上5到30分钟、优选5到20分钟、更优选10到18分钟、尤其优选至少15分钟，则特别有利。上述时间段以及上述温度范围用于在材料在处理阶段(i)和(ii)中进行热处理之前将其干燥。
根据另一特别优选实施方式，含碳和硅溶液或分散体的含氮化合物已通过热处理分解，特别是在第一热处理阶段(i)。因此，含氮化合物可以被转变为气相，其中氮可以以元素氮或挥发性含氮化合物的形式被转变为气相。通过分解含氮化合物，可以确保无氮层，其材料性能不受氮的影响，这在与半导体应用相关的方面特别有利。
通常在处理阶段(ii)中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选在处理阶段(i)中获得的玻璃，被转化为结晶碳化硅，优选单晶碳化硅。
在本发明的上下文中，已经证明，如果在第一热处理阶段(i)将含碳和硅溶液或分散体热解并转化为玻璃，以及在随后的单独处理阶段，特别是在第二热处理阶段(ii)，则是有利的，发生碳化硅单晶的结晶和生产。通过这种方法，特别是可以获得具有小比例缺陷结构的纯碳化硅单晶。特别是，在第二热处理阶段(ii)，通过适当的温度选择可以调整碳化硅的多形体。例如，在第二热处理阶段(ii)中的1800℃温度下获得多型体3C-SiC，在第二热处理阶段(ii)中的2100℃以上温度下获得六角形的SiC多型体，即4H-SiC和6H-SiC。
根据本发明的优选实施方式，可提供在处理阶段(i)之后和执行处理阶段(ii)之前，对含碳和含硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选在处理阶段(i)中获得的玻璃进行冷却，特别是淬火。通过冷却，特别是淬火获得的玻璃，获得和/或冻结无定形玻璃态。特别是，这样就有可能获得理想的起始条件，以便随后转化为单晶硅碳化硅。
关于冷却速度，其自然会在很大范围内变化。
然而，在本发明的上下文中，如果以大于50℃/分钟，特别是超过70℃/分钟，最好超过100℃/分钟的冷却速率冷却含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选在处理阶段(i)中获得的玻璃，则证明其是有效的。
通常，在本发明的上下文中，至少处理阶段(i)和(ii)是在保护性气体环境中进行的，特别是在惰性气体环境中。根据本发明的优选实施方式，尤其是整个方法步骤(b)在保护气体环境中执行，特别是在惰性气体环境中执行，其中，特别优选方法步骤(a)和(b)都在保护气体环境中执行，特别优选惰性气体环境。
在本发明中，惰性气体被理解为有效防止含碳和硅溶液或分散体的组分特别是通过氧气氧化，而本发明的上下文中的惰性气体是在工艺条件下不会与含碳和硅溶液或分散体的成分发生反应的气体。在本发明的上下文中，保护气体通常选自稀有气体及其混合物，特别是氩及其混合物。在本发明的上下文中，如果保护气体是氩，则特别优选。
优选地，掺杂碳化硅层。结果，所述层可包含掺杂碳化硅，所述碳化硅优选为单晶形式。单晶形式和不受氮影响的层的性质都适合用于半导体技术。
掺杂碳化硅是指掺入更多元素的碳化硅，特别是少量元素周期表的第13族和第15族元素。优选地，碳化硅具有ppm(百万分之一)或ppb(十亿分之一)范围内的至少一种掺杂元素。特别地，含碳化硅层是p掺杂的，或选择性地插入缺陷或栅极间隙。碳化硅的掺杂对碳化硅的电性能有着特别决定性的影响，因此掺杂碳化硅特别适合于半导体技术的应用，优选是在太阳能电池领域。掺杂元素具有四个以上价电子的掺杂被称为n-掺杂，而掺杂元素具有四个以下价电子的掺杂被称为p掺杂。如前所述，含碳化硅层的p掺杂是优选的。
通常，碳化硅掺杂有从磷、砷、锑、硼、铝、镓、铟、钛、钒、铬、锰及其混合物中选择的元素，和/或碳化硅的电性能是通过选择性插入缺陷位置，特别是栅隙来实现的，例如，用高能电磁辐射处理碳化硅。优选地，碳化硅掺杂有元素周期表的第13族和第15族元素，由此，特别是碳化硅的电性能可以有针对性地操纵和调整。这种掺杂的碳化硅特别适合于在半导体技术中的应用。
在本发明的上下文中，如果掺杂碳化硅，则已证明，如果掺杂碳化硅包含相对于掺杂碳化硅的掺杂元素的量为0.000001到0.0005wt.％，特别是0.000001到0.0001wt.％，优选0.000005到0.0001wt.％，更优选0.000005到0.00005wt.％。因此，极少量的掺杂元素完全足够用来具体调整碳化硅的电性能。
如果要进行磷掺杂，最好使用磷酸掺杂。
如果使用砷或锑掺杂，建议从三氯化砷、氯化锑、氧化砷或氧化锑中选择掺杂试剂。
如果将铝用作掺杂元素，铝粉可以用作掺杂剂，特别是用于酸性或碱性pH值。此外，还可以使用氯化铝。一般来说，当使用金属作为掺杂元素时，除了难溶的氢氧化物外，氯化物、乙酸盐、乙酰丙酮、甲酸盐、醇盐和氢氧化物都可以使用。
如果用硼作为掺杂元素，掺杂剂通常是硼酸。
如果使用铟作为掺杂元素，通常从卤化铟中选择掺杂试剂，特别是三氯化铟(InCl3)。
如果使用镓作为掺杂元素，则通常卤化镓中选择掺杂试剂，特别是GaCl3。
如果使用钛、钒、铬和/或锰作为掺杂元素，则优选使用相应的金属氯化物。
此外，在本发明的另一有利实施方式中，在第一方法步骤(a)中，将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，作为层，特别是作为均匀层施加到载体上。该载体优选包含碳化硅、优选3C-SiC和/或掺氮。载体用于在含碳和硅溶液或分散体固化期间的机械稳定性。在该过程中，将含碳和硅的溶液或分散体施加到载体上，其中载体还可以经历所有热处理阶段，或者被配置成载体不会对由含碳和硅的溶液或分散体产生的层的性能产生不利影响。因此，该载体使含碳和硅溶液或分散体易于施加，并保证所制备层的机械稳定性。
含碳和硅的溶液或分散体可以通过任何合适的方法施加到载体上。然而，在方法步骤(a)中，如果通过涂层工艺施加含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，则其被证明是有利的。涂层工艺可采用浸涂、旋涂、喷涂、滚涂、压涂或印刷。当含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，通过浸涂、旋涂、喷涂或印刷(优选通过浸涂)施加到载体上时，获得特别好的结果。
就含碳和硅溶液或分散体(特别是碳化硅前体溶胶)施加到载体上的层的厚度而言，根据碳化硅的预期用途和碳化硅的化学成分，这可以在很大范围内变化。通常，在方法步骤(a)中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，施加到衬底的层厚度为0.1到1,000μm，特别是0.1到500μm，优选0.1到300μm，更优选0.1至10μm。在含碳和硅的溶液或分散体的热处理期间，可降低含碳和硅的溶液或分散体的层高度。这种降低可以是含碳和硅溶液或分散体原始层厚度的至少基本上20％。
此外，在本发明的范围内，可提供含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，在25℃下具有3至500mPas范围内的布鲁克费尔德(Brookfield)动态粘度，特别是4至200mPas，优选5至100mPas。如果含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，在上述范围内具有动态粘度，则施加含硅和碳溶液的层密度，特别施加至载体的层密度可以在宽范围内变化。特别是，单独施加含硅和碳溶液，就可以获得很高的层厚，这在例如碳化硅晶片的生产中是有利的，因为晶片只需几个工作步骤就可以获得。
根据本发明的优选实施方式，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，包括：
(A)至少一种含硅化合物，
(B)至少一种含碳化合物；以及
(C)至少一种溶剂或分散剂。
在本发明的上下文中，含硅和碳溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，包括在工艺条件下释放硅的特殊前体溶胶和在工艺条件下释放碳的特殊前体溶胶。这样，含碳和硅溶液或分散体中的碳硅比就可以根据各自的施加进行调整和定制。
如果含硅化合物选自硅烷、硅烷水解物、原硅酸及其混合物，则在本发明范围内获得特别好的结果。尤其优选含硅化合物为硅烷。
同样，在本发明的上下文中，如果含碳化合物选自糖(特别是蔗糖、葡萄糖、果糖、转化糖、麦芽糖)，淀粉，淀粉衍生物，有机聚合物(特别是酚醛树脂和间苯二酚甲醛树脂)，以及它们的混合物，则被证实是有利的。
就含碳和硅溶液或分散体中的硅碳比而言，这可以在很大范围内自然变化。然而，如果含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，具有1:1到1:10，特别是1:2到1:7，优选1:3到1:5，更优选1:3.5到1:4.5范围内的硅与碳的重量比，则被证明是有用的。在本发明的范围内，如果含碳和硅溶液或分散体(特别是碳化硅前体溶胶)中硅与碳的重量相关比为1:4，则可获得特别好的结果。利用上述硅碳比，特别是在随后的热处理中，有可能以定向和可重复的方式生产碳化硅单晶，特别是单晶硅碳化硅层。
就溶剂或分散剂的选择而言，可从所有合适的溶剂或分散剂中选择。然而，通常溶剂或分散剂选自水和有机溶剂及其混合物。在特别是在含水的混合物中，通常可水解或可溶解的起始化合物被转化为无机氢氧化物，特别是金属氢氧化物和二氧化硅，然后它们被缩合，从而获得适于热解和结晶的前体。
此外，所用化合物在所用溶剂中的溶解度应足够高，特别是在乙醇和/或水中，以便能够形成溶液的精细分散体，特别是溶胶，并且不得与溶液或分散体的其他成分，特别是溶胶发生反应，以在生产过程中形成不溶性化合物。
此外，各个反应的反应速率必须相互协调，因为根据本发明的组合物的水解、缩合和凝胶化(如有必要)可能的话应按顺序在不受干扰下进行，以便获得溶胶中单个组分尽可能的均匀分布。
所形成的反应产物不得对氧化反应敏感，也不得具有挥发性。
在本发明的范围内，可以提供有机溶剂选自醇，特别是甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮、乙酸乙酯及其混合物。在本发明中，特别优选有机溶剂选自甲醇、乙醇、2-丙醇及其混合物，则特别优选乙醇。
上述有机溶剂在很大范围内可与水混溶，特别适合极性无机物质(如金属盐)的分散或溶解。
如上所述，水和至少一种有机溶剂的混合物，特别是水和乙醇的混合物，优选地用作溶剂或分散剂，在本发明的范围内使用。在本发明中，优选溶剂或分散剂具有水与有机溶剂的重量相关比为1:10到20:1，特别是1:5到15:1，优选1:2到10:1，更优选1:1到5:1，特别优选1:3。水与有机溶剂的比例一方面可以调节水解速率，特别是含硅化合物和掺杂试剂的水解速率，另一方面可以调节含碳化合物，特别是含碳前化合物例如糖的溶解度和反应速率。
含碳和硅溶液或分散体所含溶剂或分散剂的量可在很大范围内变化，这取决于相应的施加条件和要生产的掺杂或未掺杂碳化硅的类型。然而，通常，相对于含碳和硅溶液或分散体，含碳和硅溶液或分散体含有10至80wt.％，特别是15至75wt.％，优选20至70wt.％，优选20至65wt.％的溶剂或分散剂。
在本发明的上下文中，通常提供含碳和硅溶液或分散体具有硅与碳，特别是以含硅化合物和含碳化合物的形式的重量相关比，在1:1到1:10，特别是1:2到1:7范围内，优选1:3至1:5，更优选1:3.5至1:4.5范围内。在本发明中，如果含碳和硅溶液或分散体的硅与碳，特别是含硅化合物与含碳化合物的重量相关比为1:4，则获得特别好的结果。
就含硅化合物而言，优选含硅化合物选自硅烷、硅烷水解产物、原硅酸及其混合物，特别是硅烷。在本发明的范围内，例如，可以从其碱金属离子通过离子交换交换质子的碱硅酸盐中获得原硅酸及其缩合产物。然而，碱金属化合物不用于本发明范围内的含碳和硅溶液或分散体中，因为它们也被并入含碳化硅化合物中。在本发明的上下文中，通常不需要碱金属掺杂。然而，如果需要，可以使用适当的碱金属盐，例如含硅化合物或碱磷酸盐。
在本发明的上下文中，如果硅烷用作含硅化合物，则如果硅烷选自通式I的硅烷，则证明其是有用。
R4-nSiXn(I)
其中
R＝烷基，特别是C1至C5烷基，优选C1至C3烷基，优选C1和/或C2烷基；
芳基，尤其是C6至C20芳基，优选C6至C15芳基，优选C6至C10芳基；
烯烃，特别是末端烯烃，优选C2至C10烯烃，优选C2至C8烯烃，特别优选C2至C5烯烃，特别优选C2和/或C3烯烃，特别优选乙烯基；
胺，特别是C2至C10胺，优选C2至C8胺，优选C2至C5胺，特别优选C2和/或C3胺；
羧酸，特别是C2至C10羧酸，优选C2至C8羧酸，优选C2至C5羧酸，特别优选C2和/或C3羧酸；
醇，特别是C2至C10醇，优选C2至C8醇，优选C2至C5醇，特别优选C2和/或C3醇；
X＝卤化物，特别是氯化物和/或溴化物；
烷氧基，特别是C1至C6烷氧基，特别优选C1至C4烷氧基，尤其优选C1和/或C2烷氧基；和
n＝1-4，优选3或4
然而，如果从通式Ia的硅烷中选择硅烷，则获得特别好的结果。
R4-nSiXn(Ia)
其中
R＝C1至C3烷基，特别是C1和/或C2烷基；
C6至C15芳基，特别是C6至C10芳基；
C2和/或C3烯烃，特别是乙烯基；
X＝烷氧基，特别是C1至C6烷氧基，特别优选C1至C4烷氧基，尤其优选C1和/或C2烷氧基；和
n＝3或4。
通过上述硅烷的水解和随后的缩合反应，可在本发明范围内以简单的方式获得缩合的原硅酸或硅氧烷，其仅具有非常小的粒径，其中进一步的元素，特别是金属氢氧化物，也可以并入到基本结构中。
通过使用含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，在本发明的范围内，可以将待生产的碳化硅的组分以均匀和精细分布的方式排列，使其尽可能在空间上彼此相邻，以便在施加能量时，含碳化硅目标化合物的单个组分彼此紧邻，不必首先扩散相对较长的距离。
在本发明的上下文中，如果含硅化合物选自四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷及其混合物，优选四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或三乙氧基甲基硅烷及其混合物，则在本发明中获得特别好的结果。
就含碳和硅溶液或分散体中含硅化合物的量而言，它们也可以根据各自的施加条件在很大范围内变化。然而，通常，相对于含碳和硅溶液或分散体，含碳和硅溶液或分散体的含硅化合物，其量为1至80wt.％，特别是2至70wt.％，优选5至60wt.％，更优选10至60wt.％。
如上所述，根据本发明的含碳和硅溶液或分散体包含至少一种含碳化合物。可以被溶解或至少精细地分散在所用的溶剂中，并且可以在热解过程中释放固体碳的所有的化合物，都被认为是含碳化合物。优选地，含碳化合物还能够在工艺条件下将金属氢氧化物还原为元素金属。
在本发明的上下文中，如果含碳化合物选自糖(特别是蔗糖、葡萄糖、果糖、转化糖、麦芽糖)，淀粉，淀粉衍生物，有机聚合物(特别是酚醛树脂和间苯二酚甲醛树脂)及其混合物，证明其是有效的。
如果含碳化合物选自糖、淀粉、淀粉衍生物及其混合物，优选糖，则在本发明中获得特别好的结果，因为含碳和硅溶液或分散体的粘度可以特别地调节，特别是通过使用糖和淀粉或淀粉衍生物进行调节。
就含碳和硅溶液或分散体中含碳化合物的量而言，这也可以根据各自的施加和施加条件或要生产的目标化合物而大幅度变化。然而，通常，相对于含碳和硅溶液或分散体，含碳和硅溶液或分散体中含碳化合物的量为5至50wt.％，特别是10至40wt.％，优选10至35wt.％，更优选12至30wt.％。
在本发明的上下文中，含碳和硅的溶液或分散体因此任选地包含掺杂剂。如果含碳和硅的溶液或分散体含有掺杂剂，则含碳和硅的溶液或分散体通常含有的掺杂剂的量为基于溶液或分散体，0.000001至15wt.％，尤其是0.000001至10wt.％，优选0.000005至5wt.％，更优选0.00001至1wt.％。掺杂剂的加入可以决定性地改变得到的碳化硅的性能。
此外，在本发明范围内，可提供含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，其包含掺杂剂。特别是在半导体技术中的应用，如上所述，为了在碳化硅材料中产生半导体特性，碳化硅的掺杂是常见的。然而，例如，纯碳化硅可以用作绝缘体。
根据本发明的优选实施方式，含碳和硅的溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，包括：
(A)至少一种含硅化合物，
(B)至少一种含碳化合物，
(C)至少一种溶剂或分散剂；以及
(D)任选地，掺杂剂。
就含硅和碳溶液或分散剂(特别是碳化硅前体溶胶)所施加的载体而言，可从各种合适的材料中选择。在本发明的上下文中，有可能从晶体和非晶载体中选择载体。根据本发明的优选实施方式，所述载体是非晶载体。本发明的一个特点是，碳化硅层的生产不必仅在晶体，特别是单晶体载体上进行，而且还可以使用非常便宜的非晶载体。
对于制造载体的材料，当材料选自碳(特别是石墨)和陶瓷材料(特别是碳化硅、二氧化硅、氧化铝)以及金属及其混合物时，获得了特别好的结果。
然而，如果载体的材料是碳，特别是石墨，则在本发明的上下文中可获得特别好的结果。特别是通过使用石墨载体，使用本发明的方法可以非常容易和经济有效地制备碳化硅的薄层或碳化硅晶片。此外，其他合适的材料和载体材料是，例如，氧化硅(特别是二氧化硅晶片)，氧化铝(例如蓝宝石的形式)，以及金属或由单晶硅材料组成的金属化表面(特别是其上蒸汽沉积有金属，例如铂的碳化硅或二氧化硅晶片)。
根据另一优选设计，衬底具有1到1,000μm、优选1到300μm、更优选80到120μm，特别优选至少基本上100μm的层厚度。尤其是在热处理期间，上述类型的载体层厚度确保了含碳和硅溶液或分散体的机械稳定性。但是，同时，尽可能少地将材料(就重量和/或体积而言)用于载体。上述载体层厚度特别适用于在生产无氮碳化硅层之后没有再次移除的载体。对于随后移除的载体，例如基于石墨的载体，层厚度不太关键。
在本发明的范围内，还可以提供在热处理之后，特别是在方法步骤(b)之后移除载体。在本发明的上下文中，如果移除载体，证明如果以氧化方式移除载体则有用。通常载体是通过热或化学的方式移除的，特别是通过氧化的方式热或化学地移除的。在本发明中，当载体在氧气氛中通过臭氧和/或过氧化氢水溶液的作用被移除时，会得到特别好的结果。在氧气氛中的氧化移除中，可以说，载体是燃烧的，这特别适合基于石墨的载体。
移除载体特别允许生产几乎二维碳化硅体，但也允许生产碳化硅晶片。
在本发明中，层或晶片的厚度通常由液态含碳和硅溶液或分散体(尤其是SiC前体溶胶)的厚度决定。
为了生产特别大厚度的碳化硅晶片，重复方法步骤(a)和(b)，直到获得所需厚度的晶片。这样，几乎任何厚度的单晶硅碳化硅晶片都可以很容易地获得。
根据本发明的优选实施方式，重复方法步骤(a)和(b)，其中在每个过程中使用不同的含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选地使用不同掺杂剂和/或不同浓度的掺杂剂。通过使用不同的含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，在执行方法步骤(a)和(b)时，可以获得具有不同电子性质的半导体材料，它们可以用作电子元件的基本材料。例如，pn掺杂的层序列用于二极管，pnp或npn掺杂可以用作双极晶体管的基础材料。此外，太阳能电池，特别是基于碳化硅的中间带太阳能电池，可以通过如下所述的方式使用。
根据本发明的第二方面，本发明的另一主题是SiC层和/或SiC晶片。特别地，SiC层和/或SiC晶片由上述类型的方法产生。SiC层和/或SiC晶片包括碳化硅，优选3C-SiC。SiC层和/或SiC晶片的特征在于，SiC层和/或SiC晶片完全不含氮。
根据本发明的优选实施方式，碳化硅层和/或碳化硅晶片由碳化硅制成，碳化硅可选择性地掺杂或特别地具有缺陷位点，特别是空晶格位点。
因此，无氮碳化硅层和/或无氮碳化硅晶片特别适合于半导体应用，例如，如果要确保在层中不提供氮污染或掺杂，特别是为了避免不希望的重组。
为了避免不必要的重复，参考先前对生产无氮含碳化硅层的方法的说明。在本发明中，同样适用于SiC层或SiC晶片。
此外，根据本发明的第三方面，本发明的另一主题是如上所述的优选p掺杂SiC层和/或SiC晶片和/或根据如上所述的方法生产的p掺杂SiC层和/或SiC晶片在太阳能电池中，特别是在中间带太阳能电池中的用途。
根据本发明的无氮含碳化硅层被证明是特别有利的，因为用于生产中间带太阳能电池的太阳能电池结构中的层应当是无氮的，并且优选地掺杂有硼。在中间带太阳能电池中，无氮层的使用确保了中间带能级不会因p掺杂层中的氮而改变。这是对现有技术的一个重大改进，因为虽然碳化硅理论上特别适合于中间带太阳能电池，因为它具有较大的带隙，但不可避免地会受到氮的污染。由于氮是碳化硅中的扁平掺杂剂，它也具有电活性。然而，如果要从含氮碳化硅层生成绝缘碳化硅层，则如上所述，用硼钝化氮。这导致了在阳光下施主-受主复合发光，这在任何情况下都应该避免。只有通过本发明，才能保证无氮碳化硅在一层中可用。
此外，根据本发明的第四方面，本发明的另一主题是生产具有层状结构的太阳能电池，特别是中间带太阳能电池的方法，其具有至少一个，特别薄的无氮层，所述无氮层包括碳化硅，优选3C-SiC，特别是根据上述方法生产的，其中，用于生产无氮层的方法如下：
(a)在第一方法步骤中，将液态含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，施加到载体或层状载体层上，
(b)在第一个方法步骤(a)之后的第二个方法步骤中，含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，转化为碳化硅，其中，含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，进行多级热处理，其中
(i)在第一热处理阶段(i)将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶加热至300℃或更高的温度，特别是300℃至1800℃，优选800℃至1000℃；以及
(ii)在第一热处理阶段(i)之后，在热处理阶段(ii)中，含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，被加热到1800℃或更高的温度，特别是1800℃到2200℃。
利用本发明的无氮层，可以生产中间带太阳能电池。这是太阳能电池发展的一个重大进步，因为传统太阳能电池的效率可以通过中间带太阳能电池大大提高。因此，可以提供效率比传统太阳能电池高50％的中间带太阳能电池。为了制造中间带太阳能电池，使用通过热处理含碳和硅溶液或分散体获得的无氮层。
如上所述，中间带太阳能电池需要无氮层，优选在p掺杂层内，以便可以避免由于用氮硼钝化氮而产生的复合发光。因此，可以绕过以前不可避免的太阳能电池短路。
根据本发明的方法，可提供商业上可使用的中间带太阳能电池，其直到现在才可获得。
在本发明中，在另一种太阳能电池形式或太阳能电池结构中使用无氮层也是可以想象的，由此，无氮层可以提高半导体性能，特别是效率，因为可以避免不必要的氮污染。
因此，可以提供能够满足第三代太阳能电池的材料要求的半导体材料。如前面所述，碳化硅尤其在第三代太阳能电池领域具有很高的发展潜力，现在可以通过本发明的通过无氮层生产太阳能电池的方法来实现和使用。因此，可以避免以前对碳化硅材料使用的限制，特别是立方(3C-SiC)碳化硅。
通过根据本发明的方法，可以以相对较低的制造成本生产太阳能电池，特别是中间带太阳能电池-甚至是在大规模工业规模上，其中也可以使用在至少一层中无氮的单晶硅碳化硅。
此外，在本发明的范围内不仅可以保证所需的无氮SiC层，而且可以以低成本生产适于太阳能电池生产的SiC层。
原则上，还可以设想在上述热处理之后获得至少一个无氮层，并且使用不同的工艺将更多的层或另一层施加到无氮层上，或者将无氮层施加到通过不同的制造工艺获得的太阳能电池层上。
关于根据本发明的太阳能电池的生产方法的进一步细节，可以参考关于无氮层的生产的上述说明，其也相应地适用于根据本发明的用于生产太阳能电池的方法。
应当理解的是，上述和说明的特征，特别是还考虑到上述无氮层的组成，相应地适用于制造太阳能电池的工艺。所述的优点和特点也可应用于太阳能电池的制造工艺。
在下文中，讨论了生产太阳能电池的方法的特殊特征，这些特征不同于生产无氮层含碳化硅的方法的特征或进一步对其进行表征。
在本发明的上下文中，载体被理解为任何合适的载体，其提供了太阳能电池的层结构的机械稳定性，特别是至少在层结构的产生期间。载体可以形成太阳能电池的一部分，即，它可以是太阳能电池的层状结构的一部分，或者，特别在太阳能电池的耐机械层的情况下，它可以在层状结构或层状结构的一部分产生后再次被移除。如果衬底构成太阳能电池的一部分，则使用导电衬底和/或透明衬底。导电衬底可以用作电极材料，特别是太阳能电池的阳极材料，或者它可以将由光电压产生的电流传输到实际电极，例如挡板或金属层。金属衬底、石墨衬底和优选的氮掺杂的碳化硅衬底可用作导电衬底。玻璃衬底特别适合用作透明衬底、优选石英玻璃衬底、碳化硅衬底或蓝宝石衬底。
在本发明中，用于产生无氮层的工艺中描述的载体可以是具有载体的上述特性的衬底，其中透明和/或导电衬底优选用于太阳能电池的生产。此外，无氮层也可施加到另一层上，该另一层随后用作载体且例如先前已施加到衬底上。
在本发明中，应注意p掺杂是掺杂无氮层的优选。特别是通过硼和/或铝和/或铬和/或通过钒和/或锰和/或钛和/或钪进行掺杂。当使用硼作为掺杂元素时，优选使用诸如四硼酸二钠和/或硼酸之类的添加剂。
此外，还可以设想在无氮层中产生栅极间隙和/或所谓缺陷，特别是通过使用高能辐射，优选通过电子辐射。由于所谓的空晶格位点和/或空穴，晶体中存在不再包含原子的缺陷，其中原子可能已通过高能辐射(优选激光辐射)移除。上述空晶格位点有助于待制备的太阳能电池的半导体性能。空晶格位点，特别是Si或C空隙，优选是通过电子辐照产生的，并且可以通过热处理转化为大量不同的缺陷(目前已知约有12个缺陷)，具有不同的光学和电学性质，例如双空位点、反位等。这些都有不同的光学性质，因此可以有针对性地产生中间带。辐射能量和暴露时间决定了产生缺陷的浓度。如果浓度足够高，则形成适合作为中间带的缺陷带。在过去的基础研究中，人们对这类过程和性质进行了深入的研究。
关于无氮层的层厚度，优选在方法步骤(a)中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，以1nm到100μm，特别是5到500nm，优选8到300nm，更优选10到200nm的层厚度施加。每层厚度为10到200nm是有利的，但是如上文所述的用于产生无氮层的较厚层也是可能的。该层的厚度可以取决于前体溶胶的润湿性，特别是可调粘度。如果溶胶的层厚度选择在10μm以下，则可以预期为单晶层。然而，原则上，所有类型的碳化硅表面，结晶态和/或非晶态，也可以被涂覆。
在本发明的另一优选实施方式中，施加至少两层结构，特别是在载体衬底上，所述至少两层结构具有另一层。该另一层，尤其包括碳化硅，优选3C-SiC，可通过上述类型的方法特征来制备。优选地，另一层是碳化硅层，特别是3C-SiC层，优选n掺杂，优选用元素周期表的第15族元素，优选氮和/或磷掺杂。
优选地，先将另一层施加到载体上，然后将无氮层施加到另一层上。
原则上，在本发明中，也可以设想在无氮层之上施加进一步的、优选地未掺杂的保护层，特别是根据先前描述的工艺特征生产的未掺杂的保护层。特别是，保护层经过了热处理。未掺杂的保护层可具有0.1至25nm，优选1至10nm的层厚度。
此外，无氮层也可以立即施加到另一层上，至少在原则上，由此可以影响pn转变，并且可以同时对相邻层进行温度处理。
此外，还可以设想，另一层受到与无氮层分离或独立的温度处理。在本发明中，将理解，如果将无氮层施加到另一层上和/或将另一层施加到无氮层上，则另一层也可以经受无氮层和/或另一层的温度处理。
另外，还可以掺杂另一层，优选n掺杂。n-掺杂可以优选地用氮和/或磷实现。
如果另一层的碳化硅要掺杂氮，则硝酸、氯化铵、硝酸钾和/或三聚氰胺可用作掺杂剂。在氮的情况下，也可以在氮气氛中执行制备另一层方法，由此也可以实现氮掺杂，但精度较低。
此外，还可以对所述另一层进行热处理，特别是产生含有单晶硅碳化硅的另一层。可以提供
(A)在第一热处理阶段，含有碳和硅的溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，被加热到800℃到1200℃，特别是900℃到1100℃，优选950℃到1050℃，更优选1到10分钟，尤其优选1到5分钟，特别是至少基本上2分钟，以及
(B)在第一热处理阶段(A)之后的第二热处理阶段中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，被加热至1800℃或更高的温度，特别是10至90分钟，优选10至40分钟，尤其是至少基本上30分钟。
上述温度处理可导致形成含有非晶碳化硅的单晶层。
此外，导电层，特别是金属栅极，也可以布置在无氮层和/或另一层的上方。在这种情况下，导电层可以特别地远离衬底和/或在与衬底相对的太阳能电池侧上布置。导电层可以用作太阳能电池的阴极，并且可以与现有的背接触一起用于传递电流。在本发明中，将理解，根据本发明的太阳能电池的层结构还可以进一步用于可能的触点。然而，原则上，在本发明中，也可以设想使用常规太阳能电池通常的触点。根据优选的实施方式，导电层，特别是金属栅极，被构造为铝排水网或由铝制成。因此，导电层，特别是金属栅极，可以布置或施加到太阳能电池的顶层，这已经为传统太阳能电池所知。
在本发明构思的进一步发展中，反射层和/或导电层，特别是金属层和/或TCO阳极，可布置在衬底下方和/或无氮层下方和/或另一步层下方。优选地，反射层和/或金属层布置在与金属栅极，特别是铝放电栅极相对的太阳能电池侧。本文中的缩写“TCO”是指“透明导电氧化物”。TCO是一种在可见光范围内对电磁波吸附相对较低的材料。优选的TCO材料是铟锡氧化物(ITO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锡氧化物(AZO)和锑锡氧化物。导电层用于接触和传输由太阳能电池或形成的电荷载体产生的电流。
此外，根据本发明的第五方面，本发明的另一主题是太阳能电池，特别是中间带太阳能电池。特别地，太阳能电池是根据先前描述的用于生产太阳能电池的工艺生产的，特别是使用如上所述的SiC层和/或SiC晶片和/或根据如上所述的方法生产的SiC层和/或SiC晶片。太阳能电池至少有一层含有碳化硅。根据本发明，包含碳化硅的层完全不含氮。
对于本发明的本优选实施方式，本发明的所有优点、特征和特殊实施方式以及优选实施方式都可以同等地应用。
为了避免不必要的重复，这里不描述具有至少一个无氮层的太阳能电池的优点和特征。
此外，根据本发明的第六方面，本发明的另一个主题是通过选择性地在半导体中生成空晶格位点来在半导体的价带和导带之间选择性地生成能级的方法。
根据本发明的优选实施方式，价带和导带之间产生的能级以带的形式尤其是中间带的形式存在。
因此，在本发明的上下文中，如果本发明的这一方面是通过半导体中晶格间隙的选择性生成用于选择性生成半导体的价带和导带之间的中间带的方法，则优选。
这是因为，正如申请人意外地发现的，位于半导体材料的价带和导带之间的能级和能带可以通过选择性地在半导体材料中产生晶格间隙和因此的缺陷结构而产生。
通常晶格间隙是由辐射产生的，特别是电子辐射。在本发明中，当辐射能量超过2mev时，得到了非常好的结果。
在本发明的上下文中，进一步优选的是，如果在第一工艺步骤中，半导体材料受到辐照，特别是电子辐照，由此产生栅极间隙。
在第一工艺步骤之后的第二工艺步骤中，然后通过热处理由栅极晶格产生的缺陷结构。
由间隙产生的缺陷或缺陷结构具有不同的光学和电学性质，如双间隙、反位等。由于不同的缺陷具有不同的光学和电学性质，半导体材料中可产生中间带。
辐射的能量和暴露时间决定了产生的缺陷的浓度。
在本发明的上下文中，如果半导体由碳化硅构成，则进一步优选。特别地，如果半导体是之前描述的无氮碳化硅层，则优选。
附图说明
本发明的进一步特征、优点和可能的应用来自以下基于附图和附图本身的执行示例的描述。所有描述和/或以图片形式表示的特征，无论是单独的还是以任何组合的，都构成本发明的主题，而不考虑其在权利要求书中的简述或其相互关系。
图1是根据本发明的太阳能电池的层结构的示意图，
图2是根据本发明的太阳能电池的另一实施方式的层结构的示意图，
图3是根据本发明的太阳能电池的另一实施方式的层结构的示意图，
图4是根据本发明的太阳能电池的另一实施方式的层结构的示意图，
图5根据本发明的太阳能电池的另一实施方式的示意透视图，以及
图6是所发明的用于产生无氮层的工艺的示意图。
具体实施方式
图1示出了太阳能电池1的示意性层结构，其中太阳能电池1具有载体4。优选地，载体4是强氮掺杂碳化硅或透明衬底，例如石英玻璃。另一层3已施加到载体4上。在另一层3上已施加无氮层2。
在所示的设计示例中，载体4具有基本上为100μm的层密度。此外，载体4由碳化硅制成，碳化硅也是n掺杂的。
另一层3和无氮层2具有基本上为100nm的层厚度。未示出另一层3已通过浸涂施加到载体4上且无氮层2已被喷涂。此外，无氮层2是p掺杂的。在所示示例中，硼用作无氮层的掺杂剂。另一层3是n掺杂的。另一层3被氮掺杂。因此，另一层3具有氮，而无氮层2完全无氮。在所示的示例中，另一层3和无氮层2都具有碳化硅作为材料。
此外，图2示出了太阳能电池1的另一种可能的层结构，其中无氮层2被施加到载体4上，而无氮层2用作另一层3的载体。另一层3和无氮层2具有已经在图1中的设计示例中说明的材料组成。
图3示出在太阳能电池1的层结构产生之后，可以移除先前用作另一层3的载体的载体4。
此外，图4示出电极，特别是金属栅极6，可排列在太阳能电池1的顶部，即在本例中位于无氮层2的顶部，从而位于太阳能电池1与载体4相对的一侧。在所示的示例中，金属栅极6被构造为铝排水栅极。铝栅极用于接触太阳能电池1。
图5还示出了另一导电层5，特别是金属层或TCO阳极，可布置在太阳能电池1朝向远离金属栅极6的一侧。在其他实施方式中，可以提供镜涂层代替和/或除了导电层之外提供镜涂层。在所示的示例中，TCO阳极被提供为导电的。
未示出的是，除了无氮层2和另一层3之外，还可以提供保护层(优选未掺杂)，例如，保护层可以布置在层2、3的下方和/或上方。
图5中所示的太阳能电池1被设计为所谓的中间带太阳能电池，因此它在导带和价带之间使用中间带能级(“中间带”)，以提高太阳能电池1的效率。在本发明中，无氮层2不含氮是至关重要的。在无氮层2中，所使用的材料是3C-SiC，由于其较大的带隙，适合在中间带太阳能电池中使用。
此外，根据图中未示出的太阳能电池1的一个实施方式，太阳能电池有可能具有透明衬底4，特别是石英30玻璃衬底，在该衬底上施加导电层5，特别是以TCO阳极的形式。在导电层5上施加n掺杂的另一层3，特别是n掺杂的碳化硅层。另外的碳化硅层优选为氮或磷的n-掺杂。无氮层2(p掺杂)被施加到另一层上，特别是使用硼酸。然后将铝栅极形式的电极，特别是阴极施加到无氮层2上。此外，有可能将一个或多个保护层，特别是基于碳化硅的保护层施加到电极上。
图6示出了用于生产无氮层2的方法的示意图。在步骤(1)中，将无氮层2施加到载体上。可能的施加方法包括印刷、浸渍、旋涂、浸涂、喷涂、轧制或压制。优选地，在步骤(1)中通过浸渍将无氮层2施加到衬底上。这里，无氮层2最初被提供为含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶。
在步骤(2)中，将含碳和硅溶液或分散体加热干燥和/或预热到至少基本上200℃的温度15分钟。
在步骤(3)到(5)中，含碳和硅溶液或分散体转化为碳化硅，为该转化提供热处理。如有必要，含碳和硅的溶液和分散体可含有掺杂剂。
在步骤(3)中，在第一热处理阶段(i)中，提供将含碳和硅溶液或分散体加热至900℃60分钟。
此外，步骤(4)提供，对含有碳和硅的溶液，特别是从步骤(3)获得的玻璃，进行冷却，优选淬火。
在步骤(5)中，在第二热处理阶段(ii)中，将含碳和硅的溶液或分散体加热到至少基本上2000℃至少基本上40分钟。
此外，上述用于生产无氮层2的工艺提供了无氮层2的掺杂。无氮层2的掺杂优选通过使用含有硼酸和碳和氮的溶液或分散体来实现。然而，也可以通过靶向产生栅极间隙来调整氮掺杂层2的电特性，例如通过在步骤(6)中使用高能电磁辐射来进行辐照。
在步骤(7)中，载体4或衬底可从无氮层2移除。
在进一步的处理步骤中，可提供另一层3和/或保护层，优选地未掺杂，可施加至无氮层2。此外，无氮层2也可施加至另一层3和/或保护层，优选地未掺杂。在这种情况下，上述层和/或衬底可作为用于沉积用于产生无氮层2的含碳和硅的溶液或分散体的载体4。
还打算在步骤(1)中以10μm的层厚施加含碳和硅的溶液或分散体。施加的方式是在衬底上形成均匀层，特别是SiC前体溶胶的均匀层。
此外，还打算通过步骤(3)和(5)中的热处理从含碳和硅溶液或分散体中获得结晶碳化硅，由此在步骤(3)中获得玻璃。因此，步骤(3)提供含碳和硅溶液或分散体转化为玻璃。
步骤(3)中的热处理是在这样的温度下进行的，或者是在这样长的时间内进行的，以确保所有含氮化合物都通过温度处理分解，其中，含氮化合物可被转变为气相，以便从含碳和硅溶液或分散体中获得具有无氮层2的适当特性的无氮层2。
附图标记
1 太阳能电池
2 无氮层
3 另一层
4 载体
5 导电层
6 金属栅极

Claims (20)

1.一种生产含碳化硅层的方法，所述层不含氮，其中
（a） 在第一方法步骤中，将液态含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶施加到载体上，
（b） 在第一方法步骤（a）之后的第二方法步骤中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，被转化为碳化硅，其中含碳和硅溶液或分散体经受多级热处理，其中
（i）在第一热处理阶段（i）含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，加热至300℃或更高的温度，特别是300℃至1800℃，优选800℃至1000℃，以及
（ii）在第一热处理阶段（i）之后的第二热处理阶段，含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，加热至1800℃或更高温度，特别是1800℃至2200℃。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于热处理阶段（i） 至少基本上进行5到150分钟，优选10到120分钟，优选15到60分钟，和/或热处理阶段（ii）至少基本上进行10到90分钟，优选10到40分钟，优选40分钟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第一热处理阶段（i）之前的处理阶段将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶加热至50℃至800℃，特别是100℃至500℃，优选100℃至250℃，尤其是至少5到30分钟，优选5至20分钟，更优选10至18分钟，优选至少基本上15分钟。
4.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在处理阶段（i）含碳和硅溶液或分散体特别是SiC前体溶胶中所含的含氮化合物，被分解和/或转变为气相，特别是，其中所有含氮化合物均经温度处理分解，尤其是转变为气相。
5.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于，在处理阶段（i）将含碳和硅溶液或分散体特别是SiC前体溶胶转化为玻璃。
6.根据任一上述权利要求的方法，其特征在于，在处理阶段（ii）中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，优选在处理阶段（i）中获得的玻璃，转化为结晶碳化硅。
7.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于所述层被掺杂。
8.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于，对于第一方法步骤（a）中的层，将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，作为一层，特别是作为均匀层施加到，优选包含碳化硅更优选包含3C-SiC和/或n-掺杂的载体上。
9.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于，在方法步骤（a）中，所述含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，通过涂覆工艺，特别是通过浸涂、旋涂、喷涂、轧制、压制或印刷施加到所述载体上，优选通过浸涂、旋涂、喷涂或印刷，优选通过浸涂。
10.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于，在方法步骤（a）中，将含碳和硅溶液或分散体，尤其是SiC前体溶胶施加到层厚在1μm到1000μm的范围内，特别是5μm到500μm，优选8μm到300μm，优选10μm到10μm的载体上。
11.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于所述载体的材料选自碳，特别是石墨和陶瓷材料，特别是碳化硅、二氧化硅和矿物材料，特别是刚玉，优选蓝宝石和氧化铝以及金属，特别是钢及其混合物。
12.根据任一上述权利要求所述的方法，其特征在于，在热处理之后，特别是在方法步骤（b）之后，移除所述载体。
13. SiC层（2）和/或SiC晶片，特别是通过根据任一上述权利要求所述的方法生产的，其中SiC层（2）和/或SiC晶片包括碳化硅，优选3C-SiC，其特征在于，
SiC层（2）和/或SiC晶片完全无氮。
14.根据权利要求13和/或根据权利要求1至12中任一项所述方法生产的、优选p掺杂的SiC层（2）和/或SiC晶片在太阳能电池（1）中的用途，特别是在中间带太阳能电池中的用途。
15.生产太阳能电池，特别是中间带太阳能电池的方法，太阳能电池，特别是中间带太阳能电池具有至少一层特别是薄的含碳化硅优选3C-SiC的无氮层的层状结构，特别是根据权利要求1至12所述的方法生产的含碳化硅优选3C-SiC的无氮层，其中，为了生产无氮层，
（a）在第一方法步骤中，液态含碳和硅的溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，施加到载体或层状载体层上，
（b） 在第一方法步骤（a）之后的第二方法步骤中，含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，转化为碳化硅，其中含碳和硅溶液或分散体，特别是碳化硅前体溶胶，进行多级热处理，其中
（i） 在第一热处理阶段（i）将含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，加热至300℃或更高温度，特别是300℃至1800℃，优选800℃至1000℃，以及
（ii）在第一热处理阶段（i）之后的第二热处理阶段（ii）中，含碳和硅溶液或分散体，特别是SiC前体溶胶，加热到1800℃或更高的温度，特别是1800℃至2200°C。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在方法步骤（a）中，所述含碳和硅的溶液或分散体，特别是所述SiC前体溶胶，以1 nm到1000 μm，特别是5 nm到500 nm，优选8 nm到300nm，优选10 nm到200 nm的层厚施加。
17.根据权利要求15或16中的一项所述的方法，其特征在于，至少两层结构被施加到，特别是载体上，其中所述至少两层结构具有另一层，特别是其中所述另一层，尤其是含碳化硅、优选3C-SiC的层根据权利要求1至12中的任一项和/或根据权利要求15或16中的任一项所述的至少一种方法特征生产。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一另一步层施加到载体上，然后将无氮层施加到另一层上。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述另一层是掺杂的，优选n掺杂，特别是氮和/或磷掺杂。
20.太阳能电池（1），特别是中间带太阳能电池，特别是根据权利要求15至19所述的方法生产的太阳能电池（1），特别是中间带太阳能电池，和/或，特别是根据权利要求14所述的用途，根据权利要求13所述的碳化硅层（2）和/或碳化硅晶片和/或根据权利要求1至12任一项所述的方法生产的碳化硅层（2）和/或碳化硅晶片，具有至少一层（2）含有碳化硅，优选3C-SiC，其特征在于
所述层（2）完全没有氮。
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