TW200301969A - Photovoltaic cell and method of manufacture of photovoltaic cells - Google Patents

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200301969 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實 、c乃式及圖式簡單說明） t 明所屬領】 PV電池 隨著未來全球能源需求增加，對於具有成本效益且可 5靠的替代能源需求增高。太陽發出之能量可提供此種替代 能源。太陽能電池或光伏打電池電池（PV電池）可將日光直 接轉成電力，可以低操作成本提供長期電力，且能量產生 時不會造成污染，故PV電池被視為由太陽獲得能量的主要 候選者。目前PV電池提供衛星及太空交通工具長期動力。 ίο pv電池也成功地用於小型地面用途。 廣泛使用太陽能電池做為較大規模電源的主要障礙包 括電池成本（製造成本及/或材料成本）、太陽能電池之操作 效率、或成本與效率二者。 C先前技術3 15 典型PV電池之操作 單接面電池 典型早接面光伏打電池中，石夕等材料被換雜原子，該 原子係來自於具有比基板（例如矽）出現電子時多一個或少 -個電池的元素’結果導致二層間的叩接面。當具有特定 ”Eg(隨著使用之材料、叩接面深度等改變）之光子碰撞 電池時’不匹配的電子鬆脫’當電子流過跨越Pn接面時形 成電^電流可收集成多種通過串聯及/或並聯陣列之電 流及電壓。 早接面太陽“池之效率通常係基於有限叫。當電 20 200301969 玖、發明說明 池曝光於太陽能光譜時，能量小 1〇 輸出無貢獻，能量高於E。的光子可促成:二致對電池的 而過渡超過Eg則大致呈熱量浪費掉。 g 矽、衍生物及其它Pv電池材料 常用太陽能電池材料包括高度純化石夕，該材料由單 鑄錠被切割成為晶圓、或生長成薄結晶板或薄結晶帶。 因鑄旋生長、切割、摻雜絲光等成本以切材:身 义要的龐大造成其成本並不實際。許多材料被浪費掉 而能量效率降低’原因在於太陽能電池厚度只需要數倍 波長。
薄板。 另一種形成薄層太陽能電池之方法涉及·融石夕壓延 又另一成形薄層太陽能電池之方法涉及沉積氣態石夕材 料成為薄膜。 5 錢用複晶電池，其特性比單晶電池更無效率，但製 造上也較價廉。 衣 矽電池典型具有最大值AM1.5，1太陽效率約為22 3% 。其它材料也用來提高效率例如帶有最大AM1.5, 1太陽效 率約22.3%之坤化鎵，但此等材料同樣也昂責。 20多接面電池 另一種提高效率的辦法係仰賴多重光譜轉換，其中數 個電池以帶隙遞減的順序堆疊。頂部電池吸收紫外光的輻 射以及對應於該電池之Eg的光子。下方電池（典型為一個 或兩個私池）接續吸收較低帶隙。藉此方式，可堆疊各種
6 200301969 玖、發明說明 5 10 15 電池（換言之，具有不同Eg值電池）而讓效率最大化，效率 大於約30%。對兩個申聯帶隙而言，理想最高效率為5〇% ，ki.56 eV及Eg2=〇.94 eV。對三個帶隙而言，理想最高 效率為56%，匕叫.75以、^2=118〜及&=〇75以。使 用多於三個帶隙的系統顯示效率的增高極為緩慢，例如於 〜隙時最大效率為72%。前述彙接電池配置本質上比單 接面電池更昂貴。囊接組態典型係生長於其它電池層頂上 或刀開生長才私轉。舉例言之，使用蟲晶剝離來製造薄 膜，其中光伏打電池可結合離型層生長而有助其剝離。但 習知生長或堆疊二或：r徊雷、、士 飞一们电池之方法，導致電池價格極為 昂貴，特別就每瓦特成本為基準而言價格昂責。進一步為 了傳輸來自彙接組態的電池之能量，必須製造互連裝置， ㈣，連裝置係位於電池堆邊緣，互連裝置為具有成本效 益的菜接太陽能電池的關鍵限制瓶頸。 如此太陽能電池業界仍然需要組合太陽能轉換效率與 可接受的製造成本來提供量產，因而降低每單位功率成本。 【潑^明内容】 前文討論及其它先前技術之問題及缺陷可藉本發明之 若干方法及裝置予以克服或改善，因而達成本發明之目的 。光伏打電池係由多層基板製成。該多層基板通常包括一 第一層，其適合讓光伏打電池形成於其令或其上，其中該 第-層選擇性附著或連結至第二層。—種成形一光伏打電 池或複數個光伏打電池之方法通常包含選擇㈣著第 至第二基板。 20 200301969 玖、發明說明 …例中，多層基板包括—適合讓光伏打電池 形成於其t或其上的第一層選擇性附著或連結至第二基板層。 5 10 15 選擇性連結通常包括一或多個強連結區以及一或多個 弱連結區。太陽能電池或始或其部分可形成於一或多弱連 ㈣内或區上。因第二層用來提供支持以及熱穩定性，故 弟層可變成及薄（例如小於1〇、5、2或甚至！微幻。如此 ，可製造薄層太陽能電池，薄層太陽能電池經常需要在苛 ㈣條件下完成，而同時維持第一基板層的機械完整性及 …70正f生^通後，可有太陽能電池或太陽能電池組成元件 之第一層易例如藉剝離或其它方便方法而由第二層去除。 α太陽月匕电池或其組成兀件係形成於第一層的弱連結區内 或區上，故於去除期間極少受影響，且較佳絲毫也未受影 響，因此極少或無需隨後的結構修復或處理。 刖文討論及其它本發明之特色及優點對熟諳技藝人士 而a由後文洋細說明部分將更為明瞭及了解。 圖式簡單說明 第1A圖不意顯示用於處理此處所述光伏打電池之一種 多層基板； 第1B圖示意顯示供用於處理此處所述光伏打電池之多 層基板之另一具體實施例； 第2-13圖顯示第1Α&ιΒ圖之結構供選擇性黏著各層之 處理技術。 第14-20圖顯示第1A&1B圖結構之多種連結幾何。 第21 -32圖顯示多種去除連結技術； 20 200301969 玖、發明說明 第33圖顯示光伏打電池組之具體實施例； 第34A-34C圖顯示彙接光伏打電池； 第35圖顯示使用彙接光伏打電池之光伏打電池組之另 一具體實施例；以及 5 帛36圖顯示光伏打電池組之彙接陣列之具體實施例。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 “本發明係有關有效製造各類型太陽能電池。於討論太 # 9匕包池之才寸疋製造方式丽’首先對起始基板做討論，陳 10返於申請人共同審查中之美國專利申請案第⑽雜，號 申口月日2001年9月12日，名稱「薄膜及其製法」，以引用 方式併入此處。此種基板稱做為選擇性連結多層基板，此 土板如已知’允，午於—晶圓上處理一或多個太陽能電池 ^但允許晶圓電池層方便被去除，較佳無需機械研磨或其 匕口姓技術’因而實現比較已知太陽能電池的製造技術成 本節省且可靠等優勢。 馨 「K貝上任何太陽能電池皆可有此處之教示獲益。後文 太陽此I置」一詞將表示各類型太陽能電池。 選擇性連結裝置層的形成 20 I照第1Α圖’顯示選擇性連結之多層基板100。多層 基£板100包括一層1其具有暴露面1Β，以及一表面1Α，其 、擇^連結至-層2的表面2 Α。層2進一步包括相對面2Β 曰通$ k做為意圖處理一或多個裝置於其中或其上之 e為衣置包括但非限於如此處說明之光伏打裝置。層2 9 200301969 玖、發明說明 L $谅做為於層丨内或上處理一或多個裝置時的支持基板。 另外，現在參照第1B圖，可於多層基板的某個深度形 成甘入置氧化物層。例如嵌置氧化物層通常係形成於裝置層 1及裝置層2之界面，俾形成一種s〇I結構其包括一底基板 、一肷置氧化物層以及一半導體層。 該氧化物層可於選擇性連結裝置層至本體基板之前形 成。-具體實施例中，如熟諸技藝人士已知，氧化物層可 幵y成於期王深度。隨後氧化物層上方該層可被去除，去除 方式例如係藉裂解蔓延、離子植入接著為機械分離（例如
10 正交於結構1GG平面、平行於結構丨⑽平面、於剝離方向或 其組合之裂解蔓延）；或去除方式係藉離子植人接著藉熱 、光及/或壓力誘生層分裂進行。然後被去除層（或分開衍 生層）可廷擇性連結至帶有氧化物層於其上之該基板層2頂面。 15 /氧化物層另外可於裝置層選擇性連結至本體基板之後 形成例如一具體貫施例令，氧化物層係於選擇性連結裝 置層至本體基板後，經由氧植人至期望的I置氧化物層深 度而形成。
20 a 可衍生自夕種來源，包括晶圓或流體材料沉積 而形成溥膜及/或基板結構。若起始物料係呈晶圓形式， 則任-種習知處理皆可用於衍生層⑷或層2。_如層2由 晶圓組成’層1包含同一晶圓或不同晶圓的一部份。組成 層1的晶圓部分可衍生自機械減薄(例如機械研磨、切削、 拋光；化學機械拋光：抛光樓止；或包括前述至少一種的 組合卜裂解蔓延、離子植入接著為機械分離(例如正交於 10 200301969 玖、發明說明 結構100平面、平行於結構1〇〇平面、於剝離方向或其組合 之裂解蔓延）、離子植入接著為熱、光及/或壓力誘生層分 裂、化學餘刻等。此外，層1及層2之任-者或二者可例如 藉化學氣相沉積、磊晶生長法等沉積或生長。 5 概略言之，為了形成選擇性連結的多層基板10〇,層！ 、層2或層1及2二者經處理而界定弱連結區5及強連結區6 。然後將二層連結在一起，其中弱連結區5係於允許處理 有用的裝置或結構之條件。如此有助於移開帶有有用裝置 馨 (如光伏打電池）之層1，而對有用裝置損傷極小或完全消除。 10 通常層1與層2相容。換言之，層1及2組成相容之熱、 機械及/或結晶性質。若干較佳具體實施例中，層1與2為 相同材料。當然可採用不同材料，但較佳選擇相容材料。 層1之一或多區界定用作為其内或其上可形成一或多 個結構（如光伏打裝置）的基板區。此等區可具有任何期望 15樣式，容後詳述。然後層1之選定區經處理來將連結最小 化，形成弱連結區5。另外，層2對應區可經處理（與層丨之 · 處理同時或另外處理）來將連結減至最低。其它替代之道 包括於選定用來形成結構體區域以外區處理層丨及/或層2 ’因而增強於強連結區6之連結強度。 2〇 處理層1及/或層2後，將二層對準且連結。連結可藉 任-種適當方法連結，容後詳述。此外對準可為機械、光 學或其組合。須了解於此階段之對準可能並無特殊限制， 只要通常無任何結構體形成於層1上即可。但若層1及2皆 經過處理，則對準要求將選定基板區的變化減至最低。 11 200301969 玖、發明說明 多層基板100係形成為使用者可使用習知製造技術或 其它相關業界發展而已知的技術用來處理任何結構體或裝 置。某些製造技術造成基板受到極端條件，例如高溫、高 Μ、苛性化學品或其組合。如此，多I基板⑽較佳係成 形為可忍受此等條件。 有用結構體或裝置可成形於區3内或上，區3部分或實 質叠置弱連結區5。如此，部分或實質疊置強連結區6之區 4通$未f有任何結構體於其内或其上。於形成有用裝置 如光伏打裝置於多層基板⑽之層i内或上時，隨後將層i 解除連結。解除連結可採用任一種已知技術，例如剝離或 由層2卸下層1,而热需直接讓有用的裝置接觸到有害的離 層技術。由於此等裝置通常並未形成於區4内或區4上，故 等區或可接又解除連結處理，例如離子植入及/或敍刻 而未損吾成开> 於區3内或上的結構體。 15 連結區的形成 20
為了形成弱連結區5，表面1A、2A或二表面可於弱連 結區5所在位置接受處理而實質未形成連結或形成弱連結 。另外，弱連結區5可保持未處理，因而強連結區6受處理 而誘生強連結。區4部分或實質疊置強連結區6。為了形成 強連結區4，纟面1A、2A或二表面可於強連結以的所在 位置接受處理。另夕卜，強連結區6可保留未經處理，因而 處理弱連結區5而誘生弱連結。進-步區5及6二者可接受 不同處理技術’其中該等處理於定性或定量方面有差異。 於處理一或二組弱連結區5及強連結區6後，層丨與〕連 12 200301969 玖、發明說明 結在一起而形成實質上完整的多層基板1〇Q。如所形成的 多層基板100可於光伏打裝置或其它有用的裝置於其内或 其上處理期間接觸苛刻環境，該等裝置特別係於層1區3内 或區3上處理。 「弱連結」或「弱鍵結」等詞通常表示二層間或部分 二層間之連結例如方便藉解除連結技術克服，解除連結技 術例如為剝離、其它機械分離、熱、光、壓力、真空或包 括前述解除連結技術中之至少一者的組合。此種解除連結 技術極少有損層丨及2，特別有損弱連結區5附近。 ίο 15 一或二組弱連結區5及強連結區6之處理可藉多種方法 執行。處理之主要方面為弱連結區5比強連結區6更為容易 解除連結（於隨後解除連結步射更胃解料結，容後詳 述)。如此減少或防止於解除連結期間對區3造成損傷，區 3包括太陽能電池或光伏打電池於其内或其上。此外，涵 ㈣連結區6特別於電池處理期間提升多層基板⑽之機械 元整性。如此當層1連 埂u層1内或層1上之太陽能電池或光 伏打電池被移除時，可最小化或完全去除層】之隨後處理。 —一或二組弱連結區5及強連結區6之處理可藉多種方法 執行。處理之主要方而或& 為弱連…區5比強連結區6更為容县 解除連結（於隨後解除連結步財更易解除連結容= 述）。如此減少或防止於解除 鮮丨示連結期間對區3造成損傷，區 3包括有用的結構於其上。 此外，涵括強連結區6特別於結 構處理期間提升多層基板1〇〇 ° 又钺槭元整性。如此當層1遠 同層1内或層1上之有用的0士 的、、，構破移除時，可最小化或完全 20 200301969 玖、發明說明 去除層1之隨後處理。 強連結區對弱連結區之連結強度比（SB/WB)通常係大 於1。依據強連結區及弱連結區之特定組態，以及強連結 區及弱連結區之相對面積而定，SB/WB值可趨近於無限大 5 換S之，若強連結區面積夠大且夠強可維持處理期間之 機械及熱％、疋性，則弱連結區之連結強度可趨近於零。但 SB/WB比有顯著變化，強連結強度（典型為矽及矽衍生物 如氧化矽晶圓）如技藝界之教示可由約5〇〇毫焦耳/平方米 (mj/m2)至超過5000毫焦耳/平方米（例如參考q y. 丁〇吨，& G〇eSle，半導體晶圓連結，科學與技術，104-118頁，約翰 威利父子公司，紐約州紐約，1999年，以引用方式併入此 處）。但依據材料、弱連結區内或區上欲處理的光伏打電 池颂型、選用的連結與解除連結技術、強連結面積比弱連 結面積、曰曰曰圓上的強連結與弱連结組態或樣式等*定，弱 連、、。強度甚至艾化更顯著。例如若使用離子植入做為各層 解除連結步驟，則於離子植入後及/或相關植入區的微氣 泡逸出後，有用的弱連結區連結強度可媲強連結區連結強 士此依據遥用之解除連結技術，以及可能欲形成於弱 連、、'口區之有用結構或裝置的選擇而定，連結強度比 20通$係大於1且較佳大於2、5、1 〇或以上。 進仃一或二組弱連結區5及強連結區6之特定處理類型 通系係依據選用之材料決定。此外，層认2之連結強度的 選擇至少部分係依據選用的處理方法決定。此外，隨後之 解除連結係依據多項目素而$，例如處理技術、連結技術 14 200301969 玖、發明說明 、材料、有用結構的類型或存在、或包含至少一種前述因 數的組合。某些具體實施例中，選用的處理、連結以及隨 後解除連結的組合（換言之，可由終端使用者於區3形成: 用結構體而進行，或另外做為高階裝置的中間組成元件而 5進行），可免除裂解傳播將層i與層2解除連結、或機械減 薄來去除層2，或較佳免除裂解傳播與機械減薄二者。如 此下方基板可供再度使用而極少或無需額外處理，否則根 據白矣教不’衣解傳播或機械減薄損傷層2，若未經相當 處理則層2大致變無用。 1〇 一項處理技術仰賴弱連結區5與強連結區6間之表面粗 度變化。表面粗度可於表面1A(第4圖)、表面2a(第5峨 表面1A及2 A修改。通常弱連結區5之表面粗度7(第*及$ 圖）比強連結區6更高。半導體材料中，例如弱連結區5具 有表面粗度大於約0.5奈朱，強連結區4具有較低表面粗度 b通吊係小於約〇·5奈米。另一例巾，弱連結區5具有表面粗 度大於約1奈米’而強連結區4具有較低表面粗度，通常係 低於約1奈米。又一例中，弱連結區5具有表面粗度大於約 5奈米，而強連結區4具有較低表面粗度，通常係低於約5 奈米。表面粗度可藉蝕刻（例如氫氧化鉀或氫氟酸溶液）或 2〇沉積處理[如健化學氣相沉積（LpcVD)或電聚增強之化學 氣相’儿積（PECVD)]修改。表面粗度關聯之連結強度進一步 凡正„兒明於例如Gui等人，「藉表面粗度控制之選擇性晶圓 連結」，電化學學會期刊，148(4)G225-G228(2〇〇1)，以引 用方式併入此處。 15 200301969 玫、發明說明 以類似方式（其中於第4及5圖具有類似情況之區域標 示以類似參考編號），多孔區7可形成於弱連結區5，而強 連結區6維持未經處理。如此，由於多孔性質故，層1極少 與弱連結區5所在位置連結至層2。孔隙度可於表面1 a(第4 5圖）、表面2A(第5圖）或表面1A及2A二者修改。通常弱連結 區5於多孔區7具有比強連結區6更高的孔隙度（第4及5圖）。 另一項處理技術係仰賴選擇性蝕刻弱連結區5[於表面 1A(第4圖）、2A(第5圖）或1A及2A二者]，接著於經過|虫刻 區沉積光阻或其它含碳材料（例如包括以聚合物為主之可 1 0 77解材料）。再度有類似情況區可參照第4及5圖標示以相 同參考編號區域。當層丨與2連結時，較佳係於足夠分解載 體材料之μ度連結，弱連結區5包括多孔碳材，故弱連結 區5之層1與2間之連结比起強連、结區6之層丄與2間之連結極 马被弱。熟諳技藝人士了解視情況而定 為微弱。 選用之分解材料
16 200301969 玖、發明說明 另一項處理技術包括使用含有固體成分以及可分解成 分料漿於表面ΙΑ、2A或1八及2八二者上。固體成分例如為 氧化鋁、氧化矽（SiO^)、其它固態金屬或金屬氧化物、或 其匕可將層1與2之連結最小化的材料。可分解成分例如為 5聚乙烯醇（PVA)或其它適當之可分解聚合物。通常料漿8施 用至表面1A(第2圖）、2A(第3圖）或1A&2A:表面之弱連結 區5。隨後層1及2較佳係於惰性環境下加熱來分解聚合物 。如此多孔結構（由料漿的固體組分組成的多孔結構）留在 弱連結區5，而當連結時，層丨與2不會連結於弱連結區5。 1〇 又另一項處理技術涉及蝕刻弱連結區5表面。此種蝕 刻步驟期間，柱9界定於弱連結區5於表面丨八（第8圖）、2a( 第9圖）或1A及2A二表面上。柱可藉選擇性蝕刻界定而留下 柱。柱形狀可為二角形、稜柱形、矩形、半球形或其它適 當形狀。另外，柱可生長或沉積於蝕刻區。由於弱連結區 15 5可供材料連結的連結位置較少，故弱連結區5之總連結強 度遠比強連結區6之連結強度更微弱。 又另一項處理技術涉及涵括無效區丨〇(第丨2及13圖）， 例如藉蝕刻、切削或二者（依據使用的材料決定）形成無效 區10於弱連結區5於層1(第12圖）及層2(第13圖）。如此，當 20第一層1連結至第二層2時，無效區10比其強連結區6將減 小連結，如此有助於隨後的解除連結。 另一項處理技術涉及使用一或多種金屬區8於表面1A( 第2圖）、2A(第3圖）或1A及2A二者之弱連結區5。例如金屬 包括但非限於銅、金、鉑或其任一種組合或任一種合金可 17 200301969 玖、發明說明 "L積於弱連結區5。當層W2連結時，弱連結區5將微弱連 結。強連結區可維持未經處理（其中連結強度差異提供有 關弱連結區5及強連結區6之強連結對弱$結比），或可如 如文或佼文所述處理來增強黏著性。 5 又一項處理技術涉及使用一或多種黏結促進劑U於表 面1A(第1〇圖）、2A(第11圖）或1A&2A二者之強連結區6。 適當黏著促進劑包括但非限於例如Ti〇(x)、氧化麵或其它 黏著促進劑。另外黏著促進劑τ實質上用於全部表面^及 /或2 Α其中金屬材料係置於弱連結區之黏著促進劑與表 1〇面1A與2A間（依據黏著促進劑所在位置決定）。因此當連結 時，金屬材料將防止弱連結區5有強力連結，而留在強連 結區6之黏著促進劑將促進強力連結。 又另一項處理技術涉及提供各個疏水區及/或親水區 。例如因矽等材料可能於室溫自發連結，故親水區對強連 15結區6特別有用。疏水與親水連結技術為已知，於室溫以 及於升高溫度皆為已知例如述於Q Y. T〇ng，U. ，半 導體晶圓連結，科學與技術，49_135頁，約翰威利父子公 司，紐約州紐約，1999年，以引用方式併入此處。 又另一項技術涉及經過選擇性照射的一或多剝脫層。 2〇例如一或多剝脫層可位於表面1A及/或2A。未經照射時， 剝脫層之作用如同黏著劑。當弱連結區5曝光照射如紫外 光照射時，黏著特性最小化。有用的結構可形成於弱連結 區5内或區上，隨後紫外光照射步驟或其它解除連結技術 可用來於強連結區6分離層1與2。 18 200301969 玫、發明說明 另一處理技術包括植入離子12(第6及7圖）俾當熱處理 時形成複數個微氣泡13於層1(第6圖）、層2(第7圖）或層1及 2二者於弱區3。因此當層1與2連結時，弱連結區5之連結 將比強連結區6之連結少，因此隨後有助於層丨與2於弱連 5 結區5等解除連結。 另一項處理技術包括離子植入步驟接著為蝕刻步驟。 具月豆貝ie例中，此項技術係經由實質上於全部表面1 b使 用離子植入進行。隨後弱連結區5經選擇性蝕刻。此種方 · 法係參照去除缺陷之損傷選擇性蝕刻做說明，參考 10 Simpson等人，「植入誘生磷化銦之選擇性化學蝕刻」，電 化學與固態函件，4(3)G26-G27，以引用方式併入此處。 另項處理技術可貫現一或多層選擇性位於具有輻射 吸收特性及/或反射特性之弱連結區5及/或強連結區6，該 技術係基於窄或寬頻帶波長範圍。舉例言之，選擇性位於 15強連結區6之一或多層當暴露於某種輻射波長時具有黏著 特性，因此該層吸收輻射，且連結層丨與2於強連結區6。 · 熱諳技蟄人士了解可採用其它處理技術，以及包含至少一 種前述技術的組合。採樣之任一項處理之關鍵特色係形成 或夕弱連結區及一或多強連結區，提供⑽㈣連結強度 20 比大於1。 連結區幾何 於層1與2界面之弱連結區5及強連結區6之幾何可依據 下列因不改笑，该等因素包括但非限於成形於區3上或内 的光伏打電池或其它有用結構體類型、選用的解除連結/ 19 200301969 玖、發明說明 連〜類型、選用的處理技術及其它因素。區5、6可為同心 (弟14、16及18圖）、條狀（第15圖）、輻射狀（第17圖）、棋盤 狀（第20圖）、棋盤狀與環狀的組合（第…圖）或其任一種組 合。當然熟諳技藝人士了解可選用任一種組合。此外弱連 結面積比強連結面積比可有變化。通常該比例提供充分連 結（亦即於強連結區6充分連結），#不致於有❹層結構 1〇〇之完整性特別於結構體處理期間的完整性。較佳比值
也讓可供結構體處理用之有用區（亦即弱連結區5)最大化。 選擇性連結 10 實質上如前述於弱連結區5及/或強連結區6所在位置 15 處理表面_2Α之一或二表面後，層丨與2連結在一起而 形成實質完整的整體多層基板1〇〇。層可藉多項技術 及/或物理現象之-連結在—起，該技術及/或物理現象包 括但非限於聽、融合、陽離子性、真空、凡得瓦爾力、 化學黏著、疏水現象、親水現象、氫鍵、庫倫力、毛細力 20 、極短範1S力或包含前述至少—項連結技術及/或物理現 象的組合。當然熟！f技藝人士顯然易知連結技術及/或物 理現象部分係依據採m多項處理技術、欲成形於其 上或其内之光伏打裝置及/或其它有用的結構體之類別或 存在、預期採用之解除連結方法或其它因數決定。 多層基板10 0 (有或無嵌置氧化物層）如此用#為开彡ϋ 伏打電池之起始基板，特別形成於區3内或區3上，其實質 上或部分疊置於表面;^與2八界面的弱連結區5。除了光伏 打電池外，可組合形成的其它有用的結構體包括—或多種
20 200301969 玖、發明說明 主動或被動元件、裝置、實作、哭豆、 μ态具、通迢、其它有用的 結構體或包含前述至少一種有用的姓m 々里负用的結構體之任一種組合。 解除連結 5 於一或多個光伏打電池或包括其它有用的結構體之組 合已經形成於層1之-或多個選定區3後，層i可藉多種方 法解除連結。須了解由於結構體係形成於區3内或上，區3 部分或實質上疊置於弱連結區5，故層i的解除連結可減少
或絲毫也未造成對結構體解除連結時典型造錢損傷，例 如結構缺陷或崎變。 10 $除連結可藉多種已知技術達成。通常解除連結至少 部分係依據處理技術、連結技術、材料、有用結構體的存 在或類型、或其它因素決定。
概略參照第21-32圖，解除連結技術係依據於所述深 度（通常係等於層1厚度）欲形成微氣泡的離子或粒子植入技 15術決定。離子或粒子可衍生自氧、氫、氦或其它粒子14。 植入接著為曝光於強電磁輻射、熱、光（例如紅外線或紫 外線）、壓力或包含前述至少一種的組合，俾造成粒子或 離子形成微氣泡15，且最終膨脹而離層層丨及2。植入以及 視需要採用之熱、光及/或壓力也可接著為機械分離步驟（ 20第23、26、29、32圖），例如於正交於層1及2平面之方向 、平行層1及2平面方向、相對於層平面之另一種夾角 、於剝離方向（於第23、26、29、32圖以虛線指示）或其組 合進行機械分離。分離薄層用之離子植入之進一步細節例 如述於Cheung等人，美國專利第6,〇27,988號，名稱「藉電 21 200301969 玖、發明說明 漿浸沒式離子植入由本體基板分離薄膜之方法」，以引用 方式併入此處。 特別參照第21-23及24-26圖，層呢間之界面可被選 擇性植入，特別於強連結區6植入而形成微氣泡17。藉此 方式，於區3(帶有一或多個有用結構體於其中或其上）之粒 子16之植入最小化，如此減少對區3之一或多個有用的結 構體可能造成的可修護或不可修護的傷害。選擇性植入可 經由選擇性離子束掃描強連結區4(第24_ 第進行。選擇性離子束掃描表示機械=^〇3〇(
10 15 20 及/或裝置用來導向欲植人的離子或粒子。如熟諳技藝人 士已知，可採用多種裝置及技術來進行選擇性掃描，料 技術包括但非限於聚焦離子束及電磁波束。此外，多種遮 罩材料以及技術也為業界人士眾所周知。 參照第27-29圖，植入可實質跨全部表面18或26進行 。依據標靶及植入材料以及期望植入深度而定可植入適當 高度。如此若層2比層i遠更厚，則通過表面2β進行植入不 口只IV、，但右層2為適當植入厚度⑼如於可行的植入能量 範圍内職佳通過表㈣進行植人。如此減少或消除 可能對區3之-或多個有料結構體造成可修復或不可修 復的損傷。
—具體實施例中且參照第18圖及第3〇_32圖，強連結 區6形成於層界面的外周邊。如此，為了將層⑻解 除連結’離子18例如可通過區4植入而於層丨與〗之界面形 成微氣泡。較錢㈣擇性掃描，其中結構1⑼可旋轉（以 22 200301969 玖、發明說明 箭頭20指示），掃描裝置21可旋轉（以箭頭22指示）或採用其 組合。本具體實施例中，又另一項優勢為提供終端使用者 選擇形成於其中或其上之有用結構體的選擇彈性。強連結 區6尺寸（亦即寬度）適合維持多層基板1〇()之機械及熱完整 5性。較佳強連結區6之尺寸最小化，如此將供結構處理用 的弱連結區5面積最大化。例如強連結區6可占8吋晶圓約工 微米。 此外，層1與2解除連結可藉其它習知方法例如蝕刻（ 平行於表面蝕刻）引發，例如形成經由強連結區6之蝕刻。 1〇此種具體實施例中，處理技術特別相容，例如其中強連結 區6係使用氧化物層處理，氧化物層具有比本體材料（換言 之，層1及2)遠更高的蝕刻選擇性。弱連結區5較佳無需蝕 刻來於弱連結區5所在位置將層丨與2解除連結，由於其選 用的處理或未經處理可阻止於連結步驟中層丨連結至層2。 15 另外裂解傳播可用來引發層1與層2的解除連結。再度 解除連結僅要求於強連結區6所在位置，原因在於弱連結 區5的連結有限。此外，解除連結如習知，可藉蝕刻（正交 於表面蝕刻）引發，較佳限於區4所在位置（亦即部分或實質 疊置強連結區6)。 -〇 另一具體實施例中，現在參照第85圖，顯示解除連結 方法。該方法包括提供多層基板；於貿8區處理一或多個 有用結構體（圖中未顯示）；於诎區較佳以錐角（例如仏度 角）蝕刻去除；讓裝置層較佳只有被蝕刻的SB區接受低能 量離子植入，·以及剝離或以其它方式方便去除位在wB區 23 200301969 玖、發明說明 的裝置層部分。注意雖钦σ g _ …、/、，;、貝不WB區的二裝置層部分被 去除’但須了解如此也可用 也】用於輔助於一裝置層部分的離刑 °WB區之錐料可以機械方式輔助層1的去除。較佳⑽ 用比穿透原先裝置層厚度需要的植入能遠更低的植入能。 材料 層1及2可為相同或相显枓 飞相異材枓，包括但非限於塑膠（如 聚破酸醋）、金屬、半導體、絕緣體、單晶、非晶、益曰 、有機材料、或包含前述各類型材料中之至少-者的电Γ 10 。例如，特定類型材料包括石夕(如單晶、複晶、無晶、： 晶石夕及其衍生物例Si〇2)、GaAs、InP、 case、CdTe、SlGe、GaAsp、GaN、Sic、G義心
、AlGaSb、InGaAs、A 1XT
ZnS、A1N、™、其它 IHA-VA族材 料、仙族材料、VU族材料、藍寳石、石英（晶體或玻璃） 15 、鑽石、氧切及/或基於㈣鹽之材料、液晶材料、聚 合材料（絕緣、傳導性或半傳導性）或包含前述至少一種材 料之任—種組合。當然其它類型材料組合可由此處所述方 法提供具有預定組成之多層基板100獲益。 多層基板之優點 20 ^本發明以及結果所得多層基板之主要優點或由多層基 板：生而侍之薄膜為結構體形成於區3内或上，區3係部分 或貝質*置於弱連結區5。如此實質上減少或消除當層1由 層2移開時對光伏打電池或其它結構體造成損傷的可能。 解除連結步驟通常需要塵擠（例如帶有離子植入）、施力、 匕將層1與2解除連結所需技術。由於某些具體實施例 24 200301969 玖、發明說明 10 15 中’結構體係位於區3内或上，該區3無需局部壓播、施力 或其它處理㈣而可能可修復或不可修復地損傷結構體， 故可私開層1以及付生之結構體而無需隨後處理來修復結 構體。部分或實質疊置強連結區6之區4通常未帶有結構體 ’因此區4可接叉壓擠或施力而不會對結構體造成損傷。 層1可呈自撐膜或被支持膜形式移開。例如常採用操 縱架附著於層1 ’讓層1可由層2移開，而仍然保留由操縱 架所支持。通常操縱架可用來隨後放置薄膜或薄膜部分( 例如帶有-或多個有用結構體）於期望基板、另一經處理 的薄膜上或另外就留在操縱架架上。此種操縱架為業界已 知。一種操縱架述於PCT申請案第PCT/US02/3 1348號，申 σ月曰2002年1G月2日，名稱「操縱脆性物件之裝置及方法 及其製造方法」，全文以引用方式併入此處。 本方去之項優點為組成層2之材料可再度使用以及 回收利用。單-晶圓例如可用於藉任—種已知方法衍生層 1 °竹生層1可如前述連結至其餘部分（層2)。當薄膜被解除 連Ά ’處理重複’❹層2其餘部分獲得薄膜來用作為 其次使用的層1。如此重複至不再可行或不再實用利用層2 剩餘部分來衍生層1薄膜為止。
20 於夕層基板内或上之光伏打電池的處理。 太陽能電池或光伏打電池可成形於區3内或上，區3係 。刀或貝貝宜置弱連結區5。如此部分或實質疊置強連結 區:之區4通常不帶有電池於其内或其上。因此如此處所述 夕層基板1 GO係成形為任何類型太陽能電池或光伏打電 25 200301969 玖、發明說明 白可使用J知製造技術或其它隨著多種相關技術的發展 將變已知的技術處理。某些製造技術造成基板接觸極端條 件，例如高溫、高壓、苛刻化學品或其組合。因此多層基 板100較佳係形成為可忍受此等條件。 5 10 15 20 於處理多層基板100之層1内或上的太陽能電池或光伏 打電池後，層丨可被解除連結。解除連結可藉任一種已知 技衡例如剝離，而無需讓太陽能電池直接接觸有害離層技 術。因太陽能電池通常未形成於區4内或上，故區4可接受 解除連結處理例如離子植入，而不會對成形於區3内或上 的電池造成損傷。 使用前述多層基板進行處理，帶有太陽能電池或光伏 打书池之解除連結後該層包含極薄層。因帶有電池之層係 支持於谷易解除連結的基板上，故比較厚則微米之電池 ，該層厚度可薄至5微米或甚至2微米。 一純打電池包括任何用於直接太陽能_電力轉換的任 一種裝置。至目前為止光伏打電池的限制係有關製造成本 過高、無法用於全球最大規模的電力需求。預期任何已知 類型的光伏打電池、或光伏打電池業界未來將發展出的電 池皆可根據本發明處理。光伏打電池類別包括但非限於pn 接面；背面場；紫；製作結構；V字形溝槽多重接面；有 钱，基於光合成的能量轉換。 典型pn接面光伏打電池包括一個淺pn接面形成於經由 使用原子摻雜基板（欲解除連結該層）所形成的表面（例如藉 擴散形成），該原子絲自於比基板的元素多❹一㈣ 26 200301969 玖、發明說明 子的該種元素。金屬或其它傳統材料用於形成正面電阻接 觸條或紙、以及覆蓋整個背面的背電阻接觸。如此於弱連 結區’可形成pn接面且經過金屬化。弱連結區（於層i、層 2或二者)可於摻雜前經過金屬化。於處理後，該層可如； 5述經過解除連結，可移開太陽能電池或光伏打電池而極少 或未造成傷害。 另-具體實施例中，視需要使用之層可結合於電池，
通常係用來吸收或反射紫外線波長。此外也可涵括膽固醇 性液aa層來吸收或反射紅外線波長。 1〇 除前述Pn接面電池外，其它類型的太陽能電池也可於 多層基板100上處理。一種可成形於弱連結區内或區上的 太陽能電池為「背面場」（BSF)型電池。此型電池中正面 係如前述形成。電池背面非含有金屬電阻接觸，反而背面 包括極為重度摻雜區田比鄰於該電接點。此種推雜區可於連 15 結層1及2於弱連結區之前形成。
又另一類型可於弱連結區内或上處理之電池稱做為「 紫」電池，該型電池以較低表面摻雜濃度或較小接面深度 製造。此型電池於高光子能量提供改良反應。 又 又另一類型可於弱連結區内或上處理的電池稱做為「 2〇製作結構」電池’其帶有稜柱狀表面。稜柱狀表面可由 (100)-定向石夕表面接受異向性|虫刻製造。 X用日守，入射於 稜柱該侧之光將被反射至另一稜柱而非鉍户 托禎，可大為提高 操作效率。 電池稱做V字形 另一類型可於弱連結區内或上處理的 27 200301969 玖、發明說明 溝^夕重接面太陽能電池，其中各叩η(或p叩）梯形二極體 凡件係串聯連結。二極體元件形狀可藉經由熱生長的二氧 化石夕層異向性蝕刻（1〇0)矽而與界定。 當然熟諳技藝人士 了解此等及其它已知類型以及未來 5將發展的太陽能電池類型可於多層基板100之弱連結區内 或上處理。 現在參照第33圖，太陽能電池組100包括電池;Π0Α、 及110C。各電池包括金屬化層及叩接面，係如前述形 成。電池110Α、η〇Β及110c於電池之一遠端側（換言之， 10對各個電池皆為同侧）上的的頂面112A、112B、112C(換言 之，太陽能捕捉面）堆疊且連結至該層。此種組態可獲得 大型太陽能捕捉表面積，特別該面積比較太陽能電池組 _之厚度而言為相當大。電池可支持於廉價撓性基板上 ，該等基板例如玻璃、聚碳酸酯、玻璃、塑膠、聚胺基甲 15酸酯、木材、紙張、金屬（例如帶有絕緣體）。 >第34A圖，彙接太陽能電池3〇〇通常可使用複數個 太陽能電池組340、350及36〇形成，各個電池適合做不同 光講範圍的轉換。頂電池組340吸收紫外線轄射以及對應 电池Eg之光子。中間電池組35〇吸收比電池組mo更低的 ▼隙匕。取下方電池組360吸收比電池組3 50之帶隙Eg更低 的π隙Eg。藉此方式，較大部分帶隙可被轉成能量。不同 弘池（換言之，具有不同Ε§值電池）可堆疊而獲得最高效率 ，高於約30%效率。 各兒池組互連，傳輸產生的電能之一組公用輸出端子 28 200301969 玖、發明說明 。各層間之互連可位於各層間。於該層側邊或二者。使用 ’909申請案所述技術以及PCT申請案第pCT/us〇2/3i348號 所述操縱架（申請日2002年1〇月2日，名稱「操縱脆性物件 之衣置及方法，及其製造方法」，該案全文以引用方式併 5入此處），可以成本效益且可靠的方式概略基於習知系統 形成各層間的互連裝置。例如於以機械方式堆疊之彙接太 陽能電池，多種太陽能電池疊層而形成光譜寬廣的光伏打 電池。現在參照第34B圖，顯示Si/InGaP薄膜機械堆疊彙 · 接太陽能電池之基本架構。薄膜InGaP太陽能電池將安裝 於夕底私池上。最理想地，讓頂電池吸收太陽能光譜之藍 光部分最大化。此外，接觸樣式以及抗反射塗層設計較佳 最理想化俾最小化於電池表面的光封阻。此外，機械堆疊 彙接太陽能電池需以最少效率耗損構成，該等效率耗損係 由於薄膜的處理損傷或不良光學輕合所造成。使用此處所 15不於多層基板之弱連結區處理光伏打電池技術，以及使用 適當操縱架裝置’可減少或消除操縱損傷以及不良光學搞 φ 合等問題。 現在芩妝第34C圖說明單晶彙接太陽能電池。特定言 ,”、、員示單日日IilxGa丨_xAs/InxGai_xP-on-Ge彙接電池結構供 2〇舉例說明。用於單晶彙接太陽能電池，個別串級元件間的 互連典型係使用位障接面進行（如第34C圖所示），位障接 面的操作需要高度摻雜程度。此種接面將有助於電池間電 磁的流動，前及後電接點將提供電流的收集。 >…、第35圖，使用數個彙接太陽能電池3⑼形成彙接 29 200301969 玖、發明說明 太陽月匕兒池組。彙接太陽能池3〇〇 , , *心圖所述（有關 整組彙接太陽 例如因太陽能 可形成不同的 早光譜轉換電池）對準且連結至頂面邊緣。使用此種組態 王月豆結構可極薄，例如厚度小於1 5微米 月匕包池組400可視需要支持於廉價基板上 電池層極薄且具撓性，故可使賴性基板 另一具體實施例中，現在參照第36圖 θ H 现个丨口J的 1W電池組540、55〇及56〇,各自預期用於概略不同的 頻寬間隙（換言之，如夂 、 芩知弟33圖所述）。然後將各層堆疊 及互連而形成彙接太陽能電池組500。 ίο 15 20 用於形成太陽能電池之材料通常可為業界已知以及前 有關夕層基板各層所述的任_種材料。通常具有帶隙1 至一 π之半導體可考慮做為太陽能電池材料。此等材料包 括但非限於矽(單晶、複晶、非晶薄膜)、III-V半導體、 GaAs、inp、CdTe、Cuins。等以及包含前述至少一 者的、、且:。此外，有機材料可用於有機光伏打電池而形成 :子月b I成i何所f要的激光結構，例如福樂林斯 鋒職s)、料性聚合物、潘特辛（卿⑽）、液晶 六-周六苯并冠稀（HPBC)、二㈣笨染料，此等材料可單 獨或彼此組合或組合其它適當材料使用。 薄膜太陽能電池中，支持層包括電性主動或被動基板 如玻㈣、塑知、陶莞、金屬、石磨或冶金石夕。如此如此處 所述，-個太陽能電池或太陽能電池組可形成於製造用支 持基板的弱連結區，以θ 及Ik後解除連結且黏著或以其它方 式置於終端使用之支持層。 30 200301969 玖、發明說明 熟諳技藝人士顯然易知介於材料成本與期望效率間必 須求得平衡。但採用此處所述技術，由於可使用極薄層太 陽能電池，故可實質減低材料成本，讓平衡有利地朝:有 較大光譜轉換效率之較高成本太陽能材料。 5 4發明可獲得實質效果。由於製造方法允許使用極 薄層材料，以及解除連結後允許再度使用基板，因而可以 極低成本達成超過40%效率。 雖然此處已經顯示及說明較佳具體實施例，但可未悖 離本發明之精髓及範圍對其做出多種修改及取代。如此= 10 了解本發明已經供舉例說明而非限制性。 L圖式簡單明3 第1A圖示意顯示用於處理此處所述光伏打電池之一種 多層基板； 第1B圖示意顯示供用於處理此處所述光伏打電池之多 15 層基板之另一具體實施例； 第2-1 3圖顯示第1A及1B圖之結構供選擇性黏著各層之 處理技術。 第14-20圖顯示第1A及1B圖結構之多種連結幾何。 第21 -32圖顯示多種去除連結技術； 20 第33圖顯示光伏打電池組之具體實施例； 第34A-34C圖顯示彙接光伏打電池； 弟3 5圖顯示使用果接光伏打電池之光伏打電池組之另 一具體實施例，·以及 第36圖顯示光伏打電池組之彙接陣列之具體實施例。 31 200301969 玖、發明說明 【圖式之主要元件代表符號表】 1，2…層 18...離子 1A-B，2A-B...表面 20，22…箭頭 3，4…區 21…掃描裝置 5...弱連結區 100…多層基板，太陽能電池組 6…強連結區 110A-C...電池 7...多孔區 112A-C...頂面 8...料漿，金屬區 300…彙接太陽能電池 9...柱 340，350，360...太陽能電池組 10...無效區 400，500…彙接太陽能電池組 11...黏著促進劑 540，550，560...太陽能電池組 12…植入離子 SB...強連結 13，15，17...微氣泡 WB...弱連結 14，16…粒子 32

Claims (1)

  1. 200301969 拾、申請專利範圍 1. 一種光伏打電池結構，包含： 一 pri接面形成於太陽能電池材料層之一或多區上 ，其中該太陽能電池材料層可由支持層移開。 2. 如申請專利範圍第之光伏打電池，其中該太陽能電 5 池材料層以及支持層大致為相同材料。 兒 3. 如申a青專利軏圍第i項之光伏打電池，其中該太陽能電 池材料層係於Pn接面形成前連結至該支持層。 4·如申4專利粑圍第丨項之光伏打電池，其中該太陽能電 池材料層係於pn接面形成前選擇性連結至該支持層。 1〇 5·-種光伏打電池組，包含—個如巾請專利範圍第i項之 第一光伏打電池以及一個如申請專利範圍第丨項之第二 光伏打電池，各個光伏打電池包括—太陽能捕捉面、 月面、一第一遠端以及一第二遠端，其中該第一光 伏打電池之太陽能捕捉面之第一遠端係連結至該第二 15 光伏打電池背面之第二遠端。 6.如申請專利範圍第5項之光伏打電池組，進一步包含— · 第一光伏打兒池，其中該第二光伏打電池之太陽能捕 捉面之第一延端係連結至該第三光伏打電池之背面之 弟二遠端。 2〇 7· 一種製造光伏打電池之方法，包含： 於延擇性位置連結一光伏打電池層至一基板層， 俾界疋-或多個弱連結區以及一或多個強連結區； 處理於該一或多個弱連結區之一或多個光伏打電 池0 33 200301969 拾、申請專利範圍 &如中請專利範圍第7項之方法，進一步包含經由將該一 或夕個強連結區解除連結而移開該一或多個光伏打電 池。 5 9•如申請專利範圍第8項之方法，進一步包含移開基板層 5 之一層’以及連結該被移開之基板層至其餘基板層於 k擇f生所在位置’俾界定—或多個弱連結區以及一或 夕個強連結區，因而回收利用基板層。 10· —種製造光伏打電池之方法，包含： · 提供一種多層基板，其具有一裝置層以及一基板 10 層，該裝置層選擇性連結至該基板層，俾界定一或多 個弱連結區以及一或多個強連結區； 於I置層於一或多個弱連結區處理一或多個光伏 打電池； 經由將強連結區解除連結而由基板層移開裝置層 15 ，隨後允許移開裝置層，而對裝置層中經過處理的光 伏打電池極少或絲毫也未造成損傷。 · 11. 如申請專利範圍第7或10項之方法，其中該光伏打電池 包含一種選自ρη接面、背面場、紫、製作結構、V字形 溝槽多重接面、有機、基於光合成之能量轉換以及包 20 含前述至少一種的組合組成的組群之電池。 12. —種製造光伏打電池之方法，包含： 提供一第一多層基板其具有一第一裝置層以及一 第一基板層，該第一裝置層選擇性連結至該第一基板 層而界疋或多個弱連結區以及一或多個強連結區； 34 200301969 拾、申請專利範匿 處理於第一裝置層位於一或多個弱連結區之第一 光伏打電池； 經由將強連結區解除連結而由第一基板層移開第 一裝置層，隨後允許㈣第一 t置層❿對第一裝置層 5 之經處理的級打電池極少或絲亳也未造成損傷； 提供一第三多層基板其具有一第二裝置層以及一 第二基板層，該第二裝置層選擇性連結至該第二基板
    層而界定-或多個弱連結區以及_或多個強連結區； 處理於第二裝置層位於-或多個弱連結區之第二 10 光伏打電池； 經由將強連結區解除連結而由第二基板層移開第 二裝置層’隨後允許移開第二裝置層而對第二裝置層 之經處理的光伏打電池極少或絲毫也未造成損傷；以及 於各層遠端邊緣堆疊且連結第一裝置層至第二裝 15 置層俾形成一個光伏打電池組。
    13· —種製造彙接光伏打電池之方法，包含： 提供-個具有帶隙Eg⑴之如申請專利範圍第7、1〇 或11項之方法製成的第一光伏打電池；以及 堆疊具有帶隙Eg(2)之如申請專利範圍第7、⑺或U 2〇 '員之方法製成的第二光伏打電池至該第-光伏打電池 頂上，其中Eg⑴係比Eg⑺更強力，因而提供一種囊接 光伏打電池。 35
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