用于高效太陽能電池的均勻分布的自組裝錐形柱的制作方法
【專利摘要】一種制造光伏裝置的方法包括：在襯底上施加（206）二嵌段共聚物層；以及從二嵌段共聚物層中去除第一聚合物材料，以形成多個(gè)分布的孔。在二嵌段共聚物層的余下表面上和在孔中與襯底接觸地沉積（212）圖案形成層。剝離（214）二嵌段共聚物層，并且，圖案形成層的部分被保留為與襯底接觸。使用圖案形成層蝕刻（216）襯底以保護(hù)襯底的部分來在襯底中形成柱，使得這些柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)。
【專利說明】用于高效太陽能電池的均勻分布的自組裝錐形柱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏裝置，并且，更具體地涉及用于使用錐形柱形成(cone-shaped pillar formation)來提高性能的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能裝置利用光伏電池來產(chǎn)生電流。太陽光中的光子入射到太陽能電池或面板 上，并且被諸如硅的半導(dǎo)體材料吸收。載流子獲得允許它們流過該材料以產(chǎn)生電的能量。因 此，太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換為可用的電量。
[0003]當(dāng)光子入射到硅片時(shí)，光子可以通過硅被傳輸，該光子可以從表面上反射掉，或 者，如果光子能量高于硅帶隙值，則光子可以被硅吸收。根據(jù)帶結(jié)構(gòu)，這產(chǎn)生電子空穴對并 有時(shí)產(chǎn)生熱。
[0004]當(dāng)光子被吸收時(shí)，其能量被提供給晶格中的載流子。價(jià)帶中的電子可以被激發(fā)到 導(dǎo)帶中，在導(dǎo)帶中，這些電子在半導(dǎo)體內(nèi)自由地移動(dòng)。(多個(gè))電子是其一部分的鍵形成空 穴。這些空穴可以移動(dòng)通過晶格，從而產(chǎn)生移動(dòng)的電子空穴對。
[0005]光子只需要具有比帶隙的能量高的能量以便將電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶中。由于太 陽輻射由具有比硅的帶隙高的能量的光子構(gòu)成，所以較高能量的光子將會(huì)被太陽能電池吸 收，其中一些能量(在帶隙以上)被轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而不是被轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫碾娔堋?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種制造光伏裝置的方法包括:在襯底上施加二嵌段共聚物層；以及從二嵌段共 聚物層中去除第一聚合物材料，以形成多個(gè)分布的孔。在二嵌段共聚物層的余下表面上和 在孔中與襯底接觸地沉積圖案形成層。剝離二嵌段共聚物層，并且，圖案形成層的部分被保 留為與襯底接觸。使用圖案形成層蝕刻襯底以保護(hù)襯底的部分來在襯底中形成柱，使得所 述柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)。
[0007]一種制造光伏裝置的方法包括:在襯底上形成介電層；在介電層上形成焊料層； 對焊料層進(jìn)行退火，以在介電層上形成均勻分布的焊球；使用焊球來蝕刻襯底以保護(hù)襯底 的部分來在襯底中形成柱，使得所述柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)；以及對柱進(jìn)行濕 法蝕刻，以形成要合并到光伏裝置中的錐形結(jié)構(gòu)。
[0008]一種光伏裝置包括襯底，該襯底包括多個(gè)均勻間隔開和分布的納米級錐形柱，所 述錐形柱包括黑硅。
[0009]根據(jù)下面的要結(jié)合附圖閱讀的對其示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，這些和其它特征和 優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本公開將在下面參照下述圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述中提供細(xì)節(jié)，在這些圖中:
[0011]圖1A是根據(jù)本原理的具有二嵌段共聚物層的襯底和在其上形成的可任選的底漆膜的橫截面圖；
[0012]圖1B是根據(jù)本原理的二嵌段共聚物層的第一聚合物被去除了以在其上形成孔的 圖1A的襯底的橫截面圖；
[0013]圖1C是根據(jù)本原理的具有與襯底接觸地在二嵌段共聚物層的第二聚合物上和在 孔中形成的圖案形成層的圖1B的襯底的橫截面圖；
[0014]圖1D是根據(jù)本原理的示出襯底上的圖案形成層的圖1C的襯底的橫截面圖；
[0015]圖1E是根據(jù)本原理的示出在襯底中形成的柱的圖1D的襯底的橫截面圖；
[0016]圖2A是根據(jù)本原理的在其上形成有薄介電層的多晶或單晶硅襯底的橫截面圖；
[0017]圖2B是根據(jù)本原理的具有在薄介電層上沉積的金屬層的圖2A的襯底的橫截面 圖；
[0018]圖2C是根據(jù)本原理的在熱退火以在薄介電層上形成焊球之后的圖2B的襯底的橫 截面圖；
[0019]圖2D是根據(jù)本原理的示出用作蝕刻襯底的圖案的焊球的圖2C的襯底的橫截面 圖；
[0020]圖2E是根據(jù)本原理的示出在襯底中形成的錐形柱的圖2D的襯底的橫截面圖；
[0021]圖3A是根據(jù)本原理的示出在襯底中形成的柱/錐形物的襯底的橫截面圖；
[0022]圖3B是根據(jù)本原理的示出在柱上形成的電極層的圖3A的襯底的橫截面圖；
[0023]圖3C是根據(jù)本原理的示出在電極層上形成的pin 二極管堆的圖3B的襯底的橫截 面圖；
[0024]圖3D是根據(jù)本原理的示出在pin堆上形成的另一個(gè)電極的圖3C的襯底的橫截面 圖；
[0025]圖4A是根據(jù)本原理的具有孔的二嵌段共聚物層的掃描電子顯微圖像；
[0026]圖4B是根據(jù)本原理的使用孔形成的圖案形成層的掃描電子顯微圖像；
[0027]圖4C是示出圖4B的放大圖的掃描電子顯微圖像；
[0028]圖5是示出根據(jù)本原理形成的結(jié)構(gòu)的接近零的反射率的反射率與波長的關(guān)系曲 線圖；
[0029]圖6是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于制造光伏裝置的方法的框圖/流程圖；以及
[0030]圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于制造光伏裝置的另一種方法的框圖/流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本原理提供提高了入射輻射的吸收的光伏裝置和制造方法。對于高效的硅太陽能 電池，黑硅是期望的材料，因?yàn)樗畲蠡庾V的吸收并最小化反射?？梢酝ㄟ^蝕刻錐形柱來 形成黑硅，以形成吸收表面。在一個(gè)實(shí)施例中，錐形物形成可以包括:使用二嵌段共聚物來 對晶片或襯底(例如，基于硅的襯底)進(jìn)行構(gòu)圖以便蝕刻。在另一個(gè)實(shí)施例中，為了蝕刻襯 底，可以形成焊圖案或納米點(diǎn)圖案。對于襯底，可以利用玻璃或者其它基于硅的襯底材料。 可以利用根據(jù)本原理形成的柱以進(jìn)一步形成用于形成一個(gè)或多個(gè)光伏電池的p-1-n 二極 管層或其它層。
[0032]在其它實(shí)施例中，可以利用多結(jié)電池來實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的載流子收集效率。多結(jié)電池包括堆疊在彼此的頂部上的兩個(gè)或更多個(gè)電池。透射通過頂部電池的任何輻射具有被下部電 池吸收的可能性。
[0033]將會(huì)理解，將用具有晶片的給定的示例性構(gòu)架來描述本發(fā)明；但是，可以在本發(fā)明 的范圍內(nèi)改變其它構(gòu)架、結(jié)構(gòu)、襯底材料以及處理特征和步驟。
[0034]還將理解，當(dāng)作為層、區(qū)域或襯底的元件被提及在另一個(gè)元件“上”或“上方”時(shí)， 它可以直接在該另一個(gè)元件上，或者，也可以存在中間元件。與此形成對照的是，當(dāng)一個(gè)元 件被提到“直接”在另一個(gè)元件“上”或“上方”時(shí)，不存在中間元件。還將理解，當(dāng)一個(gè)元件 被提到與另一個(gè)元件“連接”或“耦接”時(shí)，它可以與該另一個(gè)元件直接連接或耦接，或者，可 以存在中間元件。與此形成對照的是，當(dāng)一個(gè)元件被提到與另一個(gè)元件“直接連接”或“直 接耦接”時(shí)，不存在中間元件。
[0035]本文中描述的方法可以用于制造光伏裝置或芯片。所得到的裝置可以由制造者以 原始的晶片形式(即，作為具有多個(gè)非封裝的芯片的單晶片)、作為裸芯片(bare die)或者 以封裝的形式分配。在后一種情況中，芯片被安裝在單芯片封裝(例如，塑料載體，具有被附 著到母板或其它更高級別的載體上的引線(lead))中或者在多芯片封裝(例如，具有表面互 連件或掩埋互連件中的任意一個(gè)或兩個(gè)的陶瓷載體)中。在任何情況中，芯片然后與其它芯 片、分離的電路元件和/或其它信號處理裝置集成，作為(a)諸如母板的中間產(chǎn)品或者(b) 終端產(chǎn)品二者的一部分。終端產(chǎn)品可以是包括集成電路芯片的任何產(chǎn)品，其范圍為從玩具 和其它低端應(yīng)用到具有顯示器、鍵盤或其它輸入裝置和中央處理器的高級計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。
[0036]現(xiàn)在參照其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件的附圖，并首先參照圖1A 至1E，示例性地示出在襯底上形成錐形柱的處理形式。本處理是無掩模的、低成本，并且，可 以在低溫下(例如，低于約500攝氏度)執(zhí)行。
[0037]參照圖1A，襯底12可以包括硅材料，并且，可以包括單(單晶)硅或者多晶硅(多晶 娃)。雖然可以利用其它襯底材料，但是包括玻璃的基于娃的材料是優(yōu)選的。在一個(gè)實(shí)施例 中，在襯底12上形成旋涂二嵌段共聚物層14，然后進(jìn)行固化處理。層14可以以溶液的形式 被旋涂到表面上并在160到250攝氏度之間固化15分鐘或更長時(shí)間。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)施例中，二嵌段共聚物14可以包括薄層(例如，約3至7nm的58% (重 量)的聚苯乙烯和42% (重量)的pmma)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，二嵌段共聚物14可以包括厚 度為約25至35nm的70% (重量)的聚苯乙烯和30% (重量)的pmma的層。在示例性實(shí)施 例中，層14可以包括在60%至75%的聚苯乙烯和40%至25%的pmma的范圍中的聚苯乙烯 /pmma比。層14可以以溶液的形式被旋涂到表面上并在160到270攝氏度之間固化15分 鐘或更長時(shí)間。應(yīng)該理解，可以根據(jù)層14的組成、厚度和固化時(shí)間來調(diào)整柱密度和尺度。
[0039]二嵌段共聚物層14的一個(gè)功能是通過二嵌段共聚物的兩種組成成分來使得所有 的暴露表面中性至濕潤。這可以通過在施加二嵌段共聚物層14之前施加例如隨機(jī)共聚物 層的可任選的底漆膜16來執(zhí)行。隨機(jī)共聚物層16可以以共形的方式在旋涂處理中被旋涂 到襯底12的表面上。在中性濕潤條件下，在二嵌段共聚物膜中14形成的孔將它們自身定 向?yàn)榕c表面垂直。在提供這種性質(zhì)的方面，隨機(jī)共聚物16不是唯一的。通過兩種二嵌段組 分使得表面中性至濕潤的任何材料都將適合作為底漆膜。二嵌段共聚物層14優(yōu)選地包括 兩種聚合物材料，這兩種聚合物材料包括第一聚合物組分18和第二聚合物組分20。在一個(gè) 實(shí)施例中，二嵌段共聚物14包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(例如，聚合物18)和聚苯乙烯(例如，聚合物20)的混合物。二嵌段共聚物14可以在約180攝氏度下固化約一個(gè)小時(shí)，或 者，直到層14被完全固化。
[0040]參照圖1B，從襯底12選擇性地去除第一聚合物組分18，從而保留第二聚合物材料
20。二嵌段共聚物14 (聚合物20)的余下部分形成孔的密集的2維陣列22?？?2的陣列 包括基本上均勻的密度。這意味著，將在后續(xù)步驟中形成的錐形物或柱(30)將被均勻分布 在襯底12上。(在固化二嵌段共聚物層14之后)通過用溶劑處理層14來形成孔22。該溶 劑可以包括，例如，乙酸、氫氟酸、鹽酸、甲酸或其它合適的溶劑。該溶劑相對于聚合物20和 襯底12去除聚合物18。二嵌段膜保留(聚合物20)的任何區(qū)域?qū)碛邢鄬τ趯?4的頂表 面垂直地穿過二嵌段共聚物層14的孔22。
[0041]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，二嵌段共聚物層14包括，例如，在其中具有pmma的位置 的聚苯乙烯基體(matrix)。在用溶劑處理層14時(shí)，pmma被溶解,從而在聚苯乙烯基體(聚 合物20)中留下孔22。該特定的二嵌段共聚物14中的相分離的pmma組分可以使用乙酸來 溶解?？梢岳闷渌簿畚铮⑶?，可以使用其它溶劑。二嵌段共聚物層14現(xiàn)在將擁有與 膜表面垂直地定向的密集的孔22的陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，孔直徑為約20nm，且孔之間的 近似的間距為約40nm，但是，其它尺寸的孔和間距也可以被實(shí)現(xiàn)并且是有效的。
[0042]參照圖1C，金屬層24被沉積在例如第二聚合物20的二嵌段共聚物層的余下部分 之上。金屬層24可以包括鉻、鎢、銅、鋁、錫等，或它們的合金。另外，可以利用其它材料來 形成將會(huì)描述的用于后續(xù)蝕刻襯底12的掩模。金屬層24可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物 理氣相沉積(PVD)、蒸發(fā)沉積、濺射等來沉積。還可以利用其它沉積技術(shù)。
[0043]優(yōu)選地沉積金屬層24，使得金屬層覆蓋聚合物20的頂部分和孔22內(nèi)的襯底12的 暴露部分。優(yōu)選的是，孔22的側(cè)壁的部分23保持暴露，以促進(jìn)后續(xù)步驟中的聚合物20的 去除。在孔22的底部處的金屬層24根據(jù)孔22的陣列被分布，并且因此是基本上均勻分布 的。由于使用二嵌段共聚物層14對孔陣列進(jìn)行自組裝，所以在沒有光刻構(gòu)圖的情況下實(shí)現(xiàn) 孔22的形成和其分布。
[0044]參照圖1D，從襯底12去除聚合物20?？梢酝ㄟ^剝離處理來去除聚合物20，該剝離 處理可以包括去除聚合物20，使得在(例如，用溶劑)沖洗掉聚合物20時(shí)，頂部的材料(金屬 層24)與下面的聚合物20 —起被剝離和沖洗。在剝離之后，金屬層24只保留在其與襯底 12直接接觸的區(qū)域中(即，在孔22的底部處)。金屬層24的圖案26提供基本上均勻的錐形 物密度。這導(dǎo)致對柱30的準(zhǔn)確的、靈活的尺度控制(圖1E)。剝離溶劑可以包括丙酮、甲苯 或Piranha (例如，硫酸(H2SO4)和過氧化氫(H2O2)的3:1混合物)。也可以利用其它溶劑。
[0045]參照圖1E,利用蝕刻處理，以利用適用于相對于圖案26蝕刻襯底12的干法蝕刻氣 體化合物來將圖案26圖案轉(zhuǎn)印到襯底12(例如，硅)中。干法蝕刻優(yōu)選地包括反應(yīng)離子蝕刻 (RIE)處理，使得:對于作為蝕刻處理的結(jié)果形成的柱或錐形物30，深寬比高。對于Si和/ 或玻璃干法蝕刻，優(yōu)選地利用四氟化碳(CF4)等離子體。在CF4等離子體蝕刻期間，發(fā)生在襯 底12的蝕刻期間覆蓋表面的氟碳沉積。該氟碳層的厚度隨著襯底材料和排放(discharge) 參數(shù)而改變。氟碳沉積形成黑硅。蝕刻深度可以是約I微米，但是，其它尺度也可以被使 用，并且是有效的。由于蝕刻處理，形成的柱30包括黑硅，如果被用于光伏電池，尤其是太 陽能電池，則黑硅提供吸收益處。黑硅適合于使用例如包括單晶硅(SC-Si)和/或多晶硅 (MC-Si)的襯底的高效的太陽能電池。[0046]圖1E的結(jié)構(gòu)可以用于基于硅的太陽能電池中，并且可以被堆疊在其它光伏電池 上。在一個(gè)實(shí)施例中，圖1E的結(jié)構(gòu)與光伏裝置的p-1-n堆結(jié)構(gòu)一起使用。柱30有助于提 高吸收的表面面積，并且準(zhǔn)備好柱30之間的輻射俘獲。具有大于1:2 (寬高)縱橫比的柱 30對于增強(qiáng)光吸收是優(yōu)選的，并且，形成處理包括在蝕刻的表面上形成黑硅。也可以利用用 于形成柱或錐形物的其它方法。將根據(jù)圖2A至2E描述一種特別有用的方法。
[0047]參照圖2A，在襯底50上沉積薄介電層52。襯底50可以包含多晶硅(MC_Si)、單晶 硅(SC-Si )、非晶硅(a-Si)、玻璃或任何其它合適的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，介電層52包括 硅氧化物層。硅氧化物層52可以包括，例如，約50nm的厚度。可以通過等離子體增強(qiáng)的化 學(xué)氣相沉積處理或其它合適的處理來沉積介電層52。
[0048]參照圖2B,在介電層52上沉積焊料金屬層54。焊料金屬層54可以包含Sn、Pb、 Sb、Bi等，或者其組合。在特別有用的實(shí)施例中，利用Sn焊料或包含Sn的焊料。焊料金屬 層54可以包括在約20nm至約2000nm之間的厚度，并且，更優(yōu)選地包括約90nm的厚度。焊 料金屬層54可以通過利用熱蒸發(fā)方法來形成。
[0049]參照圖2C，對結(jié)構(gòu)應(yīng)用快速熱退火(RTA)處理，使得焊料金屬層54形成焊球56。 焊球56基于表面張力效應(yīng)均勻地形成(例如，具有基本上均勻的密度)。RTA可以示例性地 包括在300攝氏度到約400攝氏度之間的溫度持續(xù)約10秒。溫度和時(shí)間可以根據(jù)焊料材 料和期望的結(jié)果而改變。
[0050]參照圖2D，利用干法蝕刻處理來蝕刻介電層52和襯底50，以形成柱58。蝕刻處理 利用焊球56作為蝕刻掩模。對于Si和/或玻璃干法蝕刻，優(yōu)選地利用四氟化碳(CF4)等離 子體。反應(yīng)離子蝕刻參數(shù)可以包括，例如，在300瓦功率和100毫托下的30分鐘蝕刻。蝕刻 深度可以是約I微米，但是，其它參數(shù)和尺寸也可以被使用，并且是有效的。由于蝕刻處理， 形成的柱58包括黑硅，如果被用于光伏電池，尤其是太陽能電池，則黑硅提供吸收益處。黑 硅適用于高效的太陽能電池。
[0051]參照圖2E，去除焊料金屬層54和介電層52，并且，在濕法蝕刻處理中進(jìn)一步蝕刻 柱58。濕法蝕刻處理由柱58形成錐形形狀60。濕法蝕刻處理可以包括稀釋的氫氟酸(HF) 蝕刻，例如，對于玻璃襯底的10至20分鐘的HF = H2O=1: 50，或者，對于Si襯底的硝酸(HNO3) 和HF蝕刻。
[0052]參照圖3A至3D，尤其是圖3A，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例示例性地示出用于形成非晶硅太 陽能電池的處理。應(yīng)該理解，在本處理中利用的襯底112包括透明的材料，例如，玻璃；但 是，可以利用硅或其它襯底材料。在本情況中，襯底112已被以與參照圖1A至IE或者圖2A 至2E描述的方式相同的方式處理。
[0053]參照圖3B，通過沉積處理在柱130上形成第一電極層132。第一電極層132可以 包括透明的導(dǎo)電材料，例如，透明的導(dǎo)電氧化物(例如，氧化鋅、氧化銦錫、氧化銦鋅等)、超 薄金屬(例如，厚度為20nm或更小)或者其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。沉積處理可以包括化學(xué)氣相沉積處 理或者其它合適的沉積處理。
[0054]參照圖3C，在第一電極132之上形成p-1-n 二極管堆134。該堆134優(yōu)選地包括 第一摻雜層(P摻雜層)和本征層(i層)以及第二摻雜層(n摻雜層)。摻雜層的極性可以被 反轉(zhuǎn)。堆134可以使用CVD或PECVD處理來形成。堆134提供本領(lǐng)域中已知的用于吸收輻 射并將輻射轉(zhuǎn)換為電荷流的活性區(qū)域。對于堆134中的層，可以選擇多種不同的材料。在一個(gè)特別有用的實(shí)施例中，第一和第二摻雜層可以包括摻雜的多晶/微晶硅，并且，本征層 可以包括未摻雜的非晶硅。
[0055]參照圖3D，在堆134上形成第二電極136。第二電極層136可以包括透明的導(dǎo)電 材料，例如，透明的導(dǎo)電氧化物(例如，氧化鋅、氧化銦錫、氧化銦鋅等)、超薄金屬(例如，厚 度為20nm或更小)或者其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。沉積處理可以包括CVD、PECVD或者其它合適的沉 積處理。
[0056]柱130有助于提高吸收的表面面積，并且準(zhǔn)備好柱130之間的輻射俘獲。在圖3A 至3D中描繪的結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造為在柱130面向外(例如，朝向光)或面向內(nèi)的情況中接收 光。與平坦表面電池相比，柱130增加了表面面積，并且因此，提高了在任何入射光方向上 的收集效率。
[0057]參照圖4A至4C，根據(jù)本原理針對二嵌段共聚物處理描繪了掃描電子顯微圖像。圖 4A示出在其中形成有均勻分布的孔的二嵌段共聚物層的圖像。請注意，比例尺指示250nm 的長度。圖4B是根據(jù)本原理的將在蝕刻柱中利用的在孔中形成的金屬層的圖案的圖像。請 注意，比例尺指示250nm的長度。圖4C是圖4B的金屬層的圖案的放大圖像。請注意，比例 尺指示50nm的長度。
[0058]參照圖5,不例性地不出反射率與波長(nm)的關(guān)系曲線圖。曲線150不出在波長 范圍之上的控制硅金字塔結(jié)構(gòu)。曲線152示出根據(jù)本方法的具有用黑硅形成的納米錐形物 的多晶硅襯底的反射率。曲線154示出根據(jù)本方法的具有用黑硅形成的納米錐形物的單晶 硅襯底的反射率。曲線152和154示出根據(jù)本原理的使用紋理技術(shù)的接近零的反射率。
[0059]參照圖6，根據(jù)特別有用的實(shí)施例，示例性地描繪用于制造光伏裝置的方法。在框 202中，提供襯底。襯底可以包括諸如單晶硅、多晶硅、非晶硅、玻璃或者其它可蝕刻的材料 的材料。在框204中，可以在施加二嵌段共聚物層之前在襯底上形成可任選的底漆層。底 漆層充當(dāng)濕潤層，以有助于通過二嵌段共聚物層覆蓋。底漆層可以包括，例如，隨機(jī)共聚物 層。在框206中，在襯底上形成二嵌段共聚物層。可以使用旋涂處理來施加二嵌段共聚物 層。可以調(diào)整二嵌段共聚物層的組成，以調(diào)整所得到的柱結(jié)構(gòu)的尺度和密度，如在后續(xù)的步 驟中描述的。該調(diào)整可以包括，調(diào)整第一聚合物到第二聚合物的組成，調(diào)整固化時(shí)間，調(diào)整 二嵌段共聚物層厚度，選擇底漆層，等等。在框208中，優(yōu)選地，在低溫固化處理(例如，約 180攝氏度)中固化二嵌段共聚物層。
[0060]在框210中，從二嵌段共聚物層中去除第一聚合物材料，以形成多個(gè)分布的孔。該 分布基本上是均勻的，從而在基體內(nèi)孔相互之間是等距的。二嵌段共聚物層可以包括，例 如，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和聚苯乙烯，并且，去除第一聚合物材料可以包括，使用溶劑 去除聚甲基丙烯酸甲酯(P_a)。溶劑可以包括，例如，乙酸。
[0061]在框212中，在二嵌段共聚物層(基體)的余下表面上和在孔中與襯底接觸地沉積 圖案形成層。圖案形成層可以包含金屬或者其它材料。在框214中，在二嵌段共聚物層和 圖案形成層的部分上利用剝離處理來保留與襯底接觸的圖案形成層的部分。這形成用于后 續(xù)形成柱的蝕刻掩模。在框216中，使用圖案形成層蝕刻襯底以保護(hù)襯底的部分而在襯底 中形成柱，使得這些柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)。柱優(yōu)選地是錐形的。如果襯底包 含硅，則用于形成柱的蝕刻處理(例如，反應(yīng)離子蝕刻)優(yōu)選地導(dǎo)致黑硅的形成。利用CF4* 其它合適的等離子體來在柱上產(chǎn)生黑硅。[0062]柱和襯底可以被用作結(jié)結(jié)構(gòu)中的層或者用于形成pin 二極管結(jié)構(gòu)的襯底。在框 218中，柱具有在柱上共形地形成的至少一個(gè)電極和二極管堆，以提供用于響應(yīng)于入射輻射 而提供電流的活性層。二極管堆可以被設(shè)置在兩個(gè)電極之間，其中，至少一個(gè)電極是透明 的。二極管堆包括P摻雜層、本征層和n摻雜層。本征層可以包含非晶娃,并且,摻雜層可 以包含相容的材料。
[0063]在框222中，可以在襯底上形成另外的光伏電池，以產(chǎn)生級聯(lián)的電池裝置?？梢栽?柱上或者在襯底的與柱相對的一側(cè)形成另外的電池。
[0064]參照圖7，根據(jù)特別有用的實(shí)施例，示例性地描繪用于制造光伏裝置的另一種方 法。在框302中，提供襯底。襯底可以包括諸如單晶硅、多晶硅、非晶硅、玻璃或者其它可蝕 刻的材料的材料。在框304中，可以在襯底(例如，二氧化硅)上形成介電層。在框308中， 在介電層上形成焊料層，并且，該焊料層優(yōu)選地包含Sn，但是，可以利用其它材料。
[0065]在框310中，例如，使用RTA來對焊料層進(jìn)行退火，以形成焊球。在框312中，焊球 形成用于蝕刻襯底以形成柱的圖案。焊球的尺寸和密度可以由焊料層的厚度、退火的溫度、 退火的持續(xù)時(shí)間等來控制。
[0066]在框314中，使用圖案(例如，利用CF4等離子體或其它合適的等離子體)來蝕刻襯 底，以保護(hù)襯底的部分而在襯底中形成柱。如果襯底包含硅，則用于形成柱的蝕刻處理(例 如，反應(yīng)離子蝕刻)優(yōu)選地導(dǎo)致黑硅的形成。在框316中，在濕法蝕刻處理中蝕刻柱，使得這 些柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)。柱優(yōu)選地成為錐形的。
[0067]柱和襯底可以被用作太陽能電池結(jié)構(gòu)中的摻雜層或者用于形成pin 二極管結(jié)構(gòu) 的襯底。在框318中，柱具有在柱上共形地形成的至少一個(gè)電極和二極管堆，以提供用于響 應(yīng)于入射輻射而提供電流的活性層。二極管堆可以被設(shè)置在兩個(gè)電極之間，其中，至少一個(gè) 電極是透明的。二極管堆包括P摻雜層、本征層和n摻雜層。本征層可以包含非晶硅，并且， 摻雜層可以包含相容的材料。
[0068]在框322中，可以在襯底上形成另外的光伏電池，以產(chǎn)生級聯(lián)的電池裝置?？梢栽?柱上或者在襯底的與柱相對的一側(cè)形成另外的電池。
[0069]已經(jīng)描述了用于高效的太陽能電池的均勻分布的自組裝的錐形柱的系統(tǒng)和方法 的優(yōu)選實(shí)施例(其應(yīng)當(dāng)是示例性的而不是限制性的)，請注意，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù) 上面的教導(dǎo)進(jìn)行修改和改變。因此，將會(huì)理解，在所附權(quán)利要求所概括的本發(fā)明的范圍內(nèi)公 開的特定的實(shí)施例中可以進(jìn)行改變。由此已經(jīng)通過專利法要求的細(xì)節(jié)和特殊性描述了本發(fā) 明的各方面，由本專利要求保護(hù)并期望保護(hù)的內(nèi)容在所附權(quán)利要求中得以闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種制造光伏裝置的方法，包括:在襯底上施加二嵌段共聚物層；從二嵌段共聚物層中去除第一聚合物材料，以形成多個(gè)分布的孔；在二嵌段共聚物層的余下表面上和在孔中與襯底接觸地沉積圖案形成層；剝離二嵌段共聚物層和圖案形成層的部分，以保留與襯底接觸的圖案形成層的部分；以及使用圖案形成層蝕刻襯底以保護(hù)襯底的部分來在襯底中形成柱，使得所述柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:在施加二嵌段共聚物層之前在襯底上形成底漆層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二嵌段共聚物層包括聚甲基丙烯酸甲酯(p_a)和聚苯乙烯。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除第一聚合物材料包括使用溶劑去除聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:在去除第一聚合物材料之前固化二嵌段共聚物層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中圖案形成層包含金屬。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中襯底包含硅，并且，蝕刻襯底包括執(zhí)行反應(yīng)離子蝕亥IJ，使得在柱上形成黑硅。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中蝕刻襯底包括形成錐形柱。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中襯底包含玻璃。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:通過調(diào)整二嵌段共聚物組合物來控制柱的尺度和密度。
11.一種制造光伏裝置的方法，包括:在襯底上形成介電層；在介電層上形成焊料層；對焊料層進(jìn)行退火，以在介電層上形成均勻分布的焊球；使用焊球蝕刻襯底以保護(hù)襯底的部分來在襯底中形成柱，使得所述柱在光伏裝置中提供輻射吸收結(jié)構(gòu)；以及對柱進(jìn)行濕法蝕刻，以形成要合并到光伏裝置中的錐形結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中焊料層包含Sn。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括:在錐形結(jié)構(gòu)上共形地形成至少一個(gè)電極和二極管堆，以提供用于響應(yīng)于入射輻射而提供電流的活性層。
14.如權(quán)利要求11所述的方法,其中焊料層包括在約20nm和2000nm之間的厚度。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中退火包括快速的熱退火。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中襯底包含硅，并且，蝕刻襯底包括執(zhí)行反應(yīng)離子蝕亥IJ，使得形成黑硅。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中蝕刻襯底包括用CF4等離子體執(zhí)行反應(yīng)離子蝕刻。
18.如權(quán)利要求11所述的方法,其中襯底包含玻璃,并且,蝕刻襯底包括執(zhí)行反應(yīng)離子蝕刻，使得形成黑硅。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在兩個(gè)電極之間設(shè)置二極管堆，其中至少一個(gè)電極是透明的，所述二極管堆包括P摻雜層、本征層和n摻雜層。
20.如權(quán)利要求21所述的方法，其中本征層包含非晶硅。
21.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括:通過調(diào)整二嵌段共聚物組合物來控制柱的尺度和密度。
22.—種光伏裝置,包括:襯底，該襯底包括多個(gè)均勻間隔開和分布的納米級錐形柱，所述錐形柱包括黑硅。
23.如權(quán)利要求22所述的 光伏裝置，還包括:在錐形柱之上形成的至少一個(gè)電極和二極管堆。
24.如權(quán)利要求22所述的光伏裝置，其中黑硅包括在柱的表面上形成的氟碳層。
【文檔編號】H01L31/00GK103563090SQ201280026726
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月15日
【發(fā)明者】C·迪米特拉克鮑勒斯, A·J·鴻, J·吉姆, D·K·薩達(dá)納, 徐崑庭 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司