通过零距离材料转移沉积形成薄层的方法技术

本发明专利技术涉及一种用来在基体上形成一层材料的方法，该方法包括以下步骤：将具有熔点或最小软化温度的半导体多晶或无定形材料的材料源与基体接触；在一个时间段内使所述材料源和基体之间形成一个温度差，其中，所述材料源的温度处于第一温度范围，其平均温度为第一平均温度，所述基体的温度处于第二温度范围，其平均温度为第二平均温度，所述第一平均温度高于所述第二平均温度，且低于所述半导体多晶或无定形材料的熔点或最小软化温度，使得所述材料源上的一部分半导体多晶或无定形材料转移到所述基体上；以及将所述材料源从所述基体上分开，获得一个表面形成有一层所述半导体多晶或无定形材料的基体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及一种形成薄膜层的物理方法和工艺，具体地，涉及一种使材料从材料源转移到与其接触的基体上，以在基体上形成该源材料的薄层的方法。
技术介绍
目前，薄膜沉积的化学或物理方法有很多种，这些方法大都需要通过复杂的工艺和/或昂贵的设备来完成。对于大多数物理方法来说，比如，近距离升华法（Close Space Sublimation）、反应溅射法和分子束磊晶法（MolecularBeam Epitaxy）等，其需要在高温和高真空的环境下进行操作。在这样的情况下，材料源和基体均需要经受同等高温，这将会损坏低熔点材料制成的基体。比如，用于太阳能电池的半导体多晶薄膜层通常由近距离升华法或反应溅射法获得，在该过程中，基体需经受与材料源同等程度的高温。这就要求使用能够耐高温的基体，从而导致很多低成本的轻质基体由于无法耐受高温而无法使用。因此，如何让一些低熔点材料所制成的基体在薄膜沉积过程中不受到损害成为了一个大的挑战。因此，需要提供一种形成薄膜层的新方法。该新方法可解决基体面临高温挑战的问题，使得高温或低温材料基体都可用于，比如，制造太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用来在基体上形成一层材料的方法，该方法包括以下步骤：将具有熔点或最小软化温度的半导体多晶或无定形材料的材料源与基体接触；在一个时间段内使所述材料源和基体之间形成一个温度差，其中，所述材料源的温度处于第一温度范围，其平均温度为第一平均温度，所述基体的温度处于第二温度范围，其平均温度为第二平均温度，所述第一平均温度高于所述第二平均温度，且低于所述半导体多晶或无定形材料的熔点或最小软化温度，使得所述材料源上的一部分半导体多晶或无定形材料转移到所述基体上；以及将所述材料源从所述基体上分开，获得一个表面沉积形成有一层所述半导体多晶或无定形材料的基体。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1（a）显示了本专利技术一个实施例中的材料源和基体，该材料源和基体被放在一起并互相接触，以使得材料可从材料源转移到基体上。图1（b）显示了图1（a）所示的材料源和基体的温度曲线。图2显示了放在一起且互相接触的材料源和基体，其被夹在两个外盖之间。图3（a）显示了实例一中用作材料源的太阳能电池元件和MoTe2基体。图3（b）显示了实例一所用的七个太阳能电池元件在部分材料被转移到对应基体之后的状态。图3（c）显示了实例一所用的七个MoTe2基体在沉积形成一层来自对应太阳能电池元件上的材料后的状态。图4显示了所述实例一的七个MoTe2基体上形成的沉积材料层的表面形态和截面图像。图5（a）显示了实例二中用作材料源的太阳能电池元件和CdS基体。图5（b）显示了实例二中所用的三个太阳能电池元件在部分材料被转移到对应基体之后的状态。图5（c）显示了实例二所用的三个CdS基体在沉积形成一层来自对应太阳能电池元件上的材料后的状态。图5（d）显示了分别利用了图5（c）所示的三个CdS基体的太阳能电池。图6显示了图5（d）所示的三个太阳能电池的效率。图7（a）显示了实例三中所用的Sb2Te3材料源和用作基体的太阳能电池元件。图7（b）显示了实例三中所用的七个太阳能电池元件在沉积形成一层来自对应Sb2Te3材料源上的Sb2Te3材料后的状态。图7（c）显示了实例三中所用的七个Sb2Te3材料源在部分材料被转移到对应基体之后的状态。图8显示了分别使用了图7（b）所示的七个太阳能电池元件的太阳能电池的接触表征和电池性能。图9（a）显示了实例四中所用的铅材料源和用作基体的太阳能电池元件。图9（b）显示了实例四所用的九个太阳能电池在沉积形成一层来自对应铅材料源上的铅材料后的状态。具体实施方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”表示允许其修正的数值在正负百分之十（10%）的范围内变化，比如，“大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，大约同时修正第一和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本专利技术中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，0.0001,0.001,0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。本专利技术的实施例有关一种使材料从材料源转移到与该材料源接触的基体上，以在该基体上形成一层所述材料的方法。如图1（a）所示，使材料源和基体接触，在一定的时间内使得所述材料源和基体之间产生一个合适的温度差，使得材料源的一部分升华并从材料源转移到基体上。所述时间可能在2秒钟到5分钟，或进一步地，在20秒钟到5分钟，或更进一步地，在50秒钟到5分钟之间的范围内。将所述材料源和基体分开后，所述基体上形成一层包括所述材料的镀层。为了获得合适的温度差，以使得材料源上的材料转移到基体上形成所需的镀层。所述材料源和基体具有一种如图1（b）所示的温度曲线，其中，所述材料源的温度所在的第一温度范围具有一个第一平均温度，所述基体的温度所在的第二温度范围具有一个第二平均温度，所述第一平均温度大于所述第二平均温度，但小于所述材料源的材料的熔点（对于多晶材料而言）或最小软化温度（对于无定形材料而言）。所述材料源和基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来在基体上形成一层材料的方法，该方法包括：将具有熔点或最小软化温度的半导体多晶或无定形材料的材料源与基体接触；在一个时间段内使所述材料源和基体之间形成一个温度差，其中，所述材料源的温度处于第一温度范围，该第一温度范围的平均温度为第一平均温度，所述基体的温度处于第二温度范围，该第二温度范围的平均温度为第二平均温度，所述第一平均温度高于所述第二平均温度，且低于所述半导体多晶或无定形材料的熔点或最小软化温度，使得所述材料源上的一部分半导体多晶或无定形材料转移到所述基体上；以及将所述材料源从所述基体上分开，获得一个在表面沉积形成一层所述半导体多晶或无定形材料的基体。

【技术特征摘要】
1.一种用来在基体上形成一层材料的方法，该方法包括：
将具有熔点或最小软化温度的半导体多晶或无定形材料的材料源与基体
接触；
在一个时间段内使所述材料源和基体之间形成一个温度差，其中，所述
材料源的温度处于第一温度范围，该第一温度范围的平均温度为第一平均温
度，所述基体的温度处于第二温度范围，该第二温度范围的平均温度为第二
平均温度，所述第一平均温度高于所述第二平均温度，且低于所述半导体多
晶或无定形材料的熔点或最小软化温度，使得所述材料源上的一部分半导体
多晶或无定形材料转移到所述基体上；以及
将所述材料源从所述基体上分开，获得一个在表面沉积形成一层所述半
导体多晶或无定形材料的基体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述温度差是用热源来产生的。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述热源为卤素灯、激光或热金属丝。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述所述热源的热量途经所述材料源
后到达所述基体。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述材料源和基体夹在两个外盖之间，
所述热源的热量依次经过靠近材料源的外盖、材料源、基体再到达靠近基体
的外盖。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述材料源的升温速率高于1°C/s。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述基体的升温速率高于1°C/s。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述基体连接于一个冷却系统。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述材料源和基体之间的温度差大于
300°C。
10.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：金益腾，黄群健，林川，费萨尔艾哈迈德，辛骞骞，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US