光生伏特器件及其制造方法技术

一种光致电压器件包括：一具有被一绝缘层包围着的多个导电表面的基片，设置有覆盖所述那些导电表面的多个单晶层区域的、多个第一光致电压单元，以及设置有一个覆盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元。上述各单晶层区域是彼此隔离设置的。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光致电压器件，该器件主要用于太阳能电池、光传感器、固体变送器等设备，特别是关于一种具有高能量转换效率的叠层型光致电压器件。在很多机械和仪器中，使用各种光致电压器件，如使用太阳能电池作为驱动能源部件、用光传感器作为光接收部件。光致电压器件，比如在其功能部分上包含有P-n结或P-i-n结的太阳能电池，又如含有这些P-n结或P-i-n结的半导体，通常都采用硅。从将光能转换为电动势的转换效率来看，使用单晶硅较好，但从构成大面积且低成本的器件的角度来看，使用非晶硅又是有利的。近年来，正在研究多晶硅的应用，使其具有象非晶硅一样的低成本及象单晶硅一样的高能量转换效率。但是直至目前所提出的那些方案，都是将一块容易制备的多晶硅切成薄片，以得到一块薄板，因此，很难使薄片厚度小于0.3mm，并使其保持低电阻，直到取得光电电动势，并且，由于从一块多晶体上切下的薄板，要经过例如精细剖光，以用于一光致电压器件，所以，这薄板必须具有一定的机械强度。因此，薄板的厚度不能太小，以使能足够地吸收入射光，并能有效地利用材料。要作出高效的光致电压品件，受光照射而产生光生载流子的半导体层，最好有足够的厚度，以利于光的吸收，但同时又应尽量的薄，以使整个器件有较低的电阻以及有效地利用材料。也就是说，应该使薄板的厚度足够小，以获得高效率和低生产成本。根据上述观点，曾经试图采用化学汽相沉积(CVD)方法等薄膜形成技术，形成多晶薄膜，但其晶粒尺寸最多为数百微米，而且，甚至与多晶硅块切片法相比，其能量转换效率也不高。还已经试图采用激光技术，使晶粒尺寸增大，即将激光照射于用上述CVD方法制成的多晶硅薄膜，以使其熔融和再结晶，但是，仍不足以获得一种低成本的形成方法，而且难于稳定生产。上述这些问题不仅是采用硅时会出现，对化合物半导体来说也是如此。根据上述情况，本申请人曾提供了一种具有足够大的晶粒尺寸和高能量转换效率的薄型太阳能电池，已公开于日本特许公报63-182872。这种太阳能电池包括一个基本上是第一种导电类型半导体的单晶层，此单晶层以一种外来材料为基础形成于一个基片上，该外来材料与此基片表面材料相比，有足够大的成核密度，并且该外来材料面积足够的小，以便只形成一个单核，由此单核生长一个单晶;此外还有一个第二种导电类型的单晶层。附图说明图1是上述公报中描述的太阳能电池的示意图，其中给出了一个基片11，一些外来材料12，P-型单晶层13;i-型单晶层14和n-型单晶层15。这种太阳能电池是利用局部单晶生长方法制作的。此局部单晶生长方法借助于不同材料性质的不同，即这些材料影响薄膜形成过程中成核诸参量，如表面能、附着系数，分离系数、表面扩散率等的不同，在一个基片上有选择地生长晶体。该成核表面比一非成核表面(具有小的成核密度)具有足够的更大的成核密度，并形成于该非成核表面之上，而且还占有足够小的区域，以只生成可生长一个单晶的唯一单核。利用这种方法，在所述非成核表面，绝无单晶生长，而只有在上述成核表面才生长出一个单晶。本专利技术是在上述已有技术基础上进一步发展了的方法，特别是目的在于提供一种具有高能量转换效率、并能形成大面积、而成本又低的光致电压器件。本专利技术的另一目的是提供一种作出叠层型光致电压器件的方法，这种器件在一基片的所要求位置，局部地具有高能量转换效率，并且也提供了利用这种方法制成的一种光致电压器件。本专利技术的再一个目的是提供一种光致电压器件，它包括下述部分一个具有由一绝缘表面包围的多个导电表面的基片，具有形成复盖上述那些导电表面的一些单晶层区域的、多个第一光致电压单元，一个形成复盖上述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元，所述那样单晶层区域彼此是隔离的。本专利技术的又一个目的是提供一种作出光致电压器件的方法，此方法包括利用汽相沉积方法，在具有一个非成核表面和多个成核表面的一个基片上进行晶体生长处理，这些成核表面有着比所述非成核表面大的成核密度，并且有一足够小的尺寸，以便只形成一可长成一个单晶的单核，形成多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，使得所述各单晶层区域是彼此隔离的，形成一个复盖所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元。图1是说明太阳能电池已有技术实例的示意图。图2至5是说明本专利技术光致电压器件的示意图。下面参照附图，对本专利技术加以详细说明。图2是说明本专利技术的一个实施例的示意剖面图。图2中的光致电压器件包括如下部分一具有一导电表面及一绝缘层3的衬底材料1，绝缘层3形成于该衬底材料1上并具有一些开孔以形成一基片;一个形成于那些开孔处的具有多个第一种导电类型单晶层4的、第一光致电压单元;复盖着所述多个单晶层4、并能在光照下有效地产生光生载流子的多个单晶层5;一个复盖着所述单晶层5的第二种导电类型薄层6;一个具有第一种导电类型非晶层7、一个i型非晶层8和一个第二种导电类型非晶层9的第二光致电压单元;一个透明导电层10。但是，本专利技术并不仅限于上述结构，上述绝缘层表面(绝缘表面)也可以和上述导电表面处于同一个平面上。本专利技术所用的、具有一导电表面的衬底材料1包括金属材料，如不锈钢等，及绝缘材料，如氧化铝、玻璃等，衬底材料1的那些表面是经汽相沉积或其它方法而制成的。本专利技术所用的绝缘层3是由一些绝缘材料，如氧化硅(SiOX)、硅的氮氧化物(SiOXNY)等制成。当衬底材料1暴露于上述那些开孔处的表面被用作成核表面2，而绝缘层3的上述表面被用作非成核表面时(如图2所示)，绝缘层3内的上述那些开孔尺寸，不大于4μm，不超过2μm较好，最好是不超过1μm，以便获得具有好选择性的一些单晶;而当一些成核表面或晶种2a是由一种不同材料制成于衬底材料1暴露于上述那些开孔部位的表面上、且衬底材料1暴露于上述那些开孔部位的那个表面及绝缘层3的上述表面被用作非成核表面时，绝缘层3内的上述那些开孔尺寸不大于30μm，以1μm到20μm较好，而最好是2μm到10μm，以便形成一些选择性良好的单晶。被作为成核表面(晶种)2a的不同种类的材料(外来材料)的尺寸，小于上述那些开孔的直径尺寸，4μm或小于4μm较好，2μm或小于2μm更好，以1μm或小于1μm为最好，以便形成一些选择性良好的单晶，并获得与所述衬底材料良好的电接触。为了形成一些选择性良好的单晶层，成核表面2和2a的成核密度与上述非成核表面的成核密度相比，以不小于后者102倍为好，而不小于103倍更好。绝缘层3的形式，是采用如CVD、溅射等薄膜沉积方法，在衬底材料1的表面上形成一个绝缘层，然后，在其上作成一个保护层图案，再通过刻蚀方法，除去很小的、未掩盖保护层的部分，此部分尺寸比如为1μm×1μm，所用刻蚀方法比如是反应离子刻蚀法(RIE)等，以使衬底材料1在相距适当距离处暴露出其表面，比如相距10μm×10μm。第一种导电类型的那些单晶层4最好是P-型、P+-型、n-型或n+-型，以使得有效地从第一光致电压单元取得电动势。为与衬底材料1形成良好的电连接(欧姆连接)，最好选用重掺杂的P+-型或n+-型材料。那些单晶层4的大小，以大于上述那些开孔尺寸为好，1μm到5μm更好，以1.5μm到4μm为最好，以抑制泄漏电流的产生，并与上述衬底材料形成良好接触。那些单晶层5，是能够在入射光照射至第一光致电压单元时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光致电压器件，包括：　　一个具有被一绝缘表面包围着的多个导电表面的基片，　　多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，这些单晶层区域被设置为复盖着所述多个导电表面。　　一个被设置为复盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元，　　所述多个单晶层区域是彼此隔离设置的。

【技术特征摘要】
JP 1989-6-16 152412/891.一种光致电压器件，包括一个具有被一绝缘表面包围着的多个导电表面的基片，多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，这些单晶层区域被设置为复盖着所述多个导电表面。一个被设置为复盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元，所述多个单晶层区域是彼此隔离设置的。2.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征在于所述第二光致电压单元包含一种非晶材料。3.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征是所述第二光致电压单元具有一包含一种微晶材料的层区。4.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征是所述各导电表面的成核密度比所述绝缘表面的成核密度大，且所述各导电表面的大小为直径4μm或小于4μm。5.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征在于在所述各导电表面上设置有直径为4μm或小于4μm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林明治，米原隆夫，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]