专利名称：光电池用二硅化铁的提纯方法与材料的制作方法
光电池用二硅化铁的提纯方法与材料
相关申请的相互参考
本申请在美国申请了优先权，临时专利申请号为No.60/976，239，申请 曰为2007年9月28日；本申请通常所指弗雷德里维克.梅库莱克多等AiL 明的"光电池用二硅化铁的提纯方法与材料"并为所有目的所引用。
联邦#资助研究或开发下发明权的声明 不适用
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背景技术：
本发明涉及太阳能电池材料，具体涉及一种太阳能发电装置用半导体 材料的制作方法和结构。已通过商业化的二硅化铁实现了该方法和结构， 这仅是一个例子，但本发明可能还有其他配置。
从开始以来，人类就一直面临着找到利用能源方法的挑战。能源可分
为石化能源、水能、原子能、风能、生物能、太阳能，以及包括木材，煤
等占多数的原始型能源。上个世纪，现代文明已依赖于作为重要能源的石
化能源。石化能源包括天然气和石油。天然气包括丁烷和丙烷等较轻形式
的气体，通常用于家庭取暖和烹饪的燃料。石油包括汽油、柴油、喷气燃
料等，通常用于运输。较重形式的石化能源在一些地方也可用作家庭取暖。
不幸的是，基于地球上可用总量，石化能源有限且本质上不能再生，另夕卜， 由于汽车和4吏用石化产品的增加，石化能源正成为相当稀缺的资源，随着
时间的流逝其最终将#。
最近，已迫切需要清洁能源。水力发电就是清洁能源的一个例子，通 过修建大型水坝，阻挡水的流动，通过水力驱动发电积i发电，如内华达州 的胡佛水坝，其所发的电供加利福尼亚州洛杉矶市的大部分地区使用。清
洁且能再生的能源也包括风能、生物能，等等。即，风力机将风能转化为 更有用的形式的能量如电能。其他形式的清洁能源包括太阳能。该发明背 景以及下面更具体的叙述揭示了太阳能详细情况。
太阳能通常将来自太阳的电磁辐射转换为能源的其他有用形式，包括 热能和电力。通常通过太阳能电池来应用太阳能。虽然太阳能清洁且在一 定程度获得了成功，其在全世界广泛应用之前仍存在许多缺陷。例如，一种太阳能电池采用结晶材料，该结晶材料由半导体锭构成，这些结晶材料 包括将电磁辐射转换为电流的光电4体装置。结晶材料生产成本高，很 难大量生产。另外，采用结晶材料制成的装置能源转换效率低。其他类型 的太阳能电池采用薄膜技术，形成薄膜的感光材料，将电磁辐射转换为电 流。在利用薄膜技术制作太阳能电池时也存在类似的缺陷，也就是说，效 率通常也低。另外，膜的可靠性差，在常规应用环境中使用期P艮短。通常
通过;Wfe设备很难将薄膜与其他材料集成为 一体。本专利说明书以及下面 更具体的叙述揭示了这些常规技术的缺陷。本发明实施范例涉及一种光电池用半导体材料的制作方法与系统，具 体涉及一种光电池装置用半导体材料的制作方法与结构。已利用所述方法 来提供光电池用P二硅化铁，这仅是一个例子，但本发明更广泛的应用范 围也将获得认可。
08在一个具体实施范例中，所述方法包括提供二硅化铁第一样品。所述 二珪化铁第一样品至少包括a相二珪化铁、p相二珪化铁与￡相硅化铁并 具有第一粒径特征。所述方法包括在惰性环境中保持二硅化铁第一样品并 在惰性环境中对二硅化铁第 一样品进行加热，以形成二硅化铁第二样品。 所述二硅化铁第二样品基本包括p相二硅化铁(大于大约卯％ )。所述二 珪化铁第二样品具有第二粒径特征。所述方法包括形成含有二硅化铁第二 样品与有机溶剂的材料的第一混合物。在一个具体实施范例中，所述的材 料的第 一混合物包括经过研磨加工的二珪化铁第二样品。所述方法包括除 去有机溶剂，得到基本包括p二硅化铁的二硅化铁第三样品。所述二珪化 铁第三样品具有第三粒径特征。在一个具体实施范例中，所述方法包括提供二硅化铁第一样品。所述 二硅化铁第一样品至少包括一a相实体、一p相实体以及一s相实体，所 述a相实体的范围大约为全相实体的5%到20%,所述p相实体范围大约 为全相实体的30%到75%,所述￡相实体范围大约为全相实体的5%到 20%。所述方法包括在氮，氦，氩等惰性环境中保持二硅化铁第一样品。
5所述方法包括在惰性环境中加热二硅化铁第 一样品，以形成二硅化铁第二 样品。所述二硅化铁第二样品基本包括P相二硅化铁并具有范围为大约1
微米到大约20微米的第一粒径特征。所述方法包括在第二样品中加入有机 溶剂形成二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物。在一个具体 实施范例中，对含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工， 将具有第 一粒径特征的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径特征的二硅 化铁第三样品。在一个具体实施范例中，所述第二粒径范围为大约l微米 到大约2微米。所述方法还包括从二硅化铁第三样品中除去有机溶剂，得 到具有第二粒径特征且p相实体大于大约卯％的二硅化铁第三样品。图2-6为才艮据本发明所述实施范例，制作p相二珪化铁的示意图。
发明详述
图1为才艮据本发明所述实施范例，制作p相二硅化铁样品的流程图 100。所述方法可概括如下
1. 第102步开始；
2. 第104步提供^>一 a相实体、 一 卩相实体以及一 ￡相实体的二硅 化铁第一样品；3. 第106步加热二硅化铁样品；
4. 第108步将二硅化铁第一样品转换为基本含p相实体(例如大于 大约卯％ )并具有第一粒径(大约20目)特征的二硅化铁第二样品；
5. 第110步混合二硅化铁第二样品与溶剂；
6. 第112步研磨；
7. 第114步干燥；
8. 第116步获得基本含p相二硅化铁并具有第二粒径(大约1微米 到2微米)特征的二珪化铁第三样品；
9. 第118步结束。参考图3，该图为p相二硅化铁样品制作方法的示意筒图。所述简图 仅为一个实例，并不过分限制本文所述的权利要求。技术人员应认可其他 变化、修^LA选择方式。如图所示，在腔室(302)内形成二珪化铁第一样 品(304)。在一个具体实施范例中，二硅化铁第一样品保持在所述腔室内 的惰性气体环境中。采用氮、氩、氦等可形成惰性环境。如图所示，二硅 化铁第一样品保持在惰性环境中时对二硅化铁第一样品进行加热过程 (306)，以形成二硅化铁第二样品。在一个具体实施范例中，用大约700 摄氏度到大约800摄氏度的温度加热大约16小时到大约17小时。在另一 个实施范例中，用大约800摄氏度到大约850摄氏度的温度加热大约16小
7时到大约18小时。通过所述加热过程，可将所述a相二珪化铁以及所述￡ 相硅化铁转换为所述p相实体。所述二硅化铁第二样品基本包括p 二硅化 铁。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第二样品包括大于大约卯％的 P 二硅化铁。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第二样品具有范围为 大约1微米到大约20微米的粒径特征。当然也可能有其他变化、修M选 择方式。所述方法包括允许将二硅化铁第二样品大致冷却到大约室温。在一个 具体实施范例中，冷却后的二硅化铁第二样品与适当有机溶剂混合，以形 成图4所示的材料的第一混合物(402 )。该有机溶剂可包括烷类(如辛烷)， 或醇类(如异丙醇)有机溶剂等。在一个具体实施范例中，如图5所示， 对所述的材料的第一混合物进行研磨加工过程，所述材料的第一混合物含 P相二珪化铁大于卯。/。的二硅化铁第二样品。在一个首选实施范例中，采 用球磨技术方法进行研磨加工。也可采用其他研磨工艺。在一个具体实施 范例中，采用了多个球体(502)共同研磨的方法。根据应用情况，所述多 个球体可为金属球或陶瓷球。在一个具体实施范例中，所述多个球体为二 氧化锆制作的陶资球。在一个具体实施范例中，每个球体直径大约为3毫 米。将含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物与多个陶瓷球;^适当的 容器内。该类容器可包括Haan、 Restsch、德国生产的二氧化锆涂层不锈 钢罐。在一个具体实施范例中，将所述装有材料的第一混合物与多个二氧 化锆球的容器装入旋转式行星球磨机内。所述旋转式行星球磨机同样由 Haan、 Restsch、德国生产。才艮据所述实施范例，研磨时间大约为15小时 到大约30小时。另外，根据溶剂与其他条件，可停止球磨以减小所述罐的 内部压力，然后大约1小时后继续i^ff研磨加工。当然，也可能有其他4务 改、变化以及选择方式。另外，所述实施范例采用涂有二氧化锆(产自 Restsch)的不锈钢罐作为混合容器。在所述罐内装有重量大约为50克、 直径为3亳米的二氧化锆球，20克二硅化铁第二样品以及15克辛烷等适 当溶剂。将所述罐^v旋转式行星球磨机(产自Restsch)后，于400到 600rpm的^研磨大约15到30小时。根据溶剂与其他条件，可停止球磨 以减小所述罐的内部压力，然后大约1小时后继续进^ff研磨加工。如图6所示，通过干燥过程(602)，除去材料的第一混合物内的有机 溶剂，得到二硅化铁第三样品(604)。所述干燥过程可包括真空过程或加 热过程，或从材料的第一混合物内蒸发有机溶剂的组合处理。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第三样品至少包括95。/。的p相二硅化铁。所述 二硅化铁第三样品具有范围为大约1微米到2微米，大小基本一致的粒径 606的特征。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第三样品具有范围为 0.8 eV到0.9eV带隙的所需半导体特征。当然也可能有其他变化、修M 选择方式。此处描述的实例及实施例仅为说明目的，技术人员可进行各种细小的 修改或变化，其将包含在申请范围与附加要求范围内。
权利要求
1.一种光电池装置用二硅化铁的制作方法，所述方法包括提供至少包括一α相实体、一β相实体与一ε相实体的二硅化铁第一样品，所述α相实体的范围大约为全相实体的5％到20％，所述β相实体范围大约为全相实体的30％到75％，以及ε相实体范围大约为全相实体的5％到20％；在惰性环境中保持二硅化铁第一样品；保持在惰性环境中对所述二硅化铁第一样品进行加热，以形成二硅化铁第二样品。所述二硅化铁第二样品基本包括β相二硅化铁并具有范围为大约1微米到大约20微米的第一粒径特征；在所述二硅化铁第二样品中加入有机溶剂，以形成含有二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物；对含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工，将具有第一粒径的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径的二硅化铁第三样品，所述第二粒径范围为大约1微米到大约2微米；从二硅化铁第三样品中除去有机溶剂；得到具有第二粒径特征且β相实体大于大约90％的二硅化铁第三样品。
2. 权利要求l所述的方法，其中第一二硅化铁来自商业化二硅化铁。
3. 权利要求l所述的方法，其中所述第一粒径范围为大约15目到大约25 目。
4. 权利要求l所述的方法，其中所述二硅化铁第一样品包括大于大约75% 的p相二硅化铁。
5. 权利要求l所述的方法，其中所述惰性环境由氮、氩、氦等形成。
6. 权利要求1所述的方法，其中所述加热过程是在大约800摄氏度到大约 850摄氏度下进行大约16小时到大约17小时。
7. 权利要求l所述的方法，其中所述加热过程是在大约700摄氏度到大约 800摄氏度下进行大约16小时到大约18小时。
8. 权利要求l所述的方法，其中所述有机溶剂选自异丙醇(IPA)及辛烷 等有机溶剂。
9. 权利要求1所述的方法，其中所述二硅化铁第二样品包括大于约95% 的p相二硅化铁。
10. 权利要求l所述的方法，其中所述第二粒径为大约20目。
11. 权利要求l所述的方法，其中所述研磨加工为球磨加工。
12. 权利要求ll所述的方法，其中所述的球磨加工包括 采用直径范围为大约2.5毫米到大约3.5毫米的多个陶瓷球； 将材料混合物与多个陶瓷球混合;^t^研磨容器内；并采用旋转式行星球磨;Mf磨所述材料混合物。
13. 权利要求l所述的方法，其中所述二硅化铁第三样品至少包括卯％的 (5相二珪化铁。
14. 权利要求l所述的方法，其中所述第二粒径小于等于2微米。
15. 权利要求l所述的方法，其中所述第二粒径范围为大约l微米到大约 2微米。
16. 权利要求1所述的方法，其中所述二硅化铁第三样品具有范围为0.8 eV 到大约0.9 eV的带隙特征。
全文摘要
一种光电池装置用二硅化铁的制作方法。所述方法包括提供一至少包括一α相实体、一β相实体与一ε相实体的二硅化铁第一样品，所述方法包括在惰性环境中保持所述二硅化铁第一样品，以及加热所述二硅化铁第一样品以形成二硅化铁第二样品。所述二硅化铁第二样品基本包括β相二硅化铁且具有第一粒径的特征。所述方法包括在二硅化铁第二样品中加入有机溶剂，形成含有二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物，并对含有二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工。所述方法包括将具有第一粒径的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径的二硅化铁第三样品。除去有机溶剂，得到以具有第二粒径且β相实体含量为大约90％或更高为特征的二硅化铁第三样品。
文档编号H01L21/02GK101578693SQ200880001622
公开日2009年11月11日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月28日
发明者弗雷德里·维克·梅库莱克, 霍华德·W·H·李, 高宾生 申请人:Stion太阳能电池有限公司