用于防止半导体层堆叠、薄衬底cpv电池和太阳能电池组件中电短路的方法

用于防止半导体层堆叠、薄衬底cpv电池和太阳能电池组件中电短路的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过在堆叠(101)的侧壁(104)上提供隔离层(108)或通过在将堆叠附接至衬底之后移除剩余材料以防止半导体层堆叠(101)的至少两个层之间的电短路的方法，该半导体层堆叠(101)经由导电粘合剂(110)通过该半导体层堆叠(101)的层中的一个的表面(101b)附接至衬底(109)。本发明还涉及一种薄衬底CPV电池(101)并且涉及太阳能电池组件(111)。
【专利说明】用于防止半导体层堆叠、薄衬底CPV电池和太阳能电池组件中电短路的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于防止经由导电粘合剂附接至衬底的半导体层堆叠的至少两个层之间的电短路的方法，特别是当半导体层堆叠为薄衬底聚光光伏(CPV)电池并且衬底为热沉时。本发明还涉及薄衬底CPV电池并且涉及太阳能电池组件(SCA)。

【背景技术】
[0002]具有聚光光伏(CPV)电池的太阳能电池组件(SCA)通常包括形成CPV电池的半导体层堆叠，如US2011/0048501A1和US2008/0230109A1中所描述的，半导体层堆叠通过导电粘合膏(比如，热接触膏，例如，银膏材料)由半导体层堆叠的层中的一个的表面附接至热沉。
[0003]这种太阳能电池组件的生产成本可通过使用包括例如，通常具有低于大约100 μ m的厚度的薄衬底材料的CPV电池(也被称为薄衬底CPV电池)来降低。然而，当使用这种薄衬底CPV电池时，组装SCA可具有电缩短形成薄衬底CPV电池的半导体层堆叠的底部结的效果。这种短路的原因是，设置在薄衬底CPV电池和热沉的表面之间的导电粘合膏分别溢出，使得导电粘合膏的剩余物与形成CPV电池的半导体层堆叠的侧壁中的至少一个接触。具体而言，如果形成附接至热沉的CPV电池的最外层的半导体衬底材料的层比导电粘合膏的剩余物的厚度薄，则在通过粘合膏的该剩余物接触的CPV电池的层之间发生电短路。因此，包括具有通常大约170μπι到200 μ m或以上的厚度的半导体衬底材料的CPV电池用于防止这种电短路。
[0004]然而，由于薄衬底不仅提供较低的成本，而且提供较低的电阻并从而为SCA提供更好的热状况，因此使用具有更薄衬底材料的CPV电池对SCA是有利的。
[0005]因此，本发明的目的是改进目前的组装工艺，使得在包括薄衬底CPV电池的SCA的情况下，可降低或甚至防止电短路的发生。


【发明内容】

[0006]本发明的目的通过根据权利要求1的方法实现。本发明的方法用于防止半导体层堆叠的至少两个层之间的电短路，该半导体层堆叠经由导电粘合剂通过该半导体层堆叠的层中的一个的表面附接至衬底，该方法包括以下步骤:步骤a)提供半导体层堆叠，该半导体层堆叠包括对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁；步骤b)经由设置在半导体层堆叠的主表面的一个上或衬底上的导电粘合剂将衬底附接至半导体层堆叠；以及步骤c)从毗邻附接至衬底的半导体层堆叠的主表面的侧壁中的至少一个至少部分地移除导电粘合剂的剩余材料。
[0007]根据权利要求1的本发明的方法有利地防止在导电粘合剂的剩余物可覆盖半导体层堆叠的侧壁中的至少一个的至少两个层的已组装的结构中的电短路。具体而言，当半导体层堆叠为聚光光伏(CPV)电池或薄衬底CPV电池，并且当衬底为热沉时，本发明的方法通过从CPV电池的底部边缘移除粘合膏(例如，银膏)的剩余物来防止太阳能电池组件(SCA)中的电短路。有利地，由于可在现有工艺结束时添加移除导电粘合剂的剩余物的步骤，因此已经存在组装工艺不需要进行实质变化。
[0008]优选地，可通过热处理，尤其是通过激光消融技术移除剩余材料。
[0009]热处理，尤其是使用激光消融，具有高精度地移除粘合剂材料的剩余物，同时保持组装的结构不受损伤的优点。在移除在包括薄衬底CPV电池的SCA中的热粘合膏，尤其是银膏的剩余物以防止附接至热沉的CPV电池的层之间的电短路时，已经观察到最佳结果。
[0010]本发明的目的还通过根据权利要求3的方法实现。本发明的方法用于防止半导体层堆叠的至少两个层之间的电短路，该半导体层堆叠经由导电粘合剂通过该半导体层堆叠的层中的一个的表面附接至衬底，该方法包括以下步骤:步骤a)提供半导体层堆叠，半导体层堆叠包括对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁山)在半导体层堆叠的侧壁中的至少一个上至少部分地提供隔离层；以及步骤c)经由在半导体层堆叠的主表面的一个上或衬底上提供的导电粘合剂将衬底附接至半导体层堆叠。
[0011]根据权利要求3的本发明的方法具有在附接步骤之前半导体层堆叠的侧壁中的至少一个至少部分地与环境电隔离的优点。因此，当执行半导体层堆叠到衬底的附接时，半导体层堆叠的侧壁中的至少一个至少部分地与导电粘合剂隔离，因此防止电短路。由于CPV电池的侧壁可与银膏至少部分地隔离，因此本发明的方法很好地适用于在通过导电粘合剂(比如，银膏)将薄衬底CPV电池附接至热沉时防止电短路。
[0012]优选地，在步骤b中，隔离层可至少部分地设置在朝向将在步骤c中附接至衬底的半导体层堆叠的主表面的至少一个侧壁上。
[0013]按照本发明的方法的该优选变型，隔离可选择性地更精确地设置在朝向将在附接步骤中附接至衬底的表面的半导体层堆叠的至少一个侧壁的区域上。因此，优点在于，电隔离可选择性地设置在受到导电粘合剂的剩余物影响更多的半导体层堆叠的侧壁的区域上。在SCA的情况下，可至少隔离薄衬底CPV电池的底部层，因此防止短路，由于过多的导电粘合剂，在底部层之间可发生电短路。
[0014]有利地，隔离层可覆盖朝向将发生附接的主表面的半导体层堆叠中的多个层。
[0015]本发明的方法的该变型的优势在于，根据粘合剂的剩余物，隔离可甚至更有选择性地设置在所需的多个层的侧壁上，使得最佳地防止半导体层堆叠的两个或多个层之间的电短路。在SCA的情况下，由于可根据导电粘合剂(例如，银膏)的量选择性地调节需要隔离的层的数量，因此，最佳地实现防止薄衬底CPV电池的层之间的电短路。
[0016]在根据权利要求3的本发明的方法的实施方案的优选变型中，可通过热溅射，尤其是通过等离子体溅射沉积隔离层。
[0017]热溅射，尤其是等离子体溅射可用于防止尤其是SCA情况下的电短路，其中将附接至热沉的薄衬底CPV电池的底部层需要与将用于附接的粘合剂(例如，银膏)隔离。使用例如S1C气体，或基于SiN和T1的气体的气体喷嘴可与激光光束组合以在薄衬底CPV电池的下部边缘上沉积等离子体，因此隔离所述下部电池边缘并防止其在组装工艺中由于导电粘合剂(例如，银膏)而电短路。根据需要实现的成本和/或精度和/或重复性，还可使用比如浸溃或冲压技术，以及溅射或蒸发，或甚至印刷技术的其他技术。
[0018]在根据权利要求1或权利要求3的本发明的方法的实施方案的优选变型中，半导体层堆叠可以是光伏电池，尤其是薄衬底聚光光伏(CPV)电池，衬底可以是热沉以及导电粘合剂可以是热接触膏，尤其是银膏。
[0019]由于银膏的剩余物可产生薄衬底CPV电池的下部结中的短路，因此根据权利要求1或权利要求3的本发明的方法对包括通过银膏附接至热沉的薄衬底CPV电池的太阳能电池组件是有利的。因此，在根据权利要求1或权利要求3的本发明的方法的优选实施方案中，半导体层堆叠可以是光伏电池，尤其是薄衬底CPV电池。然而，应当理解，本发明的方法还可用于其他类型的光伏电池，尤其是其他CPV电池，或任何半导体层堆叠。薄衬底CPV电池可包括几nm到几十4!11的衬底层，并且可包括例如,0(^6、3;[、6348,或有机聚合物。在优选的实施方案中，衬底可以是热沉。例如，热沉材料可以是铜或铝、或用于散热装置的任何其他金属化合物。还应当理解，衬底可以是另一种散热装置或另一种半导体层堆叠或结构，另一种半导体层堆叠或结构包括需要通过导电粘合剂附接至半导体层堆叠(例如，薄衬底CPV电池)的第二半导体层。导电粘合剂可以是银膏或任何其他导电粘合膏等等。
[0020]在根据权利要求3的本发明的方法的优选变型中，步骤b可进一步包括:步骤i)将蚀刻掩模应用至将在步骤c附接至衬底的半导体层堆叠的主表面；步骤ii)至少部分地蚀刻到半导体层堆叠的经掩模的主表面的未掩模区域，以获得至少一个经蚀刻的孔，该至少一个经蚀刻的孔包括毗邻半导体层堆叠的经掩模的主表面的至少一个侧壁；步骤iii)用钝化材料至少部分地覆盖毗邻半导体层堆叠的经掩模的主表面的至少一个经蚀刻的孔的至少一个侧壁；以及步骤iv)用隔离材料至少部分地填充包括被钝化材料至少部分地覆盖并且毗邻经掩模的主表面的至少一个侧壁的至少一个经蚀刻的孔。
[0021]根据权利要求3的本发明的方法的该变型具有可直接在晶片级(例如，在半导体层堆叠的生产过程中)使用的优点。因此，根据优选的实施方案，本发明的方法可有利地适合于太阳能电池的工业生产，使得已形成薄衬底CPV电池的晶片包括隔离装置，以便防止在进一步的生产步骤中当CPV电池组装至热沉时电短路。
[0022]在本发明的方法的进一步的优选变型中，步骤b可进一步包括:步骤V)切割至少部分填充的至少一个经蚀刻的孔以获得至少一个半导体层堆叠，该至少一个半导体层堆叠具有对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁，其中至少一个侧壁至少部分地包括朝向将发生附接的主表面的隔离层。
[0023]根据权利要求3的本发明的方法的该变型的优选实施方案可对SCA尤其有利，因为可从初始晶片同时制造具有侧壁的多个单独的薄衬底CPV电池，该侧壁包括朝向将发生经由导电粘合剂附接到热沉的表面的隔离层，因此改进了组装工艺。
[0024]本发明的目的还通过根据权利要求10的半导体层堆叠实现，其中本发明的半导体层堆叠形成光伏电池，尤其是薄衬底聚光光伏(CPV)电池，包括:对应于半导体层堆叠的最外层的自由表面的两个主表面；以及连接两个主表面的侧壁；其特征在于，半导体层堆叠的至少一个侧壁被隔离层至少部分地覆盖。
[0025]由于隔离层将CPV电池的一个侧壁与导电粘合剂的剩余物至少部分地隔离，因此本发明的半导体层堆叠，尤其是本发明的薄衬底CPV电池，有利地防止其中半导体层堆叠通过导电粘合剂附接至热沉的SCA中的电短路。
[0026]有利地，隔离层可至少部分地覆盖朝向半导体层堆叠的主表面中的一个的至少一个侧壁。
[0027]由于隔离具体地并且选择性地设置在将与导电粘合剂接触的CPV电池的侧壁的区域上，因此，本发明的半导体层堆叠尤其适合于选择性地防止SCA中的电短路。
[0028]本发明的目的还通过根据权利要求12的太阳能电池组件(SCA)实现，其中SCA包括:半导体层堆叠，该半导体层堆叠形成通过热接触膏附接至热沉的薄衬底聚光光伏(CPV)电池，其中薄衬底CPV电池包括对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁；并且热沉包括至少一个自由表面；其特征在于，热接触膏仅设置在CPV电池的一个主表面和热沉的至少一个自由表面之间。
[0029]本发明的SCA的优点在于:导电粘合剂，尤其是热接触膏，仅设置在附接至热沉的CPV电池，尤其是薄衬底CPV电池的主表面上，但在CPV电池的侧壁的任一个上不存在导电粘合剂或热接触膏的剩余物。因此，热接触膏不能在CPV电池的至少两个层之间产生短路。
[0030]本发明的目的还通过根据权利要求13的太阳能电池组件(SCA)实现，其中SCA包括:半导体层堆叠，该半导体层堆叠形成通过热接触膏附接至热沉的薄衬底聚光光伏(CPV)电池，其中薄衬底CPV电池包括对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁；并且热沉包括至少一个自由表面；其特征在于，热接触膏至少设置在CPV电池的一个主表面和热沉的至少一个自由表面之间；以及CPV电池的侧壁至少部分地被朝向附接至热沉的主表面的隔离层覆盖。
[0031]本发明的SCA具有CPV电池，尤其是薄衬底CPV电池的侧壁与环境电隔离的优点。具体而言，侧壁的所选择的区域与比如热接触膏的导电粘合剂的任何剩余物电隔离。因此，由于热接触膏在薄衬底CPV电池的侧壁上溢出，因此不能够发生电短路。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]以下将基于结合下面的附图描述的有利的实施方案更详细地描述本发明:
[0033]图1示意性地示出了在第一实施方案中的本发明的方法，
[0034]图2示意性地示出了在第二实施方案中的本发明的方法，
[0035]图3示意性地示出了在第三实施方案中的本发明的方法。

【具体实施方式】
[0036]在图1的步骤A到G中示出了用于防止半导体层堆叠的至少两个层之间的电短路的本发明的方法的第一实施方案，该半导体层堆叠经由导电粘合剂通过该半导体层堆叠的层中的一个的表面附接至衬底。
[0037]根据本发明的方法的该实施方案，图1的步骤A到B示出了半导体层堆叠101的提供，半导体层堆叠101包括对应于最外层的自由表面的两个主表面1laUOlb和连接两个主表面1laUOlb的侧壁；图1的步骤C到D示出了在半导体层堆叠101的侧壁104的至少一个上至少部分地提供隔离层108 ;以及图1的步骤E到G示出了经由设置在半导体层堆叠101的主表面的一个上，或在衬底109上或以上两者上的导电粘合剂110将衬底109附接至半导体层堆叠101。
[0038]在第一实施方案中，半导体层堆叠101可以是薄衬底聚光光伏(CPV)电池101，衬底109可以是热沉109，以及导电粘合剂110可以是银热接触膏110。
[0039]以下将更详细地描述本发明的方法的第一实施方案。
[0040]图1的步骤A显示本发明的方法的第一实施方案的层堆叠101的三维视图。层堆叠101包括对应于其最外层的自由表面的两个主表面101a、101b，和连接两个主表面101a、1lb的侧壁101c。薄衬底CPV电池101的主表面中的一个，这里为下部主表面101b，对应于稍后将发生如图1的步骤G所示的附接到热沉109的表面。薄衬底CPV电池101可以是本领域公知的标准的CPV电池，其包括基于Ge的底部结和在其上的具有在大约10nm或以上的范围内的各自的厚度的多个功能外延层(比如发射区、缓冲区、窗口层等等)。然而，包括在层堆叠101中的层的数量和它们的相对厚度不一定表示实际的薄衬底CPV电池并且仅是说明性的。
[0041]如图1的步骤B中所示的，在本发明的方法的第一实施方案中，层堆叠101置于旋转台102上，并且层堆叠101的两个主表面1laUOlb中的一个面向下在旋转台102上，优选为将发生通过银膏110附接到热沉109的主表面101b。图1的步骤B显示置于旋转台102上的层堆叠101的前2D视图和3D视图。在第一实施方案中，旋转台102设置有真空管103，使得通过真空卡盘使层堆叠101保持在旋转台102上。
[0042]在第一实施方案中，隔离层109至少部分地设置在朝向将附接至热沉109的层堆叠101的主表面1lb的层堆叠101的至少一个侧壁104上。隔离层108可设置在所有层上，或如步骤C中所示的仅在一些层上或甚至仅在朝向下部主表面1lb的一个层上。
[0043]在该实施方案中，如示出第一实施方案的图1的步骤C和D中所示的，通过热喷涂，尤其通过等离子体喷涂沉积隔离层108。然而，还可使用其他沉积技术，比如浸溃或冲压技术、以及溅射或蒸发，或甚至印刷技术。
[0044]在图1的步骤C中，通过喷嘴105提供流体流106，尤其是气态流，以提供至少朝向薄衬底CPV电池101的下部边缘104 (即，朝向将发生附接到热沉109的主表面1lb的层)的材料流动，例如，包括S1C气体或基于SiN和T1的气体。由于通过由真空管103产生的真空卡盘使薄衬底CPV电池101保持在旋转台102上，因此，仅需要存在一个喷嘴105而且仍然可在层堆叠101的所有侧壁上发生沉积。
[0045]在通常与步骤C同时发生的图1的步骤D中，使用聚焦在层堆叠101的下部边缘104上的激光器107将流体流106转换成等离子体流。然后，这会导致沉积的隔离层108的形成，隔离层108部分地覆盖层堆叠101的至少一个侧壁104。当使用S1C气体时，将沉积S1C的隔离层108。为了本发明的目的，在50nm到200nm范围内的层厚度是足够的并且可在大约1nm的精度和合理的低工艺提前期(process lead time)(在分钟范围内)内实现。
[0046]在第一实施方案中，旋转台102允许在层堆叠101周围沉积隔离层108。根据激光器的调节，沉积的隔离层108将呈现朝向层堆叠101的下部边缘104或甚至在层堆叠101的整个侧壁上的一个或多个层，层堆叠101的下部边缘104朝向主表面101b。
[0047]在图1的步骤E到G中，示出经由第一实施方案的发明方法的导电粘合剂110的层堆叠101到衬底109的附接步骤。在第一实施方案的示例中，这导致CPV电池经由银热接触膏附接到热沉。
[0048]在图1的步骤E中，提供衬底109以实现太阳能电池组件(SCA)，以及在图1的步骤F中，在将附接至层堆叠101的衬底109的表面上设置导电粘合剂110，并且隔离层108朝向将发生附接的主表面1lb设置。根据变型，导电粘合剂还可设置在层堆叠101上或在层堆叠101和衬底109两者上。
[0049]图1的步骤G示出在本发明的方法的第一实施方案的附接步骤之后获得的最终层结构111。最终层结构111形成太阳能电池组件SCA。形成CPV电池的层堆叠101通过导电粘合剂110附接至形成热沉的衬底109。最终层结构111的特征在于通过隔离层108保护层堆叠101的侧壁防备导电粘合剂110。
[0050]因此，在将层堆叠101附接至衬底109过程中，由于这些层经由隔离层108与热接触膏110电隔离，因此从层堆叠101下溢出使得导电粘合剂110至少部分地覆盖如图1的步骤G中所示的层堆叠101的侧壁的导电粘合剂110的剩余材料不能导致层堆叠101的下部层之间的电短路。
[0051]在图2的步骤A到F中示出用于防止半导体层堆叠的至少两个层之间的电短路的发明方法的第二实施方案，该半导体层堆叠经由导电粘合剂通过该半导体层堆叠的层中的一个的表面附接至衬底。
[0052]根据该实施方案，图2的步骤A到D示出了半导体层堆叠201的提供，半导体层堆叠201包括对应于最外层的自由表面的两个主表面201a、201b和连接两个主表面201a、201b的侧壁201c ;以及经由设置在半导体层堆叠201的主表面中的一个上、或衬底202上或以上两者上的导电粘合剂203将衬底202附接至半导体层堆叠201 ;并且图2的步骤E到F示出从侧壁201c移除导电粘合剂203的剩余材料，侧壁201c毗邻附接至衬底202的半导体层堆叠201的主表面201b。
[0053]在第二实施方案中，半导体层堆叠201可对应于薄衬底聚光光伏(CPV)电池11，衬底202可以是热沉，以及导电粘合剂203可以是银热接触膏10。
[0054]以下将更详细地描述本发明的方法的第二实施方案。
[0055]图2的步骤A示出衬底202，衬底202起热沉的作用并且将附接至在图2的步骤C中所示的层堆叠201。如针对第一实施方案所提及的那样，包括在层堆叠101中的层的数量和其相对厚度不一定表示实际的薄衬底CPV电池并且仅是说明性的。而且，参照图1中所示的层堆叠101的性能。
[0056]在图2的步骤B中，导电粘合剂203设置在薄衬底CPV电池201将附接至其上的热沉202的自由表面上。作为变型，导电粘合剂203还可设置在层堆叠201上或在层堆叠201和衬底202两者上。
[0057]在图2的步骤D中，通过将层堆叠201置于导电粘合剂203上实现组装，从而形成以上给出的示例中的具有CPV电池和热沉的太阳能电池组件。
[0058]在第二实施方案的组装工艺期间，用于将层堆叠201附接至衬底202的导电粘合剂203的剩余物溢出在层堆叠201的边缘之上，使得导电粘合剂203的剩余物如图2的步骤D中所示的至少部分地覆盖在层堆叠201的侧壁201c中的至少一个上的层堆叠201的层中的至少两个。因此，在薄衬底CPV电池201的下部处的结层之间可能发生电短路。
[0059]根据第二实施方案，可通过使用热处理移除导电粘合剂203的剩余材料，尤其是通过激光消融防止由导电粘合剂203的剩余物接触的层堆叠201的至少两个层之间的短路。这在图2的步骤E中示出，其中激光器204用于从下部电池边缘蒸发导电粘合剂203的剩余物。
[0060]激光消融具有可高精度地移除粘合剂材料203的剩余物，同时保持被组装的结构不受损伤的优点。可通过调节到粘合膏203的激光波长和功率以尽可能选择性地执行移除来获得最佳结果。为了从层堆叠101的所有侧边移除剩余材料，可如第一实施方案中还将堆叠定位在旋转台上。
[0061]示出本发明的方法的第二实施方案的图2的步骤F显示在移除导电粘合剂203的剩余物和形成太阳能电池组件(SCA)之后的最终结构207。本发明的SCA207包括层堆叠201，层堆叠201通过导电粘合剂203 (这里为银接触膏)形成附接至衬底202的薄衬底CPV电池，衬底202形成热沉，其中在激光消融之后，仅在层堆叠201的一个主表面201b和衬底202的表面之间设置导电粘合剂。因此，由于银膏203的任何剩余物缩短CPV电池201的底部结，因为在层堆叠201的侧壁中的任一个上不存在导电接触膏203，因此如图2的步骤F中所示的第二实施方案的本发明的太阳能电池组件207具有不发生电短路的优点。
[0062]此外，可结合第一和第二实施方案。因此，可通过激光消融步骤伴随隔离层108的沉积。
[0063]在图3中，在第三实施方案中描述本发明的方法，其包括步骤A到H。根据按照第三实施方案的本发明的方法的变型，图3的步骤A示出提供半导体层堆叠301，半导体层堆叠301包括对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁；图3的步骤B到G示出在半导体层堆叠301的侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036中的至少一个上至少部分地提供隔离层308a、308b、308c、307b、307c、307d ;以及图3的步骤H示出经由设置在半导体层堆叠309c的主表面中的一个上或衬底310a、310b、310c、310d上的导电粘合剂 311a、311b、311c、311d 将衬底 310a、310b、310c、310d 附接至半导体层堆叠 309c。
[0064]在第三实施方案中，半导体层堆叠是薄衬底聚光光伏(CPV)电池晶片301，在实施方案的后续步骤中从薄衬底聚光光伏(CPV)电池晶片301获得多个单独的薄衬底CPV电池309a、309b、309c、309d，衬底可以是热沉310a、310b、310c、310d，以及导电粘合剂311a、311b、311c、311d可以是银热接触膏。以下将更详细地描述本发明的方法的第三实施方案。
[0065]第三实施方案包括以下步骤:提供如图3的步骤A中所示的半导体层堆叠，如图3的步骤B所示，将蚀刻掩模302a、302b、302c、302d应用至将附接至衬底310a、310b、310c、310d的半导体层堆叠301的主表面302 ;如图3的步骤C所示，至少部分地蚀刻到半导体层堆叠301的经掩模的主表面302的未掩模区域中，以获得至少一个经蚀刻的孔303a、303b、303c，至少一个经蚀刻的孔303a、303b、303c包括毗邻半导体层堆叠301的经掩模的主表面302的至少一个侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036 ;如图3的步骤D所示，用钝化材料304b、304c、304d、305a、305b、305c至少部分地覆盖毗邻半导体层堆叠301的经掩模的主表面的至少一个经蚀刻的孔303a、303b、303c的至少一个侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036 ;以及如图3的步骤E中所示，用隔离材料306a、306b、306c至少部分地填充包括至少一个侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036的至少一个经蚀刻的孔，至少一个侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036 被钝化材料 304b、304c、304d、305a、305b、305c 至少部分地覆盖并且毗邻经掩模的主表面302。
[0066]以下将更详细地描述这些步骤。
[0067]在第三实施方案中，半导体层堆叠301为薄衬底CPV电池晶片301，可用薄衬底CPV电池晶片301生产单独的薄衬底CPV电池309a、309b、309c、309d。本发明的方法的第三实施方案具有以下优点:可在由初始的晶片生产单个CPV电池的过程中实现隔离薄衬底CPV电池的下部边缘的步骤，并且由此本发明的方法可集成到工业生产和薄衬底CPV电池和SCA的组装工艺中。
[0068]如图3的步骤A所示，层堆叠301包括多个半导体层。在堆叠中的层的数量取决于在制造过程结束由层堆叠获得的薄衬底CPV电池。因此，如图3的各个步骤中所示的层的数量和层的相对厚度不一定表不实际的薄衬底CPV电池并且如在第一实施方案中已提及的，仅旨在说明性目的。
[0069]图3的步骤A中所示的层堆叠301具有第一主表面，已处理在第一主表面上最外层中的至少一个(这里为顶层)使得已获得彼此间隔开的多个单独的元件301a、301b、301c、301d。这可通过提供掩模、蚀刻未掩模区域和移除掩模实现。
[0070]在步骤B中，如图3所示，在与包括单独的元件301a、301b、301c、301d的主表面相对的晶片301的主表面302上应用蚀刻掩模302、302b、302c、302d。蚀刻掩模302a、302b、302c、302d覆盖基本上与层堆叠的相对侧上的单独的元件301a、301b、301c、301d相对的层堆叠301的多个区域。这里，由掩模302覆盖的每个单独区域的尺寸比相对侧上的单独的元件301a到301d中的一个小。
[0071]然而，蚀刻掩模302a、302b、302c、302d的形状和尺寸可适合于制造工艺和/或最终产品的需要。此外，在表面302上提供掩模之后，还可实现在层堆叠301的相对侧上形成单独的元件301a到301d。
[0072]图3的步骤C示出本发明的方法的第三实施方案中的后续蚀刻步骤。可以为选择性的和/或各向异性的蚀刻导致在不被掩模302a到302d覆盖的区域中形成经蚀刻的孔或沟槽303a、303b、303c。在蚀刻步骤结束，孔具有毗邻主表面302的经掩模区域的侧壁3031、
3032、3033、3034、3035、3036。
[0073]沟槽的深度覆盖至少等于或超过朝向经掩模的主表面302的层堆叠301的两个底层的厚度的厚度。
[0074]在图3的步骤D中示出了第三实施方案的下一步骤。在该步骤中，用钝化材料304b、304c、304d、305a、305b、305c 覆盖经蚀刻的孔 303a、303b、303c 的侧壁 3031、3032、
3033、3034、3035、3036。例如，钝化材料可以是氮化物或氧化物中的一个，比如S1、SiN、T1，但不限于这些材料，并且钝化材料可通过任何合适的技术沉积，比如溅射、化学气相沉积(CVD)等等。
[0075]图3的步骤E示出了第三实施方案的下一步骤，其中用隔离材料306a、306b、306c至少部分地填充经蚀刻的孔(303a、303b、303c)，经蚀刻的孔(303a、303b、303c)包括用钝化材料 304b、304c、304d、305a、305b、305c 覆盖的侧壁 3031、3032、3033、3034、3035、3036。例如，隔离材料可以为氧化物，或在适合于用于太阳能电池的电隔离半导体材料的环境中的任何其他隔离材料。进行经蚀刻的孔303a、303b、303c的填充，使得孔被至少填充至蚀刻掩模302a、302b、302c、302d和层堆叠301的主表面302之间的界限，或如图3的步骤E所示，孔可被完全填充。
[0076]接着，如图3的步骤F中所示，第三实施方案进一步包括切割层堆叠301以获得单独的堆叠的步骤。通过至少部分填充的至少一个经蚀刻的孔303a、303b、303c和在相对侧上的单独的元件301a至301d之间进行切割。
[0077]例如，可用激光器或适用于从层堆叠301切割单独的CPV电池309a、309b、309c、309d的任何其他装置实现切割。
[0078]在移除蚀刻掩模302a、302b、302c、302d之后，用对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接两个主表面的侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036实现单独的层堆叠309a、309b、309c、309d，其中侧壁 3031、3032、3033、3034、3035、3036 通过朝向将发生附接的主表面302的隔离层307b、307c、307d、308a、308b、308c至少部分地覆盖。隔离层可仅由钝化材料304b、304c、304d、305a、305b、305c形成，或此外由图3的步骤G中所示的，还包括剩余的填充材料 307b、307c、307d、308a、308b、308c。
[0079]当然，还可在切割之前进行蚀刻掩模移除步骤。
[0080]因此，在步骤G之后获得的形成CPV电池的单独的层堆叠309a、309b、309c、309d包括对应于其最外层的自由表面的两个主表面301a、301b、301c、301d、302和至少部分地被隔离层覆盖的连接两个主表面301a、301b、301c、301d、302的侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036，此处，隔离层通过钝化材料304b、304c、304d、305a、305b、305c和剩余填充材料307b、307c、307d、308a、308b、308c形成。具体而言，隔离层覆盖在层堆叠309a、309b、309c、309d的多个层上的朝向电池309a、309b、309c、309d的下部主表面302的侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036。
[0081 ] 在下一步骤中，单独的层堆叠309a至309d经由导电粘合剂附接至单独的层堆叠309a至309d各自的衬底。以这种方式，单独的CPV电池连接至其热沉。图3的步骤H示出在第三实施方案中获得的一个312c本发明的SCA312c。
[0082]本发明的SCA312c包括形成组件的薄衬底CPV电池的层堆叠309c。层堆叠309c利用导电粘合剂311c(这里为热接触膏)附接至形成热沉的衬底310c，在这里热接触膏为银膏。单独的薄衬底CPV电池309c通过主表面附接至衬底312c，主表面为与隔离层313相邻的层。
[0083]在将层堆叠309c附接至热沉310c过程中，如图3的步骤H中所示，设置在衬底310c的附接表面和层堆叠309c的附接表面之间的过多的导电粘合剂311c可从层堆叠309c下溢出，使得导电粘合剂311c至少部分地覆盖堆叠的侧壁，例如，层堆叠309c的至少两个下部层。
[0084]由于层堆叠309c包括具有在其侧壁3031、3032、3033、3034、3035、3036的下部上的钝化和填充材料307b、307c、307d、308a、308b、308c的隔离层，隔离层覆盖至少等于或超过其各自两个底层的厚度的厚度，因此在朝向附接至衬底310c的主表面302的层堆叠309c的下部层之间不能够发生电短路，因为这些层与导电粘合剂311c电隔离。
[0085]因此，实施方案和实施方案的各个变型和组合可以在组装工艺之前或之后在电池通过导电粘合剂附接至热沉时，有效地防止薄衬底CPV电池的层之间的电短路。
【权利要求】
1.一种用于防止半导体层堆叠(201)的至少两个层之间的电短路的方法，所述半导体层堆叠(201)经由导电粘合剂(203)通过所述半导体层堆叠(201)的层中的一个的表面(201b)附接至衬底(202)，所述方法包括以下步骤: a)提供半导体层堆叠(201)，所述半导体层堆叠(201)包括对应于最外层的自由表面的两个主表面(201a、201b)和连接所述两个主表面(201a、201b)的侧壁； b)经由设置在所述半导体层堆叠(201)的主表面(201b)或衬底(202)中的一个上的导电粘合剂(203)将衬底(202)附接至所述半导体层堆叠(201);以及 c)从毗邻附接至所述衬底(202)的半导体层堆叠(201)的主表面(201b)的侧壁中的至少一个至少部分地移除导电粘合剂(203)的剩余材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过热处理，尤其是通过激光消融技术移除所述剩余材料。
3.一种用于防止半导体层堆叠(101)的至少两个层之间的电短路的方法，所述半导体层堆叠(101)经由导电粘合剂(110)通过所述半导体层堆叠(101)的层中的一个的表面(1lb)附接至衬底(109)，所述方法包括以下步骤: a)提供半导体层堆叠(101)，所述半导体层堆叠(101)包括对应于最外层的自由表面的两个主表面(1laUOlb)和连接所述两个主表面(1laUOlb)的侧壁(104)； b)在所述半导体层堆叠(101)的侧壁(104)中的至少一个上至少部分地提供隔离层(108);以及 c)经由设置在所述半导体层堆叠(101)的主表面(1lb)或衬底(109)中的一个上的导电粘合剂(110)将衬底(109)附接至所述半导体层堆叠(101)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在步骤b)中，所述隔离层(108)至少部分地设置在朝向将在步骤c)中附接至衬底(109)的半导体层堆叠(101)的主表面(1lb)的至少一个侧壁(104)上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述隔离层(108)覆盖朝向将发生附接的主表面(1lb)的半导体层堆叠(101)中的多个层。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中通过热溅射，尤其是通过等离子体溅射沉积所述隔离层(108)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于， 半导体层堆叠(101、102)为光伏电池，尤其是薄衬底聚光光伏(CPV)电池，衬底(109，202)为热沉，以及导电粘合剂(110、203)为热接触膏，尤其是银膏。
8.根据权利要求3至7中的一项所述的方法，其中步骤b)进一步包括: i)将蚀刻掩模(302c)应用至将在步骤c)中附接至衬底(312c)的半导体层堆叠(301，301c)的主表面(302)； ii)至少部分地蚀刻到所述半导体层堆叠(301，301c)的经掩模的主表面(302)的未掩模区域中，以获得至少一个经蚀刻的孔(303b、303c)； iii)用钝化材料(304c、305c)至少部分地覆盖至少一个经蚀刻的孔(303b，303c)的至少一个侧壁(3034、3035);以及 iv)用隔离材料(306b、306c)至少部分地填充至少一个蚀刻的孔(303b、303c)，所述至少一个蚀刻的孔(303b、303c)包括用钝化材料(304c、305c)至少部分地覆盖的至少一个侧壁(3034,3035)。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤: v)切割至少部分地填充的至少一个经蚀刻的孔(3034、3035)以获得至少一个半导体层堆叠(301c、309c)，所述至少一个半导体层堆叠(301c、309c)具有对应于最外层的自由表面的两个主表面和连接所述两个主表面的侧壁(3034、3035)，其中至少一个侧壁(3034、3035)至少部分地包括朝向将发生附接的主表面的隔离层(304c、305c、306b、306c)。
10.一种半导体层堆叠，所述半导体层堆叠形成光伏电池(101、309c)，尤其是薄衬底聚光光伏(CPV)电池，包括: 两个主表面(101a、1lb),所述两个主表面(101a、101b)对应于半导体层堆叠(101、309c)的最外层的自由表面；以及 侦_ (104)，所述侧壁(104)连接两个主表面； 其特征在于， 所述半导体层堆叠的至少一个侧壁(104、3034，、3035)至少部分地被隔离层(108、304c>305c>306b>306c)覆盖。
11.根据权利要求10所述的半导体层堆叠， 其特征在于， 所述隔离层(108、304c、305c、306b、306c)至少部分地覆盖朝向所述半导体层堆叠(101、309c)的一个主表面(1lb)的至少一个侧壁(104、3034、3035)。
12.—种太阳能电池组件(207)，其包括: 半导体层堆叠(201)，所述半导体层堆叠(201)形成通过热接触膏(203)附接至热沉(202)的薄衬底聚光光伏(CPV)电池(201)，其中 所述薄衬底CPV电池(201)包括对应于最外层的自由表面的两个主表面(201a、201b)和连接所述两个主表面(201a、201b)的侧壁；以及所述热沉(202)包括至少一个自由表面； 其特征在于， 热接触膏(203、206)仅设置在CPV电池(201)的一个主表面(201b)和所述热沉(202)的至少一个自由表面之间。
13.一种太阳能电池组件(lll、312c)，其包括: 半导体层堆叠(101、309c)，所述半导体层堆叠(101、309c)形成通过热接触膏(110、311c)附接至热沉(109,310c)的薄衬底聚光光伏(CPV)电池(101，309c)，其中 薄衬底CPV电池(101、309c)包括对应于最外层的自由表面的两个主表面(1laUOlb)和连接所述两个主表面(1laUOlb)的侧壁(104、3034、3035);以及所述热沉(109、310c)包括至少一个自由表面； 其特征在于， 所述热接触膏(110、311c)至少设置在CPV电池(101、309c)的一个主表面(1lb)和所述热沉(109、310c)的至少一个自由表面之间；以及 CPV电池(101、309c)的侧壁(104、3034、3035)至少部分地被朝向附接至所述热沉(109,310c)的主表面(1lb)的隔离层(108、304c、305c、306b、306c)覆盖。
【文档编号】H01L31/02GK104303319SQ201280057811
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】R·克劳泽, B·吉斯伦, C·阿雷纳 申请人:Soitec公司