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JP2014506008A - Method and apparatus for forming thin films - Google Patents

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JP2014506008A JP2013547546A JP2013547546A JP2014506008A JP 2014506008 A JP2014506008 A JP 2014506008A JP 2013547546 A JP2013547546 A JP 2013547546A JP 2013547546 A JP2013547546 A JP 2013547546A JP 2014506008 A JP2014506008 A JP 2014506008A
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Abstract

ドナー本体から薄膜を製造するための方法は、ドナー本体にイオン線量を注入することと、注入中にドナー本体を注入温度まで加熱することと、を含む。ドナー本体はサセプタアセンブリと分離可能に接触し、ドナー本体およびサセプタアセンブリは直接接触する。薄膜はドナー本体に熱プロファイルを適用することによってドナー本体から剥離される。注入および剥離の条件は、薄膜の欠陥がない区域を最大化するために調整されてもよい。  A method for producing a thin film from a donor body includes implanting an ion dose into the donor body and heating the donor body to an implantation temperature during implantation. The donor body is in detachable contact with the susceptor assembly, and the donor body and susceptor assembly are in direct contact. The thin film is peeled from the donor body by applying a thermal profile to the donor body. Implantation and stripping conditions may be adjusted to maximize areas free of thin film defects.

Description

関連出願
本出願は、本出願の譲受人によって所有される、Muraliらの2010年12月29日出願の米国特許出願第12/980,424号「A Method to Form a Device by Constructing a Support Element on a Thin Semiconductor Lamina」への部分的継続であり、本明細書によって参照することにより組み込まれる。米国特許法第119条(e)の定めにより、本出願は、2011年7月21日出願の米国特許仮出願第61/510,477号「Detection Methods in Exfoliation of Lamina」、2011年7月21日出願の米国特許仮出願第61/510,476号「Support Apparatus and Methods For Production of Silicon Lamina」、2011年7月21日出願の米国特許仮出願第61/510,478号「Ion Implantation and Exfoliation Methods」、2011年7月21日出願の米国特許仮出願第61/510,475号「Apparatus and Methods for Production of Silicon Lamina」に対する優先権を主張し、その全ての開示内容が参照によって本願に組み込まれる。
RELATED APPLICATIONS This application is a U.S. patent application Ser. No. 12 / 980,424 filed Dec. 29, 2010, “A Method to Form a Device by Support Element on” filed December 29, 2010, owned by the assignee of the present application. a partial continuation to "Thin Semiconductor Lamina", which is hereby incorporated by reference. This application is subject to US Provisional Application No. 61 / 510,477 “Detection Methods in Exfoliation of Lamina”, filed July 21, 2011, as required by US Patent Act 119 (e). U.S. Provisional Application No. 61 / 510,476 "Support Apparatus and Methods for Production of Silicon Lamina", U.S. Provisional Application No. 61 / 510,478, filed July 21, 2011 Methods ", US Provisional Patent Application No. 61 / 510,475, filed July 21, 2011," Apparatus and Methods for Production of S ". Claims priority to LiCoN Lamina ", the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

従来の先行技術の光電池は、pnダイオードを含み、例は図1に示す。空乏ゾーンが、pn接合に形成され、電場を作製する。入射光子(入射光は矢印によって示す)は、価電子帯から伝導帯まで電子をぶつけ、自由電子正孔対を作製するであろう。pn接合の電場内では、電子は、ダイオードのn領域の方に移行する傾向がある一方、孔はp領域の方に移行し、光電流と呼ばれる電流をもたらす。通常、1つの領域のドーパント濃度は、他方のドーパント濃度よりも高いであろうため、接合は、p+/n−接合(図1に示す通り)またはn+/p−接合のいずれかである。より低濃度ドープの領域は、光電池のベースとして知られる一方、正対する導電型のより高濃度ドープの領域は、エミッタとして知られる。大部分のキャリアは、ベース内で生成され、通常、電池の最も厚い部分となる。ベースおよびエミッタは共に、電池の活性領域を形成する。   A conventional prior art photovoltaic cell includes a pn diode, an example of which is shown in FIG. A depletion zone is formed at the pn junction, creating an electric field. Incident photons (incident light is indicated by arrows) will hit electrons from the valence band to the conduction band, creating free electron-hole pairs. Within the electric field of the pn junction, electrons tend to migrate towards the n region of the diode, while the holes migrate towards the p region, resulting in a current called photocurrent. Typically, the junction is either a p + / n− junction (as shown in FIG. 1) or an n + / p− junction because the dopant concentration in one region will be higher than the other dopant concentration. The lighter doped region is known as the base of the photovoltaic cell, while the more heavily doped region of the opposite conductivity type is known as the emitter. Most carriers are generated in the base and are usually the thickest part of the battery. Together the base and emitter form the active area of the battery.

イオン注入は、光電池で利用される薄膜を形成するための半導体材料で劈開面を形成するための既知の方法である。この方法のイオン注入および剥離のステップは、製造される薄膜の品質に重要な効果を有する場合がある。薄膜を製造する方法および装置を改良することが所望である。   Ion implantation is a known method for forming cleaved surfaces with semiconductor materials for forming thin films used in photovoltaic cells. The ion implantation and stripping steps of this method can have a significant effect on the quality of the thin film produced. It would be desirable to improve the methods and apparatus for producing thin films.

薄膜をドナー本体から製造する方法は、ドナー本体にイオン線量を注入することと、注入中に注入温度までドナー本体を加熱することと、を含む。ドナー本体は、ドナー本体およびサセプタアセンブリが直接に接触する、サセプタアセンブリと分離可能に接触する。薄膜は、ドナー本体に熱プロファイルを適用することによってドナー本体から剥離される。注入および剥離の条件は、薄膜の欠陥がない区域を最大化するために調整され得る。   A method of manufacturing a thin film from a donor body includes implanting an ion dose into the donor body and heating the donor body to an implantation temperature during implantation. The donor body detachably contacts the susceptor assembly, where the donor body and susceptor assembly are in direct contact. The thin film is peeled from the donor body by applying a thermal profile to the donor body. Implantation and stripping conditions can be adjusted to maximize areas free of thin film defects.

本明細書に記載する本発明の態様および実施形態の各々は、単独で、または互いと組み合わせて使用することができる。態様および実施例は、ここで、添付される図面を参照して記載されるであろう。   Each of the aspects and embodiments of the invention described herein can be used alone or in combination with each other. Aspects and examples will now be described with reference to the accompanying drawings.

先行技術の光電池の断面図である。It is sectional drawing of the photovoltaic cell of a prior art. Sivaramらの米国特許出願第12/026,530号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps in the formation of the photovoltaic device of US patent application Ser. No. 12 / 026,530 to Sivaram et al. Sivaramらの米国特許出願第12/026,530号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps in the formation of the photovoltaic device of US patent application Ser. No. 12 / 026,530 to Sivaram et al. Sivaramらの米国特許出願第12/026,530号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps in the formation of the photovoltaic device of US patent application Ser. No. 12 / 026,530 to Sivaram et al. Sivaramらの米国特許出願第12/026,530号の光起電装置の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps in the formation of the photovoltaic device of US patent application Ser. 本発明の態様に従う例示的方法のステップを示す、フローチャートである。Figure 3 is a flow chart showing the steps of an exemplary method according to an aspect of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a stage in the formation of a thin film according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜の形成における段階を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a stage in the formation of a thin film according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜分離を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating thin film separation according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜分離を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating thin film separation according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜分離を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating thin film separation according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従う、薄膜分離を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating thin film separation according to an embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階の断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of a stage in the formation of a photovoltaic device having a constructed metal support element according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階の断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of a stage in the formation of a photovoltaic device having a constructed metal support element according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の代替の実施形態に従い、構築された金属支持要素を有する、光起電装置の形成における段階の断面図を示す。FIG. 4 shows a cross-sectional view of a stage in the formation of a photovoltaic device having a constructed metal support element according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の例示的サセプタアセンブリの断面図および斜視上面図である。2 is a cross-sectional and perspective top view of an exemplary susceptor assembly of the present invention. FIG. 本発明の例示的サセプタアセンブリの断面図および斜視上面図である。2 is a cross-sectional and perspective top view of an exemplary susceptor assembly of the present invention. FIG. 本発明のサセプタプレートの実施形態を示す上面図である。It is a top view which shows embodiment of the susceptor plate of this invention. 本発明のサセプタプレートの実施形態を示す上面図である。It is a top view which shows embodiment of the susceptor plate of this invention. 本発明の実施形態の分離チャックを示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a separation chuck of an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の分離チャックを示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a separation chuck of an embodiment of the present invention.

自立式薄膜が形成され、支持要素への接着剤または恒久的結合なしにドナー本体から分離される、方法および装置が記載される。本発明の方法および装置は、ドナー本体の第1の表面にイオン線量を注入することと、注入中に注入温度までドナー本体を加熱することと、を含む。ドナー本体の第1の表面は、サセプタアセンブリの第1の表面と分離可能に接触し、かつ薄膜は、ドナー本体に熱プロファイルを適用することによってドナー本体から剥離される。薄膜は、その後、ドナー本体から分離されることも可能である。いくつかの実施形態では、分離方法は、薄膜またはドナー本体の表面に変形力を印加することを含む。注入および剥離の条件は、薄い自立式薄膜の欠陥がない区域を最大化するために、ドナー本体の部材に従って、調整されることが可能である。   A method and apparatus is described in which a free-standing film is formed and separated from the donor body without adhesive or permanent bonding to the support element. The method and apparatus of the present invention includes implanting an ion dose into the first surface of the donor body and heating the donor body to the implantation temperature during implantation. The first surface of the donor body is in detachable contact with the first surface of the susceptor assembly, and the thin film is peeled from the donor body by applying a thermal profile to the donor body. The thin film can then be separated from the donor body. In some embodiments, the separation method includes applying a deformation force to the surface of the membrane or donor body. The conditions for implantation and stripping can be adjusted according to the members of the donor body to maximize the area free of defects in the thin free-standing film.

シリコン体から形成される従来の光電池は、劣化ゾーンが図1に示されるようにp−n接合を形成するp−nダイオードを含む。光電池を形成するために使用されるシリコンドナー本体は、典型的には、約200〜250ミクロンの厚さである。シリコンドナー本体から形成されるより薄い薄膜は、ドナー本体からの劈開または分離に先立ち、結合された薄膜をもたらす、エピタキシャル成長、接着材料、または他の方法を経由した、薄膜の支持要素への恒久的固定により、光電池を形成するために使用されることが可能である。典型的には、このやり方で形成された薄膜は、いずれの最終的な光電池にも支持要素を組込み、または支持要素を取り外すように、デボンディングステップに従事しなければならない。本発明では、薄い、自立式薄膜が支持要素への接着剤または恒久的結合なしで、光電池製作に先立って、デボンディングまたは洗浄ステップを必要とせずに、形成され、かつドナー本体から分離されることも可能である、方法および装置が記載される。本発明では、ドナー本体は、劈開面を形成するように第1の表面を介して注入される。ドナー本体の第1の表面は、その後、支持要素の付近に配置されることが可能である。第1の表面のドナー本体から薄膜を剥離する加熱ステップが実行され、第2の表面を生成する。このプロセスは、薄膜上に結合された支持要素の不存在において起こる。イオン注入および剥離の条件は、この方法によって製造される薄膜の品質に重要な効果を有する場合があり、自立式薄膜で形成される場合がある物理学的欠陥の量を低減するように最適化されることが可能である。剥離された薄い自立式薄膜の分離のための方法が、また、記載される。   A conventional photovoltaic cell formed from a silicon body includes a pn diode in which the degradation zone forms a pn junction as shown in FIG. The silicon donor body used to form the photovoltaic cell is typically about 200-250 microns thick. The thinner film formed from the silicon donor body is permanently attached to the support element of the film via epitaxial growth, adhesive material, or other method that results in a bonded film prior to cleavage or separation from the donor body. By fixing, it can be used to form photovoltaic cells. Typically, a thin film formed in this manner must engage in a debonding step to incorporate or remove the support element from any final photovoltaic cell. In the present invention, a thin, self-supporting thin film is formed and separated from the donor body without the need for debonding or cleaning steps prior to photovoltaic fabrication, without an adhesive or permanent bond to the support element. Methods and apparatus are also described, which are possible. In the present invention, the donor body is injected through the first surface to form a cleaved surface. The first surface of the donor body can then be placed in the vicinity of the support element. A heating step is performed to peel the thin film from the donor body on the first surface, producing a second surface. This process occurs in the absence of support elements bonded on the membrane. Ion implantation and stripping conditions can have a significant effect on the quality of thin films produced by this method and are optimized to reduce the amount of physical defects that may be formed in free-standing thin films Can be done. A method for the separation of a peeled thin free-standing film is also described.

本発明の譲受人によって所有され、参照することで本明細書に組み込まれる、2008年2月5日に出願された、Sivaramらの米国特許出願第12/026,530号「Method to Form a Photovoltaic Cell Comprising a Thin Lamina」は、非蒸着半導体材料から形成される薄い半導体薄膜を備える、光電池の製作について記載している。図2Aを参照すると、Sivaramらの実施形態では、半導体ドナー本体20は、例えば、水素および/またはヘリウムイオンといった、1つ以上の種類のガスイオンを、第1の表面10を通って注入される。注入されたイオンは、半導体ドナー本体内で劈開面30を画定する。図2Bに示す通り、ドナー本体20は、第1の表面10でレシーバー60に付加される。図2Cを参照すると、焼鈍によって、薄膜40を劈開面30でドナー本体20から劈開させ、第2の表面62を作製する。Sivaramらの実施形態では、劈開するステップの前後の追加的処理で、指定範囲内のいかなる厚さも可能であるが、例えば、約0.2から約50ミクロンの間、例えば、約1から約20ミクロンの間の厚さ、いくつかの実施形態では、約1から約10ミクロンの間の厚さ、もしくは約4から約20の間の厚さ、または約5から約15ミクロンの間の厚さ等、約0.2から約100ミクロンの間の厚さである、半導体薄膜40を備える光電池を形成する。図2Dは、いくつかの実施形態においては動作中であるような、底部にレシーバー60を伴う、反転構造を示す。レシーバー60は、本出願の譲受人によって所有され、参照することによって本明細書に組み込まれる、2008年3月27日に出願された、Hernerの米国特許出願第12/057,265号「Method to Form a Photovoltaic Cell Comprising a Thin Lamina Bonded to a Discrete Receiver Element」に記載される通り、ドナー本体10よりも50パーセント以下大きい最大幅を有する、個別のレシーバー要素であってもよい。代替的に、複数のドナー本体は、単一のより大きいレシーバーおよび各ドナー本体から劈開された薄膜に付加されてもよい。   Sivaram et al., US patent application Ser. No. 12 / 026,530, “Method to Form a Photovoltaic, filed Feb. 5, 2008, owned by the assignee of the present invention and incorporated herein by reference. "Cell Compiling a Thin Lamina" describes the fabrication of a photovoltaic cell comprising a thin semiconductor thin film formed from a non-deposited semiconductor material. Referring to FIG. 2A, in the embodiment of Sivaram et al., The semiconductor donor body 20 is implanted with one or more types of gas ions, such as hydrogen and / or helium ions, through the first surface 10. . The implanted ions define a cleaved surface 30 within the semiconductor donor body. As shown in FIG. 2B, the donor body 20 is attached to the receiver 60 at the first surface 10. Referring to FIG. 2C, annealing causes the thin film 40 to be cleaved from the donor body 20 at the cleaved surface 30 to produce a second surface 62. In the embodiment of Sivaram et al., Any thickness within the specified range is possible with additional processing before and after the cleaving step, but for example between about 0.2 and about 50 microns, for example about 1 to about 20 Thickness between microns, in some embodiments, between about 1 and about 10 microns, or between about 4 and about 20, or between about 5 and about 15 microns Etc. to form a photovoltaic cell comprising a semiconductor thin film 40 that is between about 0.2 and about 100 microns thick. FIG. 2D shows an inverted structure with a receiver 60 at the bottom, such as in operation in some embodiments. Receiver 60 is owned by the assignee of the present application and is filed Mar. 27, 2008, Herner, US patent application Ser. No. 12 / 057,265, “Method to”, which is incorporated herein by reference. It may be an individual receiver element with a maximum width that is 50 percent or less greater than the donor body 10 as described in “Form a Photovoltaic Cell Compiling a Thin Lamina Bonded to a Discrete Receiver Element”. Alternatively, multiple donor bodies may be added to a single larger receiver and a thin film cleaved from each donor body.

Sivaramらの方法を使用して、スライスされたウェハから形成されるよりむしろ、光電池は、切り口損失を通してまたは不必要に厚い電池の製作によって、シリコンを浪費することなく、薄い半導体薄膜から形成され、それゆえ費用が削減される。同じドナーウェハは、複数の薄膜を形成するように再使用することができ、更に費用が削減され、ある他の使用のために複数の薄膜を剥離した後、再販売することもできる。   Rather than being formed from sliced wafers using the method of Sivaram et al., Photovoltaic cells are formed from thin semiconductor thin films without wasting silicon, through cut losses or by unnecessarily thick cell fabrication, Costs are therefore reduced. The same donor wafer can be reused to form multiple thin films, which further reduces costs and can be re-sold after stripping multiple thin films for some other use.

本発明では、自立式薄膜は、劈開面を画定するように半導体ドナー本体にイオンを注入し、劈開面で半導体薄膜をドナー本体から剥離することによって形成される。薄膜は、非結合の第1の表面と第1と反対側の非結合の第2表面とを有する。剥離ステップ後、薄膜は、ドナー本体から分離され、中に薄膜が光電池のベース領域を備える光電池に製作される。薄膜の厚さは、約4ミクロン〜約20ミクロンであってもよい。1つまたは2つ以上の層は、光電池に薄膜を組込む前に、薄膜の第1の表面に形成されることも可能である。1つまたは2つ以上の層は、自立式薄膜の第2の表面に形成されることも可能である。薄膜の厚さは、劈開面の深さによって決定される。多くの実施形態では、薄膜の厚さは、約1〜約10ミクロン、例えば約2〜約5ミクロン、例えば約4.5ミクロンである。他の実施形態では、薄膜の厚さは、約4〜約20ミクロン、例えば約10〜約15ミクロン、例えば約11ミクロンである。第2の表面は、劈開することによって作製される。異なるフローが可能であるが、概ね、薄い薄膜は、支持要素への恒久的または接着剤の固定なしで提供される。最も多くの実施例では、薄膜は、剥離され、かつウェハまたはブール等、より大きいドナー本体から分離される。   In the present invention, the self-supporting thin film is formed by implanting ions into the semiconductor donor body so as to define a cleavage plane and peeling the semiconductor thin film from the donor body at the cleavage plane. The thin film has an unbonded first surface and an unbonded second surface opposite the first. After the stripping step, the thin film is separated from the donor body, and the thin film is fabricated into a photovoltaic cell comprising the photovoltaic cell base region. The thickness of the thin film may be from about 4 microns to about 20 microns. One or more layers can also be formed on the first surface of the thin film prior to incorporating the thin film into the photovoltaic cell. One or more layers can also be formed on the second surface of the free-standing film. The thickness of the thin film is determined by the depth of the cleavage plane. In many embodiments, the thickness of the thin film is from about 1 to about 10 microns, such as from about 2 to about 5 microns, such as about 4.5 microns. In other embodiments, the thickness of the thin film is about 4 to about 20 microns, such as about 10 to about 15 microns, such as about 11 microns. The second surface is created by cleaving. Although different flows are possible, generally a thin film is provided without permanent or adhesive fixation to the support element. In most embodiments, the thin film is stripped and separated from a larger donor body, such as a wafer or boule.

本発明の方法の概要が述べられている図3に転じると、ドナー本体は、まず、劈開面(ステップ1、図3)を形成するように、第1の表面を介してイオンを注入される。注入条件は、最終的に形成される薄膜内の概観の物理的欠陥(例えば、裂傷、クラック、リップ、波面欠陥、放射状条線、剥落、またはそれらの任意の組み合わせ)を緩和するように調整されることも可能である。一実施形態では、物理的欠陥はクラックを備え、本発明の方法は、クラック全体の長さが100mm未満である、自立式薄膜を提供する。物理的欠陥は、完成した電池内での短絡または低下した性能を引き起す場合があるいずれの欠陥も含む。物理的欠陥を備える薄膜の区域は、光電池内で使用不可にされる区域と同等である場合もある。調整され、劈開された薄膜内でほぼ欠陥のない区域を最大化することも可能である注入条件は、注入中にドナー本体に適用される温度および/または圧力を含む。いくつかの実施例では、注入温度は、25〜300℃、100〜200℃、または120〜180℃等に維持されることも可能である。本発明の1つの態様は、注入温度が材料およびドナー本体の配向に応じて調整されることも可能であることである。いくつかの実施形態では、材料は、{111}配向されたシリコンであり、注入温度は、150〜200℃でもよい。他の実施形態では、材料は、{100}配向されたシリコンであり、注入温度は、25〜150℃でもよい。本明細書で開示される方法は、他のいずれの配向の半導体ドナー本体ならびに{110}または{001}等、配向されたシリコンにもあてはまる。注入温度は、いずれのシリコン配向および注入エネルギーについても最適化されることが可能である。調整されることも可能である他の注入条件は、注入線量および注入されたイオン比率(例えばH:He比率)等、初期プロセスのパラメータを含んでもよい。いくつかの実施形態では、注入条件は、薄膜中に存在する物理的欠陥がほぼない区域を最大化するために、剥離温度、剥離サセプタの真空水準、加熱率、および/または剥離圧等、剥離条件との組み合わせで最適化されることも可能である。いくつかの実施形態では、本発明の方法によって製造される薄膜の90%超の表面区域は、物理的欠陥がない。   Turning to FIG. 3, which outlines the method of the present invention, the donor body is first implanted with ions through the first surface so as to form a cleavage plane (step 1, FIG. 3). . Implant conditions are adjusted to mitigate physical defects (eg, lacerations, cracks, lips, wavefront defects, radial streaks, flaking, or any combination thereof) within the final thin film. It is also possible. In one embodiment, the physical defect comprises a crack and the method of the present invention provides a self-supporting thin film with an overall crack length of less than 100 mm. Physical defects include any defects that can cause a short circuit or degraded performance in the finished battery. The area of the thin film with physical defects may be equivalent to the area that is disabled in the photovoltaic cell. Injection conditions that can also maximize areas that are substantially defect-free within the conditioned and cleaved film include the temperature and / or pressure applied to the donor body during injection. In some embodiments, the implantation temperature can be maintained at 25-300 ° C, 100-200 ° C, 120-180 ° C, or the like. One aspect of the present invention is that the implantation temperature can be adjusted depending on the material and the orientation of the donor body. In some embodiments, the material is {111} oriented silicon and the implantation temperature may be 150-200 ° C. In other embodiments, the material is {100} oriented silicon and the implantation temperature may be 25-150 ° C. The methods disclosed herein apply to any other oriented semiconductor donor body and oriented silicon, such as {110} or {001}. The implantation temperature can be optimized for any silicon orientation and implantation energy. Other implantation conditions that can also be adjusted may include initial process parameters such as implantation dose and implanted ion ratio (eg, H: He ratio). In some embodiments, the implantation conditions may include stripping temperatures, stripping susceptor vacuum levels, heating rates, and / or stripping pressures, etc. to maximize areas that are substantially free of physical defects present in the film. It is also possible to optimize in combination with conditions. In some embodiments, greater than 90% of the surface area of the thin film produced by the method of the present invention is free of physical defects.

劈開面を形成するための注入後に、ドナー本体は、更なる加工のためのサセプタアセンブリ等、一時的支持要素(図3、ステップ2)に接触することも可能である。典型的には、製造の様々な段階のドナー本体、薄膜または光電池は、接着剤を含む、または化学結合による一時的担体に貼り付けられることも可能である。接着剤が使用される場合、薄膜のデボンディングを開始し、および/または脱離後に光電池および一時的担体の表面を洗浄するために、付加的ステップが必要となる。あるいは、支持要素は、溶解され、または取り外されて、更なる支持ステップのために使用不可にされることも可能である。本発明の1つの態様では、ドナー本体は、剥離中の薄膜を安定化させるために、接着剤または恒久的結合なしで、サセプタアセンブリ等の支持要素と分離可能に接触する。接触は、ドナー本体と支持要素との間の直接的接触でもよく、サセプタからドナー本体または薄膜を持ち上げるのみ以上の接触を中断させる化学的または物理学的ステップを必要とする、被着剤または結合ステップを含まなくて もよい。サセプタは、その後、更に加工することなく、支持要素として再使用することが可能である。本発明の方法のいくつかの実施形態では、注入されたドナー本体は、剥離中にドナー本体とサセプタとの間で相互作用する力が、サセプタ上のドナー本体の重量のみまたはドナー本体上のサセプタアセンブリの重量のみである、サセプタアセンブリ等の支持要素と分離可能に接触することも可能である。接触がドナー本体の重量のみによって確立される場合、ドナー本体は、注入された側が下を向き、サセプタと接触して、配向されることも可能である。あるいは、ドナー本体は、注入された側が上を向き、サセプタと接触せずに、配向されることも可能である。この場合、カバープレートが、剥離前および後に薄膜を安定化させるために使用されることも可能である。他の実施形態では、接触は、サセプタとドナー本体との間の真空力を更に含む。真空力は、接着剤、化学反応、静電圧等を使用することなく、ドナー本体をサセプタアセンブリに一時的に固定するために、ドナー本体に印加されることも可能である。   After implantation to form the cleaved surface, the donor body can contact a temporary support element (FIG. 3, step 2), such as a susceptor assembly for further processing. Typically, the donor body, thin film or photovoltaic cell at various stages of manufacture can be affixed to a temporary carrier containing an adhesive or by chemical bonding. If an adhesive is used, additional steps are required to initiate thin film debonding and / or clean the surface of the photovoltaic cell and temporary carrier after desorption. Alternatively, the support element can be dissolved or removed and disabled for further support steps. In one aspect of the invention, the donor body is in detachable contact with a support element, such as a susceptor assembly, without an adhesive or permanent bond to stabilize the film being peeled. The contact may be a direct contact between the donor body and the support element, and requires a chemical or physical step that interrupts the contact beyond just lifting the donor body or film from the susceptor. It does not have to include steps. The susceptor can then be reused as a support element without further processing. In some embodiments of the method of the present invention, the injected donor body has a force that interacts between the donor body and the susceptor during delamination, so that only the weight of the donor body on the susceptor or the susceptor on the donor body. It is also possible to detachably contact a support element such as a susceptor assembly that is only the weight of the assembly. If contact is established only by the weight of the donor body, the donor body can also be oriented with the injected side facing down and in contact with the susceptor. Alternatively, the donor body can be oriented with the injected side facing up and without contacting the susceptor. In this case, the cover plate can also be used to stabilize the film before and after peeling. In other embodiments, the contact further includes a vacuum force between the susceptor and the donor body. A vacuum force can also be applied to the donor body to temporarily secure the donor body to the susceptor assembly without the use of adhesives, chemical reactions, electrostatic voltages, or the like.

剥離および損傷の焼鈍のステップ中に、薄膜を非結合支持要素へ接触させることは、本発明における通り、いくつかの有意な利点を提供する。剥離および焼鈍のステップは、比較的高温で起こる。事前に形成された支持要素は、これら高温のステップの前に、接着剤または化学剤による等、ドナー本体に付加される場合、任意の介在層であろうように、薄膜と共に必ず高温にさらされるであろう。多くの材料は、容易には高温を許容することができず、支持要素および薄膜の熱膨張係数(CTE)が不釣り合いに組み合わせられる場合、加熱および冷却によって、薄い膜を損傷する場合がある、歪みを引き起こすであろう。したがって、非結合支持要素は、欠陥がない薄膜の形成を潜在的に阻害するであろう結合およびデボンディングのプロトコルから独立する薄膜製造のために最適化された表面を提供する。焼鈍は、薄膜がドナー本体から分離される前または後に起こってもよい。   Contacting the thin film to the unbonded support element during the peeling and damage annealing steps provides several significant advantages as in the present invention. The stripping and annealing steps occur at relatively high temperatures. The pre-formed support element is necessarily exposed to high temperatures with the thin film, such as any intervening layer, when applied to the donor body, such as with an adhesive or chemical agent, prior to these high temperature steps. Will. Many materials cannot easily tolerate high temperatures, and heating and cooling can damage thin membranes when the coefficient of thermal expansion (CTE) of the support element and thin film is mismatched, Will cause distortion. Thus, the unbonded support element provides a surface optimized for thin film manufacture that is independent of bonding and debonding protocols that would potentially inhibit the formation of defect free thin films. Annealing may occur before or after the film is separated from the donor body.

サセプタアセンブリへのドナー本体の接触後に、熱が、劈開面で薄膜をドナー本体から劈開するように、ドナー本体に適用されてもよい。剥離条件は、粘着した支持要素の不存在において、剥離された薄膜中の物理的欠陥を最小化するために、薄膜をドナー本体(図3、ステップ3)から劈開するように最適化されることも可能である。剥離パラメータは、特定のドナー本体について最適化されることが可能である。剥離は、大気圧で起こることも可能である。1つまたは2つ以上の熱傾斜を有する剥離熱プロファイルは、適用されることも可能である。いくつかの実施形態では、剥離条件は、600℃超のピーク剥離温度への単一の急速熱傾斜を含んでもよい。熱傾斜率は、100℃/分または200℃/分を超えてもよい。サセプタの材料は、ドナー本体のそれよりも低い熱容量を有してもよく、この方法による剥離を容易にするために、最終剥離温度で熱劣化に耐性があってもよい。他の実施形態では、傾斜率がいずれの速度でもある最終剥離温度は、400〜600℃でもよいが、温度は、薄膜の表面区域中にほぼ一様に適用される。サセプタアセンブリは、剥離中にドナー本体の表面中に一様な熱プロファイルを容易にするために、熱的に異方性な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ドナー本体は、ドナー本体の加熱が一様なやり方で1つの端から他へと進行するように、より高い温度の区域に移送されることも可能である。一実施形態では、ドナー本体は、より低い温度のゾーンからより高い温度のゾーン(例えば、ベルト炉)へ動かされる。運動率は、60℃/分、200℃/分超等のドナーの温度の急速な変化を提供することも可能である。   After contact of the donor body to the susceptor assembly, heat may be applied to the donor body such that the film is cleaved from the donor body at the cleavage plane. The stripping conditions should be optimized to cleave the membrane from the donor body (FIG. 3, step 3) to minimize physical defects in the stripped membrane in the absence of sticky support elements. Is also possible. Exfoliation parameters can be optimized for a particular donor body. Delamination can occur at atmospheric pressure. An exfoliation thermal profile having one or more thermal gradients can also be applied. In some embodiments, the stripping conditions may include a single rapid thermal ramp to a peak stripping temperature above 600 ° C. The thermal ramp rate may exceed 100 ° C./min or 200 ° C./min. The material of the susceptor may have a lower heat capacity than that of the donor body and may be resistant to thermal degradation at the final stripping temperature to facilitate stripping by this method. In other embodiments, the final strip temperature at which the ramp rate is any rate may be 400-600 ° C., but the temperature is applied substantially uniformly in the surface area of the film. The susceptor assembly may include a thermally anisotropic material to facilitate a uniform thermal profile in the surface of the donor body during stripping. In some embodiments, the donor body can be transferred to a higher temperature zone so that heating of the donor body proceeds from one end to the other in a uniform manner. In one embodiment, the donor body is moved from a lower temperature zone to a higher temperature zone (eg, a belt furnace). The rate of motion can also provide a rapid change in donor temperature, such as 60 ° C./min, over 200 ° C./min.

剥離された薄膜は、新たに形成された薄膜の反対側の表面から離れて、ドナー本体の第1の表面に変形力を印加することなどにより、いずれの手段(図3、ステップ4)によっても、ドナー本体から分離されることも可能である。いくつかの実施形態では、ドナー本体は、剥離された薄膜から離れて変形されることも可能である。他の実施形態では、剥離された薄膜は、ドナー本体から離れて変形されることも可能である。剥離後、ドナー本体の第1の表面であった自立式薄膜の表面は、サセプタアセンブリ等の支持装置と分離可能に接触することも可能である。いくつかの実施形態では、接触力は、薄膜とサセプタプレートとの間の真空力を含んでもよい。いくつかの実施形態では、接触力は、薄膜上のドナー本体の重量のみであってもよい。チャックプレートは、薄膜と反対側の表面のドナー本体に粘着してもよい。いくつかの実施形態では、粘着性は、多孔質チャックプレートを介してドナー本体に印加される真空力であってもよい。真空圧は、チャックプレートを介して印加されてもよく、したがって、チャックプレートにドナー本体を粘着させる。チャックプレートは、屈曲アームまたは変形可能なプレート等の屈曲装置に結合されることも可能である。屈曲装置に印加される力は、薄膜から離れてドナー本体を変形させることも可能である。力は、薄膜から離れて、縁部または他の部位等のドナー本体のいずれの部分も変形させることも可能である。変形は、薄膜表面の一部から離れて1mm超の距離にドナー本体を分離することも可能であり、その次のドナー本体からの薄膜の完全な分離のためにドナー本体の縁部を除去する。分離された薄膜は、サセプタプレートに残存し、または更なる加工のために異なる一時的または恒久的支持要素へ移動されることも可能である。いくつかの実施形態では、恒久的支持は、自立式薄膜上に構築されることも可能である。   The peeled thin film is separated by any means (FIG. 3, step 4), such as by applying a deformation force to the first surface of the donor body away from the opposite surface of the newly formed thin film. It can also be separated from the donor body. In some embodiments, the donor body can be deformed away from the peeled film. In other embodiments, the peeled film can be deformed away from the donor body. After peeling, the surface of the self-supporting thin film that was the first surface of the donor body can be detachably contacted with a support device such as a susceptor assembly. In some embodiments, the contact force may include a vacuum force between the membrane and the susceptor plate. In some embodiments, the contact force may be only the weight of the donor body on the membrane. The chuck plate may adhere to the donor body on the surface opposite the thin film. In some embodiments, the tack may be a vacuum force applied to the donor body through the porous chuck plate. Vacuum pressure may be applied through the chuck plate, thus sticking the donor body to the chuck plate. The chuck plate can also be coupled to a bending device such as a bending arm or a deformable plate. The force applied to the bending device can also deform the donor body away from the membrane. The force can also deform any part of the donor body, such as an edge or other site, away from the membrane. The deformation can also separate the donor body at a distance greater than 1 mm away from a portion of the thin film surface, removing the edge of the donor body for complete separation of the thin film from the next donor body. . The separated membrane can remain on the susceptor plate or be transferred to a different temporary or permanent support element for further processing. In some embodiments, the permanent support can be built on a free-standing membrane.

本発明の態様は、自立式薄膜から光電池を製造するプロセスを含み、適切な半導体材料のドナー本体から始まる。適切なドナー本体は、例えば、約200から約1000ミクロンの厚さである、実際の厚さの単結晶シリコンウェハであってもよい。他の配向のウェハが使用されてもよいが、通常、ウェハは、{100}または{111}のミラー指数を有する。代替の実施形態では、ドナーウェハはより厚くてもよく、最大の厚さは、ウェハの取り扱いの実用性によってのみ限定される。代替的に、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、またはGaAs、InP等のIII‐VもしくはII‐VI半導体化合物を含む、他の半導体材料の微結晶シリコン、またはウェハもしくはインゴットであってもよいような、多結晶(polycrystallineまたはmulticrystalline)シリコンが使用されてもよい。SiC、LiNbO、SrTiO、サファイヤ等、他の材料が使用されてもよい。このような文脈において、用語多結晶(multicrystalline)は、通常、およそ1ミリメートル以上のサイズである粒子を有する半導体材料を指す一方、多結晶(polycrystalline)半導体材料は、およそ1000オングストロームのより小さい粒子を有する。微結晶半導体材料の粒子は、例えば、100オングストロームほどと非常に小さい。例えば、微結晶シリコンは、完全に結晶性であってもよいか、または非晶質マトリクスの中にこれらの微結晶を含んでもよい。多結晶(polycrystallineまたはmulticrystalline)半導体は、完全にまたは実質的に結晶性であると理解される。習慣的に使用されるような、用語「単結晶シリコン」が、導電性を増大するドーパント等、時折欠陥または不純物を伴うシリコンを除外しないであろうことは、当業者によって理解されるであろう。 Aspects of the invention include a process for manufacturing a photovoltaic cell from a free-standing film, starting with a donor body of a suitable semiconductor material. A suitable donor body may be a single crystal silicon wafer of actual thickness, for example, about 200 to about 1000 microns thick. Typically, the wafer has a Miller index of {100} or {111}, although other orientation wafers may be used. In an alternative embodiment, the donor wafer may be thicker and the maximum thickness is limited only by the practicality of the wafer handling. Alternatively, polycrystalline silicon, such as germanium, silicon germanium, or microcrystalline silicon of other semiconductor materials, including III-V or II-VI semiconductor compounds such as GaAs, InP, or wafers or ingots (Polycrystalline or multicrystalline) silicon may be used. Other materials such as SiC, LiNbO 3 , SrTiO 3 , sapphire, etc. may be used. In such a context, the term multicrystalline line usually refers to a semiconductor material having particles that are approximately 1 millimeter or larger in size, while a polycrystalline semiconductor material refers to smaller particles of approximately 1000 angstroms. Have. The particles of the microcrystalline semiconductor material are very small, for example, about 100 angstroms. For example, the microcrystalline silicon may be completely crystalline or may include these microcrystals in an amorphous matrix. Polycrystalline or multicrystalline semiconductor is understood to be fully or substantially crystalline. It will be appreciated by those skilled in the art that the term “single crystal silicon” as customarily used will not exclude silicon with occasional defects or impurities, such as dopants that increase conductivity. .

単結晶シリコンを形成するプロセスは、概して、円形ウェハをもたらすが、ドナー本体は、他の形状も有してもよい。光起電用途のために、円筒形単結晶インゴットが、しばしば、ウェハを切断する前に、八角形の断面に機械加工される。ウェハはまた、正方形等、他の形状であってもよい。正方形ウェハは、円形または六角形ウェハとは異なり、ウェハ間に最小限の未使用空隙を伴い、光起電モジュール上で端から端まで整列することができる利点を有する。ウェハの直径または幅は、任意の標準またはあつらえのサイズであってもよい。便宜上、本開示は、半導体ドナー本体としての単結晶シリコンウェハの使用について記載するであろうが、他のタイプまたは材料のドナー本体を使用することができることも理解されるであろう。   The process of forming single crystal silicon generally results in a circular wafer, but the donor body may have other shapes. For photovoltaic applications, cylindrical single crystal ingots are often machined into octagonal cross sections before cutting the wafer. The wafer may also have other shapes, such as a square. Square wafers, unlike circular or hexagonal wafers, have the advantage that they can be aligned end to end on the photovoltaic module with minimal unused air gaps between the wafers. The diameter or width of the wafer may be any standard or custom size. For convenience, the present disclosure will describe the use of a single crystal silicon wafer as a semiconductor donor body, but it will be understood that other types or materials of donor bodies can be used.

好ましくは、水素または水素およびヘリウムの組み合わせであるイオンが、前に記載した通り、劈開面を画定するように、第1の表面を通って本体の中に注入される。劈開面の全体深度は、注入エネルギーを含む、いくつかの要因によって決定される。劈開面の深度は、第1の表面から約0.2から約100ミクロンの間、例えば、約0.5から約20または約50ミクロンの間、例えば、約1から約10ミクロンの間、約1もしくは2ミクロンから約5もしくは6ミクロンの間、または約4から約8ミクロンの間であり得る。代替的に、劈開面の深度は、約5から約15ミクロンの間、例えば、約11または12ミクロンであり得る。   Preferably, ions that are hydrogen or a combination of hydrogen and helium are implanted into the body through the first surface to define a cleavage plane as previously described. The overall depth of the cleavage plane is determined by several factors, including implantation energy. The depth of the cleaved surface is between about 0.2 and about 100 microns from the first surface, such as between about 0.5 and about 20 or about 50 microns, such as between about 1 and about 10 microns. It can be between 1 or 2 microns and about 5 or 6 microns, or between about 4 and about 8 microns. Alternatively, the depth of the cleavage plane can be between about 5 and about 15 microns, such as about 11 or 12 microns.

イオン注入の温度および線量は、物理的欠陥がほぼない自立式薄膜を提供するために、注入される材料および劈開面の所望の深さに応じて調整されることも可能である。イオン線量は、1.0×1014〜1.0×1018H/cm等、いずれの線量でもよい。注入温度は、140℃超(例えば、150〜250℃)等のいずれの温度でもよい。注入条件は、ドナー本体のミラー指数および注入されたイオンのエネルギーに基づいて調整されることが可能である。例えば、ミラー指数{111}を有する単結晶シリコンは、ミラー指数{100}を有する単結晶シリコンドナーウェハとは異なる1組の注入条件を必要とする場合がある。本発明の1つの態様は、薄膜中でほぼ欠陥がない区域を最大化するために、注入条件を調整することを含む。いくつかの実施形態では、注入線量は、80℃〜250℃等、25℃超である注入温度との組み合わせで1.3×1017H/cm未満でもよい。いくつかの実施形態では、ミラー指数{111}を有する単結晶シリコンドナー本体は、150〜200℃の温度で注入されることも可能である。いくつかの実施形態では、ミラー指数{100}を有する単結晶シリコンドナー本体は、100〜150℃の温度で注入されることも可能である。いくつかの実施形態では、より高い注入温度は、より一様な剥離をもたらす場合がある。 The temperature and dose of ion implantation can also be adjusted depending on the material to be implanted and the desired depth of the cleavage plane to provide a free-standing film that is substantially free of physical defects. The ion dose may be any dose such as 1.0 × 10 14 to 1.0 × 10 18 H / cm 2 . The injection temperature may be any temperature exceeding 140 ° C. (for example, 150 to 250 ° C.). The implantation conditions can be adjusted based on the Miller index of the donor body and the energy of the implanted ions. For example, single crystal silicon having a Miller index {111} may require a different set of implantation conditions than a single crystal silicon donor wafer having a Miller index {100}. One aspect of the present invention includes adjusting the implantation conditions to maximize the area of the thin film that is substantially free of defects. In some embodiments, the implantation dose may be less than 1.3 × 10 17 H / cm 2 in combination with an implantation temperature that is greater than 25 ° C., such as 80 ° C. to 250 ° C. In some embodiments, a single crystal silicon donor body having a Miller index {111} can be implanted at a temperature of 150-200 ° C. In some embodiments, a single crystal silicon donor body having a Miller index {100} can be implanted at a temperature of 100-150 ° C. In some embodiments, a higher injection temperature may result in a more uniform debonding.

図4Aを参照すると、ドナー本体20の注入された表面10は、サセプタアセンブリ400等の支持要素と分離可能に接触することが可能である。サセプタアセンブリは、ドナー本体に結合されないままでいる間、ドナー本体と接触していることも可能である。剥離中のドナー本体とサセプタアセンブリとの間の接触力は、ドナー本体の重量のみであってもよい。あるいは、全アセンブリおよびドナー本体は、反転することも可能であり、接触力は、ドナー本体上のサセプタアセンブリの重量であってもよい。いくつかの実施形態では、ドナー本体とサセプタとの間の接触力は、サセプタとドナー本体との間の真空力によって増大することも可能である。サセプタアセンブリの材料特性は、ドナー本体からのほぼ欠陥がない薄膜の剥離を容易にすることも可能である。サセプタアセンブリ400は、図4Aのように平らである単一のサセプタプレートを含んでもよい。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリの表面は、広範囲の温度(例えば0〜1000℃)に渡ってドナー本体とほぼ同等の熱膨張係数(CTE)を有する材料を含んでもよい。サセプタアセンブリは、400℃超の剥離温度への急速熱傾斜を支持するために、ドナー本体の熱容量とほぼ同じまたはそれ以下である熱容量を有する材料を含んでもよい。   With reference to FIG. 4A, the infused surface 10 of the donor body 20 can be in detachable contact with a support element, such as the susceptor assembly 400. The susceptor assembly can be in contact with the donor body while remaining uncoupled to the donor body. The contact force between the donor body and the susceptor assembly during stripping may be only the weight of the donor body. Alternatively, the entire assembly and donor body can be reversed, and the contact force can be the weight of the susceptor assembly on the donor body. In some embodiments, the contact force between the donor body and the susceptor can be increased by the vacuum force between the susceptor and the donor body. The material properties of the susceptor assembly can also facilitate the stripping of a thin film that is substantially free from the donor body. The susceptor assembly 400 may include a single susceptor plate that is flat as in FIG. 4A. In some embodiments, the surface of the susceptor assembly may include a material that has a coefficient of thermal expansion (CTE) that is approximately equivalent to that of the donor body over a wide range of temperatures (eg, 0-1000 ° C.). The susceptor assembly may include a material having a heat capacity that is approximately the same as or less than the heat capacity of the donor body to support a rapid thermal ramp to a stripping temperature greater than 400 ° C.

図4Bに示されるような他の実施形態では、サセプタアセンブリ401は、ドナー本体20からの薄膜の加工のために適切な条件を提供するために、複数のプレートを含んでもよい。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ401とドナー本体との間での接触力は、(図4Bに図示されるように)サセプタアセンブリの多孔質サセプタプレート405に真空チャネル410を介して印加される真空力であってもよい。真空力がドナー本体を保持するために利用される場合、サセプタプレート405は、多孔質黒鉛または真空圧に浸透性のいずれの材料であってもよい。例えば、多孔質プレート405の材料は、多孔質黒鉛、多孔質窒化ホウ素、多孔質シリコン、多孔質炭化シリコン、レーザ穴開けシリコン、レーザ穴開け炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。約0〜約−100psi(例えば、0psi〜−15psi)の範囲の真空圧が印加されてもよい。サセプタアセンブリ401は、ドナー本体20の熱膨張係数(CTE)と類似またはほぼ同じ熱膨張係数を有する第1のプレート405を含んでもよい。いくつかの実施形態では、剥離中に適用される熱プロファイルは、自立式薄膜の成功裏の剥離を容易にするために、ドナー本体の表面中でほぼ一様でなければならない。ドナー本体の表面中で一様な熱プロファイルを得るために、サセプタアセンブリは、ドナー本体に通常の方向で比較されるドナー本体に平行な平面で優先的により高い、第2のプレート415の熱導電性を有する、第1のプレート405付近の第2のプレート415を含んでもよい。熱分解黒鉛等の熱的に異方性の材料は、このやり方でドナー本体にほぼ一様な熱プロファイルの適用を容易にするように良好に適合される。サセプタアセンブリは、動作している真空マニホルド等の潜在的に冷却する力からドナー本体を熱的に単離することによる剥離のために必要とされる熱プロファイルの維持を容易にするために、場合によっては、熱的に異方性なプレート415の下に配置される石英プレート等の熱絶縁性のプレート425を含んでもよい。   In other embodiments, such as shown in FIG. 4B, the susceptor assembly 401 may include a plurality of plates to provide appropriate conditions for processing of the thin film from the donor body 20. In some embodiments, contact force between the susceptor assembly 401 and the donor body is applied via the vacuum channel 410 to the porous susceptor plate 405 of the susceptor assembly (as illustrated in FIG. 4B). It may be a vacuum force. When vacuum force is utilized to hold the donor body, the susceptor plate 405 may be any material that is porous graphite or permeable to vacuum pressure. For example, the material of the porous plate 405 is porous graphite, porous boron nitride, porous silicon, porous silicon carbide, laser drilled silicon, laser drilled silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, or the like. Any combination of the above may be included. A vacuum pressure in the range of about 0 to about −100 psi (eg, 0 psi to −15 psi) may be applied. The susceptor assembly 401 may include a first plate 405 having a coefficient of thermal expansion that is similar or substantially the same as the coefficient of thermal expansion (CTE) of the donor body 20. In some embodiments, the thermal profile applied during stripping must be approximately uniform across the surface of the donor body to facilitate successful stripping of the free-standing film. In order to obtain a uniform thermal profile across the surface of the donor body, the susceptor assembly is preferentially higher in the plane parallel to the donor body compared to the donor body in the normal direction, and the thermal conductivity of the second plate 415. A second plate 415 in the vicinity of the first plate 405 may be included. Thermally anisotropic materials such as pyrolytic graphite are well adapted to facilitate the application of a substantially uniform thermal profile to the donor body in this manner. The susceptor assembly can be used to facilitate the maintenance of the thermal profile required for delamination by thermally isolating the donor body from potentially cooling forces such as an operating vacuum manifold. Some of them may include a thermally insulating plate 425 such as a quartz plate disposed under the thermally anisotropic plate 415.

サセプタアセンブリへのドナー本体の接触後に、劈開面30でドナー本体20から劈開される物理的欠陥がほぼない自立式薄膜をもたらす、熱剥離プロトコルが適用されてもよい。剥離プロトコルは、1、2、3、4、5、または6分未満等の期間の間に熱浸漬に続く、1つまたは2つ以上のピーク剥離温度への1つまたは2つ以上の熱傾斜を含んでもよい。ピーク剥離温度は、350〜500℃または500〜900℃等、350〜900℃であってもよい。熱剥離プロファイル中の傾斜率は、最適化されることも可能である。熱傾斜率は、例えば、0.1℃/秒〜20℃/秒に及んでもよい。剥離圧は、大気圧であっても、またはより高くてもよい。熱剥離プロファイルは、物理的欠陥がほぼない自立式薄膜を形成するために、ドナー本体の材料および配向に応じて最適化されることも可能である。   A thermal stripping protocol may be applied that results in a free-standing film that is substantially free of physical defects cleaved from the donor body 20 at the cleaved surface 30 after contact of the donor body with the susceptor assembly. The exfoliation protocol is one or more thermal ramps to one or more peak exfoliation temperatures followed by thermal immersion for periods such as 1, 2, 3, 4, 5, or less than 6 minutes. May be included. The peak peel temperature may be 350-900 ° C, such as 350-500 ° C or 500-900 ° C. The slope rate in the thermal delamination profile can also be optimized. The thermal ramp rate may range from 0.1 ° C./second to 20 ° C./second, for example. The peel pressure may be atmospheric pressure or higher. The thermal delamination profile can also be optimized depending on the donor body material and orientation to form a free-standing film that is substantially free of physical defects.

いくつかの実施形態では、単結晶シリコン薄膜は、600℃超である最終剥離温度に対して15℃/秒以上速い単一の熱傾斜率を含む、剥離熱プロファイルを適用することによって、{111}で配向するドナー本体から剥離されることも可能である。ピーク剥離温度は、100、50、25秒以下の間、保持されることも可能である。他の実施形態では、熱プロファイルは、熱傾斜率が薄膜の表面区域中でほぼ同じである、ピーク剥離温度400〜600℃に対する傾斜率0.1〜5℃/秒を含んでもよい。ピーク剥離温度は、3分未満、1分、または30秒未満の間、保持されることも可能である。サセプタは、剥離中にドナー本体の表面中で一様な熱プロファイルの適用を容易にするために、図4Bの第2のプレート415等の熱的に異方性の材料を含んでもよい。   In some embodiments, the single crystal silicon thin film can be obtained by applying a delamination thermal profile that includes a single thermal ramp rate that is greater than 15 ° C./sec. } Can also be peeled from the donor body oriented. The peak peel temperature can also be held for 100, 50, 25 seconds or less. In other embodiments, the thermal profile may include a ramp rate of 0.1-5 ° C./sec for a peak strip temperature of 400-600 ° C., where the thermal ramp rate is approximately the same in the surface area of the film. The peak peel temperature can also be held for less than 3 minutes, 1 minute, or less than 30 seconds. The susceptor may include a thermally anisotropic material, such as the second plate 415 of FIG. 4B, to facilitate application of a uniform thermal profile across the surface of the donor body during stripping.

あるいは、剥離は、より制御された剥離プロセスを提供する2つ以上の熱傾斜を含んでもよい。複数の熱傾斜は、ミラー指数{111}、{100}、または他の配向を有するドナー本体を順応させることも可能である。例えば、熱プロファイルは、ピーク温度350〜500℃まで10〜20℃/秒である第1の熱傾斜率と、それに続いて、600〜800℃であるピーク温度まで5〜20℃/秒である第2の熱傾斜率とを含んでもよい。それぞれの熱傾斜後のピーク剥離温度は、剥離された薄膜を焼鈍または分離する冷却または更なる加工に続いて、60秒未満の間、保持されることも可能である。いくつかの実施形態では、剥離プロトコルは、より制御された剥離プロセスを提供する熱的に異方性の条件下で2つ以上の熱傾斜を含んでもよい。複数の熱傾斜率の他の実施例は、350〜450℃であるピーク温度まで0.5〜10℃/秒の第1の熱傾斜と、それに続いて、450〜700℃であるピーク温度まで約0.1〜5℃/秒の第2の熱傾斜と、を含む。それぞれの熱傾斜後のピーク剥離温度は、剥離された薄膜を焼鈍する冷却または更なる加工に続いて、10秒未満の間、保持されることも可能である。熱プロファイルは、1つの温度の第1のゾーンから異なる温度の第2のゾーンへサセプタアセンブリ/劈開されたドナー本体を動かすことによって適用される。第1の温度は、第2の温度より低くてもよい。このプロセスは、ベルト炉または他の搬送装置によって達成されることも可能である。   Alternatively, stripping may include two or more thermal ramps that provide a more controlled stripping process. Multiple thermal gradients can accommodate donor bodies having Miller indices {111}, {100}, or other orientations. For example, the thermal profile is a first thermal ramp rate that is 10-20 ° C./second up to a peak temperature of 350-500 ° C., followed by 5-20 ° C./second up to a peak temperature of 600-800 ° C. The second thermal gradient rate may be included. The peak stripping temperature after each thermal ramp can also be maintained for less than 60 seconds following cooling or further processing to anneal or separate the stripped film. In some embodiments, the stripping protocol may include two or more thermal gradients under thermally anisotropic conditions that provide a more controlled stripping process. Another example of a plurality of thermal ramp rates is a first thermal ramp of 0.5-10 ° C./sec to a peak temperature of 350-450 ° C., followed by a peak temperature of 450-700 ° C. A second thermal ramp of about 0.1-5 ° C./second. The peak peel temperature after each thermal ramp can also be maintained for less than 10 seconds following cooling or further processing to anneal the peeled film. The thermal profile is applied by moving the susceptor assembly / cleaved donor body from a first zone at one temperature to a second zone at a different temperature. The first temperature may be lower than the second temperature. This process can also be accomplished by a belt furnace or other transport device.

劈開面を画定するように注入するステップが単結晶ドナーウェハの結晶格子への損傷を惹起する場合があることが発見された。この損傷は、修理されないと、電池の効率を損なう場合がある。本開示では、焼鈍は、剥離された薄膜中の残余の物理的欠陥を取り除くことも可能である。例えば、800、850、900、または950℃超での比較的高温の焼鈍は、薄膜本体中の大抵の注入損傷を修理するであろう。剥離後、自立式薄膜は、ドナー本体は上面に残ったままで、サセプタに接触することも可能である。ドナー本体は、薄膜と反対側のドナー本体の表面に変形力を印加することによって、剥離された薄膜から離れて変形することも可能である。この方法は、厚さ50μm未満で、薄膜を損傷することがない薄膜からドナーを分離するために十分に穏やかな力を印加することも可能である。真空チャック装置は、その後、薄膜と反対側のドナー本体の表面との接触のためにドナー本体の上面に配置される。真空チャック装置の第1のチャックプレートは、図5(チャックプレート515)のように薄膜と反対側の全表面、または図6(チャックプレート615)のように薄膜と反対側の表面の一部を覆うことも可能である。第1のチャックプレートは、多孔質プレート(例えば、多孔質黒鉛、多孔質窒化ホウ素、多孔質シリコン、多孔質炭化シリコン、レーザ穴開けシリコン、レーザ穴開け炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、またはそれらの任意の組み合わせ)であってもよく、または真空チャネルを含んでもよい。真空は、第1のチャックプレートを介して印加され、真空がドナー本体をチャックする。次に、第1のチャックプレートは偏向する。圧力は、屈曲装置の背面に印加されることも可能であり、屈曲装置のわずかな偏向を惹起させ、プレートと真空チャックされたドナー本体とを接触させる。これらの真空チャック法の態様は、ドナー本体の縁部が、まず、薄膜から後退し、空気がドナーと薄膜表面との間に突入するのを可能にすることである。この動作は、物理的欠陥の出現をもたらす場合がある、新たに形成された薄膜の表面上の吸気を除去する。   It has been discovered that the implantation step to define the cleavage plane can cause damage to the crystal lattice of the single crystal donor wafer. This damage, if not repaired, can impair the efficiency of the battery. In the present disclosure, annealing can also remove residual physical defects in the peeled film. For example, relatively high temperature annealing above 800, 850, 900, or 950 ° C. will repair most implantation damage in the thin film body. After exfoliation, the free-standing film can contact the susceptor while the donor body remains on the top surface. The donor body can be deformed away from the peeled thin film by applying a deformation force to the surface of the donor body opposite the thin film. This method can also apply a sufficiently gentle force to separate the donor from the thin film that is less than 50 μm thick and does not damage the thin film. The vacuum chuck device is then placed on the upper surface of the donor body for contact with the surface of the donor body opposite the membrane. The first chuck plate of the vacuum chuck device has a whole surface opposite to the thin film as shown in FIG. 5 (chuck plate 515) or a part of the surface opposite to the thin film as shown in FIG. 6 (chuck plate 615). It is also possible to cover. The first chuck plate is a porous plate (for example, porous graphite, porous boron nitride, porous silicon, porous silicon carbide, laser drilled silicon, laser drilled silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride). , Or any combination thereof) or may include a vacuum channel. A vacuum is applied through the first chuck plate, and the vacuum chucks the donor body. Next, the first chuck plate is deflected. The pressure can also be applied to the back of the bending device, causing a slight deflection of the bending device and bringing the plate and vacuum chucked donor body into contact. An aspect of these vacuum chucking methods is that the edge of the donor body is first retracted from the film, allowing air to enter between the donor and the film surface. This action removes inspiration on the surface of the newly formed film that may lead to the appearance of physical defects.

ここで図5Aおよび5Bを参照すると、いくつかの実施形態では、ドナー本体からの薄膜の分離は、屈曲プレートを使用して、薄膜から離れてドナー本体を変形させることによって起こる。変形は、自立式薄膜中の欠陥形成を最小化するやり方で、自立式膜からのドナー本体の分離を容易にすることも可能である。図5Aは、ドナー本体20が真空チャック等の分離チャック500と結合される、本方法の実施形態の第1のステップを図示する。チャック500は、真空チャネル525を介して印加された真空圧またはその他の粘着力によって、薄膜40と反対側のドナー本体20の表面520に対して保持することも可能である第1のチャックプレート515を含んでもよい。第1のチャックプレート515は、コンプライアントアーム、屈曲アーム、屈曲プレート535等のような屈曲装置に結合されることも可能である。屈曲装置は、補強プレート545または支持アーム、旋回軸点等に結合されることも可能である。剥離された薄膜40は、サセプタアセンブリ402内のサセプタプレート405に分離可能に接触することも可能である。付加的接触力は、真空チャネル410を介して印加される真空圧によってサセプタプレート405に印加されることも可能である。分離は、薄膜と反対側のドナー本体の表面を屈曲させる屈曲装置に力を適用することによって達成される。この分離の実施形態は、図5Bに図示され、屈曲プレート535の撓曲および薄膜40から離れたドナー本体20の最終的な変形を示す。本実施形態では、屈曲プレート535、第1のチャックプレート515およびチャックされたドナー本体20のわずかな偏向を惹起する正圧が、チャネル555を介して屈曲プレート535の背面に印加される。正圧は、屈曲プレート535と補強プレート545との間に、ガス流動等のいずれの手段によっても印加されることが可能である。ドナー本体20の一部は、サセプタプレート405上で定常なままである劈開された薄膜40から離れたドナー本体の分離を開始するように、薄膜から1〜3mm以上で変形されることも可能である。代替の実施形態では、ドナー本体は、サセプタプレートに固定されたままであってもよいが、劈開された薄膜は、チャックプレートに取り付けられ、上記のようにドナー本体から分離される。   Referring now to FIGS. 5A and 5B, in some embodiments, separation of the thin film from the donor body occurs by using a bending plate to deform the donor body away from the thin film. The deformation can also facilitate the separation of the donor body from the free-standing film in a manner that minimizes defect formation in the free-standing film. FIG. 5A illustrates a first step of an embodiment of the method in which the donor body 20 is coupled to a separation chuck 500 such as a vacuum chuck. The chuck 500 can also be held against the surface 520 of the donor body 20 opposite the thin film 40 by vacuum pressure or other adhesive force applied through the vacuum channel 525. May be included. The first chuck plate 515 can also be coupled to a bending device such as a compliant arm, a bending arm, a bending plate 535, and the like. The bending device can also be coupled to the reinforcing plate 545 or the support arm, the pivot point and the like. The peeled thin film 40 can also detachably contact the susceptor plate 405 in the susceptor assembly 402. The additional contact force can also be applied to the susceptor plate 405 by a vacuum pressure applied through the vacuum channel 410. Separation is achieved by applying a force to a bending device that bends the surface of the donor body opposite the membrane. This separation embodiment is illustrated in FIG. 5B and shows the bending of the bending plate 535 and the final deformation of the donor body 20 away from the membrane 40. In this embodiment, a positive pressure that causes a slight deflection of the bending plate 535, the first chuck plate 515 and the chucked donor body 20 is applied to the back surface of the bending plate 535 via the channel 555. The positive pressure can be applied between the bending plate 535 and the reinforcing plate 545 by any means such as gas flow. A portion of the donor body 20 can also be deformed from 1 to 3 mm or more from the membrane to initiate separation of the donor body away from the cleaved membrane 40 that remains stationary on the susceptor plate 405. is there. In an alternative embodiment, the donor body may remain secured to the susceptor plate, but the cleaved membrane is attached to the chuck plate and separated from the donor body as described above.

図6Aおよび6Bは、分離チャックが薄膜40と反対側のドナー本体20の表面の一部のみに粘着し、かつリジッドアーム635である屈曲装置に結合される、第1のチャックプレート615を含む、分離プロセスの実施形態を図示する。第1のチャックプレート615とドナー本体20との間の粘着は、真空チャネル625を介して伝えられる真空力を利用してもよい。第1のチャックプレート615は、多孔質であってもよい。リジッドアーム635は、旋回軸点645またはドナー本体から離れてリジッドアームを動かすように設計されている他の装置に結合されることも可能である。薄膜40は、サセプタプレート405に、固定され、または接触するのみでもよい。図6Bに示すように薄膜40から離れてリジッドアーム635を屈曲させることは、サセプタプレート405上で定常なままである薄膜40から離れてドナー本体20の一部の変形をもたらす。代替の実施形態では、ドナー本体は、サセプタプレートに固定されたままでもよいが、劈開された薄膜は、チャックプレート615に取り付けられ、かつ上記のようにドナー本体から分離される。焼鈍ステップは、注入、剥離ステップ、または分離ステップ中に薄膜の本体中の結晶格子に引き起こされた損傷を修復するために、自立式薄膜の分離後等、プロセスのいずれの段階においても行われてもよい。焼鈍は、薄膜が、任意の時間の間、例えば、500度超の温度で、例えば、550、600、650、700、800、850度以上、約950度以上で、サセプタアセンブリ上の適所にあるままである間に行われてもよい。構造は、例えば、約650度で約45分間、もしくは約800度で約10分間、または約950度で120秒以下の間、焼鈍されてもよい。多くの実施形態では、温度は、少なくとも60秒間、850度を超過える。いくつかの実施形態では、ドナーの構造および電子特性が注入―剥離プロセスの後続の反復のために保存されるように、薄膜を700℃以上の温度まで焼鈍する前にドナー本体を取り外すことは有利である。   6A and 6B include a first chuck plate 615 in which the separation chuck adheres to only a portion of the surface of the donor body 20 opposite the membrane 40 and is coupled to a bending device that is a rigid arm 635. Figure 3 illustrates an embodiment of a separation process. The adhesion between the first chuck plate 615 and the donor body 20 may utilize a vacuum force transmitted through the vacuum channel 625. The first chuck plate 615 may be porous. Rigid arm 635 can also be coupled to pivot point 645 or other device designed to move the rigid arm away from the donor body. The thin film 40 may be fixed or only in contact with the susceptor plate 405. Bending the rigid arm 635 away from the membrane 40 as shown in FIG. 6B results in some deformation of the donor body 20 away from the membrane 40 that remains stationary on the susceptor plate 405. In an alternative embodiment, the donor body may remain fixed to the susceptor plate, but the cleaved membrane is attached to the chuck plate 615 and separated from the donor body as described above. An annealing step is performed at any stage of the process, such as after free-standing thin film separation, to repair damage caused to the crystal lattice in the body of the thin film during the implantation, delamination step, or separation step. Also good. Annealing is in place on the susceptor assembly for any time, for example, at temperatures above 500 degrees, for example, 550, 600, 650, 700, 800, 850 degrees or more, about 950 degrees or more. It may be done while remaining. The structure may be annealed, for example, at about 650 degrees for about 45 minutes, or at about 800 degrees for about 10 minutes, or at about 950 degrees for 120 seconds or less. In many embodiments, the temperature can exceed 850 degrees for at least 60 seconds. In some embodiments, it is advantageous to remove the donor body before annealing the thin film to a temperature of 700 ° C. or higher so that the donor's structural and electronic properties are preserved for subsequent iterations of the implant-peel process. It is.

光起電装置は、薄膜が焼鈍された後に、自立式の薄い薄膜から製作されることも可能である。薄膜は、2010年12月29日に出願された米国特許出願第12/980,424「A Method to Form a Device by Constructing a Support Element on a Thin Semiconductor Lamina」に記載され、参照することによって本明細書に組み込まれる、この目的の更なる加工のための一時的または恒久的支持に移動されてもよい。これは、例えば、真空パドル(図示せず)を使用して成されてもよい。この移動に影響するように、真空パドルが第2の表面上に置かれる一方、第1の表面上の真空が解放される。真空パドルへの移動に続き、第2の表面は、真空によって担持される一方、第1の表面は曝露される。図7Aを参照すると、薄膜40は、例えば、接着剤を使用して、一時的キャリア50に付加される。この接着剤は、中程度の温度(最高約200度)を許容しなくてはならず、容易に放出可能でなくてはならない。好適な接着剤は、例えば、炭化水素可溶性の、無水マレイン酸およびロジンを伴うポリエステル、または界面活性剤可溶性のポリイソブチレンおよびロジンを含む。一時的キャリア50は、例えば、ガラス、金属、ポリマー、シリコン等、任意の好適な材料であってもよい。移動に続き、第1の表面10は、接着剤によって一時的キャリア50に担持されるであろう一方、第2の表面62は曝露される。   The photovoltaic device can also be fabricated from a free-standing thin film after the film is annealed. The thin film is described in U.S. Patent Application No. 12 / 980,424, filed December 29, 2010, "A Method to Form a Device by Support Element on a Thin Semiconductor," the present specification. It may be moved to temporary or permanent support for further processing for this purpose, which is incorporated into the document. This may be done, for example, using a vacuum paddle (not shown). To affect this movement, a vacuum paddle is placed on the second surface while the vacuum on the first surface is released. Following movement to the vacuum paddle, the second surface is carried by the vacuum while the first surface is exposed. Referring to FIG. 7A, the thin film 40 is applied to the temporary carrier 50 using, for example, an adhesive. The adhesive must tolerate moderate temperatures (up to about 200 degrees) and must be easily releasable. Suitable adhesives include, for example, hydrocarbon soluble polyesters with maleic anhydride and rosin, or surfactant soluble polyisobutylene and rosin. The temporary carrier 50 may be any suitable material such as glass, metal, polymer, silicon, and the like. Following movement, the first surface 10 will be carried on the temporary carrier 50 by the adhesive while the second surface 62 is exposed.

図7Bに図示されるように、光起電装置を形成する更なる加工が後に続いてもよい。剥離によって引き起こされる損傷を除去するためのエッチステップは、例えば、フッ化水素(HF)酸および硝酸の混合を塗布することによって、またはKOHを使用して、行われてもよい。焼鈍が、全てのまたはほぼ全ての損傷を除去するのに充分であり、このエッチは不必要であると分かる場合がある。表面は、薄いHF溶液を使用して、例えば、10:1HFで2分間で、有機材料および残留酸化物から取り除かれてもよい。この湿式プロセスに続き、非晶質シリコン層72が、第2の表面62上に蒸着される。この層72は、高濃度ドープのシリコンであり、例えば、約50から約350オングストロームの間の厚さを有してもよい。図7Bは、第2の表面62とドープ層72との間に、両方と直に接触する、固有またはほぼ固有の非晶質シリコン層74を含む、実施形態を示す。他の実施形態では、層74は、省略されてもよい。本実施例では、高濃度ドープのシリコン層72は、高濃度ドープのn型、すなわち低濃度ドープのn型薄膜40と同じ導電型である。低濃度ドープのn型薄膜40は、形成される光電池のベース領域を備え、高濃度ドープの非晶質シリコン層72は、ベース領域への電気的接触を提供する。含まれる場合には、層74は、薄膜40と高濃度ドープのシリコン層72との間の電気的接触を邪魔しないほど、充分に薄い。   Further processing to form the photovoltaic device may be followed, as illustrated in FIG. 7B. An etch step to remove damage caused by exfoliation may be performed, for example, by applying a mixture of hydrofluoric (HF) acid and nitric acid, or using KOH. Annealing is sufficient to remove all or nearly all damage, and this etch may prove unnecessary. The surface may be removed from the organic material and residual oxide using a thin HF solution, for example at 10: 1 HF for 2 minutes. Following this wet process, an amorphous silicon layer 72 is deposited on the second surface 62. This layer 72 is heavily doped silicon and may, for example, have a thickness between about 50 and about 350 angstroms. FIG. 7B illustrates an embodiment that includes a native or near native amorphous silicon layer 74 between the second surface 62 and the doped layer 72 that is in direct contact with both. In other embodiments, layer 74 may be omitted. In the present embodiment, the heavily doped silicon layer 72 has the same conductivity type as the heavily doped n-type, that is, the lightly doped n-type thin film 40. The lightly doped n-type thin film 40 comprises the base region of the photovoltaic cell to be formed, and the heavily doped amorphous silicon layer 72 provides electrical contact to the base region. If included, layer 74 is thin enough that it does not interfere with electrical contact between thin film 40 and heavily doped silicon layer 72.

透明導電酸化(TCO)層110は、非晶質シリコン層74上に形成され、非晶質シリコン層74と直に接触する。TCO110に対する適切な材料は、インジウムスズ酸化物およびアルミニウムでドープされた酸化亜鉛を含む。この層は、例えば、おおよそ約500から約1500オングストロームの間の厚さ、例えば、約750オングストロームの厚さであってもよい。この厚さは、蒸着された反射層からの反射を高めるであろう。いくつかの実施形態では、この層は、実質的にはより薄く、例えば、約100から約200オングストロームであってもよい。非晶質シリコン層76は、薄膜の焼鈍にも、第2の表面に適用されてもよい。   A transparent conductive oxide (TCO) layer 110 is formed on the amorphous silicon layer 74 and is in direct contact with the amorphous silicon layer 74. Suitable materials for TCO 110 include indium tin oxide and zinc oxide doped with aluminum. This layer may be, for example, approximately between about 500 and about 1500 angstroms thick, for example, about 750 angstroms thick. This thickness will enhance the reflection from the deposited reflective layer. In some embodiments, this layer may be substantially thinner, for example, from about 100 to about 200 angstroms. The amorphous silicon layer 76 may also be applied to the second surface for thin film annealing.

図7Cに示される完成した装置に見出されるように、入射光は、第1の表面10で薄膜40へ進入するであろう。薄膜40を通過した後、吸収されていない光は、第2の表面62で薄膜40から退出し、その後、TCO層110を通過するであろう。TCO層110上に形成される反射層12は、第2の機会に吸収されるように、この光を電池の中へと反射し返し、効率を向上させるであろう。導電性の反射金属が、反射層12に対して使用されてもよい。種々の層または積層が使用されてもよい。一実施形態では、反射層12は、例えば、約30または50オングストロームから約100オングストロームのクロムの非常に薄い層に続き、約1,000から約3,000オングストロームの銀を、TCO層110上に蒸着することによって形成される。描写しないものの、代替の実施形態では、反射層12は、約1000から約3000オングストロームの厚さを有する、アルミニウムであってもよい。次のステップでは、層はめっきによって形成されるであろう。従来のめっきは、アルミニウム層上に行うことはできないため、アルミニウムが反射層12に対して使用される場合、追加の1つまたは複数の層は、めっきにシード層を提供するように追加されなくてはならない。一実施形態では、例えば、約200から約300オングストロームの間の厚さの、例えば、チタンの層に続いて、例えば、約500オングストロームの任意の好適な厚さを有してもよい、例えば、コバルトのシード層となる。   Incident light will enter the thin film 40 at the first surface 10 as found in the completed device shown in FIG. 7C. After passing through the thin film 40, unabsorbed light will exit the thin film 40 at the second surface 62 and then pass through the TCO layer 110. The reflective layer 12 formed on the TCO layer 110 will reflect this light back into the cell so as to be absorbed at the second opportunity, improving efficiency. A conductive reflective metal may be used for the reflective layer 12. Various layers or laminates may be used. In one embodiment, the reflective layer 12 follows a very thin layer of, for example, about 30 or 50 angstroms to about 100 angstroms of chromium, and about 1,000 to about 3,000 angstroms of silver on the TCO layer 110. It is formed by vapor deposition. Although not depicted, in an alternative embodiment, the reflective layer 12 may be aluminum having a thickness of about 1000 to about 3000 angstroms. In the next step, the layer will be formed by plating. Since conventional plating cannot be performed on an aluminum layer, when aluminum is used for the reflective layer 12, no additional layer or layers are added to provide a seed layer for plating. must not. In one embodiment, for example, following a layer of titanium, for example, between about 200 and about 300 angstroms thick, may have any suitable thickness, for example, about 500 angstroms, for example, Cobalt seed layer.

金属支持要素60は、反射層12(本実施形態ではクロム/銀の積層)上に、形成される。いくつかの実施形態では、金属支持要素60は、電気めっきによって形成される。一時的キャリア50および薄膜40、ならびに関連層は、電解質浴の中に浸漬される。電極が反射層12に取り付けられ、電流が電解質を通過した。電解質浴からのイオンは、反射層12上に集積し、連続した金属支持要素60を形成する。金属支持要素60は、例えば、ニッケルおよび鉄の合金であってもよい。鉄はより安価である一方、ニッケルの熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数により良く合致し、後のステップの間に応力を減少させる。金属支持要素60の厚さは、所望される通りであってもよい。金属支持要素60は、光電池を形成するように、構造上の支持を提供するのに十分厚くあるべきである。より厚い支持要素60は、内反の傾向がより少ない。対照的に、厚さを最小化することによって、費用が削減される。当業者は、これらの懸念の平衡を保つように、好適な厚さおよび鉄対ニッケルの比率を選択するであろう。金属支持要素60の厚さは、例えば、おおよそ約25から約100ミクロン、例えば、約50ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態では、鉄―ニッケル合金は、鉄が約55から約65パーセントの間、例えば、鉄60パーセントである。   The metal support element 60 is formed on the reflective layer 12 (in this embodiment, a chromium / silver stack). In some embodiments, the metal support element 60 is formed by electroplating. Temporary carrier 50 and thin film 40, and associated layers are immersed in an electrolyte bath. An electrode was attached to the reflective layer 12 and current passed through the electrolyte. Ions from the electrolyte bath accumulate on the reflective layer 12 and form a continuous metal support element 60. The metal support element 60 may be, for example, an alloy of nickel and iron. While iron is less expensive, the coefficient of thermal expansion of nickel better matches that of silicon, reducing stress during later steps. The thickness of the metal support element 60 may be as desired. The metal support element 60 should be thick enough to provide structural support so as to form a photovoltaic cell. Thicker support elements 60 are less prone to varus. In contrast, cost is reduced by minimizing the thickness. Those skilled in the art will select a suitable thickness and iron to nickel ratio to balance these concerns. The thickness of the metal support element 60 may be, for example, approximately from about 25 to about 100 microns, such as about 50 microns. In some embodiments, the iron-nickel alloy is between about 55 and about 65 percent iron, such as 60 percent iron.

低濃度ドープのn型薄膜40は、光電池のベースを含み、低濃度ドープのp型非晶質シリコン層76は、電池のエミッタとしての機能を果たす。高濃度ドープのn型非晶質シリコン層72は、電池のベース領域への優れた電気的接触を提供するであろう。電気的接触は、電池の両面になされなくてはならない。非晶質シリコン層76への接触は、TCO層112を経由して、グリッド線57によってなされる。金属支持要素60は、導電性であり、導電層12およびTCO層110を経由して、ベース接点72と電気的に接触する。   The lightly doped n-type thin film 40 includes the base of the photovoltaic cell, and the lightly doped p-type amorphous silicon layer 76 serves as the emitter of the cell. The heavily doped n-type amorphous silicon layer 72 will provide excellent electrical contact to the base region of the battery. Electrical contact must be made on both sides of the battery. Contact to the amorphous silicon layer 76 is made by grid lines 57 via the TCO layer 112. Metal support element 60 is electrically conductive and makes electrical contact with base contact 72 via conductive layer 12 and TCO layer 110.

図7Cは、光電池および金属支持要素60を含む、完成した光起電アセンブリ80を示す。代替の実施形態では、使用するドーパントを変更することによって、高濃度ドープの非晶質シリコン層72は、エミッタとして機能を果たしてもよい一方、高濃度ドープのシリコン層76は、ベース領域への接点として機能を果たす。非晶質シリコン層72および76は、自立式薄膜の第1および第2の表面とそれぞれ直に接触してもよい。入射光(矢印によって表示)は、TCO112の上にかかり、高濃度ドープのp型非晶質シリコン層76で電池に進入し、第1の表面10で薄膜40に進入し、薄膜40を通って動く。反射層12は、電池の中へ光を反射し返すのに役立つであろう。本実施形態では、レシーバー要素60は、基板として機能を果たす。レシーバー要素60および薄膜40、ならびに関連層は、光起電アセンブリ80を形成する。複数の光起電アセンブリ80は、形成され、支持基板90、または代替的に、支持上板(図示せず)に付加することができる。各光起電アセンブリ80は、光電池を含む。モジュールの光電池は、概して、直列で電気的に接触される。   FIG. 7C shows a completed photovoltaic assembly 80 that includes a photovoltaic cell and a metal support element 60. In an alternative embodiment, by changing the dopant used, the heavily doped amorphous silicon layer 72 may serve as an emitter, while the heavily doped silicon layer 76 is a contact to the base region. As a function. Amorphous silicon layers 72 and 76 may be in direct contact with the first and second surfaces of the free-standing thin film, respectively. Incident light (indicated by an arrow) strikes the TCO 112 and enters the cell with the heavily doped p-type amorphous silicon layer 76, enters the thin film 40 at the first surface 10, and passes through the thin film 40. Move. The reflective layer 12 will help reflect light back into the battery. In this embodiment, the receiver element 60 functions as a substrate. The receiver element 60 and the thin film 40 and associated layers form a photovoltaic assembly 80. A plurality of photovoltaic assemblies 80 can be formed and attached to the support substrate 90, or alternatively to a support top plate (not shown). Each photovoltaic assembly 80 includes a photovoltaic cell. The photovoltaic cells of the modules are generally in electrical contact in series.

サセプタ装置
ここで図8Aおよび8Bを参照すると、先に図4Aおよび4Bに記載されたようなサセプタアセンブリは、1つ以上のサセプタプレートを含むことも可能である。サセプタアセンブリ400は、図8Bに示されるサセプタチャンバ800の下部に配置されてもよく、自立式薄膜を剥離、焼鈍、または分離するために適切な条件を支持するように設計されてもよい。図8Aでは、第1のプレート405は、ドナー本体の第1の表面と接触させるために使用されてもよく、剥離、分離、焼鈍、またはそれらの任意の組み合わせの間に、薄膜のための分離可能な支持を提供してもよい。第1のサセプタプレート405は、薄膜製造プロセスの至る所で使用されてもよく、または特定のステップのために最適化された別個の特性を有する別個のプレートが使用されてもよい。例えば、ドナー本体は、注入中に第1のサセプタプレートアセンブリと、剥離中に第2のサセプタプレートと、分離中に第3のサセプタプレートと接触してもよい。任意選択の上部表面(例えば、チャック、図示せず)が、第1の表面と反対側のドナー本体の第2の表面との接触のために利用されてもよい。サセプタアセンブリ400は、剥離後に薄い薄膜のための物理的支持を提供し、剥離および利用される焼鈍プロトコルに導電性の熱特性を提供することも可能である。いくつかの実施形態では、第1のサセプタプレート405は、黒鉛等の不活性な固体であってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、ドナー本体または薄膜は、真空浸透性であるサセプタアセンブリに分離可能に接触する。多孔質材料は、真空圧が剥離中にドナー本体または薄膜をサセプタに対して保持することを可能にするように、第1のサセプタプレート405のために使用されてもよい。多孔質材料は、多孔質黒鉛、多孔質窒化ホウ素、多孔質シリコン、多孔質炭化シリコン、レーザ穴開けシリコン、レーザ穴開け炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
Susceptor Apparatus Referring now to FIGS. 8A and 8B, a susceptor assembly as previously described in FIGS. 4A and 4B may also include one or more susceptor plates. The susceptor assembly 400 may be located at the bottom of the susceptor chamber 800 shown in FIG. 8B and may be designed to support appropriate conditions for peeling, annealing, or separating the free-standing film. In FIG. 8A, the first plate 405 may be used to contact the first surface of the donor body and separate for the thin film during peeling, separation, annealing, or any combination thereof. Possible support may be provided. The first susceptor plate 405 may be used throughout the thin film manufacturing process, or a separate plate having distinct properties optimized for a particular step may be used. For example, the donor body may contact a first susceptor plate assembly during infusion, a second susceptor plate during stripping, and a third susceptor plate during separation. An optional top surface (eg, chuck, not shown) may be utilized for contact with the second surface of the donor body opposite the first surface. The susceptor assembly 400 can provide physical support for the thin film after stripping and provide conductive thermal properties for the stripping and annealing protocols utilized. In some embodiments, the first susceptor plate 405 may be an inert solid such as graphite. In some embodiments of the present invention, the donor body or membrane is releasably contacted with a susceptor assembly that is vacuum permeable. A porous material may be used for the first susceptor plate 405 to allow vacuum pressure to hold the donor body or film against the susceptor during stripping. The porous material may be porous graphite, porous boron nitride, porous silicon, porous silicon carbide, laser drilled silicon, laser drilled silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, or any combination thereof. May be included.

真空は、周辺環境(例えば、空気または窒素)の負のゲージ圧を印加することによって、または一連の真空チャネル410を介した定方向の真空圧によって、得られることも可能である。プロセスフローに導電性である多孔質サセプタプレート材料の選択は、剥離プロセスに重要である。剥離プロセスに伝導性である材料特性としては、低い静摩擦係数(値を有するCSF、例えば、0.1〜0.5)、低い硬度(モース硬度計で<10)、およそ15マイクロメートル未満の平均気孔直径、機械を平板化する能力(つまり、これらのサセプタ上で従来の機械技術/材料を使用することができる)、低い粗度(<1μmの粗度)、平面性(本体上で<10μmのうねり)、薄膜とサセプタとの間で静電荷の発生を防止するために十分な電気導電性等が挙げられる。一実施形態では、第1のサセプタプレート405は、ドナー本体の熱膨張係数(CTE)とほぼ同じであるCTEを有してもよい。別の実施形態では、サセプタプレートは、ドナー本体の熱容量と同じまたはそれより低い熱容量を有してもよい。いくつかの実施形態では、ドナー本体は、単結晶シリコンであり、サセプタの熱容量は、シリコンのそれ(約19.8J/mol−°K)とほぼ同じである。   A vacuum can also be obtained by applying a negative gauge pressure of the surrounding environment (eg air or nitrogen) or by a directional vacuum pressure through a series of vacuum channels 410. The selection of a porous susceptor plate material that is conductive to the process flow is important for the stripping process. Material properties that are conductive to the exfoliation process include low coefficient of static friction (CSF with value, eg, 0.1-0.5), low hardness (<10 on a Mohs hardness scale), average less than approximately 15 micrometers Pore diameter, ability to flatten the machine (ie conventional mechanical techniques / materials can be used on these susceptors), low roughness (<1 μm roughness), flatness (<10 μm on the body) Swell) and sufficient electrical conductivity to prevent the generation of electrostatic charges between the thin film and the susceptor. In one embodiment, the first susceptor plate 405 may have a CTE that is approximately the same as the coefficient of thermal expansion (CTE) of the donor body. In another embodiment, the susceptor plate may have a heat capacity that is the same as or lower than the heat capacity of the donor body. In some embodiments, the donor body is single crystal silicon and the heat capacity of the susceptor is approximately the same as that of silicon (about 19.8 J / mol- ° K).

これらの制約で、多くのエンジニアリングセラミックスおよび他の材料が、第1のサセプタプレート405のためにこれらの特性を提供するために、選択される場合がある。一実施形態では、Ringsdorff(商標)黒鉛グレードR6340は、シリコンのそれと類似のCTEを有するので、使用されることが可能である。これは、剥離または焼鈍に関連する熱処理中に、横方向の力がドナー本体または薄膜に印加されるのを防止するために重要である。CTEがシリコンのそれと類似でない黒鉛では、これらの温度変化は、薄膜のしわまたは裂傷をもたらす場合がある。CTEの一致した黒鉛では、薄膜は、これらの温度変化中に、軽い保持真空に留まるか、または全く真空保持に留まらないことも可能である。バルクエッチングは、純度を改善するために、黒鉛に適用されてもよい。通常のバルクエッチングプロセスは、塩化ガスと共に導入された真空チャンバ内での24時間高温焼き出しからなる。   With these constraints, many engineering ceramics and other materials may be selected to provide these properties for the first susceptor plate 405. In one embodiment, Ringsdorff ™ graphite grade R6340 can be used because it has a CTE similar to that of silicon. This is important to prevent lateral forces from being applied to the donor body or film during the heat treatment associated with exfoliation or annealing. For graphite where the CTE is not similar to that of silicon, these temperature changes may result in thin film wrinkles or lacerations. With CTE-matched graphite, the thin film may remain in a light holding vacuum or not hold at all during these temperature changes. Bulk etching may be applied to the graphite to improve purity. A typical bulk etching process consists of high temperature bakeout for 24 hours in a vacuum chamber introduced with chlorinated gas.

剥離プロセスの他の実施形態では、急速の高温熱プロファイルが適用される。これらの実施形態では、オフガスに耐性があり、または800、900または1000℃の高さの温度で分解するサセプタプレートが所望である。サセプタ材料は、材料分解を受けることなく、温度およびプロセスの大気露出に耐えるような、ドナー本体の汚染を防止する特性を有してもよい。材料は、分解に本来的に耐性があってもよく、または上昇した温度で、ドナー本体の汚染へのバリアとしての役割を果たす材料でコーティングされてもよい。例えば、多孔質炭化シリコンは、硬く、耐久性があり、良好なCTEの一致を有するが、柔らかくて低いCSFおよび高純度を有する窒化ホウ素でコーティングされてもよい。他の実施形態では、最適化多孔質/レーザ穴開け材料が利用されることも可能である。レーザ穴開け材料は、チャックのバルクの必要性(多孔度、CTE、平面度/機械加工性)と表面材料の必要性(低いCSF、柔らかさ、高純度等)との間で差別化することを斟酌する。例えば、上にリスト化された所望の特性とのインターフェースを提供する材料は、ベースバルクのために所望である特性を有するストック材料上でコーティングされ得る。他の実施形態では、先に言及された仕様を満たす、金属酸化物、炭化物、窒化物、セラミックス、および高温合金が、使用のための候補である。上記のサセプタ材料の特性は、機械的特性、一様性、および薄膜の純度を含む、製造される薄膜の品質を有益に改良する。   In other embodiments of the stripping process, a rapid high temperature thermal profile is applied. In these embodiments, a susceptor plate that is resistant to off-gas or decomposes at temperatures as high as 800, 900, or 1000 ° C. is desirable. The susceptor material may have properties that prevent contamination of the donor body to withstand temperature and atmospheric exposure of the process without undergoing material degradation. The material may be inherently resistant to degradation or may be coated with a material that acts as a barrier to donor body contamination at elevated temperatures. For example, porous silicon carbide is hard, durable, has good CTE match, but may be coated with boron nitride that is soft and has low CSF and high purity. In other embodiments, an optimized porous / laser drilling material may be utilized. Laser drilling materials should be differentiated between chuck bulk needs (porosity, CTE, flatness / machinability) and surface material needs (low CSF, softness, high purity, etc.) Hesitate. For example, a material that provides an interface with the desired properties listed above can be coated on a stock material that has the desired properties for the base bulk. In other embodiments, metal oxides, carbides, nitrides, ceramics, and high temperature alloys that meet the previously mentioned specifications are candidates for use. The properties of the susceptor material described above beneficially improve the quality of the manufactured thin film, including mechanical properties, uniformity, and thin film purity.

本発明の別の実施形態では、一様な温度プロファイルは、剥離中に、ドナー本体に適用されてもよい。図8Aでは、熱的に異方性である第2のサセプタプレート415は、一様な熱プロファイルの適用を容易にするために、ドナー本体への通常の方向と比較して、ドナー本体と平行な平面で優先的により高い熱伝導性を提供する、第1のプレート405付近に配置されてもよい。剥離温度プロファイルの一様性は、劈開面への垂線と比較して劈開面中で極めて伝導性がある黒鉛材料であり、したがって理想的な平面熱導体である、熱分解炭素の存在によって高められる。熱的に異方性の第2のプレートは、第1のサセプタプレート405の底面への真空圧の分布を容易にするために、真空チャネル410を含んでもよい。別の特徴は、真空圧の分布を改善するサセプタプレートの表面まで機械加工される真空チャネル455を含んでもよい。図9Aに示される実施形態では、放射状経路によって接続される同心円の輪として示される1組の真空チャネル955を有する、第2のサセプタプレート915は、真空圧を分布させ、多孔質サセプタプレートを分離するために使用されてもよい。第2のサセプタプレート915の周囲925の真空チャネルは、1つのサセプタプレートを別の装置またはプレートに固定するために、サセプタプレートの周囲付近で真空圧を分布させるように使用される。   In another embodiment of the invention, a uniform temperature profile may be applied to the donor body during stripping. In FIG. 8A, a thermally anisotropic second susceptor plate 415 is parallel to the donor body compared to the normal orientation to the donor body to facilitate application of a uniform thermal profile. It may be placed near the first plate 405 that provides preferentially higher thermal conductivity in a flat plane. The uniformity of the delamination temperature profile is enhanced by the presence of pyrolytic carbon, a graphite material that is highly conductive in the cleavage plane compared to the normal to the cleavage plane, and is therefore an ideal planar thermal conductor. . The thermally anisotropic second plate may include a vacuum channel 410 to facilitate the distribution of vacuum pressure to the bottom surface of the first susceptor plate 405. Another feature may include a vacuum channel 455 machined to the surface of the susceptor plate that improves the distribution of vacuum pressure. In the embodiment shown in FIG. 9A, a second susceptor plate 915 having a set of vacuum channels 955, shown as concentric rings connected by radial paths, distributes the vacuum pressure and separates the porous susceptor plate. May be used to The vacuum channel around 925 of the second susceptor plate 915 is used to distribute the vacuum pressure around the periphery of the susceptor plate to secure one susceptor plate to another device or plate.

いくつかの実施形態では、サセプタ装置のための加熱源は、サセプタチャンバ内に加熱ランプを埋込むこと等によって、提供されることも可能である。加熱源は、1000℃まで等、注入、剥離、または焼鈍のために必要とされる温度を提供する能力があるいずれの源であってもよい。他の実施形態では、加熱源は、石英加熱またはサセプタアセンブリおよび/またはドナー本体を加熱するためにサセプタチャンバ内に配置された誘導加熱要素等が挙げられるが、これに限定されない、サセプタチャンバから分離して配置されてもよい。   In some embodiments, a heating source for the susceptor device can be provided, such as by embedding a heating lamp in the susceptor chamber. The heating source may be any source capable of providing the temperature required for implantation, stripping, or annealing, such as up to 1000 ° C. In other embodiments, the heating source is separated from the susceptor chamber, including but not limited to quartz heating or an inductive heating element disposed within the susceptor chamber to heat the susceptor assembly and / or the donor body. May be arranged.

更なる実施形態では、分化真空チャネルは、プレート405および415を合わせて固定する真空が、ドナー本体をサセプタアセンブリ400に対して保持する真空から分離されて、サセプタプレート上で使用されることも可能である。図8Aは、分化真空チャネルを有する、例示的なサセプタアセンブリを図示する。保持力を変動させるために、サセプタを介して牽引している真空は、絞られる必要がある場合もある。牽引の第1のサセプタプレート自体への効果に対する薄膜への多孔質材料(例えば、黒鉛)を介しての牽引の効果を遮断するために、この2つのために分化真空チャネルが利用されることも可能である。第1の組のチャネル410は、中心に位置し、これらは、薄膜自体での吸気を制御する。第2の組の真空チャネル460および環状部470は、第1および第2のサセプタの縁部の周りに位置し、中央のドナー本体上でのチャックと関係なく、第1のサセプタを定位置に保持する。この方式を利用することによって、薄膜を取り除いて、サセプタアセンブリを、尚、合わせて保持することが可能である。   In a further embodiment, the differentiation vacuum channel can be used on the susceptor plate, with the vacuum securing the plates 405 and 415 together separated from the vacuum holding the donor body against the susceptor assembly 400. It is. FIG. 8A illustrates an exemplary susceptor assembly having a differentiated vacuum channel. In order to vary the holding force, the vacuum being pulled through the susceptor may need to be throttled. Differentiated vacuum channels may also be used for these two to block the effect of traction through the porous material (eg, graphite) to the thin film against the effect of traction on the first susceptor plate itself. Is possible. The first set of channels 410 is centrally located and these control the inspiration in the membrane itself. A second set of vacuum channels 460 and annulus 470 are located around the edges of the first and second susceptors and place the first susceptor in place regardless of the chuck on the central donor body. Hold. By utilizing this scheme, it is possible to remove the thin film and still hold the susceptor assembly together.

いくつかの実施形態では、真空力は、サセプタアセンブリの冷却に貢献することも可能である焼鈍または剥離プロセス中に、薄膜をサセプタアセンブリに固定するように印加される。焼鈍プロセスまたは剥離プロセスのために必要とされる高温を得るために、サセプタアセンブリは、ドナー本体と下部真空マニホルドとの間に熱中断を提供するプレートを含んでもよい。熱中断としての役割を果たす、第3のサセプタプレート475が、真空マニホルド(図示せず)と第1のサセプタプレート405または第2のサセプタプレート415との間で、図8Aのサセプタアセンブリ400に付加されてもよい。代替の実施形態では、第1または第2のサセプタプレートは、真空マニホルドと薄膜との間で熱中断としての役割を果たすことも可能である。本発明のいくつかの実施形態では、焼鈍および/または剥離での熱中断は、図9Bに示されるディスク975等の石英ディスクによって達成されることも可能である。ディスクの数は、所望の温度範囲および一様性に応じて、1つまたは2つであってもよい。石英の代わりに、高温セラミックス等、焼鈍温度に耐えることができる他の熱絶縁性材料が使用されることも可能である。石英ディスクは、真空が通り抜けることを可能にするように機械加工されるが、尚、分化真空チャネルの内側および外側の環状部を隔離する。この熱中断ディスクは、水冷却されるサセプタアセンブリの下で真空マニホルドを使用すると、危険である場合がある。熱中断は、第1のサセプタプレート405からの熱損失を防止することも可能であり、焼鈍および/または剥離を達成するために必要とされる温度を得ることを潜在的に容易にすることも可能である。焼鈍プロセスを容易にすることも可能である熱中断サセプタプレート475の特性としては、高拡散性異物の低い含有量(20PPM未満の不純物)、シリコンに類似する熱膨張係数(例えば、シリコンCTEの20%以内)、および高い温度互換性(例えば、1,000℃)、ならびに低い電気抵抗が挙げられる。   In some embodiments, a vacuum force is applied to secure the thin film to the susceptor assembly during an annealing or stripping process that can also contribute to cooling the susceptor assembly. In order to obtain the high temperatures required for the annealing or stripping process, the susceptor assembly may include a plate that provides a thermal interruption between the donor body and the lower vacuum manifold. A third susceptor plate 475 serving as a thermal interruption is added to the susceptor assembly 400 of FIG. 8A between a vacuum manifold (not shown) and the first susceptor plate 405 or the second susceptor plate 415. May be. In an alternative embodiment, the first or second susceptor plate can also serve as a thermal interruption between the vacuum manifold and the membrane. In some embodiments of the invention, thermal interruption in annealing and / or delamination can be achieved by a quartz disk, such as disk 975 shown in FIG. 9B. The number of disks may be one or two depending on the desired temperature range and uniformity. Instead of quartz, other thermally insulating materials that can withstand the annealing temperature, such as high temperature ceramics, can be used. The quartz disk is machined to allow vacuum to pass through, but still isolates the inner and outer annular portions of the differentiated vacuum channel. This thermal interruption disk can be dangerous when using a vacuum manifold under a water cooled susceptor assembly. The thermal interruption can also prevent heat loss from the first susceptor plate 405, potentially making it easier to obtain the temperature required to achieve annealing and / or delamination. Is possible. Thermally interrupted susceptor plate 475 characteristics that can also facilitate the annealing process include a low content of highly diffusible foreign matter (impurities less than 20 PPM), a thermal expansion coefficient similar to silicon (eg, 20% of silicon CTE). %), And high temperature compatibility (eg, 1,000 ° C.), as well as low electrical resistance.

図8Aに図示される分化チャネルを有するサセプタアセンブリは、熱積層に関連して示されるが、分化チャネル460/470および熱積層475の機能は、互いと独立して使用されてもよいことに注意されたい。同様に、熱積層は、薄膜を支持する上面の表面が熱中断要素の下のコンポーネントと異なる温度で作動する、いずれの状況でも利用されることも可能である。更に、熱積層(異なる温度で下部表面から上面の表面を分離する熱中断としての石英)の個別の要素は、個別に、異なった順序、または異なった構成で使用されてもよい。   Although the susceptor assembly with differentiated channels illustrated in FIG. 8A is shown in connection with thermal lamination, it should be noted that the functions of differentiation channels 460/470 and thermal lamination 475 may be used independently of each other. I want to be. Similarly, thermal lamination can be utilized in any situation where the top surface that supports the thin film operates at a different temperature than the component under the thermal interruption element. Furthermore, the individual elements of thermal lamination (quartz as a thermal break separating the upper surface from the lower surface at different temperatures) may be used individually, in different orders, or in different configurations.

分離装置
図10Aおよび10Bには、図5Bの方法でドナー本体を薄膜から分離するための分離チャック100の実施形態が示される。作動では、薄膜と反対側のドナー本体の表面は、分離チャックに対して配置され、剥離される(しかし、まだ分離されていない)薄膜本体は、サセプタアセンブリ上に配置されるであろう。あるいは、ドナー本体/薄膜は、この装置で反転されてもよい。図10AおよびBの分離チャック100は、多孔質プレート115(例えば、黒鉛)を含むプレートの積層、可撓性プレート135等の屈曲装置(例えば、アルミニウムまたはPEEK)、および硬い支持プレート145(アルミニウム等)を伴う。多孔質プレート115は、本開示では、黒鉛と呼ばれるものとするが、他の材料も、また、後に記載されるように可能である。硬いプレート145は、中に配分チャネル150を有し、可撓性プレート135の背面に正圧を印加する。配分チャネルは、例えば、放射状チャネルによって接続された同心円の輪として、または線状グリッドとして、構成されてもよい。可撓性プレート135は、円周の周りの硬いプレート145に固定されてもよい。正圧が印加されると、可撓性プレート135の中央部分は、図10Bのように凸形に偏向し、多孔質プレート115にその形に取らせるであろう。可撓性プレートは、例えば、1または2ミリメートルのオーダーで偏向することも可能である。この装置の作動圧は、例えば、0.1〜5バールのいずれの圧力であってもよい。この圧力は、装置内の材料の厚さに依存する。可撓性プレートの要件は、印加される圧力を受ける機械的強度、(ブレーキに対するように)弾性のあるように曲がることへの遵守、加圧された空気に不浸透性であること、である。一実施形態では、多孔質層115は、厚さおよそ3mmであり、不浸透性の可撓性プレート135は、およそ5mmの厚さである。可撓性層135のための他の材料選択としては、アルミニウムのようなしなやかな金属、薄いゲージ鋼、またはポリマー、エラストマーもしくはゴム系材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、ドナー本体(図示せず)は、可撓性プレートと多孔質プレートとの間で真空を印加することによって、多孔質プレート115に対して保持されることも可能である。黒鉛プレートは多孔質であるので、真空は、多孔質プレート115を介して吸気までも提供するために、真空容積への真空インレットを介して、プレート115の後ろの配分チャネル160に印加されることも可能である。
Separation Apparatus FIGS. 10A and 10B show an embodiment of a separation chuck 100 for separating the donor body from the thin film in the manner of FIG. 5B. In operation, the surface of the donor body opposite the membrane is placed against the separation chuck and the peeled (but not yet separated) membrane body will be placed on the susceptor assembly. Alternatively, the donor body / thin film may be inverted with this device. 10A and 10B includes a stack of plates including a porous plate 115 (eg, graphite), a bending device (eg, aluminum or PEEK) such as a flexible plate 135, and a rigid support plate 145 (eg, aluminum). ) Is accompanied. The porous plate 115 shall be referred to as graphite in this disclosure, but other materials are also possible as will be described later. The rigid plate 145 has a distribution channel 150 in it and applies positive pressure to the back of the flexible plate 135. The distribution channel may be configured, for example, as concentric rings connected by radial channels, or as a linear grid. The flexible plate 135 may be fixed to a rigid plate 145 around the circumference. When positive pressure is applied, the central portion of the flexible plate 135 will deflect convexly as shown in FIG. 10B, causing the porous plate 115 to take that shape. The flexible plate can also be deflected, for example, on the order of 1 or 2 millimeters. The operating pressure of this device may be, for example, any pressure from 0.1 to 5 bar. This pressure depends on the thickness of the material in the device. The requirements of the flexible plate are mechanical strength under applied pressure, adherence to elastic bending (as against brakes), impervious to pressurized air . In one embodiment, the porous layer 115 is approximately 3 mm thick and the impermeable flexible plate 135 is approximately 5 mm thick. Other material choices for flexible layer 135 include supple metals such as aluminum, thin gauge steel, or polymer, elastomer or rubber-based materials. In some embodiments, the donor body (not shown) can be held against the porous plate 115 by applying a vacuum between the flexible plate and the porous plate. . Since the graphite plate is porous, a vacuum is applied to the distribution channel 160 behind the plate 115 via a vacuum inlet to the vacuum volume to provide even air intake through the porous plate 115. Is also possible.

実施例
{111}単結晶ドナーウェハからの薄膜形成
プロセスは、{111}のミラー指数を有するドナーウェハで開始する。ほぼ平面であるが、いくつかの先在する構造を有する場合もある第1の表面が、提供される。ドナー本体は、400keVで合計4.0×1016 H atoms/cmのイオン線量を注入された。注入温度は、およそ℃であった。注入は、ドナー本体の第1の表面から劈開面4.5μmをもたらした。ドナー本体は、抵抗比1〜3ohm―cmまでのホウ素等のn型ドーパントをドープされた。
Example Thin Film Formation from {111} Single Crystal Donor Wafer The process begins with a donor wafer having a Miller index of {111}. A first surface is provided that is substantially planar, but may have some pre-existing structure. The donor body was implanted with a total ion dose of 4.0 × 10 16 H atoms / cm 3 at 400 keV. The injection temperature was approximately ° C. The implantation resulted in a cleaved surface of 4.5 μm from the first surface of the donor body. The donor body was doped with an n-type dopant such as boron with a resistance ratio of 1 to 3 ohm-cm.

注入後、ドナーウェハの注入された表面は、サセプタアセンブリと接触した。サセプタアセンブリは、多孔質黒鉛のサセプタプレートを含んだ。付加的に、多孔質黒鉛は、一様に平らで滑らかな表面を提供するために、1500グリットの紙やすりで機械的に滑らかにされた。真空圧は、ウェハに印加されなかった。サセプタアセンブリに一度接触すると、2つの熱傾斜を含む熱剥離プロファイルが適用された。室温で開始し、以下の傾斜順序、400℃まで15℃/sの傾斜、60秒間400℃で保持、それに続いて、700℃まで10℃/sの傾斜、が適用された。この時点で、薄膜は、ドナーウェハから剥離し、10℃/sで950℃まで傾斜し、かつ1分間保持することによって焼鈍された。ウェハは、その後、室温まで冷却させた。   After implantation, the implanted surface of the donor wafer was in contact with the susceptor assembly. The susceptor assembly included a porous graphite susceptor plate. Additionally, the porous graphite was mechanically smoothed with 1500 grit sandpaper to provide a uniformly flat and smooth surface. No vacuum pressure was applied to the wafer. Once in contact with the susceptor assembly, a thermal debond profile including two thermal gradients was applied. Starting at room temperature, the following ramping sequence was applied: 15 ° C./s ramp to 400 ° C., hold at 400 ° C. for 60 seconds, followed by 10 ° C./s ramp to 700 ° C. At this point, the thin film was annealed by peeling from the donor wafer, ramping to 950 ° C. at 10 ° C./s and holding for 1 minute. The wafer was then allowed to cool to room temperature.

ドナー本体は、室温で薄膜から分離されたが、薄膜(以前のドナー本体)の第1の表面は、サセプタプレートに固定されたままであった。−13psiの真空力が、サセプタアセンブリ内の多孔質プレートに印加され、薄膜をサセプタアセンブリに固定した。第1の表面と反対側のドナー本体の第2の表面の一部は、真空線に結合された分離チャックの多孔質プレートに接触した。分離チャックの多孔質プレートは、旋回点を含むリジッドアームに結合された。真空が分離チャックの多孔質プレートに印加されると、プレートの一部は、リジッドアームに旋回点上で旋回させるドナー本体に対して圧縮し、薄膜から離れてドナー本体の一部を持ち上げた。薄膜からの初期的分離後に、ドナー本体は、薄膜から手動で持ち上げられ、プロセスラインに戻された。薄膜は、更に加工されて、光起電力装置を形成した。分離プロセスは、外気温度および大気圧で生じた。   The donor body was separated from the film at room temperature, but the first surface of the film (former donor body) remained fixed to the susceptor plate. A vacuum force of -13 psi was applied to the porous plate in the susceptor assembly to secure the membrane to the susceptor assembly. A portion of the second surface of the donor body opposite the first surface contacted the porous plate of the separation chuck that was coupled to the vacuum line. The porous plate of the separation chuck was coupled to a rigid arm that included a pivot point. When vacuum was applied to the porous plate of the separation chuck, a portion of the plate was compressed against the donor body that caused the rigid arm to pivot on a pivot point, lifting the portion of the donor body away from the membrane. After initial separation from the thin film, the donor body was manually lifted from the thin film and returned to the process line. The thin film was further processed to form a photovoltaic device. The separation process occurred at ambient temperature and atmospheric pressure.

{100}単結晶ドナーウェハからの薄膜
プロセスは、{100}のミラー指数を有するドナーウェハで開始する。ほぼ平面であるが、いくつかの先在する構造を有する場合もある第1の表面が提供される。ドナー本体は、400keVで合計8.0×1016 H atoms/cmのイオン線量を注入された。注入温度は、およそ160℃であった。注入は、ドナー本体の第1の表面から劈開面4.5μmをもたらした。
Thin film processes from {100} single crystal donor wafers begin with a donor wafer having a Miller index of {100}. A first surface is provided that is substantially planar but may have several pre-existing structures. The donor body was implanted with a total ion dose of 8.0 × 10 16 H atoms / cm 3 at 400 keV. The injection temperature was approximately 160 ° C. The implantation resulted in a cleaved surface of 4.5 μm from the first surface of the donor body.

注入後、ドナーウェハの注入された表面は、サセプタアセンブリと接触した。サセプタアセンブリは、多孔質黒鉛のサセプタプレートを含んだ。多孔質黒鉛は、一様に平らで滑らかな表面を提供するために、1500グリットの紙やすりで機械的に滑らかにされた。サセプタアセンブリは、熱的に異方性であった第2のサセプタプレートを更に含んだ。第2のサセプタプレートは、熱分解黒鉛を含み、一様な熱処理を容易にするために、熱的に異方性の材料を提供した。ドナー本体は、第1のサセプタプレートへ−13psiの真空を印加することよって、サセプタアセンブリに固定された。   After implantation, the implanted surface of the donor wafer was in contact with the susceptor assembly. The susceptor assembly included a porous graphite susceptor plate. The porous graphite was mechanically smoothed with 1500 grit sandpaper to provide a uniformly flat and smooth surface. The susceptor assembly further included a second susceptor plate that was thermally anisotropic. The second susceptor plate included pyrolytic graphite and provided a thermally anisotropic material to facilitate uniform heat treatment. The donor body was secured to the susceptor assembly by applying a -13 psi vacuum to the first susceptor plate.

サセプタアセンブリをドナー本体に接触させた後、60秒間保持された第1の剥離温度440℃まで2.3℃/sの熱傾斜率と、それに続いて500秒間保持された490℃まで0.2℃/sの熱傾斜率とを含んだ、熱剥離プロファイルが、適用された。剥離後、ドナー本体の第1の表面である第1の表面と第1の表面と反対側の第2の表面とを含む、薄い自立式薄膜が、3分間、950℃で焼鈍された。ウェハは冷却された。   After contacting the susceptor assembly to the donor body, a thermal ramp rate of 2.3 ° C./s to a first strip temperature of 440 ° C. held for 60 seconds, followed by 0.2 to 490 ° C. held for 500 seconds. A thermal delamination profile was applied, including a thermal ramp rate of ° C / s. After exfoliation, a thin self-supporting thin film including a first surface that was the first surface of the donor body and a second surface opposite the first surface was annealed at 950 ° C. for 3 minutes. The wafer was cooled.

ドナー本体は、室温で薄膜から分離されたが、薄膜(以前のドナー本体)の第1の表面は、印加された−13psiの真空力で、サセプタプレートに固定されたままであった。薄膜の第1の表面と反対側のドナー本体の第2の表面の一部は、真空線に結合された分離チャックの多孔質プレートに接触した。多孔質プレートは、また、旋回点を含むリジッドアームに結合した。真空が多孔質プレートに印加されると、多孔質プレートの一部は、リジッドアームに旋回点上で旋回させるドナー本体に対して圧縮し、薄膜から離れてドナー本体の一部を持ち上げた。ドナー本体は、ドナー本体から手動で持ち上げられ、プロセスラインに戻された。薄膜は、更に加工されて、光起電力装置を形成した。   The donor body was separated from the thin film at room temperature, but the first surface of the thin film (former donor body) remained fixed to the susceptor plate with an applied -13 psi vacuum force. A portion of the second surface of the donor body opposite the first surface of the thin film contacted a porous plate of a separation chuck that was coupled to a vacuum line. The porous plate was also connected to a rigid arm that contained a pivot point. When a vacuum was applied to the porous plate, the portion of the porous plate compressed against the donor body that caused the rigid arm to pivot on the pivot point, lifting the portion of the donor body away from the membrane. The donor body was manually lifted from the donor body and returned to the process line. The thin film was further processed to form a photovoltaic device.

種々の実施形態が、明確および完全にするために、提供されてきた。明らかに、全ての可能な実施形態を一覧として示すのは実際的ではない。本明細書によって情報が与えられる時、本発明の他の実施形態は、当業者には明らかであろう。製作の詳細な方法を本明細書に記載してきたが、同じ構造を形成する、任意の他の方法を使用することができる一方で、結果は、本発明の範囲内に該当する。上述の詳細な記載は、本発明が取ることができる、多くの形態のうちのいくつかのみについて説明している。この理由から、本発明を実施するための形態は、限定するものではなく、例証することを意図している。本発明の範囲を画定するように意図しているのは、全ての同等物を含む、続く特許請求の範囲のみである。   Various embodiments have been provided for clarity and completeness. Obviously, it is not practical to list all possible embodiments. Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art when given the information herein. Although detailed methods of fabrication have been described herein, the results fall within the scope of the present invention, although any other method that forms the same structure can be used. The foregoing detailed description has described only a few of the many forms that this invention can take. For this reason, the form for carrying out the invention is not intended to be limiting, but is intended to be illustrative. It is only the following claims, including all equivalents, that are intended to define the scope of this invention.

Claims (29)

ドナー本体から薄膜を製造する方法であって、
a.ドナー本体の第1の表面にイオン線量を注入して、劈開面を形成するステップと、
b.注入中に前記ドナー本体を注入温度まで加熱するステップと、
c.前記ドナー本体の前記第1の表面をサセプタアセンブリの第1の表面に分離可能に接触させるステップであって、前記ドナー本体の前記第1の表面および前記サセプタアセンブリの前記第1の表面が直接接触している、ステップと、
d.前記ドナー本体に剥離温度を適用して、前記劈開面で前記薄膜を前記ドナー本体から剥離するステップであって、前記ドナー本体の前記第1の表面が前記薄膜の第1の表面を含む、ステップと、
e.前記ドナー本体から前記薄膜を分離するステップと、
f.線量、注入温度、剥離温度、および剥離圧の組み合わせを調整して、前記薄膜内で物理的欠陥がほぼない区域を最大化するステップと、を含む、方法。
A method for producing a thin film from a donor body,
a. Implanting an ion dose into the first surface of the donor body to form a cleavage plane;
b. Heating the donor body to an injection temperature during injection;
c. Detachably contacting the first surface of the donor body with a first surface of a susceptor assembly, wherein the first surface of the donor body and the first surface of the susceptor assembly are in direct contact Step, and
d. Applying a stripping temperature to the donor body to strip the thin film from the donor body at the cleaved surface, wherein the first surface of the donor body includes a first surface of the thin film. When,
e. Separating the thin film from the donor body;
f. Adjusting the combination of dose, implantation temperature, stripping temperature, and stripping pressure to maximize areas of the thin film that are substantially free of physical defects.
前記サセプタアセンブリが前記ドナー本体下に位置付けられ、前記サセプタアセンブリの前記第1の表面への前記ドナー本体の前記第1の表面の分離可能な接触が、前記ドナー本体の重量によって提供される力のみからなる、請求項1に記載の方法。   The susceptor assembly is positioned under the donor body, and the separable contact of the first surface of the donor body to the first surface of the susceptor assembly is only a force provided by the weight of the donor body The method of claim 1, comprising: 前記サセプタアセンブリの前記第1の表面への前記ドナー本体の前記第1の表面の前記分離可能な接触が、前記サセプタへ真空力を印加することを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the separable contact of the first surface of the donor body to the first surface of the susceptor assembly includes applying a vacuum force to the susceptor. 前記剥離温度プロファイルが前記ドナー本体の前記第1の表面中でほぼ一様である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the stripping temperature profile is substantially uniform in the first surface of the donor body. 前記剥離温度プロファイルが、少なくとも1秒毎に1℃の割合で600〜1000℃であるピーク温度へ傾斜することを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the stripping temperature profile comprises ramping to a peak temperature of 600-1000 ° C. at a rate of 1 ° C. at least every second. 剥離温度を適用する前記ステップが、前記ドナー本体を第1の温度のゾーンから第2の温度のゾーンへ動かすことを含み、前記第2の温度が前記第1の温度より高い、請求項1に記載の方法。   The step of applying a stripping temperature comprises moving the donor body from a first temperature zone to a second temperature zone, wherein the second temperature is higher than the first temperature. The method described. 前記物理的欠陥が波面欠陥、放射状条線、剥落、裂傷、穴、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the physical defect is selected from the group consisting of wavefront defects, radial streaks, flaking, lacerations, holes, or any combination thereof. 前記注入温度が80〜250℃である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the injection temperature is 80-250 ° C. 前記薄膜の厚さが1〜20ミクロンである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the thickness of the thin film is 1 to 20 microns. 前記薄膜の前記第1の表面の90%超の表面区域に物理的欠陥がなく、前記薄膜の前記表面区域が前記ドナー本体の前記第1の表面の表面区域にほぼ等しい、請求項1に記載の方法。   The surface area of more than 90% of the first surface of the thin film is free of physical defects and the surface area of the thin film is approximately equal to the surface area of the first surface of the donor body. the method of. 前記剥離が大気圧で起こる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the peeling occurs at atmospheric pressure. 前記ドナー本体から前記薄膜を分離した後、前記サセプタを再使用するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising reusing the susceptor after separating the thin film from the donor body. 前記サセプタアセンブリの前記第1の表面が前記ドナー本体と接触することができる第1のプレートを含み、前記第1のプレートが多孔質材料を含み、その全体を通じて真空圧が行きわたる、請求項1に記載の方法。   The first surface of the susceptor assembly includes a first plate that can contact the donor body, and the first plate includes a porous material through which a vacuum pressure is passed. The method described in 1. 前記第1のプレートが、多孔質黒鉛、多孔質窒化ホウ素、多孔質シリコン、多孔質炭化シリコン、レーザ穴開けシリコン、レーザ穴開け炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または窒化シリコン、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項13に記載の方法。   The first plate is porous graphite, porous boron nitride, porous silicon, porous silicon carbide, laser drilled silicon, laser drilled silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, or silicon nitride, or any of them 14. The method of claim 13, comprising a combination of: 前記第1のプレートが、第1の熱膨張係数を有し、前記ドナー本体が第2の熱膨張係数を有し、前記第1および第2の熱膨張係数がほぼ同じである、請求項13に記載の方法。   14. The first plate has a first coefficient of thermal expansion, the donor body has a second coefficient of thermal expansion, and the first and second coefficients of thermal expansion are substantially the same. The method described in 1. 前記サセプタアセンブリが前記第1のプレート付近に第2のプレートを更に含み、前記第2のプレートが熱的に異方性である、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the susceptor assembly further comprises a second plate near the first plate, wherein the second plate is thermally anisotropic. 前記第2のプレートが熱分解性黒鉛である、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the second plate is pyrolytic graphite. 前記第1のプレートが前記ドナー本体の熱容量よりも低い熱容量を有する材料を含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the first plate comprises a material having a heat capacity that is lower than the heat capacity of the donor body. 前記薄膜を前記ドナー本体から分離することが前記ドナー本体の第2の表面の一部に力を印加することを含み、前記第2の表面が前記薄膜の前記第1の表面と反対側にあり、前記ドナー本体が前記薄膜から離れて変形される、請求項1に記載の方法。   Separating the thin film from the donor body includes applying a force to a portion of the second surface of the donor body, the second surface being opposite the first surface of the thin film. The method of claim 1, wherein the donor body is deformed away from the thin film. 前記薄膜を前記ドナー本体から分離することが前記薄膜の前記第1の表面の一部に力を印加することを含み、前記薄膜が前記ドナー本体から離れて変形される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein separating the thin film from the donor body includes applying a force to a portion of the first surface of the thin film, the thin film being deformed away from the donor body. Method. a.前記薄膜を前記サセプタアセンブリから分離するステップと、
b.前記薄膜の前記第1の表面と直に接触している第1の非晶質シリコン層と、前記薄膜の第2の表面と直に接触している第2の非晶質シリコン層とを有する、光電池を製作するステップと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
a. Separating the thin film from the susceptor assembly;
b. A first amorphous silicon layer in direct contact with the first surface of the thin film; and a second amorphous silicon layer in direct contact with the second surface of the thin film. Manufacturing a photovoltaic cell; and
The method of claim 1, further comprising:
ドナー本体から薄膜を製造する方法であって、
a.ドナー本体の第1の表面にイオン線量を注入して、劈開面を形成することと、
b.サセプタアセンブリの第1の表面に前記ドナー本体を分離可能に接触させることであって、前記ドナー本体および前記サセプタアセンブリの前記第1の表面が直接接触していることと、
c.前記劈開面で薄膜を前記ドナー本体から剥離することであって、前記ドナー本体の前記第1の表面が前記薄膜の第1の表面を含むことと、
d.前記薄膜の前記第1の表面または前記ドナー本体の第2の表面に変形力を印加することによって、前記薄膜の前記第1の表面または前記ドナー本体の前記第2の表面を変形させ、前記薄膜を前記ドナー本体から分離し、前記ドナー本体の前記第2の表面が前記ドナー本体の前記第1の表面と反対側にあることと、を含む、方法。
A method for producing a thin film from a donor body,
a. Implanting an ion dose into the first surface of the donor body to form a cleavage plane;
b. Detachably contacting the donor body with a first surface of a susceptor assembly, wherein the donor body and the first surface of the susceptor assembly are in direct contact;
c. Peeling the thin film from the donor body at the cleaved surface, wherein the first surface of the donor body comprises the first surface of the thin film;
d. Deforming the first surface of the thin film or the second surface of the donor body by applying a deformation force to the first surface of the thin film or the second surface of the donor body; Separating from the donor body, and wherein the second surface of the donor body is opposite the first surface of the donor body.
前記ドナー本体の前記第2の表面を変形させることが、
a.屈曲装置に結合される、第1のチャックプレートを前記ドナー本体の前記第2の表面に結合することと、
b.前記屈曲装置、前記第1のチャックプレートおよび前記ドナー本体を前記薄膜から離れて変形させる、前記変形力を前記屈曲装置に印加することと、を含む、請求項22に記載の方法。
Deforming the second surface of the donor body;
a. Coupling a first chuck plate coupled to a bending device to the second surface of the donor body;
b. 23. The method of claim 22, comprising applying the deforming force to the bending device that deforms the bending device, the first chuck plate, and the donor body away from the thin film.
前記薄膜の前記第1の表面を変形させることが、
a.屈曲装置に結合される、第1チャックプレートを前記薄膜の前記第1の表面に結合することと、
b.前記屈曲装置、前記第1のチャックプレートおよび薄膜を前記ドナー本体から離れて変形させる、前記変形力を前記屈曲装置に印加することと、
を含む、請求項22に記載の方法。
Deforming the first surface of the thin film;
a. Coupling a first chuck plate coupled to a bending device to the first surface of the thin film;
b. Applying the deformation force to the bending device to deform the bending device, the first chuck plate and the thin film away from the donor body;
23. The method of claim 22, comprising:
前記第1のチャックプレートが多孔質材料を含み、その全体を通じて真空圧が行きわたり、前記方法が前記第1のチャックプレートと前記ドナー本体との間で真空圧を印加するステップを更に含み、前記真空圧が前記ドナー本体を前記チャックプレートに結合することを可能にする、請求項23および24に記載の方法。   The first chuck plate includes a porous material, and a vacuum pressure is applied throughout, and the method further includes applying a vacuum pressure between the first chuck plate and the donor body; 25. The method of claims 23 and 24, wherein vacuum pressure allows the donor body to be coupled to the chuck plate. 多孔質材料が、多孔質黒鉛、多孔質窒化ホウ素、多孔質シリコン、多孔質炭化シリコン、レーザ穴開けシリコン、レーザ穴開け炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または窒化シリコンからなる群から選択される、請求項25に記載の方法。   The porous material is selected from the group consisting of porous graphite, porous boron nitride, porous silicon, porous silicon carbide, laser drilled silicon, laser drilled silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, or silicon nitride 26. The method of claim 25. 前記屈曲装置の周辺に取り付けられたバッキングプレートを更に含み、前記変形力を印加する前記ステップが前記屈曲装置と前記バッキングプレートとの間で圧容量を形成することを含む、請求項23および24に記載の方法。   25. The method according to claim 23 and 24, further comprising a backing plate attached to the periphery of the bending device, wherein the step of applying the deforming force comprises forming a pressure capacity between the bending device and the backing plate. The method described. 前記ドナー本体を変形させることが前記薄膜の前記第1の表面から1〜3mmで前記ドナー本体の一部を移動させることを含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein deforming the donor body comprises moving a portion of the donor body from 1 to 3 mm from the first surface of the thin film. 前記薄膜を前記サセプタアセンブリから移動チャックへ移動するステップを更に含み、前記移動チャックが多孔質転送プレートを含み、その全体を通じて真空圧が行きわたり、前記薄膜の第2の表面が前記多孔質転送プレートの第1の表面と分離可能に接触する、請求項22に記載の方法。   Moving the thin film from the susceptor assembly to a moving chuck, the moving chuck including a porous transfer plate, through which a vacuum pressure travels, and the second surface of the thin film is the porous transfer plate 23. The method of claim 22, wherein the method is in detachable contact with the first surface of the substrate.
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