[发明专利]对硅太阳能衬底进行切片的轨道配置和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

[0001]本非临时专利申请要求2008年8月25日提交的美国临时专利申请No.61/091,710的优先权，并且在此针对所有目的通过参考并入该申请的全部内容。

技术领域

[0002]本发明一般涉及包含用于形成衬底的方法和结构的技术。更具体地，本方法和系统提供一种方法和系统，其使用加速器工艺来制造用于各种用途(包括光伏电池)的厚独立式(free standing)半导体膜。但是应认识到本发明具有更宽范围的适用性；它还可以应用于其他类型的用途，例如集成电路器件、光电或光电子器件、压电器件、平板显示器、微机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电路、生物和生物医学器件的三维封装等。

背景技术

[0003]起初，人类依靠“太阳”来取得几乎所有有用形式的能量。所述能量来自石油、辐射、木材和各种形式的热能。仅仅作为实例，人类已经严重地依赖诸如煤和气的石油源用于他们的很多需求。不幸的是，所述石油源已经变得耗尽且已经导致其他问题。作为替代品，在某种程度上，太阳能已经被提出用于减少我们对石油源的依赖性。仅仅作为实例，太阳能可以从通常由硅制成的“太阳能电池”取得。

[0004]硅太阳能电池在被暴露至来自太阳的太阳辐射时产生电能。该辐射与硅原子交互作用并形成电子和空穴，所述电子和空穴迁移到硅本体中的p掺杂区和n掺杂区，并在所述掺杂区之间产生电压差和电流。取决于用途，太阳能电池已经与集中元件(concentratingelement)集成以提高效率。作为实例，太阳辐射使用将所述辐射引导至活性(active)光伏材料的一个或更多部分的集中元件来积累和聚焦。尽管有效，但是这些太阳能电池仍有很多限制。

[0005]仅仅作为一个实例，太阳能电池依赖诸如硅的起始材料(starting material)。这种硅通常使用多晶硅(即多晶体的硅)和/或多晶硅材料制成。这些材料通常难以制造。多晶硅电池通常通过制造多晶硅板来形成。尽管这些板可以有效地形成，但是它们不具备高效太阳能电池的最佳性能。单晶硅具有高级太阳能电池的适当性能。然而，这种单晶硅价格昂贵，还难以按照高效且成本有效的方式用于太阳能用途。此外，多晶硅材料和单晶硅材料在传统制造过程中均遭受称为“刮线损失(kerf loss)”的材料损失，其中，出于铸件或生长晶锭(grown boule)并将材料单片化(singulate)成晶片形式的因素，锯割工艺消除起始材料的多达40％甚至达到60％。这是制备用作太阳能电池的薄多晶硅或单晶硅板的非常低效的方法。

[0006]通常，薄膜太阳能电池通过使用较少的硅材料是价格较不昂贵的，但是它们的非晶或多晶结构与由多晶硅衬底制成的更昂贵的体硅相比效率较低。这些和其他限制可以在本说明书的全文且从以下说明更具体地找到。

[0007]综上，可见用于形成高质量且低成本的适当衬底材料的技术是高度期望的。

发明内容

[0008]根据本发明，提供包括用于形成衬底的方法和结构的技术。更具体地，本方法和系统提供一种方法和系统，其使用加速器工艺和解理(cleave)工艺来制造用于各种用途(包括光伏电池)的厚独立式半导体膜。但是应认识到本发明具有更宽范围的适用性；它还可以应用于其他类型的用途，例如集成电路器件、光电或光电子器件、压电器件、平板显示器、微机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电路、生物和生物医学器件的三维封装等。

[0009]在特定实施例种，本发明提供一种用于由体(bulk)工件制造独立式膜的系统。该系统包括轨道结构(racetrack structure)，该轨道结构被配置为传送至少一个工件。该系统还包括经由终端站耦接至该轨道结构的一个或更多基于加速器的离子注入器。每个基于加速器的离子注入器被配置为将具有大于1MeV的能量的粒子引入以注入到载入终端站的工件表面中，从而在工件中形成解理区。另外，该系统包括耦接到轨道结构的一个或更多解理模块。每个解理模块被配置为进行解理工艺以沿解理区从工件释放独立式膜。并且，该系统包括输出端口和一个或更多服务模块，该输出端口耦接至解理模块以输出从工件分离的独立式膜，每个服务模块连接至轨道结构。