[发明专利]硅＜100＞的自支撑层的分离

说明书

本发明涉及一种用于分离结晶取向<100>的硅的自支撑层的方法，尤其用于光伏领域中的应用。

结晶取向<100>的单晶硅用于在光伏领域中的应用是特别令人感兴趣的。这种硅很容易被结构化，并可以有利地导致表面包括适于光伏电池制造的锥体构造。此外，它也易于钝化使得由这种基板(基底)制成的电池显示出良好的性能。

因此，从结晶取向<100>的硅锭进行研究以便形成自支撑层，即易于操作(manipulable)和可控制(grippable)的层，目的在于形成光伏电池。

例如，已知存在一种通过锯切硅锭的切割方法，通常用于形成约150至200微米厚度的用于光伏应用的基板。但是这种方法会导致由于锯痕而在切割平面处大量损失材料，约50％的初始硅原料。此外，这种技术在所需的自支撑层的厚度从10变化到100微米时难以相容，因为这些层的厚度变得太小而不能承受锯切的机械应力。

还已知存在一种离子物质的高能注入随后在氮下热退火的技术，其导致结晶取向<111>的硅具有良好结果。但是硅<111>由于其结晶取向而不能如光伏应用所需的进行结构化，这降低了制造产量和由此形成的器件的效率。

H.Hassaf等人发表于Nucl.lnstr.and Meth.in Phys.Res.B 240(2005)183-187中题为“Transfer of thin silicon layers by MeV hydrogen implantation”的文献公开了，为了获得硅<111>的层的转移，对于在650KeV至2MeV之间的能量以及在600℃下热处理至少30分钟，需要在5.10¹⁶至8.10¹⁶H/cm²的剂量。然而，这种条件不允许获得硅<100>的转移。必需使用约1.10¹⁷H/cm²的较高剂量以获得取向<100>的自支撑层的分离，这增加了制造成本。

这能够通过以微裂纹发展的最有利的平面是平面<111>的事实进行说明。这个平面实际上是在硅的晶体结构中包括最少平面间键的平面。然而，对于硅<100>，这个平面并不平行于取向<100>的基板表面：因此其与通过注入获得的脆化平面不再平行。因此，在施加热处理时，这些缺陷优选沿平面<111>倾斜发展。因此，断裂更加难以沿着通过注入脆化的平面传播。

本发明的目的之一是克服这些缺点中的至少一种。为此目的，本发明的目的是一种用于分离结晶取向<100>的硅的自支撑层的方法，所述方法具体地为了在光伏领域中应用的目的，所述方法包括由以下构成的步骤：

a-将离子物质注入通过结晶取向<100>的硅基板以便产生在两侧上定界出基板的自支撑层和底板(底片，negative)的脆化平面(embrittlement plane)，以及

b-以大于30℃/s的温度升高(升温，temperature ramp)对注入的基板施加热处理以便分离硅的自支撑层。

在本申请中，对于表述“自支撑层”(或根据英文术语“独立式(free-standing)”)，应该理解为下述硅层，所述硅层显示出足够厚度，产生硅的机械性能，使得所述层本身为足够刚性的，从而为可控制的、可操作的并可用于以后的步骤中，特别是光伏器件的制造中，无需采用强化基板组装所述层。这些通常可以是厚度大于10或甚至20微米的硅层。

还应当理解的是，通过基板表面实施离子物质的注入并且自支撑层定界于脆化平面和通过其实施注入的所述基板的表面之间。

在本申请中，对于短语“脆化平面”，是指平行于注入基板的表面的平面，在此平面中定位最大浓度的注入离子物质并在此平面中集中自支撑层分离之初的晶体缺陷发展的平面。

在本申请中，术语“底板”是指硅基板<100>在硅自支撑层分离之后回收并形成自支撑基板的残余物。底板实际上显示出能够进行操作所需的厚度。