CN101578693B - 光电池装置用二硅化铁的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种光电池装置用二硅化铁的制作方法。所述方法包括提供一至少包括一α相实体、一β相实体与一ε相实体的二硅化铁第一样品，所述方法包括在惰性环境中保持所述二硅化铁第一样品，以及加热所述二硅化铁第一样品以形成二硅化铁第二样品。所述二硅化铁第二样品基本包括β相二硅化铁且具有第一粒径的特征。所述方法包括在二硅化铁第二样品中加入有机溶剂，形成含有二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物，并对含有二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工。所述方法包括将具有第一粒径的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径的二硅化铁第三样品。除去有机溶剂，得到以具有第二粒径且β相实体含量为大约90％或更高为特征的二硅化铁第三样品。
Description
相关申请的相互参考
本申请在美国申请了优先权，临时专利申请号为No.60/976,239，申请日为2007年9月28日；本申请通常所指弗雷德里维克.梅库莱克多等人发明的“光电池用二硅化铁的提纯方法与材料”并为所有目的所引用。
联邦政府资助研究或开发下发明权的声明 不适用
参考“序列表”，表格，或光盘提交的计算机程序列表附件 不适用
背景技术
本发明涉及太阳能电池材料，具体涉及一种太阳能发电装置用半导体材料的制作方法和结构。已通过商业化的二硅化铁实现了该方法和结构，这仅是一个例子，但本发明可能还有其它配置。
从开始以来，人类就一直面临着找到利用能源方法的挑战。能源可分为石化能源、水能、原子能、风能、生物能、太阳能，以及包括木材，煤等占多数的原始型能源。上个世纪，现代文明已依赖于作为重要能源的石化能源。石化能源包括天然气和石油。天然气包括丁烷和丙烷等较轻形式的气体，通常用于家庭取暖和烹饪的燃料。石油包括汽油、柴油、喷气燃料等，通常用于运输。较重形式的石化能源在一些地方也可用作家庭取暖。不幸的是，基于地球上可用总量，石化能源有限且本质上不能再生，另外，由于汽车和使用石化产品的增加，石化能源正成为相当稀缺的资源，随着时间的流逝其最终将耗尽。
最近，已迫切需要清洁能源。水力发电就是清洁能源的一个例子，通过修建大型水坝，阻挡水的流动，通过水力驱动发电机发电，如内华达州的胡佛水坝，其所发的电供加利福尼亚州洛杉矾市的大部分地区使用。清洁且能再生的能源也包括风能、生物能，等等。即，风力机将风能转化为更有用的形式的能量如电能。其它形式的清洁能源包括太船能。该发明背景以及下面更具体的叙述揭示了太阳能详细情况。
太阳能通常将来自太阳的电磁辐射转换为能源的其它有用形式，包括热能和电力。通常通过太阳能电池来应用太阳能。虽然太阳能清洁且在一定程度获得了成功，其在全世界广泛应用之前仍存在许多缺陷。例如，一种太阳能电池采用结晶材料，该结晶材料由半导体锭构成，这些结晶材料包括将电磁辐射转换为电流的光电二极体装置。结晶材料生产成本高，很难大量生产。另外，采用结晶材料制成的装置能源转换效率低。其他类型的太阳能电池采用薄膜技术，形成薄膜的感光材料，将电磁辐射转换为电流。在利用薄膜技术制作太阳能电池时也存在类似的缺陷，也就是说，效率通常也低。另外，膜的可靠性差，在常规应用环境中使用期限短。通常通过机械设备很难将薄膜与其他材料集成为一体。本专利说明书以及下面更具体的叙述揭示了这些常规技术的缺陷。
综上所述可以看出，迫切需要生产太阳能电池材料的改进技术及合成装置的技术。
发明概述
本发明实施范例涉及一种光电池用半导体材料的制作方法与系统，具体涉及一种光电池装置用半导体材料的制作方法与结构。已利用所述方法来提供光电池用β二硅化铁，这仅是一个例子，但本发明更广泛的应用范围也将获得认可。
在一个具体实施范例中，所述方法包括提供二硅化铁第一样品。所述二硅化铁第一样品至少包括α相二硅化铁、β相二硅化铁与ε相硅化铁并具有第一粒径特征。所述方法包括在惰性环境中保持二硅化铁第一样品并在惰性环境中对二硅化铁第一样品进行加热，以形成二硅化铁第二样品。所述二硅化铁第二样品基本包括β相二硅化铁(大于大约90％)。所述二硅化铁第二样品具有第二粒径特征。所述方法包括形成含有二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物。在一个具体实施范例中，所述的材料的第一混合物包括经过研磨加工的二硅化铁第二样品。所述方法包括除去有机溶剂，得到基本包括β二硅化铁的二硅化铁第三样品。所述二硅化铁第三样品具有第三粒径特征。
在一个具体实施范例中，所述方法包括提供二硅化铁第一样品。所述二硅化铁第一样品至少包括一α相实体、一β相实体以及一ε相实体，所述α相实体的范围大约为全相实体的5％到20％，所述β相实体范围大约为全相实体的30％到75％，所述ε相实体范围大约为全相实体的5％到20％。所述方法包括在氮，氦，氩等惰性环境中保持二硅化铁第一样品。 所述方法包括在惰性环境中加热二硅化铁第一样品，以形成二硅化铁第二样品。所述二硅化铁第二样品基本包括β相二硅化铁并具有范围为大约1微米到大约20微米的第一粒径特征。所述方法包括在第二样品中加入有机溶剂形成二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物。在一个具体实施范例中，对含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工，将具有第一粒径特征的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径特征的二硅化铁第三样品。在一个具体实施范例中，所述第二粒径范围为大约1微米到大约2微米。所述方法还包括从二硅化铁第三样品中除去有机溶剂，得到具有第二粒径特征且β相实体大于大约90％的二硅化铁第三样品。
本发明所提供的方法可实现多种优点。例如本发明采用商业化二硅化铁作为原材料制作纯度相当高的β相二硅化铁。所述纯度相当高的β相二硅化铁可进一步加工得到具有所需特征的二硅化铁，如粒径、带隙、电阻、载体迁移率、载流密度等特征。另外，本方法采用无毒环保材料。根据所述实施范例，可实现一种或多种优点。本说明书将对这些和其他优点进行详尽描述，具体见下文。
附图说明
图1为根据本发明所述实施范例，制作β相二硅化铁的流程图。
图2-6为根据本发明所述实施范例，制作β相二硅化铁的示意图。
发明详述
根据本发明所述的实施范例，涉及一种光电池用半导体材料的制作方法与系统，具体涉及一种生产光电池装置用半导体材料的制作方法与结构。已利用所述方法来提供光电池用β二硅化铁，这仅是一个例子，但本发明更广泛的应用范围也将得到认可。
图1为根据本发明所述实施范例，制作β相二硅化铁样品的流程图100。所述方法可概括如下：
1.第102步：开始；
2.第104步：提供包括一α相实体、一β相实体以及一ε相实体的二硅化铁第一样品；
3.第106步：加热二硅化铁样品；
4.第108步：将二硅化铁第一样品转换为基本含β相实体(例如大于大约90％)并具有第一粒径(大约20目)特征的二硅化铁第二样品；
5.第110步：混合二硅化铁第二样品与溶剂；
6.第112步：研磨；
7.第114步：干燥；
8.第116步：获得基本含β相二硅化铁并具有第二粒径(大约1微米到2微米)特征的二硅化铁第三样品；
9.第118步：结束。
以上各步骤概括了根据本发明所述实施范例，制作基本含β相二硅化铁的二硅化铁样品的方法。如图所示，所述方法采用了综合步骤，包括通过加热过程将α相以及ε相二硅化铁转换为β相二硅化铁。另外，所述方法采用研磨工艺，获得基本含具有所需粒径的β相二硅化铁的二硅化铁样品。已采用该方法制作光电池装置，这仅是一个例子，本发明更广泛的应用范围将获得认可。
图2为根据本发明实施范例制作的二硅化铁(202)第一样品结构简图。可通过美国马萨诸塞州国内一级代理商等商业途径获得二硅化铁第一样品。二硅化铁第一样品至少包括α相二硅化铁、β相二硅化铁以及ε相二硅化铁。所述二硅化铁第一样品包括大约5％到大约20％的α相实体，大约30％到大约75％的β相实体以及大约5％到大约20％的ε相实体。当然也可能有其他变化、修改及选择方式。
参考图3，该图为β相二硅化铁样品制作方法的示意简图。所述简图仅为一个实例，并不过分限制本文所述的权利要求。技术人员应认可其他变化、修改及选择方式。如图所示，在腔室(302)内形成二硅化铁第一样品(304)。在一个具体实施范例中，二硅化铁第一样品保持在所述腔室内的惰性气体环境中。采用氮、氩、氦等可形成惰性环境。如图所示，二硅化铁第一样品保持在惰性环境中时对二硅化铁第一样品进行加热过程(306)，以形成二硅化铁第二样品。在一个具体实施范例中，用大约700摄氏度到大约800摄氏度的温度加热大约16小时到大约17小时。在另一个实施范例中，用大约800摄氏度到大约850摄氏度的温度加热大约16小 时到大约18小时。通过所述加热过程，可将所述α相二硅化铁以及所述ε相硅化铁转换为所述β相实体。所述二硅化铁第二样品基本包括β二硅化铁。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第二样品包括大于大约90％的β二硅化铁。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第二样品具有范围为大约1微米到大约20微米的粒径特征。当然也可能有其他变化、修改及选择方式。
所述方法包括允许将二硅化铁第二样品大致冷却到大约室温。在一个具体实施范例中，冷却后的二硅化铁第二样品与适当有机溶剂混合，以形成图4所示的材料的第一混合物(402)。该有机溶剂可包括烷类(如辛烷)，或醇类(如异丙醇)有机溶剂等。在一个具体实施范例中，如图5所示，对所述的材料的第一混合物进行研磨加工过程，所述材料的第一混合物含β相二硅化铁大于90％的二硅化铁第二样品。在一个首选实施范例中，采用球磨技术方法进行研磨加工。也可采用其他研磨工艺。在一个具体实施范例中，采用了多个球体(502)共同研磨的方法。根据应用情况，所述多个球体可为金属球或陶瓷球。在一个具体实施范例中，所述多个球体为二氧化锆制作的陶瓷球。在一个具体实施范例中，每个球体直径大约为3毫米。将含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物与多个陶瓷球放入适当的容器内。该类容器可包括Haan、Restsch、德国生产的二氧化锆涂层不锈钢罐。在一个具体实施范例中，将所述装有材料的第一混合物与多个二氧化锆球的容器装入旋转式行星球磨机内。所述旋转式行星球磨机同样由Haan、Restsch、德国生产。根据所述实施范例，研磨时间大约为15小时到大约30小时。另外，根据溶剂与其他条件，可停止球磨以减小所述罐的内部压力，然后大约1小时后继续进行研磨加工。当然，也可能有其他修改、变化以及选择方式。另外，所述实施范例采用涂有二氧化锆(产自Restsch)的不锈钢罐作为混合容器。在所述罐内装有重量大约为50克、直径为3毫米的二氧化锆球，20克二硅化铁第二样品以及15克辛烷等适当溶剂。将所述罐装入旋转式行星球磨机(产自Restsch)后，于400到600rpm的速度研磨大约15到30小时。根据溶剂与其他条件，可停止球磨以减小所述罐的内部压力，然后大约1小时后继续进行研磨加工。
如图6所示，通过干燥过程(602)，除去材料的第一混合物内的有机溶剂，得到二硅化铁第三样品(604)。所述干燥过程可包括真空过程或加热过程，或从材料的第一混合物内蒸发有机溶剂的组合处理。在一个具体 实施范例中，所述二硅化铁第三样品至少包括95％的β相二硅化铁。所述二硅化铁第三样品具有范围为大约1微米到2微米，大小基本一致的粒径606的特征。在一个具体实施范例中，所述二硅化铁第三样品具有范围为0.8eV到0.9eV带隙的所需半导体特征。当然也可能有其他变化、修改及选择方式。
此处描述的实例及实施例仅为说明目的，技术人员可进行各种细小的修改或变化，其将包含在申请范围与附加要求范围内。
Claims (9)
1.一种光电池装置用二硅化铁的制作方法，所述方法包括：
提供至少包括一α相实体、一β相实体与一ε相实体的二硅化铁第一样品，所述α相实体的范围为全相实体的5％到20％，所述β相实体的范围为全相实体的30％到75％，以及所述ε相实体的范围为全相实体的5％到20％；
在惰性环境中保持二硅化铁第一样品；
保持在惰性环境中对所述二硅化铁第一样品进行加热，以形成二硅化铁第二样品，所述二硅化铁第二样品包括β相二硅化铁并具有范围为15目到25目的第一粒径特征；
在所述二硅化铁第二样品中加入有机溶剂，以形成含有二硅化铁第二样品与有机溶剂的材料的第一混合物；
对含二硅化铁第二样品的材料的第一混合物进行研磨加工，将具有第一粒径的二硅化铁第二样品转换为具有第二粒径的二硅化铁第三样品，所述第二粒径范围为1微米到2微米；
从二硅化铁第三样品中除去有机溶剂；
得到具有第二粒径特征且β相实体大于90％的二硅化铁第三样品。
2.权利要求1所述的方法，其中所述惰性环境由氮、氩、氦形成。
3.权利要求1所述的方法，其中所述加热过程是在800摄氏度到850摄氏度下进行16小时到17小时。
4.权利要求1所述的方法，其中所述加热过程是在700摄氏度到800摄氏度下进行16小时到18小时。
5.权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂选自异丙醇(IPA)及辛烷有机溶剂。
6.权利要求1所述的方法，其中所述二硅化铁第三样品包括大于95％的β相二硅化铁。
7.权利要求1所述的方法，其中所述研磨加工为球磨加工。
8.权利要求7所述的方法，其中所述的球磨加工包括：
采用直径范围为2.5毫米到3.5毫米的多个陶瓷球；
将材料混合物与多个陶瓷球混合放入研磨容器内；并
采用旋转式行星球磨机研磨所述材料混合物。
9.权利要求1所述的方法，其中所述二硅化铁第三样品具有范围为0.8eV到0.9eV的带隙特征。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
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Address after: California, USA Applicant after: STION Corp. Address before: California, USA Applicant before: STION Solar Cell Co.,Ltd. |
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Owner name: STION CORP. Free format text: FORMER NAME: HETF SOLAR INC. Owner name: CM MANUFACTURING INC. Free format text: FORMER NAME: STION CORP. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: California, USA Patentee after: STION Corp. Address before: California, USA Patentee before: HETF solar Address after: California, USA Patentee after: CM manufacturing Co. Address before: California, USA Patentee before: Stion Corp. |
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Effective date of registration: 20150114 Address after: California, USA Patentee after: HETF solar Address before: California, USA Patentee before: Development Specialist Effective date of registration: 20150114 Address after: California, USA Patentee after: Development Specialist Address before: California, USA Patentee before: CM manufacturing Co. |
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