CH670335A5 - - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, insbesondere photovoltai-schen Zellen, und ermöglicht ein verbessertes billiges Herstellungsverfahren für polykristalline Silizium-Solarzellen, wobei die während der Wasserstoffpassivierung erzeugte, beschädigte Oberflächenschicht als Beschichtungsmaske für die Metallisierung der Vorderflächenelektroden verwendet wird. Das erfin-dungsgemässe Verfahren ist im Patentanspruch 1 definiert, und Anwendungen dieses Verfahrens auf in bestimmter Weise hergestellte Silizium-Substrate sind in den Patentansprüchen 5 und 13 definiert. DESCRIPTION This invention relates to a method of manufacturing solid-state semiconductor devices, particularly photovoltaic cells, and enables an improved inexpensive method of manufacturing polycrystalline silicon solar cells, the damaged surface layer generated during the hydrogen passivation being used as a coating mask for the metallization of the front surface electrodes becomes. The method according to the invention is defined in patent claim 1, and applications of this method on silicon substrates produced in a certain way are defined in patent claims 5 and 13.
Bisher umfasste ein übliches Herstellungsverfahren für Silizium-Solarzellen die Schritte: Formen eines PN-Übergangs durch Diffundieren eines passenden Dotier-Mittels in die Vor5 So far, a common manufacturing process for silicon solar cells has involved the steps: Forming a PN junction by diffusing a suitable dopant into the previous5
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derseite eines Silizium-Scheibchens oder -Bandes, Ätzen eines Elektroden-Gittermusters in eine schützende dielektrische Maskenschicht, welche auf der Vorderfläche gebildet war, Ablagern einer Nickelplattierung auf allem Silizium, welches durch das Ätzen freigelegt wurde, Überschichten des Nickels mit Kupfer und Zinn, Entfernen des Restes der dielektrischen Maskenschicht von der Vorderfläche und Aufbringen einer Antirefle-xionsbeschichtung auf die erneut freigelegten Teile der Vorderflächen. the side of a silicon wafer or band, etching an electrode grid pattern in a protective dielectric mask layer which was formed on the front surface, depositing a nickel plating on all silicon which was exposed by the etching, covering the nickel with copper and tin, removing the rest of the dielectric mask layer from the front surface and applying an anti-reflective coating on the re-exposed parts of the front surfaces.
Obwohl ein derartiges Verfahren sowohl auf Einkristall- als auch auf polykristallines Silizium anwendbar ist, lassen Kostengründe es wünschenswert erscheinen, Solarzellen aus letzterem herzustellen. Wegen der Minoritätsträgerverluste an Korngrenzen, Kristallgitterversetzungen und dergleichen jedoch sind, wie gut bekannt, die Wirkungsgrade, welche mit polykristallinen Si-lizium-Solarzellen erzielt werden, im allgemeinen schlechter als solche von monokristallinen Zellen. Dieser Umstand wurde schon durch die Einführung eines einwertigen Elementes, wie beispielsweise Wasserstoff, in das Gefüge verbessert, um die freien Wertigkeiten aus den Gitterfehlstellen abzubinden, wodurch die Rekombinationsverluste der Minoritätsträger minimiert werden. Although such a method is applicable to both single crystal and polycrystalline silicon, cost reasons make it appear desirable to produce solar cells from the latter. However, because of minority carrier losses at grain boundaries, crystal lattice dislocations, and the like, the efficiencies achieved with polycrystalline silicon solar cells are generally worse than those of monocrystalline cells. This fact has already been improved by the introduction of a monovalent element, such as hydrogen, into the structure in order to bind the free values from the lattice vacancies, as a result of which the recombination losses of the minority carriers are minimized.
Wie dem Fachmann bekannt, ist eine wichtige Betrachtung bei der Auslegung einer Zellenbearbeitungsfolge, dass die Kombination von Zeit und Temperatur in jedem beliebigen Schritt nach dem Wasserstoffpassivierungsschritt keine Rückdiffusion des in das Silizium eingebrachten Wasserstoffes aus dem passivierten Substrat heraus verursacht. So wurde beispielsweise gefunden, dass eine wasserstoffpassivierte Zelle, welche im Vakuum während einer halben Stunde einer Temperatur von 600°C ausgesetzt wird, im wesentlichen ihren gesamten gebundenen Wasserstoff verliert und auf ihr Niveau vor der Passivierung zurückkehrt, wie durch die beobachtete, durch Elektronen-Strahl induzierte Stromaktivität bewiesen wurde. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass der Übergangsdiffusionsvorgang bei der Solarzellenherstellung typischerweise Temperaturen in der Grössenordnung von 900°C erfordert. As is known to the person skilled in the art, an important consideration when designing a cell processing sequence is that the combination of time and temperature in any step after the hydrogen passivation step does not cause the hydrogen introduced into the silicon to re-diffuse out of the passivated substrate. For example, it has been found that a hydrogen passivated cell that is exposed to a temperature of 600 ° C for half an hour loses essentially all of its bound hydrogen and returns to its pre-passivation level, as observed by electron Beam induced current activity has been proven. In this context it should be noted that the transition diffusion process in solar cell production typically requires temperatures in the order of 900 ° C.
Es wurde ebenfalls gefunden, dass die Wasserstoffpassivie-rung normalerweise die Zelle auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um Basismetalle, wie Kupfer, zur Migration durch den Übergang zu veranlassen, wodurch eine «weiche» Diode oder ein Kurzschluss verursacht wird. Wie beispielsweise durch C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz und R.V. D'Aiello im Journal of Vacuum Science and Technology, Band 20, Nr. 3, Seiten 430 - 435 (März 1982) gezeigt wurde, kann die Passivierung von polykristallinem Silizium mit einer Kaufman-Ionen-quelle erhalten werden, welche benützt wird, um einen Wasserstoffionenstrahl im Kiloelektronenvolt-Energiebereich zu erzeugen. Relativ kurze Bestrahlungszeiten (z.B. zwischen 0,5 und 4 Minuten) in einem Bereich von hoher Ionenenergie und hohem Fluss (z.B. 1 bis 3 Milliampere pro Quadratcentimeter) erscheinen optimal. Derartige Bestrahlungen resultieren im allgemeinen in einer Temperaturerhöhung des Substrates auf mindestens annäherungsweise 275°C, falls das Substrat sorgfältig mit einer geeigneten Wärmesenke verbunden ist. Andernfalls können Temperaturen über 400°C ohne weiteres erreicht werden. Es ist jedoch wichtig, dass die Temperaturen auf weniger als ca. 300°C begrenzt werden, um schnelle Migration von Basismetallen in die Siliziummatrix zu verhindern. Die Manipulation von Substrat und Wärmesenke zur Kontrolle der Temperatur während der Passivierung wird jedoch leicht zum geschwindigkeitsbestimmenden Faktor bei Hochdurchsatzverfahren mit derartigen Ionenquellen. Es ist daher wünschenswert, das Wärmeabführen zu vermeiden, um ein billiges Hochdurchsatzverfahren zu erhalten. Zusätzlich ist das Wärmeabführen bei EFG-Silizi-umband, welches ökonomisch herstellblar ist, weben Oberflä-chenunregelmässigkeiten schwierig. It has also been found that hydrogen passivation typically heats the cell to a temperature high enough to cause base metals such as copper to migrate through the junction, causing a "soft" diode or short circuit. As for example by C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz and R.V. D'Aiello in the Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 20, No. 3, pages 430-435 (March 1982), the passivation of polycrystalline silicon can be obtained with a Kaufman ion source used to generate a hydrogen ion beam in the kiloelectron volt energy range. Relatively short exposure times (e.g. between 0.5 and 4 minutes) in an area of high ion energy and high flux (e.g. 1 to 3 milliamperes per square centimeter) appear optimal. Such irradiations generally result in an increase in the temperature of the substrate to at least approximately 275 ° C. if the substrate is carefully connected to a suitable heat sink. Otherwise temperatures above 400 ° C can easily be reached. However, it is important that the temperatures are limited to less than approx. 300 ° C in order to prevent rapid migration of base metals into the silicon matrix. The manipulation of substrate and heat sink to control the temperature during passivation, however, easily becomes the speed-determining factor in high-throughput processes with such ion sources. It is therefore desirable to avoid heat dissipation in order to obtain an inexpensive high throughput process. In addition, the heat dissipation with EFG silicon band, which is economically producible, is difficult to weave surface irregularities.
Darüber hinaus ist die Wasserstoffpassivierung am wirksamsten, wenn die Siliziumbasisfläche freiliegt. Jegliche «positive» Beschichtungsmaske, welche benützt wird, um das Vorder-flächenelektrodengittermuster durch Abdecken der Zwischenbereiche zwischen den Elektroden auf der Vorderfläche zu definieren, sollte somit während der Passivierung nicht an Ort und Stelle sein. In addition, hydrogen passivation is most effective when the silicon base surface is exposed. Any "positive" coating mask used to define the front surface electrode grid pattern by covering the intermediate areas between the electrodes on the front surface should therefore not be in place during passivation.
Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 563 061 (US-Patent Nr. 4 609 565) beschrieben wurde, kann die durch Wasserstoff-ionenstrahl-Passivierung produzierte veränderte Oberflächen-schicht als Beschichtungsmaske für nachfolgende Metallisierungsschritte, welche eine Tauchplattierung eines ausgewählten Metalls umfassen, verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsart des in der US-Patentanmeldung Nr. 563 061 im Detail beschriebenen Verfahrens in Anwendung auf die Herstellung von Silizium-Solarzellen umfasst unter anderem die folgenden Schritte: (1) Bilden einer Beschichtungsmaske aus einem dielektrischen Material auf der Vorderfläche eines Siliziumbandes mit flachem Übergang, wobei jene Bereiche des Siliziums, welche später von der Vorderflächenelektrode bedeckt werden sollen, freibleiben, (2) Niederschlagen einer dünnen Schicht aus Nickel (oder ähnlichem Material) auf das freiliegende Silizium, (3) Entfernen der Beschichtungsmaske, (4) Wasserstoffpassivierung der Übergangsseite der Zelle, (5) Sintern des Nickels zur teilweisen Bildung eines Nickelsilizids, (6) Tauchplattieren von zusätzlichem Nickel auf die metallbedeckten Teile der Zelle, (7) Elek-troplattieren einer Schicht Kupfer auf das Nickel und (8) Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung auf die freiliegende Oberfläche des Siliziums. Hierauf kann das Silizium weiterverarbeitet werden, z.B. um es für die Verbindung mit elektrischen Schaltkreisen vorzubereiten. In einem alternativen Verfahren liefert die Erwärmung der Probe während der Passivierung zumindest einen Teil der Energie für das Sintern des Nickels. As described in U.S. Patent Application No. 563,061 (U.S. Patent No. 4,609,565), the modified surface layer produced by hydrogen ion beam passivation can be used as a coating mask for subsequent metallization steps which include dip plating a selected metal. be used. A preferred embodiment of the method described in detail in US Patent Application No. 563,061 applied to the manufacture of silicon solar cells includes the following steps, among others: (1) Forming a coating mask of a dielectric material on the front surface of a flat silicon band Junction, leaving those areas of silicon that will later be covered by the front surface electrode free, (2) depositing a thin layer of nickel (or similar material) on the exposed silicon, (3) removing the coating mask, (4) hydrogen passivating the Transition side of the cell, (5) sintering the nickel to partially form a nickel silicide, (6) dip-plating additional nickel onto the metal-covered parts of the cell, (7) electroplating a layer of copper on the nickel, and (8) applying an anti-reflective coating the exposed surface of the silicon. The silicon can then be processed further, e.g. to prepare it for connection to electrical circuits. In an alternative method, heating the sample during passivation provides at least part of the energy for sintering the nickel.
Während es anerkannt wird, dass ein derartiges Verfahren While it is recognized that such a procedure
(1) die Entfernung der ersten Beschichtungsmaske vor der Passivierung erlaubt (um bessere Passivierung zu ermöglichen) und (1) allows removal of the first coating mask prior to passivation (to enable better passivation) and
(2) die Passivierung vor dem Aufbringen von Basis-Metallen es ermöglicht, ohne einen zusätzlichen Maskierungsschritt vor der Metallisierung zu erfordern (wobei beides die Gefahr von verdorbenen Zellen durch Migration des Basismetalls während der Passivierung eliminiert und den Produktionsprozess durch die Eliminierung der Notwendigkeit entweder für genaue Temperatursteuerung des Substrates während des Passivierens oder für einen photolitographischen Schritt nach der Passivierung vereinfacht), kann das Verfahren noch weiter verbessert werden. So ist, obwohl die Temperatursteuerung, die zur Verhinderung der Migration von Basismetall erforderlich ist, umgangen wird, (Temperaturen vorzugsweise unter ca. 300°C), immer noch die Gefahr von verdorbenen Zellen durch Migration, wenn auch bei langsameren Diffusionsgeschwindigkeiten, von Nickel oder Nickelsilizid in der Matrix des Substrates gegeben. (2) passivation before the application of base metals enables it without requiring an additional masking step before metallization (both eliminating the risk of spoiled cells by migration of the base metal during passivation and the production process by eliminating the need for either precise temperature control of the substrate during passivation or simplified for a photolithographic step after passivation), the method can be further improved. Thus, although the temperature control required to prevent base metal migration is bypassed (temperatures preferably below about 300 ° C), there is still a risk of spoiled cells from migration, albeit at slower diffusion rates, of nickel or Nickel silicide is given in the matrix of the substrate.
Ferner erfordert die eben auseinandergesetzte Methode die Bildung einer Beschichtungsmaske als zusätzliche Schicht auf dem Substrat, und zwar vor der ersten Metallisierung, und erfordert daher zusätzliche Verfahrensschritte und Materialien. Furthermore, the method just discussed requires the formation of a coating mask as an additional layer on the substrate, specifically before the first metallization, and therefore requires additional process steps and materials.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verfahrensfolge für die Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, insbesondere Solarzellen, anzugeben, welche einen Wasserstoff-Passivierungsschritt nach den Hochtempera-tur-Prozessschritten, jedoch vor jeglicher Vorderflächenmetalli-sierung umfasst, um die Migration von Basismetallen und deren Siliziden, wie Nickel oder Nickelsilizid, in die Matrix des Substrates zu verhindern. It is therefore an object of the present invention to provide a sequence of processes for the production of solid-state semiconductor devices, in particular solar cells, which comprises a hydrogen passivation step after the high-temperature process steps, but before any front surface metallization, in order to migrate prevent base metals and their silicides, such as nickel or nickel silicide, into the matrix of the substrate.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine derartige Verfahrensfolge anzugeben, welche keine Bildung einer Beschichtungsmaske erfordert, um die Metallisierung der freiliegenden passivierten Oberfläche nach der Wasserstoffpassivierung zu verhindern. It is a further object of the invention to provide such a sequence of processes which does not require the formation of a coating mask in order to prevent the metallization of the exposed passivated surface after the hydrogen passivation.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen A preferred embodiment of the invention
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
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40 40
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4 4th
Verfahrens, angewandt auf die Herstellung von Silizium-Solar-zellen, umfasst unter anderem folgende Schritte: (1) Diffundieren von Phosphor in ein P-Typ-Siliziumband, um einen flachen Übergang zu erzeugen, wobei der Diffusionsprozess gleichzeitig eine Schicht aus Phosphorsilikatglas auf der dem Übergang benachbarten Oberfläche des Bandes bildet, (2) Bilden eines elek-trodengittermusters aus der Phosphorsilikatglasschicht durch Photolitographie (durch Anwendung eines passenden Photolacks und des Ätzens) in Form einer «negativen» Beschichtungsmaske (d.h. das Phosphorsilikatglas wird nur in jenen Regionen des Substrates belassen, wo es erwünscht ist, anschliessend die Vorderflächenelektroden aufzubringen), (3) Beschichten der anderen Seite des Siliziumbandes mit einer Aluminiumpaste, (4) Erwärmen des Siliziums, um das Aluminium zu legieren, (5) Wasserstoff-Passivieren der Übergangsseite der Zelle, während gleichzeitig in dem zwischen dem Phosphorsilikatglas-Elektrodenmuster gelegenen unbedeckten Silizium-Substrat eine veränderte Schicht gebildet wird, (6) Wegätzen des verbleibenden Phosphorsilikatglases und (7) Metallisieren sowohl des unveränderten freiliegenden Siliziums als auch des Aluminiums mit einem ausgewählten Metall, wie z.B. Nickel, durch Tauchplattieren. Hiernach kann das Silizium weiter verarbeitet werden, beispielsweise um es für die Verbindung mit elektrischen Schaltkreisen vorzubereiten, und mit einer Antireflexionsbe-schichtung versehen werden. The process applied to the manufacture of silicon solar cells includes the following steps, among others: (1) Diffusing phosphorus into a P-type silicon ribbon to produce a shallow transition, the diffusion process simultaneously having a layer of phosphorus silicate glass on top of it (2) forming an electrode grid pattern from the phosphorus silicate glass layer by photolithography (using a suitable photoresist and etching) in the form of a “negative” coating mask (ie the phosphorus silicate glass is only left in those regions of the substrate) where it is desired to subsequently apply the front surface electrodes), (3) coating the other side of the silicon tape with an aluminum paste, (4) heating the silicon to alloy the aluminum, (5) hydrogen passivating the transition side of the cell while at the same time in the unbe between the phosphor silicate glass electrode pattern covered silicon substrate, an altered layer is formed, (6) etching away the remaining phosphorus silicate glass and (7) metallizing both the unchanged exposed silicon and the aluminum with a selected metal, e.g. Nickel, by plating. The silicon can then be processed further, for example in order to prepare it for connection to electrical circuits, and can be provided with an antireflection coating.
Der Ausdruck «Tauchplattieren», wie er hier verwendet wird, bedeutet ein Verfahren, bei dem ein Gegenstand ohne Verwendung eines von aussen angelegten elektrischen Feldes durch Eintauchen dieses Gegenstandes in ein Plattierungsbad, welches kein Reduktionsmittel enthält, mit einem Metall plattiert wird, wobei das Plattieren aus einer Verdrängungsreaktion besteht. Das Tauchplattieren unterscheidet sich vom stomlosen Platterien dadurch, dass das letztere ein Beschichtungsbad, welches ein Reduktionsmittel enthält, umfasst. The term "dip plating" as used here means a process in which an article is plated with a metal without using an external electric field by immersing the article in a plating bath containing no reducing agent, whereby the plating consists of a displacement reaction. Immersion plating differs from electroless plates in that the latter comprises a coating bath which contains a reducing agent.
Diese Produktionsfolge hat mehrere Schlüsselvorteile. This production sequence has several key advantages.
Durch die Verzögerung der Abscheidung der Vorderflächenelektroden bis nach der Passivierung ist jede Gefahr des Verderbens der Zelle durch Migration des Elektrodenmaterials in den Übergang während nachfolgender Verfahrensschritte stark reduziert. Da die thermische Steuerung während der Passivierung weniger kritisch ist, kann die Wärmeabführung entfallen. Daher erlaubt das vorliegende Verfahren eine Ionenstrahlpassi-vierung mit hohem Durchsatz. Zusätzlich eliminiert das bevorzugte Verfahren durch die Verwendung der als Folge des Bildungsprozesses des Übergangs geformten Glasschicht als Körper einer negativen Beschichtungsmaske sowohl einen Ätzschritt (um zuerst das Glas zu entfernen) als auch einen Beschichtungsschritt (um Material für eine Beschichtungsmaske bereitzustellen), wobei das Glas statt dessen in zwei Stufen entfernt wird. By delaying the deposition of the front surface electrodes until after the passivation, any risk of cell deterioration due to migration of the electrode material into the transition during subsequent process steps is greatly reduced. Since the thermal control is less critical during the passivation, the heat dissipation can be omitted. Therefore, the present method allows high throughput ion beam passivation. In addition, by using the glass layer formed as a result of the transition formation process as the body of a negative coating mask, the preferred method eliminates both an etching step (to remove the glass first) and a coating step (to provide material for a coating mask), the glass taking place which is removed in two stages.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
Für ein volleres Verständnis der Erfindung sollte man sich auf die folgende detaillierte Beschreibung beziehen, welche zusammen mit der begleitenden Zeichnung gesehen werden muss, die eine Anzahl von Schritten für die Herstellung von Solarzellen entsprechend einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung darstellt. For a fuller understanding of the invention, reference should be made to the following detailed description, which must be seen in conjunction with the accompanying drawing which illustrates a number of steps for the manufacture of solar cells in accordance with a preferred form of the present invention.
Durch die ganze Zeichnung hindurch beziehen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Strukturen. Throughout the drawing, the same reference numbers refer to the same structures.
Zur Vereinfachung der Darstellung werden in der Zeichnung die Dicken und Tiefen der diversen Beschichtungen und Regionen nicht genau in ihren relativen Proportionen gezeigt. To simplify the illustration, the thicknesses and depths of the various coatings and regions are not shown exactly in their relative proportions in the drawing.
Unter Bezug auf die Zeichnung bezieht sich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auf die Herstellung von Solarzellen aus EFG-gewachsenem P-Typ-Siliziumband. Als erstes Verfahrenserforderais wird eine Seite (im folgenden «Vorderseite» genannt) eines vorgereinigten EFG-P-Leitfähigkeits-Silizi- With reference to the drawing, a preferred embodiment of the invention relates to the production of solar cells from EFG-grown P-type silicon tape. The first process requirement is a side (hereinafter referred to as the «front») of a pre-cleaned EFG-P conductivity silicon
umbandes 2 einem Phosphor-Diffusionsverfahren unterworfen, welches derart berechnet ist, dass es einen relativ flachen Übergang 4 (das heisst einen Übergang von zwischen 3000 und 7000 Angströmeinheiten Tiefe), eine N-Typ-Leitfähigkeits-Region 6 und eine Schicht vernüftiger Dicke (z.B. in der Grössenordnung von mindestens 1500 Angströmeinheiten) aus Phosphorsilikatglas 8 erzeugt. Als Beispiel wird ein Siliziumband mit P-Typ-Leitfähigkeit, welches durch das «edge-defined film-fed growth»-(EFG)-Verfahren hergestellt wurde und einen Widerstand von etwa 5 Ohm-cm aufweist, durch Ätzen in einer Lösung von 70%-iger HN03:49%igem HF in einem Verhältnis von zwischen etwa 4:1 und 9:1 während etwa 1 bis 3 Minuten bei etwa 25 °C gereinigt. Hiernach wird das Band einer Phosphordiffusion in einer sauerstoffreichen Atmosphäre unterworfen. In diesem Beispiel reagieren Silizium und Sauerstoff unter Bildung von Siliziumdioxid, reagieren Phosphor und Sauerstoff unter Bildung von Phosphorpentoxid, reagieren Phosphorpentoxid und Siliziumdioxid unter Bildung eines Phosphorsilikatglases und reagieren Phosphorpentoxid und Silizium unter Bildung von Phosphor und Siliziumdioxid. Alternativ kann ein Phosphorsilikatglas als Phosphorquelle verwendet werden, welches so hergestellt ist, wie es im US-Patent 4 152 824 im Detail beschrieben ist. band 2 is subjected to a phosphorus diffusion process which is calculated to have a relatively shallow junction 4 (i.e. a junction of between 3000 and 7000 angstrom units depth), an N-type conductivity region 6 and a layer of reasonable thickness (e.g. in the order of magnitude of at least 1500 angstrom units) produced from phosphorus silicate glass 8. As an example, a silicon tape with P-type conductivity, which was produced by the “edge-defined film-fed growth” (EFG) process and has a resistance of approximately 5 ohm-cm, by etching in a solution of 70 % HN03: 49% HF in a ratio of between about 4: 1 and 9: 1 for about 1 to 3 minutes at about 25 ° C. The tape is then subjected to phosphorus diffusion in an oxygen-rich atmosphere. In this example, silicon and oxygen react to form silicon dioxide, react phosphorus and oxygen to form phosphorus pentoxide, react phosphorus pentoxide and silicon dioxide to form a phosphorus silicate glass, and react phosphorus pentoxide and silicon to form phosphorus and silicon dioxide. Alternatively, a phosphorus silicate glass can be used as the phosphor source which is manufactured as described in detail in US Pat. No. 4,152,824.
Der nächste Schritt betrifft die Beschichtung der Vorderseite des Bandes mit einem negativen Photolack 10, wie gut bekannt ist. Der Lack kann in einer geeigneten Weise aufgebracht werden, z.B. durch Sprühen, und dann erhitzt werden, um die organischen Lösungsmittel auszutreiben und dem Lack eine feste Haftung an dem Phosphorsilikatglas zu verleihen. Typischerweise wird dieses Erhitzen durch Erwärmen des Photolacks auf zwischen ca. 80 und 110°C während zwischen ca. 35 und ca. 60 Minuten erreicht. The next step involves coating the front of the tape with a negative photoresist 10, as is well known. The varnish can be applied in a suitable manner, e.g. by spraying, and then heated to drive off the organic solvents and give the varnish firm adhesion to the phosphorus silicate glass. Typically, this heating is accomplished by heating the photoresist to between about 80 and 110 ° C for between about 35 and about 60 minutes.
Die Photolackschicht wird dann mit einer negativen Maske im Muster einer vielfach gefingerten Gitterelektrode bedeckt, z.B. einer Maske mit transparenten Bereichen, welche den Fingern der gewünschten Elektrode entsprechen, die andernorts undurchlässig ist. Als Beispiel für ein passendes Elektrodenmuster sei auf das US-Patent 3 686 036 verwiesen. Die Gittermaske wird sodann mit Ultraviolettlicht bestrahlt, wobei die Intensität und Dauer ausreichen, um den beleuchteten Teil des Photolacks zur Polymerisation zu veranlassen. Hierauf wird der Photolack durch Behandlung mit einem oder mehreren geeigneten Entwicklungsmitteln entwickelt, wie beispielsweise durch Kontakt mit Toluol und Propanol oder anderen, passenden Lösungsmitteln. Dieser Entwicklungsprozess entfernt jene Teile des Lacks, welche nicht bestrahlt wurden und daher nicht poly-merisiert worden sind. So bleibt ein Teil 10A des Photolacks im Muster der gewünschten Gitter-Elektroden-Konfiguration. Ein Erhitzen nach dem Entwickeln auf ca. 140°C verbessert, wie gefunden wurde, die Widerstandsfähigkeit des verbleibenden Photolacks gegen das Ätzen in den folgenden Verfahrensschritten. The photoresist layer is then covered with a negative mask in the pattern of a multi-fingered grid electrode, e.g. a mask with transparent areas that correspond to the fingers of the desired electrode, which is otherwise impermeable. As an example of a suitable electrode pattern, reference is made to US Pat. No. 3,686,036. The grating mask is then irradiated with ultraviolet light, the intensity and duration being sufficient to cause the illuminated part of the photoresist to polymerize. The photoresist is then developed by treatment with one or more suitable developing agents, for example by contact with toluene and propanol or other suitable solvents. This development process removes those parts of the paint that have not been irradiated and therefore have not been polymerized. Thus, part 10A of the photoresist remains in the pattern of the desired grid electrode configuration. Heating after development to about 140 ° C has been found to improve the resistance of the remaining resist to etching in the following process steps.
Der Belichtung und Entwicklung des Photolacks (und dem Erhitzen nach dem Entwickeln) folgend wird das Ganze einem gepufferten Oxid-Ätzmittel ausgesetzt, welches beispielsweise aus einer Lösung von HF und NH4F besteht, wodurch die freiliegende Schicht aus Phosphorsilikatglas 8 entfernt wird. Auf diese Weise kann (P20s)x(Si02)y, ein Phosphorsilikatglas, durch Eintauchen des Substrates in 10 NH4F (40%ig):l HF bei einer Temperatur von ca. 25°C während eines Zeitraums zwischen ca. 15 Sekunden und 2 Minuten vom letzteren entfernt werden. Dies lässt eine Schicht 12 aus Phosphorsilikatglas in dem Muster der Gitter-elektroden-Konfiguration intakt, welche unter dem polymerisierten nichitentfernten Teil 10A des Photolacks liegt. Following the exposure and development of the photoresist (and heating after development), the whole is exposed to a buffered oxide etchant, which consists for example of a solution of HF and NH4F, whereby the exposed layer of phosphorus silicate glass 8 is removed. In this way (P20s) x (Si02) y, a phosphosilicate glass, by immersing the substrate in 10 NH4F (40%): 1 HF at a temperature of approx. 25 ° C for a period between approx. 15 seconds and 2 Minutes from the latter. This leaves a layer 12 of phosphorus silicate glass intact in the pattern of the grid electrode configuration which lies under the polymerized non-removed portion 10A of the photoresist.
Als nächstes wird die Rückseite des Substrates mit einer Schicht 14 aus einer Aluminiumpaste beschichtet. Die Aluminiumpaste, welche für die Herstellung der Schicht 14 verwendet wird, umfasst vorzugsweise Aluminiumpulver in einem flüchti5 Next, the back of the substrate is coated with a layer 14 of an aluminum paste. The aluminum paste used to make layer 14 preferably comprises aluminum powder in a volatile form
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
670 335 670 335
gen organischen Träger, wie z.B. Terpineol, welcher durch Verdunsten entfernt werden kann. organic carrier, e.g. Terpineol, which can be removed by evaporation.
Diesem Schritt folgt dann ein Legierungsschritt, bei dem das Substrat während ca. 0,25 bis 2,0 Minuten auf eine Temperatur von über 575°C erwärmt wird, um allen flüchtigen oder pyroly-sierbaren organischen Komponenten der Paste zu entfernen und das Aluminium in der Paste mit den Silizium-Substrat zu legieren. This step is then followed by an alloying step in which the substrate is heated to a temperature of above 575 ° C. for about 0.25 to 2.0 minutes in order to remove all volatile or pyrolyzable organic components of the paste and the aluminum in to alloy the paste with the silicon substrate.
Im Legierungsschritt legiert die Aluminiumbeschichtung 14 mit der Rückseite des Substrates unter Bildung einer P+-Typ-Region 16 mit einer Tiefe von ca. 1 bis 5 Mikrometer. Der Legierungsschritt dient auch dazu, den verbleibenden Photolack-Teil 10A durch Pyrolyse zu entfernen. In the alloying step, the aluminum coating 14 alloys with the back of the substrate to form a P + -type region 16 with a depth of approximately 1 to 5 micrometers. The alloying step also serves to remove the remaining photoresist portion 10A by pyrolysis.
Als nächstes wird die Zelle wasserstoffpassiviert. Eine bevorzugte Methode besteht darin, die Vorderfläche des Substrates 2 dem Wasserstoffionenstrahl einer Kaufman-Typ-(Breit-strahl)-Ionenquelle auszusetzen, welche etwa 15 cm vom Substrat entfernt ist. Diese Ionenquelle wird vorzugsweise bei einem Druck von zwischen ca. 2,67 und 6,67 Pa (Wasserstoff), mit einer Wasserstoffströmungsgeschwindigkeit in der Grössen-ordnung von ca. 25 bis 40 cm3 (norm) pro Minute, mit einer Gleichspannung von ca. 1700 V zwischen Quelle und Substrat und mit einer Strahl-Stromstärke von zwischen ca. 1 und 3 Milliampere/cm2 am Substrat betrieben. Eine Bestrahlungszeit von zwischen ca. 1 und ca. 4 Minuten wurde als passend ermittelt, um sowohl die Rekombinationsverluste der Minoritätsträger, welche typischerweise bei EFG-Typ-Silizium-Zellen auftreten (und welche eine Passivierungszone mit einer Tiefe von etwa 20 bis 80 Mikrometer oder etwa der lOOfachen Tiefe des Übergangs 4 erzeugen), zu minimieren, während gleichzeitig eine veränderte Oberflächenschicht 18 mit einer Tiefe von etwa 200 Angströmeinheiten auf den freiliegenden Teilen des Substrates 2 erzeugt wird. Next, the cell is passivated with hydrogen. A preferred method is to expose the front surface of the substrate 2 to the hydrogen ion beam from a Kaufman type (wide beam) ion source which is approximately 15 cm from the substrate. This ion source is preferably at a pressure of between approximately 2.67 and 6.67 Pa (hydrogen), with a hydrogen flow rate in the order of approximately 25 to 40 cm3 (norm) per minute, with a DC voltage of approximately 1700 V between source and substrate and operated with a beam current of between about 1 and 3 milliamperes / cm2 on the substrate. An irradiation time of between approximately 1 and approximately 4 minutes was determined to be suitable both for the recombination losses of the minority carriers, which typically occur in EFG-type silicon cells (and for a passivation zone with a depth of approximately 20 to 80 micrometers or approximately 100 times the depth of the junction 4), while at the same time producing a modified surface layer 18 with a depth of approximately 200 angstrom units on the exposed parts of the substrate 2.
Die exakte Natur der veränderten Oberflächenschicht 18 ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, dass es eine beschädigte Zone ist, in der die Kristallstruktur etwas unterbrochen worden ist, wobei das Silizium mit Wasserstoff aus dem Ionen-Strahl teilweise SiH oder SÌH2 bildet, wobei das Material aber möglicherweise amorph ist. Eine kleine Menge Kohlenstoff oder eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe scheint notwendig zu sein für die Bildung der gewünschten veränderten Oberflächenschicht. In einem ersten Aufbau war die Kaufmansche Ionenquelle mit einem Montagetisch aus Graphit mit ca. 5 Zoll (ca. 13 cm) Durchmesser ausgerüstet, auf dem die Substrate, typischerweise mit 2x4 Zoll (5x10 cm) Seitenlänge, zentral angeordnet waren. In einigen Fällen, bei denen ein Silizium-Montagetisch den Graphit-Tisch ersetzte, verhielt sich die veränderte Schicht weniger gut als Beschichtungsmaske als in den Fällen, in denen der Graphit-Tisch verwendet wurde. Aufgrund dessen wurde angenommen, dass Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoff-Dampf, welcher durch den Aufprall des Wasserstoffionen-Strahls "auf den Graphit-Tisch erzeugt wurde, die Bildung einer dielektrischen Schicht auf der Oberfläche des Substrates fördern könnte. Wie dem auch sei, es wurde gefunden, dass eine veränderte Oberflächenschicht 18, die entsprechend diesem Verfahren unter Beschleunigungsspannungen zwischen ca. 1400 und ca. 1700 Volt und bei kurzen Bestrahlungszeiten wie einer Minute erzeugt wurde, genügt, um eine anschliessende Metallisierung der freiliegenden veränderten Oberflächenschicht 18 zu unterbinden, wenn die Metallisierung das Tauchplattieren mit einem Material wie Nickel umfasst. The exact nature of the modified surface layer 18 is not known. However, it is believed that it is a damaged zone in which the crystal structure has been somewhat broken, with the silicon partially forming SiH or SÌH2 with hydrogen from the ion beam, but the material may be amorphous. A small amount of carbon or one or more hydrocarbons appears to be necessary for the formation of the desired modified surface layer. In a first setup, the Kaufman ion source was equipped with a graphite assembly table with a diameter of approx. 5 inches (approx. 13 cm), on which the substrates, typically with a 2x4 inch (5x10 cm) side length, were arranged centrally. In some cases where a silicon assembly table replaced the graphite table, the changed layer behaved less well as a coating mask than in the cases where the graphite table was used. Because of this, it was believed that carbon or hydrocarbon vapor generated by the impact of the hydrogen ion "beam" on the graphite table could promote the formation of a dielectric layer on the surface of the substrate. However, it was found that a modified surface layer 18, which was generated in accordance with this method under acceleration voltages between approx. 1400 and approx. 1700 volts and with short irradiation times such as one minute, is sufficient to prevent subsequent metallization of the exposed modified surface layer 18 if the metallization does so Dip plating with a material such as nickel.
Auf die Passivierung folgend wird die verbleibende Schicht 12 aus Phosphorsilikatglas durch Eintauchen des Substrates in eine gepufferte Lösung von 10 NH4F (40%ig):l HF bei einer Temperatur von zwischen ca. 25°C und ca. 40°C entfernt. Als Folge davon liegt nun die Vorderfläche des Substrates 2 völlig frei. Auf dieser freiliegenden Oberfläche begrenzt die veränderte Oberflächenschicht 18 ein Muster, in diesem Fall von unverändertem N+-Leitfähigkeits-Silizium, welches die Konfiguration der gewünschten Vorderseiten-Elektrodenstruktur aufweist. Following the passivation, the remaining layer 12 of phosphorus silicate glass is removed by immersing the substrate in a buffered solution of 10 NH4F (40%): 1 HF at a temperature of between approximately 25 ° C. and approximately 40 ° C. As a result, the front surface of the substrate 2 is now completely exposed. On this exposed surface, the modified surface layer 18 delimits a pattern, in this case unchanged N + conductivity silicon, which has the configuration of the desired front-side electrode structure.
Als nächstes wird die Metallisierung der Zelle durchgeführt. Das Substrat wird mit Nickel tauchplattiert, wobei eine haftende Nickelablagerung auf der Rückseite über der gesamten Fläche der Aluminiumbeschichtung 14 eine Nickelschicht 22 bildet, während die haftende Nickelablagerung auf der Vorderseite eine Nickelschicht 20 direkt auf der Oberfläche des Substrates nur über denjenigen Flächen, von denen das Phosphorsilikatglas nach der Passivierung entfernt worden war, bildet. In diesem Plattierungsschritt bildet die veränderte Oberflächenschicht 18 des Siliziums eine Beschichtungsmaske, auf der das Nickel nicht haftet. Das Plattieren der Nickelschichten kann entsprechend verschiedenen Tauchplattierungsverfahren ausgeführt werden. Es wird vorzugsweise entsprechend einem Tauchplattierungsverfahren durchgeführt, welches dem in der US-PS 4 321 283 von Kirit Patel et al beschriebenen Verfahren entspricht oder ähnlich ist. In einem Vorbereitungsschritt wird die gereinigte Siliziumsubstrat-Oberfläche mit einem passenden Mittel voraktiviert. Diese Voraktivierungsprozedur mit einem passenden Mittel ist wünschenswert, weil die Siliziumoberfläche häufig den stromlosen Plattierungsprozess nicht selbst unterstützt und daher alles auf eine unbehandelte Oberfläche plattierte Nickel im allgemeinen schlecht daran haftet. Als Aktivierungsmittel wird vorzugsweise Goldchlorid verwendet, obgleich auch Platinchlorid, Stannochlorid-Palladiumchlorid oder andere gut bekannte Aktivierungsmittel Verwendung finden können, wie beispielsweise im US-Patent 3 489 603 beschrieben ist. Hierauf werden beide Seiten des Siliziumbandes mit einer Nickelschicht überzogen, vorzugsweise durch Eintauchen des Bandes in ein wässriges Bad, wie im genannten US-Patent Nr. 4 321 283 beschrieben, oder in ein wässriges Bad von Nickelsul-famat und Ammoniumfluorid bei einem pH-Wert von ca. 2,9 und bei annäherungsweise Raumtemperatur während eines Zeitraums von ca. 2 bis 6 Minuten. The next step is to metallize the cell. The substrate is dip-plated with nickel, an adhesive nickel deposit on the back forming a nickel layer 22 over the entire surface of the aluminum coating 14, while the adhesive nickel deposit on the front side forms a nickel layer 20 directly on the surface of the substrate only over those surfaces of which the Phosphorus silicate glass had been removed after passivation forms. In this plating step, the modified surface layer 18 of the silicon forms a coating mask on which the nickel does not adhere. The plating of the nickel layers can be carried out according to various dip plating methods. It is preferably carried out in accordance with a dip plating process which is similar or similar to the process described in US Pat. No. 4,321,283 to Kirit Patel et al. In a preparatory step, the cleaned silicon substrate surface is pre-activated with a suitable agent. This preactivation procedure with a suitable agent is desirable because the silicon surface often does not itself support the electroless plating process and therefore everything nickel plated on an untreated surface generally does not adhere to it. Gold chloride is preferably used as the activating agent, although platinum chloride, stannochloride-palladium chloride or other well-known activating agents can also be used, as described, for example, in US Pat. No. 3,489,603. Thereupon both sides of the silicon tape are coated with a nickel layer, preferably by immersing the tape in an aqueous bath as described in said U.S. Patent No. 4,321,283, or in an aqueous bath of nickel sulfamate and ammonium fluoride at pH of approximately 2.9 and at approximately room temperature for a period of approximately 2 to 6 minutes.
Nach der Aufbringung des Nickels wird das Substrat in einer inerten oder einer Stickstoff-Atmosphäre auf eine Temperatur und während einer Zeit erhitzt, die ausreichen, um die Nickelschichten zu sintern und die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates zu einer Reaktion mit dem benachbarten Silizium zu veranlassen, um einen Ohmschen Kontakt aus Nickelsilizid zu bilden. Zu diesem Zweck wird das Substrat vorzugsweise während zwischen ca. 15 und ca. 40 Minuten auf eine Temperatur von ca. 300°C erhitzt. Hierdurch wird eine Nickelsilizidschicht mit einer Tiefe von ca. 300 Angströmeinheiten an der Grenzfläche zwischen der Nickelschicht 20 und dem Substrat 2 gebildet. Die Nickelschicht 18 auf der Rückseite bildet eine Legierung mit der Aluminiumschicht 12. Die Temperatur dieses Sinterschrittes sollte 300°C nicht wesentlich überschreiten, da höhere Temperaturen zu übermässigem Eindringen der Nickelschicht 20 in das Silizium führen. Vorzugsweise werden die Ablagerung und das Sintern des Nickels derart gesteuert, dass die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates eine Dicke von ca. 1000 Angströmeinheiten aufweist. After deposition of the nickel, the substrate is heated in an inert or nitrogen atmosphere to a temperature and for a time sufficient to sinter the nickel layers and the nickel layer 20 on the front of the substrate to react with the adjacent silicon to make an ohmic contact of nickel silicide. For this purpose, the substrate is preferably heated to a temperature of about 300 ° C. for between about 15 and about 40 minutes. This forms a nickel silicide layer with a depth of approximately 300 angstrom units at the interface between the nickel layer 20 and the substrate 2. The nickel layer 18 on the back forms an alloy with the aluminum layer 12. The temperature of this sintering step should not significantly exceed 300 ° C., since higher temperatures lead to excessive penetration of the nickel layer 20 into the silicon. The deposition and sintering of the nickel are preferably controlled in such a way that the nickel layer 20 on the front of the substrate has a thickness of approximately 1000 angstrom units.
Hierauf wird das Nickel der Schichten 18 und 20 vorzugsweise geätzt, beispielsweise mit Salpetersäure, und weiter metallisiert, wie mit einer zweiten Schicht aus Nickel durch Tauchplattieren und einer oder mehreren Schichten aus Kupfer durch Tauchplattieren und/oder Elektroplattieren mittels gut bekannter Techniken. Kein Maskieren der veränderten Schicht ist für das Kupferplattieren erforderlich, da das Kupfer an der beschädigten Schicht nicht haftet. The nickel of layers 18 and 20 is then preferably etched, for example with nitric acid, and further metallized, such as with a second layer of nickel by dip plating and one or more layers of copper by dip plating and / or electroplating using well known techniques. No masking of the modified layer is required for copper plating because the copper does not adhere to the damaged layer.
Auf die Metallisierung folgend werden die Zellenränder (nicht dargestellt) beschnitten, und eine Antireflexionsschicht 24 wird auf die Vorderfläche der Zelle aufgebracht. Dies kann durch irgendeines von zahlreichen bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise chemisches Aufdampfen Following the metallization, the cell edges (not shown) are trimmed and an anti-reflective layer 24 is applied to the front surface of the cell. This can be done by any of numerous known methods, such as chemical vapor deposition
5 5
10 10th
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20 20th
25 25th
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oder Verdampfen von beispielsweise TÏO2. Alternativ kann eine Antireflexionsbeschichtung 24 durch Plasmaablagerung von Siliziumnitrid bei einer Temperatur von ca. 150°C gebildet werden, was ebenfalls dem Fachmann bekannt ist. or evaporation of TÏO2, for example. Alternatively, an anti-reflection coating 24 can be formed by plasma deposition of silicon nitride at a temperature of approximately 150 ° C., which is also known to the person skilled in the art.
Die bevorzugte Methode der praktischen Ausführung der Erfindung umfasst beispielsweise die Durchführung der individuellen Verfahrensschritte, wie oben beschrieben, in der bevorzugten Weise, wie für jeden Verfahrensschritt im einzelnen beschrieben, und in der genannten Reihenfolge. The preferred method of practicing the invention comprises, for example, carrying out the individual process steps as described above in the preferred manner as described in detail for each process step and in the order mentioned.
Es konnte festgestellt werden, dass Solarzellen, die nach dem zuvor beschriebenen Verfahren aus EFG-gewachsenen Bändern hergestellt sind, zwischen 10 und 20% Zunahme des durchschnittlichen Wirkungsgrades zeigen. Zusätzlich engt für dieses Material der Wasserstoff-Passivierungsschritt die Verteilung der Zellenwirkungsgrade merkbar ein, wie auch gefunden wurde. It could be determined that solar cells, which are produced from EFG-grown tapes according to the previously described method, show between 10 and 20% increase in the average efficiency. In addition, the hydrogen passivation step for this material noticeably narrows the distribution of cell efficiencies, as has also been found.
Das vorliegende Verfahren weist eine Anzahl von Vorteilen auf. In erster Linie eliminiert es die Möglichkeit, den Übergang 4 während der Passivierung durch Migration von Nickel oder Nickelsilizid zu verderben, wie dies bei Zellen mit flachem Übergang vorkommen könnte, wenn eine anfängliche Nickelbeschichtung vor der Passivierung auf die Vorderfläche aufgebracht wurde. Abgesehen von der Verringerung der Wahrscheinlichkeit von verdorbenen Zellen wird hierdurch die Notwendigkeit für strenge Temperaturregelung (z.B. durch Wärmeabführen) während der Passivierung gelockert. Es wird daher hiermit ein Ionenstrahl-Passivierungsschritt innerhalb des Herstellungsverfahrens ermöglicht, der eine hohe Durchsatzrate aufweist. The present method has a number of advantages. First and foremost, it eliminates the possibility of spoiling junction 4 during passivation by migrating nickel or nickel silicide, as might be the case with shallow junction cells if an initial nickel coating was applied to the front surface prior to passivation. Aside from reducing the likelihood of spoiled cells, this eases the need for strict temperature control (e.g., by heat dissipation) during passivation. This therefore enables an ion beam passivation step within the manufacturing process that has a high throughput rate.
Man wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung fähig ist zur Modifizierung, wobei man im Bereich der Offenbarung verbleibt. So versteht es sich, dass, während das Vorderseiten-Elektrodengittermuster in der bevorzugten Ausführungsart in der Beschichtungsmaske durch Photolitographie gebildet wird, es auch ebenso gut durch andere Verfahren hergestellt werden könnte, welche allgemein beim chemischen Fräsen Verwendung finden (z.B. Siebdruck). It will be understood that the present invention is capable of modification while remaining within the scope of the disclosure. Thus, it is to be understood that while the front electrode grid pattern is formed in the coating mask by photolithography in the preferred embodiment, it could as well be made by other methods commonly used in chemical milling (e.g. screen printing).
Obwohl die bevorzugte Methode das Phosphorsilikatglas verwendet, welches während der N+-Diffusion gebildet wird, um die Ionenstrahlmaske zu bilden, um das Muster der beschädigten Schicht zu begrenzen, könnten ferner andere Materialien oder Verfahren für die Vorderflächenschicht verwendet werden. So könnte ein N+-Typ-Substrat als Ausgangsmaterial verwendet werden, wobei der Übergang beispielsweise durch Diffusion mit Bor gebildet wird, wodurch eine Schicht aus Borsilikatglas bereitgestellt wird. Sollte ferner das Ausgangsmaterial mit einem Übergang, aber ohne Glasschicht bereitgestellt werden, so müsste eine passende Schicht vorgesehen werden. Man wird einsehen, dass die vorgesehene Schicht entweder ätzbar sein sollte, um eine passende Beschichtungsmaske zu bilden, oder selbst in der passenden Konfiguration aufgebracht werden könnte. Furthermore, although the preferred method uses the phosphorus silicate glass formed during N + diffusion to form the ion beam mask to limit the pattern of the damaged layer, other materials or methods could be used for the front surface layer. For example, an N + type substrate could be used as the starting material, the transition being formed, for example, by diffusion with boron, thereby providing a layer of borosilicate glass. If the starting material is also provided with a transition but without a glass layer, a suitable layer would have to be provided. It will be appreciated that the intended layer should either be etchable to form a suitable coating mask, or could be applied even in the appropriate configuration.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsart des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung die veränderte durch Wasserstoff-Passivierung gebildete Schicht benützt, um nachfolgendes Plattieren auf anderen Bereichen als dem bereits plattierten Nickel zu verhindern, kann das Verfahren ferner mit anderen Metallen als Nickel durchgeführt werden. Wie beispielsweise vom Fachmann leicht eingesehen wird, kann die Anfangsschicht der Vorderflächenelektroden auf einer Siliziumvorrichtung mit flachem Übergang durch Plattieren von irgendeinem aus einer Anzahl von Materialien mit geringer Reaktivität erfolgen, welches fähig ist (vorzugsweise bei einer niedrigeren Temperatur), einen Ohmschen Kontakt zu bilden und als Diffusionsbarriere für Kupfer oder irgendein anderes Basismetall zu wirken, welche zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden. Passende Metalle für die Verwendung mit Kupfer umfassen Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium sowie Nickel. Während alle diese Materialien Silizide bilden, ist eine Silizid-schicht nicht wesentlich. Es ist jedoch wichtig, dass die erste Metallschicht einwandfrei haftet, dass sie als Ohmscher Kontakt wirkt und dass sie als Migrationsbarriere für jegliches nachfolgend aufgebrachte Metall dient sowie dass sie selbst keine nennenswerte Migration in den Übergang aufweist. Diese Materialien können durch Tauchplattiermethoden in der gleichen Weise wie Nickel aufgebracht werden. Furthermore, although the preferred embodiment of the method according to the present invention uses the modified layer formed by hydrogen passivation to prevent subsequent plating on areas other than the already plated nickel, the method can be carried out with metals other than nickel. For example, as will be readily appreciated by those skilled in the art, the starting layer of the front surface electrodes on a flat junction silicon device can be made by plating any of a number of low reactivity materials that is capable (preferably at a lower temperature) of making ohmic contact and act as a diffusion barrier for copper or any other base metal that will be applied at a later time. Suitable metals for use with copper include palladium, platinum, cobalt and rhodium, and nickel. While all of these materials form silicides, a layer of silicide is not essential. However, it is important that the first metal layer adheres perfectly, that it acts as an ohmic contact and that it serves as a migration barrier for any subsequently applied metal and that it itself has no significant migration into the transition. These materials can be applied by dip plating in the same way as nickel.
Noch andere Änderungen können durchgeführt werden, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen, wie beispielsweise (a) Bildung der hinteren P+-Region der Zelle durch Verwendung von flammgespritztem Aluminium statt einer Aluminiumpaste oder (b) die Anwendung anderer Methoden zum Aufbringen der zweiten und der folgenden Beschichtungen aus Nickel oder anderem Material geringer Reaktivität, wie Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium, oder (f) Bildung des Übergangs durch Ionenimplantation. Wenn keine zusätzliche Maskendichte über den passivierten Flächen aufgebracht wird, muss die Schicht aus Nickel (oder einem anderen Metall mit geringer Reaktivität des beschriebenen Typus) durch Tauchplattieren aufgebracht werden, und die zusätzlichen Schichten aus Kupfer müssen durch Elektroplattieren oder Tauchplattieren aufgebracht werden. Still other changes can be made without departing from the principle of the invention, such as (a) forming the rear P + region of the cell by using flame-sprayed aluminum instead of an aluminum paste, or (b) using other methods of applying the second and the following coatings of nickel or other low reactivity material such as palladium, platinum, cobalt and rhodium, or (f) formation of the transition by ion implantation. If no additional mask density is applied over the passivated areas, the layer of nickel (or other low reactivity metal of the type described) must be applied by dip plating, and the additional layers of copper must be applied by electroplating or dip plating.
Der von der Erfindung bereitgestellte Prozess ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung von Solarzellen aus EFG-Substraten beschränkt. So können z.B. gegossene polykristalline Substrate, epitaxiales Silizium auf Rohsilizium oder verfeinerten Polysilizium-Schichten, die durch chemisches oder physikalisches Aufdampfen erzeugt werden, Verwendung finden, um entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Solarzellen mit verhältnismässig hohem Wirkungsgrad zu bilden. Das Verfahren ist ferner auf Einkristall-Silizium anwendbar und kann mit N-Typ- sowie P-Typ-Silizium angewendet werden. The process provided by the invention is of course not limited to the production of solar cells from EFG substrates. For example, cast polycrystalline substrates, epitaxial silicon on raw silicon or refined polysilicon layers, which are produced by chemical or physical vapor deposition, are used to form relatively high efficiency solar cells according to an embodiment of the present invention. The method is also applicable to single-crystal silicon and can be used with N-type and P-type silicon.
Ferner könnte das Verfahren zur Herstellung von Schottky-Toren verwendet werden, wobei die veränderte Oberflächenschicht als Maske für die Metallisierung dient. Für derartige Anwendungen ist selbstverständlich die Metall-Substrat-Grenz-fläche der Übergang, und das Substrat würde demzufolge nicht mittels Phosphordiffusion oder dergleichen mit einem Übergang versehen. Furthermore, the method could be used to manufacture Schottky gates, the modified surface layer serving as a mask for the metallization. For such applications, of course, the metal-substrate interface is the transition, and consequently the substrate would not be provided with a transition by means of phosphorus diffusion or the like.
6 6
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |