DE102008044769A1 - Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung Download PDF

Info

Publication number
DE102008044769A1
DE102008044769A1 DE102008044769A DE102008044769A DE102008044769A1 DE 102008044769 A1 DE102008044769 A1 DE 102008044769A1 DE 102008044769 A DE102008044769 A DE 102008044769A DE 102008044769 A DE102008044769 A DE 102008044769A DE 102008044769 A1 DE102008044769 A1 DE 102008044769A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polysilazane
silicon
passivation
layers
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008044769A
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Dr. Rode
Hartmut Dr. Wiezer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clariant International Ltd
Original Assignee
Clariant International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clariant International Ltd filed Critical Clariant International Ltd
Priority to DE102008044769A priority Critical patent/DE102008044769A1/de
Priority to PCT/EP2009/006160 priority patent/WO2010022916A1/de
Priority to CN200980114020.9A priority patent/CN102017097B/zh
Priority to US13/060,324 priority patent/US8482106B2/en
Priority to EP09778103A priority patent/EP2319071A1/de
Publication of DE102008044769A1 publication Critical patent/DE102008044769A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/312—Organic layers, e.g. photoresist
    • H01L21/3121—Layers comprising organo-silicon compounds
    • H01L21/3125—Layers comprising organo-silicon compounds layers comprising silazane compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1229—Composition of the substrate
    • C23C18/1245—Inorganic substrates other than metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02219—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen
    • H01L21/02222—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen the compound being a silazane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Passivierungsschichten auf kristallinem Silizium durch a) Beschichtung des Siliziums mit einer Lösung enthaltend mindestens ein Polysilazan der allgemeinen Formel (1) -(SiR'R''-NR''')n- (1) wobei R', R'', R''' gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl-, Vinyl- oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, b) anschließendes Entfernen des Lösemittels durch Verdampfen, wodurch Polysilazanschichten der Dicke 50-500 nm auf dem Siliziumwafer verbleiben und c) Erhitzen der Polysilazanschicht bei Normaldruck auf 200-1000°C in Anwesenheit von Luft oder Stickstoff, wobei die keramischen Schichten beim Tempern Wasserstoff zur Volumenpassivierung des Siliziums freisetzen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Passivierungsschicht auf kristallinem Silizium zur Herstellung von Solarzellen durch Umwandlung einer dünnen (10–200 nm) Beschichtung, die als Hauptbestandteil Perhydropolysilazane (des Weiteren PHPS genannt) oder ein organisches Polysilazan enthält und während der Umwandlung als Wasserstoffquelle für die Volumenpassivierung dient. Die Umwandlung erfolgt bei Temperaturen von 200 bis 1000°C.
  • Angesichts der Verknappung fossiler Energiequellen, kommt der Photovoltaik als alternative Technologie zur Energiebereitstellung eine sehr große Bedeutung zu. Für eine starke und schnellere Verbreitung der Technologie müssen die Herstellungskosten photovoltaischer Module minimiert werden. Um diese Kosten zu senken, muss der Wirkungsgrad von Solarmodulen gesteigert werden und kostengünstigere Produktionstechnologien entwickelt werden.
  • Die Steigerung des Wirkungsgrades industriell gefertigter Solarzellen geschieht u. a. durch Unterbindung von elektrischen Verlusten, die zu einem sehr großen Teil in der Rekombination der Ladungsträger an Defekten des Siliziums im Volumen und an den Oberflächen stattfinden.
  • Zur Oberflächenpassivierung werden dielektrische Schichten aus thermisch gewachsenem SiO2 oder PECVD-SiNx aufgebracht. Die Aufbringung erfolgt auf der n-leitenden Silizium-Schicht und kann zusätzlich auf der p-leitenden Silizium Schicht erfolgen (Rückseitenpassivierung). Es ist bekannt, dass Wasserstoff die Möglichkeit bietet, Volumendefekte wie verspannte Bindungen oder geladene Störstellen zu deaktivieren und somit die elektrischen Eigenschaften von Solarzelle zu verbessern.
  • Industriell erfolgt die Volumenpassivierung von Siliziumsolarzellen durch Diffusion aus wasserstoffreichen Schichten.
  • In Siliziumnitrid- und Siliziumdioxidschichten, die industriell in CVD-Verfahren erzeugt werden, wird bei der Abscheidung auf der Siliziumoberfläche Wasserstoff eingebaut. Als Wasserstoffquelle dient hierbei neben Wasserstoff auch Ammoniak (NH3) [64 Widenborg, P. I., A. B. Sproul, and A. G. Aberle. Impurity and defect assivation in poly-Si films fabricated by aluminum-induced crystallisation. in Proc. 3rd WC PVSEC. 2003. Osaka.) Bei vollständiger Dissoziation liefert NH3 drei Wasserstoffatome pro Molekül an Stelle der beiden Atome eines H2-Moleküls.
  • Durch Temperung, d. h. Erhitzen dieser Schichten auf Temperaturen > 600°C, kommt es zur Diffusion des Wasserstoffs aus den Schichten in das Siliziumvolumen. Beim Siebdruck-Solarzellen-Prozess, findet die Wasserstoffdiffusion beim Feuern der Kontakte durch die wasserstoffhaltige Schicht auf der Si-Oberfläche statt.
  • Die Nachteile der Aufbringung von Passivierungsschichten durch CVD Technologien sind hohe Kosten für die aufwändige Vakuum-Technik und die Verwendung hochentzündlicher (SiH4, CH4, H2) und giftiger (NH3) Gase.
  • Die Verwendung von Polysilazanen zur Bildung von SiOx und Siliziumnitridschichten sind beschrieben.
  • JP 05243212 A beschreibt Polysilazanfilme mit guten Deckungseigenschaften und deren Verwendung zur Beschichtung von Halbleiter-Vorrichtungen. Durch Sinterung und Oxidation bei relativ niedrigen Temperaturen bildet sich eine Passivierungsschicht, die aus einem feinen hygroskopischen Siliziumoxidfilm besteht.
  • Ebenfalls ist die Bildung von Antireflexschichten aus Polysilazan bekannt.
  • So beschreibt JP-A-2005033063 Polysilazanlösungen, die auf Silikoneinkristallsubstraten bei normalen Temperaturen mit der Spin-Coating-Methode aufgebracht und danach bei 600–800°C in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre gebrannt werden. Auf diese Weise ist es möglich einen reflexionsarmen Film auf einer Solarzelle mit Siliconnitrid als Hauptkomponente zu erzeugen.
  • Aufgabe ist es daher, ein Verfahren zur Passivierung von kristallinem Silizium für die Solarzellenherstellung zur Verfügung zu stellen, dass es erlaubt, unter Umgehung der teuren Vakuumtechniken auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Oberflächen- und Volumenpassivierung von Silizium durchzuführen.
  • Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe und betrifft ein Verfahren zur Passivierung von kristallinem Silizium mit Polysilazanen, durch
    • a) Beschichten eines Siliziumwafers mit einer Lösung enthaltend mindestens ein Polysilazan oder eine Mischung von Polysilazanen der allgemeinen Formel 1, -(SiR'R''-NR''')n- (1)wobei R', R'', R''' gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl, Vinyl oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist,
    • b) anschließendes Entfernen des Lösemittels durch Verdampfen, wodurch Polysilazanschichten der Dicke 50–500 nm auf dem Siliziumwafer verbleiben und
    • c) erhitzen der Polysilazanschicht bei Normaldruck auf 200–1000°C in Anwesenheit von Luft oder Stickstoff wobei die keramischen Schichten beim Tempern Wasserstoff zur Volumenpassivierung des Siliziums freisetzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Beschichtung mindestens ein Perhydropolysilazan (wobei R', R'', R''' = H sind).
  • Besonders geeignet sind dabei solche Polysilazane, in denen R', R'', R''' unabhängig voneinander für einen Rest aus der Gruppe Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Tolyl, Vinyl oder 3-(Triethoxysilyl)-propyl, 3-(Trimethoxysilylpropyl) stehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Beschichtung Polysilazane der Formel (2), -(SiR'R''-NR''')n-(SiR*R**-NR***)p- (2)wobei R', R'', R''', R*, R** und R*** unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl-, Vinyl oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei n und p so bemessen sind, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist.
  • Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen in denen
    • – R', R''' und R*** für Wasserstoff und R'', R* und R** für Methyl stehen;
    • – R', R''' und R*** für Wasserstoff und R'', R* für Methyl und R** für Vinyl stehen;
    • – R', R''', R* und R*** für Wasserstoff und R'' und R** für Methyl stehen.
  • Ebenfalls bevorzugt werden Polysilazane der Formel (3) eingesetzt -(SiR'R''-NR''')n-(SiR*R**-NR***)p-(SiR1, R2-NR3)q- (3)wobei R', R'', R''', R*, R**, R***, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl-, Vinyl oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei n, p und q so bemessen sind, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist.
  • Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen in denen R', R''' und R*** für Wasserstoff und R'', R*, R** und R2 für Methyl, R3 für (Triethoxysilyl)propyl und R1 für Alkyl oder Wasserstoff stehen.
  • Im Allgemeinen beträgt der Anteil von Polysilazan im Lösemittel 1–80 Gew.-% Polysilazan, bevorzugt 2–50 Gew.-%, besonders bevorzugt 3–10 Gew.-%.
  • Als Lösemittel eignen sich besonders organische, vorzugsweise aprotische Lösemittel, die kein Wasser sowie keine reaktiven Gruppen wie Hydroxyl- oder Aminogruppen enthalten und sich dem Polysilazan gegenüber inert verhalten. Beispiele sind aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe und deren Mischungen.
  • Dabei handelt es sich beispielsweise um aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester wie Ethylacetat oder Butylacetat, Ketone wie Aceton oder Methylethylketon, Ether wie Tetrahydrofuran oder Dibutylether, sowie Mono- und Polyalkylenglykoldialkylether (Glymes) oder Mischungen aus diesen Lösemitteln.
  • Zusätzliche Bestandteile der Polysilazanlösung können Katalysatoren sein, wie beispielsweise organische Amine, Säuren sowie Metalle oder Metallsalze oder Gemische dieser Verbindungen, die den Schichtbildungsprozess beschleunigen.
  • Die Katalysatoren werden vorzugsweise in Mengen von 0,001 bis 10%, insbesondere 0,01 bis 6%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3% bezogen auf das Gewicht des Polysilazans eingesetzt.
  • Weiterer Bestandteil können Additive für Untergrundbenetzung und Filmbildung sein oder anorganische Nanopartikel wie beispielsweise SiO2, TiO2, ZnO, ZrO2 oder Al2O3 sein.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich eine dichte, glasartige Schicht, die sich aufgrund ihrer Riss und Porenfreiheit und des hohen Wasserstoffgehalts zur Passivierung auszeichnet, herzustellen.
  • Die hergestellten Schichten weisen vorzugsweise eine Schichtdicke von 10 bis 200 nm auf.
  • Die hergestellten Schichten weisen zu Beginn der Keramisierung einen Wasserstoffgehalt aus, der mit steigender Keramisierungstemperatur aus der Schicht getrieben wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es aus den in einem ersten Schritt aufgebrachten amorphen Polysilazanschichten bei Temperaturen von 200–1000°C innerhalb von 0,1 bis 30 Minuten den Wasserstoff aus der Schicht zu treiben und diese in eine transparente keramische Phase zu überführen. Je nach Keramisierungsbedingungen, ob an der Luft oder einer stickstoffhaltigen Atmosphäre hat die entstandene keramische Phase eine unterschiedliche Zusammensetzung.
  • Durch thermische Initiierung der Umwandlung des Polysilazangerüstes an Luft erfolgt die Wasserstoffpassivierung des Siliziumsubstrates unter Umwandlung in eine transparente keramische Phase der Zusammensetzung SiuNvHwOx Cy (4)wobei u, v, w, x, y Atom-% sind und je nach Keramisierungstemperatur Phasen der Zusammensetzung x > v gebildet werden, mit v < 1 und x < 1,3 und ungleich Null, sowie w = 2,5 – 0 und y < 0,5 wobei u jeweils 1 ist.
  • Durch thermische Initiierung der Umwandlung des Polysilazangerüstes in einer Stickstoffatmosphäre erfolgt die Wasserstoffpassivierung des Siliziumsubstrates unter Umwandlung in eine transparente keramische Phase der Zusammensetzung SiuNvHwOx Cy (4)wobei u, v, w, x, y Atom-% sind und je nach Keramisierungstemperatur Phasen der Zusammensetzung v < 1,3 und x < 0,1, sowie w = 2,5 – 0 und y < 0,2 gebildet werden, wobei u jeweils 1 ist.
  • Die Freisetzung des passivierenden Wasserstoffs kann erfindungsgemäß in einer Luft- und einer Stickstoffatmosphäre jeweils für sich, aufeinander folgend oder alternierend erfolgen.
  • Der Wärmeeintrag kann durch einen beheizbaren Ofen, der unter Stickstoff oder Luft betrieben wird und von 200–1000°C regelbar ist, erfolgen.
  • Die erfindungsgemäßen Beschichtungen eignen sich somit neben der Oberflächenpassivierung zusätzlich zur Wasserstoffpassivierung des Siliziumsubstrats. Mit dem bisher im Stand der Technik bekannten Verfahren sind hierzu aufwändige Vakuumverfahren notwendig.
  • Beispiele
  • Beschichtungsverfahren:
    • Spincoating
  • Keramisierung:
  • Umwandlung von Polysilazan in eine Keramik der Formel (4) erfolgte in einem Ofen bei 200–1000°C der unter Luft oder Stickstoff betrieben werden kann. Die entstandenen Schichtdicken sind 10–200 nm.
  • Schichtdickenmessungen:
  • Die Messungen erfolgten mittels Ellipsometrie.
  • Substrate:
  • p-Typ Silizium: Als Substrat wurde 1 Ω cm FZ p-Typ Silizium Wafer von 250 μm Dicke benutzt. Nach Standard RCA-Säuberung wurden die unterschiedlichen Polysilazanschichten aufgebracht.
  • n-Typ Silizium: Die POCI-Emitter Diffusion an FZ-Siliziumwafer von 250 nm Dicke erfolgte in einem Standard-Ofen führte zu Emitter-Schichtwiderständen von 40 Ω/sqr.
  • Bestimmung der Volumenpassivierung:
  • Die Lebensdauer wurde nach dem Prinzip der Abnahme der Photoleitfähigkeit (QSSPC) an einer Sinton Apparatur vom Typ WCT-100 bestimmt. Je größer die Lebensdauer, desto besser die Passivierung.
  • Bestimmung der Schichtzusammensetzung:
  • Die Schichtzusammensetzung wurde an einem Polysilazanpulver durchgeführt, dass jeweils unter den gleichen Bedingungen keramisiert wurde, wie auf dem Silizium.
  • Figure 00090001
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 05243212 A [0010]
    • - JP 2005033063 A [0012]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - 64 Widenborg, P. I., A. B. Sproul, and A. G. Aberle. Impurity and defect assivation in poly-Si films fabricated by aluminum-induced crystallisation. in Proc. 3rd WC PVSEC. 2003. Osaka. [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Passivierungsschichten auf kristallinem Silizium durch a) Beschichtung des Siliziums mit einer Lösung enthaltend mindestens ein Polysilazan der allgemeinen Formel (1) -(SiR'R''-NR''')n- (1)wobei R', R'', R''' gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl, Vinyl oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist, b) anschließendes Entfernen des Lösemittels durch Verdampfen, wodurch Polysilazanschichten der Dicke 50–500 nm auf dem Siliziumwafer verbleiben und c) erhitzen der Polysilazanschicht bei Normaldruck auf 200–1000°C in Anwesenheit von Luft oder Stickstoff wobei die keramischen Schichten beim Tempern Wasserstoff zur Volumenpassivierung des Siliziums freisetzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat eine keramische Schicht SiuNvHwOx Cy (4)entsteht mit u = 1; v = 1,3 – 0; w = 3 – 0; x = 1,3 – 0; y = 1,5 – 0, und die keramische Schicht als Wasserstoffdiffusionsquelle für die Volumenpassivierung dient.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysilazanlösung mindestens ein Perhydropolysilazan (mit R', R'' und R''' = H) enthält.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Anwesenheit von Luft stattfindet und Phasen der Zusammensetzung x > v gebildet werden, mit v < 1 und x < 1,3 und ungleich Null, sowie w = 2,5 – 0 und y < 0,5 wobei u jeweils 1 ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Anwesenheit von Stickstoff stattfindet und Phasen der Zusammensetzung v < 1,3 und x < 0,1, sowie w = 2,5 – 0 und y < 0,2 gebildet werden, wobei u jeweils 1 ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 200 nm besitzt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysilazanlösung einen Katalysator, sowie gegebenenfalls weitere Additive enthält.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht auf n-Typ Silizium aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schicht auf p-Typ Silizium aufgebracht wird.
  10. Verwendung von Polysilazanlösungen enthaltend mindestens ein Polysilazan der allgemeinen Formel (1) -(SiR'R''-NR''')n- (1) wobei R', R'', R''' gleich oder unterschiedlich sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Aryl, Vinyl oder (Trialkoxysilyl)alkyl-Rest stehen, wobei es sich bei n um eine ganze Zahl handelt und n so bemessen ist, dass das Polysilazan ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist zur Herstellung von Passivierungsschichten auf kristallinem Silizium.
DE102008044769A 2008-08-28 2008-08-28 Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung Withdrawn DE102008044769A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008044769A DE102008044769A1 (de) 2008-08-28 2008-08-28 Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung
PCT/EP2009/006160 WO2010022916A1 (de) 2008-08-28 2009-08-26 Verfahren zur herstellung von keramischen passivierungsschichten auf silizium für solarzellenfertigung
CN200980114020.9A CN102017097B (zh) 2008-08-28 2009-08-26 在硅上制备用于太阳能电池制造的陶瓷钝化层的方法
US13/060,324 US8482106B2 (en) 2008-08-28 2009-08-26 Method for producing ceramic passivation layers on silicon for solar cell manufacture
EP09778103A EP2319071A1 (de) 2008-08-28 2009-08-26 Verfahren zur herstellung von keramischen passivierungsschichten auf silizium für solarzellenfertigung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008044769A DE102008044769A1 (de) 2008-08-28 2008-08-28 Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008044769A1 true DE102008044769A1 (de) 2010-03-04

Family

ID=41258872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008044769A Withdrawn DE102008044769A1 (de) 2008-08-28 2008-08-28 Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8482106B2 (de)
EP (1) EP2319071A1 (de)
CN (1) CN102017097B (de)
DE (1) DE102008044769A1 (de)
WO (1) WO2010022916A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044922A3 (en) * 2012-09-24 2014-07-31 Optitune Oy Method of forming functional coatings on silicon substrates
WO2015007778A1 (en) * 2013-07-19 2015-01-22 AZ Electronic Materials (Luxembourg) S.à.r.l. Encapsulation material for light emitting diodes
DE102018206452A1 (de) * 2018-04-26 2019-10-31 Evonik Degussa Gmbh Siliciumbasierte Schutzschichten für Bauteile photoelektrochemischer Zellen

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5670777B2 (ja) * 2011-02-10 2015-02-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
KR20140117399A (ko) * 2012-01-06 2014-10-07 히타치가세이가부시끼가이샤 패시베이션막 형성용 조성물, 패시베이션막이 있는 반도체 기판과 그 제조 방법, 및 태양전지 소자와 그 제조 방법
CN103633157B (zh) 2012-08-24 2016-03-09 财团法人工业技术研究院 太阳能电池及太阳能电池组件
FI20125988A (fi) * 2012-09-24 2014-03-25 Optitune Oy Menetelmä n-tyypin piisubstraatin modifioimiseksi
FI20125987A (fi) 2012-09-24 2014-03-25 Optitune Oy Menetelmä valosähköisessä laitteessa käytettävän piisubstraatin passivoimiseksi
CN107731731B (zh) * 2017-10-11 2020-04-21 苏州研材微纳科技有限公司 陶瓷体上硅衬底的制备方法
CN108878287A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 苏州研材微纳科技有限公司 硅衬底的加工钝化保护方法
JP7140040B2 (ja) * 2019-04-17 2022-09-21 信越化学工業株式会社 アルコキシシリル基含有有機シラザン化合物及びその製造方法並びにこれを含む組成物及び硬化物

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05243212A (ja) 1992-02-28 1993-09-21 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP2005033063A (ja) 2003-07-08 2005-02-03 Sharp Corp 太陽電池用反射防止膜およびその作製方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4395460A (en) * 1981-09-21 1983-07-26 Dow Corning Corporation Preparation of polysilazane polymers and the polymers therefrom
US4540803A (en) * 1983-11-28 1985-09-10 Dow Corning Corporation Hydrosilazane polymers from [R3 Si]2 NH and HSiCl3
US4842888A (en) * 1988-04-07 1989-06-27 Dow Corning Corporation Ceramic coatings from the pyrolysis in ammonia of mixtures of silicate esters and other metal oxide precursors
KR100317569B1 (ko) * 1995-07-13 2001-12-24 다마호리 다메히코 세라믹스질 물질 형성용 조성물 및 세라믹스질 물질의제조 방법
JP2000012536A (ja) * 1998-06-24 2000-01-14 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd シリカ被膜形成方法
DE102004054661A1 (de) * 2004-11-12 2006-05-18 Clariant International Limited Verwendung von Polysilazanen zur Beschichtung von Metallbändern

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05243212A (ja) 1992-02-28 1993-09-21 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP2005033063A (ja) 2003-07-08 2005-02-03 Sharp Corp 太陽電池用反射防止膜およびその作製方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
64 Widenborg, P. I., A. B. Sproul, and A. G. Aberle. Impurity and defect assivation in poly-Si films fabricated by aluminum-induced crystallisation. in Proc. 3rd WC PVSEC. 2003. Osaka.

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044922A3 (en) * 2012-09-24 2014-07-31 Optitune Oy Method of forming functional coatings on silicon substrates
WO2015007778A1 (en) * 2013-07-19 2015-01-22 AZ Electronic Materials (Luxembourg) S.à.r.l. Encapsulation material for light emitting diodes
US9991182B2 (en) 2013-07-19 2018-06-05 Az Electronic Materials (Luxembourg) S.A.R.L. Encapsulation material for light emitting diodes
DE102018206452A1 (de) * 2018-04-26 2019-10-31 Evonik Degussa Gmbh Siliciumbasierte Schutzschichten für Bauteile photoelektrochemischer Zellen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010022916A1 (de) 2010-03-04
CN102017097A (zh) 2011-04-13
CN102017097B (zh) 2015-03-11
US20110156221A1 (en) 2011-06-30
US8482106B2 (en) 2013-07-09
EP2319071A1 (de) 2011-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008044769A1 (de) Verfahren zur Herstellung von keramischen Passivierungsschichten auf Silizium für die Solarzellenfertigung
EP2683777A2 (de) Aluminiumoxid basierte metallisierungsbarriere
KR101929183B1 (ko) 알루미늄 옥시드 페이스트 및 그의 사용 방법
EP2938761A1 (de) Dotiermedien zur lokalen dotierung von siliziumwafern
DE102009013903A1 (de) Solarzellen mit einer Barriereschicht auf Basis von Polysilazan
WO2010105796A1 (de) Solarzellen mit einer verkapselungsschicht auf basis von polysilazan
CN102173795A (zh) 强电介质薄膜形成用组合物、强电介质薄膜的形成方法及通过该方法形成的强电介质薄膜
EP2938760A1 (de) Flüssige dotiermedien zur lokalen dotierung von siliziumwafern
JP6295952B2 (ja) 太陽電池素子及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール
Albuquerque et al. Multimodal characterization of solution-processed Cu 3 SbS 4 absorbers for thin film solar cells
EP2683779A1 (de) Formulierungen von druckbaren aluminiumoxidtinten
US20110312160A1 (en) Liquid precursor for deposition of copper selenide and method of preparing the same
EP3381058B1 (de) Herstellung von antireflexions- und passivierungsschichten einer siliciumoberfläche
JP5121678B2 (ja) 化合物半導体薄膜の製法および薄膜太陽電池の製法
US9865766B2 (en) Ultraviolet photodetectors and methods of making ultraviolet photodetectors
DE102017112756A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Schichten aus Siliciumcarbid
TWI676595B (zh) 製造石墨碳片之方法
WO2012157909A1 (ko) 신규한 화합물 반도체 및 그 활용
JP6295953B2 (ja) 太陽電池素子及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール
EP2938762A1 (de) Oxidmedien zum gettern von verunreinigungen aus siliziumwafern
KR20150036260A (ko) 패시베이션층 형성용 조성물, 패시베이션층이 형성된 반도체 기판, 패시베이션층이 형성된 반도체 기판의 제조 방법, 태양 전지 소자, 태양 전지 소자의 제조 방법 및 태양 전지
WO2012157907A1 (ko) 신규한 화합물 반도체 및 그 활용
US9704713B1 (en) Siloxanes, doped siloxanes, methods for their synthesis, compositions containing the same, and films formed therefrom
KR101428594B1 (ko) Ci(g)s 박막 제조 방법
Mori et al. Temperature Dependence of Oxygen Annealing Effect on Electrical Properties of GaOx/Si Structure by Mist Chemical Vapor Deposition

Legal Events

Date Code Title Description
8130 Withdrawal