DE1257989B - Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterkoerpers fuer eine Sonnenzelle - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterkoerpers fuer eine SonnenzelleInfo
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Description
- Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterkörpers für eine Sonnenzelle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterkörpers für eine Sonnenzelle.
- In der Halbleitertechnik stellt man Halbleiterfotoelemente her, die im Fall der Einstrahlung von Licht infolge des inneren lichtelektrischen Effektes eine EMK, die sogenannte Fotospannung, liefern und die in mannigfacher Weise in der Technik zur Anwendung gelangen. Eine wachsende Bedeutung besitzen Siliziumfotoelemente. Bekannt sind pn- und np-Siliziumfotodioden, die infolge ihres relativ großen Wirkungsgrades bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie (bis etwa 10 °/o) als Sonnenzellen bei der Energieversorgung von elektrischen Geräten, z. B. in Erdsatelliten, Anwendung finden. Die Güte einer Sonnenzelle, insbesondere einer Silizium-Sonnenzelle, wird also vornehmlich von ihrem Wirkungsgrad bestimmt. Die Begrenzung des Wirkungsgrades der Silizium-Sonnenzellen hat ihre Ursache darin, daß an der Vorderfläche der Sonnenzelle, welche im Betriebsfall der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, infolge der metallähnlichen Eigenschaften der Siliziumoberfläche eine hohe Reflexion der auffallenden Sonnenstrahlung stattfindet, wodurch der Wirkungsgrad der Zelle herabgesetzt wird.
- Stand der Technik ist es, daß man den Wirkungsgrad einer Silizium-Sonnenzelle durch Aufbringen einer reflexionsmindernden Schicht auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers erhöht. Dies geschieht dadurch, daß man eine Schicht aus Siliziumoxyd auf die Siliziumoberfläche im Hochvakuum aufdampft.
- Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Sonnenzellen bekannt, bei dem eine Eindiffusion einer p- bzw. n-Substanz aus der äußeren Gasphase in die Oberfläche eines n- bzw. p-Silizium-Halbleiterkörpers erfolgt. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß zuerst in einem aufwendigen Verfahren eine Eindiffusion der Fremdatome aus der Gasphase in den Halbleiterkörper vorgenommen wird und daß danach in einem gesonderten, ebenfalls sehr aufwendigen Verfahren die reflexionsmindernde Schicht auf den Silizium-Halbleiterkörper aufgebracht wird. Die Eindiffusion der Fremdatome aus der Gasphase in den Halbleiterkörper ist außerdem mit dem Nachteil verbunden, daß die dabei sich einstellende Oberflächenkonzentration nur mit einer großen Ungenauigkeit reproduzierbar ist. Bei der Fertigung von Sonnenzellen ist jedoch die Reproduzierbarkeit dieser Eigenschaften wichtig.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleiterkörpers für eine Sonnenzelle anzugeben, bei dem auf den Halbleiterkörper durch Oxydation eine Siliziumoxydschicht aufgebracht wird und hierauf der Halbleiterkörper von außen dotiert wird. Erfindungsgemäß wird die Siliziumoxydschicht durch anodische Oxydation in einem den Dotierungsstoff enthaltenden Formierbad gebildet, und anschließend wird der in der Oxydschicht enthaltene Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
- Nach Entfernung der Siliziumoxydschicht und der Diffusionsschicht von der Rückfläche und dem Rand des Silizium-Halbleiterkörpers wird in die stehengebliebene Siliziumoxydschicht der Vorderfläche des Silizium-Halbleiterkörpers eine gewünschte Elektrodenform mit Hilfe der Fotomaskentechnik eingeätzt. Zur Kontaktierung wird auf der Vorderfläche Gold und auf der Rückfläche Aluminium aufgedampft.
- Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den reflexionsmindernden Belag auf der Oberfläche des Silizium-Halbleiterkörpers anzubringen und diesen zugleich als Quelle für die Erzeugung der Diffusionsschicht auf dem Siiizium-Halbleiterkörper zu benutzen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die dabei auf dem Silizium-Halbleiterkörper sich einstellende Oberflächenkonzentration in einem weiten Bereich von der Dotierungskonzentration des bei der anodischen Oxydation benutzten Elektrolyten unabhängig ist, wodurch erreicht wird, daß sich die Oberflächenkonzentration auf dem Silizium-Halbleiterkörper mit hoher Genauigkeit reproduzierbar herstellen läßt.
- Auch bei der bekannten Dampf-Feststoff-Diffusion hat man bereits versucht, die Reproduzierbarkeit einer gleichmäßigen Eindiffusion zu verbessern. Dazu hat man drei Schritte angewendet. Der erste Schritt bestand in dem Dampf-Feststoff-Diffusionsvorgang, bei dem eine Quelle einer vorbestimmten Verunreinigung erhitzt wurde, so daß das Material verdampft und der so gebildete Dampf zur Oberfläche des Halbleiterkörpers geleitet wurde. Die Bedingungen wurden dabei so gewählt, daß die Ausbildung einer Schicht aus Glas an der Oberfläche des Siliziumkörpers begünstigt wurde. Die Diffusion wurde dann für eine vorgeschriebene Zeitdauer und bei vorgeschriebener Temperatur so lange fortgesetzt, bis innerhalb des Siliziumkörpers eine Schicht entstand, in welcher die einzubringende Verunreinigung vorherrschte. Anschließend wurde in einem zweiten Schritt der Halbleiterkörper mit einem Ätzmittel behandelt, um das während eines Diffusionsvorganges gebildete Glas zu beseitigen. Der dritte Verfahrensschritt dieses bekannten Verfahrens bestand darin, den Siliziumkörper, der die Diffusionsschicht enthält, auf eine vorgeschriebene Temperatur zu erhitzen, um diese Diffusionsschicht der Tiefe nach zu verstärken, so daß die Verunreinigung weiter in das Innere des Siliziumkörpers eindiffundierte.
- Einerseits handelt es sich bei diesem bekannten Verfahren nicht um die Herstellung eines Halbleiterkörpers für eine Sonnenzelle, andererseits unterscheidet sieh dieses Verfahren von dem wesentlich einfacheren erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß darin nicht das Merlumal enthalten war, ein den Dotierungsstoff enthaltendes Formierbad zu verwenden, so daß durch den Formierungsprozeß das Verunreinigungsmittel in die Oxydschicht gelangt.
- Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung erläutert, in deren F i g. 1 ein Querschnitt und in F i g. 2 eine Aufsicht einer Sonnenzelle wiedergegeben ist.
- Ein p-Silizium-Halbleiterkörper 1 nach F i g. 1 mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 10 52 cm wird in einem phosphorsäurehaltigen Elektrolyten anodisch oxydiert. Der Elektrolyt besteht z. B. aus 10°/oiger Phosphorsäure und einem Netzmittel als Zusatz (z. B. Nickelbadzusatz 95/6 der Fa. Dr. Ing. M. Schlötter). Das dem Elektrolyten zugesetzte Netzmittel bewirkt eine gleichmäßige Oxydation der Oberfläche und auf diese Weise eine homogene Verteilung des Phosphors in der sich bildenden Siliziumoxydschicht 2. Nach der anodischen Oxydation wird der in der Siliziumoxydschicht 2 enthaltene Phosphor bei hoher Temperatur, z. B. 1200° C, eine gewisse Zeit, z. B. 15 Minuten, in das Substratmaterial eindiffundiert, wodurch die n-Diffusionsschicht 3 unterhalb der Siliziumoxydschicht 2 im Silizium-Halbleiterkörper 1 entsteht. Nun wird die Siliziumoxydschicht 2' der Vorderfläche des Silizium-Halbleiterkörpers - auf diese fällt von außen die Sonnenstrahlung 44 auf - mit Wachs abgedeckt und mit einer Ätzlösung, bestehend aus 1 Teil Flußsäure und 4 Teilen Salpetersäure, sowohl die Siliziumoxydschicht 2" als auch die Diffusionsschicht 3" von der Rückfläche und dem Rand des Silizium-Halbleiterkörpers entfernt. Anschließend wird in die Siliziumoxydschicht 2' der Vorderfläche mit Hilfe eines lichtempfindlichen Lackes die gewünschte Elektrodenform eingeätzt. Danach wird auf die noch lackbedeckte Oberfläche Gold aufgedampft und daraufhin der Lack mit dem darauf befindlichen Gold entfernt, so daß die Goldelektrode übrigbleibt. Das Gold wird mehrere Minuten bei etwa 400° C eingetempert. Eine zweckmäßige Elektrodenform ist in F i g. 2 dargestellt. Auf der Siliziumoxydschicht 2 befindet sich eine ringförmige Goldelektrode 5 mit strahlenförmigen, verschieden langen Fortsätzen 5' nach innen. Die strahlenförmige Ausbildung der Fortsätze 5' ermöglicht eine gute Ableitung des im Betriebsfalle in der Zelle entstehenden Fotostromes nach außen, was über den Goldfleck G geschieht.
- Die Kontaktierung der Rückfläche geschieht auf übliche Weise, d. h., es wird die gesamte Rückfläche mit Aluminium bedampft, welches anschließend mehrere Minuten bei etwa 400'F C eingetempert wird.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, von einem n-Silizium-Halbleiterkörper auszugehen und in einer Borsäurelösung als Elektrolyten eine bordotierte Siliziumoxydschicht anodisch zu erzeugen, aus welcher eine p-Diffusionsschicht hergestellt wird.
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterkörpers für eine Sonnenzelle, bei dem auf den Halbleiterkörper durch Oxydation eine Siliziumoxydschicht aufgebracht wird und hierauf der Halbleiterkörper von außen dotiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxydschicht durch anodische Oxydation in einem den Dotierungsstoff enthaltenden Formierbad gebildet wird und daß anschließend der in der Oxydschicht enthaltene Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch l., dadurch gekennzeichnet, daß das Formierbad Phosphorsäure oder Borsäure als Dotierungsstoff und ein Netzmittel als Zusatz enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1080 697; österreichische Patentschrift Nr. 212 881.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2320631A1 (fr) * | 1975-08-04 | 1977-03-04 | Itt | Dispositif semi-conducteur a points de contact en relief |
| FR2411028A1 (fr) * | 1977-12-09 | 1979-07-06 | Ibm | Procede de diffusion de phosphore pour des substrats semi-conducteurs et produits ainsi obtenus |
| FR2496704A1 (fr) * | 1980-12-18 | 1982-06-25 | Solarex Corp | Procede de formation d'une couche mince de phosphore sur les substrats de silicium, par depot de vapeur de h3po4 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1080697B (de) * | 1957-08-07 | 1960-04-28 | Western Electric Co | Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkoerpern einer Halbleiteranordnung |
| AT212881B (de) * | 1958-06-09 | 1961-01-10 | Western Electric Co | Verfahren zur Einführung einer die Leitfähigkeitstype bestimmenden Verunreinigung in einen Siliziumkörper |
-
1964
- 1964-07-09 DE DET26546A patent/DE1257989B/de active Pending
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