DE1614773C3 - Verfahren zum Herstellen einer SotarzeWe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, bei dem ein Halbleiterkörper mit zwei Zonen unterschiedlichen Leitungstyps hergestellt, auf die Halbleiteroberfläche eine dünne Isolierschicht aufgebracht und die beiden Halbleiterzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp durch Metallkontakte kontaktiert werden.

Kontakte und Leitbahnen auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes sollen eine bestimmte Mindestdicke aufweisen. Dies ist einerseits erforderlich, um die Halbleiterbauelemente mit einem der bekannten Kontaktierungsverfahren in Gehäuse oder Schaltungen so einbauen zu können, daß zwischen den Elektroden bzw. Leitbahnen des Halbleiterbauelementes und den jeweiligen Kontaktelementen des Gehäuses oder der Schaltung eine gute und dauerhafte elektrische Verbindung zustande kommt. Andererseits sinkt mit der Dicke einer Leitbahn ihr Widerstandswert, was beispielsweise bei Solarelementen von besonderer Bedeutung ist, da der Widerstandswert der Leitbahnen eines Solarelementes, die sich auf der vom Licht bestrahlten Oberfläche des Elementes befinden, nicht durch Verbreiterung der Leitbahnen herabgesetzt werden kann. Eine Verbreiterung der Leitbahnen bei Solarelementen würde den Wirkungsgrad der Bauelemente herabsetzen, da die vom Licht bestrahlte Halbleiterfläche durch breite Leitbahnen zu sehr verkleinert wird.

Relativ dicke Leitbahnen können beispielsweise durch Aufdampfen hergestellt werden. Es hat sich jedoch erwiesen, daß die zur Aufdampfung erforderlichen hohen Temperaturen und besonders die zeitlich lange Aufdampfdauer, die zur Herstellung dicker Leitbahnen erforderlich ist, die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes verändern oder das Bauelement ganz zerstören. Außerdem geht bei der Aufdampfung der Teil der Aufdampfsubstanz verloren, der sich auf der für die Aufdampfung erforderlichen Metall- oder Lackmaske niederschlägt. Handelt es sich bei der Aufdampfsubstanz um Gold oder ein anderes wertvolles Metall, so ist bei der Herstellung dicker Leitbahnen der dadurch entstehende Verlust relativ groß.

Man kann, um dicke Leitbahnen herzustellen, auch so vorgehen, daß auf die Halbleiteroberfläche zunächst sehr dünne Leitbahnen oder Kontaktflächen aufgedampft und diese anschließend durch Tauchverzinnen verstärkt werden. Die so hergestellten Leitbahnen und Kontaktflächen sind jedoch meist uneben und an der Oberfläche gewölbt, so daß auch sie die Anforderungen der Anwender der gefertigten Bauelemente nicht hinreichend erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle anzugeben, bei dem die nach der Erfindung hergestellten Kontakte eben sind, gut haften, mit definierter und ausreichender Dicke herstellbar sind und einen guten elektrischen Kontakt mit den zu kontaktierenden Halbleiterzonen ergeben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Metallkontakte auf die Isolierschicht aufgebracht werden, daß die Metallkontakte durch Sintern des Halbleiterbauelementes mit dem unter der Isolierschicht befindlichen Halbleitermaterial in elektrischen Kontakt gebracht werden und daß die auf der Isolierschicht befindlichen Kontakte durch galvanische oder stromlose Metallabscheidung verstärkt werden.

Durch die US-PS 30 91 555 ist eine Solarzelle bekannt, die auf einer Oberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt ist. Da an diese Solarzelle ein Lastwidersland angeschaltet wird, ist in der Figur dieser Palentschrift ein Lastwiderstand symbolisch eingezeichnet, der durch symbolisch eingezeichnete Zuleitungen mit der p- und η-Zone der Solarzelle verbunden werden soll. Die symbolische Zuleitung ist jedoch bei der fertigen Solarzelle nicht an der p-Zone, sondern an der Isolierschicht angebracht.

Die DT-AS 10 04 294 vermittelt die Lehre, einen Kontakt an einen Halbleiterkörper durch Ionenaustausch anzubringen und anschließend diesen Kontakt durch galvanische Abscheidung eines Metalls zu verstärken.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Kontaktierung von Si-Solarzellen, bei denen die Isolierschicht aus thermisch erzeuatem

Siliziumdioxid bestehen kann und so dünn ausgebildet wird, daß sie vom einfallenden Licht ohne weiteres durchdrungen wird. Als Kontaktmetalle eignen sich Titan oder Chrom, die bei Temperaturen von 500° C leicht durch die SiO₂-Schicht hindurchdiffundieren und mit dem darunterliegenden Halbleiter einen guten elektrischen Kontakt bilden. Auf diese erste Metallschicht wird dann vorteilhafterweise Silber oder ein Edelmetall aufgedampft, auf dem besonders leicht weiteres Kontaktmetall galvanisch abgeschieden werden kann.

Es hat sich erwiesen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontakte eben sind, gut haften, mit definierter und ausreichender Dicke herstellbar sind und einen guten elekfrischen Kontakt mit den zugeordneten Zonen des Halbleiterbauelementes ergeben.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. ·

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Solarzelle, während in Fig. 2 und 3 die Solarzelle im Schnitt in zwei verschiedenen Fertigungsphasen dargestellt ist. .

Die Solarzelle nach Fig. 1 besteht aus einem einkristallinen Silizium-Halbleiterkörper 1, der sich aus zwei Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps zusammensetzt. Die eine Zone ist mit einem kammförmigen Metallkontakt 2 versehen, während die andere Zone auf der der Kammstruktur gegenüberliegenden Oberflächenseite der Solarzelle einen flächenhaften Metallkontakt 3 besitzt. Die Leitbahnen 4 des kammförmigen Metallkontaktes auf der vom Licht bestrahlten Oberflächenseite 5 der Solarzelle müssen schmal sein, um die vom Licht getroffene Halbleiteroberfläche der Solarzelle möglichst wenig einzuschränken. Andererseits müssen die Leitbahnen einen kleinen Widerstand aufweisen, um Verluste in den Leitbahnen zu vermeiden. Die Leitbahnen müssen weiterhin gleichmäßig über die bestrahlte Oberfläche verteilt sein, um die inneren Verluste durch den Bahnwiderstand des Halbleitermaterials klein zu halten.

In F i g. 2 ist die Solarzelle 1 im Schnitt mit den beiden Halbleiterzonen 6 und 7 dargestellt. Zu seiner Herstellung geht man beispielsweise so vor, daß in einen p-leitenden, einkristallinen Silizium-Halbleiterkörper allseitig ein Störstellenmaterial eindifTundiert wird, das im Randbereich des Halbleiterkörpers eine schmale η-leitende Zone 7 bildet. Der an einer Oberflächenseite vorhandene Teil dieser n-leitenden Zone 7 wird durch Ätzen oder Schleifen so weit abgetragen, bis die p-leitende Zone 6 in diesem Bereich an die Oberfläche des Halbleiterbauelementes tritt und dort kontaktiert werden kann. Anschließend wird die Halbleiteranordnung mit einer dünnen isolierenden Schicht 8 überzogen, die bei einem Silizium-Halbleiterkörper vorteilhafterweise aus Siliziumdioxid besteht und weniger als 1000 A dick ist. Diese Isolierschicht wird beispielsweise durch thermische Oxydation bei 800° C hergestellt.

Auf die dünne Isolierschicht, die für das einfallende Licht kein Hindernis bildet, werden Metallkontakte bzw. Leitbahnen 3 und 4 zur Kontaktierung der Halbleiterzonen 6 und 7 aufgedampft. Hierzu wird beispielsweise zunächst ein Titanbelag 9 und anschließend ein Silberbelag 10 auf die Isolierschicht 8 aufgedampft. Die Aufdampfung erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe der an sich bekannten Maskentechnik, wobei sowohl Metall- als auch Photolackmasken zur Anwendung gelangen können. Die aufgedampfte Titan-Silber-Schichtenfolge 9, 10 weist vorteilhafterweise eine Dicke von etwa 2 μηι auf.

Anschließend wird die Halbleiteranordnung nach Fig. 2 etwa 2 Minuten lang bei 500° C gesintert. Dabei diffundiert Titan durch die dünne SiO.,-Schicht und stellt den elektrischen Kontakt zu den Zonen 6 bzw. 7 des Solarelementes her. Das in die Oxidschicht 8 eindiffundierte Titan ist in Fig. 2 durch Punktierung angedeutet.

F i g. 3 zeigt die fertig kontaktierte Solarzelle. Dazu wurde die Anordnung nach F i g. 2 in einen Elektrolyten eingebracht und an die Kathode des galvanischen Bades angeschlossen. Als Elektrolyt dient beispielsweise das Metallsalz des abzuscheidenden Metalls. Wird dann an die Elektroden des galvanischen Bades eine Spannung angelegt, so scheiden sich die Metallionen an den Titan-Silber-Kontakten 4 der Solarzelle ab, während die an den übrigen Stellen der Halbleiteroberfläche vorhandene Isolierschicht 8 ein Abscheiden des Metalls verhindert. Auf diese Weise verstärken sich die Titan-Silber-Kontakte in der erwünschten Form. Für die Verstärkung der Metallkontakte eignen sich besonders die Metalle Silber, Kupfer, Nickel oder Gold. Die Metallkontakte können auch durch stromlose Abscheidung verstärkt werden, d. h. durch chemische Abscheidung aus einer geeigneten Lösung.

Es hat sich herausgestellt, daß es bei Solarzellen besonders vorteilhaft ist, die Metallkontakte bzw. Leitbahnen bis zu einer Dicke von etwa 10 μηι zu verstärken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, bei dem ein Halbleiterkörper mit zwei Zonen unterschiedlichen Leitungstyps hergestellt, auf die Halbleiteroberfläche eine dünne Isolierschicht aufgebracht und die beiden Halbleiterzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp durch Metallkontakte kontaktiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakte auf die Isolierschicht aufgebracht werden, daß die Metallkontakte durch Sintern des Halbleiterbaueleirientes mit dem unter der Isolierschicht befindlichen Halbleitermaterial in elektrischen Kontakt gebracht werden und daß die auf der Isolierschicht befindlichen Kontakte durch galvanische oder stromlose Metallabscheidung verstärkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch cekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial aus Silizium und die Isolierschicht aus Siliciumdioxid bestehen und daß die Sili/.iumdioxidschicht weniger als 1000 A dick ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierschicht Titan und anschließend Silber zur Bildung von Metallkontakten unter Verwendung einer Aufdampfmaske aufgedampft wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Titan-Silber-Schichtenfolge etwa 2 um dick ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle nach dem Aufdampfen der Melallkontaktc bei etwa 500° C etwa 2 Minuten lang gesintert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Metallkontakte eine Lösung verwendet wird, aus der Silber. Kupfer, Nickel oder Gold auf den Metallkontakten abgeschieden wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakle auf der Isolierschicht bis zu einer Dicke von etwa 10 um verstärkt werden.