"Doppelsperrschichtsolarzelle" Die Erfindung betrifft eine
Doppelsperrschichtsolarzelle mit mehreren .voneinander getrennten pn-.Übergängen
auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten einen Halb-
leiterkörpers
und ein besonders vortetlhaften Verfahren. zu ihrer Herstellung.
Ganz allgemein gesehen besteht eine Solarzelle aus einem
Halbleiterkörper
mit einem gro$tlgehigen pn-Übergang' der zur Umwandlung von Lichtenergie
in elektrische Energie
dient. Trifft'Licht auf eine Solarzelle,
so werden inner-
halb des Halbleiterkörpers Ladunggtäger erzeugt. Im
ober-
flächennahen Bereich werden dab" mehr die kurzwelligen
r Anteile des einfallenden Lichtes .#rirkeam, während die
langwelligen
Anteile hauptsächlich im Inneren des Halb- -. leiterkörpers Ladungsträger
erzeugen. Die Ladungsträger, die im Bereich des pn-Übergaages entstanden
sind, werden . an diesem getrennt und liefern den erwünschten
Photo-
strom.
Für bestimmte Aavendungszwecke
ist es nun von Vorteil,
zwei voneinander unabhängige lichtempfindliche
Übergänge in einer Halbleiterkörper zu besitzen. Bei Anwendung als
Energiewandler
wird durch eine Doppelgrenzachichtanordnung der Wirkungsgrad
der Solarzelle bedeutend erhöht,
während bei einer Anordnung
als Photoseter alle störenden
Veränderungen der Solarzelle herauskonpenaiert
werden. Im
letzten Anwendungsütl beleuchtet eine Vergleichslicht-
quelle
den lichtempfindlichen pn-Übergang, während der
zweite von dir
zu messenden Lichtquelle bestrahlt wird.
Beide Übergänge sind
dabei gegeneinander geschaltet.
Die Erfindung besteht bei
einer Doppelsperrschichtsolar-
solle mit mehreren voneinander getrennten
pa-Übergängen anf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halb-
leiterkörpers
darin, daß die Elektroden derart ausgiildet sind, daß die pn-Übergänge
auf beiden Seiten bestrahlbar sind. und daß an jeder Oberflächenseite
einer einen a-Bereich kontiktierenden Elektroden eine einen p-Bersich
kontaktierende Elektrode benachbart ist.
Der Vorteil dieser Solarzelle
ist besonders darin zu
sehen, daß sie durch ihren Aufbau einen
äußerst niedri-
gen Innenwiderstand besitzt und außerdem
zur Lösung eineu breiten Aufgabenspektrums einsetzbar ist. Denn
je
nach Verwelzdun;szueck besteht bei dieser Zelle
die Mpglichkeit, sämtliche gleichartige Kontakte parallel
zu
schalten, oder auch nur jeweils die entaprechenden-Kontakte
einer Seite miteinander zu Verbinden» Die erste
Schaltungsart bringt
dann bei Anwendung der Solarzelle als Energiewandler die erwähnte
Steigerung des liehtelektrischen Wirkungsgrades, während durch die
zweite Schaltungsart eine Solarzelle entsteht, die in dem oben"
erwähnten Photometer Verwendung finden kann. An zwei Ausführungsbeispielen
soll nun dis Erfindung näher erläutert worden. Die Figuren-1
und 2 ;eben hierzu Schnitte durch die per-
spektivisch dargestellten
Solarzellen wieder, wobei an
sich in beiden Fällen um
eine spezielle Ausführung der
erfindungsgemäßen Anordnung
handelt. Zur Herstellung der
pn-Übergänge sind hierbei streifenförmige
Zonen in den
Halbleiterkörper eingebracht. Die Elektroden
-sind eben-
falls streifenförmig ausgeführt und verlaufen
wie die -eingebrachten Zonen parallel zueinander, Dabei sind
die
Elektroden außerdem so dimensioniert, deß sie die gingebrachten
Zonen nur teilweise bedecken,-Als ernten Ausführungmbeiapel zeigt ,die Figur
1 eine
Solarzelle, die aus dem Halbleiterkbrper
1 von einem bestimmten Leitungstyp, z.B. n-dotierter Silizium,
besteht,
in den die Zonen 2 vom entgegengesetzten Leitungstyp,
also positiven Leitungstyp, eingebraeM sind. Diese Zonen
haben, wie erwähnt, streifenförmgen* Verlauf. Zum Anschluß
der Solarzelle sind die ebenfalls streifenförmigen glek-
trdden
3 vorgesehen, die parallel zu einer Begrenzungsseite
der Zonen 2 verlaufen und außerdem so angeordnet sind,
daß sich jeweils eine Elektrode an das Grundma-
terial i mit einer
Elektrode an die Zonen 2 abwechselt.
Zur Schutz des Halbleitermaterials
und besonders der pn-Übergänge an der Oberfläche des Halbleiterkörpern
ist eine
Schutzschicht 4 vorgesehen, die in dem gewählten
Beispiel
vorzugsweise aus SiO2 bestehen wird. Die in
den Halbleetsrkürper eingebrachten Zonen 2 liegen sich auf beiden
Oberflächenseiten
unmittelbar gegenüber. In Gegensatz dazu ist in Figur 2 als weiteres
AusfUhrungs-
beispiel eine Solarzelle gezeigt, bei der die Zonen Z
auf
der einen Oberflächenseite gegenüber den auf der anderen
Oberflächenseite
eingebrachten Zonen versetzt sind. Diese
Zelle zeichnet sich durch
einen besonders kleinen Innenwiderstand aus, da ein dieser Fall j
ew.is eine einen n-Bereiah kontaktierende Elektrode auf der einen
Oberflächenleite einer einen p'-Bereich kontaktierenden Elektrode
auf
dem anderen Oberflächenbereich gegenüberliegt. Die
für den Innenwiderstand
verantwosdiche Impedanz des Halb-
leitermaterials zwischen
diesen glektrodenpaaren@wird hiermit sehr klein gehalten und
ist bei gegebenem Material durch die Dicke des Halbleiterkörpers bestimmt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein besonders vorteil-
haftes
Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Solarzellen, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß ein
Halbleiterkörper vom ersten
Leitungstyp mit einer diffu-
sionshemmenden Schicht überzogen
wird und daß in diese
Schicht auf zwei einander gegenüberliegenden
Seiten des
Halbleiterkörpers Öffnungen eingebracht werden, durch
welche dann Zonen vom zweiten Leitungstyp in den Halblei-
terkörper
eindiffundiert werden. In einem weiteren Verfahreitsachritt wird anschließend
auch die Schutzschicht über dem iirundmaterial teilweise
entfernt und an das Grundmaterial sowie an die eindiffundierten
Zonen ohmsche Bontakte angebracht. Dabei werden die Kontaktflächen
so
gewähltt daß die eindiffundierten Zonen als lichimpfindliche
Bereiche nur teilweise von: Kontaktmaterial bedeckt
sind.
Anhand
der Figuren 3 bis 6 soll. nun diese sVerfahren speziell
für die .in den Figuren 1 und 2 gezeigten Solar- i
zollen
näher erläutert werden.
Zur Herstellung beidseitig bestrahlbarer Solarzellen
wird
gemäß Figur 3 ein Halbleiterplättchen $ beispielsweise
aus n-dotierte®
Silizium, auf seiner gesanten@Oberfläche mit der "diffusionshemenden
Schicht 6 überzogen. Diese
Schutzschicht besteht bei dem gewühlten
Beispiel vorzugs-
weise aus 6i02, das beispielsweise durch Oxydation
aus dost Halbleitermaterial gebildet wird. In diese Schicht
werden nun gemäß Figur 4 auf der Ober- und Unterseite
des Halbleiterplättchens die Öffnungen ? eingeätzt, die
etwa
rechteckförnig ausgeführt sind und parallel zueinan-
der angeordnet
sind.
Diese Öffnungen dienen bei der anschließenden Diffusion
als Fensterx durch die die Zonen 8 von entgegengesetzten
Leitungstyp
- beirr gewählten Beispiel vom positiven Leitungstyp - eindiffundiert
werden. Ein anschließender Ätz-
vorsang entfergt n= die diffusionaherweende
Schtht in den
Bereichen 9 zwischen den eindiffundierten Zonen
teilweise,
womit an diesen Stellen Grundmaterial zur Kontaktierung
freiliegt. Durch Aufdampfen entstehen schließlich unter Verwendung einer
Maske die in Figur 5 gezeigten streifenförmigen
Kontakte
1d an das Grundmaterial und die 4iadiffuidierten Zonen. Da die
Bereiche 8 die lichtwirksame Oberfläche der Solarzelle bestimmen,
werden die Kontakte mit Rück-
nicht auf den Wirkungegradmüglichat
schmal gehalten.
Darr Vollständigkeit halber sei noch erwähnte daß
sich zur
Herstellung der Kontakte auch Photoeitzverfahreu eignen
Hierbei wird nach der letzten Ätzung, die die Kontaktfluchen
an das Grundmaterial schafft, die gesamte Ober.
Fläche
des Halbleiterkörpern -mit olunschem Material bedampft* Anschließend wird
dieses- dann in einem Ätzver-
fahren biet auf die gewünschten Kontaktflächen
wieder ent-
f erbt . Zur Herstellung der in Figur
2 gezeigten Solarzelle mit kleinerer Innenwiderstand wird die Ätzung
der Diffusonei öffnungen so erfolgen, daß jeweils eine Öffnung
auf einer
Seite einen Bereich geaenübex'ieat, in dem die Schutzschiebt
vom lltzvorsang unberührt blieb. Die Öffnu»geia sind also an beiden
Seiten gegeneinander versetzt angeord= net. In weiteren Verlauf
wird zur Herstellung dieser spe-
ziellen Solarzelle ebenso verfahren,
wie oben beschrieben wurde.. Eine detailierte Erläuterung
des Reerstelluugsverfahrene-kann daher entfallen."Double Barrier Layer Solar Cell" The invention relates to a double barrier layer solar cell with several .pn transitions separated from one another on opposite surface sides, a semiconductor body and a particularly advantageous method. for their manufacture. In general terms, a solar cell consists of a semiconductor body with a large pn junction which is used to convert light energy into electrical energy . If light strikes a solar cell, charge carriers are generated inside the semiconductor body. In the near-surface area dab "are rirkeam more short wave r shares of the incident light #, while the long-wave components mainly in the interior of the half -... Produce conductor body carriers, the carriers that have arisen in the area of the pn Übergaages be . isolated on this, and provide power to the desired photon. For certain Aavendungszwecke it is now advantageous to have two independent photosensitive transitions in a semiconductor body. when used as an energy converter of the solar cell is significantly increased, while at a by a double Grenzach layer arrangement of efficiency arrangement herauskonpenaiert as Photoseter all disturbing changes of the solar cell. in the last Anwendungsütl illuminates a Vergleichslicht- source to the photosensitive pn junction, while the second is irradiated from you to be measured light source. Both transitions are connected against each other. the invention consists in a The double barrier solar should have several separate PA junctions on opposite surface sides of the semiconductor body in such a way that the electrodes are designed in such a way that the pn junctions can be irradiated on both sides. and that on each surface side of an electrode contacting an a-region there is an adjacent electrode contacting a p-region. The advantage of this solar cell is particularly seen in the fact that it has an extremely niedri- gen internal resistance due to its structure and is also used to solve a U wide range of tasks. Because, depending on Verwelzdun; szueck consists in this cell, the Mpglichkeit to switch all similar contacts in parallel, or in each case only the entaprechenden contacts one side of each other brings to connect "The first switching mode then in use of the solar cell as a power converter, the mentioned increase in the liehtelektrischen for this very purpose cuts by the per- spektivisch illustrated solar cell, conversion efficiency, while a solar cell the figures 1 and 2 is formed by the second method of connection, which can be used in the above "mentioned photometer of two exemplary embodiments shall now been explained in greater detail dis invention.. again, in both cases, is in itself a special embodiment of the arrangement according to the invention. for the preparation of pn junctions are hereby incorporated strip-shaped zones in the semiconductor body. the electrode tips are likewise strip-shaped and extend as the -eingebrachten zones parallel to each other , Dab ei, the electrodes are also dimensioned so they Dess only partially cover the would attached zones, -As shows harvest Ausführungmbeiapel which Figure 1 is a solar cell, from the Halbleiterkbrper 1 of a specific conductivity type, eg, n-doped silicon, in which the Zones 2 of the opposite conduction type, i.e. positive conduction type, are engraved . As mentioned, these zones have a stripe-shaped * course. For the connection of the solar cell , the likewise strip-shaped plates 3 are provided, which run parallel to a boundary side of the zones 2 and are also arranged in such a way that an electrode on the base material i alternates with an electrode on the zones 2. To protect the semiconductor material and in particular the pn junctions on the surface of the semiconductor body, a protective layer 4 is provided, which in the example chosen will preferably consist of SiO2 . The zones 2 introduced into the half-body are directly opposite one another on both surface sides. In contrast to this , FIG. 2 shows, as a further exemplary embodiment , a solar cell in which the zones Z on one surface side are offset from the zones introduced on the other surface side. This cell is characterized by an especially small internal resistance, since this case j ew.is a a n-Bereiah contacting electrode on the opposite to the one surface of a Leite a p'-contacting area electrode on the other surface region. The impedance of the semiconductor material responsible for the internal resistance between these electrode pairs @ is hereby kept very small and , for a given material, is determined by the thickness of the semiconductor body . The invention further relates to a representative method particularly advanta- for the production of the solar cells described above, which is characterized in that a semiconductor body of the first conductivity type having a diffusion-inhibiting layer is coated, and that introduced into this layer on two opposite sides of the semiconductor body openings are, through which zones are then diffused from the second conductivity type in the semiconductor terkörper. In a further process step, the protective layer over the circular material is then partially removed and ohmic contacts are attached to the base material and to the diffused zones. The contact surfaces are so gewähltt that the diffused zones as lichimpfindliche areas only partially by: contact material are covered. Based on Figures 3 to 6 should. Now this sVerfahren specifically for the illustrated .in Figures 1 and 2 solar i pay be explained in more detail. For producing both sides bestrahlbarer solar cells figure, a semiconductor wafer $ example, n-dotierte® silicon, coated on its gesanten @ surface with the "diffusionshemenden layer 6 is in accordance with the third This protective layer is in the gewühlten example preferential example of 6i02, for example, by the oxidation is formed from Dost semiconductor material. In this layer 4 will now according to the top and bottom of the semiconductor wafer is etched, the openings?, which are about running rechteckförnig and zueinan- parallel are arranged. these openings are through as Fensterx in the subsequent diffusion which the zones 8 of the opposite conductivity type - in the selected example of the positive conductivity type - are diffused in. A subsequent etching process removes n = the diffusion-like layer in the areas 9 between the diffused zones , so that the base material for contacting is exposed at these points By vapor deposition, the strip-shaped contacts 1d shown in FIG. 5 on the base material and the 4iadiffuidiert zones are finally produced using a mask. Since the portions 8 define the light-active surface of the solar cell, the contacts are not held back with narrow on Wirkungegradmüglichat. Darr completeness, it should be mentioned that for the production of contacts also Photoeitzverfahreu own case, after the last etching that creates the contact swearing to the base material, the entire upper. Surface of the semiconductor bodies vapor-deposited -with olunschem Material * then driving in an etching method is this- Bidding again inherits f corresponds to the desired contact areas then. For the preparation of the solar cell shown in Figure 2 with a smaller internal resistance, the etching of the Diffusonei openings is effected so that in each case an opening on one side geaenübex'ieat a region in which the protective Pushes remained unaffected by the lltzvorsang. The openings are thus arranged offset from one another on both sides. In the rest of this spe- cial solar cell is used to produce same procedure as described above .. A detailed explanation of the Reerstelluugsverfahrene-can therefore be deleted.