DE2246115A1 - Photovoltazelle mit feingitterkontakt und verfahren zur herstellung - Google Patents

Photovoltazelle mit feingitterkontakt und verfahren zur herstellung

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DE2246115A1
DE2246115A1 DE2246115A DE2246115A DE2246115A1 DE 2246115 A1 DE2246115 A1 DE 2246115A1 DE 2246115 A DE2246115 A DE 2246115A DE 2246115 A DE2246115 A DE 2246115A DE 2246115 A1 DE2246115 A1 DE 2246115A1
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Joseph Lindmayer
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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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    • 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
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    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/033—Diffusion of aluminum

Description

22 705
Communications Satelite Corporation, Washington D.C. /USA
Photovoltazelle mit Feingitterkontakt und Verfahren
zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Photovoltazelle mit einem erstleitenden Bereich, der durch eine Sperrschicht von einem zweitleitenden Bereich getrennt ist, wobei das Licht, in die Zelle durch den zweitleitenden Bereich eindringt, sowie mit
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einer ersten Elektrode, die in elektrischem Kontakt mit dem erstleitenden Bereich und einer zweiten Elektrode, die in elektrischem Kontakt mit dem zweitleitenden Bereich steht, wobei letztere Elektrode auf der oberen Oberfläche des zweitleitenden Bereiches angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich daher auf Solarzellen, und insbesondere auf solche mit einem Peingitterkontakt, wobei genannte Oberfläche zur Stromabnahme eine beträchtliche Anzahl von sehr feinen metallischen Zellen oder Mustern aufweist.
Photovoltaische Einrichtungen, im allgemeinen als Solarzellen bezeichnet, werden zur Umwandlung von Lichtenergie in ausnutzbare elektrische Energie verwendet. Das in diese Solarzellen eintretende Licht wird absorbiert und erzeugt dabei Elektronen-Ladungsträgerpaare (Elektronen und Defektelektronen = Löcher),die auf· besondere Weise durch ein elektrisches Feld voneinander getrennt werden. Dieses elektrische Feld wird durch eine Sperrschicht erzeugt, wobei die getrennten Ladungsträger von der oberen bzw. unteren Fläche der Solarzelle abgenommen werden. Bei einer n-p Solarzelle gelangen die Elektronen beispielsweise an die obere Oberfläche, wo sie mittels eines darauf angeordneten Metallgitters gesammelt v/erden. Das Metallgitter ist herkömmlich aus 6 metallischen Streifen gebildet, die längs der Oberfläche in relativ grossem Abstand voneinander getrennt angeordnet und durch eine herkömmliche Stromschiene miteinander verbunden sind. Die Elektronen gelangen entweder unmittelbar zu diesen Metallstreifen oder erreichen die Oberfläche in den "zwischen diesen liegenden Bereichen, so dass sie dann längs der Oberfläche bis zu den Metallstreifen entlangwandern müssen. Die Löcher andererseits gelangen zur unteren Oberfläche
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der Solarzelle, wo man sie durch eine metallische, die gesamte untere Fläche bedeckende Schicht, abnimmt.
Das 6-streifige Metallgitter an der oberen Oberfläche der Solarzelle ist deshalb erforderlich, damit genügend Licht in die Solarzelle eindringen kann. Mit der 6-Streifen'Bauweise ist jedoch der Nachteil verbunden, dass hierbei die Metallstreifen in relativ grossem Abstand voneinander angeordnet sind. Die längs der Oberfläche zu den Metallreifen wandernden Elektroden sind daher einem relativ grossen Oberflächenwiderstand ausgesetzt.
Wegen des relativ grossen, von den Elektronen zurückzulegenden Weges und aufgrund des Oberflächenwiderstandes entsteht ein Reihenwiderstand, der den Wirkungsgrad (Ausgang an elektrischer Energie zu Eingang an solarer Energie) erheblich begrenzt.
Zur Verringerung des Oberflächenwiderstandes hat man daher vorgeschlagen, Fremdstoffe in die Oberfläche dertSolar-
15 zelle in einer hohen Konzentration von etwa 10 . Atome pro
cm oder mehr einzudiffundieren. Derartige hohe Konzentrationen verringern zwar den Oberflächenwiderstand, jedoch, sind sie mit anderen Problemen verbunden. Die hochkonzentrierte Diffusion von Fremdstoffen wird durch einen unter dem Begriff "Feststofflösungsdiffusion" bekannten Prozess vorgenommen. Dabei lässt man die Solarzelle die grösstmögliche Menge an
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Fremdstoffen aufnehmen, d.h. etwa 10 Atome pro cnr. Bei •einer derartigen Feststofflösungsdiffusion wird jedoch das Kristallgitter der Solarzelle in Mitleidenschaft gezogen, da die Feststofflösungsdiffusion bis tief in die Basisschicht einer Solarzelle eindringt. Der Wirkungsgrad der Solarzelle wird dadurch auf zweierlei Weise verringert. Das fehlerhafte Kri-
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Stallgitter bedingt eine Verringerung der Diffusionslänge oder der Lebensdauer der Minoritätsträger. Das bedeutet, dass beispielsweise die Löcher in einer η-leitenden Diffusionsschicht sich mit freien Elektroden wiedeifverbinden, bevor sie durch die Sperrschicht voneinander getrennt werden können. Darüberhinaus beeinträchtigt eine derartige Kristallstruktur die Ausgangsleistung der Solarzelle,(bei der es sich grundsätzlich um eine Diode handelt), indem die Strom (i)- Spannungs (v)-Charakteristik "aufweicht". Darüberhinaus schafft die hochkonzentrierte Fremdstoffdiffusion eine relativ tiefe Sperrschicht von etwa 4000 S. Derartige tiefe Sperrschichten führen dazu, dass relativ kurzwelliges Licht (wo die Solarenergie ein Maximum aufweist) nicht über die Sperrschicht hinausgelangen kann, sondern in der Diffusionsschicht schon absorbiert wird (d. h., zwischen der oberen Oberfläche und der Sperrschicht), Die in der Diffusionsschicht erzeugten Elektronenlöcher weisen jedoch eine relativ kurze Diffusionslänge (auch bei fehlerfreiem Kristallgitter) auf und tendieren daher dazu, sich vor Trennung durch die Sperrschicht wieder zu verbinden.
Der Erfindung liegt.demgegenüber die Aufgabe zugrunde, derartige Solarzellen zu verbessern, indem die an die obere Oberfläche einer Solarzelle gelangenden Elektronen wirkungsvoller abgenommen werden können und gleichzeitig bei geringeren Fremdstoffkonzentrationen fehlerfreie Kristallgitter und damit bessere Wirkungsgrade erzielt werden. Eine _weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Solarzellen zu schaffen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch gelöst, dass die zweite
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Elektrode aus einem feinen metallischen Gitter gebildet ist, · das weniger als 10 % der oberen Oberfläche der zweitleitenden Schicht bedeckt und wobei jede Zelle des Metallgitters eine Breite von 1 bis 20 ax aufweist.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man
a) einen Fremdstoff in den ersten Bereich erster Leitfähigkeit zur Schaffung eines zweiten Bereiches zweiter Leitfähigkeit einführt, der vom ersten Bereich durch eine Sperrschicht getrennt ist,
b) ein feines metallisches Gitter auf der oberen Oberfläche des zweiten Bereiches mittels einer Photolitographletechnik so aufbringt, dass der elektrische Kontakt mit besagter Oberfläche in Berührung gebracht wird. ;
Durch die erfindungsgemässe Solarzelle wird der Wirkungsgrad im kurzwelligen Licht, d.h., im blau-violetten Bereich des Spektrums entsprechend 0,3 bis 0,5 /U verbessert und damit die Ausgangsleistung gegenüber bekannten Solarzellen erheblich vergrössert. Darüberhinaus weist die Erfindung den Vorteil auf, dass eine geringere Sperrschichttiefe vorliegt, und/oder infolge der geringeren Fremdstoffkonzentration eine grössere Freiheit in der Auslegung von Solarzellen gegeben ist, wobei sich gleichzeitig deren Wirkungsgrad verbessert. Darüberhinaus ist infolge des besseren Wirkungs-'grades im kurzwelligen Lichtbereich die Beeinträchtigung durch Strahlungsschaden geringer. Die Verwendung von spezeiHen Metallen als Kontaktelemente für das erfindungsgemässe Metallgitter schafft ferner korrosionsfeste Elektroden.
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Mit der extrem flachen Sperrschicht nach der Erfindung ist weiter der Vorteil verbunden, dass die Strom-Spannungs-Charakteristik idealen Verhältnissen nahekommt, da Kristallgitterfehler nicht vorliegen. Im Idealfall wird der Zusammenhang von Spannung und Strom bei Dioden durch folgende Gleichung beschrieben:
qV
I - I0 (β ** -1) '
Darin bedeuten I = Diodenstrom; IQ = Diodensperrstrom; V =. Spannung; kT/q = Thermospannung.
In Wirklichkeit folgen Solarzellen Jedoch der folgenden Gleichung:
= I0 (β ^ - 1)
Der Faktor η in dieser Gleichung ist stets grosser als 1. Bei herkömmlichen Solarzellen beträgt η =2, während er im idealen Fall η =1 ist. Dieser Faktor ist ein Mass für die "Aufweichung", der I-V Charakteristik von Solarzellen. Der "Aufweichungseffekt" lässt sich auch durch den sogenannten Füllfaktor F ausdrücken, der wie folgt definiert ist:
tatsächliche Leistung zu Belastung
F «
Kurzschlusstrom χ Leerlaufspannung
Von dieser Definition ausgehend weisen konventionelle So-1 arzellen einen Füllfaktor F von etwa 72 % auf. Bei der extrem flachen Diffusion und der geringen Fremdstoffkonzentration von erfindungsgemassen Solarzellen kann der FUlIfaktor einen
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Wert von 8θ # mit η =1,1 erreichen, Diese Werte beziehen sich somit auf "eine annähernd ideale Sperrschicht.
Die Erfindung ist für jede beliebige Art von Solarzellen, z.B. aus Silizium oder Galliumarsenid verwendbar, die Kollektoreiy^ür den Oberflächenstrom aufweisen, der aus einer beträchtlichen Anzahl von feinen metallischen Streifen (oder anderen feinen geometrischen Mustern) gebildet ist und wobei der Abstand zwischen den Streifen und die Breite der einzelnen Streifen sehr gering ist, Die Sperrschichttiefe und/oder Fremdstoffkonzentration wird innerhalb des möglichen Freiheitsgrades durch Verwendung dieser Feinstrukturzelle ebenfalls herabgesetzt. Die Solarzelle lässt sich dabei so herstellen, dass man zunächst Fremdstoffe in ein Siliziumplättchen eindiffundieren lässt, und man dann die SolarzeXe oxidiert. Das feine metallische Gitter Wird dann auf die obere Oberfläche der Solarzelle unter Verwendung einer photolitographischen Technik aufgetragen. Schliesslich erfolgt durch einen Plattierongsprozess eine Verdickung der Streifen des Metallgitters bis zu einem geeigneten Ausmass.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 als Blockdiagramm eine Seitenansicht einer Solarzelle,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen sechsfachen Kontaktstreifen-Anordnung auf der oberen Oberfläche einer Solarzelle nach Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen Feingitter-Metallkontaktanordnung auf der oberen Oberfläche der Solarzelle nach Fig. 1,
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Fig. 4 eine vergleichende graphische Darstellung des Wirkungsgrades über der Oberflächenkonzentration der Diffusionsschicht für eine Siliziumsolarzelle mit herkömmlichem und erfindungsgemässen Aufbau des Kontaktgitters.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine typische Solarzelle. Im folgenden wird auf eine Einkristall n-p Siliziumsolarzelle eingegangen, obwohl die. Erfindung auf alle Arten von Einkristallsolarzellen einschliesslich der GaAs-Solarzelle verwendbar ist·. Der Ausdruck "Einkristall" ist bekannt. Darunter wird im allgemeinen ein Kristall mit absolut perfektem kristallographischem Gitteraufbau verstanden. H3,.er sollen jedoch auch solche Kristalle damit gekennzeichnet sein, die einen nahezu einkristallinen annähernd perfekt kristallographischen Aufbau aufweisen. Darüberhinaus ist das erfindungsgemässe Konzept nicht auf Einkristallsolarzellen beschränkt, sondern lässt sich . auf ..· DUnnfilmsolarzellen übertragen.
Die dargestellte Einkristallsiliziumsolarzelle besteht aus aus einer p-leitenden Siliziumbasisschicht 1 und einer n-leitenden Siliziumschicht 2 mit einer n-p-Sperrschicht 3* die eine bestimmte Tiefe unter der oberen Oberfläche der Siliziumschicht 2 einnimmt. Bei einer n-p Siliziumsolarzelle erzeugt die Sperrschicht j5 ein auf die Basisschicht 1 gerichtetes elektrisches Feld. Dadurch fliessen die erzeugten Elektronen zur oberen Oberfläche, während die Ladungsträgerpaare (Löcher) zur Bodenfläche der Basisschicht 1 fliessen. Dort werden sie durch einen, die gesamte Bodenfläche der Basisschicht 1 bedeckenden Kontakt 4 abgenommen.
Das zur Abnahme der zur oberen Oberfläche fliessenden Elektronen verwendete Metallgitter 5 - durch diese Oberfläche tritt auch das Licht ein - ist auf der Siliziumschicht 2 an-
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geordnet. Bei bekannten Solarzellen kann das Metallgitter 5 einen 6-streifigen Metallkontakt gemäss Fig. 2 aufweisen. · Bei einer Solarzelle mit einer Abmessung von 2 χ 2 cm befinden sich die einzelnen Metallstreifen etwa in einem Abstand von 0,3 cm, wobei jeder Metallstreifen eine Breite von etwa 500 Ai aufweist. Das gesamte Metallgitter hält damit etwa 8 - 10 % des auf die Solarzelle einfallenden Lichtes ab. Das Metallgitter nach der Erfindung besteht' jedoch, wie in Fig. 3 dargestellt, bei einer Fläche von 2 χ 2 cm etwa aus βθ Metallstreifen, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Metallstreifen etwa 0,03 cm beträgt, und die einzelnen Metallstreifen etwa 1 *· 20 Ax breit sind. Die Feingitter-Konfiguration nach der Erfindung hält dabei weniger als 10 % des einfallenden Lichtes ab. Die feinen Metallstreifen können parallel zur Hauptstromschiene liegen und durch sich verjüngende. Nebenstromschienen, wie in Fig. 3 gezeigt, miteinander verbunden sein. Als Alternative hierzu können die feinende tall streif en auch senkrecht zur Hauptstromschiene liegen und dabei unmittelbar mit dieser in der in Fig. 2 dargestellten Weise verbunden sein.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Solarzelle ist es möglich, die Fremdstoffkonzentration und/oder die Sperrschichttiefe zu verringern. Falls die Sperrschicht tiefe herabgesetzt wird.· (beispielsweise durch Verkürzung der Diffusionszeit und/oder Herabsetzung der Diffusionstemperatur),, wird der Wirkungsgrad in dreifacher- Weise verbessert. Einmal kann jetzt kurzwelliges Licht über die Sperrschicht 3 zur p-leitenden Siliziumbasisschicht 1 dringen und dorf Ladungsträgerpaare erzeugen. Die in der Basis-schicht 1 erzeugten Ladungsträgerpaare weisen eine längere Lebensdauer auf, als diejenigen, die in der η-leitenden Schicht 2 sich entwickeln. Obschon sämtliche in der Solarzelle gebildeten Elektronen bei einer Verringerung der Oberflächenfremdstoffkonzentration einen grösseren Oberflächenwiderstand auf der oberen Oberfläche der Schicht 2 vorfinden, ist der von den Elektronen vor ihrer Abnahme zurückzulegende Weg gegenüber bekannten Gitteranordnungen
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erheblich reduziert. Falls die Oberflächenkonzentration ohne Verringerung der Sperrschichttiefe herabgesetzt wird, wird der von den Elektroen zu überwindende Widerstand durch das Feingitter nach Fig. 3 ausgeglichen. Obgleich der überwiegende Anteil des kurzwelligen Lichtes Ladungsträgerpaare . in der Diffusionsschicht 2 erzeugt, wird aufgrund der geringeren Fremdstoffkonzentration in dieser Schicht die Lebensdauer der Löcher erhöht.
Die Art und Weise;wie die n-p Siliziumsolarzelle nach der Erfindung mit einer verringerten Sperrschichttiefe hergestellt wird, ist Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Zunächst wird ein p-leitendes Siliziumstück zugeschnitten und z.B. zu einem Plättchen von 2 χ 2 cm geschliffen. Danach lässt man η-leitende Fremdstoffe, beispielsweise irgendeines der Elemente der Gruppe VA im periodischen System der Elemente wie Phosphor, Arsen oder Antimon in die p-leitende Basisschicht zur Bildung einer n-p Sperrschicht eindiffundieren. Während herkömmlich die Diffusionstiefe der Sperrschicht 4000 Ä beträgt, liegt bei der Erfindung eine Sperrschichttiefe von nur etwa 1500 S vor. Um eine derartige geringe Sperrschichttiefe mit Phosphor zu erzielen, lässt man den Phosphor in die p-leitende Basisschicht bei etwa 750° bis 8250C, 5-10 Minuten lang eindiffundieren. Das Diffusionsgas enthält die Fremdstoffe Op, Np und PH^ (aus letzterem wird der Phosphor gewonnen), wobei man das Gas in den Diffusionsofen in folgenden Mengen einleitet: N0 = 1000 cm-Vmin., 99 $ Argon und 1 % PH-, mit 500 cm^/ min. und 0« mit 75 cnr/min. Die Oberflächenkonzenträtion des
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Phosphors liegt in der Grössenordnung von 10 y bis 10 Atome pro cm^, wobei die Konzentration in der Diffusionsschicht 2 weniger als 101^ Atome pro cm2 beträgt. Falls Arsen oder Antl-
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mon verwendet wird, sollte die Diffusionszeit und die Diffusionstemperatur in bekannter Weise zur Erzielung einer Sperr-
ο
s-ehichttiefe von 1500 A verändert werden.
Nach dem Diffusionsvorgang wird das n-p Siliziummaterial 2 Minuten bei 800°C Dampf ausgesetzt. Diese Behandlung führt zur Bildung einer 1000 A SiOg (Glas) Schicht, die sich von der Oberen Oberfläche des η-leitenden Materials erstreckt. Bei diesem Oxidationsprozess werden etwa einige hundert (400-500) A Silizium vom oberen Ende der Diffusionsschicht entfernt, womit verschiedene weitere Vorteile verbunden sind. Da während des Diffusionsproezesses eine etwa 450 A dicke Schicht der oberen Oberfläche beschädigt wird, würde dies ohne den genannten Abtrag zu einer Verkürzung der Lebensdauer der an diese Oberfläche gelangenden Elektronen führen. Die Entfernung der 400 - 500 A dicken Schicht verbessert daher die
Lebensdauer dieser Elektronen. Zum Anderen wird durch den
Abtrag der 400 - 500 A starken Siliziumschicht die Sperr- ..-,-■■ schichttiefe weiter verringert, was einer Begünstigung des Eindringens von kurzwelligem Licht über diese Sperrschicht hinaus gleichkommt, so dass weitere Ladungsträger, gebildet werden können.
Als weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung der erfindungsgemässen n-p Solarzellen, wird die gesamte oder ein Teil der 1000 A starken SiOp Schicht auf bekannte Weise entfernt. Dies ist deshalb zweckmässig, da das Glas einen Brechungsindex.von nur etwa 1,46 aufweist, so dass hierdurch zuviel Licht von •der Oberfläche der Solarzelle weggebrochen würde.
Das Siliziumplättchen ist nun fertig zum Auftrag des Feingitters auf der oberen Oberfläche der Diffusionsschicht 2.
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Zunächst wird diese Oberfläche mit einem Photodeckmittel bekannter Art, z.B. einem A-Z Deckmittel vollständig beschichtet. Danach wird das Deckmittel einem Licht- oder Elektronenstrahl mittels einer Abblendmaske ausgesetzt, die ein dem Peingitter nach Anspruch 5 entsprechendes Muster aufweist. Die Herstellung solcher feinzeiligen Masken ist bekannt. Danach wird die Oberfläche mittels irgendeines bekannten bei A-Z Deckmitteln verwendeten Entwicklers entwickelt, wobei sich die Gitterbereiche (das heisst, die Streifen)auf der blanken Siliziumdiffusionsschicht bilden.
Unter Verwendung einer bekannten Aufdampfungstechnik wird etwa eine Schicht von 300 A aus Chrom auf die gesamte Oberfläche aufgedampft und nachfolgend erfolgt ein Aufdampfen
ο
einer 2000 A starken Silberschicht. Das Photodeckmittel wird danach durch irgendein zweckmässiges, in Verbindung mit A-Z Deckmitteln verwendbares Lösungsmittel abgelöst. Durch die Ablösung des Photodeckmittels' werden folglich ebenfalls die auf dem Photodeckmittel in denjenigen Bereichen (d.h. zwischen den Streifen) befindlichen Metalle entfernt, in denen sich das Photodeckmittel in Berührung mit dem Silizium befindet. Dieser Entfernungsprozess wird als "Abtragphotolitographie" bezeichnet und führt zu einem feinen Metallgitter der in Fig. J5 auf der oberen Oberfläche der Diffusionsschicht 2 angeordneten Art. Damit jede der Metallstreifen eine Dicke von etwa 20 ax aus Gründen einer besseren Leitfähigkeit aufweist, erfolgt danach ein Aufplattieren in bekannter Weise von Silber auf die Metallstreifen. Als Alternative hierzu kann vor dem Aufplattie-.ren der Silberschicht eine Goldschicht ähnlicher Dicke auf die Chromschicht aufgetragen werden, da bekanntlich Gold besser als Silber auf Chrom haftet.
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Eine andere photolitographische Technik zur Bildung des Feingitters kann wie folgt vorgenommen werden:
1. Aufdampfen eines Metalls, z.B. Chrom auf die obere Oberfläche der Schicht 2,
2. Beschichten des Metalls mit einem Photodeckmittel,
J5. Belichten des Photodeckmittels mit einem Licht-oder Elektronenstrahl durch eine Maske, *
4. Entwickeln des Photodeckmittels,
5« Abätzen des Metalls in den zwischen den Streifen befindlichen Bereichen,
6. Ablösen des übrigen Photodeckmittels mittels eines Lösungsmittels.
Bei der Peingittersolarzelle nach der vorliegenden Erfindung wird der Einfluss von Strahlungsschäden auf die Solarzellen verringert. Derartige Strahlungsschaden bewirken ein Ansprechen von Solarzellen auf längerwelliges Licht«, Da bei der Erfindung aus dem kurzwelligen Licht der Energieausstoss höher als bei herkömmlichen Solarzellen ist, kann geschlossen werden, dass die Wirkung von Strahlungsschaden in diesem Fall geringer sind.
•In Fig. 4-ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle über der Oberflächenkonzentration der Diffusionsschicht^aufgetragen* Danach liegt der mit der Feingittersolarzelle erreichbare Wirkungsgrad etwa 50 % oberhalb desjenigen, der mit herkömmlichen 6-Streifen-Solarzellen erzielbar ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    IJ Photovoltazelle mit einem erstleitenden Bereich,der durch eine Sperrschicht von einem zweitleitenden Bereich getrennt ist, wobei das Licht in die Zelle durch den zweitleitenden Bereich eindringt, sowie mit einer ersten Elektrode, die in elektrischem Kontakt mit dem erstleitenden Bereich und mit einer zweiten Elektrode,die in elektrischem Kontakt mit dem zweitleitenden Bereich steht, wobei die zweite Elektrode auf der oberen Oberfläche des zweitleitenden Bereichs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode aus einem feinen metallischen Gitter gebildet ist, das weniger als 10 % der obere* Oberfläche des zweitleitenden Bereichs (2) bedeckt und wobei jedes zellenförmige Element des metallischen Gitters eine Breite von 1 - 20 fix aufweist.
    2. Photovoltazelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zellenförmigen Elemente des metallischen Gitters weniger als 0,04 cm voneinander entfernt sind.
    3. Photovoltazelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (3) 500 bis 2000 8 unter der oberen Oberfläche des zweitleitenden Bereichs (2) angeordnet ist.
    k. Photovoltazelle nach Anspruch 1, dadurch ge.kennzei chn e t , dass das feine metallische Gitter eine Chromschicht j aufweist.
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    5. Photovoltazelle nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichn'et, dass das feine metallische Gitter vielter eine Silberschicht enthält.
    6. Photovoltazelle nach Anspruch >, dadurch gekennzeichnet, dass das feine metallische Gitter eine Chromr und Goldschicht und eine Silberschicht auf der Chrom- und Goldschicht aufweist.
    7. Photovoltazelle nach Anspruch 2, J>, oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feine .metallische Gitter eine beträchtliche Anzahl von zellenförmigen Elementen aufweist, die im wesentlichen parallel zueinander liegen und gleichmässig über die obere Oberfläche de^zweitleitenden Bereichs (2) verteilt sind.
    8. Photovoltazelle nach Anspruch 7'» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode ein mit der obsren Oberfläche des zweiten Bereichs (2) in Verbindung stehender Ohmscher Kontakt ist.
    9. Photovoltazelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Einkristallsolarzelle ist.
    10. Verfahren zur Herstellung einer Peinkontaktgitter-Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass man:
    a) einen Fremdstoff in den ersten Bereich erster Leitfähigkeit zur Schaffung eines zweiten Bereichs zweiter Leitfähigkeit einführt, der vom ersten Bereich durch eine Sperrschicht getrennt ist, J
    b) ein feines metallisches Gitter auf der oberen Ober-
    . fläche des zweiten Bereiches mittels einer Photolitographle-
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    technlk so aufbringt, dass der elektrische Kontakt mit besagter Oberfläche in Berührung gebracht wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Fremdstoff in den ersten Bereich während einer bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur eindiffundieren lässt, so dass man eine Sperrschichttiefe von
    500 bis 2000 A von der oberen Oberfläche des zweiten Bereiches erhält.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man den Fremdstoff aus derjenigen Gruppe der Elemente auswählt, in der die Elemente Phosphor, Arsen und Antimon enthalten sind.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man als Fremdstoff Phosphor verwendet und ihn bei 750° bis 8250C,5 - 10 Minuten eindiffundieren lässt.
    14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzei ohne t , dass man die Solarzelle vor Auftrag des feinen metallischen Musters thermisch oxidieren lässt.
    15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man
    a) die obere Oberfläche des zweiten Bereichs mit einem Photodeckmittel beschichtet,
    b) die obere Oberfläche unter Verwendung einer feinen metallischen Abdeckblende beschichtet, wobei die Abdeckblende so beschaffen ist, dass sie dem Muster des metallischen Gitters entspricht,
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    c) die obere Oberfläche mit einem dem gewählten Abdeckmittel entsprechenden Entwickler entwickelt,
    d) eine Metallschicht auf die entwickelte obere Oberfläche aufbringt,
    e) die obere.Oberfläche mit einem Lösungsmittel^ das für das gewählte Photodeckmittel zweckmässig ISt5 ablöst,,
    16. Verfahren nach Anspruch 15* dadurch gekennzeich* net, dass das aufgetragene Metall Chrom enthält und dass man weiter das Metallgitter nach dem Lösungsschritt mit einem Metall so plattiert, dass das.Metallgitter eine vorgegebene Dicke enthält.
    17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, dass die Metallschicht Chrom ist.
    18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das aufplattierte Metall Silber ist.
    19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzei ohne t , dass das aufgegebene Metall Chrom und Gold enthält.
    20. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch weiter g e k e η η zeichnet, dass man
    a) die obere Oberfläche des zweiten Bereichs mit einem Photodeckmittel beschichtet,
    b) die obere Oberfläche einem Elektronenstrahl unter Verwendung einer feinen Metallabdeckblende aussetzt, die entsprechend dem Gitter-Muster ausgebildet ist,
    c) die obere Oberfläche mit einem für das Photodeckmlttel zweckmässigen Entwickler entwickelt.
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    d) eine Metallschicht auf die entwickelte Oberfläche aufträgt,
    e) die Oberfläche in einem für das Photodeckmittel zweckmässigen Lösungsmittel ablöst.
    21. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzei ohne t, dass man
    a) eine Metallschicht auf die obere Oberfläche aufdampft,
    b) die Metallschicht mit einem Photodeckmittel abdeckt,
    c) das Photodeckmittel einer Strahlung durch eine
    feine metallische Abdeckblende, die entsprechend dem gewünschten geometrischen Gittermuster gebildet ist, aussetzt,
    d) das Photodeckmittel entwickelt,
    e) das Photodeckmittel und das Metall in den der Strahlung ausgesetzten Bereichen abätzt,
    f) das übrige Photodeckmittel ablöst.
    22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man als Strahlung sichtbares Licht verwendet.
    23.* Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man als Strahlungeinen Elektronenstrahl verwendet.
    24. Auf Licht im gesamten sichtbaren Bereich des Spektrums an-
    309814/0809 - 19 -
    sprechende Solarzelle gekennzeichnet durch einen dotierten halbleitenden Kristall mit einem Bereich erster Leitfähigkeit, der eine Licht absorbierende Oberfläche aufweist und durch einen Bereich zweiter Leitfähigkeit, wobei die Grenzschicht zwischen beiden Bereichen eine flache n-p Sperrschicht ist, die 500 bis 2000 A unter der Licht absorbierenden Oberfläche des ersten Bereiches angeordnet ist und auf kurzwelliges Licht (blau-violettes) anspricht und durch Elektroden, die in Berührung mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich stehen*, so dass die innerhalb des Halbleiterkristalles durch das Licht erzeugten Ladungsträger abgenommen werden können»
    309814/0809
    Leerseite
DE2246115A 1971-09-28 1972-09-20 Photovoltazelle mit feingitterkontakt und verfahren zur herstellung Withdrawn DE2246115A1 (de)

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