DE2406339A1 - Verfahren zum auftragen einer antireflektierenden beschichtung auf einen halbleiter - Google Patents

Verfahren zum auftragen einer antireflektierenden beschichtung auf einen halbleiter

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DE2406339A1
DE2406339A1 DE19742406339 DE2406339A DE2406339A1 DE 2406339 A1 DE2406339 A1 DE 2406339A1 DE 19742406339 DE19742406339 DE 19742406339 DE 2406339 A DE2406339 A DE 2406339A DE 2406339 A1 DE2406339 A1 DE 2406339A1
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
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Description

Anmelder:
Communications Satellite Corporation
Washington, D.C, USA
Verfahren zum Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung
auf einen Halbleiter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Sonnenzellen und insbesondere auf ein Verfahren zum Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung und eines gewünschten Musters aus leitfähigem Material zur Stromsammlung auf die Oberfläche eines Siliciumplättchens, das für die Verwendung als Sonnenzelle geeignet ist, die auf licht des gesamten sichtbaren Spektrums einschließlich Licht im kurzen Wellenlängenbereich anspricht.
Die Verwendung von Sonnenzellen,- welche Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln, ist sowohl im Anwendungsbereich auf der Erde als auch im Weltraum bekannt. Das auf die Sonnenzelle einfallende Licht wird durch das Halbleitermaterial der Zelle
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absorbiert, wodurch sich die Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares (d.h. Ladungsträger) ergibt. Im Idealfall werden die Ladungsträger durch den Halbleiterübergang speziell getrennt, ohne daß am Übergang eine Rekombination auftritt. Die Ladungsträger können an den gegenüberliegenden Oberflächen der Sonnenzelle mit Hilfe metallischer Stromkollektoren gesammelt werden, wodurch ein Stromfluß entsteht.
Der Wirkungsgrad (d.h. das Verhältnis von elektrischer Ausgangsleistung zum Leistungseingang des einfallenden brauchbaren Lichtes) einer Sonnenzelle ist direkt abhängig von der Menge des in die Siliciumzelle eindringenden brauchbaren Lichtes. Das brauchbare Licht kann, bezogen auf eine vorgegebene Sonnenzelle, defiliert werden als elektromagnetische Energie mit solchen Wellenlängen, die bei Absorption durch die Sonnenzelle an dem Zellenübergang Ladungsträger erzeugt. Der Wirkungsgrad der Sonnenzelle ist jedoch wegen der Reflektion brauchbaren Lichtes begrenzt, das auf die obere Fläche der Sonnenzelle fällt. Um das Problem der Lichtreflektion zu verringern, wird auf die Oberfläche,durch die das Licht in die Zelle eindringt, eine antireflektierende Beschichtung aufgetragen.
Wie bereits bekannt ist, bestimmen die besonderen Bedingungen der Umwelt, in der die Sonnenzelle verwendet wird, die spezifischen mechanischen, chemischen und optischen Eigenschaften, die eine antireflektierende Beschichtung aufweisen muß. Bei der Anwendung im Weltraum, bei der die Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen und über eine ausgedehnte Zeitspanne erforderlich ist, ist das Vorhandensein dieser Eigenschaften wesentlich für eine erfolgreiche Mission.
Als eine fundamentale optische Eigenschaft sollte die antireflektierende Beschichtung die Reflektion des brauchbaren Lichtes verringern. Bei der Anwendung im Weltraum, bei der eine Abdeckscheibe, und zwar vorzugsweise aus Quarz, über die anti-
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reflektierende Beschichtung zum Schutz der Sonnen zelle gegen SDhädliohe Strahlung aufgebracht wird, sollte der Brechungsindex der antireflektierenden Beschichtung zwischen der Quarzabdeckscheibe und der darunter befindlichen Sonnenzelle sein, d.h. allgemein im Bereich zwischen 2,ο bis 2,5. Eine andere benötigte optische Eigenschaft einer antireflektierenden Beschichtung ist die Durchlässigkeit. Die antireflektierende Beschichtung sollte kein brauchbares Licht absorbieren, sondern den Durchgang derartigen Lichtes zu der darunterliegenden Sonnenzelle ermöglichen. Wie eine abschließende Betrachtung ergibt, hängen die für eine antireflektierende Beschichtung erforderlichen optischen Eigenschaften von den Brechungsindizes sowohl der darunterliegenden Sonnenzelle und der Abdeckscheibe als auch der Wellenlänge, auf die die Sonnenzelle anspricht, ab. Aus der deutschen Patentanmeldung P 22 46 115.0, angemeldet am 2o. September 1972, geht eine neue Sonnenzelle hervor, die für das gesamte sichtbare Spektrum und insbesondere für Licht in dem blau-viöletten Bereich des Spektrums empfindlich ist. Dieser Bereich entspricht dem Kurzwellenbereich des Lichtes von etwa o,3 bis o,5 Mikron. Eine Sonnenzelle ist mit diesen Eigenschaften bisher nicht bekannt. Um eine Sonnenzelle mit einer empfindlichen Eigenschaft, die sich in das Gebiet kurzer Wellen erstreckt, wirksam verwenden zu können, ist es notwendig eine antireflektierende Beschichtung zu verwenden, die kein Licht über das gesamte sichtbare Spektrum absorbiert, d.h. o,3 bis 1,1 Mikron und die einen Brechungsindex zwischen dem der Abdeckscheibe und der Sonnenzelle aufweist.
Die antireflektierende Beschichtung muß auch gewissen mechanischen, chemischen Kriterien genügen. Zusätzlich zu den Umwelti bedingungen und den Betrachtungen über die Lebensdauer, werden diese Kriterien durch die physikalischen Eigenschaften der Sonnenzelle bestimmt. Eine Sonnenzelle mit einer Lichtempfindlichkeit im Bereich kurzer Wellen, insbesondere eine Zelle, die nach der oben genannten deutschen Patentanmeldung aufgebaut ist, benötigt eine antireflektierende Beschichtung, um
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gewissen spezifischen Kriterien zu genügen. So ist zum Beispiel der in der oben genannten deutschen Patentanmeldung beschriebene n-p Übergang der Sonnenzelle, die für kurze Wellenlängen empfindlich ist, nur etwa 1ooo bis 2oooA von der oberen Oberfläche der Sonnenzelle entfernt. Unter diesen Bedingungen würde die antireflektierende Beschichtung den flachen Übergang beschädigen, wenn die Beschichtung in die Sonnenzelle eindringt. Ferner muß jede mechanische Beanspruchung, die an der Zwischenfläche der antireflektierenden Beschichtung und des Halbleiters erzeugt wird, klein sein, so daß eine derartige Beanspruchung den Übergang nicht beschädigt.
Ferner sollte die antireflektierende Beschichtung sich nicht verschlechtern, wenn sie im Vakuum ultra-violettem Licht ausgesetzt wird. Die Wirkung einer derartigen "Verschlechterung könnte in der Änderung des Brechungsindexes der antireflektierenden Beschichtung und der Absorption des Lichtes im kurzen Wellenlängenbereich bestehen. Auch ist auf dem Gebiet der SiIiciumsonnenzeilen eine Erscheinung bekannt, die als Dispersion bezeichnet wird, bei der Brechungsindex des Siliciums mit kurzer werdenden Wellenlängen größer wird. Aus diesen Gründen sollte die antireflektierende Beschichtung eine Bezfehung zur Wellenlänge aufweisen, die sich der Veränderung des Brechungsindexes des Siliciums anpasst.
Noch weitere Kriterien einer antireflektierenden Beschichtung beziehen sich auf ihre Stabilität, ihre Adhäsionseigenschaften und Härte. Das antireflektierende Material sollte chemisch stabil sein, d.h. es sollte während des Prozesses, während dem es einer bestimmten Temperatur, Chemikalien und Feuchtigkeit ausgesetzt ist oder während der Lagerung, seine Zusammensetzung nicht ändern, um konstante optische Eigenschaften sicherzustellen. Die Haftung der antireflektierenden Beschichtung an die Sonnenzelle sollte ausgezeichnet sein, um sicherzustellen, daß während des Verfahrens oder dem Aussetzen einer Feuchtigkeit
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oder eines Temperaturkreislaufes kein abblättern auftritt. Schließlich sollte das antireflektierende Material hart genug sein, so daß es während der Herstellung oder der Benutzung nicht "beschädigt wird, insbesondere während der Befestigung der Abdeckscheibe.
Antireflektierende Materialien, welche den oben genannten Kriterien genügen, sind in der US-Patentanmeldung S.N. 249 o24, angemeldet am 1. Mai 1972 und in der US-Patentanmeldung S.N. 331 741, angemeldet am 13. Februar 1973, beschrieben. In der vorliegenden Anmeldung wird ein einfaches und bevorztgfces Verfahren zum Auftragen einer derartigen antireflektierenden Beschichtung auf eine Sonnenzelle während ihrer Herstellung beschrieben, das die oben genannten Kriterien der antireflektierenden Schicht erfüllt. Das Verfahren zur Herstellung der antireflektierenden Schicht auf der Sonnenzelle führt insbesondere keine unerwünschten Verunreinigungen ein, die in die Sonnenzelle eindringen könnten und die den n-p Übergang nachteilig beeinflussen. Das Verfahren zum Auftragen der antireflektierenden Beschichtung ermöglicht auch die Einarbeitung eines feinen geometrischen metallischen Strorasammelkontaktes auf der Oberfläche der Sonnenzelle, durch die das Licht eindringt, wie in der zuvor genannten deutschen Patentanmeldung beschrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auftragen einer antireflektierenden Schicht anzugeben, welche den oben genannten Bedingungen genügt.
Die lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs genannten Verfahren folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
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a,) Beschichtung der Oberfläche mit einem ersten leitfähigen Material, das derart behandelt werden kann, daß es antireflektierende Eigenschaften zeigt,
b.) Bedeckung der beschichteten Oberfläche mit einem Maskeninaterial, welches das gewünschte Muster aufweist,
c.) Ablagerung eines zweiten leitfähigen Materials auf die bedeckte Oberfläche,
d.) Entfernung des Maskenmaterials einschließlich etwas vom zweiten darauf beschichteten leitfähigen Materials und
e.) Behandlung des ersten leitfähigen Materials, das nicht vom zweiten leitfähigen Material bedeckt ist, um eine gewünschte Beschichtung zu bilden, die antireflektierende Eigenschaften besitzt.
Das erste leitende Material besteht dabei aus einem Metall, dessen Oxyd geeignete antireflektierende Eigenschaften besitzt und wobei die Behandlungsstufe die Oxydation des ersten Metalls unter Bedingungen umfasst, die eine antireflektierende Beschichtung ergeben, welche ein Oxyd des ersten Metalles aufweist. Die Oxydation wird, gemäß der Erfindung, -unter Bedingungen ausgeführt, die keine nennenswerte Oxydation des zweiten leitfähigen Materials ergibt. Die Ablagerungsstufe schließt die nachfolgende Verdampfung eines zweiten und eines dritten Metalles ein, wobei das zweite Metall an das erste vollständig anhaftet.Die Beschichtungs- und die Ablagerungastufe wird nach der Erfindung mittels einer gleichförmigen Yerdampfung der entsprechenden Materialien ausgeführt. Die Sonnenzelle weist erfindungsgemäß einen Übergang auf, der nicht mehr als 2 5oo A unter der Oberfläche des Siliciumplättehene liegt. Nach der Erfindung wird das erste leitende Material aus der Gruppe ausgewählt, die Tantal und Niob enthält, wobei das behandelte erste leitende Material ein Oxyd des ausgewählten
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ersten leitenden Materials ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das leitfähige Material aus der Gruppe ausgewählt, die aus Titan, Yttrium, Hafnium, Zirkon, Erbium, Mangan, Thorium und Tellur besteht, wobei das behandelte erste leitende Material das Oxyd des ausgewählten ersten leitenden Materials ist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine äreidimensionelle Ansicht einer Sonnenzelle mit einer antireflektierenden Beschichtung,
Figuren 2A bis 2G Seitenansichten der Sonnenzelle gemäß Figur 1 in verschiedenen Herstellungsstufen der Sonnenzelle einschließlich ihrer antireflektierenden Beschichtung und
Figur 3 eine Fotomaske, die für die Herstellung der Sonnenzelle gemäß Figur 1 verwendet wird.
Bevor auf die Beschreibung der Erfindung näher eingegangen wird, sei da^rauf hingewiesen, daß die Maße, wie beispielsweise die Größe der Sonnenzelle und die relativen Dicken ihrer verschiedenen Schichten, die in Figur 1 dargestellt sind, nicht für die tatsächliche Sonnenzelle repräsentativ sind, sondern nur zur Veranschaulichung dienen. Ferner wird die vorliegende Erfindung in bezug auf die Verwendung von Nb2 0C als eine antireflektierende Beschichtung beschrieben, jedoch können auch andere Metalloxydbeschichtungen im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Weiterhin findet die Erfindung auf Sonnenzellen allgemein Anwendung, obgleich das im Rahmen der Erfindung beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel sich auf eine Siliciumsonnenzelle bezieht, die auf Licht im kurzen Wellenlängenbereich anspricht, wie in der oben genannten deutschen Patentanmeldung beschrieben ist.
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Figur 1 zeigt die Ansicht einer Siliciumsonnenzelle 1 mit einer Zone 2 aus einem ersten Leitfähigkeitstyp, der von einer Zone 3 eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch einen Übergang 4 getrennt ist. In dem bevorzugten Aus£ührungsbeispiel weist die Siliciumsonnenzelle 1 eine n-Zone 2 auf, die von einer p-Zone 3 durch einen n-p Übergang 4 getrennt ist, der 1ooo A von der oberen Oberfläche der Zone 2 entfernt ist. Wie in der Sonnenzellentechnik allgemein bekannt ist, wird ein p-Typ Grundmaterial, das mit einer η-Typ Zone diffundiert ist, einem η-Typ Grundmaterial bevorzugt, das mit einer p-Typ Zone diffundiert ist, bei der vorliegenden Erfindung jedoch können beide Fälle verwendet werden.
Auf der oberen Oberfläche der η-Typ Zone 3 befindet sich ein metallisches Gitter 5 zur Aufnahme der durch das fotoelektrische Verfahren erzeugten Träger. Wie im.weiteren noch näher beschrieben wird, bedeckt eine antireflektierende Beschichtung 12 diese Flächen der oberen Fläche der Zone 2, die nicht von dem metallischen Gitter 5 belegt sind. Das metallische Kollektorgitter 5 kann von einer feinen geometrischen Art sein, die metallische Finger 5a von ewa 1 bis 2o Mikron-Breite aufweist, wie in der oben genannten deutschen Patentschrift näher beschrieben ist oder es können auch andere metallische Kollektorgitter, die allgemein bekannt sind, verwendet werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Metalloxyd der antireflektierenden Beschichtung 12 NbpO,- auf. Eine herkömmliche Quarzabdeckscheibe 7 bedeckt die antireflektierende Beschichtung 12 und das Gitter 5 mit Ausnahme der Sammelschiene 5b des Gitters 5. An der unteren Fläche der p-Typ Zone 3 befindet sich ein herkömmlicher metallischer Kontakt 8, der die gesamte Bodenfläche der Zone 3 bedecken kann.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Metalloxydbeschichtung auf ein Halbleiterplättchen einer entsprechenden Größe aufgetragen, das einen flachen n-p Übergang unter der Oberfläche, die mit Niobpentoxid beschichtet werden soll, aufweist. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Figuren
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2A bis 2G verwiesen, die eine Seitenansicht des Plättchens während hintereinanderfolgender Schritte des bevorzugten Verfahrens zur Beschichtung einer Sonnenzelle mit einem Metalloxid, wiedergeben.
Die Herstellung eines derartigen Plättchens ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sondern wird nur zum besseren Verständnis der Zusammenhänge kurz beschrieben. Ausgangspunkt ist eine Scheibe aus Silicium, die in eine bestimmte Größe geschnitten wird, welche sich für Sonnenzellen eignet. Die Siliciumscheibe wird sodann einem Diffusionsprozeß unterworfen bei dem Fremdatome (normalerweise Phosphor) in eine Oberfläche des Siliciums eindiffundiert werden, um den n-p
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Übergang 4 herzustellen, der etwa 1ooo A von der oberen Oberfläche der Schicht 2 entfernt ist, die in . Figur 2A schematisch dargestellt ist. Ein bevorzugtes Verfahren zur Diffusion des flachen Überganges in die Sonnenzelle wird in der US-Patentanmeldung S.N. 331 74-0, angemeldet am 13. Februar 1973, beschrieben.
In Figur 2A ist eine Siliciumscheibe mit einer Zone 2 vom η-Typ dargestellt, die von einer p-Typ Zone 3 durch einen p-n Übergang 4 getrennt ist. Eine Schicht 9 besteht aus elementarem Niob. Die Schicht 9 kann audiaus anderen Metallen bestehen, während Oxyde für eine antireflektierende Beschichtung brauchbar sind, wie beispielsweise Titan, Tantal, Yttrium, Hafnium, Zirkon, Erbium, Mangan, Thorium, und Tellur. Die Auswahl dieser Metalle hängt von den Eigenschaften ab, die das Oxyd haben sollen.
In der ersten Stufe der vorliegenden Erfindung wird auf die Siliciumscheibe 1 mit dem erforderlichen n-p Übergang 4 eine Schicht 9 aus elementarem Niob über die gesamte obere Fläche 2 der Sonnenzelle aufgedampft. In einem bevorzugten Ausführungs-
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beispiel der Erfindung kann die -Verdampfung des Niob mit Hilfe der bekannten Elektronenstrahlverdampfung erfolgen. Die n-p Übergangszone 9 ist etwa 25o A dick (+ 25 A); jedoch kann die Schicht auch 1oo I oder größer sein und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des sich ergebenden Oxydes, das die antireflektierehde Schicht bildet. Die Oxyddicke sollte gleich 1/4 der lichtwellenlänge in der Mitte des Spektrums des für eine bestimmte Sonnenzelle brauchbaren Lichtes sein. Eine 25o A dicke Niobschicht kann auf eine Schicht von 55o A aus Niobpentoxid oxydiert werden. Andere Metalle, ihre sich ergebenden Oxyde und ihre Eigenschaften lassen sich einem Standardhandbuch entnehmen, wie beispielsweise dem "American Institute of Physics Handbook·/ zweite Ausgabe, erschienen im Verlag McGrab Hill 1963. Obgleich die Elektronenstrahlverdampfungstechnik allgemein bekannt ist, sollen doch gewisse Gesichtspunkte berücksichtigt werden. Um eine richtige Ablagerung sicherzustellen, ist eine Niobquelle hoher Reinheit erforderlich, die klein genug ist, um eine unzulässige thermische Strahlung von dem heißen Niobmetall zu verhindern, die in einem Hochvakuum von einem Elektronenstrahl bombardiert wird. Ferner sollte die p-n Siliciumscheibe von irgendwelcher Elektronenbeschädigung geschützt werden, die sich aus dem Elektronenstrahl ergeben kann, der auf das Niob gerichtet ist. Hierfür kann eine Abschirmung verwendet werden, die aus einem positiv geladenen Elektrodenschirm besteht, der irgendwelche Streuelektronen abzieht. Das Niobmetall selbst sollte frei von irgendwelchen Verunreinigungen sdn, wenn es auf die Zone 2 abgelagert wird, welche während dieses oder der nachfolgenden Beschichtungsstufen in die Zone 2 eindiffundieren können, wodurch der p-n Übergang 4 der Siliciumsonnenzelle beschädigt wird.
In der zweiten Stufe wird eine Schicht aus Potoabdeckmaterial 1o auf die gesamte obere Oberfläche der Niobschicht 9 gebracht, Die Potoabdeckung 1o kann aus irgendeiner handelsüblichen Potoabdeckung bestehen, die in einem fotolithographischen Verfahren bei der Herstellung von Mikrοschaltungen verwendet
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wird, wie beispielsweise die unter der Bezeichnung AZ-111 von der Fa. Shiply Company, Los Angeles, USA hergestellte Abdeckung oder auch andere Fotoabdeckungen, die beispielsweise von der Fa. Kodak Corporation, Rochester, USA, hergestellt werden. Die AZ-111 Abdeckung ist eine "positive" Abdeckung, die nach der Belichtung und Entwicklung wasserlöslich wird; jedoch kann auch eine "negative" Abdeckung verwendet werden, die nach der Belichtung und Entwicklung unlöslich wird. Um die gewünschten Muster der entwickelten Fotoabdeckung herzustellen, wird eine Fotomaske mit einem Muster das Licht durchläßt, und den Mustern identisch 1st, die für das obere Metallgitter 5 gewünscht werden, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, (bei einer positiven Fotoabdeckung; für eine negative Fotoabdeckung müßte ein negatives Fotomuster verwendet werden) über die Fotoabdeckung 1o gebracht. Die Fotomaske erhält die Größe, um die Oberfläche des Siliciumplättchens abzudecken und kann mit Hilfe einer in der Fotolithographie bekannten Technik hergestellt werden. Als nächstes wird die obere Oberfläche der Schicht 6, die von einer Fotoabdeckung bedeckt ist, mit ultra-violettem Licht durch die Fotomaske beschichtet. Sodann wird die Fotomaske entfernt und die Schicht der Fotoabdeckung wird mit dem von dem Hersteller der AZ-111 Abdeckung empfohlenen Entwickler entwickelt. Die Sonnenzelle wird in Wasser oder ±n einem anderen von dem Hersteller empfohlenen Lösungsmittel gespült, wodurch die lösliche Fotoabdeckung entfernt wird, die dem Licht ausgesetzt war, so daß ein Muster eines unbelichteten jedoch entwickelten Fotoabdeckmaterials 1oa auf der oberen Oberfläche der Schicht 9 zurückbleibt, wie aus Figur 2C ersichtlich ist. An dieser Stelle ist das Muster des Fotoabdeckmaterials 1oa das Fotonegativ des metallischen Gittermusters 5, das eventuell auf die obere Oberfläche der Zone 2 gebracht werden soll.
In der dritten aus Figur 2D ersichtlichen Stufe wird eine Metallkontaktschicht 11, die beispielsweise aus einer Mischung
von Chrom und Gold einer Dicke von etwa 2ooo A besteht, mit Hilfe einer Vakuumverdampfung auf die gesamte obere Oberfläche
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der Sonnenzelle einschließlich, der Fotoabdeckung 1oa und der Muster aus Niob 9 gebracht. Da Chrom sehr gut an Niob haftet, wird anfangs reines Chrom bis auf eine Schichtdicke von 2ooA verdampft, wobei Gold allmählich in die Metallablagerung gemischt wird. Am Ende des Verdampfungsprozesses wird Chrom herausgenommen und nur reines Gold abgelagert, um den 2ooA dicken Kontakt herzustellen. Die Bedingungen für diesen Verdampfungsprozeß von zwei Metallen kann der Standardliteratur entnommen werden.
Die vierte Stufe in dem Verfahren ist die Entfernung des entwickelten Fotoabdeckmaterials 1 oa von der Oberfläche des elementaren Niob 9. Die Entfernung der entwickelten Fotoabdeckung 1oa wird mit Hilfe einer bekannten "Abheb"-Technik durchgeführt, bei der die entwickelte Fotoabdeckun£,die abgehoben werden soll, in Azeton oder in irgendeine andere Chemikalie getaucht wird, die von dem Hersteller für die Entfernung des nicht belichteten jedoch entwickelten AZ-111 empfohlen wird. Das Azeton ist in einem Ultraschallbad enthalten, um die Entfernung der entwickelten Fotoabdeckung 1oa zu erleichtern. Das Ergebnis dieses Abhebverfahrens besteht in der Entfernung nicht nur der Fotoabdeckung 1oa, sondern auch der metallischen Schicht 11 oberhalb der Fotoabdeckung. Dieser Abhebprozeß läßt freie Flächen von elementarem Niob und ein Muster aus Chrom und Gold an der oberen Oberfläche der Zelle zurück. Die maximale Dicke des Chroms und des Goldes soll etwa 2oooA betragen, damit die darunterliegende entwickelte Fotoabdeckung leicht abgehoben werden kann. Der sich ergebende Zellenaufbau geht aus Figur 2E hervor.
In der fünften Stufe wird eine an sich bekannte Elektroplattiertechnik verwendet, um eine Silberschicht 13 auf der Chrom-und Goldschicht 11 abzulagern, damit die Dicke des metallischen Gitters auf etwa 5 Mikron gebracht werden kann. Zur gleichen Zeit wird der rückwärtige Silberkontakt 8 mit einer Dicke von 5 Mikron auf die untere Schicht 3 plattiert. Es wurde festgestellt, daß das Silber sich während dieses Verfahrens
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nicht auf das elementare Niob ausbreitet, wodurch ein silberbeechichtetes Fingermuster über einer Niobschicht auf der einen Seite der Zelle und ein rückwärtiger Silberkontakt auf der anderen Seite zurückbleibt.
In der letzten Stufe wird die Siliciumsonnenzelle mit dem versilberten metallischen Kontaktmustern und der elementaren Nioboberfläche Sauerstoff in entweder einem thermischen oder einem anodischen Oxydationsprozeß ausgesetzt. Bei der thermischen Oxydation wird die Silicium3cheibe in Luft bei einer Temperatur von etwa 4oo°C 3 Minuten lang erwärmt. Die Parameter können im Bereich von 35o°bis 45o° C bei 3-15 Minuten liegen und sollten so festgelegt werden, daß ein gleichförmiges Oxyd ohne Korngrenzen hergestellt wird, (nicht kristallin). Ferner sei darauf hingewiesen, daß höhere Temperaturen ein unerwünschtes legieren des Chroms, Goldes und des Silbers wegen der geringen eutektischen Temperaturen dieser Gemische einleiten, während die Oxydation bei geringerer Temperatur und längeren Zeiten eine Diffusion der Chrom- oder Goldatome in die Halbleiterübergangsfläche erlauben. Unter den geeigneten Bedingungen wird Niobpentoxid mit einem Brechungsindex von 2,4 hergestellt, während die übrigen Elemente der Zelle unbeeinflußt bleiben. Die Silberschicht oxydiert nicht bei der Temperatur und der Zeit, die für das Niob erforderlich ist und bleibt im wesentlichen in seinem elementaren Zustand. Bei einer anderen Oxydationstechnik,die als anodische Oxydation bekannt ist, wird eine Platinelektrode als Kathode und die Siliciumscheibe als Anode verwendet. Beide Elektroden werden in einen Elektrolyten eingetaucht und ein dort hindurchgehender Stromfluß eingeschaltet. Die anodische Oxydation kann in einem Beispiel etwa 2o Minuten dauern, beginnend mit einem Anfangsstrom von einem mA. Die Verwendung eines organischen, nicht wässerigen Elektrolyten wie beispielsweise Tetrab/irofurfuryl-Alkohol wird bevorzugt, da sich hierdurch eine gleichförmige Niobpentoxidbesohichtung herstellen läßt, die fest an der oberen Oberfläche der Schicht 2 anhaftet. Als Ergebnis sowohl der thermischen als auch der anodischen Oxydation, er-
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gibt sich eine Schicht 12 ausNiobpentoxid an der oberen Oberfläche der Schicht 2, wie in Figur 2G- dargestellt ist. Die Schicht aus Niobpentoxid ist etwa ·55οΑ dick, so daß sie einer 1/4 Wellenlänge bei o,5 Mikron angepasst ist.
Die Niobschieht zwischen der Siliciuinoberfläche 2 und der metallischen Schicht 11 sorgt für einen ausgezeichneten Kontakt bei der Aufnahme der Ladungsträger durch das metallische Gitter 5.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Reinigungsstufen in dem beschriebenen Verfahren an verschiedenen Stellen erforderlich sind, um die Reinheit des sich ergebenden Produktes zu verbessern. Da jedoch diese Verfahrensstufen bekannt sind und das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung nicht berühren, wurden sie nicht in die Beschreibung aufgenommen.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    (1 .JVerfahren zum Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung und eines gewünschten Musters aus leitfähigem Material zur Stromaufnahme auf die Oberfläche eines Siliciumplättchens, das für die Verwendung als Sonnenzelle geeignet ist, die auf licht des gesainten sichtbaren Spektrums einschließlich Licht im kurzen Wellenlängenbereich anspricht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a.) Beschichtung der Oberfläche mit einem ersten leitfähigen Material, das derart behandelt werden kann, daß es antireftektierende Eigenschaften zeigt,
    b.) Bedeckung der beschichteten Oberfläche mit einem Maskenmaterial, welches das gewünschte Muster aufweist,
    c.) Ablagerung eines zweiten leitfähigen Materials auf die bedeckte Oberfläche,
    d.) Entfernung des Maskenmaterials einschließlich etwas vom zweiten darauf beschichteten leitfähigen Materials und
    e.) Behandlung des ersten leitfähigen Materials, das nicht vom zweiten leitfähigen Material bedeckt ist, um eine gewünschte Beschichtung zu bilden, die antireflektierende Eigenschaften besitzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste leitende Material aus einem ersten Metall besteht, dessen Oxyd geeignete antireflektierende Eigenschaften besitzt und daß die Behandlungsstufe die Oxydation des ersten Metalles unter Bedingungen umfasst,
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    die eine antireflektierende Beschichtung ergeben, welche ein Oxyd des ersten Metalles aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation unter Bedingungen ausgeführt wird , die keine nennenswerte Oxydation des zweiten leitfähigen Materials ergibt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerungsstufe die nachfolgende Verdampfung eines zweiten und eines dritten Metalles einschließt, wobei das zweite Metall an das erste vollständig anhaftet.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungs- und die Ablagerungsstufe mittels einer gleichförmigen Verdampfung der entsprechenden Materialien ausgeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t, daß die Sonnenzelle einen Übergang auf-
    o
    weist, der nicht mehr als 25oo A unter der Oberfläche des
    Siliciumplättchens liegt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste leitende Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die Tantal und Niob enthält und daß das behandelte erste leitende Material ein Oxyd des ausgewählten ersten leitenden Materials ist.
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  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i ohne t, daß das erste leitfähige Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Titan, Yttrium, Hafnium, Zirkon, Erbium, Mangan, Thorium, und Tellur besteht und daß das behandelte erste leitende Material das Oxyd des ausgewählten ersten leitenden Materials ist.
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DE19742406339 1973-02-13 1974-02-11 Verfahren zum auftragen einer antireflektierenden beschichtung auf einen halbleiter Ceased DE2406339A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/331,739 US3949463A (en) 1973-02-13 1973-02-13 Method of applying an anti-reflective coating to a solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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