DE2723620A1 - Photozellenanordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Photozellenanordnung und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHSS. J^. DIPL.-PHVS. HÖGER - STELLRECHT - GRIES3EACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
A 42 344 b
k - 163
23.Mai,1977
Massachusetts Institute of Technology 77 Massachusetts Avenue
Cambridge, Mass. USA
Photozellenanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Photozellenanordnung bzw. eine Sonnenzellenanordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Da die Kosten für fossile Brennstoffe ständig ansteigen und die verbleibenden Vorräte an diesen Brennstoffen abnehmen, wird der Energiegewinnung aus Sonnenenergie eine zunehmend grössere Aufmerksamkeit gewidmet. Ein bedeutender Teil der betreffenden Untersuchungen und Forschungen gilt dabei dem Versuch, Sonnenzellen auf Halbleiterbasis zu entwickeln, welche eine einfallende Strahlung, insbesondere das Sonnenlicht, mit hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umwandeln.
Der praktische Einsatz von Sonnenzellen ist derzeit für praktisch alle Anwendungsfälle sehr beschränkt, was in erster Linie auf die hohen Kosten für die Sonnenzellen zurückzuführen ist und in geringerem Umfang auch auf deren relativ geringen Wirkungsgrad. Auseerdem ist die Menge der mit den derzeit bekannten Sonnenzellen pro Flächeneinheit (der Sonnenzellen) gewinnbaren elektrischen Energie auch aufgrund der relativ geringer.
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Dichte der Sonnenstrahlung im Bereich der Erdoberfläche (etwa
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1000 W/m ) beschränkt. Im Hinblick auf diesen Sachverhalt wird im allgemeinen davon ausgegangen, dass es erforderlich ist, eine grosse Anzahl der bekannten Sonnenzellen zu einem Feld miteinander zu verbinden, um eine gewünschte hohe elektrische Ausgangsleistung zu erzielen. Die Tatsache, dass bei einer typischen Anlage grosse Mengen von Sonnenzellen erforderlich sind, hat andererseits zu Kosten in einer solchen Höhe geführt, dass ein breiter Einsatz derartiger Anlagen nicht möglich war.
Bei üblichen Sonnenzellen liegt der pn-übergang parallel zu der Oberseite der Sonnenzelle, auf welche die einfallende Strahlung auftrifft und die daher auch als Einfallfläche bezeichnet wird. Bei den bekannten Sonnenzellen ist im Bereich der Einfallfläche ein Kontaktgitter ausgebildet, und der Strom fliesst in der Ebene eines dünnen Oberflächenbereiches von dem Kontaktgitter zur Basis der Sonnenzelle. Um die Serienwiderstandseffekte zu vermeiden, muss entweder eine sehr feine Kontaktgittergeometrie oder ein hochdotierter Oberflächenbereich oder auch beides vorgesehen sein. Die üblichen Sonnenzellen besitzen selbst dann, wenn sie speziell für eine verbesserte Leistung bei hoher Konzentration des einfallenden Lichtes ausgelegt sind, bei Konzentrationen über etwa 50 "Sonnen" einen zunehmend geringeren Wirkungsgrad, so dass es in der Praxis nicht erfolgversprechend ist, den Versuch zu unternehmen, die Ausgangsleistung pro Einheit der Einfallfläche der Sonnenzelle dadurch zu erhöhen, dass man das Sonnenlicht stärker als etwa mit dem Faktor 50 bündelt.
Ein weiteres Problem besteht bei den bekannten Sonnenzellen
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darin, dass diese nur durch externe Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen in Serie geschaltet werden können. Bisher ist es also nicht möglich, einzelne Sonnenzellen zu einer Gruppe von mehreren Sonnenzellen zu integrieren, die auf einem einzigen Halbleiterplättchen miteinander in Reihe geschaltet sind.
Ein Lösungsvorschlag zur Verringerung der Kosten einer Sonnenbzw. Photozellenanordnung besteht darin, eine stärkere Bündelung der Sonnenenergie auf eine verringerte Einfallfläche der Sonnenzellen durchzuführen. Wie oben ausgeführt, nimmt jedoch der Wirkungsgrad üblicher Sonnenzellen bei einer Lichtstärke, die über etwa 50 "Sonnen" hinausgeht, die also gegenüber dem Lichteinfall von der Sonne um den Faktor 50 erhöht ist, erheblich ab.
Eine Sonnenzelle für eine Strahlung hoher Intensität mit einem senkrechten pn-übergang ist in einem technischen Memorandum der NASA von Bernard L.Sater und Chandra Goradia unter dem Titel "The High Intensity Solar Cell-Key to Low Cost Photovoltaic Power" beschrieben. Dieses Memorandum wurde auf der 11. Fachtagung für Photozellen unter der Schirmherrschaft des IEEE im Mai 1975 vorgelegt. Andere Sonnenzellen mit senkrechten pn-Ubergängen sind in der US-PS 3,690,953 sowie in der Zeitschrift "Solid-state Electronics", 1975, Band 18, Seiten 1099-1106 von Pradeep Shah unter dem Titel "Analysis of Vertical Multijunction Solar Cells Using a Distributed Circuit Model" beschrieben.
Trotz der Bemühungen, die unternommen wurden, um Sonnenzellen - teilweise mit senkrechten pn-übergängen - für eine hohe
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Lichtintensität zu entwickeln, ist es bis jetzt noch nicht gelungen, eine Sonnenzelle dieses Typs zu entwickeln, welche in der Praxis einen hohen Wirkungsgrad aufweist und sich sowohl bei der Fertigung als auch im Gebrauch als zuverlässig erweist. Beispielsweise wird die Sonnenzelle gemäss dem oben erwähnten NASA-Memorandum aus einer Reihe von im Diffusionsverfahren erzeugten Halbleiterplättchen hergestellt, welche derart gestapelt und aufgeschnitten werden, dass sich mehrere vertikale pn-Ubergänge ergeben. Ausser anderen Nachteilen besitzt diese Sonnenzelle den Nachteil, dass sie für eine Oberflächenbehandlung bei hohen Temperaturen ungeeignet ist, wie dies beispielsweise für das Aufbringen einer Oxidschutzschicht auf der Oberfläche wünschenswert wäre. Ausserdem ergeben sich unter gewissen Umständen zusätzliche Schwierigkeiten, wenn man einen genauen Abstand zwischen den pn-Ubergängen erhalten möchte. Darüber hinaus kann bei den bekannten Sonnenzellen die theoretische Verbesserung des Wirkungsgrades nicht optimal ausgenutzt werden, da inaktive Bereiche einschliesslich opaker Bereiche vorhanden sind, wo das einfallende Licht nicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Sonnen- bzw. Photozellenanordnung anzugeben, die in einem breiten Bereich der Intensität der einfallenden Strahlung, insbesondere auch bei sehr hoher Intensität der Strahlung mit einem hohen Wirkungsgrad und zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch eine Photozellenanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäss wird eine Photozellenanordnung angegeben, bei der die Einfallsfläche dadurch charakterisiert ist, dass getrennte, aktive, Licht-empfangende Bereiche vorgesehen sind, welche bei einigen Ausführungsbeispielen durch leitfähige Elemente getrennt sind, die opak sein können. Derartige Photozellenanordnungen können vorteilhafterweise in Verbindung mit einer Linsenanordnung eingesetzt werden, welche das gesamte einfallende Licht zumindest auf einen Teil der Einfallsfläche der Lichtempfangenden Bereiche der Zelle bündelt, wobei die Photozellenanordnung in einem breiten Bereich von Strahlungsintensitäten, die weit über das Äquivalent von 50 Sonnen hinausgehen, mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Eine geeignete Linsenanordnung, wie sie in Verbindung mit einer erfindungsgemässen Photozellenanordnung Verwendung finden kann, ist in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin ausführlich beschrieben.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der Photozellenanordnung gemäss der Erfindung, dass sie in Verbindung mit einer geeigneten Linsenanordnung bzw. Strahlungsbündelungsanordnung auch bei hoher Strahlungsintensität einen grossen Wirkungsgrad erreicht, da das Licht auf ausgewählte Oberflächenbereiche der Photozellen gebündelt werden kann und dass sie sich für den Aufbau eines einheitlichen Gebildes in Form eines Feldes von Sonnenzellen anbietet.
Es ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Photozellenanordnung, dass sie wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Schutzansprüchen. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 1a eine perspektivische Darstellung eines Teils der Photozellenanordnung gemäss Fig. 1;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Photozellenanordnung;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer v/eiteren abgewandelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 abgewandelten Ausführungsform einer Photozellen-
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anordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung einer ausgehend von dem Beispiel gemäss Fig. 5 ebenfalls abgev/andelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Querschnittsdarstellung einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 abgewandelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 abgewandelten Ausführungsform einer Photozellenanordnung gemäss der Erfindung;
Fig. 11 eine Teildraufsicht auf ein oxidbeschichtetes Siliziumplättchen, wie es sich während einer Herstellungsphase einer erfindungsgemässen Sonnenzellenanordnung ergibt;
Fig. 12 einen Querschnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 11;
Fig. 13 eine Teildraufsicht auf ein Muster von Querverbindungen an der Unterseite des Siliziumplättchens gemäss Fig. 11 und 12;
Fig. 14 einen Querschnitt längs der Linie 14-14 in Fig. nach dem Diffusionsvorgang zur Erzeugung der p+ Bereiche;
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Fig. 15 eine der Fig. 13 ähnliche Darstellung mit einem Muster von Aussparungen in der Oxidbeschichtung zur Vorbereitung eines Diffusionsschrittes zum Eindiffundieren von n+ -Zonen;
Fig. 16 einen Querschnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15, jedoch für den Zustand nach Beendigung der Verfahrensschritte, die ausgehend von dem Zustand gemäss Fig. 15 durchgeführt werden;
Fig. 17 eine den Fig. 13 und 15 ähnliche Darstellung mit einem Muster von Aussparungen in der Oxidschicht zur Vorbereitung der Erzeugung der Kontakte für die Photozellenverbindungsleitungen;
Fig. 18
und 18a Querschnitte längs der Linie 18-18 in Fig. 17 zur Verdeutlichung der Verfahrensschritte zum Herstellen der Kontakte für die Photozellenverbindungsleitungen;
Fig. 19 eine den Fig. 13,15 und 17 ähnliche Darstellung, welche die Photozellenverbindungsleitungen zeigt;
Fig. 20
und 21 den Fig. 11 und 12 ähnliche Darstellungen zur Verdeutlichung eines alternativ durchzuführenden Verfahrensschrittes, wobei die Fig. 21 einen Querschnitt längs der Linie 21-21 in Fig. 20 darstellt;
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Fig. 22 eine der Fig. 18a ähnliche Querschnittsdarstellung, jedoch für einen entsprechenden Schritt des Herstellungsverfahrens nach der Alternative gemäss Fig. 20 und 21 und
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und 24 Querschnitte zur Verdeutlichung weiterer möglicher Verfahrensschritte, die, ausgehend von dem Zustand gemäss Fig. 22, bei der erfindungsgemässen Photozellenanordnung durchgeführt werden können.
Bei den verschiedenen nachstehend erläuterten Ausführungsformen von Photozellenanordnungen gemäss der Erfindung ist jeweils ein η-leitendes Siliziumsubstrat vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemässe Sonnen- bzw. Photozellenanordnung auch mit einem p-leitenden Substrat verwirklicht werden kann, wobei dann der Leitfähigkeitstyp der anderen Bereiche bzw. Zonen der einzelnen Sonnenzellen jeweils entgegengesetzt gewählt werden müsste, was bedeutet, dass man einen n-leitenden Bereich durch einen p-leitenden Bereich ersetzen müsste und einen n+ -leitenden Bereich durch einen p+ -leitenden Bereich usw. Es versteht sich, dass auch andere Arten von Halbleitermaterialien verwendet werden können, und dass anstelle der bei den Ausführungsbeispielen vorgesehenen sogenannten homojunction
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Struktur auch eine sogenannte heterojunction Struktur vorgesehen werden kann.
Was nunmehr die Ausführungsbeispiele im einzelnen anbelangt, so zeigt Fig. 1 eine Sonnenzellenanordnung 10, welche in mehrere einzelne Sonnenzellen 12 unterteilt ist, von denen jede einen η-leitenden Block 14 eines Halbleitersubstrats aufweist. Die einzelnen Sonnenzellen 12 sind voneinander durch Streifen 16 aus leitfähigem Material getrennt, die im Abstand voneinander angeordnet sind und vorzugsweise aus Aluminium bestehen können. Die Streifen 16 sind also opak, wobei jedoch noch deutlich werden wird, dass ihre elektrische Leitfähigkeit ihr Hauptmerkmal ist und nicht die Tatsache, dass sie undurchsichtig sind. In der Licht-empfangenden Oberfläche bzw. dar Einfallsfläche 20 jeder Sonnenzelle ist eine p+ -leitende Zone 18 ausgebildet, und zwar angrenzend an das eine Ende der Sonnenzelle, wo sich folglich zwischen der Zone 18 und dem n-leitenden Block 14 ein pn-übergang ergibt. Am anderen Ende jeder Sonnenzelle 12 ist ferner an der Einfallsfläche 20 des Blockes 14 eine n+ -leitende Zone 22 vorgesehen. Die Streifen 16 erstrecken sich über die Länge jeder der Sonnenzellen 12, wobei jeder Streifen 16 gemäss Fig. 1 an seinem oberen Ende einen leitfähigen Quersteg 24 aufweist, der einen Teil der Einfallsflache 20 der beiden jeweils angrenzenden Sonnenzellen 12 übergreift und abdeckt, so dass die Querstege 24 die aktiven Bereiche der Sonnenzellen 12 begrenzen, d.h. diejenigen Bereiche der Oberfläche des Blockes 14, an denen eine Strahlung einfallen kann. Die Querstege 24 dienen ausserdem als elektrische bzw. ohmsche Kontakte, da ihre gegenüberliegenden Ränder in Kontakt mit der p+ -leitenden bzw. der n+ -leitenden Zone 18 bzw. 20 der jeweils
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angrenzenden Sonnenzelle 12 stehen. Von den Querstegen 24 gehen senkrechte Stege 26 aus, welche die Zwischenräume zwischen benachbarten Sonnenzellen 12 füllen. Diese Zwischenräume oder Lücken können beispielsweise durch anisotropes Ätzen hergestellt werden, wobei die senkrechten Stege 26 durch einen Füller in der geätzten Nut gebildet sein können. Die senkrechten Stege 26 können auch aus Aluminium, einem Halbleitermaterial wie z.B. polykristallinem Silizium, oder einem Isolator, wie z.B. Glas oder einem Epoxydharz, bestehen, wobei die Querstege 24 jedoch aus den oben dargelegten Gründen in allen Fällen elektrisch leitend sind. A" d^r Unterseite der Sonnenzellenanordnung 10 ist ferner eine dünne Schicht 2 8 (Siliziumoxid) vorgesehen, die beispielsweise durch thermische Oxidation hergestellt werden kann, und ausserdem sind die freiliegenden Licht-empfangenden, aktiven Oberflächenbereiche der einzelnen Sonnenzellen 12 mit einer Antireflexionsschicht 29 bedeckt. Aus Fig 1ä wird die typische Anordnung der einzelnen Sonnenzellen 12 einer erfindungsgemässen Sonnenzellenanordnung 10 deutlich.
Da durch die Querstege 24 die für das umzuwandelnde Licht zugänglichen, aktiven Oberflächenbereiche verringert werden, wird die erfindungsgemässe Sonnenzellenanordnung 1O vorzugsweise in Verbindung mit Strahlungsbündelungseinrichtungen eingesetzt, beispielsweise in Verbindung mit der Linsenanordnung 30, welche schematisch angedeutet ist. Diese Linsenanordnung 30 bündelt die einfallende Sonnenstrahlung 32 auf die freiliegenden Oberflächenbereiche der Sonnenzellen, d.h. auf die Bereiche, die nicht von den opaken Streifen 16 bedeckt sind. Ferner bündelt die Linsenanordnung 30 das Licht vorzugsweise zu schmalen Bändern, welche in einem genau vorgegebenen Abstand
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von den pn-Ubergängen der einzelnen Sonnenzellen 12 auf deren Oberfläche auf treffen. Vorzugsweise treffen die gebündelten Strahlen in der Nähe der pn-Ubergänge, d.h. in der Nähe desjenigen Randes der Querstege 24 auf die Sonnenzellen 12 auf, welcher die p+ -leitende Zone 18 überdeckt, wie dies Fig. 1 zeigt.
Bei der Sonnenzellenanordnung 10 gemäss Fig. 1 sind die pnübergänge der einzelnen Sonnenzellen 12 aufgrund der leitfähigen Verbindung zwischen den QuerStegen 24 und den Zonen 18,20 elektrisch wirksam in Serie geschaltet.
Wenn die Sonnenzellenanordnung 10 gemäss Fig. 1 arbeitet, dann verursacht das im Bereich der Einfallflächen 20 einfallende Licht das Fllessen von Ladungsträgern in dem Substrat und über die pn-übergänge der einzelnen Sonnenzellen 12. Der auf diese Weise entstehende Stromfluss verläuft durch den oberen Teil der Blöcke 14 des Halbleitersubstrats und zu der n+ -leitenden Zone 22 und von dort zu dem betreffenden Quersteg 24, der den Strom zu der p+ -leitenden Zone 18 der benachbarten Sonnenzelle 12 weiterleitet. Der Strom wird also in Serie durch die einzelnen Sonnenzellen hindurchgeführt und kann an einer Sammelschiene (nicht dargestellt) abgegriffen werden. Unter der Voraussetzung, dass die Strahlungsintensität für alle Sonnenzellen gleich ist, ist dann die Gesamtspannung, welche mit Hilfe der Sonnenzellenanordnung 10 erzeugt wird, gleich der Summe der Spannungen über den einzelnen Sonnenzellen. Andererseits ist der gesamte Kurzschlusstrom gleich dem Kurzschlussstrom in einer einzelnen Sonnenzelle 12.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 sind die einzelnen Sonnenzallen 34 jeweils durch eine Zwischenschicht 35 aus Halbleitermaterial getrennt und jede der Zwischenschichten 35 befindet sich zwischen zwei benachbarten senkrechten Schenkeln 36,38 eines ΓΊ-förmigen Elementes 40, wobei die Elemente 40 Blöcke eines einzigen η-leitenden Siliziumplättchens in mehrere einzelne Sonnenzellen 34 teilen. Die Zwischenschichten 35 sind jeweils η-leitend und enthalten eine n+ -Zone 42 auf ihrer einen Seite, die in Kontakt mit dem einen leitfähigen senkrechten Schenkel 36 steht sowie eine p+-Zone 44 auf ihrer anderen Seite, die in Kontakt mit dem anderen leitfähigen senkrechten Schenkel 38 steht.
Die senkrechten Schenkel 36,3 8 der Π-förmigen Elemente 40 sind jeweils über eine Brücke bzw. einen Quersteg 50 verbunden, der ebenso wie beim Ausführungsbeisniel gemäss Fig. 1, vorzugsweise wieder aus Aluminium besteht und flanschförmige Ränder 51 aufweist, die quer über die Oberseiten der jeweils angrenzenden Sonnenzellen 34 verlaufen. Die senkrechten Schenkel 36, 38 können entweder aus dem gleichen leitfähigen Material bestehen wie der Quersteg 50 oder aus einem Isolator, beispielsweise aus Glas oder einem Epoxydharz, oder aus einem Halbleiter, wie z.B. polykristallinem Silizium,oder aus einem anderen Metall als Aluminium. Die einander gegenüberliegenden Ränder 51 des Querstegs 50 übergreifen eine p+ -Zone 46 und eine n+-Zone 48 der jeweils angrenzenden Sonnenzellen 34 und stehen mit diesen Zonen in elektrischem Kontakt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist die der Oberseite bzw. der Einfallfläche der Sonnenzellenanordnung gegenüberliegende Unterseite mit einer Oxidschicht 28 versehen. Obwohl gemäss der Darstellung in Fig.2
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die Strahlung direkt auf die Oberfläche der Sonnenzellen 34 auftrifft, kann auch bei dieser Sonnenzellenanordnung mit Vorteil wieder eine Linsenanordnung eingesetzt werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
Wenn die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 2 arbeitet, dann fliesst der aufgrund der einfallenden Strahlung erzeugte Strom von dem senkrechten pn-übergang 47 über den oberen Teil des Substrats zu der n+ -Zone 48 und von dort über den Rand 51, den Quersteg 50, den anderen Rand 51 desselben und von dort zu der p+ -Zone 46 der angrenzenden Sonnenzelle 34.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 sind die Sonnenzellen 52 im Querschnitt trapezförmig und durch Ausschnitte 53 voneinander getrennt, die beispielsweise durch anisotropes Ätzen erzeugt werden können. Die Ausschnitte 53 können, wie die Zeichnung zeigt, mit einem leitfähigen Material 54, beispielsweise Aluminium, gefüllt sein. Es ist eine p+ -Zone 55 vorgesehen, welche mit jedem der Blöcke 57 aus η-leitendem Halbleitersubstrat einen schrägen pn-übergang bildet, und zwar längs einer Wand jeder der Sonnenzellen 52 und dabei gleichzeitig mit dem leitenden Material 54 steht. An einem Teil der gegenüberliegenden Wand jeder Sonnenzelle ist ferner eine n+ -leitende Zone 58 vorgesehen, welche in elektrischem Kontakt mit dem leitenden Material 54 in dem angrenzenden Ausschnitt 53 steht. Die der Einfallsfläche gegenüberliegende Unterseite der Sonnenzellenanordnung kann wieder mit einer Oxidschicht 28 versehen sein.
Bei der Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 3 fliesst der Strom im Betrieb über den pn-übergang 56 und von dort zu der n+ -Zone
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58, über das leitfähige Material 54 und dann zur p+ -Zone 55 der nächsten Sonnenzelle 52. Da die aktive Einfallsfläche beim betrachteten Ausführungsbeispiel für die einzelnen Sonnenzellen im Vergleich zur Unterseite relativ klein ist, kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 mit Vorteil ein Linsensystem bzw. ein Strahlungsbündelungssystem gemäss Fig. 1 eingesetzt werden.
Die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 4 ist derjenigen gemäss Fig. 3 insofern ähnlich, als die einzelnen Sonnenzellen 59 im Querschnitt wieder trapezförmig sind und voneinander durch keilförmige Nuten getrennt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 sind diese Nuten mit einem isolierenden Material 60, beispielsweise mit Glas oder einem Epoxydharz gefüllt. Das Isolationsmaterial 60 ist jeweils von einer Metallschicht 61 bedeckt, welche über das Isolationsmaterial 60 seitlich hinausragt und in elektrischen Kontakt mit einer p+ -Zone 62 und einer n+ -Zone 63 der jeweils benachbarten Sonnenzellen steht, um zwischen diesen eine Serienverbindung herzustellen.
Bei der Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 4 können die Wände der Nuten mit einer Siliziumoxidschicht versehen werden, ehe die Nut mit einem Metall oder einem Halbleitermaterial gefüllt wird. Die von Oxidschichten begrenzten Nuten können auch mit polykristallinem Silizium gefüllt werden, was den Vorteil mit sich bringt, dass dieses Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der demjenigen des Siliziumsubstrats sehr nahekommt.
Die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 5 ist ebenfalls für die
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Verwendung in Verbindung mit einer Strahlungsbündelungseinrichtung gedacht, da auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine relativ grosse lichtundurchlässige Kontaktfläche vorgesehen ist, welche den aktiven Bereich an der die Einfallsfläche bildenden Oberseite der SonnenZeilenanordnung verkleinert. Im einzelnen weist die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 5 ein n-leitendes Substrat 64 auf, an dessen Oberseite p+ -Zonen 66 ausgebildet sind. Die pn-tlbergänge zwischen den p+ -Zonen 66 und dem n-leitenden Substrat verlaufen in erster Linie horizontal, und zwar parallel zur Oberfläche des Substrats. Jede der p+ -Zonen 66 ist von einer opaken leitfähigen Elektrode 68 bedeckt. Die Unterseite der Sonnenzellenanordnung weist eine n+ -Zone 69 auf, mit der eine leitfähige Schicht 70 in ohm'schein Kontakt steht. Abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 4, wo mehrere einzelne Sonnenzellen in Serie geschaltet sind, besitzt die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 5 nur eine einzige Sonnenzelle mit mehreren elektrisch parallelen Stromwegen, die von den einzelnen p+ -Zonen 66 durch das Substrat 64 hindurch zu der leitfähigen Schicht 70 an der Unterseite der Sonnenzellenanordnung führen.
Bei den nachfolgend betrachteten Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Sonnenzellen im wesentlichen ebenso ausgebildet und miteinander verbunden, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 erläutert wurde. Es ist also wieder ein einziges Halbleiterplättchen vorgesehen, in dem mehrere Sonnenzellen ausgebildet sind, die in Serie geschaltet sind, oder die zu in Serie geschalteten Untergruppen zusammengefasst sind, die später parallelgeschaltet werden. Ein verbesserter Wirkungsgrad wird jedoch dadurch erreicht, dass man pro Sonnenzelle jeweils zwei
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pn-Ubergänge vorsieht, so dass die durch das Licht ausgelösten Ladungsträger jeweils zu einem pn-übergang wandern können, der sich in einem Abstand befindet, der höchstens gleich der halben Breite der einzelnen Sonnenzelle ist, während dieser Abstand bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 4 im Extremfall gleich der vollen Breite der einzelnen Sonnenzelle ist.
Im einzelnen sind bei der Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. mehrere einzelne Sonnenzellen 72 in Serie geschaltet, von denen jede einen Block 74 aus einem η-leitendem Halbleitersubstrat aufweist. Die einzelnen Sonnenzellen 72 sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 durch eine Zwischenschicht 76 aus η-leitendem Halbleitermaterial getrennt, wobei die Zwischenschichten 76 auf beiden Seiten jeweils mit senkrechten leitfähigen Bereichen 78 in Kontakt stehen. An den senkrechten Seitenwänden der Blöcke 74 sind jeweils p+ -Zonen 80 vorgesehen, welche in (ohm'sehen) Kontakt mit den angrenzenden leitfähigen Bereichen 78 stehen. In entsprechender Weise sind die Seitenwände der Zwischenschichten mit p+ -Zonen 82 versehen, die ebenfalls in (ohm1sehen) Kontakt mit den senkrechten leitfähigen Bereichen 78 stehen.
An der gegenüberliegenden Unterseite der Blöcke 74 ist jeweils eine n+ -Zone 84 ausgebildet, welche gegenüber den p+ -Zonen nach innen zurückgesetzt ist und von diesen einen Abstand aufweist. Die an die einzelnen Sonnenzellen angrenzenden leitfähigen Bereiche 78 sind jeweils leitend miteinander verbunden, beispielsweise über eine Leitung 86 und ausserdem beispielsweise über eine Leitung 88 mit der n+ -Zone 84 einer jeweils benachbarten Sonnenzelle, so dass sich insgesamt eine Serien-
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schaltung der einzelnen Sonnenzellen ergibt. An der Unterseite der Sonnenzellenanordnung ist eine Oxidschicht 90 vorgesehen, während an der Oberseite eine Schicht 92 zur Passivierung und als Antireflexionsschicht vorgesehen sein kann. Der Ladungsträgerstrom (Elektronen) verläuft über die pn-Ubergänge, die sich aufgrund der p+ -Zonen ergeben und das Substrat zu der n+ -Zone und von dort zu den p+ -Zonen der folgenden Sonnenzelle, und zwar über die Leitung 88.
Die Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 7 stellt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 6 dar und unterscheidet sich davon dadurch, dass benachbarte Sonnenzellen 94 voneinander durch Nuten getrennt sind, die mit einem Isolationsmaterial 96 gefüllt sind, welches ein Epoxidharz oder ein Glas oder auch ein anderes geeignetes Isolationsmaterial sein kann. Es bestünde auch die Möglichkeit, die Wände der Nuten thermisch zu oxidieren und die Nuten dann mit polykristallinem Silizium oder einem Metall, wie z.B. Aluminium, zu füllen. Ein Vorteil der Verwendung von polykristallinem Silizium zum Füllen der Nuten besteht darin, dass dieses Material ein Oxidieren der gesamten Oberfläche der Sonnenzellenanordnung einschliesslich der Oberfläche im Bereich der Nuten durch thermische Oxidation ermöglicht.
Die Verbindung zwischen benachbarten Sonnenzellen wird in der Weise hergestellt, dass man die p+ -Zonen 98 miteinander verbindet, wie dies schematisch durch die Leitung 100 angedeutet ist. Die n+ -Zone 102 einer Sonnenzelle wird über eine als Leitung 104 angedeutete Verbindung mit der p+ -Zone 98 der nächsten Sonnenzelle in Serie geschaltet. Wie bei dem Aus-
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fiihrungsbeispiel gemäss Fig. 6, ist die Oberseite und die Unterseite der Sonnenzellenanordnung mit einer Passivierungs- und Antireflexionsschicht 106 bzw. einer Oxidschicht 108 bedeckt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 muss der Strom in den p+ -Zonen 98 fliessen, weshalb diese Zonen ausreichend tief sein sollten, um den Strom übernehmen zu können, und daher tiefar ausgebildet werden können, als die p+ -Zonen 80 bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6, um auf diese Weise einen Stromfluss ohne einen übermässigen Serienwiderstand zu ermöglichen.
Das Ausführungsbaispiel gemäss Fig. 8 stellt eine weitere Variante der Ausführungsformen gemäss Fig. 6 und 7 dar und betrifft eine Sonnenzellenanordnung, bei der die einzelnen Sonnenzellen 110 jeweils durch einen Bereich aus Isolationsmaterial 112 getrennt sind, dessen beide Seitenwände jeweils mit einer leitfähigen Schicht 114 bedeckt sind, die in Kontakt mit p+ -Zonen 116 der angrenzenden Sonnenzellen steht. Die einzelnen Sonnenzellen sind miteinander in Serie geschaltet, indem die leitfähigen Schichten 114 angrenzend an die Seitenwände jeder Sonnenzelle, wie dies durch die Leitung 118 angedeutet ist, miteinander verbunden sind und indem eine n+ -Zone über eine Leitung 120 mit den leitfähigen Schichten 116 verbunden wird, die zu der benachbarten Sonnenzelle gehören. Da die Stromleitung bei diesem Ausführungsbeispiel in den metallischen leitfähigen Schichten 114 erfolgt, ist der Widerstand der p+ Zonen von geringerer Bedeutung.
Das AusführungsbeispiGl gemäss Fig. 9 stellt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 dar, wobei pro Sonnenzelle
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jeweils zwei pn-Ubergänge vorgesehen sind, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 6 bis 8. Bei der Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 9 sind die einzelnen Sonnenzellen durch keilförmige Ausschnitte voneinander getrennt, die mit einem Isolationsmaterial 122 gefüllt sind, beispielsweise mit einem Epoxidharz oder mit Glas. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Wände der Ausschnitte zu oxidieren und diese anschliessend mit polykristallinem Silizium oder mit einem Metall zu füllen. Längs jeder Seitenwand der Sonnenzellen 126 sind p+ -Zonen 124 ausgebildet, während an der Unterseite jeder Sonnenzelle jeweils eine n+ -Zone 128 vorgesehen ist. Die einzelnen Sonnenzellen sind in Serie geschaltet, und zwar mittels einer ersten elektrischen Verbindung, die durch eine Leitung 13o schematisch angedeutet ist und die zwischen den p+ -Zonen 124 der einzelnen Sonnenzellen liegt sowie durch eine zweite elektrische Verbindung, die durch die Leitung 132 angedeutet ist und die jeweils zwischen der n+ -Zone 128 einer Zelle und den p+ -Zonen der nächsten Sonnenzelle verläuft.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 9 in verschiedenen Punkten abgewandelt ist. Zunächst ist bei der Sonnenzellenanordnung gemäss Fig. 10 für jede der einzelnen Sonnenzellen 134 eine grössere Einfallsfläche vorhanden, und zwar an der Unterseite der Sonnenzellenanordnung. An den schrägen Seitenwänden der einzelnen Sonnenzellen sind ferner leitfähige Schichten 136, beispielsweise aus Aluminium, vorgesehen, während die Ausschnitte im übrigen mit einem Isolationsmaterial 138, beispielsweise mit einem Epoxidharz oder mit Glas gefüllt sind. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 9 besteht andererseits auch wieder
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die Möglichkeit, die Wände der Ausschnitte zu oxidieren und letztere mit einem polykristallinem Ailizium oder mit einem Metall zu füllen. P+ -Zonen 140 an den schragen Wänden der Sonnenzellen 134 stehen in Kontakt mit den leitfähigen Schichten 136. An der Schmalseite der Sonnenzellen 134 ist jeweils eine n+ -Zone 142 vorgesehen - und zwar in Fig. 10 an der Oberseite der Sonnenzellenanordnung. Benachbarte Sonnenzellen sind mittels einer ersten leitfähigen Verbindung, die als Leitung 144 angedeutet ist und die von der n+ -Zone einer Zelle ausgeht und zu einer zweiten elektrischen Leitung 14 1 führt, die die im Abstand voneinander befindlichen p+ -Zonen der benachbarten Sonnenzelle verbindet, miteinander in Serie geschaltet. Die breite (untere) Seite der Sonnenzellen, welcher die Strahlung zugeführt wird, ist mit einer Passivierungs- und Antireflexionsschicht 146 bedeckt. Wenn es erwünscht ist, können bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 10 die metallischen, leitfähigen Schichten weggelassen werden und die p+ Zonen ausreichend dick gewählt werden, um den Strom bei geringem Widerstand zu führen.
Wenn es erwünscht ist, können die n+-Zonen an der Unterseite der Sonnenzellen bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 6 bis 10 in eine Anzahl von einen Abstand voneinander aufweisenden n+-Zonen verringerter Breite für jede Sonnenzelle aufgeteilt werden, wobei eine elektrische Verbindung nur zu jeweils einer der n+-Zonen hergestellt wird. Eine ähnliche n+ -Zone könnte bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 4 zusätzlich an der Unterseite bzw. Rückseite vorgesehen werden, um die Oberflächenrekombination der Ladungsträger zu reduzieren. Unter Abwandlung der Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 6 bis
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könnte ferner an der Unterseite jeder einzelnen Sonnenzelle eine einzige n+ -Zone reduzierter Breite vorgesehen werden.
Die bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 6 bis 10 schematisch angedeuteten elektrischen Verbindungen können in bekannter Weise durch selektives Ätzen und Metallisieren hergestellt werden, um so metallisierte Verbindungen (beispielsweise aus Aluminium) zwischen den verschiedenen Elementen der Sonnenzellenanordnung zu erhalten. Im übrigen können die verschiedenen Ausführungsbeispiele von Sonnenzellenanordnungen gemäss der Erfindung unter Anwendung der bekannten Verfahren hergestellt werden, nämlich durch Diffundieren, anisotropes Ätzen, thermische Oxidation, Vakuumabscheidung, Abscheidung aus der Dampfphase sowie photolithographische und andere Verfahren.
Verschiedene Beispiele für bevorzugte Herstellungsverfahren für Photozallenanordnungen gemäss der Erfindung sind nachstehend anhand der Fig. 11 bis 24 näher erläutert.
Beispiel I (Herstellung einer Photozellenanordnung im wesentlichen gemäss Fig. 7)
A) In den Fig. 11 und 12 ist η-leitendes Siliziumplättchen 150 dargestellt, dessen Fläche so gross gewählt ist, dass sie mehr als ausreichend ist, um die gewünschte Photozellenanordnung zu erzeugen. Das Halbleiterplättchen kann beispielsweise quadratisch sein und eine Kantenlänge von etwa 2,54 cm aufweisen sowie eine Dicke T1 in der Grössenordnung von 0,15 mm. Nach dem Reinigen wird das Halbleiterplättchen mit Isolationsschichten 151,152 aus Siliziumdioxid bedeckt. Das Siliziumdioxid lässt man thermisch
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bis zu einer Dicke T_ von etwa 0,5 bis 0,8 ^um aufwachsen. In den beiden Oxidschichten 151,152 werden dann fluchtende Muster von im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufenden Nuten 153 geätzt, wobei die Länge L der Nuten kleiner ist als die Breite W des Halbleiterplättchens, so dass nach dem Ätzvorgang ein durchgehender Rand 154 aus Halbleitermaterial an beiden Enden sämtlicher Nuten 153 erhalten bleibt.
B) Die Nuten 153 werden auf eine Weise geätzt, dass sich gerade parallele Wände ergeben, die vollständig durch das Halbleiterplättchen hindurchgehen, wobei als geeignetes Ätzmittel beispielsweise Kaliumhydroxid oder Hydrazin verwendet werden kann. Die Fig. 11 und 12 zeigen das Halbleiterplättchen nach dem Ätzen. Man kann sagen, dass es aus im Abstand voneinander befindlichen Blöcken 155 für die noch zu erzeugenden einzelnen Sonnenzellen besteht, die jedoch noch durch die Randbereiche 154 miteinander verbunden sind. Die Randbereiche 154 sorgen während der nachfolgenden Herstellungsschritte für die Einhaltung eines genauen Abstands zwischen den Blöcken 155 und werden erst in einem späteren Stadium entfernt. Die aufeinanderfolgenden Blöcke 155 sind einzeln mit a,b,c und d bezeichnet, wobei noch weitere Blöcke vorhanden sind, beispielsweise insgesamt die Blöcke a bis ζ.
C) Während des nächsten Herstellungsschrittes müssen auf der Rückseite des Halbleiterplättchens p+ -Querverbindungen definiert werden, die zum Verbinden der p+ -Zonen (98 in Fig. 7) dienen, welche noch längs der senkrechten Seitenwände der Nuten erzeugt werden müssen, d.h. an den ent-
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sprechenden langgestreckten, senkrechten Seltenwänden der einzelnen Blöcke 195 (94 in Fig. 7). Die Querverbindungen werden in im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufenden Bereichen hergestellt, indem man p+ -Zonen bildet, nachdem man die Oxidschicht 151 in den entsprechenden Bereichen chemisch entfernt hat, um in den Bereichen 156 das Silizium freizulegen (vgl. Fig. 13), wobei die verbleibenden Teile der Oxidschicht als Diffusionsmaske dienen, so dass die p+ -Diffusion nur an den örtlich freigelegten Oberflächen des Siliziums erfolgt. Typischerweise werden die Querverbindungen 156 in Abständen von 0,15 mm quer zur Längsrichtung der einzelnen Blöcke 155 vorgesehen und bilden gleichzeitig p+ -Kontaktbereiche an der Unterseite jeder Einzelzelle. Infolge der Begrenzung der Breite der einzelnen Querverbindungen (beispielsweise auf etwa 0,02 bis 0,05 mm) verbleibt genügend Platz zur späteren Erzeugung der n+ -Kontaktbereiche an der Unterseite der Einzelzellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Querverbindungen 156 bei den ungeradzahligen Blöcken 155 (beispielsweise den Blöcken a und c) gegenüber den Querverbindungen 156 der geradzahligen Blöcke 155 (beispielsweise die Blöcke b und d) versetzt sind. Wie sich weiter unten noch zeigen wird, ermöglicht diese Massnahme die Erzeugung der Photozellenverbindungsleitungen der einzelnen Photozellen von p+ nach n+, von dort nach p+ und von dort wieder nach n+.
D) Bei dem bereits erwähnten Diffusionsschritt werden die
p+ -Zonen für die Querverbindungen 156 und an den Wänden der Muten 153 (98 in Fig. 7) erzeugt, woraufhin man erneut
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Oxid über den ρ+ -Zonen (an den Wänden und den Querverbindungen) aufwachsen lässt. Für diese Herstellungsphase zeigt Fig. 14 einen Querschnitt durch benachbarte Blöcke 155, wobei es sich versteht, dass in Fig. 14 kein Versuch unternommen wurde, irgendeine unterschiedliche Dicke in den Oxidschichten zu verdeutlichen, welche die p+ -Zonen und die nicht-p+ -Zonen als Ergebnis der erneuten Oxiderzeugung überdecken. Der Einfachheit halber sind in Fig. 14 nur die Oxid-Zonen mit einer Schraffur versehen.
E) Beim nächsten Schritt werden die n+ -Zonen an der Rückseite des Halbleiterplättchens definiert, deren Abmessungen durch rechteckige Aussparungen 157 in der Oxidschicht vorgegeben sind und die zwischen angrenzenden Querverbindungen 156 liegen, wie dies Fig. 15 zeigt, wobei die gestrichelten Linien die ρ.n-Ubergänge anzeigen. Die Aussparungen 157 werden wiederum örtlich durch chemisches Entfernen des Oxids zum Freilegen des Siliziums erzeugt, woraufhin dann eine η "»Diffusion stattfindet, an die sich das erneute Aufwachsen von Oxid auf allen Oberflächen anschllesst. Danach besitzt das Halbleiterplättchen die in Fig. 16 im Querschnitt gezeigte Form, wo die Schraffur wieder auf die Oxidbeschichtung beschränkt ist.
F) Während vorstehend die Bearbeitung der Rückseite und der Nutwände erläutert wurde, soll nunmehr näher auf die an der Vorderseite des Halbleiterplättchens durchzuführenden Verfahrensschritte eingegangen werden. Bei einem ersten Verfahrensschritt wird die Oxidschicht von der Vorderseite des Halbleiterplättchens chemisch entfernt, um das
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Silizium freizulegen. Dann wird durch Diffusion eine dünne n+ -Zone (Dicke beispielsweise etwa 0,1 /um) in die freigelegte Siliziumoberfläche eindiffundiert, wobei diese Schicht als eine Barriere zur Reduzierung von Oberflächenrekombinationseffekten dient. Anschliessend lässt man wieder eine sehr dünne Oxidschicht aufwachsen (Dicke beispielsweise zwischen 0,1 und 0,2 /um), welche der Passivierung des pn-Ubergangs dient. Schliesslich wird auf der Vorderseite des Halbleiterplättchens TiO2 oder Ta3O5 als Antireflexionsschicht abgeschieden.
G) Anschliessend werden dann (Fig. 17 und 18) kleine Fenster 158 in die Oxidschicht auf der Rückseite des Halbleiterplättchens geätzt, und zwar im Bereich der p+ -Querverbindungen sowie ähnliche kleine Fenster 159 über den n+ Kontaktbereichen. Typischerweise haben die Fenster eine Kantenlänge von etwa 0,025 mm und gestatten die Herstellung eines Kontaktes für die Photozellenverbindungsleitungen (z.B. 120 in Fig. 7). Für die Herstellung der Kontakte kann unter Anwendung einer geeigneten Maskierungstechnik Aluminium durch Vakuumabscheidung niedergeschlagen werden, wobei sich im Bereich der Fenster 158 Kontaktstücke 160 und im Bereich der Fenster 159 Kontaktstücke 161 ergeben, wie dies Fig. 18a zeigt. Anschliessend folgt ein Sintern für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur, die geeignet ist, um ohm'sche Kontakte zwischen den p+ -und n+-Zonen und den Kontaktstücken 160 bzw. 161 herzustellen. In den beiden Fig. 18 und 18a ist bei 162 die Antireflexionsschicht gezeigt, die bei der vorstehend beschriebenen Behandlung der Vorderseite des Halbleiterplättchens erzeugt wird.
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H) Die Photozellenverbindungsleitungen können auf verschiedene Arten hergestellt werden. In Fig. 19 sind Verbindungsleitungen in Form von Brücken 163 dargestellt. Die Brücken 163 können unter Anwendung der Mikro-Elektronik-Technik hergestellt werden, was bedeuten würde, dass man die Nuten 153 glatt füllt und dass man dann das abgeschiedene Metall derartig ätzt, dass sich das gewünschte Muster von Verbindungsleitungen ergibt. Es können aber auch Drähte oder Bandleitungen verwendet werden, so dass ein Füllen der Nuten 153 nicht erforderlich ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Nuten 153 vor dem Aufbringen eines leitfähigen Harzes teilweise zu füllen, wobei dieses Verfahren automatisch durchgeführt werden kann. Wenn ein Verfahren angewandt wird, bei welchem keine Füllung der Nuten vor dem Herstellen der Verbindungsleitungen erforderlich ist, dann müssen die Nuten 153 anschliessend gefüllt werden, und zwar ehe das Halbleiterplättchen bzw. die Photozellenanordnung aus ihrer Montagefassung entfernt wird, welche beim Herstellen der Verbindungsleitung benutzt wird, wobei es sich versteht, dass eine Montagefassung verwendet wird, um während des Herstellers der Verbindungsleitungen 163 die erforderliche Steifigkeit zu gewährleisten. Zum Füllen der Nuten nach Herstellung der Verbindungsleitungen empfiehlt sich ein thermisch gut leitendes, elektrisch isolierendes Epoxydharz mit einer Härtungstemperatur zwischen 125 und 150°C, da hierdurch während der anschliessenden Behandlungsschritte ein Schutz der Verbindungsleitungen und die erforderliche Steifigkeit der Photozellenanordnung gewährleistet ist.
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I) Die äusseren Anschlüsse für die Photozellenanordnung werden hergestellt, indem man beispielsweise dickere Zuleitungen an den Blöcken 155 der äusseren Einzelzellen der Photozellenanordnung anbringt (z.B. an a und an z, nicht dargestellt). Der abschliessende Herstellungsschritt besteht darin, dass man die Randbereiche 154 abtrennt und auf diese Weise die einzelnen Blöcke voneinander trennt, wobei jedoch deren ursprüngliche Abstände sowie die Kristallstruktur und -orientierung genau aufrechterhalten werden. Im allgemeinen bevorzugt man es, das Halbleiterplättchen auf einem festen Träger anzubringen, wozu man ein Wachs mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, während die Randbereiche 154 mit Hilfe einer Diamant-Trennscheibe oder mit Hilfe einer Bogensäge unter Verwendung eines SchleromQmittels abgetrennt werden. Die freigelegten Schnittkanten werden dann mit einem für Silizium geeigneten Ätzmittel geätzt, um die beim Abtrennen entstandenen Schäden zu entfernen und anschliessend passiviert. Die Photozellenanordnung mit mehreren Einzelzellen ist nunmehr fertiggestellt und kann von ihrem Träger entfernt, gereinigt, geprüft und in Gebrauch genommen werden.
Man erkennt, dass aufgrund der versetzten Anordnung der Querverbindungen und der Kontakte die Notwendigkeit entfällt, zwei Ebenen für die Verbindungsleitungen vorzusehen, während gleichzeitig ein niedriger Serienwiderstand erhalten wird. Tatsächlich stellt jeder Block 155 eine einzelne Sonnenzelle dar, welche eine gemeinsame p+-Zone und eine Anzahl von n+ -Zonen aufweist. Es bestehen zahlreiche Anschlüsse von der p+ -Zone einer Photozelle bzw.
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eines Blockes 155 zu den n+ -Kontakten der benachbarten Photozelle bzw. des benachbarten Blockes 155 auf der einen Seite sowie von den n+ -Kontakten der benachbarten Photozelle bzw. des benachbarten Blockes 155 auf der anderen Seite zu der p+ -Zone der jeweiligen Photozelle. Auf diese Weise wird die erwünschte Serienschaltung sämtlicher Einzelzellen der Photozellenanordnung erreicht.
Beispiel II
A) Gemäss Fig. 20 und 21 wählt man ein Halbleiterplättchen 170 aus η-leitendem Silizium, dessen Fläche mindestens so gross ist, dass es die gewünschte Photozellenanordnung aufnehmen kann. Abgesehen von den Abmessungen kann das Halbleiterplättchen so ausgewählt werden, wie dies in Beispiel I beschrieben wurde. Der wesentliche Gesichtspunkt besteht bei dem Beispiel II darin, dass keine Notwendigkeit besteht, Randbereiche (wie die Bereiche 154 in Fig. 11 und 12) bzw. Querstege vorzusehen, um die Einstückigkeit des Halbleiterplättchens während des gesamten Herstellungsverfahrens aufrecht zu erhalten. Gemäss Beispiel II erstrecken sich die Nuten 171, welche in das Halbleiterplättchen eingeschnitten (beispielsweise geätzt) werden, um die Blöcke 172 der fertigen Photozellenanordnung voneinander abzugrenzen, erstens über die volle Breite (entsprechend W in Fig. 11) des Halbleiterplättchens und zweitens, ausgehend von einer der Hauptflächen (beispielsweise der Unterseite) des Halbleiterplättchens in der Tiefe bis zu einem Punkt in der Nähe der gegenüberliegenden
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Hauptfläche (Oberseite), jedoch ohne dass das Halbleiterplättchen in seiner Dicke vollständig durchtrennt würde. Nach der Herstellung der Nuten 171 werden sämtliche Schritte zur Erzeugung begrenzter Zonen eines bestimmten Leitfähigkeitstyps, zur Verbindung von Zonen eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und zum Anbringen ohm1scher Kontakte sowie zum Herstellen von Verbindungsleitungen, ausgehend von der Unterseite des Halbleiterplättchens durchgeführt, um beispielsweise eine Photozellenanordnung gemäss Fig. 7 zu erhalten. Die Fertigstellung der Photozellenanordnung erfolgt dann durch Füllen der Nuten zur Gewährleistung des gewünschten Abstandes zwischen den Blöcken 172 und dadurch, dass man entweder (Variante a) entsprechende Nuten in die Oberseite des Halbleiterplättchens einschneidet oder (Variante b) die gesamte Oberseite des Halbleiterplättchens bis zu einer solchen Tiefe wegätzt, dass sich vollständig getrennte Blöcke 172 ergeben. Die Behandlung der Vorderseite des Halbleiterplättchens erfolgt dann, wie dies vorstehend unter I,F beschrieben wurde.
B) Im einzelnen zeigen die Fig. 20 und 21, dass die Nuten 171 zunächst so tief eingeschnitten werden, dass sie fast bis zur Oberseite des Siliziumplättchens reichen, wobei deutlich wird, dass eine aufgewachsene Oxidschicht die gesamte Oberseite bedeckt, während die Verfahrensschritte zur Herstellung der p+ und n+ -Zonen und zur Herstellung der Verbindungen zwischen diesen Zonen von der Unterseite des mit Nuten versehenen Halbleiterplättchens her durchgeführt werden. Im einzelnen werden die Verfahrensschritte so durchgeführt, wie dies unter Beispiel I beschrieben wurde,
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wobei sich letztlich ein Halbleiterplättchen ergibt, welches in Fig. 22 im Schnitt dargestellt ist und bei dem, wia bei dem Halbleiterplättchen gemäss Fig. 19, nur noch die Kontaktstücke 160',161' zum Herstellen ohm'scher Kontakte mit den p+ -und n+ -Zonen hergestellt werden müssen.
C) Nach dem Herstellen der Kontaktstücke zur Beendigung der von der Unterseite des Halbleiterplättchens her auszuführenden Bearbeitungsschritte v/erden die Nuten 171 mit thermisch leitendem, elektrisch isolierendem Epoxydharz (174 in Fig. 23 und 24) gefüllt, um einen Schutz der Leitungen und die Einstückigkeit der Photozellenanordnung während der nachfolgenden Handhabung und der Bearbeitung der Vorderseite zu gewährleisten.
D) Gemäss einer ersten Variante der Behandlung der Oberseite werden die Nuten 171 vervollständigt, bis sie völlig durch das Halbleitermaterial hindurchgehen, indem man durch die Oxidschicht an der Oberseite des Halbleiterplättchens hindurch die verbliebenen Stege aus Silizium durchtrennt. Auf diese Waise erhält man, wie Fig. 23 zeigt, Nuten mit parallelen Seitenwänden, woraufhin dann die Behandlung der Oberseite fortgeführt wird, wie dies beschrieben wurde, um eine Antireflexionsschicht 162 (ähnlich wie bei Beispiel I) und andere Merkmale zu verwirklichen.
E) Da die p+ -Zonen an den Wänden der Nuten 171 bis zu deren V-förmigem Ende reichen, kann das Vervollständigen der Nuten 171 von der Oberseite des Halbleiterplättchens her in Abwandlung der Variante D auch so erfolgen, dass man
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den restlichen Teil der Nuten 171 wesentlich schmaler macht, um lediglich zu erreichen, dass das Silizium an der V-förmigen Spitze der Nuten entfernt wird, wobei sich die in Fig. 24 gezeigte Form der Photozellenanordnung ergibt, wo ebenfalls wieder eine Antireflexionsschicht 162 vorgesehen ist.
F) Anstelle der Varianten D und E kann man durchgehende Nuten 171 auch dadurch erreichen, dass man, ausgehend von der Oberseite, den gesamten oberen Teil des Halbleiterplättchens wegätzt, und zwar bis auf eine Tiefe, wie sie in den Fig. 23 und 24 durch strichpunktierte Linien 175 bzw. 176 angedeutet ist. Ätzt man gemäss Fig. 23 bis zur Linie 175, dann erhält man eine fertige Photozellenanordnung mit vollständig geraden, parallelen Seitenwänden der Nuten, wobei die p+ -Zonen bis zur Oberseite reichen. Ätzt man dagegen gemäss Fig. 24 bis zu der Linie 176, dann erhält man eine Photozellenanordnung mit schräg nach innen zusammenlaufenden p+ -Zonen, die an der Oberseite der fertigen Anordnung nur einen geringen Abstand voneinander haben, so dass an der Oberseite der fertigen Photozellenanordnung eine η-leitende Einfallsfläche mit maximalen Abmessungen erhalten wird, wobei es sich versteht, dass in allen Fällen auch wieder eine Antireflexionsschicht erzeugt oder eine andere Oberflächenbehandlung durchgeführt wird.
Beispiel III
Gemäss einer weiteren Variante kann das Halbleiterplättchen von vornherein so gewählt werden, dass es bereits die endgültigen
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Abmessungen besitzt, wie dies für das Ausführungsbeispiel gemäss Beispiel II gilt. Für dieses Halbleiterplättchen wird für die Abstützung der Oberseite während sämtlicher Bearbeitungsschritte, die von der Unterseite her durchgeführt werden, ein Träger vorgesehen. Im einzelnen wird vorzugsweise zunächst auf der Oberseite des Halbleiterplättchens eine Passivierungs- und Antireflexionsschicht 162 erzeugt. Anschliessend wird über dieser Schicht eine Schicht aus polykristallinem Silizium abgeschieden, welche eine Dicke zwischen etwa 50 und 100 yum besitzt und während der gesamten, von der Unterseite her erfolgenden Bearbeitung, als Träger dient. Bei dieser Bearbeitung können die Nuten, welche die einzelnen Blöcke oder Zellenelemente trennen, durch die gesamte Dicke des ursprünglichen Halbleiterplättchens hindurchgeätzt werden, wobei man darauf achtet, ein Ätzmittel zu verwenden, welches das Material der Passivierungs- und Antireflexionsschicht 162 nicht angreift. Nach dem Ätzen der Nuten ist das gesamte Halbleiterplättchen in getrennte Blöcke zerteilt, wobei Abstand und Orientierung dieser Blöcke jedoch aufgrund des Vorhandenseins der starren polykristallinen Trägerschicht genau aufrechterhalten werden. Nach Fertigstellung aller elektrischen Verbindungen und nach dem Füllen der Nuten zwischen den Blöcken wird die gesamte Anordnung auf ihrer Rückseite mit einer geeigneten Schutzschicht, beispielsweise durch Aufwachsen eines Oxides versehen, woraufhin dann der polykristalline Träger von der Vorder- oder Oberseite weggeätzt wird, um das fertige Endprodukt zu erhalten, welches bereits mit der Antireflexionsschicht 162 versehen ist.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass Sonnenzellenanordnungen gemäss der Erfindung, deren Ausführungsbei-
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spiele anhand der Fig. 1 bis 9 (sowie auch in Verbindung mit den Fig. 23 und 24) erläutert wurden, besonders für den Einsatz in Verbindung mit einem Strahlungsbündelungssystem geeignet sind, welches das einfallende Licht auf die aktiven Oberflächenbereiche richtet. Da bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 10 praktisch die gesamte, dem Licht aussetzbare Fläche (Unterseite) durch aktive Bereiche gebildet ist, ist dagegen bei dieser Variante die Strahlungsbündelung auf kleine aktive Bereiche von geringerer Bedeutung. Die Sonnenzellenanordnungen sind ganz allgemein dadurch gekennzeichnet, dass pn-Ubergänge vorgesehen sind, welche bezüglich der gebündelten einfallenden Strahlung exakt ausgerichtet sind, so dass bei mehreren einzelnen, in Serie geschalteten Sonnenzellen, welche in einfacher Weise in einem gemeinsamen Plättchen aus Halbleitermaterial, wie z.B. SiIiZiUmx hergestellt werden können, eine optimale Ladungsträgererzeugung zu gewährleisten. Da bei den Sonnenzellenanordnungen gemäss der Erfindung keine Bereiche mit einem hohen elektrischen VJiderstand vorhanden sind, über die ein Strom fHessen muss, sind diese Sonnenzellenanordnungen besonders vorteilhaft für die Umsetzung von Strahlung hoher Intensität. Erfindungsgemäss können ferner in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen mehrere Gruppen von in Serie geschalteten Sonnenzellen hergestellt v/erden, die elektrisch voneinander isoliert sind, beispielsweise durch eingeätzte Nuten, die durch das Halbleitersubstrat vollständig hindurchgehen. Es versteht sich, dass das Ätzen zum Zwecke der Unterteilung der einzelnen Sonnenzellen in getrennte Gruppen derart
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erfolgt, dass sich Nuten ergeben, die quer zu den Längsnuten zwischen den einzelnen Sonnenzellen jeder Gruppe verlaufen, (wie z.B. bei 153 in Fig. 11 und 12 und wie bei 26 (gefüllt) in Fig. 1). Die Ausgangsleitungen der einzelnen Gruppen können dann extern parallelgeschaltet werden.
Die Sonnenzellenanordnungen gemäss der Erfindung, speziell die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 1 bis 4, sind dadurch gekennzeichnet, dass längs bzw. in der Ebene der eindiffundierten Zone kein Strom fliesst. Dieses Merkmal ist besonders bei einer hohen Intensität der einfallenden Strahlung wichtig. Bei den später beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt sich in der eindiffundierten Zone ein begrenzter Stromfluss; andererseits kann die eindiffundierte Zone ausreichend dick bzw. tief ausgebildet werden, ohne dass sich unerwünschte Effekte ergeben würden, so dass der Widerstand in der eindiffundierten Zone gegenüber dem Widerstand relativ flacher eindiffundierter Zonen, wie sie bei den üblichen Sonnenzellen erforderlich sind, verringert werden kann. Hinzukommt, dass bei den betrachteten Ausführungsbeispielen die Strecken, welche von den Ladungsträgern in den eindiffundierten Zonen zu durchlaufen sind, relativ klein sind, wodurch der Widerstand aufgrund eines Stromflusses in diesen Zonen weiter verringert wird.
Es fällt auf, dass die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 9 und 10 im wesentlichen gleich sein können, wobei der grundsätzliche Unterschied darin besteht, dass andere Oberflächen für das Empfangen der einfallenden Strahlung vorgesehen sind und dass
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die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Sonnenzellen jeweils an der Oberfläche der Sonnenzellenanordnung vorgesehen sind, die der einfallenden Strahlung nicht ausgesetzt sind. Es versteht sich, dass eine entsprechende Vertauschung der Einfallsflächen (und natürlich eine entsprechende Vertauschung derjenigen Seite der Sonnenzellenanordnung, an der die elektrischen Verbindungen hergestellt werden) auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei den Sonnenzellenanordnungen gemäss Fig. 6 bis 8, durchgeführt werden kann. Auch bei den Sonnenzellenanordnungen gemäss Fig. 1 bis 4 können die Einfallsflächen vertauscht werden, und zwar ohne eine Änderung der elektrischen Verbindungen, da diese elektrischen Verbindungen bei diesen Ausführungsbeispielen integrierte elektrische Verbindungen sind.
Bei den vorstehend betrachteten Ausführungsbeispielen verlaufen die Wände der Nuten im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats. Damit beim Ätzen diese senkrechten Wände erhalten werden, sollte das Siliziumsubstrat eine ^I10 \-Oberflächenorientierung besitzen, was bedeutet, dass die Ober- und Unterseite parallel zu den ^110^-Ebenen des kristallinen Substrats verlaufen sollen. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, dann lassen sich mit einer Anzahl von anisotropen Ätzmitteln (zu denen beispielsweise heisse Kalilauge, Hydrazin usw. gehören), Nuten mit im wesentlichen parallelen Wänden ätzen. Ferner wird dann, wenn der Ätzvorgang kurz vor dem Durchbrechen der gegenüberliegenden Seite des Substrats beendet wird, ein V-förmiges Nutende erhalten, wie es beispielsweise für die Nuten 171 in Fig. 22 gezeigt ist. Zum Ätzen von V-förmigen oder trapezförmigen Nuten, wie sie in den Fig. 3,4,9 und 10 gezeigt sind,
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sollte das Halbleitersubstrat für den Fall, dass es sich um Silizium handelt, so ausgewählt werden, dass eine \1OO/-Oberflächenorientierung vorhanden ist, d.h. eine Kristallorientierung, bei der die Oberseite und die Unterseite parallel zu einem Satz von ^I OO^-Ebenen des kristallinen Substrats verlaufen, wobei zum Ätzen die gleichen anisotropen Ätzmittel verwendet werden können, die oben erwähnt wurden.
Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass ausgehend von den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten für Abwandlungen und/ oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.
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Claims (1)

  1. OR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. D-P' .-PHY?. C<». DIPL.-PHVS.
    HÖGER - STELLRECHT - GRIESSbACH - HAECKER
    PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
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    Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue Cambridge, Mass. USA
    Patentansprüche
    /i.) Photozellenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, im Abstand voneinander angeordnete, längliche, parallele Einheiten (12,34,52,59,72,94,110,126,134,155, 172) vorgesehen sind, die aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat hergestellt sind und einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) aufweisen, dass jede Einheit (12,34, 52,59,72,94,110,126,134,155,172) im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende, längliche Seitenwände aufweist, zwischen denen sich eine Oberfläche mit einer länglichen Einfallsfläche befindet, welche einer einfallenden Strahlung aussetzbar ist, dass jede Einheit (12,34,52,59,72,94,110,126,134,155,172) an mindestens einer ihrer SeitenwSnde eine Zone (18,46,55,62, 66,80,98,116,124,140) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) aufweist, dass getrennte leitfähige Verbindungen (24;5O,51;61;86,88,-100,104;118,120;130,132;141,144;160, 161,163;160',161',163') vorgesehen sind, welche einen ohm'schen Kontakt zwischen der Zone (18,46,55,62,66,8O, 98,116,124,140) des zweiten Leitfähigkeitstyps einer Einheit (12,34,52,59,72,94,110,126,134,155,172) und dem Material des ersten Leitfähigkeitstyps (n,n+) einer
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    anderen Einheit (12,34,52,59,72,94,110,126,134,155,172) herstellen^ und dass Zwischenstücke (26,40,54,6O;76,78,82; 96;112,114;122;138,-153;174) vorgesehen sind, welche das Material der parallelen Einheiten (12,34,52,59,72,94, 110,126,134,155,172) fest in der gleichen gegenseitigen räumlichen Lage halten, die diese in dem gemeinsamen Substrat eingenommen haben, aus dem sie hergestellt sind.
    2. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstücke durch einen verfestigten Füller (z.B. 54,60) in den Zwischenräumen zwischen den Einheiten (z.B. 52,59) gebildet sind.
    3. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Verbindungen eine getrennte leitfähige Schicht (z.B.24) aufweisen, die von der Oberfläche getragen wird und den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Einheiten (z.B.12) überbrückt.
    4. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einheit (z.B.12) in dem Bereich, wo der ohm'sche Kontakt mit dem Material des ersten Leitfähigkeitstyps (n) vorgesehen ist, eine Zone (z.B.22) mit erhöhter Dotierung (n+) gegenüber der Dotierung im Bereich der Einfallsfläche aufweist.
    5. Photozellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verfestigte Füller (z.B.26) leitfähig und einstückig mit der zugeordneten leitfa'higen Verbindung (z.B.24) ist.
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    6. Photozellenanordnang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone (z.B.22) mit erhöhter Dotierung (n+) jeweils längs jeder zweiten Seitenwand jeder Einheit (z.B.12) vorgesehen ist.
    7. Photozellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seitenwände jeder Einheit (z.B.34, 94) Zonen (46,98) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) aufweisen.
    8. Photozellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verfestigte Füller (z.B.54) ein isolierendes Material ist.
    9. Photozellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (z.B.116) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) an beiden Seiten in Kontakt mit einer Schicht (z.B.114) aus leitfähigem Material bestehen.
    10. Photozellenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Einheit (z.B.94) eine weitere leitfähige Verbindung (z.B. 100) vorgesehen ist, welche die Zonen (z.B. 98) des zweiten Leitfähigkeitszyps (p+) miteinander verbindet und welche Teil der leitfähigen Verbindungen ist, über die ein ohm1scher Kontakt mit dem Material des ersten Leitfähigkeitstyps (n) der einen der benachbarten Einheiten (z.B.94) vorgesehen ist.
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    11. Phptozellananordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere leitfähige Verbindung bei jeder Einheit (z.B.155) mehrere im Abstand voneinander angeordnete Querverbindungsbereiche (156) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) aufweist, welche in der der Einfallsfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Materials des ersten Leitfähigkeitstyps (n) des Halbleitersubstrats vorgesehen sind und die Zonen des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) an den beiden Seitenwänden der Einheit (z.B.155) verbinde^ und dass zwischen den Querverbindungsbereichen (156) Zonen mit einer erhöhten Konzentration der Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n+) vorgesehen sind, und dass die leitfähigen .Verbindungen, welche einen ohm'sehen Kontakt zwischen den Zonen des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) einer Einheit und dem Material des ersten Leitfähigkeitstyps (n) einer anderen Einheit (155) herstellen, von den Ouerverbindungs· bereichen (156) der einen Einheit zu den höher dotierten Bereichen (n+) der benachbarten Einheit verlaufen.
    12. Photozellenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbindungsbareichö (156) einer Einheit (155) in Längsrichtung dieser Einheit gegenüber den Querverbindungsbereichen (156) der benachbarten Einheiten (155) versetzt sind.
    13. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheiten (z.B.155) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind.
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    14. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der Einheiten (z.B.126) ausgehend von der Einfallsfläche in Richtung auf die gegenüberliegende Hauptfläche der Photozellenanordnung divergieren, so dass jede Einheit (z.B.126) im Querschnitt im wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.
    15. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfallsfläche jeder Einheit (z.B. 134) eine grössere Breite besitzt als die auf der gegenüberliegenden Hauptfläche endende Seite der Einheiten (134) und dass die Seitenwände, ausgehend von der Einfallsfläche, in Richtung auf die gegenüberliegende Hauptfläche konvergieren.
    16. Photozellenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände in erster Linie dicht angrenzend an die Einfallsfläche konvergierend in Richtung auf die andere Hauptfläche der Photozellenanordnung verlaufen (Fig. 20 bis 24).
    17. Photozellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Einheit (z.B. 12) sowohl die Zone (18) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) an der einen Seitenwand als auch die Zone (22) höherer Dotierung (n+) an der anderen Seitenwand bis zur Einfallsfläche der Einheit (12) reichen und dass die leitfähigen Verbindungen (24) länglich ausgebildet sind und den Abstand zwischen benachbarten Einheiten (12) überbrücken und auf der einen Seite des Spalts zwischen benachbarten
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    Einheiten (12) die Zone (18) des zweiten Leitfähigkeitstyps (ρ+) und auf der anderen Seite des Spalts die Zone (22) erhöhter Dotierung der benachbarten Einheit (12) überlappen und mit diesen Zonen (18,22) in elektrisch leitendem Kontakt stehen.
    18. Photozellenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Einfallsfläche zwischen benachbarten länglichen leitfähigen Verbindungen (z.B. 24) mindestens ebenso gross ist wie die wirksame Oberfläche einer der elektrischen Verbindungen (24).
    19. Photozellenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material aus Glas und/oder Epoxydharz besteht.
    20. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum zv/ischen den Seitenwänden jeweils zweier benachbarter Einheiten (z.B.72) jeweils ein aufrecht stehender Steg (76) aus Substratmaterial vorhanden ist, der Seitenwände besitzt, die den entsprechenden Seitenwänden der angrenzenden Einheiten (72) gegenüberliegen, dass sämtliche Seitenwände eine Zone (80,82) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) aufweisen, so dass der Steg (76) eine Zone des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche die zwei Seitenwandzonen (82) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) trennt und dass die Zwischenstücke aus leitfähigem Material bestehen, welches die Zwischenräume zwischen den Seitenwänden des Steges (76) und den benachbarten Seitenwänden
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    der benachbarten Einheiten (72) füllt, so dass der Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps des Steges (76) die Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps einer angrenzenden Seitenwand einer ersten Einheit (72) von der Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps der angrenzenden Seitenwand der am nächsten benachbarten Einheit (72) wirksam trennt.
    21. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen benachbarten Einheiten (z.B.12) und angrenzende Teile der Oberflächen derselben durch längliche, opake Elemente (z.B.24) abgedeckt sind und dass über den Einfallsflächen Strahlungsbündelungseinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe das einfallende Licht im wesentlichen nur auf den Teil der Einfallsflächen bündelbar ist, der nicht von den opaken Elementen (z.B.24) bedeckt ist.
    22. Photozellenanordnung nach Anspruch 21, dadurch 9ßkennzeichnet, dass das opake Element (z.B.24) aus leitfähigem Material besteht und dass an der der Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps gegenüberliegenden Seitenwand jeder Einheit (z.B.12) jeweils eine Zone (22) des ersten Leitfähigkeitstyps mit erhöhter Dotierung (n+) vorgesehen ist.
    23. Photozellenanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Einheit (z.B.12) die Zone (18) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) einen pn-übergang zum Substratmaterial aufweist und dass das opake Element
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    (24) den pn-Ubergang und die Zone (18) des zweiten Leitfähigkeit styps überdeckt.
    24. Verfahren zum Herstellen einer Photozellananordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps auswählt, dass man in das Halbleitersubstrat längliche parallele Nuten (153,171) einschneidet, deren Abmessungen so gewählt sind, dass gerade noch keine vollständig voneinander getrennten Blöcke entstehen, welche später einzelne Photozellen bilden, dass man die Nuten (153,171) ausgehend von mindestens einer Oberfläche das Halbleitersubstrats erzeugt , dass man an mindestens einer Nutwand jedes Blockes (155,172) mindestens eine Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) erzeugt, dass man getrennte leitfähige Verbindungen (156) erzeugt, die in ohm'schem Kontakt mit der Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps (p+) einer Einheit und mit der Zone des ersten Leitfähigkeitstyps (n) der am nächsten benachbarten Einheit stehen, und dass man die ohm'sche^ leitenden Verbindungen derart ausbildet, dass sie quer zu den Einheiten (155,172) in einer Richtung von Einheit zu Einheit fortschreiten, und dass man schliesslich die so bearbeiteten Teile des Halbleitersubstrats zu einer stabilen Einheit verbindet, indem man die Nuten (153,171) füllt und dann die einzelnen Blöcke (155,172) vollständig voneinander trennt» indem man die zwischen ihnen verbliebe nen Substratstege entfernt.
    25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Seitenwänden jeder Nut (153,171) die eine
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    mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (η) und die andere mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p+) versehen wird und dass man die leitfähigen Verbindungen durch Auswahl und Verwendung von elektrisch leitfähigem Material für das Füllen der Nuten (153,171) herstellt.
    26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man an den einander gegenüberliegenden Seitenwänden jeder Nut (153,171) eine Leitfähigkeit des zweiten Typs (p+) erzeugt und als Füllmaterial für die Nuten (153,171) ein elektrisch isolierendes Material wählt.
    27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nuten (171) ausgehend von einer Hauptfläche des Halbleitersubstrats bis auf eine Tiefe einschneidet, die geringer ist als die gesamte Dicke des Halbleitersubstrats/ und dass man dann die einzelnen Blöcke (172) endgültig dadurch voneinander trennt, dass man fluchtende parallele Nuten, ausgehend von der anderen Hauptfläche des Halbleitersubstrats einschneidet, die so tief sind, dass zumindest in den Nutgrund der während des ersten Fertigungsschrittes eingeschnittenen Nuten hineingeschnitten wird.
    28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nuten ausgehend von der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Tiefe einschneidet, die geringer ist als die Gesamtdicke des Halbleitersubstrats und dass man dann die einzelnen Blöcke dadurch voneinander trennt, dass man das Halbleitersubstrat ausgehend
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    von dessen anderer Hauptfläche zumindest soweit abätzt, dass die dabei gebildete, neue Oberfläche zumindest den Nutgrund der Nuten schneidet, die während des ersten Fertigungsschrittes erzeugt wurden.
    29. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nuten so tief einschneidet, dass sie von einer Hauptfläche des Halbleitersubstrats zur anderen Hauptfläche desselben reichen, jedoch kürzer sind als das Halbleitersubstrat breit ist, so dass Randbereiche (154) verbleiben, welche die durch die Nuten (153) voneinander getrennten Blöcke (155) während der nachfolgenden Bearbeitungsschritte in dem gewünschten Abstand halte- und dass man dann die Blöcke (155) nach dem Füllen der Nuten (153) dadurch endgültig voneinander trennt, dass man die Randbereiche (154) entfernt.
    30. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschneiden der Nuten (153,171) und das Abtrennen der Randbareiche (154) durch Ätzen erfolgt.
    31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass man die von der anderen Hauptfläche ausgehenden Nuten mit im wesentlichen der gleichen Breite erzeugt, wie die von der ersten Hauptfläche ausgehenden Nuten.
    32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass man die von der anderen Hauptfläche ausgehenden Nuten mit einer Breite erzeugt, die wesentlich geringer ist
    als die Breite der von der ersten Hauptfläche ausgehend erzeugten Nuten.
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    33. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man als Halbleitersubstrat einen Siliziumkristall verwendet, der so ausgeählt ist, dass seine Hauptflächen eine \\ 1oY-Orientierung aufweisen.
    34. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man als Halbleitersubstrat einen Siliziumkristall wählt, dessen Hauptflächen eine \1OO S-Orientierung aufweisen.
    35. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man als Halbleitersubstrat einen Siliziumkristall verwendet und die Schneid- und Trennschritte mit Hilfe eines anisotropen Ätzmittels durchführt.
    36. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutwände des ersten Leitfähigkeitstyps derart dotiert werden, dass sich eine begrenzte Zone mit höherer Konzentration der Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n+) ergibt.
    37. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass man an der Substratoberfläche, an der die ohm'sehen Kontakte mit Bereichen des ersten Leitfähigkeitstyps
    (n) hergestellt werden, örtlich eine höhere Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n+) erzeugt.
    38. Verfahren zum Herstellen einer Photozellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps auswählt, dass man an einer Hauptfläche des
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    Halbleitersubstrats ein steifes TrSgerelement vorsieht, dass man längliche im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende Nuten in das Halbleitersubstrat einschneidet, die über die gesamte Dicke desselben durchgehen, so dass einzelne parallele und voneinander getrennte Blöcke für einzelne Photozellen entstehen, die in einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten werden, der durch die Breite der Nuten bestimmt wird, wobei die dem Träger abgewandten Oberflächen der einzelnen Blöcke für eine Bearbeitung zugänglich sind, dass man in mindestens einer Nutwand jedes der Blöcke eine Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps erzeugt, dass man getrennte leitfähige Verbindungen herstellt, die für einen ohm'sehen Kontakt zwischen der Zone des zweiten Leitfähigkeit styps jeder Einheit und einer Zone des ersten Leitfähigkeitstyps der nächsten Einheit sorgen, dass man die leitfähigen Verbindungen von Einheit zu Einheit vorrückend in einer einzigen Richtung quer zu allen Einheiten erzeugt, dass man das Halbleitersubstrat mit den eingeschnittenen Nuten durch Füllen derselben stabilisiert und dass man anschliessend den Träger von der einen Hauptfläche des Substrats entfernt.
    39. Verfahren zum Herstellen einer Photozellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 23 dadurch gekennzeichnet, daß man ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps auswählt, daß man ausgehend von mindestens einer Oberfläche des Halbleitersubstrats in dieses längliche im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende Nuten einschneidet una auf diese Weise zumindest einen Teil der Rückseiten und einen beträchtlichen Teil der in Längsrichtung verlaufenden Seitenwände paralleler, später jeweils eine einzelne Photozelle bildender Blöcke in dem
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    HaIbleitersubstrat definiert, daß man in mindestens einer Nutwand jedes der Blöcke einen Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps erzeugt, daß man getrennte leitfähige Verbindungen herstellt, die für einen ο hinsehen Kontakt zwischen dem Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps des einen Blockes und dem Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps des am nächsten benachbarten Blockes sorgen, wobei die derart erzeugten ohmschen Kontakte von einer Einheit zur nächsten in Querrichtung sämtlicher Einheiten in einer einzigen Richtung fortschreiten, daß man das Halbleitersubstrat mit den eingeschnittenen Nuten durch Füllen derselben stabilisiert, daß man bei allen Fertigungsschritten beginnend mit dem Einschneiden der Nuten bis zum Füllen derselben Maßnahmen trifft, um eine feste räumliche Lage der einzelnen Blöcke bzw. Einheiten aufrechtzuerhalten und daß man diese Maßnahmen anschliessend beendet.
    40. Verfahren nach Anspruch 39,dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen räumlichen Lage darin besteht, daß man vor dem Einschneiden der Nuten ausgehend von einer Oberfläche des Halbleiter-Substrats an der gegenüberliegenden Oberfläche desselben ein starres Verstärkungselement anbringt, und daß man diese Stabilisierungsmaßnahme dann nach Stabilisierung des Halbleitersubstrats durch Füllen der Nuten dadurch beendet, daß man das Verstärkungselement entfernt.
    41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß man das starre Verstärkungselement in der Weise an dem Halbleitersubstrat anbringt, daß man auf die Oberfläche, von der aus die Nuten nicht eingeschnitten werden, eine polykristalline Siliziumschicht bis zu einer Dicke aufwachsen lässt, die ausreicht, um eine starre Abstützung
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    und eine sichere Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen den vollständig voneinander getrennten Blöcken des Halbleitersubstrats zu gewährleisten, und daß man das Verstärk ungs element nach der mechanischen Stabilisierung des Halbleitersubstrats durch Füllen der Nuten zwischen den einzelnen Blöcken bzw. Einheiten dann wieder durch Ätzen entfernt.
    42. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die StabilisErungsmaßnahme darin besteht, daß man ausgehend von einer Hauptfläche des Halbleitermaterials die Nuten nur so tief einschneidet, daß sie kurz vor der anderen Hauptfläche des Halbleitersubstrats enden, und daß man die Stabilisierungsmaßnahme dadurch beendet, daß man nach der mechanischen Stabilisierung des Halbleitersubstrats das Substratmaterial ausgehend von der anderen Hauptfläche so tief abätzt, daß die einzelnen Blöcke bzw. Einheiten des Substratmaterials völlig voneinander getrennt werden.
    43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen örtlich längs länglicher Bereiche erfolgt, welche mit den von der anderen Seite her eingeschnittenen Nuten fluchten.
    44. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsmaßnahme darin besteht, daß man ein Halbleitersubstrat mit einer Fläche auswählt, die grosser als diejenige der herzustellenden Photozellenanordnung, daß man die Nuten derart einschneidet, daß sie über die gesamte Dicke des Substratmaterials durchgehen,und daß man die Länge der Nuten kürzer wählt als die Abmessungen des Halbleitersubstrats in Richtung der Nuten, so daß Randbereiche erhalten bleiben, welche die gegenseitige Lage der durch das Einschneiden der Nuten voneinander
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    getrennten Einheiten bzw . Blöcke aufrechterhalten bis
    das Halbleitersubstrat durch Füllen der Nuten mechanisch stabilisiert ist, woraufhin dann die Stabilisierungsmaßnahme dadurch aufgehoben wird, daß man die Randbereiche an den Schmalseiten der Blöcke abtrennt.
    45. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß man die einander gegenüberliegenden Seitenwände jeder
    Nut als Zonen des zweiten Leitfähigkeitstyps ausbildet, daß man bei jeder Einheit bzw. jedem Block mehrere in
    Längsrichtung der Nuten im Abstand voneinander angeordnete Querverbindungsbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps ausbildet, die in der Oberfläche zwischen den beiden Seitenwänden jedes Blockes vorgesehen sind, und die Randbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps desselben
    verbinden,und daß man in dieser Oberfläche zwischen den Querverbindungsbereichen höher dotierte Bereiche des
    ersten Leitfähigkeitstyps erzeugt.
    46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverbindungsbereiche in Längsrichtung der Nuten
    bei in Längsrichtung der Anordnung aufeinanderfolgenden Blöcken auf Lücke gestaffelt angeordnet werden.
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