DE2853412A1 - Solarzelle aus halbleitermaterial - Google Patents
Solarzelle aus halbleitermaterialInfo
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Description
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- Solarzelle aus Halbleitermaterial.
- Die Hauptanmeldung betrifft eine Solarzelle aus Halbleitermaterial mit einem aktiven Gebiet, in welchem Ladungsträger durch die auf die Solarzelle auftreffende und in diese eindringende Energie erzeugt werden, bei der auf dem halbleitenden Körper im aktiven Gebiet eine elektrisch isolierende Schicht mit metallischen Kontakten angeordnet ist, welche als Doppelschicht ausgebildet ist und aus einer, auf dem Halbleiterkörper direkt aufgebrachten ersten Schicht aus einer nattrlichen oder bei Temperaturen unterhalb 8000C erzeugten Siliziumoxidschicht und einer darUber befindlichen zweiten Schicht aus einem, im Vergleich zur ersten Schicht andersartigen isolierenden Material besteht.
- Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Weiterführung der in der Hauptanmeldung, insbesondere in Figur 5 beschriebenen Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Solarzelle mit pn-Ubergängen in den Kontaktbereichen.
- Diese Weiterführung besteht erfindungsgemäß darin, daß im Halbleiterkörper parallel zur Oberfläche ein ganzflächiger pn-Übergang angeordnet ist und die zweite isolierende Schicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid besteht. Die Verbesserung gegenüber herkömmlichen pn-Zellen besteht darin, daß durch die Aufbringung der Siliziumnitridschicht bzw. Siliziumoxinitridschicht die Empfindlichkeit (Quantenwirkungsgrad) im kurzwelligen Teil des Sonnenspektrums erhöht wird.
- Es liegt im Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die Siliziumnitridschicht aus durch Glimmentladung von Silan und Ammoniak erzeugtem Plasmanitrid und der Halbleiterkörper aus einkristallinem, amorphem oder polykristallinem Silizium besteht.
- In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, den pn-Übergang durch Ionenimplantation zu erzeugen und die Tiefe im Halbleiterkörper auf etwa O.05 bis 0.5 /um einzustellen.
- Die weiteren Vorteil der erfindungsgemaßen Solarzelle gegenüber den bekannten Solarzellenanordnungen sind folgende: 1. Die Siliziumnitrid-(Oxid)-Schicht ist ein idealer Antireflexionsbelag für Siliziumsolarzellen (n = 2).
- 2. Durch die Siliziumnitridschicht wird ein idealer Schutz gegen das Eindringen von Verunreinigungen in den Halbleiterkörper (Kontaminationsschutz, Oberflächenpassivierung) gewährleistet.
- 3. Elektronische Zustände, sowohl Grenzflächenzustände an der Halbleiter-Isolator Grenzfläche als auch solche, die die niedrige Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im diffundierten Halbleitergebiet bedingen, werden durch den bei der Siliziumnitridabscheidung entstehenden äußerst aktiven Wasserstoff (3 SiH4 + 4 NH3-E Si3N4 + 12 H2) in ihrer Wirkung als Rekombinationszentren reduziert. Dies hat eine Erniedrigung der Oberflächenrekombinationsge schwindigkeit und eine Erhöhung der Lebensdauer (Diffusionslänge) der im Oberflächenbereich des Halbleiters erzeugten Minoritätsladungsträger zur Folge, was zu einer höheren Empfindlichkeit der Solarzelle im kurzwelligen Teil des Sonnenspektrums führt.
- Weitere Einzelheiten werden an einem Ausfiihrungsbeispiel anhand der in der Zeichnung befindlichen Figur, welche im Schnittbild eine Siliziumnitrid-Solarzelle mit ganzflächigem pn-Übergang und Metallkontakten darstellt, noch näher erläutert.
- In der Figur ist der p-dotierte Siliziumkörper mit 1, der Rückkontakt der Solarzellenanordnung mit 2 bezeichnet. Die in der Figur dargestellte Doppelisolatorschicht besteht aus der natürlich gewachsenen dünnen SiO2-Schicht 3 und einer dickeren (ca. 80 nm) Siliziumnitridschicht 4, welche in einer Glimmentladung durch 0 Reaktion von Silan mit Ammoniak bei ungefähr 300 C hergestellt worden ist. Diese Schicht 4 kann auf der gesamten Zellenoberfläche abgeschieden werden, wobei vor der Abscheidung die Metallkontakte 5 aus Aluminium au9-gedampft werden müssen. Es ist aber auch möglich, daß sich die Siliziumnitridschicht 4 nur zwischen den Metallkontakten (metal grid) befindet, wobei ein Fotomaskierungsschritt erforderlich ist, um die Kontaktflächen freizulegen.
- Der parallel zur Oberfläche verlaufende ganzflächige pn-Übergang 6 wird erzeugt durch Ionenimplantation von Phosphor oder Arsen in einer Tiefe von 0.2 /um.
- Die Kontaktierung des Metallfingersystems 5 (metal grid) erfolgt durch ein in die Siliziumnitridschicht 4 eingeätztes Fenster im Bereich eines Metallkontaktes.
- Im Wellenlängenbereich von 450 - 650 nm konnte gegenüber einer analogen Solarzelle ohne Si-Nitridschicht ein um 50 96 höherer Quantenwirkungsgrad erzielt werden.
- Drastische Verbesserungen durch das Si-Nitrid sind bei Solarzellen aus polykristallinem und amorphem Halbleitermaterial aufgrund der hohen Dichte von Rekombinationszentren zu erwarten. Bei GaAs-Solarzellen, bei denen ein wesentlich größerer Anteil von Ladungsträgern im Oberflächenbereich erzeugt wird, ist diese Methode besonders vorteilhaft.
- 8 Patentansprüche 1 Figur
Claims (8)
- Patentans#ru#che.9 Solarzelle aus Halbleitermaterial mit einem aktiven Gebiet, in welchem Ladungsträger durch die auf die Solarzelle auftreffende und in diese eindringende Energie erzeugt werden, bei der auf dem halbleitenden Körper im aktiven Gebiet eine elektrisch isolierende Schicht mit metallischen Kontakten angeordnet ist, welche als Doppelschicht ausgebildet ist und aus einer, auf dem Halbleiterkörper direkt aufgebrachten, ersten Schicht aus einer nattirlichen oder bei Temperaturen unterhalb 8000 C erzeugten Siliziumoxidschicht und einer darUber befindlichen zweiten Schicht aus einem, im Vergleich zur ersten Schicht andersartigen isolierenden Material besteht, nach Patent .... (Patentanmeldung P 28 46 096.1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß im Halbleiterkörper parallel zur Oberfläche ein ganzflächiger pn-Ubergang angeordnet ist und die zweite isolierende Schicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid besteht.
- 2. Solarzelle nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Siliziumnitridschicht aus durch Glimmentladung von Silan und Ammoniak erzeugtem Plasmanitrid besteht.
- 3. Solarzelle nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper aus einkristallinem, amorphem oder polykristallinem Silizium, Germanium oder aus ausVerbindungen, insbesondere aus Galliumarsenid, besteht.
- 4. Solarzelle nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tiefe des pn-Uberganges im Halbleiterkörper auf 0.05 - 0.5 ~um eingestellt wird.
- 5. Solarzelle nach Anspruch 1 bis 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen durch Ionenimplantation erzeugten pn-Ubergang.
- 6. Solarzelle nach Anspruch 1 bis 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen durch Diffusion erzeugten pn-tlbergang.
- 7. Solarzelle nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Siliziumnitridschicht so ausgelegt ist, daß optimale Antireflexion gewährleistet ist.
- 8. Solarzelle nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial die Dicke der Siliziumnitridschicht im Bereich von 80 nm liegt.
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| DE19782853412 DE2853412A1 (de) | 1978-12-11 | 1978-12-11 | Solarzelle aus halbleitermaterial |
| US06/083,248 US4253881A (en) | 1978-10-23 | 1979-10-10 | Solar cells composed of semiconductive materials |
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| GB7936524A GB2034973B (en) | 1978-10-23 | 1979-10-22 | Solar cell with multi-layer insulation |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3420887A1 (de) * | 1984-06-05 | 1985-12-05 | Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn | Solarzelle |
| DE3690520D2 (en) * | 1985-10-11 | 1987-11-19 | Nukem Gmbh | Solar cell |
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1978
- 1978-12-11 DE DE19782853412 patent/DE2853412A1/de not_active Withdrawn
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| DE3420887A1 (de) * | 1984-06-05 | 1985-12-05 | Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn | Solarzelle |
| DE3690520D2 (en) * | 1985-10-11 | 1987-11-19 | Nukem Gmbh | Solar cell |
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