DE2906058A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterkoerpern fuer solarzellen aus silizium - Google Patents
Verfahren zum herstellen von halbleiterkoerpern fuer solarzellen aus siliziumInfo
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Description
-
- Verfahren zum Herstellen von Halbleiterkörpern für
- Solarzellen aus Silizium.
- Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aus Silizium bestehenden Halbleiterkörpern mit einstellbarer Leitfähigkeit, insbesondere zur Weiterverarbeitung für Solarzellen, bei dem als Ausgangsmaterial amorphe Siliziumschichten mit und ohne Substrate verwendet werden.
- Zur Herstellung von aus Silizium bestehenden elektrischen Bauelementen wie Solarzellen läßt sich ein Siliziummaterial verwenden, an welches in Bezug auf seine Kristallqualität und Reinheit keine so großen Anforderungen gestellt werden müssen, wie bei der Verwendung für integrierte Halbleiterschaltungen. Da die Solarzellen im Vergleich zu den integrierten Halbleiterschaltungen sehr billig sein müssen, um eine breite Anwendung zu finden, muß auch die Herstellung der Siliziumkörper, welche als Ausgangsmaterial verwendet werden, möglichst einfach und billig sein.
- Ein in diesen Hinsicht interessantes und aussichtsreiches Material für Solarzellen stellt amorphes Silizium (sogenanntes a-Si) dar. Solarzellen aus diesem Material sind aus der US-PS 4.064.521 und aus der DT-OS 27 43 141 bekannt.
- Aus der US-PS 4.064.521 ist ein Verfahren zu entnehmen, bei dem eine ca. 1 /um dicke amorphe Siliziumschicht durch Zersetzen von Silan (SiH4) in einer Niederdruck-Plasmaanlage auf einem Stahlblech niedergeschlagen wird. Der Schottky-Kontakt wird durch anschließendes Aufdampfen einer sehr dünnen Platinschicht hergestellt. Wie aus dem Aufsatz von Fritzsche, Tsai und Persans nAmorphous Semiconducting Silicon-Hydrogen Alloys" aus der Zeitschrift Solid State Technology, Januar 1978, Seiten 55 bis 60, zu entnehmen ist, ist eine wichtige Voraussetzung für den Wirkungsgrad dieser Solarzelle (5,5 96 bisher erreicht) der Einbau von atomaren Wasserstoff.
- der die freien Valenzen (sogenannte dangling bonds) im amorphen Silizium absättigt, so daß diese nicht als Rekombinationszentren für die im Licht freigesetzten Ladungsträger wirken können. Der Einbau von Wasserstoff erfolgt bei Verwendung von Silan gleichzeitig mit dem Zersetzungsprozeß im Plasmareaktor.
- Bei dem in der DT-OS 27 43 141 beschriebenen Herstellverfahren wird zur Abscheidung des amorphen Silizium anstelle des teueren Silanwasserstoffes ein chloriertes oder bromiertes Silan verwendet und die Abscheidung so gesteuert, daß die amorphe Siliziumschicht bis zu 7 Atom-% eines Halogens der Chlor, Brom und Jod umfassenden Gruppe, sowie Wasserstoff zur Kompensation der freien Valenzen im amorphen Silizium enthält.- Ein Nachteil dieses Verfahrens kann darin bestehen, daß, wenn der Halogengehalt zu hoch wird, die elektrischen Eigenschaften des amorphen Silizium nachteilig beeinflußt werden und damit der Wirkungsgrad vermindert wird.
- Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht ebenfalls in der Absättigung bzw. Kompensation der im amorphen Silizium vorhandenen freien Valenzen und zugleich auch in der Herstellung eines Halbleiterkörpers mit einer amorphen Siliziumschicht mit einstellbarer Leitfähigkeita Außerdem soll durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung der Wirkungsgrad einer so hergestellten Solarzelle bei möglichst niedrigen-Herstellkosten optimiert werden.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Absättigung der im amorphen Silizium vorhandenen freien Valenzen eine Ionenimplantation mit Atomen mindestens eines Elementes der ersten und zweiten Periode des Periodensystems der Elemente durchgeführt wird. Dabei liegt es#im Rahmen des Erfindungsgedankens, überwiegend aus Wasserstoff bestehende Atome und zusätzlich ionisierte Dotierstoffatome je nach gewünschter Leitfähigkeit mit zu implantieren.
- Durch die Verwendung dünner, durch Glimmentladung in einer gasförmigen Siliziumhalogenverbindung hergestellter Halbleiterkörper ergibt sich nicht nur eine weitere Kostensenkung im Herstellungsprozeß, sondern auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades, da diese dünnen amorphen Siliziumschichten (ca. 1 /um), welche als Grundkarger für die Wirkungsweise einer Solarzelle in Falle von amorphem Silizium bereits ausreichend sind, für die Eindringtiefen der lonenimplantation bei Verwendung von Atomen mit niedrigem Atomgewicht sehr gut bekerrschbar sind und daneben eine reproduzierbare, genau definierte Dotierstoffkonzentration in der Schicht ermöglichen.
- Für die Herstellung des amorphen -Silizinin durch Glimment- ladung können außerdem billige Substratmaterialien wie Edelstahlblech, mit leitenden Schichten versehene Glaskörper oder Polyamidfolien (Kaptanfolien) verwendet werden.
- Nach dem Ionenbeschuß, der in bekannter Weise durchgeführt wird, wird eine Nachdiffusion zur Ausheilung und Stabilisierung der implantierten Ionen im amorphen Siliziumkörper durchgeführt. Dabei dürfte ein Temperaturbereich von 200 bis höchstens 6000 C und eine Zeitdauer von maximal 30 Minuten ausreichend sein.
- Weitere Einzelheiten für die Durchführung der Ionenimplantation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus folgenden Angaben: Einstellung der Energie: für Wasserstoff 10 bis 100 keV f Dosis 2 . 1016 bis für Fluor 30 bis 300 keV 5 5.1018/cm2 für Bor 200 keV ß Dosis 1012 bis 1014/cm2 für Phosphor 500 keV ) je nach gewünscht Eindringtiefe 8 Patentansprüche
Claims (8)
- Patentansorüche.Verfahren zum Herstellen von aus Silizium bestehenden Halbleiterkörpern mit einstellbarer Leitfähigkeit, insbesondere zur Weiterverarbeitung für Solarzellen, bei dem als Ausgangsmaterial amorphe Siliziumschichten mit und ohne Substrate verwendet werden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Absättigung der im amorphen Silizium vorhandenen freien Valenzen eine Ionenimplantation mit Atomen mindestens eines Elementes der ersten und zweiten Periode des Periodensystems der Elemente durchgefühft wird.
- 2. Verfahren 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 überwiegend aus Wasserstoff bestellende Atome implantiert werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Energie der Wasserstoffionen auf einen Wert im Bereich von 10 bis 100 keV und die Dosis auf 2 . 1016 bis 5 . 1/cm2 eingestellt wird.
- 4. Verfahren 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 zusätzlich ionisierte Dotierstoffatome Je nach gewünschter Leitfähigkeit implantiert werden.
- 5. Verfahren 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 Energie bei der Fluor-Ionenimplantation auf 30 bis 300 keV und die Dosis auf 2 . 1016 bis 5 . 1018/cm2 eingestellt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Energie bei Verwendung von Bor auf 200 keV, bei Verwendung von Phosphor auf 500 #eV und die Dosis auf 1012 bis 10 14/cm2 eingestellt wird.
- 7. Verfahren 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 amorphe Siliziumschicht durch Glimmentladung in einer, eine gasförmige Siliziumhalogenverbindung enthaltenden Atmo sphäre hergestellt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Anschluß an die Implantation eine Nachdiffusion bei 200 bis maximal 6000C höchstens 30 Minuten lang durchgeführt wird.
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