DE3310331A1 - Verfahren zur oberflaechenvergroesserung eines substrates - Google Patents

Verfahren zur oberflaechenvergroesserung eines substrates

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DE3310331A1
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Eberhard F. Dr. 8023 Pullach Krimmel
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Siemens AG
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Description

  • Verfahren zur Oberflächenvergrößerung eines Substra-
  • tes.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine Veränderung der Oberfläche eines Substrates ist als Oberflächenvergrößerung für Katalysatoren und als eine Art Aufrauhung zur Verminderung des Reflexionsvermögens einer solchen Oberfläche von technischer Bedeutung. Dies gilt insbesondere für Solarzellen, bei denen am Halbleitermaterial des Substrates wegen dessen hohem Reflexionsvermögen erheblicher Anteil des auffallenden Sonnenlichtes reflektiert wird. Für Solarzellen ist daher bereits die Verwendung von lichtoptischen Antireflexbelägen auf der Substratoberfläche vorgesehen worden. Diesbezüglich nachteilig ist aber nicht nur der hohe Kostenaufwand, sondern auch der Umstand, daß lichtoptische Antireflexbeläge wellenlängenabhängiges Verhalten haben, jedoch ein möglichst breites Spektrum des Sonnenlichtes zur Solar-Energieerzeugung ausgenutzt werden soll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein in einfacher Weise durchzuführendes Verfahren zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere zur Oberflächen-Reflexionsverminderung, anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.
  • Insbesondere für die Anwendung der Erfindung für Solarzellen kommt es darauf an, daß die Oberflächen-Reflexionsverminderung des Substrates nicht auf einer solchen Absorption beruht, die die auffallende Strahlung lediglich in Wärme übergehen läßt. Vielmehr wird mit der Erfindung erreicht, daß das auffallende Licht unabhängig von der Wellenlänge durch Vielfachreflexionen eingefangen und zur Solarenergienutzung ausgewertet wird.
  • Dabei hat sich gezeigt, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte "Aufrauhung" der Substratoberfläche besonders günstig ist.
  • Vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Bestrahlung mit Elektronen vorzunehmen. Dabei ist es günstig, ein dünnes Halbleitersubstrat mit einer Dicke von z.B. kleiner 1 mm vorzusehen, das während der Durchführung des Verfahrens mit seiner Rückseite auf einem stark gekühlten Obäekthalter angebracht wird. Mit der Elektronenbestrahlung wird die Substratoberfläche, z.B. einer polykristallinen Sintr-Siliziumscheibe, während der Durchführung des Verfahrens ganzflächig bestrahlt, wobei diese bestrahlte Vorderseite des Substrates durch den energiereichen Elektronenstrahl jeweils örtlich so stark erhitzt wird, daß die Oberflächentemperatur des Substratmaterials gerade bis zum Schmelzpunkt ansteigt. Dabei wird nämlich die Oberflächenbeweglichkeit von Siliziumatomen, vergleichsweise zur Volumenbeweglichkeit derselben, stark vergrößert und das ganze System in einen instabilen Oberflächenzustand übergeführt. Aufgrund der starken thermischen Gradienten und der Oberflächenenergien tritt bevorzugt eine Anlagerung der Atome an stets unvermeidlich vorhandenen Spitzen der in dieser Hinsicht rauhen Oberfläche des Substrates ein. Dieser Vorgang führt schließlich nach einigen Sekunden Bestrahlungszeit zur Ausbildung einer Oberfläche, aus der mit hoher Flächendichte nadelförmige Gebilde herausragen.
  • Für den Fall der Verwendung der Erfindung für die Herstellung von Solarzellen mit reflexionsverminderter Oberfläche wird vorzugsweise dann nachfolgend der pn-Übergang im Substrat erzeugt, und zwar beispielsweise durch Ionenimplantation, durch Oberflächenbelegung mit dem Dotierstoff oder durch laserinduzierte chemische Reaktion. Das Ausheilen oder Eintreiben der Dotierstoffe kann in einem Festkörper-Phasenprozeß durch Kurzzeitverfahren wie Laser- oder Elektronenbestrahlung erfolgen. Eine bezüglich ihrer Oberfläche nach einem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Solarzelle kann dann schließlich z.B. durch einen dicken, das Sonnenlicht nicht absorbierenden Belag aus PMER oder Polyimid geschützt sein.
  • Ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Katalysator-Substrat hat eine erheblich vergrößerte Oberfläche, das seine Katalysatorwirkung erheblich verbessert.
  • Nachfolgend wird anhand der Beschreibung der Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Erfindung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt ein Teilstück einer Substratscheibe 2 aus beispielsweise polykristallinem Silizium, das sich mit seiner rückseitigen Oberfläche 3 auf einem gut gekühlten Objekthalter 4 befindet. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Vorderseite 5 des Substrates 2 ist, so wie sie ursprünglich vorhanden ist, in der seitlichen Darstellung der Figur gestrichelt wiedergegeben. Durch die mit den Pfeilen 5 angedeutete Strahlung, insbesondere Elektronenstrahlung, wird diese Oberfläche 5 mindestens für den Bereich, in dem das Sub- strat 2 als Solarzelle verwendet werden soll, ganzflächig bestrahlt, und zwar bis zum Erreichen örtlichen Schmelzens des Materials der Oberfläche. Diese Bestrahlung erfolgt z.B. mittels einer stark aufgeweiteten Strahlung, die den gesamten Bereich überdeckt, oder z.B.
  • durch Abrastern mittels eines fokussierten Strahles.
  • Wie dies für das mit 10 angedeutete Teilstück der Oberfläche 5 lediglich schematisch, in der Höhe sehr stark übertrieben, dargestellt ist, ergibt sich aufgrund der bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftretenden hohen Oberflächenbeweglichkeit der Atome des Materials der Oberfläche 5 eine neue Oberflächenstruktur 10 mit Erhöhungen und entsprechenden Vertiefungen. Diese Erhöhungen sind nicht nur einzelne Spitzen; sie haben auch die Form von Strängen mit für Erhöhungen der Substratoberfläche dazwischenliegenden, meistenteils dazu vergleichsweise breiteren Tälern.
  • Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Maßnahme ist auch, ohne das Substrat beispielsweise als Solarzelle zu betreiben, daran zu erkennen, daß die zuvor hell bzw. reflektierend erscheinende Oberfläche 5 des Substrates 2 nach erfindungsgemäßer Behandlung dunkel bis tiefschwarz erscheint, nämlich weil auftreffende Strahlung des Beobachtungslichtes durch Vielfachreflexion im Substrat weitgehend vollständig aufgenommen wird.
  • - Leerseite -

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Oberflächenvergrößerung eines Substrates, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die betreffende Oberfläche des Substrates (2) mit energiereicher Strahlung bestrahlt wird und daß die Bestrahlungsdichte so bemessen wird, daß eine Nadelbildung durch Oberflächendiffusion von Atomen des Substratmaterials eintritt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß für die Bestrahlung Elektronenstrahlung verwendet wird.
  3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Reflexionsverminderung der Oberfläche des Halbleitermaterials eines Substrates für Solarzellen.
  4. 4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für die Bearbeitung von Katalysatormaterial.
DE19833310331 1983-03-22 1983-03-22 Verfahren zur oberflaechenvergroesserung eines substrates Withdrawn DE3310331A1 (de)

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