DE3490611T1

DE3490611T1 - Verfahren zur Herstellung von Solarzellen

Info

Publication number: DE3490611T1
Application number: DE19843490611
Authority: DE
Inventors: James A. Sudbury Mass. Gregory; Jack I. Brookline Mass. Hanoka; Douglas A. Burlington Mass. Yates
Original assignee: Mobil Solar Energy Corp
Current assignee: Schott Solar CSP Inc
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1985-11-28
Also published as: SE8503835D0; SE456626B; CH668861A5; WO1985002943A1; GB2162998A; AU3889085A; SE8503835L; AU573696B2; NL8420337A; EP0165990A4; GB8516878D0; EP0165990A1; GB2162998B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Europäische Patentvertreter -A' Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Df.TinO Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 7. August 1985

MOBIL SOLAR ENERGY CORPORATION _{Unser Zeichen: 18 16}g-

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von lichtelektrischen Zellen (Photospannungszellen) und insbesondere auf ein verbessertes kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Silizium-Solarzellen, bei dem die bei der Vasserstoff-Passivierung erzeugte beschädigte Oberflächenschicht als Plattierungsmaske für die Metallisierung der Vorderflachenelektroden verwendet wird.

Stand der Technik

Bisher umfaßte ein gebräuchliches Verfahren zur Herstellung von Silizium-Solarzellen die folgenden Schritte: Erzeugen einer PN-Grenzschicht durch Eindiffundieren einer geeigneten Dotierung in die Vorderseite eines Siliziumplättchens oder -bandes, Ätzen eines Gitterelektrodenmusters in einer auf dieser Vorderfläche ausgebildeten dielektrischen Maskierungsschutzschicht, Abscheidung einer Nickelplattierung auf sämtlichem durch die Ätzung freigelegtem Silizium,

Lottauchen oder Überplattieren des Nickels mit Kupfer und Zinn, Entfernen des Restes der dielektrischen Maskierungsschicht von der Vorderfläche und Erzeugen eines Antireflexionsüberzuges auf den neu freigelegten Teilen der Vorderfläche.

Obwohl dieses Verfahren in gleicher Weise sowohl für Einkristall-Silizium als auch für polykristallines Silizium verwendet werden kann, machen es Kostengründe wünschenswert, Solarzellen aus dem letzteren Material herzustellen. Es ist Jedoch gut bekannt, daß aufgrund der Minoritätsträger-Verluste an Korngrenzen, Versetzungen und dergleichen die Wirkungsgrade, die mit Solarzellen aus polykristallinem Silizium erzielt werden, allgemein schlechter sind als die mit monokristallinen Zellen. Diese Umstände wurden dadurch verbessert, daß ein monovalentes Element, wie beispielsweise Wasserstoff, in die Struktur eingeführt wurde, so daß es sich mit den mit den strukturellen Fehlern verbundenen losen Bindungen kombiniert, wodurch die Minoritätsträger-Rekombinationsverluste weitgehend verringert werden.

Wie dies gut bekannt ist, besteht ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auslegung einer Zellen-Bearbeitungsschrittfolge darin, daß die Kombination von Zeit und Temperatur in irgendeinem auf den Wasserstoff-Passivierungsschritt folgenden Schritt nicht dazu führen darf, daß der in das Silizium eingeführte Wasserstoff aus dem passivierten Substrat herausdiffundiert wird. So wurde beispielsweise festgestellt, daß eine Wasserstoff-passivierte Zelle, die einer Temperatur von 600 C für eine halbe Stunde in einem Vakuum ausgesetzt wurde, im

wesentlichen den gesamten gebundenen Wasserstoff verliert und zum Pegel vor der Passivierung zurückkehrt, wie dies durch die beobachtete, durch einen Elektronenstrahl induzierte Stromaktivität nachgewiesen wurde. Es sei in dieser Hinsicht darauf hingewiesen, daß der Grenzschicht-Diffusionsschritt bei der Solarzellenherstellung typischerweise T'
einschließt.

scherweise Temperaturen in der Größenordnung von 900 ⁰C

Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Wasserstoff-Passivierung normalerweise die Zelle auf eine Temperatur aufheizt, die hoch genug ist, um Basismetalle, wie beispielsweise Kupfer, durch die Grenzschicht wandern zu lassen, wodurch eine "weiche" Diode oder ein Kurzschluß hervorgerufen wird. Wie dies beispielsweise von C. H. Seager, D. J. Sharp, J. K. G. Panitz und R. V. D'Aiello in der Literaturstelle "Journal of Vacuum Science and Technology", Bd. 20, Nr. 3, S. 430-435 (März 1982), gezeigt ist, kann die Passivierung von polykristallinem Silizium mit einer Ionenquelle vom Kaufman-Typ erreicht werden, die dazu verwendet wird, einen Wasserstoffionenstrahl im Kilo-Elektronenvolt-Energiebereich zu erzeugen. Relativ kurze Bestrahlungszeiten (beispielsweise zwischen 0,5 und 4 min) in einem Bereich hoher Ionen-

energie und Flußdichte (beispielsweise 1 bis 3 mA/cm ) scheinen optimal zu sein. Eine derartige Bestrahlung führt allgemein dazu, daß die Substrattemperatur auf zumindest 275 C ansteigt, wenn das Substrat sorgfältig mit einer geeigneten Wärmesenke in Berührung gebracht wird. Andernfalls werden Temperaturen von mehr als 400 ⁰C leicht erzielt. Es ist Jedoch wichtig, daß die Temperaturen auf weniger als 300 ⁰C begrenzt werden, um eine

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schnelle Wanderung der Basismetalle in die Silizium-Matrix zu vermeiden. Die Manipulation des Substrates und der Wärmesenke zur Erzielung einer thermischen Steuerung während der Passivierung führt jedoch schnell zu einem die Geschwindigkeit begrenzenden Faktor bei einer Verarbeitung mit hohem Durchsatz unter Verwendung derartiger Ionenquellen. Entsprechend ist es wünschenswert, die Verwendung von Wärmesenken zu vermeiden, um ein kostengünstiges Verfahren mit hohem Durchsatz zu erzielen. Zusätzlich machen bei nach dem EFG-Verfahren gezogenen Siliziumbändern, die wirtschaftlich hergestellt werden können, Oberflächenunregelmäßigkeiten die Verwendung einer Wärmesenke schwierig.

Zusätzlich ist die Wasserstoff-Passivierung am wirkungsvollsten, wenn die Einwirkung auf die Basis-Siliziumoberfläche erfolgt. Daher muß irgendeine Plattierungsmaske, wie beispielsweise die Siliziumnitridschicht, die bei bekannten Verfahren verwendet wird, vor der Passivierung entfernt werden*, Entsprechend müssen die Vorderflächenelektroden vor der Passivierung abgeschieden werden.

Wie dies in der deutschen Offenlegungsschrift ... (deutsche Patentanmeldung vom gleichen Anmeldetag, unser Aktenzeichen 18 163) beschrieben ist, kann die geänderte Oberflächenschicht, die bei der Wasserstoffionenstrahl-Passivierung erzeugt wird, als Plattierungsmaske für nachfolgende Metallisierungsschritte verwendet werden. Genauer gesagt, umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform des in dieser Offenlegungsschrift ausführlich beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Silizium-Solarzellen unter anderem die folgenden Schritte: (1) Ausbilden

einer Plattierungsmaske aus dielektrischem Material auf der Vorderflache eines eine flache oberflächennahe Grenzschicht aufweisenden Siliziumbandes derart, daß die Bereiche des Siliziums freigelassen werden, die später von der Vorderflachenelektrode bedeckt werden sollen, (2) Abscheiden einer dünnen Schicht aus Nickel (oder ähnlichem Material) auf das freiliegende Silizium, (3) Entfernen der Plattierungsmaske, (4) Wasserstoff-Passivierung der Grenzschichtseite des Bandes, (5) Sintern des Nickels zur teilweisen Bildung eines Nickelsilizids, (6) Aufplattieren zusätzlicher Metalle auf die metallbedeckten Teile der Zelle, und (7) Aufbringen eines Antireflexionsüberzuges auf die freiliegende Oberfläche des Siliziums. Danach kann das Silizium weiterverarbeitet werden, um es beispielsweise für den Anschluß an elektrische Schaltungen vorzubereiten. Die Passivierung ändert die freiliegende Oberfläche an der Grenzschichtseite des Substrates derart, daß es als Maske für den sekundären Plattierungsschritt (6) dient. Bei einem alternativen Verfahren liefert die Aufheizung der Probe während der Passivierung zumindest einen Teil der Energie für den Nickel-Sinterschritt.

Dieses Verfahren wird weiter gemäß der deutschen Offenlegungsschrift ... (deutsche Patentanmeldung vom gleichen Anmeldetag, unser Aktenzeichen 18 164) vereinfacht, gemäß der eine negative Plattierungsmaske (d. h. eine Maske, die lediglich die Bereiche der Vorderfläche bedeckt, die später von der Vorderflachenelektrode abgedeckt werden sollen) auf die Vorderfläche des Substrates abgeschieden wird und dazu verwendet wird, das Ausmaß der geänderten Oberflächenschicht zu steuern, die von dem Ionenstrahl

erzeugt wird, so daß eine Passivierung vor jeder Oberflächenmetallisierung ermöglicht wird, und die Maske wird nach der Passivierung und vor der Metallisierung entfernt.

Die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren ermöglichen eine Wasserstoff-Passivierung mit der entsprechenden Verbesserung der Zellenbetriebseigenschaften von polykristallinen Substraten unter Verwendung eines bevorzugten Temperaturprotokolls. Selbst das einfachste der beiden vorstehend beschriebenen Verfahren erfordert rund ein Dutzend Schritte. Beide Verfahren erfordern weiterhin, daß eine Oberflächenschicht auf dem Substrat in eine vorübergehende entfernbare Maske geformt wird, woraus sich ein entsprechender Aufwand sowohl an Zeit als auch an nicht rückgewinnbarem Material ergibt.

Ziele der Erfindung

Es ist entsprechend ein Ziel der Erfindung, Bearbeitungsschritte bei der Herstellung von Solarzellen aus nach dem EFG-Verfahren gezogenen Bändern oder ähnlichen Substraten fortfallen zu lassen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Verarbeitungsschrittfolge für die Herstellung von Solarzellen zu schaffen, die einen Wasserstoff-Passivierungsschritt nach den Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten, jedoch vor der Einfügung irgendwelcher Basismetalle in die Struktur einschließt und bei der die Verwendung von nicht rückgewinnbarem Material so weit wie möglich

verringert wird.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese und andere Ziele werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß eine entfernbare und wiederverwendbare mechanische Maske verwendet wird, um den für die Wasserstoff-Passivierung verwendeten Ionenstrahl im Schattenwurf-Verfahren auf die Vorderfläche des Substrates zu lenken. Die geänderte Oberflächenschicht, die durch das Hindurchlaufen des Ionenstrahles durch die Öffnungen in der Maske gebildet wird, bildet eine Plattierungsmaske, die die Bereiche der nachfolgenden Vorderflächenmetallisierung durch Tauchplattieren begrenzt.

Es ist verständlich, daß durch die Verwendung einer entfernbaren mechanischen Maske zur Festlegung der Bereiche des Substrates, die dem Ionenstrahl ausgesetzt sind, die chemischen Materialabtragungsschritte, die zur Bildung und Entfernung der Plattierungsmasken bekannter Verarbeitungsschrittfolgen nötig sind, vermieden werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Maske erneut verwendbar. Als Ergebnis wird ein stark vereinfachtes und kostenwirksameres Verfahren ermöglicht.

Andere Ziele der Erfindung sind teilweise ohne weiteres zu erkennen und werden teilweise noch näher verständlich. Die Erfindung umfaßt entsprechend die verschiedenen Schritte und die Beziehung eines oder mehrerer dieser Schritte bezüglich Jedem der anderen Schritte, die ausführlich in der folgenden ausführlichen Beschreibung

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erläutert sind, und der Rahmen der Erfindung ist in den Patentansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Ziele der vorliegenden Erfindung sei auf die folgende ausführliche Beschreibung Bezug genommen, die zusammen mit der Zeichnung betrachtet werden sollte, die eine Anzahl der Schritte zeigt, die bei der Herstellung von Solarzellen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffern vergleichbare Strukturen.

In der Zeichnung sind weiterhin die Dicken und Tiefen der verschiedenen Überzüge und Bereiche aus Darstellungsgründen nicht exakt entsprechend ihrer relativen Proportionen dargestellt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist zu erkennen, daß sich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auf die Herstellung von Solarzellen aus einem nach dem EFG-Verfahren gezogenen Siliziumband vom P-Leitfähigkeitstyp bezieht. Als erste Verfahrensbedingung wird eine Seite (im folgenden als "Vorderseite" bezeichnet) eines vorgereinigten Siliziumbandes 2, das nach dem EFG-Verfahren

gezogen ist und vom P-Leitfähigkeitstyp ist, einem Phosphordiffusionsverfahren unterworfen, das so berechnet ist, daß eine relativ flache Grenzschicht 4 (d. h. eine Grenzschicht mit einer Tiefe von zwischen ungefähr 3000 und ungefähr 7000 Α-Einheiten) sowie ein Bereich 6 vom N-Leitfähigkeitstyp gebildet werden. Als ein Beispiel wird ein Siliziumband vom P-Leitfähigkeitstyp, das nach dem EFG-Verfahren gezogen wurde und einen spezifischen Widerstand von ungefähr 5 Ohm-cm aufweist, durch Ätzen in einer Lösung von HNO,(70 %):HF(49 %) in einem Verhältnis von zwischen ungefähr 4:1 und 9:1 für ungefähr 1 bis 3 min bei einer Temperatur von ungefähr 25 C gereinigt. Danach wird das Band einem Phosphordiffusionsverfahren unterworfen, wie es in der Technik gut bekannt ist. Beispielsweise kann eine Schicht aus Phosphorsilikat-Glas 8, die in der in der US-Patentschrift 4 152 824 beschriebenen Weise gebildet ist, als Quelle für das Phosphor-Dotierungsmittel verwendet werden.

Als nächstes wird die Phosphorsilikat-Glasschicht 8 dadurch fortgeätzt, daß das Substrat in eine gepufferte HF-Lösung eingetaucht wird. Entsprechend kann (P₀O₁-) (SiO^) ein Phosphorsilikat-Glas, von dem Substrat dadurch entfernt werden, daß das Substrat in lONH.F^O %):1HF bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 25 C und ungefähr 40 ⁰C für eine Periode von zwischen ungefähr 15 see und 2 min eingetaucht wird.

Danach wird die Rückseite des Substrates mit einer Schicht 10 aus einer Aluminiumpaste bedeckt. Die zur Bildung der Schicht 10 verwendete Aluminiumpaste weist vorzugsweise Aluminiumpulver in einem flüchtigen organischen

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Trägermittel, beispielsweise Terpineöl, auf, das durch Verdampfen entfernt werden kann.

Auf diesen Schritt folgt dann ein Legierungsschritt, bei dem das Substrat für ungefähr 0,25 bis 2,0 min auf eine Temperatur von mehr als ungefähr 575 ⁰C aufgeheizt wird, um irgendwelche flüchtigen oder pyrolysierbaren organischen Bestandteile der Paste zu entfernen und um das Aluminium in der Paste an das Siliziumsubstrat anzulegieren.

In dem Legierungsschritt bildet die Aluminiumbeschichtung 10 eine Legierung mit der Rückseite des Substrates, um einen P(+)-Bereich 12 mit einer Tiefe von ungefähr 1 bis ungefähr 5/u- zu bilden.

Als nächstes wird die Zelle Vasserstoff-passiviert. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Vorderfläche des Substrates 2 mit dem Wasserstoffionenstrahl einer Ionenquelle vom Kaufman-Typ (Breitstrahl) zu bestrahlen, wobei sich die Quelle in einer Entfernung von ungefähr 15 cm von dem Substrat befindet. Eine Maske 14 ist zwischen der Ionenquelle und dem Substrat angeordnet. Diese Ionenquelle wird vorzugsweise mit einem Druck von zwischen ungefähr 20 und 50 mTorr (von Wasserstoff), mit einer Wasserstoffströmungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von ungefähr 25 bis 4-0 s. c. c./min, mit einem Potential von ungefähr 1700 V Gleichspannung zwischen der Quelle und dem Substrat und mit einem Strahlstrom von zwischen ungefähr 1 und 3 mA/cm an dem Substrat betrieben. Eine Bestrahlungszeit von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 4 min hat sich als ausreichend herausgestellt, um sowohl

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die Minoritätsträger-Rekombinationsverluste zu verringern, die typischerweise bei Siliziumzellen vom EFG-Typ auftreten (wobei sich eine Passivierungszone mit einer Tiefe von ungefähr 20 bis 80 /u, oder ungefähr dem Hundertfachen der Tiefe der Grenzschicht 4 ergibt), als auch gleichzeitig eine geänderte Oberflächenschicht 18 auf den freiliegenden Teilen des Substrates 2 zu erzeugen, die angenähert 200 Α-Einheiten tief ist.

Die exakte Eigenart der geänderten Oberflächenschicht ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, daß dies eine beschädigte Zone ist, in der die Kristallstruktur in gewisser Weise unterbrochen wurde, wobei das Silizium teilweise SiH oder SiHo mit dem Wasserstoff von dem Ionenstrahl bildet, wobei das Material jedoch möglicherweise amorph ist. Eine geringe Menge von Kohlenstoff oder einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen scheint für die Ausbildung der gewünschten geänderten Oberflächenschicht erforderlich zu sein. Bei einer ersten Installation war die verwendete Kaufman-Ionenquelle mit einer Graphit-Befestigungsstufe mit einem Durchmesser von ungefähr 5 Zoll (ca. 13 cm) ausgerüstet, auf der die Substrate von typischerweise 2x4 Zoll (5 x 10 cm) auf einer Seite zentral angeordnet waren. In manchen Fällen, bei denen eine Silizium-Befestigungsstufe als Ersatz für die Graphit-Stufe verwendet wurde, wirkte die geänderte Schicht nicht so gut als Plattierungsmaske wie wenn eine Graphit-Stufe verwendet wurde. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wurde hypothetisch angenommen, daß Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffdampf, der durch den Aufprall des Wasserstoffionenstrahls auf die Graphitstufe gebildet wird, eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche des

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Substrates bilden könnte. Unabhängig von der Eigenart dieser Schicht 18 wurde festgestellt, daß diese geänderte Oberflächenschicht 18, die entsprechend diesem Verfahren mit Beschleunigungsspannungen zwischen ungefähr 1400 und ungefähr 1700 V und Bestrahlungszeiten bis herunter zu 1 min ausgebildet wurde, ausreichend ist, um eine nachfolgende Tauchplattierungs-Metallisierung des Substrates über der geänderten Schicht 18 zu verhindern.

Die Maske 14 ist ein metallisches Gitternetz mit dem Muster der gewünschten mehrfingrigen Gitterelektrode, beispielsweise einer Elektrode, die die Form aufweist, wie sie in der US-Patentschrift 3 686 036 beschrieben ist. Die Maske 14 wird vorzugsweise aus Molybdän hergestellt, obwohl auch andere Metalle, wie beispielsweise Invar, Edelstahl, Titan, Nickel oder dergleichen oder Graphit und ähnliche nicht-metallische Hochtemperatur-Materialien verwendet werden können. Die Maske 14 wird gegenüber der Vorderfläche des Substrates 2 und der Ionenstrahlquelle derart angeordnet, daß ein Schatten des gewünschten Elektrodengittermusters auf die Vorderfläche 20 geworfen wird, wenn die Ionenstrahlquelle eingeschaltet wird. Das bedeutet, daß die Maske 14 den Ionenstrahl Ib in dem gewünschten Elektrodengittermuster unterbricht, während eine Bestrahlung des Substrates in den Bereichen zwischen den Elektroden ermöglicht wird.

Als nächstes folgt die Metallisierung der Zelle. Beide Seiten des Substrates werden mit Nickel tauchplattiert, wobei eine anhaftende Abscheidung von Nickel eine Nickelschicht 22 auf der Rückseite über der gesamten Fläche der Aluminiumbeschichtung 10 bildet, während die anhaftende

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Abscheidung von Nickel auf der Vorderseite eine Nickelschicht 20 direkt auf der Oberfläche des Substrates 2 lediglich über den Bereichen bildet, die von der geänderten Oberflächenschicht 18 frei sind. Bei diesem Plattierungsschritt bildet die geänderte Oberflächenschicht 18 des Siliziums eine Plattierungsmaske, an der das Nickel nicht anhaftet. Die Tauchplattierung der Nickelschichten kann auf verschiedene Weise erfolgen. Vorzugsweise wird diese Tauchplattierung entsprechend einem Tauchplattierungsverfahren durchgeführt, das dem Verfahren gleich oder ähnlich ist, wie es in der US-Patentschrift 4 321 283 beschrieben ist.

Der hier verwendete Begriff "Tauchplattierung" bezeichnet ein Verfahren, bei dem ein Gegenstand ohne die Verwendung eines von außen angelegten elektrischen Feldes dadurch plattiert wird, daß der Gegenstand in ein Plattierungsbad eingetaucht wird, das kein Reduzierungsmittel enthält, und die Plattierung umfaßt eine Verschiebungsreaktion. Im Gegensatz hierzu Bezeichnet der Ausdruck "stromlose Plattierung" eine Plattierung ohne die Verwendung eines von außen angelegten elektrischen Feldes durch Eintauchen des zu plattierenden Gegenstandes in ein Plattierungsbad, das ein Reduzierungsmittel enthält.

In einem Vorbereitungsschritt wird die gereinigte Siliziumsubstratoberfläche mit Hilfe eines geeigneten Mittels voraktiviert. Dieser Voraktivierungsvorgang ist wünschenswert, weil die Siliziumoberfläche als solche in vielen Fällen nicht den stromlosen Plattierungsvorgang unterstützt, und irgendwelches Nickel, das auf eine unbehandelte Oberfläche aufplattiert wird, haftet an dieser

lediglich schlecht. Vorzugsweise wird Goldchlorid als Aktivierungsmittel verwendet, obwohl auch Platinchlorid, Zinnchlorid-Palladiumchlorid oder andere gut bekannte Aktivatoren verwendet werden können, wie dies beispielsweise in der US-Patentschrift 3 4-89 603 beschrieben ist. Danach werden beide Seiten des Siliziumbandes mit einer Nickelschicht beschichtet, vorzugsweise durch Eintauchen des Bandes in ein wäßriges Bad, wie es in der US-Patentschrift 4- 321 283 beschrieben ist, oder in ein wäßriges Bad von Nickelsulfamat und Ammoniumfluorid mit einem pH-Wert von ungefähr 2,9 und bei angenäherter Raumtemperatur für eine Zeitdauer von ungefähr 2 bis 6 min.

Nachdem das Nickel aufgebracht wurde, wird das Substrat in einer inerten Atmosphäre oder einer Mischung, beispielsweise von Stickstoff und V/asserstoff, auf eine Temperatur und für eine Zeit aufgeheizt, die ausreichen, um die Nickelschichten zu sintern und um zu bewirken, daß die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates mit dem angrenzenden Silizium reagiert, um einen Ohmschen Nickelsilizid-Kontakt zu bilden. Zu diesem Zweck wird das Substrat vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 300 ⁰C für eine Zeit von ungefähr 15 und ungefähr 40 min aufgeheizt. Hierdurch wird eine Nickelsilizidschicht mit

einer Tiefe von ungefähr 300 Α-Einheiten an der Grenzfläche zwischen der Nickelschicht 20 und dem Substrat 2 gebildet. Die Nickelschicht 22 auf der Rückseite bildet eine Legierung mit der Aluminiumschicht 10. Die Temperatur dieses Sinterschrittes sollte nicht wesentlich 300 ⁰C überschreiten, weil höhere Temperaturen zu einer Nickelschicht 20 mit schlechter Qualität führen und außerdem, wie dies weiter oben erläutert wurde, dazu führen können,

daß ein Teil des Passivierungs-Wasserstoffes aus dem Substratmaterial wieder herausdiffundiert· Vorzugsweise werden die Abscheidung und die Sinterung des Nickels derart gesteuert, daß die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates eine Dicke von nicht mehr als ungefähr

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75Ο Α-Einheiten aufweist.

Danach wird das Nickel der Schichten 20 und 22 vorzugsweise einem Itzvorgang unterworfen, beispielsweise mit Salpetersäure, sowie einer weiteren Metallisierung, beispielsweise mit einer zweiten Schicht aus Nickel und einer oder mehr Schichten aus Kupfer. Das zusätzliche Nickel wird durch Tauchplattieren aufgebracht, vorzugsweise in der vorstehend für die Bildung der Schichten 20 und 22 beschriebenen Weise, weil das zusätzliche Nickel nur auf die Schichten 20 und 22 aufplattiert wird, nicht Jedoch auf die freiliegenden Bereiche der geänderten Schicht 18. Vorzugsweise wird Kupfer durch Tauchplattieren und/oder Elektroplattieren mit Hilfe von Techniken aufgebracht, wie sie gut bekannt sind. Es ist keine Maskierung der geänderten Schicht 18 erforderlich, weil das durch Tauchplattierung oder Elektroplattierung gebildete Kupfer nicht an der geänderten Oberfläche 18 anhaftet.

Nach der Metallisierung werden die (nicht gezeigten) Zellenkanten beschnitten und ein Antireflexionsuberzug 24 wird auf die Vorderfläche der Zelle aufgebracht. Dies kann in einer einer Vielzahl von bekannten Verfahrensschritten erfolgen, beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung oder durch Verdampfen von beispielsweise TiO2> Alternativ kann eine Antireflexionsbeschichtung 24 durch Plasmaabscheidung von Siliziumnitrid bei einer

Temperatur von ungefähr 15O °C gebildet werden, wie dies in der Technik gut bekannt ist.

Als Beispiel umfaßt die bevorzugte Ausführungsform der Durchführung der vorliegenden Erfindung die Ausführung der einzelnen vorstehend beschriebenen Schritte in der bevorzugten Weise, die für Jeden Schritt beschrieben ist, sowie in der Folge der Schritte, die angegeben wurde.

Es wurde festgestellt, daß Solarzellen, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren aus nach dem EFG-Verfahren gezogenen Bändern hergestellt werden, eine Vergrößerung des mittleren Wirkungsgrades von zwischen 10 und 20 % aufweisen. Für dieses Material schränkt zusätzlich der Wasserstoff-Passivierungsschritt in ausgeprägter Weise die Verteilung der Zellenwirkungsgrade ein.

Es ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Solarzellen stark vereinfacht. Das Verfahren verringert nicht nur sehr stark die Anzahl der Schritte, die in dem Verfahren erforderlich sind, sondern beseitigt auch die Verwendung von nicht rückgewinnbarem Material. Durch Entfallen der Verwendung eines Photoresist-Materials zur Bildung einer Plattierungsmaske für die Vorderflachenelektrode beseitigt das erfindungsgemäße Verfahren die Notwendigkeit der Beschichtung, Belichtung und Entwicklung eines derartigen Photoresist-Materials sowie den erforderlichen Schritt der Entfernung des verbleibenden Photoresist-Materials. Ähnliche Erwägungen gelten für äquivalente Verfahren der chemischen Materialabtragung.

Es ist verständlich, daß das vorstehend ausführlich beschriebene Verfahren abgeändert werden kann, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann, obwohl die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens die durch Wasserstoff-Passivierung gebildete geänderte Schicht zur Maskierung bei nachfolgenden Plattierungsschritten mit Ausnahme von früher aufplattiertem Nickel verwendet, das Verfahren auch mit anderen Metallen als Nickel verwendet werden. Wie dies beispielsweise für den Fachmann verständlich ist, kann die anfängliche Schicht der Vorderflächenelektroden auf einem Siliziumbauteil mit einer flachen Grenzfläche durch Tauchplattierung von irgendeinem einer Anzahl von Materialien mit niedrigem Reaktionsvermögen abgeschieden werden, die in der Lage sind (vorzugsweise bei einer niedrigen Temperatur), einen Ohmschen Kontakt zu bilden und die als Sperre für die Diffusion von Kupfer oder irgendeinem anderen Basismetall dienen, das in einem späteren Schritt abgeschieden wird. Geeignete Metalle zur Verwendung mit Kupfer schließen Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium sowie Nickel ein. Obwohl alle diese Materialien Suizide bilden, ist eine Silizidschicht nicht wesentlich. Es ist jedoch wichtig, daß die anfängliche Metallschicht richtig anhaftet, als Ohmscher Kontakt dient und als eine Sperre gegen die Wanderung von irgendwelchem Metall wirkt, das später abgeschieden wird, wobei die anfängliche Metallschicht auch nicht in wesentlichem Ausmaß zur Grenzschicht selbst wandern darf.

Es können weitere Änderungen durchgeführt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise (a) der hintere P(+)-Bereich der Zelle

unter Verwendung von flammgesprühtem Aluminium anstelle einer Aluminiumpaste gebildet werden, oder (b) es können verschiedene Verfahren zum Aufbringen der zweiten und nachfolgenden BeSchichtungen von Nickel oder anderem, ein niedriges Reaktionsvermögen aufweisendem Material, wie beispielsweise Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium, verwendet werden, oder (c) die Grenzschicht kann durch Ionenimplantation gebildet werden. Wenn keine Maskierungsschicht über der geänderten Schicht abgeschieden wird, muß das zusätzliche Nickel (oder das andere, ein niedriges Reaktionsvermögen aufweisende Metall der beschriebenen Art) durch Tauchplattieren aufgebracht werden.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Herstellung von Solarzellen auf EFG-Substraten beschränkt. So können beispielsweise gegossene polykristalline Substrate, epitaxiales Silizium auf Silizium von metallurgischer Qualität oder Polysiliziumschichten hoher Qualität, die durch chemische oder physikalische Abscheidung gebildet werden, zur Herstellung von Solarzellen mit relativ hohem Wirkungsgrad gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Weiterhin ist das Verfahren auf Einkristall-Silizium anwendbar. Schließlich kann das Verfahren mit Substraten sowohl vom N- als auch vom P-Leitfähigkeitstyp verwendet werden.

In jedem dieser Fälle ist zu erkennen, daß die Grenzschicht mit Hilfe verschiedener Verfahren und nicht ausschließlich durch Phosphordiffusion gebildet werden kann. '

Claims

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Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Halbleiteranordnungen, gekennzeichnet durc h die Folge der nachü behend genannten Schritte:

(a) Erzeugen eines Siliziumsubstrates mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen,

(b) Anordnung einer mechanischen Maske mit ausgewählten Öffnungen gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche, und

(c) Bestrahlen der ersten Oberfläche mit einem Wasserstoffionenstrahl durch die ausgewählten öffnungen mit einer Intensität und für eine Dauer, die ausreichen, um eine Oberflächenschicht auf der ersten Oberfläche entsprechend der Öffnungen zu bilden, an der Metalle nur schlecht anhaften.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nach der Bestrahlung mit dem Wasserstoffionenstrahl die Teile der Vorderfläche, die mit Hilfe der Maske maskiert wurden, metallisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte

Vorderfläche während der Metallisierung dem Metall ausgesetzt wird.
4-. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Ausbildung einer Grenzschicht in dem Substrat benachbart zur ersten Oberfläche vor der Bestrahlung der Oberfläche mit dem Wasserstoffstrahl.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die erste Oberfläche mit dem Wasserstoffionenstrahl für eine Zeit und mit einer Intensität bestrahlt wird, die ausreichen, um die Minoritätsträger-Verluste in dem Substrat zu verringern.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallisierung unter Verwendung eines Metalls durchgeführt wird, das aus der Gruppe von Metallen ausgewählt ist, die Nickel, Palladium, Kobalt, Platin und Ehodium einschließt.
7· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Tauchplattierens zur Metallisierung der Teile der Vorderfläche, die von der Maske maskiert wurden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der

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Metallisierungsschritt so durchgeführt wird, daß außerdem die zweite Oberfläche des Substrates metallisiert wird.

9· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallisierung die Abscheidung von Nickel aus einem Bad umfaßt, das ein Nickelsalz und Fluoridionen enthält.