DE4315959A1 - Elektronische Einrichtung mit mikrostrukturierten Elektroden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Ein­ richtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen. Ferner betrifft die Erfindung vorteilhafte Verfahren zum Herstellen solcher Einrichtungen.

Das Betriebsverhalten vieler elektronischer Einrichtungen, wie Festkörper- oder Halbleitereinrichtungen, die eine zwischen zwei Elektroden angeordnete Festkörper- oder Halb­ leiteranordnung oder ein anderes gesteuertes Medium, ins­ besondere in Form einer Schichtstruktur, enthalten, wird durch die Konfiguration und Struktur der Elektroden wesent­ lich beeinflußt. Ein typisches Beispiel sind Dünnschicht- Solarzellen mit einer Schicht aus amorphem Silizium (a-Si). Das der Erfindung zugrundeliegende Problem soll daher anhand dieses bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Anwendungs­ beispieles erläutert werden.

Bei Photozellen, insbesondere Solarzellen, einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie bei gleichzeitig niedrigen Herstellungs­ kosten und langer Lebensdauer zu erreichen, ist ein Problem, das noch nicht zufriedenstellend gelöst ist und eine An­ wendung der Photovoltaik in größerem Umfang bisher ver­ hindert hat. Am aussichtsreichsten erscheinen derzeit Dünn­ schicht-Silizium-Solarzellen mit pin-Struktur. Solche Solar­ zellen enthalten gewöhnlich eine sog. Absorberschicht aus im wesentlichen eigenleitendem amorphen Silizium, die zwischen einer n⁺-leitend dotierten und einer p⁺-leitend dotierten Schicht aus amorphem Silizium angeordnet ist. Diese pin- Schichtstruktur ist gewöhnlich auf einem transparenten Substrat angeordnet, wobei zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur eine Schicht aus einem transparenten, elek­ trisch leitfähigen Material, üblicherweise einem Metalloxid (TCO = Transparent Conducting Oxide) vorgesehen ist. Solar­ zellen aus a-Si benötigen wesentlich weniger Material als Solarzellen aus monokristallinem Silizium (c-Si), da a-Si Licht im sichtbaren Spektralbereich wesentlich stärker absorbiert als c-Si, so daß man bei a-Si-Solarzellen mit Schichtdicken in der Größenordnung von einigen hundert Nanometern auskommt, während bei Solarzellen aus c-Si Schichtdicken in der Größenordnung von 100 bis 300 µm er­ forderlich sind, um eine ausreichende Absorption des Lichtes im sichtbaren Spektralbereich zu erreichen. Schichten aus a- Si sind außerdem leichter und mit geringerem Aufwand her­ stellbar als monokristalline Siliziumscheiben, wie sie für c-Si-Solarzellen benötigt werden.

Ein wesentlicher Nachteil von a-Si im Vergleich c-Si ist jedoch die geringe Beweglichkeit der Minoritätsladungsträger (Defektelektronen). Selbst bei den geringen Schichtdicken, wie sie für a-Si-Solarzellen typisch sind, rekombiniert ein großer Teil der photogenerierten Ladungsträger, bevor sie die aus der p⁺-leitenden Schicht bestehende Elektrode erreichen. Die bei Rekombination freiwerdende Energie zerstört Si-Si-Bindungen in der Absorberschicht, was bei starker Lichteinstrahlung schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit zu einer erheblichen Herabsetzung des Wirkungsgrades führt (lichtinduzierte Degradation; Staebler/Wronski- Effekt).

Um die lichtinduzierte Degradation möglichst gering zu halten, hat man die Dicke der aus im wesentlichen eigen­ leitenden a-Si bestehende Absorberschicht und damit die nötigen Diffusionswege der Ladungsträger verringert. Um trotzdem eine ausreichende Absorption des einfallenden Lichtes zu gewährleisten, hat man die der Lichteinfallsseite entgegengesetzte Fläche der pin-Schichtstruktur verspiegelt und man hat die Grenzfläche zwischen der TOC-Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Oxid und der angrenzenden Silizium­ schicht so strukturiert, daß das eintretende Licht an dieser Grenzfläche gebrochen und/oder gestreut wird. Die durch die Rekombination von Minoritätsladungsträgern verursachte lichtinduzierte Degradation ist trotz dieser Maßnahmen für praktische Anwendungen von Solarzellen aber immer noch zu hoch.

Ähnliche Probleme, die auf kleinen Minoritätsträger-Schub­ wegen oder der Elektrodenstruktur beruhen, gibt es auch bei anderen Festkörper- oder Halbleitereinrichtungen, wie elek­ trolumineszenten Einrichtungen, Halbleitereinrichtungen, die neuronale Netze nachbilden, ferner bei LCD-Displays u. a.m.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer gattungsgemäßen elektronischen Einrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekenn­ zeichnete und im folgenden näher erläuterte Erfindung gelöst.

Bei den bekannten a-Si-Dünnschicht-Solarzellen sind die Grenzflächen zwischen der Absorberschicht und der als Elektroden wirkenden p⁺-Schicht und n⁺-Schicht eben, d. h. ihre Rauhigkeit hält sich in fertigungsbedingten Grenzen, oder sie haben wegen der aus optischen Gründen vorgenommenen Strukturierung der elektrisch leitfähigen Oxidschicht eine verhältnismäßig grobe Struktur, die keinen wesentlichen Einfluß auf die Schubwege der photogenerierten Elektronen oder Defektelektronen (Löcher) hat.

Bei den vorliegenden Festkörpereinrichtungen, wie z. B. a-Si- Dünnschicht-Photozellen, sind mindestens eine der beiden erwähnten Grenzflächen, vorzugsweise beide Grenzflächen der Elektroden mikroskopisch strukturiert, bilden also eine Art von mikroskopischem Reliefmuster, das vorzugsweise periodisch ist. Der Begriff "mikroskopisch" soll hier Strukturen mit lateralen Abständen der Strukturelemente unter etwa 1 µm, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 500 nm, und mit einer Rauhigkeit bedeuten, die wesentlich größer als die ferti­ gungsbedingte Rauhigkeit ist und z. B. mindestens 10% der Dicke der Absorberschicht oder mindestens 50 nm betragt. Wenn beide Grenzflächen strukturiert sind, so stehen die in die Absorberschicht hineinragenden Erhöhungen der einen Grenzfläche auf Lücke mit in die Absorberschicht hinein­ ragenden Erhöhungen oder Wellungen der anderen Grenzfläche. Die Erhöhungen können generell eine Höhe bis zu etwa 50% der Dicke der Absorberschicht aufweisen. Durch die Struk­ turierung der Elektroden-Grenzflächen ergeben sich kurze Schubwege für die Ladungsträger und damit eine erheblich verringerte lichtinduzierte Degradation sowie ein verbesser­ ter Sammlungswirkungsgrad.

Die Erfindung betrifft ferner ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung solcher strukturierter Grenzflächen oder Elek­ trodenoberflächen. Gemäß der Erfindung erfolgt diese Struk­ turierung thermisch durch ein Laserstrahlungs-Interferenz­ muster. Solche Verfahren sind an sich bekannt, sie sind jedoch bisher nicht zur Strukturierung von Elektrodenflächen und Herstellung von Elektrodenmustern verwendet worden. Aus einer Veröffentlichung von Ahlhorn et al, SPIE Vol. 1023 Excimer Lasers and Applications (1988) S. 231-234 ist die holographische Erzeugung von Beugungsgittern mittels eines Laserstrahlungs-Interferenzmusters bekannt. Aus einer Ver­ öffentlichung von Portnoi et al, Sov. Tech. Phys. Lett. 8(4), April 1982, S. 201, 202 ist eine Temperung von Galliumphosphidfilmen durch Laserstrahlung bekannt. Aus einer Veröffentlichung von Koval′chuk et al, Sov. Tech. Phys. Lett. 9 (7), Juli 1983, S. 365, 366 ist eine epitakti­ sche Kristallisierung von auf GaP-Substraten niederge­ schlagenen Siliziumschichten durch Erhitzung mittels einer Laserinterferenzmusters zur Herstellung von Beugungsgittern bekannt.

Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel von Dünnschicht- Solarzellen, die ein besonders vorteilhaftes, jedoch keines­ wegs ausschließliches Anwendungsgebiet der Erfindung dar­ stellen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, stark vergrößerte, geschnittene Prinzipdarstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine stark vergrößerte, schematische Darstellung des Verlaufes des elektrischen Feldes (gestrichelt) und der Ladungsträgerschubwegbereiche (punktiert) in der Absorberschicht einer Solarzelle des in Fig. 1 dargestellten Typs mit zwei strukturierten Elektrodenschichten, wobei der Ladungsträgerschub­ weg mit "s" bezeichnet ist;

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Solar­ zelle mit einer bezüglich des Träger-Kollektions­ wirkungsgrades optimierten Konfiguration, bei der nur eine Elektrodenschicht strukturiert worden ist;

Fig. 4 eine vereinfachte, stark vergrößerte vereinfachte Darstellung einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle gemaß Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer null­ dimensionalen oder punktartigen Reliefstruktur, die bei einer Elektroden-Grenzfläche einer Solar­ zelle oder anderen Halbleitereinrichtung gemäß der Erfindung Anwendung finden kann;

Fig. 6 eine Darstellung einer anderen, eindimensionalen oder linienartigen Reliefstruktur;

Fig. 7 mit den Fig. 7a bis 7e schematisierte Schnitt­ ansichten zur Erläuterung eines bevorzugten Ver­ fahrens zur Herstellung einer Photozelle gemäß Fig. 4;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Apparatur zur Erzeugung eines Laserstrahlungs-Interferenzmusters,

Fig. 9 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Solarzelle mit mikrostrukturierten Elektroden gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Solarzelle mit mikrostruktu­ rierten Elektroden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Solarzelle enthält ein trans­ parentes Substrat 10, auf dem sich der Reihe nach eine dünne, transparente, elektrisch leitfähige Elektrodenschicht 12 (TCO-Schicht), eine erste, p⁺-leitende Schicht 14 aus mikrokristallinem Silizium, eine Absorberschicht 16 aus eigenleitendem amorphen Si:H und schließlich eine n⁺-leiten­ de Schicht 18 aus mikrokristallinem Silizium befinden. Die Schicht 14 und/oder die Schicht 18 können zur Erhöhung ihrer Transparenz, insbesondere im blauen Bereich des Sonnen­ spektrums und/oder zur Erhöhung des internen elektrischen Feldes mit Kohlenstoff und/oder Germanium versetzt sein (Si-C, Si-Ge).

Die dotierten, als Elektroden dienenden Schichten 14 und 18 können generell amorph oder monokristallin sein und außer aus Si auch Si-O, Si-C, Si-N oder Si-Ge enthalten.

Bei den bekannten Solarzellen dieses Typs sind die Grenz­ flächen 20, 22 zwischen der Absorberschicht 16 und der Schicht 14 bzw. der Schicht 18 bis auf eine fertigungs­ bedingte Rauhheit glatt, insbesondere eben, oder sie haben eine relativ grobe Struktur, wenn die TCO-Schicht 12 zur Vergroßerung der Lichtwege in der Absorberschicht als optische "Prismen"-Schicht ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung weisen nun mindestens eine dieser Grenzschichten 20, 22, vorzugsweise zumindest die Grenzschicht 20 der die Defektelektronen (Löcher) aufnehmenden Elektrodenschicht 14, eine reliefartige mikroskopische Struktur auf, die unab­ hängig von einer etwaigen Struktur der dem Substrat abge­ wandten Grenzfläche der TCO-Schicht 12 bzw. zusätzlich zu einer solchen Struktur vorgesehen ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist diese Struktur periodisch, sie kann z. B. punktartig (nulldimensional) oder linienartig (ein­ dimensional) sein. Die lateralen Abstände L der Struktur­ elemente 14a, 18a sollen in der Größenordnung der Länge der Ladungsträgerschubwege liegen. In der Praxis ist L zweck­ mäßigerweise kleiner als etwa 1 µm und kann z. B. zwischen 100 nm und 500 nm liegen. Bei besonders bevorzugten Ausführungs­ formen sind die Strukturen der beiden Grenzschichten wenig­ stens annähernd komplementär, d. h., daß wie in Fig. 1 darge­ stellt Erhöhungen 14a der Schicht 14, die in die Schicht 16 hineinreichen, auf Lücke mit Erhöhungen 18a der Schicht 18, die in der Absorberschicht 16 hineinreichen, stehen.

Die Rauhigkeit, also der senkrecht zur Schichtebene ge­ rechnete Abstand d zwischen den Tälern und den Spitzen der betreffenden Grenzfläche 20 bzw. 22 ist wesentlich größer als die fertigungsbedingte Rauhheit und wesentlich kleiner als bei einer strukturierenden TOC-Schicht und kann in der Praxis mindestens 10% bis zu 50% oder mehr der Dicke D der Schicht 16 betragen. Die Struktur und Rauhigkeit der Grenz­ fläche 20 können von denen der Grenzfläche 22 verschieden sein. Eine dieser Grenzflächen kann auch glatt sein.

Im allgemeinen ist die Periode L bzw. der mittlere Abstand der Spitzen oder Vorsprünge 14a bzw. 18a zweckmäßigerweise etwa gleich dem Zweifachen der Driftlänge der Ladungsträger in der Absorberschicht 16.

Durch die Strukturierung der Grenzflächen ergibt sich ein besserer Sammelwirkungsgrad für die Defektelektronen in der Absorberschicht aufgrund höherer lokaler elektrischer Felder bzw. besserer Elektrodengeometrie, wie die Feldlinien in den Fig. 2 und 3 zeigen. Durch die Mikrostrukturierung wird auch die Absorptionslänge des einfallenden Lichtes durch Beugung und/oder Vielfachreflexion vergrößert, so daß sich die Dicke der Absorberschicht verringern läßt. Weitere Vorteile sind: Verlangsamte und reduzierte Degradation durch reduzierte Rekombination. Durch den mikrokristallinen Aufbau der Schichten 14, 18, die auch als Elektroden wirken, ergibt sich wegen der indirekten Bandstruktur eine hohe Transparenz. Durch Kohlenstoffzumischung läßt sich eine hohe Transparenz der mikrokristallinen, als Fenster arbeitenden Schicht 14 erreichen. Die Transparenz der mikrokristallinen Silizium­ schichten 14, 18 läßt sich durch Kohlenstoffzumischung im blauen Teil des Sonnenspektrums erhöhen. Eine teure und schwierig zu optimierende Strukturierung der durchsichtigen TCO-Schicht 12 ist nicht mehr unbedingt erforderlich, da die Mikrostruktur der Elektrodengrenzfläche(n) streuend wirkt.

Die mikrokristalline Struktur der Schichten 14 und 18 hat weiterhin den Vorteil, daß photogenerierte Ladungsträger aus diesen Schichten durch Diffusion in die amorphe Absorber­ schicht 16 gelangen und so zu einer Erhöhung des Wirkungs­ grades beitragen. Die aus Einkristallen bestehenden Kri­ stallite des die Schichten 14 und 18 bildenden mikro­ kristallinen Materials ragen wie Nadeln in das intrinsische Absorbermaterial der Schicht 16 hinein, was eine effektive Ladungsträgerkollektion und Ableitung gewährleistet. Die wesentlich höhere Dotierungseffizienz des kristallinen Materials im Vergleich zum amorphen Material läßt eine abrupte Grenzfläche am Übergang kristallin-amorph entstehen, was hohe elektrische Felder an der Grenzfläche zur Folge hat.

Fig. 4 zeigt vereinfacht ein praktisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Silizium-Solarzelle. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die mikrokristalline p⁺-Schicht 14 weist eine periodische Struktur auf, welche durch Vorsprünge 14a gebildet wird, die in die amorphe Siliziumschicht 16 hineinreichen. Die der Schicht 14 entgegengesetzte Grenzfläche 22 der amorphen Schicht 16 hat eine wellige, zur Grenzfläche 20 wenigstens annähernd komplementäre Struktur. Die Konfiguration ist also ähnlich wie in Fig. 3, sie ist wegen des büschelartigen Verlaufs der elektrischen Feldlinien von den Vorsprüngen 14a zu den gegenüberliegenden, näherungsweise konzentrischen kuppelförmigen Flächenbereichen der Grenzschicht 22 hin­ sichtlich der Feldverteilung und Trägersammlung optimal.

Die Vorsprünge 14a können punktartige Strukturen 14a1 sein, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, oder linienartige Struk­ turen 14a2, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Erhöhun­ gen 14a, 14a1 und 14a2 können durch selektive Bestrahlung während der Herstellung der Schicht erzeugt werden, z. B. mittels Laserstrahlung, wobei die Strukturen durch Inter­ ferenz erzeugt werden können. Die punktartige Struktur läßt sich durch zwei sich kreuzende Interferenzstreifenmuster erzeugen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle des oben beschriebenen Typs wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7a bis 7e erläutert:

Als Substrat 10 kann Glas, Metall oder ein Folienmaterial verwendet werden. Wenn es sich um ein transparentes Substrat 10 handelt und das Licht durch das Substrat hindurch einge­ strahlt werden soll, wird als erstes eine transparente, elektrisch leitfähige Oxidschicht 12, z. B. aus Indiumoxid niedergeschlagen. Zur Herstellung der eigentlichen Photo­ zelle wird dann - vorzugsweise, wie auch zur Herstellung der anderen Si-Schichten, durch ein Plasma-CVD-Verfahren - auf dem Substrat großflächig p⁺-leitendes mikrokristallines Silizium oder Si-C als Elektrodenschicht 12 niedergeschlagen (Fig. 7a).

Auf der Schicht 12 wird eine dünne, leicht dotierte (z. B. p-dotierte) Schicht 15 aus amorphem Silizium aufgebracht (Fig. 7b).

Diese Schicht wird als nächstes durch Laserinterferenz- Rekristallisierung strukturiert (Fig. 7c). Man erzeugt zu diesem Zweck auf der Oberfläche der leicht dotierten Schicht 15 ein Interferenzmuster aus der Laserstrahlung (nicht dargestellt), wodurch eine selektive Rekristallisation dieser Schicht in Bereichen 15a (die den Vorsprüngen 14a in Fig. 4 entsprechen) erhöhter Strahlungsdichte stattfindet (Fig. 7c).

Die amorphe Restschicht 15a kann durch Plasma-Ätzen entfernt werden. Durch entsprechende Wahl der Parameter der Plasma­ entladung und der Gaszusammensetzung und/oder kontinuierliche Einwirkung des Laserstrahlungs-Interferenzmusters kann ein selektives Wachstum der mikrokristallinen Phase und zusätz­ lich gleichzeitig ein Ätzen der amorphen Phase erreicht werden. Alternativ kann durch wiederholte Bestrahlung während der Deposition zusätzlichen amorphen Siliziums die Umwandlung amorph-mikrokristallin bewirkt und so eine Vergrößerung der Mikrokristallite erreicht werden (Fig. 7d).

Anschließend wird zweckmäßigerweise eine Optimierung der mikrostrukturierten Schicht durch Wasserstoffpassivierung durchgeführt und man läßt dann eine neue, amorphe eigen­ leitende Schicht 16, die eine optimierte Grenzfläche zum mikrokristallinen Silizium gewährleistet, aufwachsen (Fig. 7e). Sie bildet die als optischer Absorber dienende Schicht 16 und kann durch Legierung mit Wasserstoff und/oder Er­ zeugung eines Dotierungsatomgradienten zur Verbesserung des Ladungsträgersammelwirkungsgrades optimiert werden. Die Erzeugung der Absorberschicht 16 erfolgt vorzugsweise durch P-CVD mit SiH₄ in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, wodurch H in das entstehende amorphe Si der Schicht 16 eingebaut wird. Diese Schicht erhält automatisch eine strukturierte Oberfläche entsprechend der Grenzfläche 22, die, vom Inneren der Schicht 16 aus gesehen, zur Grenzfläche 20 näherungsweise komplementär ist.

Auf der Oberfläche dieser amorphen Siliziumschicht wird dann die dünne, n-dotierte Schicht 18 erzeugt, die, ggf. zusammen mit einer elektrisch leitfähigen Oxidschicht oder einer lichtreflektierenden Metallschicht 24, z. B. aus Al oder Ag, die zweite Elektrode bildet (Fig. 7e).

Die Schichtsequenz kann invertiert werden. Das Nieder­ schlagen der Schichten erfolgt vorzugsweise durch ein Plasma-CVD-Verfahren, kann aber auch durch Sputtern oder Kathodenzerstäubung erfolgen. Bei der Herstellung von mit Wasserstoff dotierten Schichten (Si:H) und zur Wasserstoff­ behandlung erhält die Atmosphäre bei dem betreffenden Verfahrensschritt Wasserstoff. Alle Schritte können hinter einander ohne Brechung des Vakuums durchgeführt werden. Das Verfahren ist voll kompatibel mit den konventionellen Herstellungsverfahren für a-Si-Solarzellen.

Bei einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens wird auf der TCO-Schicht eine dotierte µc-Si-Schicht 14 erzeugt und auf dieser werden durch laserstrahlungsinduziertes selektives Niederschlagen von µc-Si Vorsprünge 14a gebildet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Auf dieser strukturierten Elektrodenschicht werden dann nach Passivierung mit Wasser­ stoff die a-Si-Absorberschicht, die zweite dotierte Elektrodenschicht 18 und schließlich die Metallschicht 24 niedergeschlagen.

Eine bevorzugte, praktische Ausführungsform der Erfindung mit einer Konfiguration gemäß Fig. 4 hatte folgende Parameter:

Schicht 14:
p-leitendes µc-Si, laterale Leitfähigkeit ca. 6·10^-4 (Ohm cm)^-1 Leitfähigkeit in den Kristalliten des µc-Si vergleichbar mit c-Si oder c-Si-C (5-50 (Ohm cm)^-1), Dicke ca. 10 nm bis ca. 100 nm,
Grenzfläche 20:
Linien-Struktur, d ca. 200 nm, L ca. 400 nm
Schicht 16:
a-Si:H, Dunkel-Leitfähigkeit 10^-12-10^-10 (Ohm cm)^-1 Dicke ca. 0,5 µm
Grenzfläche 22:
Wellige Struktur komplementär zu 20 d ca. 100 . . . 500 nm
Schicht 18:
n-leitendes µc-Si, Leitfähigkeit in den Kristalliten < 50 (Ohm cm)^-1 Laterale Leitfähigkeit ca. 6·10^-4 (Ohm cm)^-1 Dicke ca. 10 nm.

Fig. 8 zeigt eine Apparatur zur Erzeugung eines linien­ förmigen Laserstrahlungs-Interferenzmusters, wie sie bei der Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Her­ stellung strukturierter Elektroden verwendet werden kann. Die Apparatur gem. Fig. 8 enthält einen Laser 30, z. B. einen Nd-YAG- oder Excimer-Laser, der ein kohärentes Strahlungsbündel 32 liefert. Das Strahlungsbündel 32 wird durch einen Strahlteiler 34 in zwei Teilbündel aufgeteilt, die durch Spiegel 36, 38 unter einem vorgegebenen Winkel auf eine zu strukturierende Oberfläche geworfen werden, z. B. die Oberfläche einer a-Si-Schicht 15 (Fig. 7b) auf einem Substrat 10. Das Substrat 10 befindet sich in einer nicht dargestellten Vakuumkammer, in der das PVCD-Verfahren durch­ geführt wird. Der Laser 30, der Strahlteiler 34, die Spiegel 36 und 38 können sich außerhalb der Vakuumkammer befinden, wobei dann die von den Spiegeln reflektierten Teilbündel durch geeignete Fenster in die Vakuumkammer eingestrahlt werden. Die Mikrostrukturierung wird durch die Wahl der Laserstrahlungswellenlänge, des Einfallswinkels und der Spiegelanordnung bestimmt. Besonders vorteilhaft ist die Strukturierung durch kurze Belichtung mit intensiven Laser- Pulsen.

Anstelle der oben beschriebenen Bildung von Elektroden mit Mikrostruktur durch Rekristallisierung lassen sich auch Kontaktstreifen aus Metall oder Dotierungsprofile durch Einwirkung eines Laserstrahlungsinterferenzmusters erzeugen.

Zur Erzeugung von Elektroden aus einer Vielzahl eng benach­ barter feiner Metallstreifen mit Perioden z. B. von 20 bis 200 nm wird die Oberfläche, auf der die Elektroden zu erzeugen sind, mit Metall, z. B. Cr bedampft und anschließend erfolgt die Mikrostrukturierung durch Verdampfen von streifenförmigen Bereichen der kontinuierlichen Schicht mittels des Laserstrahlungs-Interferenzmusters, wobei man dann eine Elektrode aus periodischen Metallstreifen erhält.

Mikrostrukturierte Dotierungsmuster oder -profile kann man beispielsweise dadurch erzeugen, daß man eine Dotierstoff­ quelle, wie z. B. Borsilikatglas, dotiertes amorphes Silizium u. a.m. auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufbringt und danach den Dotierungsstoff selektiv durch Einwirkung eines Laserstrahlungs-Interferenzmusters in den Halbleiter­ körper eindiffundiert. Die Dotierstoffquelle kann auch ein Gas oder Dampf sein.

In den Fig. 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen von Solar­ zellen dargestellt, deren Elektroden durch das oben beschriebene Verfahren strukturiert bzw. gebildet worden sind. Die Solarzelle gem. Fig. 9 enthält einen Rückkontakt aus einer p-leitenden Schicht analog der Schicht 14 in Fig. 4 und 7e, eine amorphe, kristalline oder monokristalline Absorberschicht 42 entsprechend der Absorberschicht 16, eine n-leitende Kontaktschicht 43, eine reflexvermindernde Schicht 4 sowie eine in der Mitte weggebrochen gezeichnete Metallkontaktschicht 45. Der streifenförmige n-Typ-Kontakt 43 wird durch Diffusion von Dotieratomen aus der Gasphase oder einer nicht dargestellten dotierten Schicht mittels eines Laserstrahlungs-Interferenzmusters erzeugt.

Fig. 10 zeigt eine weitere Solarzelle mit mikrostrukturierten Elektroden. Sie enthält ein Substrat 51, eine Passivierungs- oder Antireflexionsschicht 52, eine aktive amorphe oder kristalline Absorberschicht 53, einen p-Typ-Rückkontakt 54, einen n-Typ-Kontakt 55, eine Antireflexionsschicht 56 und eine Metallkontaktschicht 57, die teilweise weggebrochen gezeichnet ist. Die Streifen des n-Typ-Kontaktes und/oder des p-Typ-Kontaktes werden mit interferierender Laser­ strahlung durch Diffusion von Dotierungsatomen z. B. aus der Gasphase oder einer dotierten Schicht erzeugt.

Claims (21)

1. Elektronische Einrichtung mit einem steuerbaren Medium (16) und mindestens zwei Elektroden (14, 18), die jeweils eine an das steuerbare Medium (16) angrenzende Grenzfläche (20, 22) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden (14) Strukturelemente (14a) aufweist, die eine Mikrostruktur bilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (14a, 14a1, 14a2) eine periodische Mikrostruktur bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur ein Reliefmuster an der Grenzfläche (20) der betreffenden Elektrode (14) bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mittlere Abstand der Strukturelemente kleiner als 1 µm ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand der Strukturelemente zwischen 50 und 500 nm liegt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (14a1) ein punkt­ artiges Muster bilden.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (14a2) ein rippen- oder streifenartiges Muster bilden.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Medium eine an die Grenzfläche (20) zumindest einer der Elektroden (14, 18) angrenzende Schicht enthält und daß die auf die Struktur­ elemente zugehende Rauhigkeit (d) dieser Grenzfläche größer als 10% der Dicke (D) der angrenzenden Schicht (16) ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit (d) höchstens etwa 50% der Dicke (D) der genannten Schicht (16) beträgt.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Medium (16) mindestens eine Schicht aus Halbleitermaterial enthält.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus im wesentlichen eigenleitendem, amorphen Silizium besteht; daß die eine Elektrode eine Schicht (14) enthält, die im wesentlichen aus p-leitendem Silizium besteht und daß die andere Elektrode eine Schicht (18) die im wesentlichen aus n-leitendem Silizium besteht, enthält.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrodenschichten (14, 18) mikro­ kristallin sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Elektrodenschicht (14) Vorsprünge (14a) aufweist, die in die Schicht (16) aus amorphem Silizium hineinragen und daß die andere Elektrodenschicht (18) kuppelförmige Ausbauchungen enthält, die den Vorsprün­ gen gegenüberliegen (Fig. 4).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden die Form einer kontinuierlichen Schicht hat.

15. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Solarzelle.

16. Verfahren zum Herstellen einer strukturierten Elektrode für eine elektronische Einrichtung durch Einwirkung eines Laserstrahlungs-Interferenzmusters.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Substratstruktur (10, 12) eine Schicht (14) aus mikrokristallinem Silizium gebildet wird und daß auf einer Grenzfläche (20) dieser Schicht ein Reliefmuster aus mikro­ kristallinem Silizium erzeugt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Substratstruktur (10, 12) eine erste Schicht aus mikrokristallinem Silizium (14) und auf dieser eine zweite Schicht (15) aus amorphem Silizium gebildet wird und daß Teile (15a) der Schicht (15) aus amorphem Silizium durch das Laserstrahlungs-Interferenzmuster rekristallisiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus amorphem Silizium, soweit sie nicht in kristallines Silizium umgewandelt wurde, mindestens zum Teil entfernt und/oder durch Wasserstoff-Plasma-Behandlung passiviert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des amorphen Siliziums durch Plasmaätzen unter Bedingungen erfolgt, bei denen ein Wachstum der Bereiche aus mikrokristallinem Silizium gefördert wird.

21. Verfahren zum Herstellen einer Dotierungsstruktur in einer Einrichtung durch ortsselektive Eindiffusion von Dotierungsatomen mittels eines Laserstrahlungs- Interferenzmusters.