DE69125268T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von übergängen durch diffusion in substrate von solarzellen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von übergängen durch diffusion in substrate von solarzellenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft die Herstellung photovoltaischer Zellen, und speziell eine verbesserte Methode zur Herstellung photovoltaischer Übergänge durch Diffusion mit den Vorteil der Einsparung von Kosten ohne Verlust an Zuverlässigkeit oder Effizienz der Umwandlung.
- Nach dem heutigen Kenntnisstand kann die Herstellung konventionell verwendbarer Siliziumsolarzellen mit relativ hoher Ausbeute bei relativ geringen Kosten nicht als Ergebnis eines spektakulären Durchbruchs eines einzigen Bereichs erwartet werden; sogar Fachleute gehen davon aus, daß ökonomisch und technisch akzeptable photovoltaische Solarzellen als Konsequenz eines kombinierten Effekts aus einer Anzahl von relativ maßvollen aber innovativen Maßnahmen zum Stand der Technik hergestellt werden können.
- Das, was als relativ enger technologischer Fortschritt in einem speziellen Bereich der photovoltaischen Zellen erscheint, mag tatsächlich vom Standpunkt der Kostenersparnis bei der Herstellung relativ hocheffizienter Solarzellen ziemlich wichtig sein.
- Gegenwärtig, und seit einigen Jahren, die der vorliegeriden Erfindung vorausgehen, wurden große Anstrengungen in allen erdenklichen Herstellverfahren für Solarzellen aufgewendet, um die Zielsetzungen (1) relativ hoher Energieumwandlungs-Effizienz und Leistungsoutput, (2) hoher Produktionsertrag und (3) niedrige Kosten zu erreichen. Zusätzlich war man sehr bestrebt, zuverlässige Solarzellen zu schaffen, die sich unter Betriebsbedingungen nicht schnell degradieren
- Eine dieser Anstrengungen, die auf die Herstellung relativ billiger Siliziumzellen gerichtet war, hat die Herstellung und den Gebrauch flacher polykristalliner Siliziumsubstrate einbezogen, die durch den EFG-Prozeß erwachsen sind.
- Andere Anstrengungen hatten den Gebrauch gießbarer polykristalliner Substrate zur Folge, dendritischer Siliziumsubstratbahnen oder Substrate, die näher am einkristallinen Material sind, das sind Substrate, die durch Unterteilung von Blöcken entstehen, welche nach der Czochralski-Methode erwachsen sind.
- In jedem Fall und unabhängig von der Substratherkunft, sind bestimmte Schritte erforderlich, um ein Siliziumsubstrat in eine betriebsfähige photovoltaische Solarzelle zu konvertieren. Insbesondere muß ein photovoltaischer Übergang gebildet werden, der einer Oberfläche der Substrate gegenüberliegt. Im Falle von EFG-erwachsenen Substraten sind die Substrate typischerweise von p-Leitfähigkeit, die vorzugsweise mit Bor dotiert sind und auf diese Weise eine Leitfähigkeit im Bereich von ungefähr 2-3 ohm-cm haben.
- Dabei muß ein n-Dotiermittel, zum Beispiel Phosphor, in eine Seite der Substrate eingebracht werden, um einen photovoltaischen Halbleiterübergang zu bilden.
- Die Bildung von Übergängen in Halbleitersubstraten durch Diffusion ist bekannt. Das Diffusionsverfahren kann unterschiedliche Formen haben. In einem Fall kann die Diffusion aus einem Quellmaterial in Dampfform, zum Beispiel Phosphan, auftreten Bei einem anderen Verfahren wird eine feste Ablage gebildet, die die Dotiermittelguelle enthält, wobei durch Erwärmen der festen Ablage das Dotiermittel veranlaßt wird, aus der Ablage in das Substrat zu diffundieren. Bei einem weiteren Verfahren werden sogenannte "spin-on"-Materialien, die als Beschichtung auf dem Substrat angebracht sind, nach Befeuerung der Beschichtung veranlaßt, den auftretenden Diffusionsprozeß zu bewirken.
- US-PS 4,451,969, US-PS 4,751,191 und US-PS 4,152,824 offenbaren verschiedene Verfahren zur Herstellung von Halbleitersolarzellen, bei denen p-n-Übergänge durch Diffusion aus einer festen oder gasförmigen Quelle gebildet werden. Weitere Informationen zum Diffusionsprozeß zur Herstellung von p-n- Übergängen sind in den Referenzschriften zu obigen Patenten enthalten. Zusätzlich gibt es Informationen zu gasförmigen oder flüssigen Dotiermittelquellen in K.S. Tarneja et al. -Investigation of Liquid Dopants for the Production of High Efficiency Solar Cells from Dendritic Web Silicon", J. Electrochemical Soc., Vol 131, No. 10, pp. 2438-2441, Oct. 1984.
- US-PS 4,451,969 und US-PS 4,751,191 beschreiben die Methode der diffundiert hergestellten Übergänge, wobei die Übergänge dadurch hergestellt werden, daß die Siliziumsubstrate in einem Diffusionsofen einem kontinuierlichen Durchfluß einer Gasatmosphäre mit Sauerstoff, Stickstoff und einer Phosphorquelle wie zum Beispiel Phosphan (PH&sub3;) bei einer Temperatur von ungefähr 900ºC für ungefähr 30 Minuten ausgesetzt werden. Im Diffusionsofen tritt eine Vielzahl von Reaktionen auf, aber die entscheidende Reaktion ist die Bildung von phosphorsilikatem Glas, welches durch die Formel (P&sub2;O&sub5;)x(SiO&sub2;)y repräsentiert wird.
- Das Glas wird von einem Band abgezogen, indem es in einer gepufferten HF-Säurelösung für eine Zeit von ungefähr 2 Minuten geätzt wird.
- Gasförmige Diffusionsprozesse, wie sie in dem oben genannten Stand der Technik beschrieben werden, welcher die Diffusionsprozesse typisiert nach der Verwendung durch unterschiedliche Gesellschaften zur Herstellung von Solarzellen, besitzen die Nachteile relativ hoher Kosten mit gefährlicher toxischer Umgebung. Weiterhin ist die Diffusion nicht begrenzt auf nur eine Oberfläche der Substrate, wodurch ein nachfolgender Schritt zur Isolation der Übergänge notwendig wird, wie zum Beispiel beschrieben in US-PS 4,989,059 bzw. der vorausgehenden Anmeldung mit der Ser.No. 375,037.
- Es ist weiterhin aus US-PS 4,273,950 bekannt, daß p-n- Übergänge in Halbleitersubstraten eines ersten Typs von Leitfähigkeit durch Sprühbeschichtung wenigstens einer Oberfläche der Substrate mit einem flüssigen Material zweiter Leitfähigkeit, welches Dotiermittel enthält, gebildet werden; anschließend erfolgt Trocknen der Dotiermittel enthaltenden Beschichtung in einem Ofen um einen Dotiermittel enthaltenen Rückstand zu erhalten; danach erfolgt Aufheizen des beschichteten Substrats in einem unipolaren Microwellenfeld um das Dotiermaterial zur Diffusion in das Substrat zur Bildung von wenigstens einem Bereich einer zweiten Konduktivität zu veranlassen und wenigstens eines oberflächlichen p-n-Überganges darin.
- Zusätzlich ist es aus US-PS 4,360,393 bekannt, daß das Besprühen eines Dotiermittels enthaltenden flüssigen Quellmaterials auf ein Halbleitersubstrat durch einen Zerstäuber (unter Einschluß oder Ausschluß eines inerten Gases) bei erhöhter Temperatur ausgeführt werden kann, so daß das Spray verkleinerte Tröpfchen enthält und wobei das Besprühen und das nachfolgende Befeuern nacheinander in separaten Kammern ausgeführt wird.
- Das Betreiben von ultrasonischen Sprühdüsen ist beschrieben in dem Artikel "Ultrasonic Nozzles Atomize Without Air" by Harvey L. Berger in Machine Design, 21 Juli 1988.
- Ferner beschreiben US-PS 4,836,137 und eine Broschüre von Integrated Technologies, Inc. mit der Bezeichnung "Series PM2000 Modular Precision SPRAY COATING & DRYING Systems" (undatiert) die Verwendung von gegenüberliegenden Kammern zur Sprühbeschichtung und Trocknung, durch welche die Werkstücke von Fördereinrichtungen transportiert werden.
- Jedenfalls verbleiben Probleme bezüglich der Einheitlichkeit und Tiefe der Dotiernittel-Diffusion und der Ätzqualität des glasartigen Residiums, welches auf der Oberfläche des Substrats nach Diffusionsbefeuerung verbleibt. Hiermit übereinstimmend wurden im Hinblick auf den Wunsch der Kostenreduzierung bei Verbesserung der Zuverlässigkeit Anstrengungen zur Vereinfachung und zum Erhalt einer zuverlässigeren und weniger kostenträchtigen Vorgehensweise zur Bildung der Übergänge unternommen.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Methode und eine Vorrichtung zur Bildung von p-n-Übergängen durch Diffusion in Siliziumsubstraten zu schaffen.
- Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Methode zur Bildung photovoltaischer Übergänge durch Diffusion in Siliziumsubstraten zu schaffen, um photovoltaische Siliziumzellen herzustellen.
- Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist es, eine Methode und eine Vorrichtung zum Eindiffundieren vön Übergängen in bandartige Substrate so zu schaffen, daß die Diffusion im wesentlichen begrenzt ist auf eine der beiden gegenüberliegenden breiten Oberflächen des Substrates, wobei der Bedarf einer Isolation des Überganges vermieden wird.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine neue Methode und eine Vorrichtung zur Bildung eines p-n-Überganges in einem Substrat zu schaffen, welche im wesentlichen umfaßt: (1) die Anbringung eines dotierten Quellmaterials in einer flüssigen oder halbflüssigen Form auf einer Oberfläche der Substrate und (2) die Aufheizung der Substrate und des Quellmaterials um das Dotiermittel zu veranlassen, sich von dem Quellmaterial zu lösen und in das Substrat zu diffundieren, um einen oberflächlichen und einheitlichen p-n-Übergang zu bilden.
- Ein zusätzlicher Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung p- typisierter Siliziumsubstrate zu schaffen, wobei ein n+ typisches Dotiermittel auf das Substrat in flüssiger Lösung aufgebracht wird und die flüssige Lösung danach befeuert wird, um das Dotiermittel zur Diffusion in das Substrat zur Bildung eines oberflächlichen p-n-Übergangs zu veranlassen.
- Ein weiterer zusätzlicher Gegenstand der Erfindung ist es, eine Methode zur Bildung von Solarzellen unter Verwendung EFG-typisierter polykristalliner Substrate zu schaffen, wobei ein flüssiges Dotiermittel enthaltendes Quellmaterial, welches ein vorbestimmtes Dotiermittel enthält, auf eine Seite der Substrate als eine dünne und einheitliche Beschichtung gesprüht wird und danach die Substrate und das flüssige Quellmaterial befeuert werden, um das Dotiermittel zu veranlassen, in die Substrate zu diffundieren und auf diese Weise einen p-n-Übergang zu bilden.
- Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung zur Aufbringung eines flüssigen Dotiermittel enthaltenden Quellmaterials auf ein Substrat als Vorbereitung zur Bildung eines Übergangs durch Diffusion zu schaffen.
- Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen zu schaffen, welches die Bildung von photovoltaischen Übergängen in vorgeformten Substraten durch einen Diffusionsdotierprozeß mit sich bringt, wobei ein Dotiermittel enthaltendes Quellmaterial auf eine Seite der Substrate durch eine Sprühvorrichtung aufgebracht wird und die Substrate auf ein flüssigkeitsabsorbierendes Förderband oder einen Riemen während der Aufbringung des Dotiermittel enthaltenden Quellmaterials gelegt sind, um zu verhindern, daß Dotiermittel enthaltendes Quellmaterial die Rückseiten der Substrate beschichtet.
- Diese und andere Gegenstände, auf die noch eingegangen wird, oder die offensichtlich sind, werden verwirklicht durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, das/die im allgemeinen wie folgt charakterisiert ist: (1) ein flaches bandartiges Siliziumsubstrat wird mit einer dünnen einheitlichen Beschichtung eines Quellmaterials mit einem ausgewählten Dotiermittel besprüht, (2) das beschichtete Substrat wird dann durch eine Trockenstufe geführt, wobei das flüssige Quellmaterial getrocknet wird und (3) danach wird das Substrat zum Befeuern in einem Diffusionsofen einer sauerstoffhaltigen Umgebung unter Bedingungen ausgesetzt, die so ausgelegt ist, daß das Dotiermittel im Quellmaterial zur Diffusion in die Substrate zur Bildung eines oberflächlichen p-n-Übergangs veranlaßt wird. Eine Vorrichtung zum Sprühen von Flüssigkeit wird verwendet, um das flüssige Quellmaterial als einen feinen sprayartigen Nebel aufzubringen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Substrate auf einen flüssigkeitsabsorbierenden Förderer an der Sprayvorrichtung vorbeigeführt und die Sprayvorrichtung enthält einen ultrasonischen Sprühkopf, der oberhalb des Förderers mit Mitteln befestigt ist, die zum Hin- und Herbewegen des Sprühkopfs transversal zum Bewegungspfad der Substrate auf dem Förderer vorgesehen sind, um auf diese Weise das flüssige Quehmaterial zur Aufbringung in einem hin- und hergehenden Sprühmuster zu veranlassen, wobei die Hin- und Her-Geschwindigkeit des Sprühkopfs und die Linearbewegung des Förderers so eingestellt sind, daß jede Linie der durch den Sprühkopf ausgebrachten Flüssigkeit eine vorhergehend abgelegte Linie von Flüssigkeit überlappt und auf diese Weise eine durchgehende Beschichtung auf dem Substrat bildet. Die Beschichtung wird anschließend befeuert, um das Auftreten des Diffusionsprozesses zu veranlassen. Durch geeignete Auswahl eines Quellmaterials und der Betriebsbedingungen ist es möglich, einen relativ einheitlichen oberflächlichen Übergang im p-typisierten Siliziummaterial zu erhalten, wobei der Übergang eine Tiefe von ungefähr 0,5 Micrometern hat.
- Insbesondere ist das Verfahren nach dieser Erfindung zur Bildung von p-n-Übergängen in Siliziumsubstraten zur Erzeugung von photovoltaischen Siliziumzellen durch die Schritte gekennzeichnet:
- (a) Ausrichtung einer Vielzahl von Siliziumsubstraten, jedes mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche in einer ersten Prozeßkammer, wobei die Substrate vom Typ einer ersten Leitfähigkeit sind;
- (b) Sprühbeschichtung jeder der Vorderflächen in der ersten Prozeßkammer mit einem flüssigen Dotiermittel enthaltenden Material durch eine Vorrichtung mit einer Ultraschall-Sprüheinrichtung, um auf jeder der Vorderflächen eine Lage des Dotiermittel enthaltenden Materials mit einer Dicke zu bilden, die im wesentlichen geringer ist als die der Substrate, wobei das Dotiermittel vom Typ einer zweiten gegensätzlichen Leitfähigkeit ist;
- (c) Entnahme der Substrate aus der ersten Prozeßkammer und Verbringung der Substrate in eine zweite Prozeßkammer;
- (d) Trocknung der Lagen in der zweiten Prozeßkammer, um einen Dotiermittel enthaltenden Rückstand auf jeder der Vorderflächen zu erhalten;
- (e) Entfernung der Substrate aus der zweiten Prozeßkammer, und Verbringung der Substrate in eine Feuerkammer; sowie
- (f) Befeuerung der Substrate in der Feuerkammer in einer sauerstoffhaltigen Umgebung, um Diffusion des Dotiermittels aus den Rückständen in das Substrat zu veranlassen, um auf diese Weise in jedem der Substrate einen Bereich der zweiten und gegensätzlichen Leitfähigkeit zu erhalten sowie einen p-n-Übergang gegenüberliegend der Vorderfläche; wobei bei diesem Verfahren die relative Feuchtigkeit einer Luftatmosphäre in der ersten Prozeßkammer innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gehalten wird.
- Weitere Merkmale des Verfahrens nach dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 offenbart.
- Weiterhin ist die Vorrichtung nach dieser Erfindung eine Vorrichtung zur Bildung von oberflächlichen p-n-Übergängen in Siliziumsubstraten zur Erzeugung von photovoltaischen Siliziumzellen, wobei jedes der Substrate vom Typ einer ersten Leitfähigkeit ist und eine Vorderfläche und eine Rückfläche aufweist, wobei die Vorrichtung enthält:
- (a) eine erste Prozeßkammer;
- (b) eine zweite Prozeßkammer gegenüberliegend der ersten Prozeßkammer;
- (c) Fördermittel zur Aufnahme der Substrate auf deren Rükkenflächen und zum sequentiellen Bewegen in die, durch die und aus der ersten Prozeßkammer und der zweiten Prozeßkammer;
- (d) eine Ultraschall-Sprüheinrichtung, die wenigstens teilweise in der ersten Prozeßkammmer angeordnet ist, wobei die Sprühvorrichtung zum Sprühbeschichten der Vorderflächen jedes der Substrate mit einer ununterbrochenen und im wesentlichen einheitlichen Lage aus einem flüssigen Quellmaterial vorgesehen ist, welches als Bestandteil ein Dotiermittel einer zweiten Leitfähigkeit entgegengesetzten Typs enthält, während sich die Substrate auf dem Fördermittel durch die erste Prozeßkammer bewegen;
- (e) Mittel zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur in der zweiten Prozeßkammer, um die Lagen zu trocknen, während die Substrate auf dem Förderer durch die zweite Prozeßkammer bewegt werden;
- (f) einer Befeuerungskammer;
- (g) Mittel zur Förderung der Substrate, welche die getrockneten Lagen tragen, von dem Förderer in die, durch die und aus der Befeuerungskammer, sowie
- (h) Befeuerungsmittel in der Befeuerungskammer zum Aufheizen der Substrate, welche die getrockneten Lagen tragen, während sie durch die Befeuerungskammer bei einer Temperatur und während einer Zeit bewegt werden, die ausreicht, um Diffusion des Dotiermittel enthaltenden Bestandteils der getrockneten Lagen in die Vorderflächen der Substrate zu veranlassen und um p-n-Übergänge mit im wesentlichen einheitlichen Tiefen bezüglich der Vorderfläche jedes der Substrate zu bilden, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß
- (I) Luftleitmittel mit der ersten Prozeßkammer kommunizieren, um angefeuchtete Luft dort einzulassen sowie daß
- (II) ein erster Feuchtigkeitssensor in der ersten Prozeßkammer angeordnet ist zur Erzeugung von Signalen für eine Steuereinrichtung, um den Durchfluß von befeuchtender Luft durch die Luftleitmittel zu erzeugen, welcher benachbart zu der Sprüheinrichtung liegt, um die relative Feuchtigkeit in der ersten Prozeßkammer benachbart zur Sprüheinrichtung in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
- Die Unteransprüche 15 bis 22 offenbaren wichtige Merkmale dieser Vorrichtung.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beschrieben oder sind offensichtlich durch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu sehen ist. Es zeigen:
- Fig.1A-1E einige der Schritte zur Herstellung von Solarzellen mit p-n-Übergängen nach dieser Erfindung,
- Fig.2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung und des Verfahrens zur Bildung von diffundierten Übergängen und Solarzellen nach dieser Erfindung,
- Fig.3 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht des Sprühkopfs von vorne, wie er bei Ausübung der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und
- Fig.4 eine vergrößerte schematische Ansicht der Befestigung des ultrasonischen Sprühkopfs zur Hin- und Herbewegung oberhalb der Substrate.
- In den Zeichnungen werden aus Gründen der Angemessenheit von Beschreibung und Darstellung die Dicke und Tiefe der Substrate und die verschiedenen Beschichtungen und dotierten Regionen und die mechanischen Teile nicht exakt in Übereinstimmung mit ihren wahren Relativpositionen und -proportionen dargestellt.
- Die Erfindung ist ausgerichtet zur Schaffung einer hochgerüsteten Technik zur Bildung von Übergängen vorberechnet zur Kostenreduzierung bei der Herstellung von relativ hocheffizienten und zuverlässigen photovoltaischen Siliziumzellen und verwandten Vorrichtungen.
- Vor dieser Erfindung war es bekannt, daß Dotiermitteldiffusion in einer Halbleitervorrichtung durch Aufbringung eines flüssigen Quellmaterials auf ein Substrat auf verschiedene Weise, zum Beispiel durch "spin-on" und Sprühtechnik erreicht werden konnte. Jedoch ist in Bezug auf die Herstellung von Solarzellen das Konzept des Aufsprühens einer Diffusionsquelle auf ein Siliziumsubstrat Gegenstand einer Anzahl von signifikanten Überlegungen, einschließlich des Bedarfs an oberflächlichen und ebenso einheitlichen Übergängen und ebenso des Bedarfs, die Bildung von Übergängen auf der Rückseite der Solarzellen zu vermeiden.
- Die vorliegende Erfindung ist insbesondere, aber nicht notwendigerweise angepaßt an eine zellenerzeugende Methode, bei der p-typisierte Silizium-EFG-Substrate zur Bildung oberflächlicher p-n-Übergänge behandelt werden. Die Bildung der p-n-Übergänge verlangt die Einführung eines Dotiermittels wie Phosphor, um eine n&spplus; Region auf einer Seite der Substrate zu erstellen.
- Während der Gedanke, eine flüssige Dotiermittel enthaltende Diffusionsquelle auf ein Halbleitersubstrat zu sprühen, wohl bekannt ist, ist es nicht bekannt gewesen, diesen Schritt anzuwenden, um in jedem einzelnen vorgeformten Siliziumsubstrat aus einer Serie einen oberflächlichen und einheitlichen photovoltaischen Übergang zu schaffen und auf diese Weise Massenherstellungsverfahren anzuwenden, um relativ hocheffiziente Solarzellen bei verringerten Kosten zu erhalten. Insbesondere war es auf einem Gebiet des Problems zur Bildung von Diffusionsübergängen von Interesse und erwünscht, aus Kostengründen und ähnlichem die Bildung eines Übergangs auf der Rückseite einer Solarzelle zu verhindern. Die Bildung eines Übergangs auf der Rückseite einer Solarzelle ist unerwünscht, weil hierdurch ein Schritt zur Isolation des Übergangs notwendig wird in dem gesamten Herstellungsprozeß. Die US-Anmeldung mit der Ser. No. 375,037 offenbart das Konzept zur Verwendung eines Lasers zur Erzeugung von Isolation eines Übergangs, wenn die Diffusion der Vorderseite sich vereint mit der Diffusion auf der Rückseite der Substrate.
- Die vorliegende Erfindung verlangt (1) eine flüssige oder halbflüssige Dotiermittelquelle, die auf einer Serie von Substraten als eine dünne, einheitliche Beschichtung aufgebracht wird und (2) daß die Beschichtung derart wärmebehandelt wird, daß die Bildung von einheitlichen und oberflächlichen p-n-Übergängen in den Substraten veranlaßt wird. In bevorzugter Ausführung dieser Erfindung wird das flüssige Dotiermittel durch mechanisch manipulierte ultrasonische Einrichtungen aufgebracht, welche so ausgelegt sind, daß die das Dotiermittel enthaltende Flüssigkeit in einer einheitlichen Lage aufgebracht wird, um auf diese Weise die Bildung von p- n-Übergängen mit einheitlicher Tiefe und Qualität bei geringem Verbrauch an Dotiermittel sicherzustellen.
- Die Anmelder verwenden bevorzugt einen drucklosen Atomisierungsprozeß der im wesentlichen gleich ist der Art, die Harvey L. Berger in "Ultrasonic Nozzles Atomize Without Air", Machine Design, July 21, 1998 beschreibt. Jedoch hat die Sprühtechnik, die in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, keine Beziehung zur Bildung von Solarzellen nach dieser Erfindung.
- Mit Bezug auf die Fig.1A-1E, die mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung übereinstimmen, werden Silizium-Wafer oder Substrate in der Form flacher Bänder 2 zur Bildung photovoltaischer Solarzellen bearbeitet. Jedes Substrat 2 hat breite gegenüberliegend angeordnete Vorder- und Rückenflächen 4 und 6. Jedes Substrat 2 ist p-typisiertes Siliziummaterial, bevorzugt enthaltend ein Substrat welches durch den EFG-Prozeß erwachsen ist und mit Bor auf eine Leitfähigkeit im Bereich zwischen 2 und 3 ohm-cm dotiert ist.
- Jedes Substrat 2 wird auf einem Flüssigkeit absorbierenden Riemen oder einer Bahn 8 ausgelegt, welche(r) selbst als Förderer wirkt oder der/die auf einen separaten Förderriemen entsprechend der Phantomdarstellung 10 gebracht wird oder der/die Teil eines solchen bildet. Vorzugsweise ist der Riemen 8 aus Papier oder Stoff oder einem rückseitig plastifizierten Papier oder Stoffgewebe, zum Beispiel eine Polyethylen beschichtete Papierbahn und wird benutzt ohne einen separaten Förderriemen 10 aus Gründen von Wirtschaftlichkeit und Qualitätssteuerung. Eine Vielzahl von Substraten 2 werden in Serie auf der Bahn 8 abgelegt, wobei die Breite der Bahn größer als die korrespondierende Breite der Substrate 2 entsprechend Fig.1B ist. Es wird bevorzugt ein Riemen 8 mit einer Breite, die groß genug ist um mehrere, das heißt 1 bis 5 Substrate Seite an Seite angeordnet aufzunehmen. Jedoch wird für die Einfachheit der Darstellung und der Beschreibung die Erfindung in Annahme einer einzigen Reihe von Substraten, die auf der Bahn 8 abgelegt sind, beschrieben.
- Die verschiedenen Substrate, die in Serie auf der Bahn 8 abgelegt sind, werden neben einen Sprühkopfmechanismus geführt zur Aufbringung einer dünnen Beschichtung 12 (Fig.1C) aus einer flüssigen Dotiermittel enthaltenden Quelle auf die Oberseite 4 der Substrate 2. Das Material der flüssiges Dotiermittel enthaltenden Quelle wird in einer einheitlichen und sehr dünnen Lage aufgebracht und dann getrocknet.
- Danach werden die Substrate zu einer oder mehreren zusätzlichen Prozeßstufen gefördert, zum Beispiel über den anderen Förderer 14 (Fig.1D), wo sie einem organischen burnoff und außerdem einem Befeuerungsschritt ausgesetzt werden, um die Bildung einer n&spplus; Region 16, die sich unterhalb der Oberfläche der Substrate mit einer Entfernung von ungefähr 0,5 Micrometern erstreckt, zur Bildung eines p-n-Übergangs 18 zu veranlassen. Die Befeuerung verursacht eine zurückbleibende glasartige Siliziumlage 20, die auf der Oberfläche der Substrate gebildet wird. Diese glasartige Lage wird durch eine konventionelle HF-Ätzbehandlung entfernt, wobei die Substrate dann mit einer relativ sauberen Oberfläche 4 (Fig.1E) zurückgelassen werden. Ebenfalls hat weder die Rückfläche noch die untere Oberfläche selbst eine signifikante n&spplus; Region ausgebildet.
- Im oben beschriebenen Verfahren ist die Flüssigbeschichtung 12 so aufgebracht, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche 4 der Substrate mit dem Sprühkopfmechanismus bedeckt wird, der so ausgelegt und betrieben wird, daß wenig Dotier mittel enthaltendes Quellmaterial unmittelbar auf die Bahn 8 gesprüht wird, aber in jedem Fall wenig oder kein flüssiges Dotiermittel enthaltendes Quelimaterial die Rückseite 6 der Substrate durch Diffusion oder unbeabsichtigt erreicht, dies in Übereinstimmung mit der absorbierenden Eigenschaft der Bahn 8.
- Mit Bezug zur Fig.2 wird die Erfindung vorzugsweise in einer Vorrichtung mit Lademechanismus oder Bühne ausgeführt, welche zum Aufladen einer Vielzahl von Substraten 2, das sind p-typisierte Siliziumsubstrate, auf den Förderer eines bestimmten Flüssigkeitssprühapparats mit dem allgemeinen Bezugszeichen 26 ausgelegt ist. Letzterer enthält Tragmittel 28 zur Aufnahme eines Förderriemens in Form einer Papierbahn 30, die von einer Bahnabzugsspule 32 versorgt wird und welche von einem Bahnaufwickler oder einer Aufnahmevorrichtung 34 aufgenommen wird. Die Bahn 30 hat eine Geschwindigkeit im Bereich zwischen 12,7-254 cm (5-100 inches) pro Minute, vorzugsweise ungefähr 25,4-127 cm (10-50 inches) pro Minute.
- Die Sprühvorrichtung 26 enthält außerdem eine Haube 38, die das Band 30 und die Siliziumsubstrate 2, die durch das Band getragen werden, einhüllt, und ebenso andere Einzelheiten, die noch beschrieben werden. Die Haube 38 hat einen Sammelboden 42 mit einer Auslaßöffnung 44, die an eine Absaugquelle (nicht gezeigt) angeschlossen ist, um Luft, nicht abgelegtes Dotiermittel, Wasserdampf und dampf förmige organische Lösungsmittelbestandteile des flüssigen Dotiermittel enthaltenden Quellmaterials zu entfernen, welches auf die Substrate gesprüht wird. Die Vorderwand und Rückwand 48 und 50 der Haube 38 haben Öffnungen oder Fenster 52 und 54, durch welche das Förderband 30 und die davon getragenen Substrate in die und aus der Haube passieren können. Die Haube 38 enthält eine Wand 56, die eine Sprühkammer 58 definiert, eine Trockenkammer 60 und einen Trockentunnel 62. Raumluft, das ist Luft von Raumtemperatur und Feuchtigkeit, wird in das vordere Ende der Haube 38 über das Rohr 46 gespeist. Der Bereich in der Haube 38 unmittelbar stromaufwärts der Sprühkammer 58, der Trockenkammer 60, des Trockentunnels 62 und der Bereich in der Haube 38 unmittelbar stromabwärts des Trockentunnels 62 werden mit befeuchteter Luft von vorzugsweise einer Temperatur im Bereich von 18,3-29,4ºC (65-85ºF) beaufschlagt, das ist Luft mit kontrollierter Feuchtigkeit, über die Leitungen 69,70,72 und 74 sowie 76. Nach dieser Erfindung wird die Feuchtigkeit, welcher die Substrate in den Kammern 58 und 60 und im Trockentunnel 62 ausgesetzt sind, gesteuert, wobei die Steuerung durch den Gebrauch von Feuchtigkeitssensoren, schematisch gezeigt mit 80,82 und 84, veranlaßt wird, die so positioniert werden, daß sie die relative Feuchtigkeit in den Kammern 58 und 60 und in dem Trockentunnel 62 erfassen und Steuersignale an nicht gezeigte Steuereinrichtungen abgeben, welche den Durchfluß von befeuchteter Luft in den Leitungen 70,72 und 74 steuern. Die relative Feuchtigkeit der Luft in den Kammern 58 und 60 ist im Bereich zwischen 25 und 45 % gehalten, während die relative Feuchtigkeit im Tunnel 62 im Bereich zwischen 25 bis 60 % gehalten wird. Die Steuerung der Feuchtigkeit der Luft in den Kammern 58 und 60 sowie im Tunnel 62 ist kritisch für die Steuerung der Polymerisation der bevorzugten Dotiermittelquelle, die im nachfolgenden beschrieben wird. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß, wenn die bevorzugte Dotiermittelquelle einer Feuchtigkeit im Luftstrom zu den Kammern 58 und 60 und zum Tunnel 62 ausgesetzt wird, weitere Polymerisation auftritt. Die Durchflußrate der befeuchteten Luft in den Leitungen 69 und 76 ist geringfügig größer als die Durchflußrate befeuchteter Luft in den Leitungen 70,72 und 74 um auf diese Weise den Druck im Zuführbereich der Leitungen 69 und 76 zu veranlassen, den Druck in den Kammern 58 und 60 sowie im Tunnel 62 nur geringfügig zu übersteigen, das heißt, weniger als 25,38 kg/m² (1 inch of water) um auf diese Weise zu helfen, den Zufluß nicht befeuchteter Luft, das heißt Raumluft, in die Kammern 58 und 60 und den Tunnel 62 zu verhindern, ohne die Einheitlichkeit des Sprühens wie nachfolgend beschrieben zu stören.
- In der Sprühkammer 58 ist ein ultrasonischer Sprühkopf 90, der transversal bezüglich der Längsachse des Riemens hin und her bewegt wird. In der Sprühkammer wird eine flüssige Dotiermittel enthaltende Sprühquelle auf die Substrate bei Raumtemperatur oder bei annähernd Raumtemperatur, das heißt 18,3-29,4ºC (65-85ºF), aufgesprüht mit einer Rate und mit einem Austragsmuster, so ausgelegt, daß eine einheitliche Beschichtung 12 (Fig.1C) der Dotiermittel enthaltenden Quelle auf der Vorderfläche der Substrate abgelegt wird, mit einem Minimum an Überlappung des Sprühstroms auf der Bahn 8. In der Trockenkammer 60 und im Trockentunnel 62 wird das flüssige zur Diffusion bestimmte Quellmaterial bei einer Temperatur, die vorzugsweise im Bereich zwischen 18,3 und 29,4ºC (65- 85ºF) liegt, getrocknet, wonach die Substrate aus der Sprühvorrichtung 26 für nachfolgenden organischen Brand und zur Diffusionsbehandlung gefördert werden, die vorzugsweise in getrennten Bereichen eines langgestreckten Infrarotofens 100 durchgeführt werden, der einen Bandförderer zum Transport der Substrate durch die Brennkammer (n) aufweist. In der Wärmebehandlung durch organischen Abbrand im Ofen 100 werden die Substrate in Luft bei einer Temperatur, die vorzugsweise im Bereich zwischen 300 und 500ºC liegt, behandelt, um die vollständige Entfernung von rückständigen organischen Bestandteilen der Dotiermittel enthaltenden Quellflüssigkeit durch Verdampfung und Verbrennung zu erzielen. In der Diffusionsstufe des Ofens 100 werden die Substrate in Luft oder einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 880 und 950ºC befeuert, wobei Phosphor im Dotiermittel enthaltenden Quellmaterial veranlaßt wird, in die Substrate zu diffundieren und die n+ Region 16 und den Übergang 18 entsprechend den Fig.1A bis 1E zu bilden. Die Verwendung eines Infrarotofens bietet den Vorteil, die Befeuerungszeit zur Diffusion zu verringern, die für die erwünschte Übergangstiefe erforderlich ist. Die Substrate werden vom Ofen 100 durch eine geeignete Entladevorrichtung 102 entfernt, wonach die Substrate zum Ätzen, wie oben beschrieben, zwecks Entfernung jeglicher glasartiger Silikat-Rückstände (oder Phosphorsilikat-Rückstände) ausgesetzt werden, die auf den Vorderflächen 4 der Substrate verbleiben.
- Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines ultrasonischen Sprühkopfs, der bei Ausführung der Erfindung gebraucht wird. Ultrasonische Sprühköpfe sind wohlbekannt, siehe zum Beispiel US-PS 4,723,708, 4,153,201, 4,337,896 und 4,301,968 sowie Artikel von Berger siehe oben. Insbesondere enthält die Vorrichtung nach Fig.3 einen Spant oder ein Gehäuse in Form eines Vorderspantes oder eines Gehäusebestandteils 120 und einen rückwärtigen Spant oder ein Gehäusebestandteil 122, die zusammengeschraubt sind. Der Vorderspant 120 hat eine Endwand 124, in der ein hohles konusförmiges zerstäubendes Horn oder eine Düse 126 mit einer "microspray "-Spitze 128 entsprechend dem Berger-Artikel, siehe oben, angeordnet ist. Ein O-Ring 130 ist zwischen der Endwand 124 und dem Horn 126 angeordnet. Der Sprühkopf enthält einen ultrasonischen Antrieb in Form einer ringförmigen Metallelektrode 134, die zwischen einem Paar von ringförmigen piezoelektrischen Scheiben 136 sitzt. Letztere sind zueinander koaxial und radial geformt mit einer mit Gewinde versehenen zentralen Rohrverlängerung 138 des zerstäubenden Horns 126, welches in das rückliegende Horn oder den Dummy-Abschnitt 140 eingeschraubt ist. Die Verlängerung 138 erstreckt sich durch den rückwärtigen Hornabschnitt 140 und ebenso durch die rückwartige Wand 142 des rückwärtigen Spants 122. Das Horn 126 und die Verlängerung 138 besitzen eine gemeinsame zentrale Bohrung 144, die als Zuführpassage für die flüssige Dotiermittel enthaltende Quelle sorgt. O-Ringe 146 und 148 sind zwischen dem vorderen und rückwärtigen Hornabschnitt 126 und 140 sowie zwischen rückwärtiger Endwand 142 und dem rückwärtigen Hornabschnitt angeordnet.
- Der rückwärtige Spant hat einen Erdanschluß 150, der mit einer geeigneten Drahtleitung 152 an die Erdelektrode 154 angeschlossen ist, die auf einer Seite der piezoelektrischen Anordnung sitzt. Zusätzlich ist eine elektrische Verbindung 156 in der Rückwand 142 vorgesehen und mit einem leitenden Draht 158 mit der Vorderelektrode 134 verbunden.
- Die Vorrichtung nach Fig.3 soll eine transversale Vibration erzeugen, das heißt, daß die Aktivierung der piezoelektrischen Kristalle das frontwärtige und das rückwärtige Horn zur Vibration transversal zu der Längsachse der Vorrichtung veranlaßt. Das rückwärtige Ende der Verlängerung 138 ist mit einem Schlauch oder einem anderen Ausgang (nicht gezeigt) mit einem Versorgungsanschluß für das flüssige Dotiermittel enthaltende Quellmaterial (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden. Das flüssige Dotiermittel enthaltende Quellmaterial wird zu dem Sprühkopf unter atmosphärischem oder annähernd atmosphärischem Druck durch Schwerkraft oder durch eine geeignete Niederdruck-volumenverdrängende-Meßpumpe (nicht gezeigt) gefördert, welche bevorzugt keine Luft benötigt, um das flüssige Dotiermaterial zu fördern. Wenn eine Pumpe benötigt wird, soll deren Ausgangsdruck vorzugsweise ungefähr 35,04-43,8 g/cm² (16-20 psi) nicht übersteigen. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, wird ein Sprühkopf der Art verwendet, wie er von Sono-Tek aus Poughkeepsie, New York, hergestellt wird. In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, daß der Sprühkopf entsprechend Fig.3 im Prinzip übereinstimmt mit den Vorrichtungen nach US-PS 4,723,708 und dem vorangenannten Artikel von Berger. Beispielsweise, aber ohne Beschränkung hierauf, kann der ultrasonische Sprühkopf ein Sono-Tek Modell 8700-120 Sprühkopf sein, der mit einer Frequenz von ungefähr 48 kHz betrieben wird, während ein Modell 909 Spritzenpumpe, hergestellt von Harvard Apparatus Corp. of South Natick, Massachusetts, verwendet werden kann, um Dotiermittel enthaltendes Quellmaterial zum Sprühkopf zu fördern. Die Zentralbohrung 144 in der Düse hat vorzugsweise einen Durchmesser an ihrem Austragsende im Bereich von ungefähr 0,038 cm (0,015 inch) bis ungefähr 0,076 cm (0,030 inch), vorzugsweise ungefähr 0,051 cm (0,020 inch), wodurch ultrafeine micrometergroße Tröpfchen in einem "weichen" Sprühnebel mit geringer Geschwindigkeit ausgetragen werden.
- Mit Bezug auf Fig.4 ist der ultrasonische Sprühkopf 90 bezüglich der Längsachse und des Bewegungspfades der Papierbahn hin und hergehend quer dazu beweglich angeordnet. Beispielhaft und ohne Beschränkung hierauf ist der ultrasonische Sprühkopf auf einer Tragvorrichtung 170 angeordnet, die zur Hin- und Herbewegung an einer oder mehreren Schlittenstangen 172 befestigt ist, welche an geeignet befestigten Trägern 174,176 verankert sind und sich horizontal über den Riemen erstrecken. Eine geeignete Antriebsvorrichtung ist schematisch mit 180 gezeigt und wird verwendet, um die ultrasonische Düse mit einer ausgewählten Rate von bevorzugt ungefähr 48 vollständigen Hüben (vor und zurück) pro Minute hin- und hergehend anzutreiben.
- Verschiedene flüssige Dotiermittel enthaltende Quellmaterialien können in der Praxis dieser Erfindung verwandt werden. Beispielsweise und ohne Beschränkung kann das flüssige Dotiermittel enthaltende Quellmaterial ein Phosphor spin-on" Dotiermittel sein wie eines der spin-on Dotiermittel, die von Allied-Signal Inc., Milpitas, CA vekauft werden unter den Bezeichnungen P-8, P-8540 und P-8545. Diese teilweise spin-on- Materialien enthalten ein phosphorsilikates Polymer in einer Alkohol/Ester Lösung. Das phosphorsilikate Polymer wird durch die folgende Formel repräsentiert [SiOa(OC&sub2;H&sub5;)b(OH)c(OP)d]n, wobei a ≥ 1,b und c ( 0,5, d ( 1,0 und n = 5-100 mit einem Molekulargewicht des Polymers im Bereich von 500-10.000. Die Alkohol/Ester-Lösung enthält eine Mixtur aus Äthanol, Isopropylalkohol, n-Propyalkohol und Ethylacetat. Das P-8545 Mate rial wird bevorzugt. Von diesem Material wird angenommen, daß es angenähert 4,9 % Phosphorsilikatpolymer, 2 % Ethanol, 36 % Isopropylalkohol, 12 % Ethylacetat und 45 % Propylalkohol in Gewichtsprozenten enthält. Für diese Erfindung wird bevorzugt dieses Material so verdünnt, daß ein Volumenverhältnis Dotiermittel zu Lösungsmittel entsteht, welches das richtige Sprühdiffusionsmuster ermöglicht und die Bildung einer einheitlichen Lage von Dotiermittel enthaltendem Quellmaterial auf den Substraten sicherstellt. Beispielsweise wird das P- 8545 Material durch Vergrößerung der Konzentrationen von Ethanol, Isopropylalkohol, n-Propylalkohol und Ethylacetat auf ungefähr 50 Volumenprozent verdünnt. Wenn das Phosphorsilikatpolymer abgelegt und in den Kammern 58 und 60 und im Tunnel 62 getrocknet ist, tritt weitere Polymerisation auf, wobei das Ausmaß der Polymerisation teilweise von der Feuchtigkeit und dem Luftdurchfluß in diesen Kammern und im Tunnel abhängt.
- Die Benutzung eines Papierbandes oder Riemens ist zu dem Zweck erforderlich, daß im wesentlichen verhindert wird, daß jegliches aufgesprühte flüssige Quellmaterial auf die Rückseite der Substrate wandert, die auf dem Riemen abgelegt sind. Der ultrasonische Sprühkopf 90 ist durch Antriebsmittel 180 derart hin- und hergeführt, daß seine Düse kurz über die gegenüberliegenden Kanten der Substrate hinauswandert, während er zuerst das eine Ende und dann das andere Ende seines Arbeitshubes erreicht. Vorzugsweise ist die Bewegung des ultrasonischen Sprühkopfes derart, daß diese sich über jede der gegenüberliegenden Kanten des Substrates um ungefähr 1,27- 2,54 cm (0,5-1,0 inch) erstreckt und auf diese Weise jegliche ungewünschte Konzentration von Dotiermittel an den Stellen vermeidet, wo der Sprühkopf seine Bewegungsrichtung relativ zum Band 30 umkehrt.
- Unter Außerachtlassung der Absorption von überschüssiger Dotiermittelflüssigkeit durch das Papierband 8 konnte herausgefunden werden, daß ein relativ geringer Anteil von Quellmaterial bedingt durch das Band 8 über die rückwärtigen Oberflächen der Substrate bis zu einer Entfernung, die sich bis zu ungefähr 0,076 cm (0,030 inch) nach innen von einer oder beider Seitenkanten der Substrate erstreckt, im allgemeinen nicht mehr als ungefähr 0,025 cm (0,010 inch) bis ungefähr 0,038 cm (0,015 inch), ausbluten kann.
- Jedoch ist die Aufnahme von Dotiermittel enthaltendem Quellmaterial Gegenstand des Gradientenphänomens, so daß die Konzentration von Phosphor, der durch die rückwärtige Oberfläche des Substrats aufgenommen wird, scharf abnimmt mit sich vergrößerndem Abstand von der Seitenkante des Substrates. Folglicherweise wird die Konzentration von Phosphor, der in die Rückseiten der Substrate während der Wärmebehandlung zur Diffusion diffundieren wird, sehr gering sein, so daß im ungünstigsten Fall nur ein sehr hoher Widerstand und ein vernachlässigbarer Kurzschluß entstehen kann. Auf diese Weise ist keine Behandlung erforderlich zur Isolation der Übergänge.
- In diesen Zusammenhang ist es zu würdigen, daß die Herstellung von Siliziumsolarzellen typischerweise die Aufbringung einer dünnen Lage von Aluminium auf der Rückseite der Substrate verlangt, wobei das Aluminium den rückwärtigen Kontakt zu den Solarzellen bewirkt. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, wird die Aufbringung der Aluminiumlage auf der Rückseite der Substrate so gesteuert, daß die Aluminiumlage ungefähr 0,127 cm (0,050 inches) von den Kanten der Substrate endet, auf diese Weise den Effekt jeglicher Überlappung und Absorption von flüssigem Quellmaterial auf der Rückseite der Substrate minimiert und auf diese Weise weiterhin den Bedarf für irgendeine nachfolgende Prozedur zur Isolation der Übergänge vermeidet.
- Wie oben bemerkt, begrenzt das Papierband oder der Riemen 8 das Schwitzen des Quellmaterials auf die Rückseite der Substrate. Übereinstimmenderweise kann angenommen werden, daß das Papierband 8 aus einem anderen Material gemacht werden kann, zum Beispiel ein Band aus einem Stoffmaterial wie Baumwolle, welche absorbierend ist und ebenso beständig gegen das Quellmaterial. Im Hinblick auf die Erfindung ist das Papierband 8 oder 30 nicht hohen Temperaturen ausgesetzt, um auf diese Weise mögliche Beeinträchtigung oder Verbrennung dieses Bandes oder Riemens zu vermeiden.
- In der Trockenkammer 60 und im Trockentunnel 62 werden die wesentlichen Anteile der flüchtigen organischen Komponenten des flüssigen Quellmaterials verdampft. Jegliches restliche organische Material auf den Substraten wird abgebrannt und auf diese Weise aus dem System entfernt in der nachfolgenden organischen Abbrennbehandlung, die, wie oben erwähnt, in denselben Apparat, in dem die Phosphordiffusion herbeigeführt wird, eingebunden ist oder auch nicht. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung, welche die rückständigen organischen Materialien entfernt, bei einer Temperatur von ungefähr 300-500º0 für eine Zeit von ungefähr 3 Minuten ausgeführt, wobei diese Behandlung in einem Durchlaufofen mit einer ersten Stufe für die vorgenannte Wärmebehandlung und wenigstens einer zweiten Stufe für die Phosphordiffusion herbeigeführt werden kann. In der zweiten Stufe, das heißt in der Befeuerungsstufe zur Phosphordiffusion, werden die Substrate bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 880 bis ungefähr 950ºC befeuert, bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 89000 für ungefähr 5 bis 20 Minuten.
- Der ultrasonische Sprühkopf ist ausgelegt, um das Dotiermittel enthaltende Quellmaterial mit einer Rate im Bereich von 0,3-5,0 ml/pro Minute aufzubringen, so daß unter den bevorzugten Betriebsbedingungen das flüssige Quellmaterial in einer Dicke im Bereich von ungefähr 100-200 nm aufgebracht wird. Nachdem die vorausgegangenen Beschichtungen getrocknet und befeuert wurden, haben sie eine Dicke von ungefähr 100 nm oder weniger. Im folgenden wird ein Beispiel aus der Praxis der Erfindung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig.2 bis 4 gezeigt.
- P-typisierte Siliziumsubstrate, vorzugsweise bestehend aus Substraten, hergestellt durch die EFG-Kristallwachstumsmethode, werden einzeln auf ein Papierförderband 30 durch einen Lademechanismus 24 aufgeladen. Die Substrate sind flache rechteckige wafers von ungefähr 10,16 x 10,16 cm (4 x 4 inches) und haben eine Dicke von ungefähr 0,038 cm (0,015 inch).
- Die Substrate haben einen Widerstand im Bereich von 2-3 ohm-cm. Das Papierband 30 wird mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25,4 cm (10 inches) pro Minute betrieben. Luft bei Raumtemperatur und -feuchtigkeitsbedingungen, das heißt 25ºC und 30 % relative Feuchtigkeit, ist in die Vorrichtung über die Leitung 46 mit einer Rate von ungefähr 22,656 l/Minute (800 SCFM) eingetragen. Befeuchtete Luft wird über die Leitungen 69 und 70,72 und 74 und 76 in die Kammern 58,60 und den Trockentunnel 62 eingetragen und ebenso in den Bereich, der sich unmittelbar an die Kammer 58 anschließt und in den Bereich, der unmittelbar der Kammer 62 folgt. Die befeuchtete Luft hat eine relative Feuchtigkeit von 25-60 % bei einer Temperatur im Bereich von 18,3-29,4ºC (65-85ºC). Die befeuchtete Luft wird in die Leitungen 69,70,72,74 und 76 mit jeweiligen Raten von 2,83 bis 2832 l/Stunde (0,1-100 SCFH), 2,83 bis 283,2 l/Stunde (0,1-10 SCFH), 2,83 bis 28,3 l/Stunde (0,1-10 SCFH), 2,83 bis 283,2 l/Stunde (0,1-10 SCFH), 2,83 bis 2832 l/Stunde (0,1,-100 SCFH) eingetragen, wobei die Luft in die Leitung 69 und 76 mit einer höheren Rate gefördert wird, als in die Leitungen 70,72 und 74, um das Eindringen von Raumluft in die Kammern 58 und 60 sowie in den Tunnel 62 zu minimieren. Wärme wird der Haube 38 nicht aufgegeben und jegliche Materialien, die verdampft sind, werden von der Haube über die Leitung 44 entfernt.
- Ein flüssiges Dotiermittelmaterial in Form des Allied- Signal Materials P-8545, verdünnt durch Erhöhung der Konzentration von Ethanol, Isopropylalkohol, n-Propylalkohol und Ethylacetat bis 50 Volumenprozent wird durch die Sprühdüse 90 mit einer Rate im Bereich von 0,3-0,5 ml/pro Minute ausgetragen, wobei der ultrasonische Sprühkopf mit einer Frequenz von 48 kHz betrieben wird. Die Auslaßöffnung der Sprühdüse bemißt ungefähr 0,051 cm (0,020 inch) im Durchmesser und der Sprühkopf wird nach hinten und vorne mit einer Rate von 48 vollständigen Hüben pro Minute (vorwärts und rückwärts) hin und her bewegt, wobei die Spitze der Düsenoberfläche 128 ungefähr 0,318 bis 0,635 cm (1/8-1/4 inch) von der oberen Oberfläche der auf dem Band 30 abgelegten Substrate entfernt ist.
- Das Ergebnis der vorausgegangenen Merkmale ist die Aufbringung einer einheitlichen und durchgehenden Beschichtung des flüssigen Dotiermittel enthaltenden Quellmaterials auf te die Substrate mit einer Dicke zwischen ungefähr 0,1 und 0,2 Micrometern. Das Spray aus der Düse hat ein eng ausgebreitetes Muster, welches ungefähr 0,318 cm (1/8 inch) Breite nicht überschreitet, welches sich aber auf dem wafer mit einer Weite von ungefähr 0,635 bis 1,27 cm (1/4-1/2 inch) ausbreitet, wobei dieses Muster in Kombination mit der ausgewählten Bandgeschwindigkeit sicherstellt, daß jede "Linie" der auf jedes Substrat aufgesprühten Flüssigkeit sich mit jeder vorausgehenden oder nachfolgenden Flüssigkeitslinie überlappt oder auf andere Weise verschwimmt. Die wafer, die aus der Kammer 58 kommen, werden einer vorausgehenden Trockenbehandlung in der Kammer 60 unterzogen und dann einer weiteren Trockenbehandlung im Tunnel 62.
- Die Feuchtigkeitssensoren 80,82 und 84 erfassen die Feuchtigkeit in den Kammern 58,60 und 62 und veranlassen einen nicht gezeigten Steuermechanismus, die Durchflußraten befeuchteter Luft in den Leitungen 70,72,74 und 76 so einzustellen, daß die Feuchtigkeit wie folgt aufrechterhalten wird: In Kammer 58 25-45 % RH; in Kammer 60 25-45 % RH; in Kammer 62 25-60 % RH.
- Die wafers verlassen die Vorrichtung mit der Sprayhaube in Richtung zur Wärmebehandlung zum Diffusionsofen 100. Sie bewegen sich durch den Ofen mit einer Geschwindigkeit von un gefähr 25,4 cm (10 inch) pro Minute. Im Ofen ist eine erste organische Abbrennstation vorgesehen und eine zweite Phosphordiffusionsstufe. In der ersten organischen Abbrennstufe werden die Substrate einer Luft- oder Sauerstoffumgebung ausgesetzt bei einer Temperatur im Bereich von 300-450ºC während einer Zeit von ungefähr 3 Minuten, wobei die vollständige Entfernung der restlichen organischen Bestandteile der Dotiermittel enthaltenden Flüssigkeit durch weitere Verdampfung und Verbrennung erzielt wird. Der Ofen wird in seiner Diffusionsstufe mit einer Temperatur von ungefähr 890º0 betrieben, wo eine Luft- oder Sauerstoffatmosphäre vorliegt. Die Verweildauer der Substrate in der Diffusionsstufe bei einer Temperatur von ungefähr 890ºC ist ungefähr 10 Minuten, wodurch Phosphor aus der flüssigen Dotiermittel enthaltenen Lage veranlaßt wird, in die Substrate zur Bildung der n&spplus; Region 16 und des Übergangs 18 wie bereits erwähnt zu diffundieren, wobei der Übergang ungefähr 0,5 Micrometer unterhalb der Oberfläche 4 liegt.
- Die Substrate werden aus dem Ofen durch die Entladevorrichtung 102 entnommen und zu einer Ätzbearbeitung gebracht, wo sie einem gepufferten Hydrogenfluorid (HF/NH&sub4;) im Ätzbad lang genug ausgesetzt werden, um glasartige Silikat- (oder Phosphorsilikat-)Rückstände, die auf den vorderen Oberflächen 4 der Substrate verblieben sind, zu entfernen.
- Die Substrate, die nach dem vorausgehenden Beispiel behandelt wurden, besitzen den Vorteil einer relativ einheitlichen n+ Region 16, so daß der Übergang 18 eine im wesentlichen einheitliche Tiefe über die Substrate hat. Die Substrate als Ergebnis des Prozesses haben den Vorteil, daß wenig oder keine Phosphordiffusion auf der Rückseite der Substrate vorliegt. Wann immer Phosphordiffusion auftritt, hat diese einen scharf abnehmenden Gradienten, so daß wenig oder kein Phosphordotiermittel auf den rückwärtigen Oberflächen mit einer Entfernung von ungefähr 0,076 cm (0,030 inch) von den Seitenkanten der Substrate nach innen auftritt. Folglich ist es nicht erforderlich, die Substrate einer Prozedur zur Isolierung der Übergänge zu unterwerfen.
- Nach der Ätzbehandlung werden die Substrate einer aluminisierenden Behandlung unterworfen um die Bildung einer Aluminiumelektrode auf der Rückseite der Substrate zu veranlassen. Die Aluminiumelektroden sind mit einem Abstand von ungefähr 0,127 cm (0,050 inches) nach innen von den Seitenkanten der Substrate aus gesehen beabstandet, um auf diese Weise weiterhin jeglichen Bedarf zur Isolation der Übergänge zu vermeiden, weil dort im wesentlichen keine Kurzschlüsse des Übergangs entstehen. Die Aluminiumelektroden können auf verschiedene Weisen gebildet werden, siehe zum Beispiel US-PS 4,451,969 und 4,751,191, mit Ausnahme daß, wie oben erwähnt, die Aluminiumelektroden von den Seitenkanten der Substrate bevorzugt beabstandet sein sollen.
- Es ist anzuerkennen, daß es für einige Herstellungsprozesse von Solarzellen möglich ist, einen Sprühkopf vom Typ Airbrush oder möglicherweise von einem anderen Typ anstelle des ultrasonischen Sprühkopfs zu verwenden wie er hier be schrieben und gezeigt ist. Jedoch wird ein ultrasonischer Sprühkopf bevorzugt, weil er den Vorteil eines relativ "weichen" drucklosen Sprays besitzt, wobei das Spray auf einen sehr engen Bereich begrenzt werden kann. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Düsenöffnung 144 einen Durchmesser aufweist, der ungefähr 0,076 cm (0,030 inch) vorzugsweise ungefähr 0,051 cm (0,020 inch) nicht übersteigt, wobei das von dem ultrasonischen Kopf ausgebrachte Spray nicht nur "weiches Spray" mit geringer Geschwindigkeit ist, sondern zusätzlich ein relativ enges und einheitliches Verteilmuster aufweist und den Vorteil bietet, daß es nicht durch Luft gefördert wird.
- Die vorausbeschriebene Erfindung besitzt eine Anzahl Vorteile. Zunächst neigt die geringe Geschwindigkeit des Dotiermittel enthaltenden Quellstroms, der von der ultrasonischen Düse ausgebracht wird, zur Vermeidung jeglicher physikalischer Störung der Werkstücke auf dem Papierband 8 (oder 30). Zwar wurde eine Airbrush anstelle der ultrasonischen Düse zum Zwecke des Aufsprühens von flüssigem Dotiermittel ent haltendem Quellmaterial auf Substrate verwendet, aber es wurde herausgefunden, daß die relativ höhere Geschwindigkeit des Luftstroms, der von der Airbrush erzeugt wird, Bewegung der Substrate auf dem Band verursachen kann, was im Gegenzug in einer Vermehrung der Menge des flüssigen Dotiermittel enthaltenden Materials als Ablagerung auf der Rückseite der Substrate resultiert.
- Es ist anzuerkennen, daß eine Airbrush dann zur Aufbringung von flüssigem Dotiermittel enthaltenden Quellmaterial geeignet ist, wenn die Substrate relativ flach sind, das heißt sogenannte Czochralski Substrate, aber bevorzugt wird ein ultrasonischer Sprühkopf verwendet, wobei die Substrate EFG-Material sind, weil EFG-Substrate zu einer unregelmäßigen Oberfläche neigen und diese unregelmäßige Oberfläche zur Verkleinerung der Wahrscheinlichkeit von Störungen der Substrate auf dem Gewebe durch Luftwirbel tendiert, und auf diese Weise die Wahrscheinlichkeit der Unterwanderung von Quellmaterial auf die Rückseiten der Substrate verringert wird.
- Es ist festzustellen, daß der Grad der Polymerisation des bevorzugten Dotiermittel enthaltenen Materials eine Funktion der Feuchtigkeit ist, welcher das flüssige Dotiermittel enthaltende Quellmaterial in der Sprühvorrichtung ausgesetzt ist, wobei der Grad der Polymerisation die Ätzqualität des glasartigen Rückstands, der auf den Substraten nach dem Diffusionsbefeuerungsverfahren verbleibt, ebenso beeinflußt wie die Einheitlichkeit und Tiefe der Phosphordiffusion.
- Offensichtlich können auch andere flüssige Dotiermittel enthaltende Quellen bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet werden, die der Fachwelt bekannt sind, das heißt wasserlösliche Phosphordotiermittelquellen. Es ist ebenfalls anzuerkennen, daß andere Prozeßbedingungen verändert werden können. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Bahngeschwindigkeit verändert werden, der Sprühkopf kann mit einer abweichenden Frequenz betrieben werden, die Hin- und Herfrequenz des Sprühkopfs kann geändert werden und die Zuführungsrate der flüssigen Dotiermittelquelle und die Dicke der Ablage aus der Quelle, die auf den Substräten durch dien Sprühkopf abgelegt wird, kann ebenfalls verändert werden.
- Ebenfalls kommt die Verwendung von mehr als einem hin- und hergehenden Sprühkopf in Betracht und ebenso kann der einzige hin- und hergehende Sprühkopf gemäß den Zeichnungen durch eine Vielzahl von feststehenden Sprühköpfen ersetzt werden, die so angeordnet sind, daß sie eine einheitliche Beschichtung des flüssigen Dotiermittel enthaltenden Materials über die volle Ausdehnung auf die oberen Oberflächen der Substrate auf dem Band austragen.
- Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es die Kosten durch die Verwendung des wirtschaftlichen Minimums an Dotiermittel enthaltendem Quelimaterial reduziert, welches relativ teuer ist. Weiterhin führt eine geringe Geschwindigkeit und eine relativ niedrige Durchflußrate des Sprühapparates zur Verteilung des flüssigen Dotiermittelmaterials auf die Substrate zu einer Verringerung des Umfangs der auftretenden Umhüllung, das heißt, daß weniger Dotiermittel durch die rückwärtigen Oberflächen der Substrate absorbiert wird.
Claims (22)
1. Verfahren zur Herstellung von p-n-Übergängen in
Siliziumsubstraten zur Herstellung fotovoltaischer
Siliziumzellen, wobei
a) eine Vielzahl von Siliziumsubstraten (2), von denen
jede eine Vorderfläche (4) und eine Rückfläche (6)
aufweist, in einer ersten Prozeßkammer (58) ausgerichtet
wird, wobei die Substrate (2) vom Typ einer ersten
Leitfähigkeit sind;
b) jede der besagten Vorderflächen (4) in der ersten
Prozeßkammer (58) mittels einer
Ultraschallsprüheinrichtung (90) mit einem flüssigen dotiermittelenthaltenden
Material sprühbeschichtet wird zur Bildung einer Lage
(12) des flüssigen dotiermittelenthaltenden Materials
auf jeder der Vorderflächen (4) mit einer Dicke, die im
wesentlichen geringer als die der Substrate (2) ist,
wobei das Dotiermittel vom Typ einer zweiten
gegensätzlichen Leitfähigkeit ist;
c) die Substrate (2) aus der ersten Prozeßkammer (58)
entnommen und in eine zweite Prozeßkammer (60) gebracht
werden;
d) die Lagen (12) in der zweiten Prozeßkammer (60)
getrocknet werden, um einen dotiermittelenthaltenden
Rückstand auf jeder der Vorderflächen (4) zu erhalten;
e) die Substrate (2) aus der zweiten Prozeßkammer (60)
entfernt und zu einer Feuerkammer (100) gebracht werden,
und wobei
f) die Substrate (2) in der Feuerkammer (100) in
sauerstoffenthaltender Umgebung befeuert werden, um Diffusion
des Dotiermittels aus den Rückständen in die Substrate
(2) zu verursachen, um in den Substraten (2) einen
Bereich der besagten zweiten gegensätzlichen Leitfähigkeit
zu erhalten und einen p-n-Übergang (18) gegenüberliegend
der Vorderfläche (4) dadurch gekennzeichnet, daß die
relative Feuchtigkeit einer Luftatmosphäre in der ersten
Prozeßkammer innerhalb eines vorgegebenen Bereichs
gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Verfahrensschritt f) die Befeuerungstemperatur
890 ºC beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrate (2) durch die erste Prozeßkammer (58)
entlang eines geradlinigen Wegs transportiert werden und
daß die Ultraschallsprüheinrichtung (90) über die
Substrate (2) quer zur Richtung, in der die Substrate (2)
transportiert werden, hin- und hergefahren wird, wobei
die Transportrate in der Größenordnung von ungefähr 48
vollständigen Einheiten pro Minute liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Lage (12) mit einer Dicke zwischen ungefähr
0,1 µm und ungefähr 0,2 µm gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dotiermittel Phosphor ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) die Substrate (2) mit Bor dotiertes Silizium sind,
b) das flüssige dotiermittelenthaltende Material 1.
Phosphor enthält, 2. auf die Substrate bei einer
Temperatur zwischen 18,3 und 29,4 0C im Beisein von Luft mit
einer relativen Feuchtigkeit von 25 bis 45 % aufgebracht
wird und 3. bei einer Temperatur zwischen 18,3 und
29,4 ºC für zwei bis fünf Minuten im Beisein von Luft
mit einer relativen Feuchtigkeit von 25 bis 60 %
getrocknet wird und wobei
c) die Substrate (2) bei einer Temperatur von ungefähr
890 ºC während einer Zeit befeuert werden, die ausreicht
zur Bildung von oberflächlichen p-n-Übergängen (18)
durch Diffusion des Dotiermittels.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dotiermittel Phosphor ist und in die
Vorderflächen (4) der Substrate (2) bis in eine Tiefe von
ungefähr 0,5 µm diffundiert.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Lagen (12) aus flüssigem
dotiermittelenthaltenden Material eine Dicke zwischen ungefähr 100 und
ungefähr 200 nm aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallsprüheinrichtung (90) eine Düse (126)
enthält mit einem entfernten Ende zum Austrag eines im
wesentlichen konischen Sprühmusters aus im wesentlichen
µm-großen Tröpfchen, wobei das konische Sprühmuster
einen Maximaldurchmesser von 0,318 cm in einer Entfernung
von 0,635 cm vom entfernten Ende der Düse (126)
aufweist, und wobei die Ultraschallsprüheinrichtung (90)
mit einer Frequenz in der Größenordnung von 48 kHz
betrieben wird, während die Substrate (2) mit einer
Geschwindigkeit zwischen 12,7 und 254 cm/Minute relativ
zur Düse (126) in einer ersten im wesentlichen
horizontalliegenden Ebene derart gefördert werden, daß die
Vorderflächen (4) der Substrate (2) zwischen 3,18 und
0,635 cm unterhalb des entfernten Endes der Düse (126)
liegen und daß das entfernte Ende der Düse (126) über
die Substrate (2) quer zu deren Transportrichtung in
einer zweiten, im wesentlichen horizontalen Ebene mit
einer Rate von ungefähr 48 vollständigen Zyklen pro Minute
hin- und hergeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
- die Siliziumsubstrate (2) flache Siliziumsubstrate
sind,
- der Lieferschritt (a) durch Ablage der Vielzahl von
flachen Siliziumsubstraten (2) auf einem Förderer (30)
und durch Transport der Substrate (2) mittels des Förde
rers (30) in die erste Prozeßkammer (58) ausgeführt
wird,
- die Ultraschallsprüheinrichtung (90) quer über die
Substrate (2) mit einer Rate von 48 Zyklen/Minute in
einer Ebene parallel zur Ebene, in der die Substrate (2)
in der ersten Prozeßkammer (58) enthalten sind, hin- und
hergeführt wird,
- die flüssige Lage (12) mit einer Dicke zwischen 100
und 200 nm aufgebracht wird,
- der Trockenschritt (d) bei einer Temperatur zwischen
18,3 und 29,4 ºC in Luftatmosphäre mit einer relativen
Feuchtigkeit, die zwischen 25 und 45 % gehalten wird,
ausgeführt wird,
- im Lieferschritt (e) die Substrate (2) zu einem
Infrarotofen (100) auf einem zweiten Förderer (14) geliefert
werden, der den hohen Temperaturen standhält,
- im Schritt (f) die Befeuerung bei einer Temperatur und
während einer Zeit ausgeführt wird, die das Dotiermittel
zur Diffusion in die Substrate (2) in eine Tiefe von
0,5 µm veranlaßt und
- im Schritt (a) eine Luftatmosphare in der ersten
Prozeßkammer auf einer relativen Feuchtigkeit zwischen 25
und 45 % gehalten wird und im Schritt (b) die
Sprühbeschichtung der Substrate in der ersten Prozeßkammer
während der Aufrechterhaltung der relativen Feuchtigkeit in
der ersten Prozeßkammer in besagtem Umfang ausgeführt
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrate (2) mit Bor dotiert sind, wobei das
flüssige Ausgangsmaterial Phosphor enthält und im
Schritt (f) die Substrate (2) bei einer Temperatur von
880 bis 950 ºC befeuert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß im Schritt (b) das flüssige dotiermittelenthaltende
Material ein Phosphorsiliziumpolymer enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
40 daß der Lieferschritt (a) durch Ablage der Vielzahl von
Siliziumsubstraten (2) auf einem Förderer (30)
ausgeführt wird und wobei die Substrate (2) über den Förderer
(30) in eine erste Prozeßkammer (58) transportiert
werden, wobei der Förderer (30) mit
flüssigkeitsabsorbierenden Oberflächenbereichen ausgestattet ist und jedes
der Substrate (2) so abgelegt wird, daß die Rückenfläche
(6) in Kontakt mit einer der flüssigkeitabsorbierenden
Oberflächenbereiche des Förderers (30) ist.
14. Vorrichtung zur Bildung von oberflächlichen
p-n-Übergängen in Siliziumsubstraten zur Herstellung von
fotovoltaischen Siliziumzellen, wobei jedes der Substrate vom Typ
einer ersten Konduktivität ist und eine Vorderfläche (4)
und eine Rückenfläche (6) aufweist, mit
a) einer ersten Prozeßkammer (58) und
b) einer zweiten Prozeßkammer (60) gegenüberliegend der
ersten Prozeßkammer (58),
c) Fördermitteln (30) zur Aufnahme der Substrate (2) auf
deren Rückenfläche (6) und zum sequentiellen Bewegen der
Substrate in die, durch die und aus der erste(n)
Prozeßkammer (58) heraus in eine zweite Prozeßkammer (60),
d) einer Ultraschallsprüheinrichtung (90), die
wenigstens teilweise in der ersten Frozeßkammer (58)
angeordnet ist, welche zum Sprühbeschichten der Vorderflächen
(4) jedes der Substrate (2) mit einer ununterbrochenen
und im wesentlichen einheitlichen Lage (12) aus einem
flüssigen Ausgangsmaterial vorgesehen ist, welches im
wesentlichen ein Dotiermittel einer zweiten
Leitfähigkeit entgegengesetzten Typs enthält, während sich die
Substrate (2) auf den Fördermitteln (30) durch die erste
Prozeßkammer (58) bewegen;
e) Mitteln zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten
Temperatur in der zweiten Prozeßkammer (60), um die
Lagen (12) zu trocknen, während die Substrate (2) auf dem
Förderer (30) durch die zweite Prozeßkammer (60) bewegt
werden;
f) einer Befeuerungskammer (100);
g) Mitteln zur Förderung der Substrate (2), welche die
getrockneten Lagen (12) tragen, von dem Förderer (30) in
die, durch die und aus derFeuerkammer (100) heraus, und
mit
h) Befeuerungsmitteln in der Befeuerungskammer (100) zur
Aufheizung der Substrate (2), welche die getrockneten
Lagen (12) während der Bewegung durch die
Befeuerungskammer (100) bei einer Temperatur und während einer Zeit
tragen, die ausreicht, um das Dotiermittel der besagten
trockenen Lagen (12) zur Diffusion in die Vorderflächen
(4) der Substrate (2) zu veranlassen, um p-n-Übergänge
(18) im wesentlichen gleicher Tiefe bezüglich der
Vorderflächen (4) jedes der Substrate (2) zu bilden;
dadurch gekennzeichnet, daß
i) Luftleitmittel (70) mit der ersten Prozeßkammer (58)
kommunizieren, um angefeuchtete Luft dort einzulassen
und daß
ii) ein erster Feuchtigkeitssensor (80) in der ersten
Prozeßkammer (58) angeordnet wird, zur Erzeugung von
Signalen für eine Steuereinrichtung zum Steuern des
Durchflusses befeuchtender Luft durch die Luftleitmittel
(70) benachbart zu der Sprüheinrichtung (90), um die
relative Feuchtigkeit in der ersten Prozeßkammer (58)
benachbart zur Sprüheinrichtung (90) in einem
vorbestimmten Bereich zu halten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sprüheinrichtung zur Atomisierung des flüssigen
Ausgangsmaterials ohne Verwendung von Druckgas ausgelegt
ist und dazu, um das flüssige Ausgangsmaterial auf die
Vorderfläche (4) jedes der Substrate (2) in Form eines
Nebels zu sprühen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß ein erstes Gehäuse (38)
Luftleitmittel (69,76) enthält, die befeuchtete Luft zu dessen
Inneren führen, wobei das Gehäuse die erste Prozeßkammer
(58) und die zweite Prozeßkammer (60) enthält.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung (90) eine
Düse (126) umfaßt, die an einem entfernten Ende eine
Austragsöffnung
aufweist, und daß die Düse (126) innerhalb
der ersten Prozeßkammer (58) enthalten ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung
einer vorgegebenen Temperatur in der zweiten
Prozeßkammer (60) Luftleitmittel (72) zur Befeuchtung mit
vorbestimmter Temperatur enthalten, die mit der zweiten
Prozeßkammer kommunizieren und dadurch, daß zweite
Feuchtigkeitssensoren (82) in der zweiten Prozeßkammer (60)
zur Erzeugung von Signalen für eine Steuereinrichtung
vorgesehen sind, welche den Durchfluß der befeuchteten
Luft durch die Luftleitmittel (72) steuern, um die
relative Feuchtigkeit in der zweiten Prozeßkammer (60) zu
steuern.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine dritte Prozeßkammer (62)
gegenüber der zweiten Prozeßkammer (60) vorgesehen ist,
durch welche die Fördermittel (30) sich erstrecken,
wobei die dritte Prozeßkammer (62) zur Aufnahme der
Substrate (2) aus der zweiten Prozeßkammer (60) ausgelegt
ist und Mittel (74) zur weiteren Trocknung der Lagen
(12) enthält.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Prozeßkammer (58), die zweite Prozeßkammer
(60) und die dritte Prozeßkammer (62) innerhalb
desselben Gehäuses (38) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur weiteren
Trocknung der Lagen (12) Luftleiteinrichtungen (74) für
befeuchtete Luft vorbestimmter Temperatur enthalten, die
mit der dritten Prozeßkammer (62) kommunizieren und daß
dritte Feuchtigkeitssensoren (84) in der dritten
Prozeßkammer (62) angeordnet sind, um Signale an eine
Steuereinrichtung zum Steuern des Durchflusses von
befeuchteter Luft durch die Luftleiteinrichtungen (74) zur
erzeugen,
um die relative Feuchtigkeit in der dritten
Prozeßkammer (62) zu steuern.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß Abluftmittel (42,44) mit
dem Gehäuse (38) kommunizieren, um dort einen Überschuß
an flüssigem Ausgangsmaterial und Luft, die durch die
Sprüheinrichtung (90) und die Luftleitmittel (69,70,72,
74,76) erzeugt wurde, abzuziehen.
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