ES2390091T3 - Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, y una célula solar o un detector de radiación - Google Patents

Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, y una célula solar o un detector de radiación Download PDF

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Abstract

Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, que presenta las siguientes etapasdel método:- provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino (100) que presenta dos lados enfrentados (101, 102) y undopado básico tipo p,- implantación de protones con energías de implantación entre 0,5 MeV y 10 MeV sobre un primer lado (101) en elcuerpo semiconductor (100) de manera que se genere un número de zonas de defecto (11') dispuestas en unadirección lateral del cuerpo semiconductor, distanciadas entre sí, que se extienden partiendo desde un lado (101)hacia el interior del cuerpo semiconductor (100),- ejecución de una etapa de recocido en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de laszonas de defecto (11'), y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que se genere un número de zonassemiconductoras (11) dopadas tipo n, dispuestas distanciadas entre sí,- fabricación de un emisor dopado tipo n (13) que se conecta con las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), yque presenta un dopado tipo n mayor que las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), en la zona del primer lado(101).

Description

Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, y una célula solar o un detector de radiación.
La presente invención hace referencia a un método para la fabricación de una célula solar, y a una célula solar.
Las células solares conocidas presentan un cuerpo semiconductor en el que se conforma una zona de transición de tipo p y n entre una zona dopada tipo n, y una zona semiconductora dopada tipo p. Mediante la absorción de luz, es decir, mediante fotones que penetran en el cuerpo semiconductor, se generan pares portadores de carga (pares electrón-hueco) en el cuerpo semiconductor, que se separan mediante una zona de carga espacial que se conforma en la zona de dicha zona de transición de tipo p y n, y que contribuyen a un flujo de la corriente. Los pares portadores de carga que se generan en el cuerpo semiconductor en el exterior de dicha zona de carga espacial de la zona de transición de tipo p y n, se difunden en el cuerpo semiconductor en una dirección aleatoria hasta que alcanzan el área de la zona de carga espacial, y se separan mediante el campo eléctrico existente en este punto, o hasta que se pierdan mediante la recombinación.
Además, la velocidad de recombinación depende de la longitud de difusión del portador de carga minoritario en el cuerpo semiconductor, es decir, que depende de la longitud de difusión de electrones cuando los pares portadores de carga se generan en la zona dopada tipo p de la célula solar, y depende de la longitud de difusión de huecos, cuando los pares portadores de carga se generan en la zona dopada tipo n de la célula solar. Dicha longitud de difusión depende de la concentración de los defectos del cristal presentes en el cristal del cuerpo semiconductor, que pueden actuar como centros de recombinación y, de esta manera, pueden reducir la longitud de difusión. Para reducir la velocidad de recombinación, se deben establecer exigencias elevadas en relación con la libertad de defectos o bien, los materiales del cristal semiconductor del cuerpo semiconductor, hecho que, sin embargo, se relaciona con costes de fabricación elevados.
La patente DE 44 16 549 A1 describe respectivamente una célula solar en la que una pluralidad de entalladuras que parten desde un lado, se extienden hacia el interior del cuerpo semiconductor de la célula solar. En la zona de las paredes laterales de dichas entalladuras, existen zonas dopadas para realizar transiciones de tipo p y n, que se encuentran dopadas de manera complementaria además de un dopado básico del cuerpo semiconductor. La distancia de las entalladuras individuales es menor o igual que la longitud de difusión. En el caso de dicho componente, la distancia de las zonas individuales del cuerpo semiconductor, en las que se pueden generar pares portadores de carga, se reduce a una zona de transición de tipo p y n, por lo que la probabilidad de recombinación se reduce en conjunto.
Sin embargo, la fabricación de dicha célula solar resulta costosa, debido a la necesidad de fabricar entalladuras. Por otra parte, se pierde una fracción considerable del volumen del cuerpo semiconductor mediante la fabricación de las entalladuras, que de esta manera ya no se encuentra a disposición para la generación de portadores de carga.
La patente US 3,682,708 describe una célula solar en la que en la dirección vertical de un cuerpo semiconductor se encuentran dispuestas zonas de transición de tipo p y n. Dichas zonas de transición de tipo p y n están conformadas por un número de capas semiconductoras dispuestas una sobre otra y dopadas tipo p y n, de las cuales respectivamente dos capas adyacentes se encuentran dopadas de manera complementaria entre sí. Además, las capas dopadas tipo n se encuentran unidas entre sí mediante zonas dopadas tipo n que se extienden a lo largo de las capas dopadas tipo p, y las capas dopadas tipo p se encuentran unidas entre sí mediante zonas dopadas tipo p, que se extienden a lo largo de las capas dopadas tipo n. El método para la fabricación de dicha célula solar requiere de la separación de un número de capas epitaxiales dopadas de manera complementaria entre sí, por lo tanto, resulta costoso.
La patente DE 102 43 758 A1 describe la fabricación de zonas de detención de campo dopadas tipo n, introducidas en un cuerpo semiconductor dopado tipo n, mediante la utilización de una implantación de protones y la ejecución a continuación de una etapa de recocido.
Las patentes DE 34 26 226 A1 y US 5,290,367 describen un fotoelemento sensible a los rayos ultravioletas o bien, una célula solar, que presentan respectivamente zonas semiconductoras cercanas a la superficie, que se encuentran dopadas de manera complementaria en relación con un dopado básico de un cuerpo semiconductor.
El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para la fabricación de una célula solar con una probabilidad de recombinación reducida, y una célula solar con una probabilidad de recombinación reducida.
Dicho objeto se resuelve mediante un método de acuerdo con la reivindicación 1, así como mediante una célula solar o un detector de radiación de acuerdo con la reivindicación 7. Los acondicionamientos ventajosos de la presente invención son objeto de las reivindicaciones relacionadas.
El método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar o un detector de radiación, prevé la provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino que presenta dos lados enfrentados y un dopado básico tipo p, y la realización de una implantación de protones, en el que se implantan protones en el cuerpo semiconductor sobre un primer lado de manera tal que se genere un número de zonas de defecto dispuestas de manera distanciada entre sí, que se extienden partiendo desde un lado hacia el interior del cuerpo semiconductor, y en las que existen defectos del cristal del cuerpo semiconductor y protones implantados. Después de dicha implantación de protones sigue una etapa de recocido, en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de las zonas de defecto, y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que a partir de los defectos del cristal y los protones, se generen donadores inducidos por hidrógeno para generar, de esta manera, un número de zonas semiconductoras dotadas tipo n dispuestas de manera distanciada entre sí. Además, el método prevé la generación de un emisor dopado tipo n, al cual se conectan las zonas semiconductoras dopadas tipo n, y que presenta un dopado mayor que los semiconductores dopados tipo n, en la zona del primer lado. Además, la generación de dicho emisor dopado tipo n se puede realizar antes de la fabricación o después de la fabricación de las zonas semiconductoras dopadas tipo n, sin embargo, preferentemente la fabricación de dicho emisor tipo n se realiza previamente.
La fabricación de las zonas de defecto exige una implantación selectiva de protones, es decir, una implantación de protones en las zonas predeterminadas del cuerpo semiconductor. Dicha selectividad se puede lograr mediante la aplicación de una máscara que cubra dichas zonas, en las que no se debe realizar la implantación. De manera alternativa, existe también la posibilidad de aplicar un “método de escritura con protones”, en el que un rayo de protones se puede conducir de manera controlada hacia aquella zona en la que se debe implantar.
La fabricación de las zonas de defecto o bien, de las zonas semiconductoras dopadas tipo n que resultan de dichas zonas de defecto, se realiza preferentemente de manera que una distancia recíproca de dos zonas semiconductoras dopadas tipo n de esta clase, sea menor que la longitud de difusión de los portadores de carga minoritarios en las secciones del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico. Esta clase de secciones del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico, se encuentran respectivamente entre dos zonas semiconductoras dopadas tipo n dispuestas de manera adyacente entre sí.
En el caso que el emisor dopado tipo n se encuentre dispuesto en la zona del primer lado del cuerpo semiconductor, las zonas semiconductoras dopadas tipo n que parten desde un lado y se extienden hacia el interior del cuerpo semiconductor, conforman una estructura con forma de peine o bien, digitiforme alrededor de las zonas del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico p. La probabilidad de recombinación se reduce en el caso de una célula solar que resulta del método conforme a la presente invención, debido al desarrollo en forma de peine o digitiforme de la zona de transición de tipo p y n en el cuerpo semiconductor, en comparación con las células solares que no presentan una estructura en forma de peine o digitiforme. En el método conforme a la presente invención se puede renunciar a la generación de las entalladuras para la fabricación de las secciones de las zonas semiconductoras dopadas tipo n, dispuestas en lo profundo del cuerpo semiconductor, de manera que las zonas semiconductoras dopadas tipo n se puedan realizar en la dirección lateral del cuerpo semiconductor, de una manera que economice un espacio considerable, y también de una manera altamente reproducible y con una capacidad de control muy elevada, y de una manera extremadamente cercana entre sí. En comparación con las células solares convencionales con entalladuras, la superficie de la zona de transición de tipo p y n, en una célula solar fabricada mediante el método conforme a la presente invención, se incrementa considerablemente en relación con un volumen predeterminado del cuerpo semiconductor, con lo cual resulta un rendimiento de corriente mayor de una célula solar fabricada con el método conforme a la presente invención.
En el caso de una modificación del método anteriormente explicado, se prevé la fabricación de, al menos, una zona semiconductora dopada tipo n con entalladuras, mediante la implantación de protones y a continuación una etapa de recocido, que se encuentra dispuesta de manera distanciada en relación con un primer lado del cuerpo semiconductor. Además, en dicho método se fabrica un emisor dopado tipo n y una zona de conexión dopada tipo n. La zona de conexión dopada tipo n, conecta entre sí las zonas semiconductoras dopadas tipo n con entalladuras, y conecta dichas zonas con el emisor dopado tipo n. De esta manera, existe particularmente la posibilidad de realizar la zona de conexión y el emisor tipo n, como una zona semiconductora en común.
La célula solar conforme a la presente invención comprende un cuerpo semiconductor con un primer y un segundo lado que presentan un dopado básico de un primer modo de conducción, una primera zona de emisor que se encuentra dispuesta preferentemente en la zona del primer lado del cuerpo semiconductor, y que se encuentra dopada con agentes dopantes de un modo de conducción complementario al primer modo de conducción. Además, la célula solar comprende una pluralidad de zonas semiconductoras del segundo modo de conducción que se encuentran dispuestas de manera distanciada entre sí, en una dirección lateral del cuerpo semiconductor, y que se extienden, al menos, parcialmente en una dirección vertical en el cuerpo semiconductor, y que se conectan con la primera zona de emisor. Dichas zonas semiconductoras del segundo modo de conducción, se conforman como zonas continuas que se encuentran dispuestas respectivamente en la dirección lateral entre dos secciones que presentan el dopado básico del cuerpo semiconductor. Las zonas semiconductoras del segundo modo de
conducción, son particularmente zonas semiconductoras dopadas tipo n, que presentan donadores inducidos por hidrógeno.
A continuación, se explica en detalle la presente invención mediante las figuras.
Figura 1 muestra un método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar, mediante cortes transversales a través de un cuerpo semiconductor durante diferentes etapas del método.
Figura 2 muestra un corte transversal a través de una célula solar que se ha fabricado mediante un método modificado en comparación con la figura 1.
Figura 3 muestra una célula solar que se ha fabricado mediante otro método modificado en comparación con la figura 1.
Figura 4 muestra otra célula solar que se ha fabricado mediante un método conforme a la presente invención.
Figura 5 muestra una modificación de la célula solar, de acuerdo con la figura 3.
Figura 6 muestra otro método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar, mediante cortes transversales a través de un cuerpo semiconductor durante diferentes etapas del método.
Figura 7 muestra una modificación de la célula solar representada en la figura 6D.
Figura 8 muestra cortes transversales a través de una célula solar que se ha fabricado mediante un método modificado en comparación con el método de acuerdo con la figura 6.
Figura 9 muestra un corte transversal a través de una célula solar que se ha fabricado mediante un método modificado en comparación con el método de acuerdo con la figura 6.
En las figuras se indican los mismos símbolos de referencia para las mismas zonas de componentes con el mismo significado, en tanto que no se indique lo contrario.
A continuación, se explica un primer método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar, mediante las figuras 1A a 1F.
En referencia a la figura 1A, el método comprende la provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino 100 que presenta un dopado básico tipo p. El cuerpo semiconductor 100 presenta dos lados enfrentados que se indican a continuación como el primer y el segundo lado 101, 102 del cuerpo semiconductor 100. El grosor del cuerpo semiconductor 100 en la dirección vertical, se encuentra dentro del rango, por ejemplo, de 400 µm.
En referencia a la figura 1B, mediante la utilización de una máscara 201, a continuación se implantan protones en el cuerpo semiconductor sobre el primer lado 101. La máscara 201 es, por ejemplo, una máscara de metal que presenta entalladuras 202 mediante las cuales se implantan los protones en el cuerpo semiconductor 100. Dicha máscara, durante la etapa de implantación, se puede encontrar dispuesta de manera distanciada en relación con el primer lado 101 del cuerpo semiconductor, sin embargo, también durante la etapa de implantación se puede apoyar
o bien, aplicar sobre el primer lado 101 del cuerpo semiconductor (no representado).
Antes de la ejecución de la radiación de protones, se puede fabricar en la zona del lado frontal 101, un emisor 13 altamente dopado tipo n, que en la figura 1B se representa con una línea punteada, y que se explica en detalle a continuación.
La implantación de protones conduce a que se generen defectos del cristal en el cuerpo semiconductor 100, por debajo de las zonas que no se encuentran cubiertas mediante la máscara 201, como por ejemplo, huecos dobles, en el cristal semiconductor del cuerpo semiconductor 100. Las zonas 11’ del cuerpo semiconductor, en las que se generan defectos del cristal de esta clase, se indican a continuación como zonas de defecto. Las dimensiones de dichas zonas de defecto 11’ en la dirección lateral del cuerpo semiconductor 100, se predeterminan mediante las dimensiones de las entalladuras 202 de la máscara 201.
Las entalladuras 202 de la máscara se diseñan, por ejemplo, en forma de ranura, por lo que visto desde la vista superior se conforman una pluralidad de zonas de defecto que se extienden respectivamente de manera paralela entre sí, y que presentan forma de franjas, como se representa en la figura 1C, que muestra un corte transversal a través del cuerpo semiconductor en el plano de corte A-A representado en la figura 1B.
De manera alternativa, también existe la posibilidad de realizar las entalladuras de la máscara de manera que se generen zonas de defecto 11’, cuyo resultado se representa en la figura 1D. Las entalladuras de la máscara y, de esta manera, la geometría de las zonas de defecto posteriores, pueden presentar particularmente una geometría circular, cuadrada o cualquier otra geometría poligonal.
En referencia a la figura 1E, también existe la posibilidad de generar las zonas de defecto 11’ de manera que dichas zonas se conformen con forma de rejilla, en un plano de corte que se extiende paralelo al primer y al segundo lado 101, 102. La figura 1E muestra un ejemplo con espacios intermedios cuadrados de la rejilla. Sin embargo, naturalmente se pueden aplicar zonas de defecto dispuestas en forma de rejilla, con geometrías diversas de los espacios intermedios de rejilla.
La profundidad de las zonas de defecto 11’, es decir, su extensión en la dirección vertical del cuerpo semiconductor 100, partiendo del primer lado 101, depende de la energía de implantación con la que se implantan los protones en el cuerpo semiconductor. Las zonas de defecto 11’ se generan preferentemente de manera tal que su profundidad, partiendo del primer lado 101, corresponda a un valor que corresponde, al menos, a la suma de la profundidad de penetración de la luz irradiada sobre el primer lado 101 durante el funcionamiento de la célula solar, y la longitud de difusión del portador de carga minoritario. Preferentemente, la profundidad de las zonas de defecto asciende, al menos, al doble de dicha suma.
Los protones que se implantan en el cuerpo semiconductor, se depositan en su mayor parte en la zona denominada de “fin de rango” de la implantación de protones, mientras que los defectos se extienden sobre la zona completa irradiada mediante los protones. Para lograr una distribución de protones más uniforme y, de esta manera, un dopado posterior uniforme, dentro de la zona de defecto 11’, existe la posibilidad de ejecutar una pluralidad de etapas de implantación con diferentes energías de implantación. Las energías de implantación se encuentran, conforme a la presente invención, dentro del rango de entre 0,5 MeV y 10 MeV.
Después de dicha implantación de protones sigue una etapa de recocido, en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de las zonas de defecto 11’, y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que a partir de los defectos del cristal generados por la implantación de protones, y a partir de los protones implantados, se generen complejos denominados donadores inducidos por hidrógeno. Las zonas de defecto 11’ (figura 1B) se convierten en un número de zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, dispuestas de manera distanciada entre sí, de manera que se extiendan partiendo desde el primer lado 101 en la dirección vertical, hacia el interior del cuerpo semiconductor 100. La figura 1F muestra el cuerpo semiconductor 100 después de la ejecución de dicha etapa de recocido.
La temperatura durante la etapa de recocido se encuentra entre los 250°C y 550°C, preferentemente entr e los 400°C y 500°C. La duración de la etapa de recocido se enc uentra entre los 30 minutos y 10 horas, preferentemente entre 2 y 5 horas.
Las temperaturas durante la etapa de recocido se seleccionan preferentemente de manera que en dirección hacia el primer lado 101, se pueda realizar una difusión de protones dentro de las zonas de defecto, por lo cual el dopado no se limita a la zona de final de rango de la radiación. De esta manera, cuando se selecciona de manera apropiada la temperatura de recocido, por ejemplo, 500°C, y la d uración del recocido, por ejemplo, algunas horas, en la dirección vertical del cuerpo semiconductor 100, se puede conformar sobre zonas extensas un perfil de dopado aproximadamente homogéneo en las zonas de defecto irradiadas con protones, sin que se requiera de una pluralidad de etapas de implantación con diferentes energías de implantación, es decir, preferentemente resulta suficiente una energía de implantación. En este caso, el dopado resultante resulta más homogéneo mientras más prolongada sea la duración del recocido.
Un efecto positivo de un recocido en el caso de temperaturas superiores a los 450°C, consiste en un re cocido considerable ante dichas temperaturas, de los defectos con una recombinación efectiva generados por la radiación, como por ejemplo, los huecos dobles o los complejos de oxígeno en los huecos, por lo que la longitud de difusión que desciende en primer ligar mediante la radiación, se incrementa nuevamente en las zonas irradiadas con protones.
De esta manera, las dimensiones de las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, corresponden de manera considerable con las dimensiones de las zonas de defecto 11, que se pueden ajustar mediante las dimensiones de las entalladuras de la máscara 202, y la energía de implantación. Dado que las dimensiones de las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, se pueden ajustar de manera comparativamente exacta en la dirección horizontal del cuerpo semiconductor, debido a los motivos mencionados, y dado que los donadores sólo se conforman en donde se encuentran tanto defectos condicionados por la radiación así como átomos de hidrógeno, por lo cual los límites de las zonas 11 dopadas tipo n siempre se extienden de manera considerablemente paralela en relación con el sentido de la radiación, y cuya extensión lateral no se incrementa durante el recocido, mediante el método conforme a la presente invención, se pueden fabricar zonas semiconductoras 11 muy estrechas dopadas tipo n, con una distancia recíproca reducida, para lograr, de esta manera, dentro del volumen del cuerpo
semiconductor 11, una superficie considerable de la zona de transición de tipo p y n, entre las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n y las zonas 12 que presentan el dopado básico del cuerpo semiconductor, y para reducir particularmente la distancia que deben recorrer en la célula solar los portadores de carga libres generados por la luz, hasta que alcancen una zona de carga espacial.
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El dopado básico tipo p del cuerpo semiconductor 100, se encuentra, por ejemplo, dentro del rango de entre 1015 cm 3 y 1016 cm-3. La concentración de dopado de las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, depende de la dosis de implantación con la que se implantan los protones en el cuerpo semiconductor. Dicha dosis de implantación se selecciona, por ejemplo, de manera que el dopado tipo n de dichas zonas semiconductoras 11 se encuentre entre 2·1012 cm-3 y 2·1016 cm-3, de lo cual resulta un dopado neto tipo n de dichas zonas semiconductoras 11 de entre 1015 cm-3 y 1016 cm-3.
En referencia a la figura 1G, la célula solar se completa mediante un emisor 13 dopado tipo n, al cual se conectan las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, y que en dicho ejemplo se encuentra dispuesto en la zona del lado frontal 101. La fabricación de dicha zona de emisor 13 dopada tipo n, se puede realizar de una manera conocida sobre el primer lado 101, por ejemplo, mediante la difusión interna de átomos de agente dopante tipo n. La concentración de dopado de dicho emisor 13 dopado tipo n, es mayor a la de las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, y se encuentra, por ejemplo, dentro del rango de 8·1019 cm-3. El emisor tipo n 11 se puede realizar, además de mediante una difusión interna de átomos de agente dopante tipo n, también mediante una implantación de átomos de agente dopante y a continuación una etapa de recocido para la activación y, eventualmente, la difusión interna de los agentes dopantes implantados. Tanto en el caso de un método de difusión, así como en el caso de un método de implantación para la fabricación del emisor tipo n 13, se pueden presentar temperaturas mayores a las temperaturas aplicadas durante la etapa de recocido para la fabricación de las zonas semiconductoras 11 tipo n. Para evitar efectos negativos mediante dichas temperaturas mayores, sobre las zonas semiconductoras tipo n 11, particularmente una degradación de los complejos dopados tipo n, el emisor tipo n 13 se fabrica de la manera que se ha explicado anteriormente en relación con la figura 1A, antes de fabricar las zonas semiconductoras tipo n 11. La implantación de protones explicada anteriormente mediante la figura 1B, se realiza a través de la zona de emisor tipo n 13 fabricada en el área del primer lado 101.
El emisor tipo n 13 se contacta mediante un electrodo de conexión 21, que se compone, por ejemplo, de un metal. Dicho electrodo de conexión 21 se monta después de la fabricación del emisor tipo n 13, sobre el primer lado 101 del cuerpo semiconductor 100. Cuando el emisor tipo n 13 se fabrica antes de la ejecución de la radiación de protones, la fabricación del electrodo de conexión 21 se puede realizar tanto antes de la radiación de protones, así como después de la radiación de protones. En el primer caso, la radiación de protones se realiza de manera enmascarada (no representado en detalle), mediante la máscara 201 y mediante el procedimiento de metalización de los electrodos de conexión.
En la zona del segundo lado 102 enfrentado al primer lado 101, se genera preferentemente un emisor dopado tipo p 14 que se puede contactar mediante otro electrodo de conexión 22. Dicho emisor tipo p 14 se utiliza esencialmente para generar un contacto óhmico entre el electrodo de conexión 22 y las zonas 12 del cuerpo semiconductor 100 que presentan el dopado básico tipo p. La fabricación del emisor tipo p 14 se puede realizar en correspondencia con el emisor tipo n 13, mediante una difusión interna o mediante la implantación de átomos de agente dopante tipo p, sobre el segundo lado 102 del cuerpo semiconductor 100. La concentración de dopado en la zona del emisor tipo p 14, se encuentra, por ejemplo, entre algunos 1016 cm-3 y 1019 cm-3. La fabricación del emisor tipo p 14 se puede realizar, de una manera mejor representada, antes de la fabricación de las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, sin embargo, también se puede realizar después de la fabricación de dichas zonas tipo n. Un requisito para la fabricación del emisor tipo p 14 después de la fabricación de las zonas tipo n 11, consiste en que las temperaturas de activación o de recocido, a las que el cuerpo semiconductor 100 se calienta durante la fabricación del emisor tipo p, deben ser menores a 550°C aproximadamente. De lo contrario, es decir, ante temperaturas superiores a 550°C, se desintegrarían los complejos dopados tipo n de las zonas tipo n 11, generados mediante la radiación de protones y la etapa de recocido.
La célula solar fabricada mediante el método conforme a la presente invención, con el emisor tipo n 13 dispuesto en la zona del primer lado 101, y las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n que se extienden partiendo de dicho emisor tipo n 13 en la dirección vertical hacia el interior del cuerpo semiconductor 100, dentro del volumen del cuerpo semiconductor 100 presenta una zona de transición de tipo p y n con una superficie considerable y, de esta manera, ante una radiación incidente de luz dada presenta un rendimiento de corriente elevado. La radiación incidente de luz en la célula solar se realiza preferentemente sobre el primer lado 101, en donde tanto el electrodo de conexión 21, así como el emisor tipo n 13 se dimensionan de manera que los fotones puedan llegar a las secciones 12 del cuerpo semiconductor 100 que presentan el dopado básico, y que en dicho lugar se puedan generar los pares electrón-hueco. Dichos pares electrón-hueco difunden en todas direcciones en el interior del cuerpo semiconductor 100. Las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, se fabrican preferentemente de manera tal que la distancia recíproca de dos zonas 11 de esta clase sea menor que la longitud de difusión de los portadores de carga minoritarios, en el presente caso electrones, dentro de las zonas 12 del cuerpo semiconductor 100 que presentan el dopado básico. Se prefiere particularmente que la distancia recíproca de dos zonas 11 de esta clase
sea menor o igual a 0,25 veces la longitud de difusión de los portadores de carga minoritarios, es decir, las distancias convencionales se encuentran en un rango menor a 100 µm cuando se utiliza silicio. La probabilidad de que un par electrón-hueco alcance el campo eléctrico de una zona de carga espacial (no representada) que se conforma en la zona de transición de tipo p y n, se incrementa en comparación con las células solares sin esta clase de zonas semiconductoras 11 que se extienden en la dirección vertical, por lo cual la probabilidad de recombinación se reduce en el caso de la célula solar fabricada de acuerdo con el método conforme a la presente invención.
El método conforme a la presente invención permite la fabricación de zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n que presenten dimensiones reducidas en la dirección horizontal, permite particularmente la fabricación en la dirección horizontal del cuerpo semiconductor, de zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, que presenten dimensiones reducidas en la dirección horizontal. A partir de ello, en relación con un volumen dado del cuerpo semiconductor 100, resulta una superficie de la zona de transición de tipo p y n incrementada en comparación con las células solares de hasta el momento, y una separación reducida que deben recorrer los portadores de carga libres generados mediante la luz en la célula solar, hasta que alcancen una zona de carga espacial y, de esta manera, resulta un rendimiento de corriente elevado y, por lo tanto, una eficacia elevada de la célula solar.
El método conforme a la presente invención resulta apropiado particularmente para la fabricación de una célula solar en la que el denominado “efecto fotovoltaico por impurezas” se utiliza para el incremento de la eficacia de la célula solar. En el caso de esta clase de células solares, se crean niveles de energía adicionales para generar pares portadores de carga, en tanto que las impurezas apropiadas se introducen en la red cristalina del cuerpo semiconductor. Mediante las impurezas, se permite una excitación de múltiples etapas que, de esta manera, equivale a que los fotones cuya energía es menor a la separación energética entre bandas del material semiconductor utilizado, convencionalmente silicio, pueden contribuir a la generación de pares portadores de carga. De lo contrario, dichos fotones se transmitirían sin ser aprovechados, y no contribuirían a la generación de corriente. Sin embargo, las impurezas introducidas de manera definida, actúan también como centros de recombinación que conducen a un incremento de la probabilidad de recombinación. Por el contrario, dicha probabilidad de recombinación incrementada actúa en contra de la distancia reducida de las zonas dopado tipo n 11. En el caso de una distancia lo suficientemente reducida de las zonas tipo n 11, se pueden generar una pluralidad de niveles de energía apropiados dentro de la separación energética entre bandas del material semiconductor utilizado, para incrementar de esta manera, aún más la eficacia de la célula solar.
En referencia a la figura 2 que muestra otra célula solar fabricada de acuerdo con el método conforme a la presente invención, también existe la opción de generar las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n, de manera que dichas zonas se extiendan con un ángulo a diferente a 90° en relación con el primer lado 101 , hacia el interior del cuerpo semiconductor 100. La fabricación de esta clase de zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n que se extienden de manera transversal, se puede realizar mediante el hecho de que la implantación de protones explicada mediante la figura 1B, se realiza de manera tal que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor, no de manera perpendicular, sino que se implantan con el ángulo a sobre el primer lado 101.
La figura 3 muestra otro ejemplo de ejecución de una célula solar fabricada mediante el método conforme a la presente invención. Además, la figura 3A muestra una vista superior en un recorte sobre el primer lado 101 del cuerpo semiconductor 100, las figuras 3B y 3C muestran cortes transversales en los planos de corte C-C y D-D representados en la figura 3A.
En el caso de dicho componente, las zonas semiconductoras 11 dopadas tipo n que se extienden hacia el interior del cuerpo semiconductor 100 partiendo desde el primer lado 101, se conforman como zonas que se extienden paralelas entre sí. La fabricación de esta clase de zonas 11 se realiza, por ejemplo, utilizando el método explicado en relación con la figura 1C. En el caso de dicho componente, el emisor tipo n 13 se encuentra dispuesto en la zona del primer lado 101, y se conforma mediante una o una pluralidad de zonas semiconductoras altamente dopadas tipo n, conformadas en forma de franjas que se extienden de manera paralela. El emisor tipo n se extiende en la dirección horizontal, de manera perpendicular en relación con las zonas semiconductoras tipo n 11 y, de esta manera, contactan dichas zonas semiconductoras tipo n 11. Condicionadas mediante la realización en forma de franjas, se extienden secciones 12 del cuerpo semiconductor 100, que presentan el dopado básico tipo p hasta el lado frontal del cuerpo semiconductor 100.
La geometría de los electrodos de conexión 21 que contactan el emisor tipo n 13, se adapta a la geometría del emisor tipo n 13, de manera que las zonas del lado frontal 101, en las que las zonas tipo p 12 se extienden hasta el lado frontal 101, no se encuentren cubiertas por el electrodo de conexión 21. Esto simplifica la incidencia de luz en las zonas que no se encuentran cubiertas por el electrodo de conexión 21. En dicho contexto, se ha demostrado que el cuerpo semiconductor 100 de la célula solar fabricada, puede estar envuelto por una capa de pasivación que, sin embargo, no se representa por razones de claridad en la representación.
La realización explicada anteriormente, de un emisor tipo n que contacta las zonas semiconductoras tipo n 11 sólo por secciones, también se puede utilizar en el caso de zonas semiconductoras tipo n que conforman una estructura con forma de rejilla, y cuya fabricación se ha explicado mediante la figura 1E. Dado que las zonas semiconductoras
tipo n 11 en este caso conforman un área tipo n continua, en este caso, el emisor tipo n se puede realizar en forma de "isla", que contacta las zonas tipo n sólo en algunos puntos. La figura 4 muestra una célula solar de esta clase con un emisor tipo n 13 en forma de isla, en una vista superior. Sin embargo, el emisor tipo n 13, tanto en el caso de la estructura en forma de franjas, así como de la estructura en forma de rejilla de las zonas tipo n 11, también puede estar dispuesto de manera cercana a la superficie en las que las zonas tipo n 11 limitan con la superficie del semiconductor, es decir, que en este caso el emisor tipo n 13 presenta esencialmente el mismo diseño en la dirección lateral que las zonas tipo n 11.
El emisor tipo n 13, en todos los ejemplos de ejecución explicados anteriormente, se ocupa particularmente de una resistencia de contacto reducida entre las zonas semiconductoras tipo n 11 que reciben los electrones en la célula solar, y el electrodo de conexión 21. En el caso de las formas de realización en las que existen una pluralidad de zonas semiconductoras tipo n dispuestas de manera distanciada entre sí, el emisor se utiliza además como "zona de conexión" entre las zonas tipo n 11 individuales.
La figura 5 muestra otro ejemplo de ejecución de una célula solar fabricada mediante el método conforme a la presente invención. En dicho componente, las zonas semiconductoras tipo n 11 se conforman con forma de franjas, y se extienden hasta un borde 103 del cuerpo semiconductor 100, que se extiende de manera perpendicular en relación con el primer y el segundo lado 101, 102. En dicho componente, el emisor tipo n 13 se encuentra dispuesto en la zona de dicho borde, sin embargo, finaliza por encima del emisor tipo p 14. El emisor tipo n 13 en dicho componente cumple la función de una zona de conexión que une las zonas semiconductoras tipo n individuales, y que conecta con el electrodo de conexión 21. Además, el electrodo de conexión 21 puede estar montado sobre el borde 103, sin embargo, también se puede disponer de manera que dicho electrodo contacte el emisor tipo n en el primer lado (no representado).
Mediante las figuras 6A a 6D, se explica a continuación otro método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar con un número de zonas semiconductoras dopadas tipo n, dispuestas de manera distanciada entre sí.
En referencia a la figura 6A, en dicho método se implantan protones sobre el primer lado 101 en el cuerpo semiconductor 100, sin enmascaramiento, utilizando diferentes energías de implantación. Con el símbolo de referencia 31’ en la figura 3A se indican las zonas de final de rango de dicha implantación de protones, es decir, las zonas de defecto en las que existen defectos del cristal en una alta concentración, generados mediante la radiación, y en las que se depositan los protones implantados mediante la radiación. La distancia de dichas zonas de defecto 31’ en relación con el primer lado 101 del cuerpo semiconductor, y la distancia recíproca de dos zonas defectos de esta clase 31’, depende de la energía de implantación con la que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor 100.
Después de dicha implantación de protones sigue una etapa de recocido. Mediante dicha etapa de recocido, se conforman donadores inducidos por hidrógeno en las zonas de defectos 31’, en las que existen tanto defectos de cristal altamente concentrados, así como protones, y los defectos de cristal en las zonas irradiadas por los protones, en las que, sin embargo, no se han depositado protones o sólo una cantidad relativamente reducida, se recocen de manera considerable. Mediante dicha etapa de recocido, las zonas de defecto 31’ se convierten en zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n, que se extienden paralelas al primer lado 101. La figura 6B muestra el cuerpo semiconductor 100 después de la ejecución de dicha etapa de recocido. En el caso de dicho método, las zonas dopadas tipo n 31 no se pueden expandir en la dirección vertical, tanto que dichas zonas presenten una coalescencia, dado que de lo contrario desaparecerían las zonas intermedias dopadas tipo p 12. La expansión de las zonas dopadas tipo n 31 en la dirección vertical del cuerpo semiconductor 100, se puede ajustar mediante la duración y la temperatura de la etapa de recocido. La temperatura y/o la duración de la etapa de recocido, se seleccionan preferentemente de manera que sea claramente menor o bien, claramente más reducida, en comparación con el método explicado mediante la figura 1, en el que se logra una zona tipo n 11 vertical, dopada de la manera más homogénea posible, de manera ideal utilizando sólo una etapa de implantación con una energía de implantación.
Para el dopado básico del cuerpo semiconductor 100 y el dopado de las zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n, generadas mediante la implantación de protones y la etapa de recocido a continuación, valen en correspondencia las indicaciones proporcionadas para el método de acuerdo con la figura 1.
La fabricación de la célula solar comprende, en referencia a la figura 6C, además de la fabricación de las zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n, que se encuentran dispuestas respectivamente de manera distanciada en relación con el primer lado 101, y que se extienden esencialmente de manera paralela en relación con dicho primer lado 101, también la fabricación de, al menos, una zona de conexión 32 dopada tipo n, que conecta las zonas semiconductoras tipo n 31 individuales con entalladuras. Dicha zona de conexión 32 también se puede realizar antes de la fabricación de las zonas tipo n 31 o, como se explica a continuación, también después de la fabricación de las zonas tipo n 31. La posibilidad de una fabricación de la zona de conexión 32, después de la fabricación de las zonas tipo n 31, depende en gran parte de las temperaturas requeridas para la fabricación de la zona de conexión 32. En el
caso que las temperaturas sean superiores a los 550°C, con las que se desintegrarían los complejos dop ados tipo n de las zonas tipo n 31, se requiere de una fabricación de la zona de conexión 32 antes de la fabricación de las zonas tipo n 31.
En referencia a la figura 6C, la fabricación de dicha zona de conexión 32 se realiza, por ejemplo, mediante la fabricación de una entalladura que se extiende partiendo del primer lado 101 en la dirección vertical, hacia el interior del cuerpo semiconductor 100. Después de la fabricación de dicha entalladura 103, sigue la fabricación de una zona semiconductora dopada tipo n 32 en la zona de las paredes laterales de la entalladura. La fabricación de dicha zona dopada tipo n 32 se puede realizar mediante una difusión interna de átomos de agente dopante tipo n, o mediante la implantación de átomos de agente dopante tipo n, y a continuación una etapa de recocido. La fabricación de la entalladura 103 se realiza de manera que dicha entalladura llegue, en la dirección vertical, hasta la zona semiconductora tipo n 31 inferior con entalladura, es decir, dispuesta lo más distanciada en relación con el primer lado 101. Después de la finalización del método de dopado, la entalladura 102 se puede rellenar con un material de relleno que puede ser aislante eléctrico o conductor eléctrico. Dado que en el caso de dicha variante, se aplican temperaturas de recocido o bien, de difusión, que resultan claramente superiores a los 550°C, dicho mé todo para la fabricación de una zona de conexión se debe realizar antes de la fabricación de las zonas semiconductoras tipo n
31.
La célula solar es completada mediante una zona de emisor 13 dopada tipo n (representada con una línea punteada) dispuesta en la zona del primer lado 101, así como de manera opcional mediante una zona de emisor 14 dopada tipo p, dispuesta en la zona del segundo lado 102. Para la concentración de dopado de dichas zonas de emisor tipo n y p 13, 14, valen en correspondencia las indicaciones proporcionadas anteriormente en relación con la célula solar de acuerdo con la figura 1G. Las zonas semiconductoras dopadas tipo n 31 con entalladura, se encuentran conectadas mediante la zona semiconductora tipo n 32 adicional, con el emisor tipo n 13 que se fabrica preferentemente antes de la fabricación de las zonas tipo n 31.
La fabricación del emisor tipo n 13 en la zona del lado frontal 101, resulta ventajosa dado que los pares portadores de carga que se generan estrechamente por debajo del primer lado, se separan directamente mediante la zona de carga espacial que se conforma en la zona de transición de tipo p y n, entre el emisor tipo n 13 y las secciones 12 del cuerpo semiconductor 100, que presentan el dopado básico. En dicha forma de ejecución, el emisor tipo n se contacta mediante un electrodo de conexión 21 montado sobre el lado frontal 101. El emisor tipo n 13 se puede conformar particularmente en forma de franja, como se ha explicado en relación con la figura 3A.
En referencia a la figura 7, se puede suprimir la fabricación de un emisor tipo n dispuesto en la zona del lado frontal 101 del cuerpo semiconductor 100, cuando la entalladura fabricada para la fabricación de la zona de conexión 32, después de la fabricación de la zona de conexión 32, se rellena con un material conductor eléctrico 41, por ejemplo, polisilicio altamente dopado, y cuando la zona de conexión 32 se fabrica con un dopado elevado de manera tal que se genere una resistencia de contacto reducida entre la zona de conexión 41 y el material de relleno conductor. En este caso, la zona de conexión 32 conforma simultáneamente el emisor tipo n de la célula solar, que se encuentra conectado mediante el material de relleno conductor, con el primer electrodo de conexión que contacta el material de relleno.
En el caso que se realice la implantación de protones para la fabricación de las zonas tipo n 31, en los componentes explicados mediante las figuras 6 y 7, sobre la superficie completa del primer lado 101, de esta manera, después de la ejecución de la etapa de recocido, se presentan zonas dopadas tipo n 31 continuas. Dos zonas tipo n 31 dispuestas en la dirección vertical de manera adyacente entre sí, comprenden una zona intermedia dopada tipo p, que sin medidas adicionales no presentaría ninguna conexión tipo p con el emisor tipo p 14.
Para conectar entre sí las zonas intermedias tipo p 12, y para conectar con el emisor tipo p, en correspondencia con la fabricación de la zona de conexión tipo n 32, se puede fabricar una zona de conexión tipo p 51, que se indica con líneas punteadas en las figuras 6D y 7, y que se extiende partiendo del segundo lado 102 en la dirección vertical, hacia el interior del cuerpo semiconductor 100. La fabricación de dicha zona de conexión tipo p 51 se realiza por ejemplo, mediante la fabricación de una entalladura que se extiende partiendo del segundo lado 102, en la dirección vertical, hacia el interior del cuerpo semiconductor 100. Después de la fabricación de dicha entalladura, sigue la fabricación de la zona de conexión dopada tipo p 51 en la zona de las paredes laterales de la entalladura. La fabricación de dicha zona de conexión dopada tipo p 51 se puede realizar mediante una difusión interna de átomos de agente dopante tipo p, o mediante la implantación de átomos de agente dopante tipo p, y a continuación una etapa de recocido. La fabricación de la entalladura se realiza de manera que dicha entalladura llegue, en la dirección vertical, hasta la zona tipo p 12 superior, es decir, dispuesta lo más distanciada posible en relación con el segundo lado 102. Después de la finalización del método de dopado, la entalladura se puede rellenar con un material de relleno. También la fabricación de dicha zona de conexión tipo p 51, se debe realizar antes de la fabricación de las zonas semiconductoras tipo n 31, cuando para la fabricación de la zona de conexión tipo p 51 se requieren temperaturas mayores a los 550°C.
Se puede suprimir la fabricación comparativamente costosa, anteriormente explicada, de la zona de conexión tipo p 51, cuando la implantación de protones para la fabricación de las zonas de defecto (31 en la figura 3A) se realiza con máscara, de manera tal que las secciones individuales del cuerpo semiconductor 100 se dejen libres mediante la radiación. En referencia a la figura 8A, como resultado se logra una célula solar que presenta secciones dopadas tipo p 15 continuas en la dirección vertical, en las que no existen zonas semiconductoras dopadas tipo n con entalladuras. Las zonas dopadas tipo p 15 continuas, que presentan el dopado básico tipo p del cuerpo semiconductor 100, y que se extienden partiendo del emisor tipo p 14 en la dirección vertical del cuerpo semiconductor, funcionan como zonas de conexión p, y permiten un flujo de corriente que resulta de la generación de portadores de carga inducida por fotones, desde el volumen del cuerpo semiconductor 100 al emisor tipo p 14.
En referencia a la figura 8B que muestra un corte transversal a través de una zona tipo n 31 en un plano de corte B-B representado en la figura 8A, el enmascaramiento del cuerpo semiconductor 100 se realiza durante la radiación de protones, por ejemplo, de manera tal que se generen una pluralidad de zonas tipo n 31 dispuestas en la dirección lateral de manera distanciada entre sí, en donde una zona intermedia dopada tipo p, que se encuentra dispuesta en la dirección lateral entre dichas zonas tipo n, forma parte de la zona de conexión tipo p 15. Las zonas tipo n individuales pueden presentan en la dirección lateral cualquier geometría, y pueden estar conformadas particularmente con forma de franjas. Además, las zonas tipo n individuales se encuentran conectadas respectivamente con una zona de conexión tipo n 32. Para la fabricación de la estructura representada en la figura 8B, el cuerpo semiconductor se enmascara durante la implantación de protones con una máscara que presenta forma de red.
En lugar de fabricar una pluralidad de zonas tipo n 31 distanciadas en la dirección lateral, también existe la posibilidad, no representada en detalle, de fabricar una zona tipo n 31 continua que, sin embargo, presente en la dirección lateral “entalladuras” dopadas tipo p, que forman parte de la zona de conexión tipo p. Una estructura de esta clase se puede lograr cuando el cuerpo semiconductor 100 se cubre en puntos particulares durante la radiación de protones.
La fabricación de las zonas semiconductoras tipo n 31 con entalladuras, se realiza con el método explicado anteriormente mediante las figuras 6A a DF, preferentemente de manera que la distancia recíproca de dos zonas semiconductoras 31, dispuestas en la dirección vertical de manera adyacente entre sí, sea menor que la longitud de difusión de los portadores de carga minoritarios en las secciones 12 del cuerpo semiconductor, que presentan el dopado básico, y preferentemente que sea menor que 0,25 veces la longitud de difusión. Lo mismo vale para la distancia lateral de dos zonas tipo n, cuando se realizan una pluralidad de esta clase de zonas tipo n 31 en un plano que se extiende paralelo en relación con el primer y el segundo lado 101, 102.
Mediante el método conforme a la presente invención, se pueden generar en la dirección vertical, zonas semiconductoras dopadas tipo n 31 estrechas, en posiciones predeterminadas comparativamente exactas, dentro del cuerpo semiconductor 100, por lo cual se puede lograr en conjunto una zona de transición de tipo p y n, con una superficie considerable, dentro del volumen dado del cuerpo semiconductor 100. De ello resulta una separación reducida que deben recorrer los portadores de carga libres generados mediante la luz en la célula solar, hasta que alcancen una zona de carga espacial y, de esta manera, resulta un rendimiento de corriente elevado de la célula solar.
La fabricación de una zona de conexión 33 que conecta las zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n que presentan entalladuras, con el emisor tipo n 13, en correspondencia se pueden fabricar las zonas semiconductoras tipo n 11 representadas en la figura 1G, de manera tal que los protones se implanten en el cuerpo semiconductor de manera enmascarada sobre el primer lado 101, y que después de dicha implantación de protones siga una etapa de recocido para la generación de donadores inducidos por hidrógeno. Una célula solar con una zona de conexión 33 fabricada de esta manera, se representa en la figura 9 en un corte transversal.
Dicha zona de conexión 33 se puede realizar antes de la fabricación de las zonas tipo n 31 que se extienden en la dirección lateral, o después de su fabricación.
Para la fabricación de la zona de conexión después de la fabricación de las zonas tipo n, se requiere de una pluralidad de etapas de implantación con diferentes energías de implantación. Las energías de implantación se seleccionan de manera que los protones alcancen las zonas tipo p 12, respectivamente entre dos zonas tipo n 31 dispuestas de manera distanciada entre sí en la dirección vertical, para generar en dicho punto un dopado tipo n después de la ejecución de una etapa de recocido. Una fracción de la zona de conexión tipo n 33 se genera durante la fabricación de las zonas tipo n 31. Naturalmente, las etapas de implantación para la fabricación de las zonas tipo n 31 y la zona de conexión 33, también se pueden realizar de manera alternada.
Para una fabricación de la zona de conexión tipo n 33 antes de la fabricación de las zonas tipo n 31, puede resultar suficiente una etapa de implantación, cuando la temperatura y/o la duración de la etapa de recocido ejecutada antes de la fabricación de las zonas tipo n 31, se seleccionan de manera que los protones implantados en la amplia periferia, se difundan en dirección hacia el lado de radiación 101, de manera que se genere una zona dopada tipo n,
sobre la zona completa que presenta daños por la radiación. La fabricación de la zona de conexión 33, después de la fabricación de las zonas tipo n 31, no se puede realizar mediante una única etapa de implantación, dado que la temperatura de recocido necesaria y/o la duración de recocido necesaria conducirían a un “coalescencia” de las zonas tipo n 31 en la dirección vertical.
En el caso del componente representado en la figura 9, las zonas tipo n se fabrican utilizando una radiación de protones con enmascaramiento, de manera que se genera una zona de conexión tipo p 15 que presenta el dopado básico tipo p del cuerpo semiconductor 100, que conecta las zonas intermedias tipo p 12 con el emisor tipo p. En el caso de dicha célula solar, las zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n que presentan entalladuras, se extienden en la dirección horizontal partiendo de la zona de conexión tipo n 33, hacia el interior del cuerpo semiconductor, mientras que en la dirección vertical existen secciones 15 dopadas tipo p continuas, en las que no existen zonas semiconductoras 31 dopadas tipo n.
Naturalmente, se podría realizar una zona de conexión tipo p en el caso del componente de acuerdo con la figura 9, también en correspondencia con la zona de conexión tipo p 32 de las figuras 6A-6D.
El método explicado anteriormente, para la fabricación de zonas semiconductoras dopadas tipo n, que se extienden en profundidad o que presentan entalladuras, en un substrato semiconductor dopado tipo p, no se limita a la fabricación de células solares, sino que se puede aplicar, por ejemplo, también a la fabricación de detectores de radiación. Los detectores de radiación que se utilizan para la detección de radiación altamente energética, por ejemplo, una radiación cósmica o una radiación gama, son iguales a las células solares en su estructura, y presentan una zona de transición de tipo p y n que, en comparación con las células solares, durante el funcionamiento se polarizan en la dirección de bloqueo mediante la aplicación de una tensión. Dicha tensión de bloqueo genera la expansión de una zona de carga espacial, hacia ambos lados de la zona de transición de tipo p y
n. En el caso que durante el funcionamiento, las partículas de radiación alcancen el área de la zona de carga espacial, de esta manera, se generan pares portadores de carga que generan una corriente de bloqueo, que se utiliza como detección para las partículas de radiación.
Para el incremento de la sensibilidad de detección, resulta conveniente en el caso de los detectores de radiación, que ante una tensión de bloqueo dada, la zona de carga espacial se extienda de la manera más amplia posible o bien, profunda, hacia el interior del cuerpo semiconductor. En el caso de los detectores de radiación convencionales con una zona de transición tipo p y n cercana a la superficie, entre un substrato tipo p y una zona tipo n altamente dopada, esto se logra mediante un dopado básico del substrato lo más reducido posible. Sin embargo, un dopado básico reducido aumenta el riesgo de una degradación a largo plazo, condicionada por los daños ocasionados por la radiación.
En el caso de un detector de radiación fabricado mediante el método conforme a la presente invención, que presenta zonas de transición tipo p y n profundas, mediante la geometría de la zona de transición de tipo p y n se asegura previamente la extensión de una zona de carga espacial de manera profunda hacia el interior del cuerpo semiconductor, que se expande ante la aplicación de una tensión de bloqueo. Por consiguiente, el substrato tipo p puede estar dopado como en el caso de los detectores convencionales, de manera que, de este modo, y particularmente también debido a las zonas de transición tipo p y n verticales profundas, se evite o, al menos, se reduzca considerablemente el problema de una degradación a largo plazo condicionada por los daños ocasionados por la radiación.
En resumen, todos los métodos de fabricación explicados anteriormente para células solares, también resultan apropiados para la fabricación de detectores de radiación, y todas las estructuras apropiadas anteriormente mencionadas de los componentes para células solares, resultan apropiadas también para los detectores de radiación.
Lista de símbolos de referencia
11’ Zonas de defecto
11 Zonas semiconductoras con donadores inducidos por hidrógeno
12 Zonas que presentan el dopado básico del cuerpo semiconductor
13 Emisor tipo n
14 Emisor tipo p
15 Zona dopada tipo p 21, 22 Electrodos de conexión 31’ Zonas de defecto 31 Zonas semiconductoras con donadores inducidos por hidrógeno 32 Zona de conexión tipo n
5 33 Zona de conexión tipo n 41 Material de relleno 100 Cuerpo semiconductor 101 Primer lado del cuerpo semiconductor 102 Segundo lado del cuerpo semiconductor
10 103 Entalladura del cuerpo semiconductor 201 Máscara 202 Entalladuras de la máscara

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, que presenta las siguientes etapas del método:
    -
    provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino (100) que presenta dos lados enfrentados (101, 102) y un dopado básico tipo p,
    -
    implantación de protones con energías de implantación entre 0,5 MeV y 10 MeV sobre un primer lado (101) en el cuerpo semiconductor (100) de manera que se genere un número de zonas de defecto (11’) dispuestas en una dirección lateral del cuerpo semiconductor, distanciadas entre sí, que se extienden partiendo desde un lado (101) hacia el interior del cuerpo semiconductor (100),
    -
    ejecución de una etapa de recocido en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de las zonas de defecto (11’), y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que se genere un número de zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n, dispuestas distanciadas entre sí,
    -
    fabricación de un emisor dopado tipo n (13) que se conecta con las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), y que presenta un dopado tipo n mayor que las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), en la zona del primer lado (101).
  2. 2.
    Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el emisor dopado tipo n (21) se fabrica de manera que las secciones (12) del cuerpo semiconductor (100) se logren con un dopado básico tipo p de manera directamente adyacente al primer lado (101).
  3. 3.
    Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que
    -
    se generan zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n con forma de columnas; o
    -
    se generan una pluralidad de zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n, que se extienden paralelas entre sí, en la dirección lateral del cuerpo semiconductor (100); o
    se genera una zona semiconductora (11) dopada tipo n, que se conforma con forma de rejilla en un plano que se extiende paralelo al primer y al segundo lado (101, 102).
  4. 4.
    Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor (100) durante la etapa de implantación, con un ángulo de 90° en relación con el primer l ado (101), o en el que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor (100) durante la etapa de implantación con un ángulo menor a 90° y mayor a 45°, en relación con e l primer lado (101).
  5. 5.
    Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia entre dos zonas de defecto (11’, 31’) dispuestas de manera adyacente, es menor o igual a la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico, o es menor o igual a 0,25 veces la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico.
  6. 6.
    Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que en el cuerpo semiconductor se introducen impurezas que logran el nivel de energía, que se encuentran en la separación energética entre bandas del material semiconductor utilizado para el cuerpo semiconductor, y que incrementan la eficacia de la célula solar mediante una excitación de múltiples etapas.
  7. 7.
    Célula solar o detector de radiación con las siguientes características:
    -
    un cuerpo semiconductor con un primer y un segundo lado (101, 102) que presenta un dopado básico tipo p,
    -
    una primera zona de emisor (13) dopada tipo n,
    -
    una pluralidad de zonas semiconductoras (11) dotadas tipo n que se encuentran dispuestas distanciadas una de otra en la dirección lateral del cuerpo semiconductor (100), que se extienden, al menos, parcialmente en una dirección vertical en el cuerpo semiconductor (100), que se conectan con la primera zona de emisor (13), que se conforman como zonas pasantes, que se encuentran dispuestas en la dirección lateral respectivamente entre dos secciones que presentan el dopado básico del cuerpo semiconductor (100), y que
    -
    presentan donadores inducidos por hidrógeno,- la primera zona de emisor (13) presenta un dopado mayor que las zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n.
  8. 8. Célula solar o detector de radiación de acuerdo con reivindicación 7, en el que la distancia entre dos zonas semiconductoras (11) dispuestas de manera adyacente, del segundo modo de conducción, es menor o igual a la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico.
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