JPS61500757A - How to manufacture solar cells - Google Patents

How to manufacture solar cells

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JPS61500757A
JPS61500757A JP50071685A JP50071685A JPS61500757A JP S61500757 A JPS61500757 A JP S61500757A JP 50071685 A JP50071685 A JP 50071685A JP 50071685 A JP50071685 A JP 50071685A JP S61500757 A JPS61500757 A JP S61500757A
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JP
Japan
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substrate
mask
nickel
hydrogen
ion beam
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JP50071685A
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Japanese (ja)
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ハノカ,ジヤツク・アイ
ヤテス,ダグラス・エイ
グレゴリー,ジエームズ・エイ
Original Assignee
モ−ビル・ソラ−・エナ−ジ−・コ−ポレ−ション
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この出願は、1983年12月19日出願の米国特許出顆第563132号の継 続出頭である1984年10月31日出顎の米国特許出願第666973号の一 部継続出願である。[Detailed description of the invention] This application is a successor to U.S. Patent No. 563,132, filed December 19, 1983. No. 666,973 filed October 31, 1984 This is a continuation application.

この発明は光電池の製造に、更に詳しくは、水素不活性化中に発生した損傷表面 層が表面電極の金属化のためのめっき用マスクとして使用される多結晶シリコン 太陽電池を製造する改良された安価な方法に関係している。This invention relates to the production of photovoltaic cells, and more particularly to the production of photovoltaic cells, and more particularly to Polycrystalline silicon layer used as plating mask for surface electrode metallization It concerns an improved and inexpensive method of manufacturing solar cells.

従来シリコン太陽電池の一般的な製造方法は、シリコンのウェハ又はリボンの表 面スフに適当なト1−パントヲ拡散させることKよって、PN接合を形成する段 階、その表面に形成された保護絶縁被1171に格子秋電預パターンを食刻する 段階、食刻によって露出したすべてのシリコンにニッケルめっきtmす段:皆、 このニッケル上に銅及びすすを浸しはんだ付けするか又はめつきする段階、表面 から絶縁液wJ層の残り7)部分を除去する段階、並びに表面の新しく露出した 部分に反射防止膜’tJaiす段階を含んでいる。Conventional methods for manufacturing silicon solar cells typically involve the production of silicon wafers or ribbons. The step of forming a PN junction is done by diffusing an appropriate amount of t1-pant into the surface. A grid pattern is engraved on the protective insulation coating 1171 formed on the surface of the floor. Nickel plating on all silicon exposed by etching. The step of dip-soldering or plating copper and soot onto this nickel surface. 7) Removing the remaining portion of the insulating liquid wJ layer from the surface as well as the newly exposed portion of the surface. The method includes a step of applying an anti-reflection coating to the portion.

このような平原ハ単結晶又は多結晶シリコンのいずれにも施すことができるが、 費用の点を考慮すると多結晶シリコンから太陽電池を製造することが望ましい。Although such plain silicon can be applied to either single crystal or polycrystalline silicon, Considering cost, it is desirable to manufacture solar cells from polycrystalline silicon.

しかしながら、周知のように、粒界、転位部などにおける少数キャリヤ喪失のた めに、多結晶シリコン太陽電池で達成される効率は単結晶電池のものよシも一般 によくない。この情況は、−価の元素、例えば水素を結晶構造中に導入して構造 欠陥と関係したダングリング結合と化合させて、少数キャリヤの再結合喪失を最 小限にすることによって改善されてきた。However, as is well known, minority carriers are lost at grain boundaries, dislocations, etc. For this reason, the efficiency achieved with polycrystalline silicon solar cells is comparable to that of monocrystalline cells. It's not good for This situation can be solved by introducing -valent elements, such as hydrogen, into the crystal structure. Combining with defect-related dangling bonds to minimize recombination loss of minority carriers. It has been improved by minimizing the

技術上知られているように、光電池装造工程を設計する際の重要な考慮事項は、 水素不活性化段階に続く任意の段階における時間及び温度の組合せをシリコン中 に導入された水素が不活性化された基板から逆に拡散しないよってすることであ る。すなわち、例えば、真空中で半時間の間600℃の温度にさらされた水素不 活性化された光電池は、その観測された電子ビーム誘起電流活動率によって証明 されるように、すべての結合水素をほとんど喪失することが判明している。この 点に関して注意するべきことであるが、太陽電池製造における筒金拡散段階は典 型的:では900℃程度の温度を必要とする。As is known in the art, important considerations when designing a photovoltaic fabrication process are: The time and temperature combinations in any step following the hydrogen passivation step in silicon This is because the hydrogen introduced into the substrate does not diffuse backwards from the inactivated substrate. Ru. That is, for example, hydrogen dehydrogenation exposed to a temperature of 600°C for half an hour in vacuum. Activated photovoltaic cells are evidenced by their observed electron beam-induced current activity rates It has been found that almost all bonded hydrogens are lost as shown in FIG. this It should be noted that the metal diffusion step in solar cell manufacturing is typically Typical: It requires a temperature of about 900°C.

水素不活性化は通常光電池を十分に高い温度に加熱して銅のような卑金Rk接合 中に拡散させ、これによシ「ソフト」ダイオード又は短絡を生じさせることも又 判明している。例えば、「真空科学及び技術雑誌(Jouraal of Va cuum 5cienreand TechnOlogy)j 第2 f)巻筒 3号430〜435<−ジ(19”!2年3月号)においてシー・エイチ・シー ガー(C,H。Hydrogen passivation is usually done by heating the photovoltaic cell to a sufficiently high temperature to form a base metal Rk junction such as copper. It is also possible to diffuse into the It's clear. For example, "Journal of Vacuum Science and Technology" cuum 5 cienreand Technology)j 2nd f) Winding cylinder In No. 3 430-435 <-ji (19”! March issue 2) Gar (C, H.

Seagsr) 、ディー・ジエイ・シャープ(D、J、5harp) *ジエ イ・ケイ・ジー・パニック(J、に、G、Pan1tz)及びアール・ブイ・ダ イx o /R,V、D’A15Llo)によって示されタヨう(・C1多結晶 シリコンの不活性化はキロ電子ボルトのエネルメー領域の水素イオンを発生する のに使用されるカウフマン形イオン源を用いて行うことができる。高イオンエネ ルギー及びフラックス(例えばlないし3ミリアンペア毎平方センナメートル) 領域における比較的短い露出時間(例えば0.5ないし4分)が最適Oようであ る。このような露出は一般に、基板が適当な放熱体に注意深く接触させられてい る場合、基板温度に少なくとも約275°Cまで上昇させることになる。そうで ない場合には、400℃を毬える温度が容易に達成される。しかしながら、シリ コン母体中への枠金、萬の急速な拡散に避けるために温度を約300℃未満に制 限することがN要である。しかし、不活性化中において熱制御を行うための基板 及び放熱体の操作は容易(Cその種のイオン源での高速処理工種における処理通 宝減小要因となる。従って、低費用高速処理工程を得る念めには放熱体の使用を 避けることが望ましい。更に、経済的に生産することのできるEFG形/リコン リボンの場合には、表面の不ぞろいが放熱体の使国土困難にしている。Seagsr), D.G. Sharp (D, J, 5harp) *Jie I.K.G. Panic (J, Ni, G, Pan1tz) and R.B.I.D. Ix o /R,V,D'A15Llo) Passivation of silicon generates hydrogen ions in the kiloelectronvolt energy range This can be done using a Kaufmann type ion source used in High ion energy energy and flux (e.g. 1 to 3 milliamps per square centameter) A relatively short exposure time in the area (eg 0.5 to 4 minutes) appears to be optimal. Ru. Such exposure generally occurs when the board is carefully brought into contact with a suitable heat sink. In this case, the substrate temperature will be increased to at least about 275°C. That's right If not, temperatures of 400° C. are easily achieved. However, Siri The temperature is controlled to below approximately 300℃ to avoid rapid diffusion of the frame metal into the concrete matrix. It is necessary to limit N. However, the substrate for thermal control during passivation and the heat dissipation element is easy to operate (C. This will cause a decrease in treasure. Therefore, in order to obtain a low-cost, high-speed processing process, it is recommended to use a heat sink. It is advisable to avoid it. Furthermore, EFG type/recon which can be produced economically In the case of ribbon, the uneven surface makes it difficult to use the heat sink.

そのうえ、水素不活性化は基部のシリコン面が露出しているときに最も有効であ る。それゆえ、従来の方法において使用される窒化けい素層のような任意のマス クは不活性化の前に除去されなければならない。従って、表面電極は不活性化の 前に施されなけれ、′5iならない。Furthermore, hydrogen passivation is most effective when the underlying silicon surface is exposed. Ru. Therefore, any mass, such as the silicon nitride layer used in conventional methods, must be removed prior to inactivation. Therefore, the surface electrode is If it is not applied before, it will not be '5i.

米国付二÷出願第563061号(代理人の書類番号MTA−49)に記載され ているように、水素イオンビーム不活性化の際に発生した変質表面層はその後の 金属化段階のためのめっき用マスクとして使用することかできる。更に詳細には 、シリコン太陽電池の製造に適用されたところの前記の出願に詳細に記載された 方法の採択実施例では、特に次の諸段階を含んでいる。すなわち、(1) 浅い 接合のシリコンリボンの表面に誘電材料のめっき用マスクを形成して後に表面電 極によって覆われることになるシリコンの部分を露出させたままにするようにす る段階、(2)露出したシリコン上にニッケル(又は類似の材料)の薄い、11 に付着させる段階、(3)めっき用マスクを除去する段階、(4)リボンの接合 側を水素不活性化する段階、(5) ニッケル?焼結して部分的にけい化ニラ・ ケルビ形成する段階、(6)光電池の金属被覆部分上には付加的な金属をめっき する段階、及び(カ シリコンの露出面に反射防止膜kmす段階。その後、シリ コンは、例えば電気回路に接続できるようにするために、更に処理されるであろ う。不活性化は基板の接合側の露出面を変質させてこれが二次めっき段階(6) のためのマスクとして役立つようにする。Described in U.S.A. 2/Application No. 563061 (Agent's Document No. MTA-49) As shown in the figure, the altered surface layer generated during hydrogen ion beam passivation is Can be used as a plating mask for metallization steps. In more detail , as described in detail in the above-mentioned application as applied to the production of silicon solar cells. Selected embodiments of the method include, inter alia, the following steps. In other words, (1) Shallow A dielectric material plating mask is formed on the surface of the silicon ribbon for bonding, and then a surface electrode is applied. Be sure to leave exposed the part of the silicon that will be covered by the pole. (2) depositing a thin layer of nickel (or similar material) on the exposed silicon; (3) removing the plating mask, (4) joining the ribbon Step of hydrogen inactivation on the side, (5) Nickel? Sintered and partially silicified chive (6) plating additional metal on the metallized portion of the photovoltaic cell; and (a step of applying an anti-reflection film to the exposed surface of the silicon. After that, the silicon The condenser may be further processed to enable it to be connected to an electrical circuit, for example. cormorant. Passivation alters the exposed surface on the bonding side of the substrate and this is the secondary plating step (6) To serve as a mask for.

別の方法においては、不活性化中の資料の加熱はニッケル焼結段階に対するエネ ルギーの少な、くとも一部分を供給する。In another method, heating the material during passivation is an energy source for the nickel sintering step. supply at least a small portion of Rugy.

この千頴は米国特許出願第563292号(代理人の書類番号MTA −50) においても−要部単化させておシ、この出願においては、基板の表面に施され次 ネガのめっき用マスク(すなわち、後程表面電甑によって覆われることになる表 面の部分のミ1を覆つマスク)がイオンビームによって発生される変質表面層の 範囲を制御するのに使用されることができて、これによシ任意の表面金属化の前 に不活性化が可能となシ、マスクが不活性化の後で金属化の前に除去されること が教示されている・今概説したばかりの千項ハ両方とも水素不活性化を可能にし 、その結果望ましい温度条件で多結晶基板の光電池性能が改善される。しかしな がら、概説したばかシのこの二つの手順のうちの最も簡単なものでさえも12程 の段階を必要とする。両手順は更に、基板の表面層が一時的な処分できるマスク に形成されることを必要とし、従って時間と再使用不可能な材料とを費やす従っ て、EFG形リポリボン類似の基板から太陽電池を製造する際の処理段りを削除 することがこの発明の目的である。This thousand roses are U.S. Patent Application No. 563292 (Agent's document number MTA-50) In this application, the following is applied to the surface of the substrate. Negative plating mask (i.e. the surface that will later be covered by surface electroplating) A mask that covers the surface area (Mi1) covers the altered surface layer generated by the ion beam. This can be used to control the range, and this can be used before any surface metallization. If passivation is possible, the mask is removed after passivation and before metallization. are taught and the 1,000-year method just outlined both enable hydrogen inactivation. , which results in improved photovoltaic performance of polycrystalline substrates under desirable temperature conditions. However However, even the simplest of these two foolproof steps outlined takes about 12 minutes. It requires several steps. Both procedures additionally provide a mask in which the surface layer of the substrate can be temporarily disposed of. This requires time and non-reusable materials to be formed. Eliminates processing steps when manufacturing solar cells from substrates similar to EFG type Lipolybon. It is the purpose of this invention to do so.

高温処理段階の後ではあるが任意の卑金属が結晶構造に組み込まれる前に水素不 活性化段’4に含んでいる太陽電池の製造のための処理1頃序であって、しかも 再利用不可能な材料の使用を最少限にするものを提供することがこの発明の別の 目的である。After the high temperature treatment step but before any base metals are incorporated into the crystal structure, hydrogen depletion occurs. Process 1 for manufacturing a solar cell included in activation stage '4, and Another aspect of the invention is to provide one that minimizes the use of non-recyclable materials. It is a purpose.

発明の詳細な説明 これら及びその他の目的は、基板の表面に水素不活1化のために吏用されるイオ ンビームの影を落とすのに除去可能且つ再使用可能な機械的マスクが使用されて いるこの発明に2いて満たされる。マスクの開口を通過するイオンビームによっ て発生される変質表面層は置換めっきによるその後の表面金属化の部分の境界を 定めるめっき用マスクを形成する。Detailed description of the invention These and other purposes include the application of ions on the surface of the substrate to be used for hydrogen deactivation. A removable and reusable mechanical mask is used to cast the beam shadow. This invention is satisfying. The ion beam passing through the mask aperture The altered surface layer generated during this process forms the boundary between the areas of subsequent surface metallization by displacement plating. Form the specified plating mask.

察知されることであろうか、イオンビームにさらされる基板の部分の境界を定め るのに除去可能な機械的マスクを用いること【・ζよって、従来技荷による処理 頑序のめっき用マスク?形成し又除去するのに使用されるケミカルミリング段階 は回避される7妃に、この発明のマスクは再使用可能である。そりで果、太いに 簡単にされ且つ一層費用効率0よい工程が可能にされる。As may be noticed, delimiting the portion of the substrate exposed to the ion beam Use of a removable mechanical mask to remove A stubborn plating mask? Chemical milling steps used to form and remove Second, the mask of this invention is reusable. The result is thicker. A simplified and more cost effective process is enabled.

この発明のその伯の目E:Uは一部分は明白であろうし、又一部分は以下におい て明らかになるであろう。この発明は従って、次の詳細な開示事項j/(おいて 例示されている幾つかの段階及びこれらの段階の一つ以上のものとその他のもの のそれぞれとの関係からなっており、又この発明の範囲は請求のQ囲に示されこ の発明の1質及び目的の一層完全な理・芹のために1次の詳細な説明が参照され るべきであるが、この説明は、この発明の採択形態に従って太陽電池を製造する 際に弱糸のある多くの段階?図示した添付の図面と一緒に考慮されるべきもので ある。The features of this invention, E:U, will be partly obvious, and partly will be explained below. It will become clear. This invention therefore has the following detailed disclosure: Some of the steps illustrated and one or more of these steps and others The scope of this invention is shown in box Q of the claims. For a more complete understanding of the nature and purpose of the invention, reference may be made to the following detailed description. However, this description does not cover the manufacturing of solar cells according to the adopted form of this invention. Many stages with weak threads? Should be considered in conjunction with the accompanying drawings shown. be.

図面を通して同機の符号は同様の構造を示している。Throughout the drawings, the aircraft reference numbers indicate similar structures.

図面において、幾つかの′fi覆及び領域の厚さ及び深さは図示の都合上それら の相対的な比率に従って正確に図示されてはいない。In the drawings, the thickness and depth of some layers and regions are shown for illustrative purposes only. are not precisely illustrated according to their relative proportions.

発明の詳細な説明 今度はワ面について述べると、この発明の採択実施例はEFGa長P形ノリコン リボンからの大−易z池の製造に関係している。Detailed description of the invention Now to talk about the other side, the adopted embodiment of this invention is an EFGa long P-type laminar It is concerned with the production of large-scale ponds from ribbons.

最初○工程要件として、事前清浄でヒされ六EF(、P形導電の7リコンリボン 2の一方側(以下、「表側」という)が、比較的浅い接合4(すなυち、約3Q OOな“ハし約7000オングストロームの深さの接合)、及びN形導電領域6 を生じるように計算ざ几たシん拡散工程?受ける。−例として、EFG法により 製作され且つ約50ニア1の抵抗店〒−′#つているP形導這のシリコンリボン が、−′J4:1ないし9:1の比率(7) HNO3(70%) : HF( 49%)の溶a中において約Bqいし3分間約25°Cでエツチングすることに よって清浄化される。その後、技術上周知のように、リボンは酸素の豊富な雰囲 気中でりん拡散工iを受ける。例えば、米国特許第4152824号に詳述され たこうにして形成さnた、シんけいヌ塩(ホスホシリケート)ガラス8?りんド −・ミントのための源とじて使用すればよい。Initially, as a process requirement, 6 EF (, P type conductive 7 recon ribbon) is pre-cleaned and heated. One side of 2 (hereinafter referred to as the "front side") has a relatively shallow junction 4 (that is, approximately 3Q). an N-type conductive region 6 A carefully calculated diffusion process to produce receive. -For example, by EFG method A P-type conductive silicon ribbon is manufactured and has approximately 50 near 1 resistors. is -'J4:1 to 9:1 ratio (7) HNO3 (70%): HF ( Etching was performed at approximately 25°C for approximately 3 minutes in a molten a of 49%). Therefore, it is purified. The ribbon is then exposed to an oxygen-rich atmosphere, as is well known in the art. Receive phosphorus diffusion treatment in air. For example, as detailed in U.S. Pat. No. 4,152,824, Phosphosilicate glass 8? Rind -Can be used as a source for mint.

次に、りんけい酸塩ガラス8の層が基数を緩衝旧溶液に浸すこと(でよって食刻 し去られる。例えば、(P2O3)X(Si02)Y、 ’)んけい酸塩ガラス (・ま、基板klONH4F(40%):IHFの溶液中に約25℃ないし約4 0℃の温度で約15ないし2分の時間法めることによって基板から除去すること ができる。Next, a layer of phosphosilicate glass 8 is applied by dipping the base into a buffered solution (and thereby engraving it). be removed. For example, (P2O3)X(Si02)Y,') phosphorsilicate glass (・Substrate klONH4F (40%): In a solution of IHF from about 25°C to about 40% Removal from the substrate by incubation for approximately 15 to 2 minutes at a temperature of 0°C. Can be done.

これに続いて、基板の裏側がアルミニウムペーストの、110で被覆さ几る。層 10を形成するのに使用されるアルミニウムペーストは、蒸発によって除去され 得るテルピネオールのような揮発注有゛19展色剤中のアルミニウム粉末からな ることが望ましい。Following this, the back side of the substrate is coated with an aluminum paste, 110. layer The aluminum paste used to form 10 is removed by evaporation. Volatile compounds such as terpineol obtained from aluminum powder in the color vehicle It is desirable that

この段階の次には合金化段階が一層くが、この合金化段階においては基板が約0 .25なrL 2.0分の間約575℃よ:フ高い温度I′こ11、トン丸さル てペーストのすべての揮発針又は熱分り性の′ilT機成分が除去てれ且つペー スト中のアルミニウムが/リコン基板に合金イヒされる。This step is followed by a further alloying step in which the substrate is approximately zero. .. 25 rL about 575°C for 2.0 minutes: high temperature I' this 11, ton roundness All volatile or heat-labile components of the paste are removed and the paste is removed. The aluminum in the process is alloyed onto the silicon substrate.

合金化段階においては、アルミニウム被71Oが基板の裏側と合金を作り、約1 ないし5ミクロンの深さt持つfcP+領域12が形、戎される。In the alloying stage, the aluminum coating 71O forms an alloy with the back side of the substrate, forming an alloy of about 1 An fcP+ region 12 having a depth t of 5 to 5 microns is shaped and cut out.

次に、−yt電池(セル)は水素活性化される。採択した方法は、苓仮からq’ jJ 15cmLの所にあるカウフマン形(広ビーム)イオン源の水素イオンビ ームに基板2の表面をさらすものである。イオン源と基板との間にはマスク14 がitされている。このイオン源はなるべくならば、(水素について)約20な いし50ミリトールの圧力、約25ないし40 s、c、c、毎分の程度の水素 流層、約1700ボルト直流の電位、且つ約1ないし3ミリアン投ア/cIn2 のビーム電流で動作させる。約1ないし約4分の露出(照射)時間は、EFG形 光電池で一投的に怪験さiする少数キャリヤ再結合喪失?最小限にしく約20な いし80ミクロンの深さ、すなわち接合4の約100倍の深さの不活性化領域を 与え)且つ同時に基板2の露出部分に約200オングストロームの変質表面層1 8?与えるのに十分であることが判明している。Next, the -yt battery (cell) is hydrogen activated. The adopted method was Hydrogen ion beam of Kaufmann type (wide beam) ion source located at jJ 15cmL. The surface of the substrate 2 is exposed to the beam. A mask 14 is provided between the ion source and the substrate. It has been done. This ion source should preferably be about 20 Pressure of 50 mTorr, about 25 to 40 s, c, c, hydrogen per minute Flow bed, potential of about 1700 volts DC, and about 1 to 3 milliamps/cIn2 operated with a beam current of Exposure (irradiation) time of about 1 to about 4 minutes is EFG type. Is minority carrier recombination loss a sudden surprise in photovoltaic cells? Minimally about 20 The passivation region is 80 microns deep, or approximately 100 times deeper than junction 4. ) and at the same time a modified surface layer 1 of approximately 200 angstroms on the exposed portion of the substrate 2. 8? It turns out that there is enough to give.

変質表面層18の正1な1質は知られていない。しかしながら、それ、ま、結晶 構造が幾分破壊されて7リコンが部分的にイオンビームからの水素とSiH又は 5IH2ヲ形ヌしているが、材料がことによると非晶質であるような損傷領域で あると考えられる。少量の炭素又は一つ以上の炭化水素が所望の変質表面層の形 成のtめして必要であると忘ゎれる。最初に設置されたところでは、使用された カウフマン形イオン源には直径約5インチ(約132)の黒鉛製取付台が装備さ れていて、これの上の中心部に典型的には2×4インチ(5X10α)の面を持 った基板が配置される。ある場合において、7リコン製取付台が黒鉛台の代わり に用いられたときには、変質層は黒鉛台が使用されたときのようにはめっき用マ スクとして十分に機能しなかった。The positive quality of the altered surface layer 18 is unknown. However, that, well, crystal The structure is somewhat destroyed and the 7 recon is partially exposed to hydrogen from the ion beam and SiH or 5IH2 shape, but in damaged areas where the material is possibly amorphous. It is believed that there is. A small amount of carbon or one or more hydrocarbons forms the desired altered surface layer. As I grow older, I forget that I need it. Where it was first installed, it was used The Kauffman ion source is equipped with a graphite mount approximately 5 inches in diameter. with a typically 2 x 4 inch (5 x 10α) surface in the center above it. The board is placed. In some cases, a 7-recon mount can replace a graphite pedestal. When a graphite table is used, the altered layer is It did not function well as a school.

これ/ζ基づいて豆てられた仮説であるが、黒鉛台との水素イオンビームの簀突 によって形1戎された炙累又j・す炭化水素蒸気は基板の面上に誘電体1を形成 することができよう。七○注・曹が何であろうとも、この平原に従って約140 0ないし約1700ボルトの加速電圧及び1分のようi:豆・ハ露出時間で作ら れた変質表面層18はこの層上の基板のその後の2換めつき金1fヒを防止する のに十分である。A hypothesis that has been touted based on this/ζ is that the hydrogen ion beam collides with the graphite table. The scorched hydrocarbon vapor formed into a shape 1 forms a dielectric material 1 on the surface of the substrate. I think you can. No matter what Cao is, it is about 140 years old according to this plain. Made with an accelerating voltage of 0 to about 1700 volts and an exposure time of 1 minute. The altered surface layer 18 prevents subsequent damage to the substrate on this layer. is sufficient.

マスク14iは所望の多指状格子富り、ヴりえば米国特許式3686036号に 例示され志形態をしfc電屡のパターンにおけろ金’14’Aレティクルである 。マスク14′I′iモリブデンで作るのが望ましいが、その池の金属、例えば インパール、ステンレス鋼、チタン、ニッケルなど、又は黒鉛及び類似の高温非 金属材料を使用することもでさるであろう。マスク14は基板2の表面及びイオ ンビーム源に対して、イオンビーム源が活性化されたとき(て表面20上(″こ 所望の電1格子パターンの影?落とすように配貨される。換言すれ、′i、マス ク141・ま所望のミグ格子パターン會こおいてビーム16全遮9且つ電甑°( 9部分においては基板の照射を可能(てするう 次に光電池の金属化が行われる。基板の両側はニッケルで置換めっきされ、ニッ ケルのイア着住付N(・ま真剣、こおハてはアルミニウム被]10の部分全体に ニッケル層22?形仮し、且つ表側におけるニッケルの妾看性付着は直接基板2 .7)面に変質層18のない部分においてのみニッケル層20と形、改する。こ のめっき段階においては、7リコンD変質表面118がニッケルの付著シないめ つfi、vlマスク?形成する。ニッケル層の1侠めっきは種々の方法で行うこ とができる。なるべくならば、それ、まキリノド・パテル(Kirit Pat sl)などの米国特許X7i321283号に記載された方法のような又はこれ に類似した置換めっき法に従って行われる。Mask 14i has the desired multi-fingered grating structure, as described in U.S. Pat. No. 3,686,036. An example of this is the gold '14'A reticle in the fc electronic pattern. . Mask 14'I'i is preferably made of molybdenum, but other metals such as Imphal, stainless steel, titanium, nickel, etc., or graphite and similar high temperature non-alloys. It would also be possible to use metal materials. The mask 14 covers the surface of the substrate 2 and ions. For the ion beam source, when the ion beam source is activated Shadow of the desired grid pattern? It is distributed as if it were dropped. In other words, 'i, mass 141. Once the desired MIG grating pattern is set, the beam 16 is completely blocked 9 and the electric power ( In 9 parts, it is possible to irradiate the board. The metallization of the photovoltaic cell then takes place. Both sides of the board are displacement plated with nickel. Kell's ear settlement N Nickel layer 22? The shape and the protective adhesion of nickel on the front side are directly applied to the substrate 2. .. 7) The shape of the nickel layer 20 is changed only in the area where there is no altered layer 18 on the surface. child In the plating stage, the 7 ReconD altered surface 118 is not marked with nickel. Tsufi, VL mask? Form. The plating of the nickel layer can be done in various ways. I can do it. Preferably, it would be Kirit Patel. sl) or the method described in US Patent No. It is carried out according to a displacement plating method similar to .

ここで用いられたように、「1覆換めつき」の用語は、還元剤を含んでいないめ っき浴中に物体を浸すことによって外部印加電界を用いることなくこの物体をめ っきすること?指し、従ってこのめっきは勺換反応を必然的に伴う。これと:i 対照的に、「無電解めっき」の用語、ま、還元剤?含んでいるめっき浴中:てめ っきされるべき物体を浸丁ことによって外部印加電界なしで行うめつき?意味す る。As used here, the term "one-replacement" refers to a method that does not contain a reducing agent. By immersing the object in a plating bath, it is possible to target this object without using an externally applied electric field. What do you do? Therefore, this plating necessarily involves a conversion reaction. With this:i In contrast, the term "electroless plating", well, reducing agent? In the plating bath containing: Plating performed without an externally applied electric field by dipping the object to be plated? means Ru.

予備役諧として、清浄化された7リコン基板面が一薗当な薬品で事前活性化され る。この事前活性化過程は、しばしばシリコン面がそれ自体無電解めっき法に耐 えられず、未処理面にめっきされたニッケルが一般に不十分にしか付着しないの で、望ましい。なるべくならば、塩化金が活性剤として使用されるが、塩化白金 、塩化第−丁ず一塩化パラジウム、又はそζ)池の周知の活性剤、例えば、米国 特許第3489603号に記載されたようなもの、を使用することもできる。そ の後、シリコンリボンの両側は、望ましくは、前記の米国特許第4321283 号に記ないし6分υ間浸すことによって、ニッケルの層で被1される。As a reserve, the cleaned 7 recon board surface is pre-activated with a suitable chemical. Ru. This preactivation process often makes the silicon surface itself resistant to electroless plating. nickel plated on untreated surfaces generally adheres poorly. So, desirable. Preferably, gold chloride is used as the activator, but platinum chloride , palladium monochloride, or the well-known activators of It is also possible to use one such as that described in Japanese Patent No. 3,489,603. So After that, both sides of the silicone ribbon are preferably It is coated with a layer of nickel by soaking for 6 minutes.

ニッケルじ:′4IJされた後、基板は不活性雰囲気又は窒素及び水素のような 混合物中で、ニッケル層を焼結し且つ基板の表側にあるニッケル層20?隣接の シリコンと反応させてけい化ニッケルのオーム接触r形成するのて十分な温度及 び゛時間において加熱される。この目的のfcめに、基板は望ましくは約300 ℃の温度に約15ないし約40分の間加熱される。これにようニッケル:vI2 0と基板2との間の境界部に約300オイグストーームの深さのけい化ニッケル ・1が形成される。、裏側のニッケル層22はアルミニウム層10と合金を形成 する。この尭侍役萱の互変は300℃を大きく越えるべきではない。そiLよジ 高い温度は、品質のよくないニッケル層20i生じることにより、又前に述べた ように、不活性化用水素の一部を基板−材料から逆:て拡散させることがあるか らである。なるべくならば、ニッケルの付着及び焼結は、基板の表側のニッケル 層が約750オングストローム未満の厚さ金持つようにQiJ 元する。After being nickel-plated, the substrate is exposed to an inert atmosphere or an atmosphere such as nitrogen and hydrogen. In the mixture, sinter the nickel layer and nickel layer 20 on the front side of the substrate? adjacent The temperature is high enough to react with silicon to form ohmic contacts of nickel silicide. It is heated for a long time. For this purpose, the substrate preferably has a fc of about 300 ℃ for about 15 to about 40 minutes. Nickel like this: vI2 nickel silicide to a depth of approximately 300 ogstroms at the interface between substrate 2 and substrate 2. ・1 is formed. , the nickel layer 22 on the back side forms an alloy with the aluminum layer 10 do. This rotation of Samurai Yakugaya should not exceed 300 degrees Celsius. SoiL Yoji High temperatures also result in a poor quality nickel layer 20i, as previously mentioned. Is it possible for some of the passivating hydrogen to diffuse back from the substrate material? It is et al. Preferably, the nickel deposition and sintering should be performed on the nickel on the front side of the substrate. The QiJ value is such that the layer has a thickness of less than about 750 angstroms.

その後、層20及び22のニッケルは、硝暇によるなどしてエツチングを受け、 そ;−て更に、ニッケルの第2層及び一つ以上の銅の1iてよるなどの金嘱化r 受けることが望ましい。付加的なニッケル(は置換めつきによって、望ましくは 、層20及び22の形成について前に述べた方法で麹されるが、これは付卯さt L:をニッケルが変質層18の、り山部分で:まな[20及び22上にめっきさ れるからである。なるべくならば、鯛が技術上周知O技法に:9、看Aめつき及 び/又は電気めっきによって施される。The nickel in layers 20 and 22 is then etched, such as by etching. Additionally, a second layer of nickel and one or more layers of copper may be added. It is desirable to receive it. Additional nickel (preferably by displacement plating) , is molded in the manner previously described for the formation of layers 20 and 22; L: Nickel is plated on 20 and 22 at the mountain part of the altered layer 18. This is because Preferably, the sea bream should be caught using the well-known technique: 9. and/or by electroplating.

金”A化の後で、光電池のq部(図示せず)が整えられ、そして反射防止膜24 が光電池の表面に施される。これは多くの既知の方法の“ハず几かi/cよって 、例えばTiO2の化学蒸着法(CVD法)又:は蒸着法によって行えばよい。After the gold conversion, the q section (not shown) of the photovoltaic cell is trimmed and the anti-reflection coating 24 is applied. is applied to the surface of the photovoltaic cell. This can be done by many known methods For example, chemical vapor deposition (CVD) or vapor deposition of TiO2 may be used.

又は、技術上周知のよう:て、約150°Cの1変での・社イヒけい素のプラズ マ付着によ・りて反射防止摸24を形成してもよい。Or, as is well known in the art: plasma of silicon at a temperature of about 150°C. The antireflection pattern 24 may also be formed by adhering the material.

例として、この発明を実施する採択した方法:ま、以上に述べた閘1固の段階を 、各段階について詳・ヨに説明された採択様式において既述の順序に従って行う ことからなっている。As an example, the adopted method of carrying out this invention: well, the above-mentioned lock step , in accordance with the order outlined in the adoption form, which explains each step in detail. It consists of things.

前述の方法に従ってEFG 成長リボンから作られ北天、暑7池:まれている。EFG grown ribbons are made from Hokuten and Natsu 7 ponds according to the method described above.

更に、この材料については水素不活性化段階は又光電池効率の分布範囲を著しく 狭くした。Furthermore, for this material, the hydrogen passivation step also significantly changes the distribution range of photovoltaic efficiency. Made it narrower.

この発明の方法は大暑電池の製造を大いに部属化することが認められるであろう 。この方法は必要とさせる工程段階の数を減少させるだけでなく、多量の回収不 可能な材料の使用をなくする。すなわち、ホトレジストヲ用いて表面層頂のため のめっき用マスクを形、5y、すること?なくすることによって、この方法はそ のようなホトレジスト?侭覆し、露出し、現像する必要性?なくすると共に、残 りのホトレジスト?除去するのて必要な段階をもなくてる。同様の憂(丙はケミ カル/リングの同等の工程(でも当て、ままる。It will be appreciated that the method of this invention greatly facilitates the production of high-temperature batteries. . This method not only reduces the number of process steps required, but also reduces the amount of recovered waste. Eliminate the use of possible materials. In other words, photoresist is used to cover the top of the surface layer. Is it possible to make a plating mask in the shape of 5y? By eliminating the Photoresist like? The need to subvert, expose and develop? At the same time as eliminating Rino photoresist? Removing it eliminates a necessary step. Similar worries (hei is chemistry) Equivalent process of Cal/Ring (But, Atari, Mamaru.

以上に祥述した方法はこの発明のQ、]から外れることなく変更され得ることか 理解されるであろう。レリえば、この発明の方法の採択実i 、rl、l :ま 水素不活性化によって形成された変質・晋?利用して以前にのつきさ九たニッケ ルr除くその後のめつきのマスクとしているが、この方法はニッケル以外の金属 についても使用することができる。例えば、技術に通じた者には理解されるよう に、浅い接合の7リコン素子における表面層等の初期層は、(望ましくは低い温 度で)オーム農触を形成し且つ後の段階でげ着させられる銅又はその他の卑金属 の拡散に対する障壁として役立つことのできる多くの低反応性材料のいずれかk W換めつきすることによって付着させてもよい。銅と共に使用するのに適当な金 嘴はニッケル:仕もとより、・ξラジウム、白金、コバルト1.及びロジウムを 含んでいる。これらの材轡は丁べてけい化物を形成するが、けい化物、盲は必要 不可欠なものではない。しかしながら、初勘金4層(は適当に付着し、オーム戻 触として役立ち、且つ後、こ付着させられる任意の金属の拡散(て対する障壁と して作用すると共に、接合自体にあまり拡散しないことが重要である。Can the method described above be modified without departing from the Q of this invention? It will be understood. In other words, the adoption of the method of this invention i, rl, l: Alteration/Jin formed by hydrogen inactivation? Previously I used Notsukisa Kuta Nikke. This method uses metals other than nickel as a mask for subsequent plating. It can also be used for For example, in order to be understood by those who are technically savvy, Initial layers such as the surface layer in a shallow junction 7 recon element (preferably at a low temperature) copper or other base metal that forms an ohmic contact and is deposited at a later stage Any of a number of low reactivity materials that can serve as a barrier to the diffusion of It may be attached by replacing W. gold suitable for use with copper Beak is nickel: From the source, ξ radium, platinum, cobalt 1. and rhodium Contains. These materials are combined to form silicides, but silicides and blinds are necessary. Not essential. However, the initial gold 4 layer (adhered properly and returned ohm) It serves as a barrier to diffusion of any metal that is later deposited. It is important that the bonding agent not only act as a protective layer but also not diffuse too much into the bonding itself.

その他の変更は、この発明の厘埋刀)ら外れることなく、例えハ、(α)アルミ ニウムペーストの代わシに火炎嘴露アルミニウムを用いて光電池のp+−JE面 領域を形式すること、又は(b)ニッケル若しく11まパラジウム、白金、コバ ルト及びロジウムのようなその他7)低反応性材料87.1第2以降の被覆?施 すという別の方法を用いること、又(・ま(C) イオン注入法により接合を形 嘱すること、によって行うことができる。変譬・1上(でマスク層が付着させら れていないこう合には、付加的なニッケル(又は覗述の形式のその他の低反応性 金属)が1換めっきによって施されなければならない。Other changes may be made without departing from the present invention's cylindrical blade), such as (α) aluminum p+-JE side of photovoltaic cell using flame exposed aluminum instead of aluminum paste or (b) nickel or 11, palladium, platinum, copper. 7) Low reactivity materials such as rhodium 87.1 Second and subsequent coatings? Execution It is also possible to form the junction by using another method called (・ma(C)) ion implantation method. It can be done by shouting. Paraphrase 1 above (so that the mask layer is not attached) Additional nickel (or other low reactivity in the form of a metal) shall be applied by one-pass plating.

もちろん、この発明によって与えられる方法はEFG基板からの太陽電池7)製 造に限定されるものではない。丁なわち、例えば、注型多結晶基板、や金扱/リ コン上のエピタキ7ヤルンリコン、又は化学的若しくは物狸羽蒸着去:ζよつ゛ C形形成れfC高純度ポリ/リコン7層もこの発明、(ニジ比較的高効率の太陽 電池全形式するのに使用することができる。更に、この方法は単結晶シリコンに も適用可能である。そして又、この方法はP形ンリコ/はもとよりN形シリコン についても実施することができる。Of course, the method provided by this invention allows for the production of solar cells 7) from EFG substrates. It is not limited to construction. For example, cast polycrystalline substrates, metal handling/recycling, etc. Epitaxial 7-year recon, or chemical or chemical vapor deposition on the condenser: ζyotsu In this invention, the C-formed fC high-purity poly/recon 7 layers (Niji relatively high efficiency solar Can be used to charge all types of batteries. Furthermore, this method can be applied to single-crystal silicon. is also applicable. And, this method also applies to P-type silicon, as well as N-type silicon. can also be implemented.

これらの場合のいずれにおいても、接合が単にりん拡散によってではなく、種種 の方法で形成され得ることは察知されるであろう。In both of these cases, bonding is not simply due to phosphorus diffusion; It will be appreciated that it can be formed in the following manner.

ここに開示されたこの発明の範囲から外れることなく前述の方法にこれら及びそ の他の変更を行うことができるので、前述の説明に含まれ又は添付の図面(C示 されたすべての事項は限定的な意味ではなく例示的な意味において解釈されるべ きであると考えられる。These and other methods may be incorporated into the foregoing without departing from the scope of the invention disclosed herein. Other changes may be made and are not included in the foregoing description or in the accompanying drawings (see C). All matters herein shall be construed in an illustrative rather than a restrictive sense. This is considered to be the case.

国際tIl斎報告International tIl Sai Report

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.(a)対立する第1面及び第2面を備えたシリコン基板を設ける段階、 (b)前記の第1面に並置して選択開口のある機械的マスクを配置する段階、並 びに (c)前記の選択開口に対応し且つ金屋が不完全にしか付着しない前記の第1面 上の表面層を形成するのに十分な強さと時間において前記の選択開口を通して水 素イオンビームに前記の第1面を露出する段階 を順序どおりに含んでいる固体半導体素子を製造する方法。1. (a) providing a silicon substrate with opposing first and second sides; (b) placing a mechanical mask having selective apertures in juxtaposition to said first surface; every day (c) said first surface corresponding to said selected opening and to which the metal plate is only incompletely attached; Water through said selected apertures at sufficient strength and time to form a top surface layer. exposing the first surface to an elementary ion beam; A method of manufacturing a solid-state semiconductor device including in order. 2.更に前記の水素イオンビームに対する露出の後に、前記のマスクによつて覆 われていた前記の表面の部分が金属化される、請求の範囲第1項に記載の方法。2. Further, after the exposure to the hydrogen ion beam, the mask is covered with the mask. 2. The method of claim 1, wherein portions of the surface that have been coated are metallized. 3.前記の表面のすべてが金属化中に金属にさらされる、請求の範囲第2項に記 載の方法。3. According to claim 2, all of said surfaces are exposed to metal during metallization. How to put it on. 4.前記の第1面を前記の水素ビームに露出する前に前記の第1面に隣接して前 記の基板に接合を形成する段階を更に含んでいる、請求の範囲第1項に記載の方 法。4. a front surface adjacent to said first surface before exposing said first surface to said hydrogen beam; The method of claim 1 further comprising forming a bond to the substrate of claim 1. Law. 5.前記の基板における少数キヤリヤ喪失を減少させるのに十分な時間及び強さ において前記の水素イオンビームに前記の第1面が露出される、請求の範囲第1 項に記載の方法。5. sufficient time and intensity to reduce minority carrier loss in said substrate. Claim 1, wherein the first surface is exposed to the hydrogen ion beam at The method described in section. 6.前記の金属化が、ニツケル、パラジウム、コバルト、白金、及びロジウムを 含む金属の群から選ばれた金属を用いて行われる、請求の範囲第2項に記載の方 法。6. The metallization includes nickel, palladium, cobalt, platinum, and rhodium. The method according to claim 2, which is carried out using a metal selected from the group of metals including Law. 7.前記のマスクによつて覆われていた前記の表面の部分を金属化するために置 換めつきを行う段階を更に含んでいる、請求の範囲第1項に記載の方法。7. placed for metallizing the part of said surface covered by said mask. 2. The method of claim 1, further comprising the step of performing a replacement. 8.前記の金属化段階が前記の基板の前記の第2面をも金属化するように行われ る、請求の範囲第7項に記載の方法。8. said metallizing step is performed to also metallize said second side of said substrate. 8. The method according to claim 7. 9.前記の金属化がニツケル塩及びふつ化物イオンを含む溶液からのニツケルの 付着からなつている、請求の範囲第2項に記載の方法。9. The above metallization involves the formation of nickel from a solution containing nickel salts and fluoride ions. 3. A method according to claim 2, comprising deposition.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006269956A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Sharp Corp Crystalline silicon substrate, its manufacturing method and photoelectric conversion element employing it
JP2010539684A (en) * 2007-09-07 2010-12-16 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド Patterned assembly for solar cell manufacturing and method for manufacturing solar cell

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